2016 Fiscal Year Research-status Report
循環型過熱水蒸気利用による金属廃棄物の高効率高温脱脂技術に関する研究
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15K05824
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
丸山 直樹 三重大学, 工学研究科, 准教授 (20209703)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 廃棄物再資源化 / 過熱水蒸気 / 高温熱処理 / エネルギー効率化 / 環境技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，従来にない高温の過熱水蒸気を用いて，廃棄物の再資源化処理を行うための金属切削油脱脂システムの構築と実証評価である．従来の過熱水蒸気による処理温度は，脱脂処理に限らず350℃程度またはそれ以下のものが多い．そこで，機械加工工場から排出される油分を含む金属切削屑を原料として，金属脱脂の高効率化が期待できる処理温度450℃以上での熱処理を目標としている．初年度は，高温処理システムの構築と予備実験を行い，目標とする油分付着率１％未満を達成することができ，高温処理による有用性を示唆することができた．
第２年度は，初年度に構築した装置を調整しながら，処理室の高温化のための改善，データ収集，熱収支計算手法の妥当性の検証により，本システムの稼働評価を目的に進めた．特に，配管をはじめとする装置各所からの熱損失，不純物回収分離フィルタの改善，ロータリーキルン方式による連続処理のための原料送り方法改善，誘導加熱過熱蒸気供給装置の起動と蒸気循環の切替えなどの課題への対策を進めた．これらを逐次改善しながら，原料の高温処理化と分離方法の改善で高効率処理のための方策を分析評価した．しかしながら，実験においては装置の不具合や新たな課題が発生し，十分な実験量を行うことができなかった．特に，脱脂処理中の切削油の臭気処理や複雑な形状を持つ切削屑に適した分析方法の考案に時間を要した．その中，処理蒸気温度をおよそ400，430（450クラス），500℃に変化させて消費電力と脱脂量を分析評価したところ，初年度の実験に比べて切削屑の質量流量を約2倍にしても十分な脱脂が行われており，処理量と単位処理量あたりの消費エネルギーの双方の観点から効率向上が確認できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第２年度に用いたシステムは，過熱水蒸気発生装置，処理室，金属切削屑搬送装置，サイクロン，蒸気流量計，油水分離器，蒸気循環ブロワ，再加熱器，等で構成され，初年度と基本的に同じ構成となる．切削屑は，本年度新たに入手したもので，旋盤加工により排出されるアルミニウム系切削屑であるが，初年度に比してかさ密度の高い原料を用いた．第２年度には，油水分離性能向上と消費エネルギー削減を主目的に，以下の改善を行った．1) 蒸気流速とフィルターメッシュサイズの相関を考慮して，油水分離器を再製作した．2) 処理室ならびに再加熱器の誘導コイルの構成を変更し，コイルからの放熱量を低減させた．3) 実験中ならびに処理後の排気時の臭気を減じるため，脱臭装置を設計，導入した．
実験では，処理蒸気温度をおよそ400，430（450クラス），500℃に変化させて消費電力と脱脂量を分析評価した．初年度の実験に比べて金属切削屑の形状が大きく異なるため，切削屑の質量流量は約2倍となったが，一部金属の溶融が見られたもののいずれの処理温度においても目的とする付着率1.0%以下を達成できた．以上より，遠心分離圧縮方をはじめとする既存の脱脂方法より優れた脱脂性能を示すことを確認した．
脱脂処理温度に対するシステムの消費エネルギーの観点からは，初年度に対して原料の質量流量が倍増しているものの消費電力がさほど増加していないため，約1/2の消費電力で脱脂できた．これらより，より適切な運転条件で脱脂処理をすることにより，更なる省エネルギー運転が可能になると示唆された．
以上のように，初年度に構築した脱脂処理装置を改善し，複雑な形状の切削屑に対しても脱脂力があることを確認した．しかしながら，実験実施量が少なく，蒸気流量と原料質量流量の適切な比率についての考察が行えていないため，達成度(3)と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
第３年度（最終年度）は，第２年度に行えなかった脱脂処理データ収集，脱脂処理性能評価，熱収支計算，処理温度の高温化，等により本システムの省エネルギー運転を主眼に稼働評価を行うことを目的とする．第２年度には，当初心配していた切削屑の入手先も確保することができたため，種々の切削屑の形状に関する脱脂処理条件についても検討する．一方，本処理システム導入の有効性を評価するため，本処理法を国内に展開した場合の有効性を資源有効利用，省エネルギー，リサイクル材の品質向上の観点から分析評価する．
具体的な研究内容は，以下の４件を計画している．1) 初年度と第２年度に構築したシステムを用いて，十分な脱脂処理データを収集し，脱脂処理性能評価を行う．2) 原料切削屑と蒸気の流量を個々に変化させて，脱脂量と消費エネルギーの観点から最適運転条件を求める．従来では成り行きの切削屑流量と蒸気流量であったものを定量的に把握し，原料の質量流量に対する適切な過熱蒸気流量，加熱処理温度，加熱時間の関連性を分析評価する．3) 油分脱脂技術法としては，圧縮法，遠心分離法や溶剤脱脂法があるが，これらに対する過熱水蒸気脱脂方法の優位性を評価する．4) 処理後材料のリサイクル材としての有用性を評価する．
以上４件の完了を目標に取り組み，その後，成果報告としてまとめる．また，本研究期間中に途中経過の成果が得られた段階で，研究成果発表を行う予定である．
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| Causes of Carryover |
第２年度は，初年度に行った予備実験に基づいて実験条件を変更した実験を進める予定であったが，実験装置の不調，脱臭やこれらへの対策のために十分な実験量をこなすことができなかった．このため，研究費を装置改善用機器の購入，装置用材料等に使用したが，初年度からの繰越金と併せて最終年度に経費を繰り越すことになった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金については，最終年度用の実験材料（原料），実験装置改善のための材料費，機器費に使用する予定である．
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