タイヤ熱分解プラント: プロセス、生産量、コスト、収益性

タイヤ熱分解プラントが実際に何を生産するか、そしてその価値があるかどうか

A タイヤ熱分解プラント 廃タイヤを酸素のない環境で熱分解し、熱分解オイル、カーボンブラック、鋼線、可燃性ガスという 4 つの商業的に価値のある生産物に変換します。 廃タイヤ 1 トンからは、通常、重量で 40-50% の熱分解油、30-35% のカーボン ブラック、10-15% の鋼線、5-10% の可燃性ガスが生成されます。 タイヤから燃料へのプロジェクトやタイヤリサイクルプロジェクトを評価する投資家や事業者にとって、経済性は現実のものですが、プラントの規模と生産量に大きく依存します。品質、現地市場価格、規制順守。この記事では、プロセスの仕組み、関係する設備、各生産物の価値、収益性の高いプラントと収益性の低いプラントの区別について説明します。

熱分解プロセス: タイヤがどのように燃料や材料に変換されるか

熱分解は熱化学です。分解プロセス。タイヤ熱分解プラントでは、細断されたタイヤまたは丸ごとのタイヤが密閉された反応容器に装填され、酸素が完全に存在しない状態で 〜 350°C と 550°C 温度まで加熱されます。酸素がなければ燃焼は起こりません。代わりに、ゴム内の複雑なポリマー鎖がより短い炭化水素分子に分解されます。

プロセスはいくつかの段階を経て進行します。明確な段階:

• 乾燥段階 (周囲温度から ~150°C まで) - 分解が始まる前にタイヤ内の残留水分が蒸発します。
• 一次分解 (150°C-350°C) - ポリマー側鎖が壊れ始めます。軽質炭化水素ガスの生成が開始されます。
• 主熱分解段階 (350°C-550°C) - ゴムの大部分が解重合します。重油および軽油の蒸気は非凝縮性ガスとともに生成されます。
• 冷却と凝縮 - 熱分解蒸気は凝縮システムを通過します。重い留分は液化して熱分解油になり、軽い留分は可燃性ガスとして残ります。
• 残留物除去 - 反応器内に残った固体カーボンブラックとスチールワイヤーは排出され、さらなる加工または直接販売のために分離されます。

バッチ型反応器での完全な処理サイクルには通常、加熱、反応、冷却時間を含めて 8-12 積み込みから排出まで何時間もかかります。かかります。連続キルンまたはロータリーキルン システムはサイクル タイムを大幅に短縮しますが、より多くの設備投資が必要になります。

タイヤ熱分解プラントの主要機器

完全なタイヤ熱分解プラントは、相互接続された複数のシステムで構成されます。それぞれの機能を理解することは、機器の見積もりを評価し、品質の違いが実際に問題となる箇所を特定するために不可欠です。

タイヤ前処理および供給システム

乗用車のタイヤは、多くの場合、大型のリアクター設計に丸ごと供給できるため、前処理コストが削減されます。トラックのタイヤや特大のタイヤは通常、細かく粉砕する必要があります。 50-100 mm 反応器内の熱分布を均一にし、石油収量を低下させるホットスポットを防ぎます。このセクションは、タイヤ シュレッダー、ワイヤー セパレーター (ビード ワイヤーを事前に除去するため)、コンベアまたはスキップ ローダーで完了します。

熱分解反応器

リアクターは、タイヤ熱分解プラントの中核であり、設計品質が安全性、歩留まり、動作寿命に最も大きな影響を与えるコンポーネントです。 3 つの主要なリアクター構成は次のとおりです。

• バッチ回転反応器 - 最も一般的なタイプ。均一な加熱を確保するために回転する水平円筒形の容器。バッチあたりの容量は通常、5 から 50 トンの範囲です。資本コストは低くなりますが、サイクル間に冷却が必要となり、スループットが制限されます。
• 連続ロータリー キルン リアクター - 材料は冷却サイクルなしで連続的に供給および排出されるため、 24 時間の運転 1 日あたり 10-100+ トンの生産能力が可能になります。資本コストは高くなりますが、処理トンあたりの運転コストは大幅に低くなります。
• 固定水平型反応器 - 小規模プラントで使用されるシンプルな設計。回転がないということは、加熱の均一性が低下し、石油収量が低下することを意味しますが、初期投資が抑えられるため、エントリーレベルの運転に適しています。

反応器シェルの材質が重要です。 ボイラー グレードの Q345R または同等の圧力容器鋼 壁厚 16-20 mm が、プロセスでの安全な運転の最低基準です。気温。タイヤ熱分解業界における致命的な故障の最も一般的な原因は、仕様を満たしていない反応器です。

