JP7615647B2 - Method and equipment for treating waste carbon fiber reinforced resin - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維強化樹脂の廃棄物を処理する方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for treating carbon fiber reinforced plastic waste.
炭素繊維強化樹脂は、軽量でありながら高い機械的強度を有することから、航空機及び自動車の部品に多く使用されている。その一方で、使用済みの航空機及び自動車に含まれる多量の炭素繊維強化樹脂の処理に困難を来している。さらには、航空機及び自動車の製造工程において、炭素繊維強化樹脂の廃棄物(使用されなかった端材)が多く発生していることも問題視されている。 Carbon fiber reinforced resin is widely used in aircraft and automobile parts because it is lightweight yet has high mechanical strength. However, it is difficult to process the large amounts of carbon fiber reinforced resin contained in used aircraft and automobiles. Furthermore, it is also problematic that a large amount of carbon fiber reinforced resin waste (unused scraps) is generated during the manufacturing process of aircraft and automobiles.
そこで、例えば、下記特許文献1には、CFRP(炭素繊維強化樹脂の一種)の廃棄物を過熱水蒸気によって550℃で加熱処理することにより、この廃棄物に含まれる樹脂を熱分解させることが記載されている。さらには、この加熱処理後に残った炭素繊維(CFRPに含まれていたもの)を再生炭素繊維として利用することが記載されている。
For example, the following
しかし、下記特許文献1に記載の技術では、炭素繊維強化樹脂の廃棄物を加熱処理するための熱源(例えば化石燃料)の取得に多くのコストを要することになる。また、この廃棄物を加熱処理することにより発生する可燃性ガスを有効に利用することができていない。
However, the technology described in
そこで、本発明は、炭素繊維強化樹脂の廃棄物を低コストで加熱処理し、かつ、この加熱処理により発生する可燃性ガスを有効に利用することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to heat-treat waste carbon fiber reinforced resin at low cost and to effectively utilize the flammable gases generated by this heat treatment.
本発明の第一項目に係る炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理方法は、炭素繊維強化樹脂の廃棄物を加熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程において前記廃棄物から発生した可燃性ガスをセメント焼成装置における熱源として利用するガス利用工程とを備える。前記熱処理工程においては、前記セメント焼成装置の排ガス又は/及び前記排ガスを熱源として利用して生成した別のガスにより、前記廃棄物を加熱処理する。 The method for treating carbon fiber reinforced resin waste according to the first aspect of the present invention includes a heat treatment process for heat treating carbon fiber reinforced resin waste, and a gas utilization process for utilizing the combustible gas generated from the waste in the heat treatment process as a heat source in a cement firing apparatus. In the heat treatment process, the waste is heat treated using exhaust gas from the cement firing apparatus and/or another gas generated using the exhaust gas as a heat source.
この第一項目によれば、セメント焼成装置の排ガスに含まれる熱(カロリー)を利用して炭素繊維強化樹脂の廃棄物を加熱処理するため、この廃棄物を熱処理工程において低コストで加熱処理することができる。また、熱処理工程において発生する可燃性ガスをセメント焼成装置における熱源として有効に利用することができる。 According to this first item, the heat (calories) contained in the exhaust gas from the cement calciner is used to heat-treat the carbon fiber reinforced resin waste, so that the waste can be heat-treated at low cost in the heat treatment process. In addition, the combustible gas generated in the heat treatment process can be effectively used as a heat source for the cement calciner.
本発明の第二項目に係る炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理方法は、過熱水蒸気生成工程をさらに備える。前記過熱水蒸気生成工程においては、前記排ガスを熱源として利用して前記別のガスである過熱水蒸気を生成する。 The method for treating waste carbon fiber reinforced resin according to the second aspect of the present invention further includes a superheated steam generation process. In the superheated steam generation process, the exhaust gas is used as a heat source to generate the other gas, that is, superheated steam.
この第二項目によれば、セメント焼成装置の排ガスに含まれる熱(カロリー)を利用して低コストで過熱水蒸気を生成することができる。また、この過熱水蒸気により炭素繊維強化樹脂の廃棄物に含まれる樹脂を効率よく熱分解させることができるため、この廃棄物に含まれていた炭素繊維を再生炭素繊維として効率よく回収することができる。 According to this second item, superheated steam can be generated at low cost by utilizing the heat (calories) contained in the exhaust gas from the cement calciner. In addition, this superheated steam can efficiently pyrolyze the resin contained in the carbon fiber reinforced resin waste, so the carbon fibers contained in this waste can be efficiently recovered as recycled carbon fibers.
