JP2010516854A - タイヤ再生方法、及びその方法を実行するための装置 - Google Patents

Abstract

タイヤ、主に廃タイヤの再生方法であって、廃タイヤを熱分解カラムに供給する工程と、廃タイヤを交流磁場に暴露し最高でゴム熱分解温度まで加熱する工程と、前記ゴム熱分解処理で作られた揮発性生成物を除去する工程と、熱分解生成物の固定残渣物を冷却する工程と、固定残渣物を熱分解カラムから除去する工程と、を備える。前記廃タイヤは予めパーツに分割されており、そのパーツは次に前記熱分解カラムに供給口を通して供給され、かつ前記タイヤパーツの前記誘導加熱は、周波数が１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間の交流磁場によって前記廃タイヤパーツの金属コードに誘導電流を誘導することにより、行われる。また本発明は、本方法を実行するための装置に関する。

Description

本発明は、タイヤ、主に廃タイヤの処理および再生の分野に関し、熱分解による廃タイヤの熱分解、詳しくは予めパーツに分割しておいた廃タイヤの熱分解に実施することができる。

最近の生産条件では、安全性の確保、環境配慮、および経済的な廃棄物再生が重要である。したがって、現在は、既存の廃棄物再生方法を改良し、かつ、再生装置構成を大幅に簡素化し、同時に、その運用信頼性および安全性を高める傾向が明確に現れており、これら全てが、全体的に見て、廃棄物回の経済性改善を確実にする。また、現在、求められていることは、電力消費および再生処理経費の低減、および、再生物リサイクルを確保することである。

特に、熱分解による、タイヤ、主に廃タイヤの処理および再生の分野において、最も広く行われているのは、タイヤ全体を含むタイヤ再生方法であり、または、再生されるタイヤを電気的に加熱する工程と、その後、刻まれたタイヤビードを有する金属リングを機械的に除去する工程と、を備えた方法である。これらの方法は、多くの実質的な短所がある。再生されるタイヤの体積の９５％が空気により占められているので、タイヤ全体を再生装置に供給することは、重大な処理問題に結び付いている。さらに、再生装置に入る空気は熱分解ガスと混合され、これは混合ガスの窒素割合および酸素割合の増加をもたらす。窒素は、使用されたガス燃料の発熱量を大幅に低減する。さらに、充填のたびに、熱分解ガスが、再生装置の供給手段の「デッドスペース」に入り、そのデッドスペースは、少なくとも一つのタイヤの体積に等しい体積を有しかつ、供給手段の復帰動作中は、熱分解ガスが大気に排出される可能性がある。これは、生態学的状況の悪化をもたらすと共に、運転要員にとって危険なものとなる可能性がある。前記現象の発生を防ぐため、例えば、供給手段および密閉手段に、不活性なガス又はスイートガス又は水蒸気を吹き付けるような適切な対策がとられるべきである。これは、総支出および経常費を上げてしまうと共に、このような方法の実施の経済的な不利をもたらす。

熱分解の処理および方法の実施の経済的成果を全体として悪くする別の要因は、約０．１５ｔ／ｍ^３という、再生装置内におけるタイヤ全体の低いかさ密度にあり、これも方法実施にかかる総支出および経常費を上げてしまう。タイヤ全体の処理施設への輸送は、予め分割しておいたタイヤの輸送よりもコストがかかる。

また、再生されるタイヤを予めパーツに分割しておく工程を備えた方法は、このような分割が、この目的のために特別に設計された装置の使用、または、例えば爆発による破壊のような廃タイヤ破壊のための特殊な方法の使用を必要とするので、経済的に不利であることが多い。タイヤをパーツに分割するための特別な装置の、設計、開発、導入および運用は、追加的なコストを必要とし、かつ、再生装置構成およびタイヤ再生プロセス全体の複雑化をもたらす。廃タイヤ破壊のための特殊な方法の使用を含む方法は、同じ問題を有する。

