JP2012503681A - 廃タイヤリサイクルシステム - Google Patents

Abstract

本発明は廃タイヤリサイクルシステムを開示する。本発明は投入された廃タイヤをキャリアガスとして循環させて使用し、直接加熱方式によって分解させる熱分解炉及びこの熱分解炉で発生される高熱の蒸気を冷却凝縮させてオイルを捕集するオイル捕集手段を含む廃タイヤリサイクルシステムにおいて、前記熱分解炉とオイル捕集手段を経由して再び熱分解炉に循環されるキャリアガス循環ラインを含み、前記キャリアガス循環ラインに連結して設置されることによって、前記熱分解炉の内部の温度とキャリアガス循環ラインの内部の圧力を測定する感知要素を備え、前記熱分解炉で生成された非凝縮性ガスを捕集して貯蔵し、これを選択的に熱分解炉側に供給するキャリアガス循環供給装置をさらに含む。

Description

本発明は産業廃棄物である廃タイヤを加熱方式によって熱分解させて各種エネルギー源を分離抽出してリサイクルできるようにした廃タイヤリサイクルシステムに関し、さらに詳しくは、熱分解過程で生成された非凝縮性ガスをキャリアガスとして循環して使用することによって経済的に運営することができ、抽出オイルの収率性を良好に改善させることができる廃タイヤリサイクルシステムに関する。

最近、車の普及が加速化されることによって、タイヤの需要が増加しており、それによる廃タイヤの量も増加している。

周知のように、廃タイヤは主に合成高分子化合物であり、発熱量は約３４ＭＪ／ｋｇで、石炭の基準熱量２９ＭＪ／ｋｇより高い。また、タイヤ切れの平均組成は鉄芯とナイロンなどの織物を除く時ＳＢＲ重合体（スチレンブタジエン共重合体）４３．５ｗｔ％、カーボンブラック３２．６ｗｔ％、オイル２１．７ｗｔ％、硫黄と酸化亜鉛等の添加剤が２．２ｗｔ％である。

このような、廃タイヤを燃焼させる場合、硫酸化物、未燃炭化水素、煤煙などの環境汚染物質の発生が高くて環境部では燃料としての使用を禁止している実情である。

これによって燃焼以外に廃タイヤを使用することのできる方案が研究されており、歩道ブロック・再生タイヤ・再生ゴム・人工漁礁・各種構造物の緩衝材などリサイクル製品が製品化されている実情であるが、その適用範囲が制限的で、リサイクルのための製品成形工程で廃棄物及び公害が発生するとともに、これら製品を廃棄する時、廃棄物による環境汚染の問題が残っている。

一方、前記廃タイヤをリサイクルしないで燃料化のための工法が試みされているが、このような廃タイヤの燃料化には廃タイヤを熱分解するための熱分解炉が使用され、この時の前記熱分解炉の加熱方式によって直接加熱式と間接加熱式に大別される。

ここで、前記直接加熱式の熱分解炉は、廃タイヤに熱を加える時に発生される花火と加熱炉内の空気の中に含まれた酸素と化学反応が発生されることで爆発の危険性があり、また直接加熱式で生成されたオイルには水分を遊離炭素が含有されていることによって前記抽出されたオイルの質が低下する問題点もあった。

また、前記間接加熱式は前記説明した直接加熱式に比べて、爆発の危険性はないが、熱效率が低くて副産物で得られるオイルの大部分を燃料として使用しなければならないため、廃タイヤリサイクルシステムの経済性が低い短所があり、副産物で得られるカーボンの処理に困難があった。

前述した問題点を解決するために、本出願人は大韓民国特許登録第１０−０６２８８９０号を通じて廃タイヤのリサイクルシステムを先願において提案して登録された。

本出願人が先出願した廃タイヤリサイクルシステムは、投入された廃タイヤをキャリアガスとして二酸化炭素（ＣＯ_２）または窒素（Ｎ_２）を用いて直接加熱によって熱分解炉で熱分解する熱分解手段と；前記熱分解炉で熱分解して分離された分解残物を粉碎してカーボンと鉄芯で分離するカーボン処理手段と；前記熱分解炉で熱分解して分離された排気ガスを冷却凝縮させてオイル成分を分離するオイル捕集手段と；前記カーボン処理手段によって分離されたカーボンを焼却して発生される高温の排気ガスを利用して高圧の蒸気を生産した後蒸気タービンと吸収式冷凍機を稼動させて電気と冷水を生産するカーボン処理手段と；前記カーボン処理手段で使われて排出される排気ガスを洗浄して無公害の気体を放流させ、その中ＣＯ_２またはＮ_２の一部を分離して回収する排気ガス処理手段とを含む構成である。

