JP2010275490A - 高分子系廃棄物の熱分解装置及びこの装置を用いた熱分解方法、炭化物の回収方法、並びに炭化物、該炭化物を含むゴム組成物及び該ゴム組成物を用いたタイヤ - Google Patents
高分子系廃棄物の熱分解装置及びこの装置を用いた熱分解方法、炭化物の回収方法、並びに炭化物、該炭化物を含むゴム組成物及び該ゴム組成物を用いたタイヤ Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】無酸素ガスを加熱するための熱交換器1と、内部に高分子系廃棄物2を収容する熱分解炉3及び該熱分解炉3を外部から加熱する外部加熱手段4を有し、熱分解ガスを発生させるための分解装置5と、前記分解装置5で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置9と、前記油分回収装置9で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器1に供給するための循環路6と、前記熱分解炉3中に導入する不活性ガスを生成するためのガス発生器7と、前記熱分解装置系内の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器8とを備えることを特徴とする高分子系廃棄物の熱分解装置である。
【選択図】図1
Description
無酸素ガスを加熱するための熱交換器と、
内部に高分子系廃棄物を収容する熱分解炉及び該熱分解炉を外部から加熱する外部加熱手段を有し、該高分子系廃棄物を前記熱交換器で加熱した無酸素ガスと直接接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための分解装置と、
前記分解装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置と、
前記油分回収装置で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器に供給するための循環路と、
前記熱分解炉中に導入する不活性ガスを生成するためのガス発生器と、
熱分解装置系内の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器と
を備えることを特徴とする。
熱交換器内で無酸素ガスを加熱する工程と、
高分子系廃棄物を収容する熱分解炉内に前記熱交換器で加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物を加熱した無酸素ガスと直接接触させ、熱分解ガスを発生させる工程と、
酸素濃度検出器によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、ガス発生器から該熱分解装置系内に不活性ガスを導入し、該熱分解装置系内の酸素濃度を制御する工程と
を含むことを特徴とする。
熱交換器内で無酸素ガスを加熱する工程と、
高分子系廃棄物を収容する熱分解炉内に前記熱交換器で加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物を加熱した無酸素ガスと直接接触させ、熱分解ガスを発生させる工程と、
前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、
前記油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器に循環させる工程と、
酸素濃度検出器によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、ガス発生器から該熱分解炉内に無酸素ガスを導入し、該熱分解装置系内の酸素濃度を制御する工程と
を含むことを特徴とする。
詳細には、ガス流路の上流側にある第一の油分回収装置9aと、その下流側にある第二の油分回収装置9bは、同様な構成をとるが、第二の油分回収装置9bは、第一の油分回収装置9aが対象とする油分の沸点と比べて低い領域の沸点を有する油分を回収する。このように、複数の油分回収装置9を設置することで、組成が一定で品質の安定した油分を高い回収率で回収することができる。また、各油分回収装置9は、例えば、その下部で配管を通して回収タンク10に接続され、回収した油分を貯蔵することができる。更に、油分回収装置の下流側に凝縮装置等を設け、該凝縮装置内で凝縮される油分を回収することもできる。
ここで、熱分解装置系内の酸素濃度と全酸性度との関係を説明する。回収炭化物の酸化の度合いを評価する指標として「全酸性度」があり、この値が大きいと、該炭化物の表面が酸化されていることを意味し、該炭化物はゴム用配合剤として適さないことを意味する。本発明者らが検討したところ、回収炭化物の全酸性度が0.1meq/g以下であれば、その回収炭化物を純カーボンブラック(100%カーボンブラック)に混合した場合、ゴム組成物の物性低下を5%以内に抑えることができ、回収した炭化物をゴム補強用充填剤として再利用することが可能であることが分かった。そして、図2に示す通り、全酸性度を0.1meq/g以下に抑えるためには、熱分解装置系内の酸素濃度を1.0容量%以下に制御することが好ましい。そこで、本発明の熱分解装置は、更に、酸素濃度検出器8によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、前記ガス発生器から該熱分解装置系内への不活性ガス導入流量を制御する装置を備えるのが好ましい。これにより、酸素濃度検出器8によって検出された熱分解装置系内の酸素濃度の検出結果に基づき、不活性ガスの流量制御手段13に信号が伝達され、この信号によりガス発生器7が稼動して不活性ガスを発生させ、この不活性ガスは上記信号により開度が変更される流量制御手段13を経て熱分解装置系内に導入される。
