成果報告書詳細
管理番号20150000000081
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 先導研究 リサイクル炭素繊維の低コスト省エネ再生技術の研究開発
公開日2015/4/15
報告書年度2010 - 2012
委託先名岐阜大学 カーボンファイバーリサイクル工業株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約平成22年度-平成24年度和文要約書10005356-0-1
「省エネルギー革新技術開発事業/先導研究/リサイクル炭素繊維の低コスト省エネ再生技術の研究開発」

 輸送エネルギーの大幅な削減のため,自動車・航空機への利用拡大が期待されている炭素繊維複合材(CFRP)は,再生が難しく埋立処分されているのが現状である。そのため,持続可能社会の形成の観点から,炭素繊維リサイクル法の確立が急務となっている。また,CFRP中には樹脂成分が含まれており,そのエネルギーを活用して炭素繊維を取り出すことができれば,炭素繊維利用に関わる消費エネルギーを大幅に削減できる。本研究開発では,CFRP中のプラスチック成分由来のエネルギーを徹底活用し,省エネルギー性に優れた炭素繊維の再生プロセスおよび周辺制御システムの開発を進めている。  
 H23年度,H24年度の1)炭化炉の省エネ研究では,ラボスケール電気炉と小型炭化炉により,CFRP中樹脂の熱分解ガス・タール生成挙動および炭素収支から生成熱量の計算を実施し,その生成熱量から炭化炉に必要なエネルギーは賄えることを確認するとともに,実証小型炭化炉(CYT-1700)により過熱水蒸気投入などが灯油消費量を約63%削減し,大型炭化炉(CYT-7000)では56%の省エネ効果があることを確認した。2)焼成炉の省エネ研究ではラボスケール焼成炉(小型キルン)によりバージンの炭素繊維フィラメントを焼成し,繊維強度から500℃以下の焼成条件が適正であること,また実証焼成炉ではCFRP中の廃プラ成分由来残存炭素分の酸化エネルギーの活用,実証焼成炉30mネットキルン中の熱交換効率の改善,処理品密度の向上,処理充填量の増量および過熱水蒸気を熱媒体とした炭化炉廃熱利用,キルン排ガス熱循環などを行い,安定区間で65%(全体で40%)の省エネを実現し,さらに繊維の品質向上を確認した。3)連続プロセス研究では,模擬廃熱発生装置を用いて炭化炉間の廃熱利用の検討を試み,焼成炉の過熱水蒸気加熱は昇温部で3-5%の省エネ効果しかないが,炭化CFRP充填方式や金網焼成容器の工夫および炭化炉内への過熱水蒸気付加による省エネ効果が大きく,システム全体として60%の省エネを確認した。4)再生炭素繊維の評価では再生炭素繊維の強度試験を行い,80%以上強度を得る処理条件を確認した。
英文要約Title: Research and Development on low cost and saving energy process for carbon fiber reinforced plastic (CFRP) recycling (FY2010-FY2012) Final Report

It is expected for carbon fiber reinforced plastic (CFRP) to be used as the composite materials of automobiles and aircrafts to significantly reduce the transportation energy. However, the waste CFRP is at present landfilled because it is difficult to be recycled. From the viewpoint of the development of a sustainable society, the establishment of recycling process of carbon fiber has become an urgent matter. Also, if a resin component in CFRP is used as energy, it can significantly reduce the energy in process for recovering the carbon fiber. In this research, we have preceded the development to establish an excellent energy saving process and the control system to recover the carbon fiber by thoroughly using the plastic component with the CFRP.
In the research for saving energy of carbonizing furnace in FY2011~2012 we investigated the material balance and the energy balance using a small electric furnace and a laboratory-scale carbonizing furnace. As the results, we confirmed that the heat capacity of the product gases and tar after thermally decomposed the resin components can cover the amount of heat required to the CFRP pyrolysis and that the superheated steam can give energy saving of 63% for a small furnace CYT-1700 and of 56% for a large furnace CYT-7000. In the research for saving energy of oxidizing furnace, we confirmed that the oxidizing condition less than 500-C are appropriate from the view point of the fiber strength. In the large kiln furnace study of the utilization of waste heat from carbonizing furnace and from the residual carbon firing, improvement of heat exchange efficiency of the kiln, the utilization of superheated steam and the increase of density of the carbon fiber in a box, we confirmed to achieve energy saving of 33% and to improve increasing to 48% in stable operation condition. In the research for a continuous operation, although the heating effect by the extra superheated steam from carbonizing furnace to the kiln was only energy savings of 3-5%, we confirmed that the other effects of adding superheated stem to the carbonizing furnace, improving heat exchange and increasing fiber-filled density in the oxidizing furnace provided a large energy saving of 60% totally. In the research of the carbon fiber strength tests, we confirmed that the recycled carbon fiber could obtain more than 80% strength of the treated virgin carbon fiber.
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