凝縮およびオイル収集システム

反応器から出た熱分解蒸気は、一連の凝縮器 (通常はスプレー) を通過します。凝縮器、その後にチューブアンドシェル熱交換器が続き、そこで冷却され、凝縮性画分が液化して熱分解油になります。非凝縮性ガス留分 (主に C1-C4 炭化水素) は個別に収集され、燃料として反応器バーナーに戻され、プロセスが定常状態に達すると外部エネルギー消費が削減されます。 40-60% プロセスが定常状態に達したら。

カーボン ブラックの排出および処理

固体残留物 (カーボン ブラックとスチール ワイヤー) は、再酸化を防止し、無酸素環境を維持するために、密閉された水冷スクリュー コンベアを通して反応器から排出されます。鋼線は磁気的に分離されます。カーボン ブラックは貯蔵サイロに運ばれるか、より高度なプラントでは、より高価値の生産物を得るためにカーボン ブラックの粉砕およびペレット化ラインに運ばれます。

排ガス処理システム

反応器の加熱システムからの燃焼ガスは、大気中に放出する前に処理する必要があります。完全な処理トレインには、脱硫スクラバー、粉塵除去 (バグ フィルターまたはウェット スクラバー)、さらに厳しい排出基準のある市場では DeNOx システムが含まれます。 これは、低コストのプラントの見積もりで最も一般的に不足しているコンポーネントです。 - これが不適切な場合、規制当局による閉鎖につながる可能性が最も高いものです。

出力製品: 品質、用途、および市場価値

タイヤ熱分解プラントの商業的実行可能性は、ほぼ完全に、その 4 つの出力ストリームの品質と市場性によって決まります。それぞれに、商品価格が付くかプレミアムが付くかを決定する一連の異なる品質変数があります。

タイヤ熱分解油 (TPO)

熱分解油は、ほとんどのプラントの主な収益源です。これは、No. 4 または No. 6 重油に似た特性を持つ黒っぽい粘性燃料で、発熱量は約 40-43 MJ/kg - ディーゼルに匹敵します。産業用ボイラー、セメント窯、製鋼所、船舶の燃料として直接使用できます (重質燃料ブレンドストックとして)。硫黄含有量は通常 0.8-1.5重量%であり、さらに精製しない限り、厳しい硫黄規制のある市場での使用が制限されます。

下流蒸留を使用すると、TPO をディーゼル範囲の燃料、ナフサ、軽油留分に精製でき、価格が大幅に高くなります。蒸留装置は、 $50,000-$200,000 容量に応じて資本コストが追加されますが、 30-60% 精製製品が好まれる市場では、石油留分の実効販売価格を高めることができます。

回収カーボン ブラック (rCB)

タイヤ熱分解からのカーボンブラック残留物（回収カーボンブラック（rCB）と呼ばれます）には、無機タイヤからの灰とともに、タイヤコンパウンドからの元のカーボンブラックフィラーが含まれています。添加物。未加工の rCB は、非重要なゴム用途におけるバージン N330 または N550 カーボン ブラックの低級代替品として、通常 40-60%で販売されています。粉砕して粒子サイズを小さくし、活性化または空気分級によって灰を除去した後、rCB は ASTM N660 仕様に近い性能レベルにアップグレードでき、大幅に規模が大きく高価値の市場であるタイヤ製造での使用が可能になります。 Grand View Research の市場調査によれば、世界の回収カーボン ブラック市場の価値は約 $380 2022 で 100 万ドルに達し、6-8% で成長すると予測されています2030 バージン カーボン ブラック価格の

鋼線

タイヤの熱分解から回収されたスチールビードワイヤーとベルトスチールは、鉄スクラップディーラーまたは製鉄所に直接販売されます。通常、表面には残留炭素炭が含まれていますが、それ以外はきれいな高炭素鋼ワイヤであり、ほとんどの市場では $150-$250/トン スクラップ価値が約あります。大きな収益貢献者ではありませんが、安定した低労力の収入源です。

可燃性熱分解ガス

主にメタン、水素、エチレン、プロパンからなる非凝縮性ガスの排出量は、天然ガスとほぼ同等の 35-45 MJ/m3 発熱量です。このガスを販売する (ガス グリッド インフラストラクチャが必要) のではなく、事実上すべての最新のタイヤ熱分解プラントは反応炉加熱燃料として再循環し、外部エネルギー コストを大幅に削減します。

プラントの能力と資本コスト: 適切な規模の選択

タイヤ熱分解プラントは、幅広い容量で市販されています。適切な規模は、現地のタイヤ供給量、利用可能な資本、生産対象の市場によって異なります。利用可能なタイヤ供給量に比べてプラントの規模を小さくすると、原料の利点が無駄になります。過剰なサイジングは、ユニットエコノミクスを破壊する慢性的な過小活用のリスクを伴います。