本発明の第三項目に係る炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理方法における前記ガス利用工程においては、前記可燃性ガスを前記セメント焼成装置におけるセメントキルンの内部に吹き込むことにより、前記可燃性ガスを前記セメント焼成装置における熱源として利用する。 In the gas utilization step of the method for treating waste carbon fiber reinforced resin according to the third aspect of the present invention, the combustible gas is utilized as a heat source in the cement burning apparatus by injecting the combustible gas into the cement kiln in the cement burning apparatus.
この第三項目によれば、炭素繊維強化樹脂の廃棄物を加熱処理することにより発生する可燃性ガスをセメントキルンの内部(1450℃程度の高温環境)に吹き込むため、この可燃性ガスにダイオキシン類が含まれているとしても、この可燃性ガスをセメントキルンの内部においてセメント原料の焼成に利用しつつ、この可燃性ガスに含まれるダイオキシン類を分解することができる。 According to this third item, the combustible gas generated by the heat treatment of carbon fiber reinforced resin waste is blown into the inside of a cement kiln (a high-temperature environment of about 1450°C). Therefore, even if this combustible gas contains dioxins, the dioxins contained in this combustible gas can be decomposed while this combustible gas is used to burn the cement raw materials inside the cement kiln.
本発明の第四項目に係る炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理装置は、炭素繊維強化樹脂の廃棄物を加熱処理する熱処理装置と、前記熱処理装置において前記廃棄物から発生した可燃性ガスを熱源として利用してセメント原料を焼成するセメント焼成装置とを備える。前記熱処理装置は、前記セメント焼成装置の排ガス又は/及び前記排ガスを熱源として利用して生成した別のガスにより、前記廃棄物を加熱処理する。 The carbon fiber reinforced resin waste treatment device according to the fourth aspect of the present invention includes a heat treatment device that heat treats the carbon fiber reinforced resin waste, and a cement calcination device that uses, as a heat source, a combustible gas generated from the waste in the heat treatment device to calcinate a cement raw material. The heat treatment device heat treats the waste using exhaust gas from the cement calcination device and/or another gas generated using the exhaust gas as a heat source.
この第四項目によれば、セメント焼成装置の排ガスに含まれる熱(カロリー)を利用して炭素繊維強化樹脂の廃棄物を加熱処理するため、この廃棄物を熱処理装置において低コストで加熱処理することができる。また、熱処理装置において発生する可燃性ガスをセメント焼成装置における熱源として有効に利用することができる。 According to this fourth item, the heat (calories) contained in the exhaust gas from the cement calciner is used to heat-treat the carbon fiber reinforced resin waste, so that the waste can be heat-treated in the heat treatment device at low cost. In addition, the combustible gas generated in the heat treatment device can be effectively used as a heat source for the cement calciner.
以上のように、本発明によれば、炭素繊維強化樹脂の廃棄物を低コストで加熱処理し、かつ、この加熱処理により発生する可燃性ガスを有効に利用することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to heat-treat waste carbon fiber reinforced resin at low cost and to effectively utilize the flammable gases generated by this heat treatment.
図1は、本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理装置を示す概略図である。図1に示すように、この処理装置1は、熱処理装置2、ガス改質装置3、集塵装置4、炭素繊維回収装置5、セメント焼成装置6、及びボイラー7を備える。この処理装置1は、セメント製造工場の敷地内に設けられるものである。
Figure 1 is a schematic diagram showing a carbon fiber reinforced resin waste treatment device according to one embodiment of the present invention. As shown in Figure 1, this