特許文献１は、廃タイヤ破壊のための方法、および、この方法を実行するための装置を開示している。前記方法は、高周波電流によるタイヤ処理、及び、電流による金属コードの誘導加熱も含む。本方法は、さらに、タイヤ冷却を含む。タイヤの爆発破壊により生じたタイヤ破片に対する繰り返し爆発処理により更なる分割行われている間中、廃タイヤ破壊が爆発を利用して行われる。

前記方法の根本的な問題は、処理の複雑さおよび効果の低さを含み、それは、タイヤの完全破壊のみを対象とし、一方でタイヤの完全な再生を行えないからである。加えて、この方法の複雑さは、この方法を実現するための装置の複雑さをもたらし、これはまた総支出の増加をもたらす。

また、再生最先端技術として公知であるのは特許文献２に開示された廃タイヤ再生装置であり、その装置は、廃タイヤの金属コードに低周波誘導電流を誘導することにより、誘導加熱が行える。しかしながら、チャンネル型誘導炉の磁心に対する廃タイヤの配置は、分割構造の磁心を必要とし、これは重大な技術的問題と結び付く。さらに磁心が壊れたとき、誘導抵抗の急激な減少は、巻線破損の可能性を生じるかもしれないので、変圧器の一次巻線における電流は専用レギュレータを使って減少させなければならない。

このような炉の根本的な問題は、炉の高さに合わせて火力を調整することが不可能なことである。

最先端技術として公知であるのは特許文献３に開示された廃タイヤおよびゴム製品の加熱処理方法である。この発明に基づく方法を実行するための装置は、予めパーツに分割しておいた廃タイヤが供給される供給手段を備えた熱分解カラムと、反応路に接続された密封供給機であって、その反応路には加熱手段、および、ゴム熱分解ガス生成物を排出しかつ第二温度領域を備えた排出手段が設けられた密封投入機と、を有する。また反応炉は、固定残渣物を排出する出口を有する。また、この発明にかかる方法を実行するための装置は、固定残渣物受け−消火器(receiver-extinguisher)と、固定残渣物受け−消火器の冷却後に熱風が入る炉と、反応路内に配置された熱交換器と、を備える。

この装置の根本的な問題は、その複雑さ、および、廃タイヤ再生プロセスの処理能力の低さを含む。また、その装置を用いて実行される方法は、廃タイヤが２００℃〜５００℃の反応路内にて再循環された熱分解ガスの雰囲気下で処理され、かつ、熱分解生成物が分離装置を使って分離されることによって引き起こされる、プロセスの複雑さの問題を有する。また、この方法の問題は、効率がかなり悪いこと、及び、高い原料消費量を含む。

本発明に基づく装置に最も近いものは、特許文献４に開示された廃タイヤ再生装置であり、その装置は、互いに連続して接続された、タイヤ供給手段と、チューブインダクタ、ならびに、ガスおよび固体の熱分解生成物の排出手段が設けられた熱分解カラムと、を備える。前記装置を使って実行される廃タイヤ再生方法は、タイヤが低周波交流磁場に置かれた際に、金属コードに誘導された電流で、タイヤを加熱する工程を備える。

前記記載されている装置、及び、前記装置を使って実行される方法の根本的な問題は、最大で３５０℃〜５００℃の間の温度までスチールタイヤ線を加熱するのに十分に強い強度の誘導電流を得るため、磁力線はスチールタイヤワイヤにより形成された閉回路を通過する必要がある。したがって、前記方法および装置は、タイヤ全体の再生のみに適している。また、前記問題の原因は、最大で１６００℃の加熱を通して溶解することによるゴム熱分解が終了次第、磁心から、金属コードの閉じたリングを取り除く必要性にあるかもしれない。これは、高い電力消費をもたらし、また、加熱炉の炉床に耐熱性および断熱性の材料の使用、および、磁心の強制冷却を必要とする。さらに別の問題は、低周波誘導電流を使用すると、交流電源により直接又は変圧器を介して駆動されるインダクタは、大きな電力損失、いわゆる無効電力の損失を生じることである。