このような構成の廃タイヤリサイクルシステムは、キャリアガスを使用する直接加熱方式の熱分解炉を使用することによって、熱分解炉の爆発を防止しながら水分と遊離炭素が含有されない純度の高いオイルを抽出することが可能になる。

しかし、本出願人が先出願した廃タイヤリサイクルシステムは、直接加熱式によって熱分解をするが、キャリアガスとして二酸化炭素（ＣＯ_２）または窒素（Ｎ_２）を使用することによってキャリアガスを供給及び排出させるための別途の付加装置を必要とするとともに、これら二酸化炭素（ＣＯ_２）または窒素（Ｎ_２）ガスを随時に補充して供給させるための別途の設備を揃えなければならないので初期設備の投資に対する費用の負担が加重されるとともに、これら二酸化炭素（ＣＯ_２）または窒素（Ｎ_２）ガスを供給するための装置及び設備の設置による空間の確保が必要となる問題点があった。

大韓民国特許登録第１０−０６２８８９０号

従って、本発明の目的は、廃タイヤの熱分解過程で生成される非凝縮性ガスをキャリアガスとして使用するようにして経済性を向上させることのできる廃タイヤリサイクルシステムを提供することにある。

本発明の他の目的は、簡単な設備を通じて非凝縮性ガスの中に含まれた酸素を燃焼させて除くことができるようにして、捕集オイルに対する収率性を向上させることができ、品質の高い経済性を有する廃タイヤリサイクルシステムを提供することにある。

本発明によって、投入された廃タイヤをキャリアガスとして循環させて使用し、直接加熱方式によって分解させる熱分解炉及びこの熱分解炉で発生される高熱の蒸気を冷却凝縮させてオイルを捕集するオイル捕集手段を含む廃タイヤリサイクルシステムにおいて、前記熱分解炉１とオイル捕集手段を経由して再び熱分解炉に循環されるキャリアガス循環ラインを含み、前記キャリアガス循環ラインに連結して設置され、前記熱分解炉の内部の温度とキャリアガス循環ラインの内部の圧力を測定する感知要素を備え、前記熱分解炉で生成された非凝縮性ガスを捕集して貯蔵し、これを選択的に熱分解炉側に供給するキャリアガス循環供給装置をさらに含むことをその特徴とする。

本発明の好ましい一特徴として、前記キャリアガス循環供給装置は、感知要素として前記キャリアガス循環ラインの内部圧力を測定する圧力測定器及び前記熱分解炉の内部の温度を測定する温度測定器を備えることにある。

本発明の好ましい他の特徴として、前記キャリアガス循環供給装置は、前記キャリアガス循環ラインに連結されて、選択的に非凝縮性ガスが供給されて且つ貯蔵する非凝縮性ガス貯蔵タンクと；前記非凝縮性ガス貯蔵タンクと前記キャリアガス循環ラインを連結する管路に設置されて、選択的に前記キャリアガス循環ライン内の非凝縮性ガスを非凝縮性ガス貯蔵タンクに供給したり、または反対に貯蔵された非凝縮性ガスをキャリアガス循環ラインに供給するための仕切弁を含むことにある。

本発明の好ましいまた他の特徴として、前記キャリアガス循環供給装置は、前記キャリアガス循環ライン内の圧力が１００ｍｍＡｑ以上で、前記熱分解炉内の分解温度が２００℃以上の場合、前記キャリアガス循環ライン内に流動中の非凝縮性ガスを非凝縮性ガス貯蔵タンクに貯蔵することにある。

本発明の好ましいまた他の特徴として、前記キャリアガス循環ラインには非凝縮性ガスに含まれた酸素を燃焼させるように電源の供給によって選択的に発熱する電熱線を備えた酸素除去加熱装置が設置されることにある。

本発明の好ましいまた他の特徴として、前記酸素除去加熱装置は３００℃以上に発熱する熱線を含む電熱器であることにある。

本発明の特徴及び長所は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明確になる。説明するにおいて、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常で辞書的な意味に解釈されてはならなく、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づいて本発明の技術思想に適合する意味や概念に解釈すべきである。

本発明を通じて、熱分解炉の内部に投入された廃タイヤの燃焼過程で生成される非凝縮ガスを捕集してこれをキャリアガスとして使用するので、従来の二酸化炭素（ＣＯ_２）または窒素（Ｎ_２）からなる別途のキャリアガス供給装置及び設備などを必要しないので、初期設備の投資費用及びシステム運営によるメンテナンス費用を低減させることができて結果的に経済性を向上させることができるという效果が期待される。

また、酸素除去加熱装置を通じて酸素を非凝縮性ガスとともに燃焼させることができるので、酸素の除去による抽出オイルの収率を大幅に向上させることができて産業上非常に有用な效果が期待される。