この処理装置1は、炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wを処理するものである。ここで、炭素繊維強化樹脂としては、熱硬化性樹脂と炭素繊維との複合材料(CFRP)、及び熱可塑性樹脂と炭素繊維との複合材料(CFRTP)が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びフェノール樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロン樹脂及びポリエステル樹脂などが挙げられる。炭素繊維としては、例えば、短繊維もしくは連続繊維の形態または布帛形態(織物、マットなど)で使用されていたものが挙げられる。好ましくは、廃棄物Wは、その最大長さが5cm以上30cm以下になるように予め破砕されている。
This
熱処理装置2は、炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wを300℃以上800℃以下の非酸化性雰囲気下で加熱処理する熱処理工程を行う。具体的には、熱処理装置2は、その外部から取り入れた空気Aとボイラー7から供給される過熱水蒸気Sとにより廃棄物Wを加熱処理する。なお、非酸化性雰囲気とは、酸素濃度が10%以下(好ましくは5%以下)である空間を意味している。熱処理装置2には、例えば、固定炉、ロータリーキルン、ストーカ炉、竪型炉または流動床炉を使用することができる。
The
これにより、廃棄物Wに含まれている樹脂の大部分は熱分解し、廃棄物Wに含まれている炭素繊維に付着していた固定炭素は燃焼する。すると、この樹脂の熱分解及び固定炭素の燃焼により廃棄物Wから可燃性ガスC1が発生し、廃棄物Wに含まれていた炭素繊維Fが熱処理装置2の内部に残る。なお、廃棄物Wを300℃未満で加熱することは、廃棄物Wに含まれる樹脂の熱分解速度が遅くなるために好ましくない。また、廃棄物Wを800℃より高い温度に加熱することは、廃棄物Wに含まれる炭素繊維が酸化して再生炭素繊維としての質を低下させてしまうため好ましくない。
As a result, most of the resin contained in the waste W is thermally decomposed, and the fixed carbon attached to the carbon fibers contained in the waste W is burned. Then, combustible gas C1 is generated from the waste W due to the thermal decomposition of the resin and the combustion of the fixed carbon, and the carbon fibers F contained in the waste W remain inside the
ガス改質装置3は、熱処理装置2から排出された可燃性ガスC1を改質するガス改質工程を行う。具体的には、1000℃以上1200℃以下(好ましくは1100℃以下)の環境において理論酸素必要量未満の酸素量で可燃性ガスC1を加熱する。これにより、可燃性ガスC1に含まれる炭素分(有機分)を部分燃焼させ、可燃性ガスC2を生成する。可燃性ガスC2には、可燃性ガスC1に含まれるタール等の重質の炭化水素が分解して発生した軽質成分(一酸化炭素ガス、メタンガス及び水素ガスなど)が含まれる。
The
ここで、ガス改質装置3において可燃性ガスC1を1000℃未満に加熱すると、可燃性ガスC1に含まれる重質の炭化水素を十分に分解することができない。また、ガス改質装置3において可燃性ガスC1を1200℃を超える温度に加熱すると、可燃性ガスC1に含まれる重質の炭化水素の分解に必要な量の熱に対して過剰な熱を可燃性ガスC1に付加することになり、必要以上に多くのコストを要することになるために好ましくない。
Here, if the combustible gas C1 is heated to a temperature below 1000°C in the
集塵装置4は、ガス改質装置3から排出された可燃性ガスC2を集塵する集塵工程を行う。集塵装置4は、ガス改質装置3から排出された可燃性ガスC2に含まれるカーボン粒子等をダストDとして回収する。集塵装置4には、例えば、バグフィルタ、サイクロンを使用することができる。
The
炭素繊維回収装置5は、熱処理装置2の内部から排出された炭素繊維Fを回収する炭素繊維回収工程を行う。
The carbon
セメント焼成装置6は、集塵装置4から排出された可燃性ガスC3をセメント原料(図示せず)の焼成用の熱源として利用するガス利用工程を行う。具体的には、セメントキルン(図示せず)のバーナー(図示せず)から可燃性ガスC3をセメントキルンの内部に吹き込むことにより、可燃性ガスC3をセメントキルン(セメント焼成装置6)における熱源として利用する。
The
ボイラー7は、セメント焼成装置6の排ガスGを熱源として利用して過熱水蒸気Sを生成する過熱水蒸気生成工程を行うものである。
The
次に、図1に示す処理装置1の動作(本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理方法に相当)について説明する。この処理装置1の動作は各々の構成2~7において同時かつ連続的になされるものであるが、ここでは説明の便宜上の理由により各々の構成2~7の動作について順番に説明していく。
Next, the operation of the
まず、セメント焼成装置6においてセメント原料(図示せず)を焼成する。次に、セメント焼成装置6の排ガスGをボイラー7に導入して過熱水蒸気Sを生成する。その後、過熱水蒸気S、空気A及び炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wを熱処理装置2に供給して廃棄物Wを加熱処理する。
First, cement raw materials (not shown) are burned in the
これにより、熱処理装置2の内部環境である300℃以上800℃以下の非酸化性雰囲気下において、廃棄物Wに含まれている樹脂を熱分解させ、廃棄物Wに含まれている炭素繊維に付着している固定炭素を燃焼させる。すると、熱処理装置2の内部において、樹脂の熱分解及び固定炭素の燃焼により廃棄物Wから可燃性ガスC1が発生し、かつ、廃棄物Wに含まれていた炭素繊維Fが熱処理装置2の傾斜底面を滑り落ちて熱処理装置2の外部に排出される。
As a result, in a non-oxidizing atmosphere of 300°C to 800°C, which is the internal environment of the
ここで、可燃性ガスC1を誘引ファン(図示せず)により熱処理装置2の内部からガス改質装置3に誘引する。その一方で、熱処理装置2の内部から排出された炭素繊維Fを炭素繊維回収装置5に回収する。回収した炭素繊維Fは、再生炭素繊維あるいはセメント焼成装置6の燃料として利用可能なものである。
Here, the combustible gas C1 is drawn from inside the