ロシア連邦特許第２０５７０１４号明細書 ロシア連邦特許第２１７６９５３号明細書 ロシア連邦特許第２２４８８８１号明細書 ウクライナ実用新案特許第１５００１号明細書

したがって、本発明の目的は、タイヤ、主に廃タイヤの再生方法を提供することにあり、本方法は、その簡素化と汎用性との両立により、再生方法の高い処理能力を確実に得ることができ、したがって、予めパーツに分割しておいたタイヤの再生がこれらのパーツの加熱条件を与えることによって可能となり、かつ前記再生処理における電力消費の低減が可能となり、方法の実施にかかるコストの低減が確実になり、かつ本方法の高い安全性および環境無害が確実になるであろう。

本発明の目的はまた、タイヤ、主に廃タイヤの再生方法を実行するための装置を提供することにあり、本装置はその簡素化と汎用性との両立により、また再生方法の高い処理能力を確実にすることができ、したがって本再生方法の電力消費の低減、装置運用にかかるコストの低減を確実にし、かつ本装置の高い安全性と環境無害とを確実にする。

前記目的は、本発明に基づいて、廃タイヤを熱分解カラムに供給する工程と、それらを交流磁場に暴露しそれらを最高でゴム熱分解温度まで加熱する工程と、熱分解処理において作られた揮発性生成物を除去する工程と、ゴム熱分解生成物の固定残渣物を冷却しかつそれを熱分解カラムから除去する工程と、を備えた、タイヤ、主に廃タイヤの再生方法により、達成される。本発明に基づく方法においては、タイヤは予めパーツに分割されており、そのパーツは次に熱分解カラムに供給口を通して供給され、前記タイヤパーツの誘導加熱は、周波数が１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間の交流磁場によって、タイヤパーツの金属コードに誘導電流を誘導することにより、行われる。

予めタイヤをパーツに分割しておくことは、再生されたタイヤの輸送と保管の両方のコスト低減を確実にし、かつ再生されたタイヤの本発明の装置への技術的に簡単な供給を確実にし、これは、全体的に、本発明に基づく方法の経済的な有効性を改善する。さらに、予めタイヤをパーツに分割しておくことはまた、熱分解ガスの環境への放出の防止を奨励する。なぜなら、既にパーツに分割されているタイヤの再生において、いわゆる「デッドスペース」は、タイヤ供給手段内部および装置の内部容積全体において作られず、この結果、高い安全性および環境無害の確保を可能にするからである。

便宜上、前記金属コードは、周波数が１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間の交流磁場に暴露されることにより、加熱される。金属コードの高周波磁場への暴露は、金属コードの強磁性物質に、高周波周期の繰り返し磁化を生じ、その繰り返し磁化は熱放出を伴う。このような交流磁場の周波数範囲は選択される。なぜなら１ｋＨｚよりも低い交流磁場に金属コードを暴露した場合は、熱放出が僅かであり、パーツに分割された金属コードの加熱には効果がないからである。また、１０００ｋＨｚを超える交流磁場周波数で誘導加熱することは、それぞれのパワーを作るのが困難な装置には不向きである。さらに、このような周波数の利用は経済的に得策でない。

好ましくは、パーツに分割しておいた廃タイヤの誘導加熱は、周波数が２．０ｋＨｚ〜１００ｋＨの間の交流磁場に暴露することにより行われ、その後は、この周波数域に対して、既存の商業化された電流発生器及びその要素ベースを利用することができる。前記周波数域はまた、最適である。なぜならこのような周波数のみで、加熱処理が最も効果的に行われかつ特定の電力消費が最小となることが実験でわかったからである。

便宜上、再生されるタイヤは、２〜８つのパーツに分割される。なぜなら、このような分割は、物体の装置への供給、および、装置からの排出の処理を簡単にするからである。本発明の好適な実施形態において、タイヤは、金属コード部分の長さが３ｃｍ〜２０ｃｍの間のパーツに分割される。金属コードの長さが３ｃｍよりも短いパーツにタイヤを分割することは、経済的に得策でなく、かつ、本発明の方法のコスト上昇をもたらす。また金属コードの長さが２０ｃｍよりも長いパーツにタイヤを分割することは、本発明の装置内におけるタイヤのかさ密度の減少をもたらすので得策でなく、この結果、本発明にかかる方法の実現において総支出および経常費の増加をもたらす。

