タイヤ熱分解プラント: プロセス、製品、適切なシステムの選び方

タイヤ熱分解プラントとは

タイヤ熱分解プラントは、熱分解と呼ばれる熱化学プロセスを通じて、使用済みのゴムタイヤを貴重な回収材料に変換する工業施設です。基本的な原理は単純です。廃タイヤは密閉された酸素のない反応器内で、通常 300°C から 700°C までの高温に加熱されます。酸素が存在し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熱分解を受け、短い炭化水素分子に分解され、燃料油、カーボン ブラック、鋼線、可燃性ガスとして収集されます。

世界的な廃タイヤ問題の規模により、この技術の重要性はますます高まっています。 推定1 億本の廃タイヤが世界中で毎年生成されています。その重量は約 17 トンです。埋め立てや備蓄などの従来の処分ルートは、火災の危険性、地下水汚染、膨大な量の非生分解性物質が含まれるため、多くの管轄区域で制限または全面禁止されている。タイヤ熱分解はこの課題に直接対処し、タイヤ廃棄による環境負荷を軽減しながら、永続的な廃棄物の流れを一連の市場性のある商品に変換します。

プロセスの仕組み: ステップバイステップ

完全なタイヤ熱分解プラントは、明確に定義された一連の段階に従い、それぞれの段階で行われます。最終製品の品質と量が決まります。

ステップ 1 - 原料の準備

タイヤ全体または事前に細断されたタイヤチップがリアクターに供給されるように準備されます。連続熱分解システムでは、原料が小さくなると熱伝達効率が向上し、材料の流れが中断されないため、タイヤは通常、処理前に 50-100 mm の粒径に細断されます。バッチシステムは、多くの場合、反応器の設計に応じて、タイヤ全体またはより大きな部分を直接受け入れることができます。スチール ワイヤと繊維強化材は、処理前に部分的に除去されるか、熱分解後に下流で分離される場合があります。

ステップ 2 - 熱分解反応

準備されたタイヤ材料は密閉された熱分解反応器に入り、そこで外部熱が加えられます。通常はガス バーナーを介して最初にディーゼルまたは LPG によって点火され、その後、熱分解自体中に生成される可燃性ガスによって自立します。反応器の温度が 180°C から 280°C まで上昇すると、軽い揮発性化合物が蒸発し始めます。一次分解反応は 350°C から 500°C の間で激化し、この時点でゴムの炭化水素含有量の大部分がオイルガスに変換され、反応器から連続的に排出されます。

ステップ 3 - オイルガスの分離と凝縮

高温の熱分解ガスが反応器から排出されます。反応器は、より重い留分をより軽い留分から分離するマニホールドシステムを通過します。凝縮性留分は多段凝縮器システムに入り、そこで急速に冷却されて熱分解油に液化され、貯蔵タンクに収集されます。非凝縮性の軽ガス（主に水素、メタン、一酸化炭素）は、燃料としてバーナー システムにリサイクルされて戻されるため、プラントが定常状態で稼働すると外部エネルギー入力の必要がなくなります。

ステップ 4 - 固体生成物の回収

石油ガスの生成が完了し、反応器の温度が下がると、カーボン ブラックと鋼線の混合物である固体残留物が反応器チャンバー内に残ります。カーボンブラックは自動または手動で排出され、保管庫に搬送されます。鋼線は磁力で分別され、回収されてリサイクルされます。その後、リアクターは次のバッチの準備が整うか、連続運転モードで回転を続けます。

タイヤ熱分解の 4 つの貴重な生成物

タイヤ熱分解の経済的根拠は、4 つの副製品の品質と市場性にかかっています。 適切に稼働しているプラ​​ントの重量による一般的な生産量分布は、およそ 40-45% の燃料油です。 35% カーボン ブラック、 10% 鋼線、 および10% の可燃性ガス - つまり、実質的に何も無駄になりません。

熱分解油 (40-45% 収率)

タイヤ由来の熱分解オイルは、C5 から C20 までの範囲の炭化水素の複雑な混合物であり、約 43 MJ/kg - 市販の燃料油に匹敵します。ボイラー、セメント窯、製鋼炉で工業用燃料として直接使用することも、非標準のディーゼルおよびガソリン留分に蒸留してさらに精製することもできます。 熱分解油は通常、タイヤリサイクル プロジェクトの主な収益源です。 代替工業用燃料に対する一貫した需要と、保管と販売の物流が比較的簡単なためです。

カーボン ブラック (収率約 35%)

タイヤの熱分解から回収される固体の炭素質残留物は、回収カーボン ブラック (rCB) として知られています。生の状態では、燃料補給剤として、または低級ゴムおよびプラスチック製品の強化充填剤として使用できます。さらなる処理（粉砕、ペレット化、品質向上）を経た後、rCB はタイヤ製造、コーティング、工業用ゴム製品での使用の仕様を満たすことができ、市場価格は大幅に高くなります。持続可能性に関する規制により、メーカーがリサイクル成分を組み込むよう求められているため、カーボン ブラックの価値はますます高まっています。

スチール ワイヤー (収率約 10%)

タイヤに埋め込まれたスチール補強ベルトは、熱分解後にほぼ無傷で回収されます。残りのゴムはプロセス中に焼き尽くされ、きれいな鋼線が残り、スクラップ金属販売業者や製鉄所に直接販売できます。スチール ワイヤーは石油やカーボン ブラックよりも収益に貢献しませんが、全体の経済性を大幅に向上させ、追加の処理は必要ありません。

可燃性ガス (収率約 10

非凝縮性熱分解ガス (主に水素、メタン、一酸化炭素、軽質炭化水素) の発熱量は最大 33 MJ/m3 です。ほとんどのプラント構成では、このガスは反応器バーナー システムに直接再循環され、始動後のエネルギーの観点から熱分解プロセスはほぼ自立的に行われます。余剰ガスは、現場の暖房、内燃エンジンやガス タービンによる発電にも使用でき、さらに高度な構成では化学原料としてさらに処理することもできます。

バッチ式と連続式: どのプラント タイプが最適ですか?

