タイヤ熱分解: 廃タイヤ リサイクルのプロセス、製品、利点

タイヤ熱分解とは何ですか?

タイヤ熱分解 は、高温、通常は 〜 300°C および 700°Cで、酸素の不在下で使用済みのゴム タイヤを分解する熱化学プロセスです。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より単純な炭化水素化合物に分解され、熱分解オイル、カーボン ブラック、スチール ワイヤー、可燃性ガスなどのさまざまな貴重な回収材料が得られます。

世界中で毎年発生する推定量 1 十億本の廃タイヤ と、法律によってますます制限されている埋め立てなどの従来の処分オプションにより、タイヤ熱分解は、廃タイヤの価値化のための最も技術的および商業的に有望なルートの 1 つとして浮上しています。これは、環境上の課題と資源回収の機会の両方に同時に対処します。

タイヤ熱分解プロセスの仕組み動作

タイヤの熱分解プロセスは、原料の準備から製品の分離と収集まで、明確に定義された一連の手順に従います。各段階を理解することで、エンジニアリング要件と達成可能な出力の品質の両方が明確になります。

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熱分解反応器に供給されます。連続システムでは、 50-100 mm 粒子サイズに細断するのが一般的です。これは、供給原料が小さいほど熱伝達と処理効率が向上するためです。鋼線と繊維強化材は、加工前に部分的に除去されたり、下流で分離される場合があります。

反応器内の熱分解

密閉された無酸素反応器の内部では、通常、ガスバーナーまたは電気発熱体を介して外部から熱が加えられます。温度が上昇すると、ゴムのポリマー鎖が変化します。 熱分解長鎖の炭化水素は短い揮発性分子に分解され、熱分解ガスとして反応器から排出されますが、固体の炭素質残留物 (チャー) と鋼は反応器チャンバー内に残ります。反応器の設計には、固定床バッチ反応器、ロータリー キルン連続反応器、真空熱分解システムがあり、それぞれ異なる処理能力と製品収率プロファイルを提供します。

凝縮と生成物の分離

反応器から出た揮発性ガスは凝縮システムを通過します。重い炭化水素留分は 熱分解油 (タイヤ由来燃料、TDF オイル)に凝縮し、軽い非凝縮性ガスは原子炉自体の燃料として再循環され、全体のエネルギー効率が向上します。固体チャーは排出され、冷却され、さらに処理されて回収カーボン ブラック (rCB) になります。スチール ワイヤーは磁力で分離され、金属スクラップのリサイクル用に販売されます。

タイヤ熱分解生成物とその応用

タイヤ熱分解の最も魅力的な側面の 1 つは、実質的にすべての入力材料が使用可能な出力に変換されることです。一般的な乗用車用タイヤの重量によるおおよその製品分布は次のとおりです。

• 熱分解オイル: 38-45%
• カーボン ブラック (char): 30-35%
• スチール ワイヤー: 13-15%
• 非凝縮性ガス: 10-15%

熱分解油(タイヤ由来燃料油)

タイヤ熱分解オイルは暗色で炭化水素が豊富です。ディーゼル燃料とほぼ同等の 40-43 MJ/kg発熱量を持つ液体。セメント窯、製鋼炉、船舶用ボイラーで工業用燃料として直接使用されるか、さらにディーゼルおよびガソリン留分に精製されます。改良されたタイヤ熱分解オイルは、石油化学生産の原料としての評価が高まっており、化学業界の循環経済目標に貢献しています。

回収カーボン ブラック (rCB)

熱分解中に生成される固体チャーには、タイヤ製造で広く使用されているのと同じ強化材であるカーボン ブラックが大量に含まれています。粉砕および精製後、 回収カーボン ブラック (rCB) ゴム配合、プラスチック、インク、コーティングにおいてバージン カーボン ブラックの代わりに使用できます。世界のカーボン ブラック市場は USD 17 億ドル 2023を上回っており、rCB は高価値の製品の流れとなっています。 ASTM N550 または N660 のバージン グレードに匹敵する品質グレードの達成は、依然として産業研究開発の活発な分野です。

鋼線

タイヤの熱分解から回収された鉄筋は高品質で、汚染の少ないスクラップワイヤーで、製鉄所やリサイクル業者に容易に受け入れられます。 1 つのトラック用タイヤには最大 3-5 kgの鉄鋼を入れることができるため、特にトラックやOTR（オフロード）タイヤを処理する大規模なタイヤ熱分解作業にとって、金属回収は有意義な収益源となります。

熱分解ガス

非凝縮性ガス部分（主に水素、メタン、エタン、プロパンで構成される）の発熱量は 35-45 MJ/m3で、天然ガスよりも高くなります。適切に設計された熱分解システムでは、このガスは反応器を加熱するために再循環され、定常状態の動作に達するとプロセスが大幅に進みます。 エネルギー自給自足 余剰ガスは敷地内での発電に使用できます。