便宜上、予めパーツに分割しておいた廃タイヤが、熱分解カラムに供給されると、必要に応じて、そこへ、小さな金属物が加えられる。これは金属コードなしに本発明にかかる方法を実行することを可能とする。なぜなら、その際には、金属物にて熱が放出され、これはゴムを加熱することができるからである。好ましくは１ｃｍ〜２０ｃｍの間のサイズの、ワイヤ裁断物(wire cuttings)、ワッシャー、ナット、及び他の金属物は、そのような細かい金属物として使うことができる。

本発明の好適な実施形態において、タイヤは、供給口領域において、気密密度までプレスされる。この操作は、タイヤ供給手段を使って行われる。この実施形態は、有害な熱分解ガスが環境に放出されるのを完全に防ぐことを可能にし、この結果、本方法の高い安全性および環境無害が確保される。さらに、パーツに分割されたタイヤをプレスすることにおいて、空気の大部分が、それらのパーツから外に押し出され、したがって、空気が再生装置に入ることを防ぎ、この結果、本発明に基づく方法の、効率低下の抑止、および、電力消費増加の抑止が可能である。

他の目的は、本発明に基づき、互いに連続して接続された、タイヤ供給手段と、チューブインダクタと熱分解ガスおよび固体生成物を排出する手段とが設けられた熱分解カラムと、を備え、前記装置には高周波電流発生器に接続されたチューブインダクタを有する高周波電流発生器が設けられ、供給手段が供給口および供給スクリューを通して熱分解カラムにつながる供給ホッパーとして構成され、熱分解固体生成物を排出する手段が排出スクリューとして構成された、タイヤ、主に廃タイヤの再生装置により達成される。

本発明に基づく廃タイヤ再生装置は、断熱の熱分解カラムを備え、場合によっては、円筒状であり、内部耐火層を有する。本発明の好適な実施形態においては、前記内部耐火層は、グロッグを使って、作られる。グロッグ（または、焼成砂(firesand)又はシャモットという）は、焼成の耐火粘土であり；それはムライト３ＡＬ_２Ｏ_３−２ＳｉＯ_２（それぞれ、４０％および６０％）を含み；その耐熱性又は耐火性は１６７０℃〜１７５０℃の間である。グロッグは、耐火粘土又は耐熱粘土を１０００℃〜１４００℃の間の温度で焼成することにより作られる。

円筒状熱分解カラムと共にタイヤ供給手段が設けられるときは、供給口および供給スクリューを介して熱分解カラムにつながる供給ホッパーが用いられる。供給ホッパーは、円錐状に構成されている。また、供給スクリューは、円錐状に構成され、そして、その内部にて、予めパーツに分割されたタイヤは本体内で回転する供給スクリューに沿って移動される。供給スクリューには、供給スクリューの入力端から供給口への方向に小となるピッチおよび直径が形成されている。このような本発明にかかる廃タイヤ再生装置の構成は、タイヤパーツが気密密度までプレスされると共に、プレスされたタイヤが供給口を通して、および、水平方向に対する姿勢にかかわらず熱分解カラムを通して強制的に押し出されることを可能にし、その結果、本発明にかかる装置の内部体積の信頼できる密封、および、有毒な熱分解ガスの環境への放出防止が確実になされ、その結果、本発明にかかる廃タイヤ再生方法の環境安全性を可能にする。