これらの数値は、確立されたメーカーからのターンキー供給を前提としています。完全な排出ガス処理システム、蒸留ユニット、カーボン ブラック アップグレード ラインを備えたプラントは、これらの範囲の上限に位置します。 排ガス処理、自動制御システム、または適切な圧力容器の認証を除外した低コストの見積もりは、慎重に扱う必要があります。 - 規制遵守の改造や安全上のインシデントに伴う隠れたコストは、当初の節約額をはるかに上回ります。

タイヤ熱分解プラントの規制要件と環境要件

タイヤの熱分解は、ほとんどの管轄区域で廃棄物処理および熱化学処理作業として分類されており、環境許可、大気排出制限、および有害廃棄物の取り扱い規制の対象となります。規制の状況は国や地域によって大きく異なりますが、これらの要件は計画を立てるのに十分な普遍的なものです。

• 大気排出許可 - 原子炉加熱システムからの排ガスは、粒子状物質、SO₂、NOₓ、および一部の法域ではダイオキシン/フランに関する地域の制限を満たさなければなりません。 EU では、1 時間あたり 3 トンを超えるタイヤを処理するタイヤ熱分解プラントは、Best Available Techniques (BAT) 準拠要件を備えた産業排出指令 (IED) に該当します。
• 廃棄物の受け入れおよび保管の許可 - 使用済みタイヤの輸入と保管には廃棄物運搬業者が必要です。ほとんどの国での施設ライセンス。タイヤは、火災の危険性があるため、定義されたしきい値を超えて保管されている場合、一部の管轄区域では有害廃棄物として分類されます。
• 圧力容器認証 - 高温で運転され、可燃性ガスを生成する原子炉は、試運転前に第三者による検査と認証を要求する圧力機器指令 (EU では PED、北米では ASME) の対象となります。
• TPO の製品分類 - 一部の市場では、熱分解油は廃棄物由来燃料として分類されており、販売には特定のエンドユーザー許可が必要です。定義された仕様を満たしていれば、燃料製品として販売できる場合もあります。この分類は市場性に大きく影響するため、プラントの試運転前に確認する必要があります。
• 原料チップ手数料 - 使用済みタイヤに対する拡大生産者責任 (EPR) 制度がある国では、熱分解事業者は受け入れられたタイヤの $20-1 トンあたり $80 チップ料金を受け取る資格があり、プロジェクトの経済性が大幅に向上します。 EU、英国、北米では、これらの制度が十分に確立されています。新興市場では導入が進んでいます。

収益性の高いプラントと収益性の低いプラントを分ける重要な要素

タイヤ熱分解業界では、経済的潜在力を下回って稼働しているプラントがかなりの数ありますが、大きな収益を上げているプラントは少数です。この違いは一貫しており、有益です。

供給原料の確保

高い稼働率で稼働しているプラントは、ほとんどの場合、試運転前にタイヤ小売業者、車両解体業者、地方自治体の回収計画、または EPR プログラム管理者と正式な契約を結んでいます。 60% の容量で運用するのと、90% の容量で運用するのとでは、限界のある運用と収益性の高い運用の違いが生じる可能性があります。 固定費 (減価償却費、人件費、許可証) が処理トン数に分散される場合。

操業前の生産市場開発

生産量のマーケティングを結果論として扱う操業者は、石油備蓄、カーボン ブラックの廃棄コスト、または不良価格での強制販売に常に直面しています。最も成功している操業では、工場が生産を開始する前に産業用燃料ユーザーとの TPO に応じたオフテイク契約とゴム配合業者とのカーボン ブラック供給契約が締結されています。

カーボン ブラックのアップグレードへの投資

低品位フィラーとして販売される生の rCB は、この出力ストリームに固定された価値のほんの一部しか捕捉しません。カーボン ブラック粉砕機、ペレタイザー、品質試験機能を追加した工場は、 2-4×生の rCB 価格 一貫した粒子サイズと構造仕様を満たす材料に対して喜んで支払うゴムおよびプラスチックの配合業者を利用できます。

連続操業とバッチ操業

1 日あたり 20 トンを超える生産能力では、連続ロータリー キルン設計はバッチ システムに比べて運用コストで圧倒的な優位性を持っています。冷却と再装填のサイクルを排除することで、1 トンあたりのエネルギー消費量が 15-25%削減され、労働要件が削減され、より安定した出力品質が可能になります。これらすべてが 1 年間の運用を通じて意味のあるものになります。

初日からの排出ガス規制

ほとんどの市場の規制当局は、廃棄物エネルギー変換および熱分解運用の監視を強化しています。寛大な初期の枠組みの下で許可されていたプラントは、排出規制を改修する必要がますます高まっています。 初期のプラント設計に完全な排出処理システムを組み込むことは、強制的な圧力の下で改修するよりもはるかに低コストです。 規制措置によって生じる操業の混乱や風評被害を排除します。