ガス改質装置3において可燃性ガスC1を改質して可燃性ガスC2を生成する。可燃性ガスC2を集塵装置4において集塵することにより、可燃性ガスC2を可燃性ガスC3とダストDとに分離する。さらに、可燃性ガスC3をセメント焼成装置6のセメントキルンの内部に吹き込むことにより、可燃性ガスC3をセメントキルン(セメント焼成装置6)における熱源(燃焼ガス)として使用する。さらに、回収したダストDをセメント焼成装置6における固形燃料として利用する。
In the
以上のように、上記実施の形態によれば、セメント焼成装置6の排ガスGに含まれる熱(カロリー)を利用して炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wを加熱処理するため、この廃棄物Wを熱処理装置2において低コストで加熱処理することができる。また、熱処理装置2において発生する可燃性ガスC1~C3をセメント焼成装置6における熱源として有効に利用することができる。
As described above, according to the above embodiment, the waste material W made of carbon fiber reinforced resin is heat-treated using the heat (calories) contained in the exhaust gas G from the
また、上記実施の形態によれば、セメント焼成装置6の排ガスGに含まれる熱(カロリー)を利用して低コストで過熱水蒸気Sを生成することができる。また、この過熱水蒸気Sにより炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wを加熱処理することによって、この廃棄物Wに含まれる樹脂を効率よく熱分解させることができるため、この廃棄物Wに含まれていた炭素繊維Fを再生炭素繊維として効率よく回収することができる。
In addition, according to the above embodiment, the heat (calories) contained in the exhaust gas G from the
さらに、上記実施の形態によれば、炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wを加熱処理することにより発生する可燃性ガスC1~C3をセメントキルンの内部(1450℃程度の高温環境)に吹き込むため、この可燃性ガスC1~C3にダイオキシン類が含まれていても、この可燃性ガスC1~C3をセメントキルンの内部においてセメント原料の焼成に使用しつつ、この可燃性ガスC1~C3に含まれるダイオキシン類をセメントキルンの内部において分解することができる。 Furthermore, according to the above embodiment, the combustible gases C1 to C3 generated by the heat treatment of the carbon fiber reinforced resin waste W are blown into the inside of the cement kiln (a high-temperature environment of about 1450°C). Therefore, even if the combustible gases C1 to C3 contain dioxins, the combustible gases C1 to C3 can be used to burn the cement raw materials inside the cement kiln, while the dioxins contained in the combustible gases C1 to C3 can be decomposed inside the cement kiln.
また、上記実施の形態においては、可燃性ガスC3をセメント焼成装置6における熱源として利用したが、可燃性ガスC1、C2をセメント焼成装置6における熱源として利用することもできる。
In addition, in the above embodiment, the combustible gas C3 is used as the heat source in the
さらに、上記実施の形態においては、過熱水蒸気Sにより熱処理装置2の内部における廃棄物Wを加熱処理したが、セメント焼成装置6の排ガスGにより熱処理装置2の内部における廃棄物Wを加熱処理してもよい。また、セメント焼成装置6の排ガスGにより窒素ガス、アルゴンガスなどを加熱し、加熱された窒素ガス、アルゴンガスなどにより熱処理装置2の内部における廃棄物Wを加熱処理してもよい。
In addition, in the above embodiment, the waste W inside the
また、上記実施の形態においては、可燃性ガスC3をセメント焼成装置6のセメントキルンに吹き込んだが、セメント焼成装置6における仮焼炉(図示せず)又はプレヒータ(図示せず)に吹き込むこともできる。また、炭素繊維回収装置5で回収した再生炭素繊維は、篩分けや比重選別、光学選別等を行うことで、利用先の用途に応じた分類分けをしてもよい。
In the above embodiment, the combustible gas C3 is injected into the cement kiln of the
このように、上記実施の形態によれば、熱処理装置2において化石燃料を使用せずに過熱水蒸気Sにより廃棄物Wを加熱処理することができ、セメント焼成装置6において化石燃料を使用せずに可燃性ガスC3によりセメント原料を焼成することができるため、これらの装置2、6からの大気中への二酸化炭素放出量を少なく抑えることができる。さらには、熱処理装置2から排出される可燃性ガスC1~C3にダイオキシン類が含まれていても、この可燃性ガスC1~C3をセメントキルン(セメント焼成装置6)の内部においてセメント原料の焼成に使用しつつ、この可燃性ガスC1~C3に含まれるダイオキシン類を大気中に放出せずにセメントキルンの内部において分解することができる。
In this way, according to the above embodiment, the waste material W can be heat-treated by the
また、上記実施の形態によれば、炭素繊維強化プラスチックの廃棄物Wを炭素繊維回収装置5に回収して再生炭素繊維(高価で用途の広い素材)として利用することができ、熱処理装置2から排出される可燃性ガスC1をセメント焼成装置6における熱源として利用することができる。特に、炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wとして、上述したようにエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ナイロン樹脂及びポリエステル樹脂など様々な樹脂が含まれるものを処理することができるため、様々な種類の炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wを再生利用することができる。さらに、炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wに、炭素繊維強化樹脂とは異なる他の樹脂部材が混在している場合にも、炭素繊維強化樹脂に含まれる樹脂と同様に処理することができる。これにより、炭素繊維強化樹脂の廃棄物Wの処理におけるゼロエミッションを実現することができる。