熱分解カラムには、加熱手段が設けられている。加熱手段として、高周波電流発生器が接続されたチューブインダクタが用いられる。チューブインダクタは、金属チューブから作られ、その中空部がコイルを冷却する水源に接続されたコイルを備える。コイルは、円筒状熱分解カラム周囲に巻かれ、かつ、高周波電流発生器の端子に接続される。熱分解カラム内の温度が、３５０℃を超える値に達すると、熱分解揮発性物質の放出を伴うゴム熱分解が始まる。熱分解揮発性物質は、熱分解カラムの入口部に設けられたガス出口を通して、取り除かれる。本発明にかかる廃タイヤの、このような構成は、予めパーツに分割しておいたタイヤの再生方法を実行することができる。なぜなら、誘導電流により本発明の装置内に誘導される高周波磁場の利用は、パーツに分割されたタイヤのスチールタイヤワイヤ長における熱放出に必要な条件を得ることができるからである。

熱分解カラムには、固体熱分解物を排出する手段が設けられている。固体熱分解性生物を排出する手段として、熱分解カラムにつながりかつ円筒状を有する排出スクリューが使用される。排出スクリューはまた、再生プロセスの過程において生じた、熱分解残留炭素、金属コード、追加の微細な金属物のような物質の捕捉および排出を行うための開口と共に構成されている。スクリュー本体は、熱い固定残渣物を急冷するために水冷式で作られている。本発明にかかる廃タイヤ再生装置のこのような構成は、排出スクリューが熱分解固定残渣物をプレスし、その結果、そこから熱分解ガスを除去することにより、本発明の装置の運用における安全性および環境無害の確保を可能にする。

本発明の実施形態が添付図に示されている。

本発明にかかるタイヤ再生装置の縦断面図である。

図１は、タイヤ、主に廃タイヤを再生する装置の実施形態の例を、縦断面図で示す。タイヤ再生装置は、円筒状の熱分解カラム１を備え、必ずしも垂直に限らないが、好ましくは垂直の、高周波電流発生器３に接続されたチューブインダクタ２型の加熱手段が設けられている。熱分解カラム１には、ガス出口４、並びに、タイヤ供給手段及び熱分解固定生成物排出手段が設けられている。熱分解カラムにはまた、供給口５が設けられている。タイヤ供給手段は、供給ホッパー６と、供給スクリュー７と、を備える。熱分解固体生成物排出手段は、排出スクリュー８を備える。

本発明にかかるタイヤ再生方法は、本方法を実行するための装置を使って、以下のように行われる。

再生される廃タイヤは予め、パーツ、詳しくは、２〜８つのパーツに分割される。その際に、タイヤは、再生される廃タイヤのサイズに応じて、金属コードの長さが３ｃｍ〜２０ｃｍの間となるように、分割される。

予め小さくされたタイヤは、供給ホッパー６に充填され、次に、供給スクリュー７により熱分解カラム１の供給口(window)５に供給される。さらに、供給スクリュー７は、タイヤパーツを、気密密度までプレスすると共に、それらを強制的に供給口５中に押し付け、それによって環境に熱分解ガスを放出するのを防ぎ、かつ、再生されるタイヤから空気を押し出し、それによって空気が再生装置に入るのを防ぐ。

高周波電流発生器３にチューブインダクタ２を接続すると、インダクタ電流は、熱分解カラム１内に交流磁場を誘導する。この交流磁場の周波数は、１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚまで変えることができる。好ましくは、周波数が２．０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの間の交流磁場が用いられる。なぜなら、この周波数範囲に対しては、商業化された高周波電流発生器およびその構成要素ベースを既に利用できるからである。交流磁場に暴露すると、周期的な繰り返し磁化が、真ちゅうめっきスチールワイヤをより合わせたロープである金属コード部分に生じ、その結果、急速なワイヤ加熱および更なるタイヤゴム加熱が行われる。金属コードを有しないタイヤの処理において、小さな強磁性物体、好ましくは、サイズが１ｃｍ〜２０ｃｍの間の鉄片が、追加的に、予めパーツに分割しておいたタイヤと共に入れられ、この場合は、その物体の中で、放熱が起こるだろう。