図1に示す熱分解装置を用いて、廃トラック用タイヤから炭化物を回収した。なお、図1に示す熱分解装置は、熱交換器1、高分子系廃棄物2、熱分解炉3、外部加熱手段4、循環路6、ガス発生器7、酸素濃度検出器8、油分回収装置9、回収タンク10、排風機11、排ガス処理装置12及び流量制御手段13を備え、油分回収装置9の下流側に回収タンク10を備える。
詳細には、熱分解炉3(容量0.5m3)内に廃トラック用タイヤの裁断品(高分子系廃棄物2)約100kgを投入し、熱分解炉3内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器1によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解装置系内での酸素濃度は1.0容量%以下に制御され、熱分解炉3内に導入される無酸素ガスのガス流量は、0℃、1気圧換算で16.2m3/h〜19.8m3/hの範囲に制御された。熱交換器1による加熱を開始してから1時間で、油分回収装置9aに油分が溜出し始め、熱交換器1による加熱の開始から約4時間後に溜出が止まった。熱分解反応中の平均酸素濃度は0.31容量%であった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器1を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉2から炭化物を取り出した。
なお、タイヤ廃棄物を熱分解処理した後の残渣には、スチールコードやワイヤ等の大小様々な物が炭化物と混在している。
比較的大きな塊状物は、篩により除去することができ、一方、篩で取り除けない微細な物については、磁石により炭化物から除去することができる。具体的には、6.5メッシュ(目開き2.8mm)のステンレス製篩と、該篩の下に15mm間隔で平行に設置された3000ガウスのマグネット棒とを備えた炭化物回収手段が、タイヤ廃棄物用として好適である。
従って、上記炭化物回収手段を用い、篩とマグネット棒を通り抜ける炭化物を回収した。
余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、回転羽を有する風力分級機で該細粉を分級し、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、微細な炭化物を回収した。
次に、回収した炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定し、0.0594meq/gの数値を得た。更に、該回収炭化物を用いて、表1に示す配合処方のゴム組成物を調製し、該ゴム組成物の未加硫時及び加硫後のゴム特性を下記の方法により測定した。結果を表2〜5に示す。
(a)ムーニー粘度
JIS K6300−1:2001に準拠し、ムーニー粘度計を用いて、130℃でのムーニー粘度[ML1+4(130℃)]を測定し、GPF級カーボンブラック[旭カーボン(株)製,商品名:旭#55]のみが配合されたゴム組成物のムーニー粘度を100として指数表示した。指数値が小さい程、加工性に優れることを示す。
(b)スコーチタイム
JIS K6300−1:2001に準拠し、ムーニー粘度計を用いて、ムーニー粘度−時間曲線を測定し、ムーニー粘度の最低値(Vm)から5ポイント上昇した時間(t5)を求め、これをスコーチタイム(分)とした。ここで、GPF級カーボンブラック[旭カーボン(株)製,商品名:旭#55]のみが配合されたゴム組成物のスコーチタイムを100として指数表示した。指数値が100に近い程、加硫時間が適正で、作業性に優れることを示す。
(a)硬さ
140℃で30分間加硫して得た加硫ゴムに対して、JIS K6253:2006に準拠し、デュロメータ硬さ試験機(タイプA)を用いて評価した。詳細には、加硫ゴムのゴム試験片の表面に押針を3秒間押し込み、その押針の押込み深さから該ゴム試験片の硬さを求めた。ここで、GPF級カーボンブラック[旭カーボン(株)製,商品名:旭#55]のみが配合されたゴム組成物の硬さを100として指数表示した。指数値が大きい程、ゴム組成物の硬さが高いことを示す。
(b)引張応力
140℃で30分間加硫して得た加硫ゴムに対して、JIS K6251:2004に準拠し、室温で100%伸び時及び300%伸び時における引張応力を測定し、GPF級カーボンブラック[旭カーボン(株)製,商品名:旭#55]のみが配合されたゴム組成物の引張応力を100として指数表示した。指数値が大きい程、引張応力が大きく、弾性率が高いことを示す。
(c)引張強さ
140℃で30分間加硫して得た加硫ゴムに対して、JIS K6251:2004に準拠し、室温での引張強さ(Tb)を測定し、GPF級カーボンブラック[旭カーボン(株)製,商品名:旭#55]のみが配合されたゴム組成物の引張強さを100として指数表示した。指数値が大きい程、破壊対する耐性が高く、補強性に優れることを示す。
(d)切断時伸び
140℃で30分間加硫して得た加硫ゴムに対して、JIS K6251:2004に準拠し、室温での切断時伸びを測定し、GPF級カーボンブラック[旭カーボン(株)製,商品名:旭#55]のみが配合されたゴム組成物の切断時伸びを100として指数表示した。指数値が大きい程、配合される充填剤成分のゴム組成物への補強効果が高いことを示す。
*2 JSR(株)製,商品名:BROMOBUTYL 2255.
*3 実施例1〜2及び比較例1〜2のうちいずれかの回収分級炭化物20質量%とGPF級カーボンブラック80質量%との混合物.
*4 フレキシス社製,商品名:サントフレックス 6PPD.
*5 大内新興化学工業(株)製,商品名:ノクセラー DM−P.
*6 大内新興化学工業(株)製,商品名:ノクラック 224.
*7 大内新興化学工業(株)製,商品名:ノクセラー D.
*8 大内新興化学工業(株)製,商品名:ノクセラー NS.