According to the above embodiment, the carbon fiber reinforced plastic waste W can be recovered in the carbon
1 炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理装置
2 熱処理装置
3 ガス改質装置
4 集塵装置
5 炭素繊維回収装置
6 セメント焼成装置
7 ボイラー
A 空気
C1~C3 可燃性ガス
D ダスト
F 炭素繊維
G 排ガス
S 過熱水蒸気
W 炭素繊維強化樹脂の廃棄物
1 Carbon fiber reinforced resin
4
Claims (4)
前記熱処理工程において前記廃棄物から生成された前記可燃性ガスをセメント焼成装置における熱源として利用するガス利用工程と、
前記熱処理工程での加熱処理により得られた前記炭素繊維を回収する炭素繊維回収工程とを備え、
前記熱処理工程においては、前記セメント焼成装置の排ガス又は/及び前記排ガスを熱源として利用して生成した別のガスにより、前記廃棄物を加熱処理することを特徴とする炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理方法。 a heat treatment process in which carbon fiber reinforced resin waste is heat treated in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 10% or less and a temperature of 800° C. or less , thereby thermally decomposing the resin contained in the waste to generate a combustible gas, and further combusting fixed carbon attached to the carbon fibers contained in the waste ;
a gas utilization step of utilizing the combustible gas generated from the waste in the heat treatment step as a heat source in a cement burning apparatus ;
A carbon fiber recovery process for recovering the carbon fibers obtained by the heat treatment in the heat treatment process ,
A method for treating carbon fiber reinforced resin waste, characterized in that in the heat treatment step, the waste is heat-treated using exhaust gas from the cement burning apparatus and/or another gas generated by utilizing the exhaust gas as a heat source.
前記過熱水蒸気生成工程においては、前記排ガスを熱源として利用して前記別のガスである過熱水蒸気を生成することを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理方法。 Further comprising a superheated steam generating step,
2. The method for treating waste carbon fiber reinforced resin according to claim 1, wherein in the superheated steam generating step, the exhaust gas is utilized as a heat source to generate the separate gas, that is, the superheated steam.
前記熱処理装置において前記廃棄物から生成された前記可燃性ガスを熱源として利用してセメント原料を焼成するセメント焼成装置と、
前記熱処理工程での加熱処理により得られた前記炭素繊維を回収する炭素繊維回収装置とを備え、
前記熱処理装置は、前記セメント焼成装置の排ガス又は/及び前記排ガスを熱源として利用して生成した別のガスにより、前記廃棄物を加熱処理することを特徴とする炭素繊維強化樹脂の廃棄物の処理装置。 a heat treatment device for heat-treating carbon fiber reinforced resin waste in a non-oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 10% or less and 800° C. or less , thereby thermally decomposing the resin contained in the waste to generate a combustible gas, and further combusting fixed carbon attached to the carbon fibers contained in the waste ;
a cement calcination device that uses the combustible gas generated from the waste in the heat treatment device as a heat source to calcinate a cement raw material ;
a carbon fiber recovery device that recovers the carbon fibers obtained by the heat treatment in the heat treatment step ,
The heat treatment device heats the waste using exhaust gas from the cement burning device and/or another gas generated by utilizing the exhaust gas as a heat source.
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