熱分解カラム内の温度が３５０℃に達すると、熱分解揮発性物質の放出を伴うゴム熱分解が始まる。熱分解揮発性物質は、熱分解カラム１の入口部分に設けられた上部ガス出口４を通して除去されて、その後、分離および処理が行われる。約４００℃〜約５００℃の間の温度で、最終的なゴム熱分解が、固定残渣物およびワイヤリングの形成を伴って行われる。熱分解固定残渣物は、重力により、熱分解カラム１の底部に落下し、その後、それは、排出スクリューにより捕捉および排出される。熱分解固定残渣物は、排出スクリュー８によりプレスされ、それによって、熱分解ガスがそこから除去されて、環境に放出するのを防ぐ。排出スクリュー８を熱分解固定残渣物が移動している間に、熱分解固定残渣物は、水で冷却され、混合され、減量される。金属コード線は最終的に、炭素質材料から、例えば磁石を使って分離される。微細な金属物が用いられた場合は、これらはまた磁石を使って分離されると共に、その後、再び供給ホッパー６に入れられる。

本発明の第一の特徴によれば、上に述べたように、タイヤ、主に廃タイヤの再生方法が提供され、その方法は、簡単さとその汎用性との両立により、再生処理の高性能化を確実にすることができる。本方法は、予めパーツに分割しておいたタイヤを再生する機会を提供する。再生処理における電力消費の低減、本発明の方法の実施にかかるコストの低減、高い安全性およびその環境無害が確保される。

本発明の第二の特徴によれば、タイヤ、主に廃タイヤの再生方法を実行するための装置が提供され、その装置はまた、その簡単さと汎用性との両立により、電力消費の低減および本発明にかかる装置の運用にかかる別のコストの低減と共に、前記再生方法の高性能化を確実にすることができる。

前述の詳細な説明は、ここに示した特定の形態に限定されることを意図するものではないが、その一方で、当業者により考案された代替、修正、および均等物は、添付クレームの精神および範囲内に合理的に含まれるように、包含されることを意図している。

１ 熱分解カラム
２ チューブインダクタ
３ 高周波電流発生器
４ ガス出口
５ 供給口
６ 供給ホッパー
７ 供給スクリュー
８ 排出スクリュー

Claims (9)

1. タイヤ、主に廃タイヤの再生方法であって、
   前記方法は、廃タイヤを熱分解カラムに供給する工程と、
   前記廃タイヤを交流磁場に暴露し最大でゴム熱分解温度まで加熱する工程と、
   前記ゴム熱分解処理で作られた揮発性生成物を除去する工程と、
   ゴム熱分解生成物の固定残渣物を前記熱分解カラムから除去する工程と、
   を含んだ方法において、
   前記廃タイヤは予めパーツに分割されており、そのパーツは次に前記熱分解カラムに供給口を通して供給され、かつ前記廃タイヤパーツの誘導加熱は、周波数が１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間の交流磁場によって前記廃タイヤパーツの金属コードに誘導電流を誘導することにより、行われることを特徴とする方法。
2. 前記誘導電流は、周波数が２．０ｋＨｚ〜３．５ｋＨｚの間の交流磁場により、誘導されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 各タイヤは、２〜８つのパーツに分割されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 各タイヤは、金属コード部分の長さが３ｃｍ〜２０ｃｍの間のパーツに分割されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 微細な金属物は、前記熱分解カラムに、前記タイヤパーツと共に導入されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記タイヤパーツは、前記供給口領域にて、気密密度までプレスされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. タイヤ、主に廃タイヤの再生装置であって、
   前記装置は、互いに連続して接続されたタイヤ供給手段と、
   チューブインダクタと、熱分解ガス及び固体生成物を排出する手段と、が設けられた熱分解カラムと、
   を備えた装置において、
   前記装置には、高周波電流発生器に接続されたチューブインダクタを有する高周波電流発生器が設けられ、
   前記タイヤ供給手段は、供給口および供給スクリューを介して前記熱分解カラムにつながっている、供給ホッパーとして構成され、及び、
   前記熱分解固体生成物を排出する手段は、排出スクリューとして構成されていることを特徴とする装置。
8. 前記熱分解カラムは、円筒状であることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記供給ホッパーおよび前記供給スクリューは、円錐状であることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。

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