熱分解炉3内に導入される無酸素ガスのガス流量を、0℃、1気圧換算で27.0m3/h〜30.6m3/hの範囲に制御した以外は、上記実施例1と同様にして、廃トラック用タイヤの熱分解処理を行った。回収炭化物の全酸性度を上記の方法により測定し、更に、該回収炭化物を用いて、表1に示す配合処方のゴム組成物を調製し、該ゴム組成物の未加硫時及び加硫後のゴム特性を上記の方法により測定した。結果を表2〜5に示す。
図1に示す熱分解装置の中で、ガス発生器7と流量制御手段13を稼動させなかった以外は、上記実施例1と同様にして廃トラック用タイヤを熱分解し、炭化物を回収した(即ち、比較例1では、熱分解反応中での酸素濃度に対してなんらの制御手段をとることなく熱分解処理を行った)。回収炭化物の全酸性度を上記の方法により測定し、更に、該回収炭化物を用いて、表1に示す配合処方のゴム組成物を調製し、該ゴム組成物の未加硫時及び加硫後のゴム特性を上記の方法により測定した。結果を表2〜5に示す。
熱分解炉3内に導入される無酸素ガスのガス流量を、0℃、1気圧換算で27.0m3/h〜30.6m3/hの範囲に制御した以外は、上記比較例1と同様にして熱分解装置系内の酸素濃度の制御を実施することなく、廃トラック用タイヤの熱分解処理を行った。回収炭化物の全酸性度を上記の方法により測定し、更に、該回収炭化物を用いて、表1に示す配合処方のゴム組成物を調製し、該ゴム組成物の未加硫時及び加硫後のゴム特性を上記の方法により測定した。結果を表2〜5に示す。
2 高分子系廃棄物
3 熱分解炉
4 外部加熱手段
5 分解装置
6 循環路
7 ガス発生器
8 酸素濃度検出器
9 油分回収装置
10 回収タンク
11 排風機
12 排ガス処理装置
13 流量制御手段
Claims (12)
- 無酸素ガスを加熱するための熱交換器と、
内部に高分子系廃棄物を収容する熱分解炉及び該熱分解炉を外部から加熱する外部加熱手段を有し、該高分子系廃棄物を前記熱交換器で加熱した無酸素ガスと直接接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための分解装置と、
前記分解装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置と、
前記油分回収装置で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器に供給するための循環路と、
前記熱分解炉中に導入する不活性ガスを生成するためのガス発生器と、
熱分解装置系内の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器と
を備えることを特徴とする高分子系廃棄物の熱分解装置。 - 更に、前記酸素濃度検出器によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、前記ガス発生器から該熱分解装置系内への不活性ガス導入流量を制御する装置を備えることを特徴とする請求項1に記載の高分子系廃棄物の熱分解装置。
- 請求項1又は2に記載の高分子系廃棄物の熱分解装置を用いた高分子系廃棄物の熱分解方法であって、
熱交換器内で無酸素ガスを加熱する工程と、
高分子系廃棄物を収容する熱分解炉内に前記熱交換器で加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物を加熱した無酸素ガスと直接接触させ、熱分解ガスを発生させる工程と、
酸素濃度検出器によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、ガス発生器から該熱分解装置系内に不活性ガスを導入し、該熱分解装置系内の酸素濃度を制御する工程と
を含むことを特徴とする高分子系廃棄物の熱分解方法。 - 前記熱分解ガスを発生させる工程において、熱分解時の温度を300〜600℃に制御することを特徴とする請求項3に記載の高分子系廃棄物の熱分解方法。
- 前記高分子系廃棄物の熱分解装置系内の酸素濃度を1.0容量%以下に制御することを特徴とする請求項3に記載の高分子系廃棄物の熱分解方法。
- 請求項1又は2に記載の高分子系廃棄物の熱分解装置を用いた炭化物の回収方法であって、
熱交換器内で無酸素ガスを加熱する工程と、
高分子系廃棄物を収容する熱分解炉内に前記熱交換器で加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物を加熱した無酸素ガスと直接接触させ、熱分解ガスを発生させる工程と、
前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、
前記油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器に循環させる工程と、
酸素濃度検出器によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、ガス発生器から該熱分解炉内に不活性ガスを導入し、該熱分解装置系内の酸素濃度を制御する工程と
を含むことを特徴とする炭化物の回収方法。 - 前記熱分解ガスを発生させる工程において、熱分解時の温度を300〜600℃に制御することを特徴とする請求項6に記載の炭化物の回収方法。
- 前記高分子系廃棄物の熱分解装置系内の酸素濃度を1.0容量%以下に制御することを特徴とする請求項6に記載の炭化物の回収方法。
- 請求項3〜5に記載の熱分解方法及び請求項6〜8に記載の回収方法のいずれかによって得られた炭化物。
- 全酸性度が0.1meq/g以下であることを特徴とする請求項10に記載の炭化物。
- 請求項10に記載の炭化物を配合してなるゴム組成物。
- 請求項11に記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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