タイヤ熱分解プラントの選択において最も重要な決定は、バッチ運転か連続運転かの選択です。各構成は、異なる投資プロファイル、運用規模、自動化レベルに適合します。

A バッチ熱分解プラント 一定量のタイヤ材料を装填し、反応器を密閉し、熱分解サイクルを完了します (通常は 8 時間から 10 時間)、その後冷却されます。固形残留物を排出し、再積載します。この設計は運用に柔軟性があり、初期投資が少なくて済むため、1 日あたり 1 から 20 トンを処理する小規模および中規模のプロジェクトに適しています。また、機械システムがシンプルで可動部品が少ないため、メンテナンスや修理も簡単です。その代償として、冷却と再装填の時間が連続運転に比べて全体のスループットと労働効率を低下させます。

A 連続熱分解プラント 反応炉が停止することなく 24 時間稼働している間、タイヤ材料の供給と固体生成物の排出が同時に行われます。これにより、大幅に高いスループット (通常は 1 日あたり 20 から 50 トン) が可能になり、生産量 1 トンあたりの人件費が低くなり、合成ガスの自己リサイクルによる燃料効率が向上し、プロセス条件が安定しているため製品品質がより安定します。連続システムは、より高い初期投資とより洗練された制御インフラストラクチャを必要としますが、商業規模のプロジェクトの場合、運用上の経済性は大幅に優れています。

環境パフォーマンスとコンプライアンス

従来の廃棄法に対するタイヤ熱分解の最も強力な議論の 1 つは、その環境プロファイルです。反応は酸素欠乏の密閉環境で行われるため、焼却時にダイオキシンやフラン、大量の粒子状物質を生成する直火燃焼は起こりません。生成されたガスは回収され、燃料としてリサイクルされるか、排出前に多段階のスクラビングと活性炭ろ過システムを通じて処理され、国際的な大気質基準への準拠が保証されます。

最新のタイヤ熱分解プラントには、硫黄含有化合物を除去する二相スクラバーと脱硫ユニット、可燃性ガスがタイヤに戻るのを防ぐウォーターシール逆火防止システムなど、複数の層の環境保護が組み込まれています。 適切に設計されたプラントは廃水の排出がなく、CE および ISO 14001 環境管理基準を満たしています。

ライフサイクルの観点から見ると、タイヤの熱分解により、生成される製品の炭素強度も低下します。回収された熱分解油は未使用の石油由来燃料に取って代わります。回収されたカーボンブラックは、生産に非常にエネルギーを消費するバージンカーボンブラックを置き換えます。そして回収された鋼線は一次鉄鋼生産に取って代わります。これらの代替品はそれぞれ、測定可能な CO₂ 削減効果をもたらします。これは、範囲 3 排出量目標と ESG コミットメントの達成を求めるお客様にとって、ますます重要な要素です。

完全なタイヤ熱分解ラインの主要機器

商業的に実行可能なタイヤ熱分解操作は、単一の反応器以上のものです。完全な生産ラインには、複数の相互接続された機器システムが統合されており、それぞれがプラント全体の効率、製品品質、収益性に影響を与えます。

原料の準備は タイヤシュレッダーから始まり、スクラップタイヤ全体が、リアクターへの連続供給に適した50-100 mmの均一なチップに減らされます。細断により、熱分解前に鋼線を部分的に除去することも可能になり、カーボンブラック生成物の純度が向上し、反応器内部の摩耗が軽減されます。高性能シュレッダーは、磁気分離と多段階のサイズ縮小を統合し、フルスチール、セミスチール、ラジアルタイヤを一貫したスループットで処理します。

反応器の下流では、熱分解油の品質、つまり市場価値は、凝縮および分離システムに大きく依存します。未加工タイヤ熱分解油には幅広い蒸留範囲が含まれており、直接の使用を制限する重質留分、水、硫黄化合物が含まれる場合があります。石油を 廃油蒸留装置 処理することにより、規格外のディーゼル、ナフサ、残留重油といった個別の燃料留分に分離され、それぞれの規格が定義され、より幅広い市場アクセスが可能となります。通常、蒸留のアップグレードにより、石油留分の正味実現価値が大幅に増加し、多くの場合、短い投資回収期間内で追加の資本コストが正当化されます。

回収されたカーボンブラック処理装置は、固体側のバリューチェーンを完成させ、ゴム配合および工業用充填剤用途の粒子サイズ仕様を満たすためにrCBを粉砕および分級します。これは、炭素の単純な燃焼燃料使用よりも大幅に高額な費用を支払う市場です。黒。

結論

タイヤ熱分解プラントは、世界で最も根深い廃棄物管理の課題の 1 つに対する、技術的に成熟し、商業的に証明されており、環境に配慮したソリューションを表します。スクラップタイヤを熱分解油、カーボンブラック、鋼線、可燃性ガスに変換することで、ますます厳しくなる環境規制に準拠しながら、負債を収益を生み出す資産に変えます。バッチ構成と連続構成のどちらを選択するかは、処理規模、資本の可用性、自動化要件によって異なります。また、統合された破砕装置と石油蒸留装置によって、出力製品の価値を大幅に高めることができます。

最初の熱分解プロジェクトを評価する場合でも、既存の操業を拡張する場合でも、適切なプラント構成と装置パートナーを選択することが最も重要な決定となります。当社のエンジニアリング チームは、お客様の原料、生産能力の要件、地域の市場状況を評価し、最適なソリューションを推奨します。