タイヤ熱分解の環境上の利点

タイヤの熱分解は、埋め立て、備蓄、野焼きなどの従来の廃タイヤ処理方法と比較して、魅力的な環境プロファイルを提供します。これらはいずれも深刻な生態学的影響をもたらします。

• タイヤを埋め立て地から転用: タイヤ全体の埋め立ては禁止されています。 EU、英国、および米国の多くの州。熱分解は、準拠した高価値の代替廃棄ルートを提供します。
• 二酸化炭素排出量の削減: ライフサイクル評価では、rCB と熱分解油が化石由来の同等物に取って代わる場合、タイヤの熱分解が生成する正味 CO₂ 排出量はバージン材料の生産よりも大幅に低いことが一貫して示されています。
• 蚊の繁殖地を排除します。 備蓄された廃タイヤは、病気を媒介する蚊の主要な繁殖地です。熱分解処理により、この公衆衛生上のリスクが除去されます。
• 有害な灰残留物がない: 焼却とは異なり、熱分解では専門家による処理を必要とする有毒な飛灰が発生せず、排ガス処理によって大気への排出をより容易に制御できます。

ただし、責任ある操作にはスクラバー、アフターバーナー、煙突の連続監視などの厳格な 排出ガス制御システムが必要です。ゴムの熱加工中に形成される可能性のある多環芳香族炭化水素 (PAH) やその他の揮発性有機物の放出を防ぎます。

タイヤ熱分解と他の廃タイヤリサイクル方法

規制の状況と市場の成長

世界のタイヤ熱分解市場は約 780 米ドル 2023 と評価されており、廃棄物規制の強化、リサイクルカーボンブラックの需要の高まり、循環経済インフラへの投資の増加により、 7% ～ 2030以上の年間複合成長率 (CAGR) で成長すると予測されています。

主要な規制要因には EU が含まれます使用済自動車指令、ヨーロッパと北米のタイヤに対する拡大生産者責任 (EPR) 制度、および14th 5 か年計画に基づく中国の積極的なリサイクル材料目標。並行して、 ミシュラン、ブリヂストン、コンチネンタル を含む大手タイヤ メーカーは、熱分解で得られる rCB を含むリサイクル成分を新しいタイヤの製造に組み込むことを公約し、熱分解生産物の直接プル市場を創設しています。

回収されたカーボン ブラックの品質の標準化は、業界の重要なマイルストーンです。 rCB の ASTM D8178 規格 欧州 REACH 準拠フレームワークは、タイヤ熱分解からの rCB が安心して主流のゴムおよびプラスチックのサプライ チェーンに参入できるようにする品質ベンチマークを提供します。

タイヤ熱分解業界が直面する課題

タイヤ熱分解は、その強力な基礎にもかかわらず、広範な採用を引き続き制限するいくつかの技術的および商業的ハードルに直面しています。

• rCB の品質の一貫性: 回収されたカーボン ブラックの灰分、表面積、および不純物レベルは原料の組成やプロセス条件によって異なるため、高級ゴムに受け入れられる一貫したグレードを保証することが困難です。
• 熱分解油のアップグレード コスト: 原料熱分解油を輸送グレードの燃料に精製するには、水素化処理または蒸留装置への追加の設備投資が必要となり、プロジェクトが複雑になります。
• 原料サプライ チェーン: 競争力のある収集コストで安定した十分な量のタイヤ供給を確保することは、特に確立された収集ネットワーク外にある小規模事業者にとって物流上の課題です。
• 許可と地域社会の受け入れ: 熱処理施設は、多くの地域で厳しい規制監視と地元の反対に直面しています。
• 共処理からの競争: 低コストの代替燃料としてタイヤ全体を燃焼させるセメントキルンは、廃タイヤ原料の熱分解と直接競合し、多くの場合同レベルの材料回収を実現できません。

タイヤ熱分解の将来

継続的イノベーションは、タイヤ熱分解の現在の限界に取り組んでいます。 接触熱分解ゼオライトや金属酸化物などの触媒を反応器に導入することで、生成物の分布を高価値の軽油留分にシフトし、rCB 純度を向上させることができます。 マイクロ波支援熱分解 潜在的により低いエネルギー消費で、より速く、より均一な加熱を実現します。また、 共熱分解 タイヤとプラスチックやバイオマスなどの他の廃棄物の流れを組み合わせて、製品の収量と経済性を最適化することが検討されています。

持続可能性への義務が強化され、バージン材料のコストが上昇する中、タイヤ熱分解はニッチな廃棄物管理技術から主流の工業プロセスに移行する上で有利な立場にあります。プロセス革新、製品の標準化、支援的な政策枠組みを適切に組み合わせることで、 タイヤ熱分解は、世界で最も根深い廃棄物問題の 1 つを解決するための最も実行可能な経路の 1 つとなります。.