従来技術による廃タイヤリサイクルシステムの概略的な構成を示す模式図である。 本発明による廃タイヤリサイクルシステムの概略的な構成を示す模式図である。 本発明による廃タイヤリサイクルシステムの構成を説明するための構成図である。

上述した本発明の目的、特徴及び長所は以下の詳細な説明を通じてより明確になる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて説明すれば次の通りである。

まず、図面において同一構成要素または部品は同じ符号で示している。本発明を説明するにおいて係わる公知の機能或いは構成に対する具体的な説明は本発明の要旨を明確にするために省略する。

図２及び図３は本発明による廃タイヤリサイクルシステムの構成の全体を説明するための模式図である。

まず、本発明の主要要素に対する符号を説明すれば次の通りである。

符号１は、二酸化炭素（ＣＯ_２）や窒素（Ｎ_２）などのようなガスをキャリアガスとして使用して直接加熱によって熱分解する要素である熱分解炉１で、このような熱分解炉１は上部一側に廃タイヤが投入される投入口が設けられ、その一側には熱分解によって発生される高熱の蒸気が循環される排出口及び初期稼動の時空気が排出される空気排出口が設けられ、下部には熱分解された分解残物が吐出される吐出口が設けられる。

符号２は、前記熱分解炉１の吐出口の下方に設けられ熱分解残物を粉砕させる粉砕機であり、符号３は、粉砕されたカーボン及び鉄芯を分離するチェーンコンベヤーであり、符号４は、前記チェーンコンベヤー３で分離されたカーボン及び鉄芯をそれぞれ貯蔵するカーボン貯蔵槽４及び鉄芯貯蔵槽５である。

符号６は、前記熱分解炉１の排出口を通じて排出される高熱の蒸気を冷却凝縮させるコンデンサーであり、符号７は、冷却凝縮される過程で分離されたオイルを捕集するオイルタンクであり、符号８は、冷却凝縮過程で捕集されないで、キャリアガスとともに気体のように動くオイル成分を捕集するサイクロンである。

また、符号９は、前記サイクロン８でも捕集されないオイル成分（オイルミスト）を曝気式で液状オイルと直接接触させて回収（捕集）する第三分離タンクを指称したものである。

符号１０は、前記カーボン貯蔵槽４に保管されたカーボンが移送されて自体発熱によって焼却される炭素焼却炉であり、符号１１は、前記炭素焼却炉１０で発生された高温の排気ガスが供給されて冷却したキャリアガスを高温で加熱した後高温のキャリアガスを前記熱分解炉１で供給する第一熱交換器であり、符号１２は、前記第一熱交換器１１を通った排気ガスを利用して高圧スチームにさせるための第二熱交換器であり、符号１３は、高圧スチームを利用して電気を生産するための蒸気タービンである。

符号１４は、前記蒸気タービン１３で使用されて排出される低圧のスチーム（約５Ｋｇ／ｃｍ^２）が供給されて冷水を生産して凝縮する冷凍機であり、符号１５は、凝縮水をポンピングして前記第二熱交換器１２で循環させる高圧ポンプを指称したものである。

符号１６は、前記第二熱交換器１２で排出される排気ガスを洗浄する洗浄塔であり、符号１８は送風機である。

このような構成の廃タイヤリサイクルシステムの各要素の動作を説明すれば次の通りである。

熱分解炉１は、後述するキャリアガス循環供給装置２０を通じて非凝縮性ガスが供給されてキャリアガスとして使用し、廃タイヤを直接加熱によって熱分解する要素で、廃タイヤが投入される投入口及び熱分解された残物が排出される吐出口また熱分解による高熱蒸気の排出される排出口が設けられる。このような熱分解炉１はキャリアガスの注入によってその内部の空気が外部に排出され、空気の排出が完了された状態で循環排出口が開放されて廃タイヤの燃焼過程で生成された非凝縮性ガスが循環される。この時、前記非凝縮性ガスの循環経路は図面におけるｃｌに当たる。即ち、熱分解炉１に投入された廃タイヤの燃焼過程で生成された加熱蒸気はコンデンサー６、サイクロン８、第三分離タンク９を経由して送風機１８及び第一熱交換器１１を経由して熱分解炉１に循環される。

熱分解残物処理手段は、一対のローラーからなり、これらの間に投入された残物を粉砕する粉砕機２及び粉砕されたカーボン及び鉄芯をコンベヤーの移動中に分離されるようにするチェーンコンベヤー３、またチェーンコンベヤー３で分離されたカーボン及び鉄芯をそれぞれ貯蔵するカーボン貯蔵槽４及び鉄芯貯蔵槽５で構成される。

オイル捕集手段は、熱分解炉１で発生される高熱蒸気でオイルを分離して抽出する要素で、高熱蒸気を冷却凝縮させるコンデンサー６と、このコンデンサー６の冷却凝縮によって１次分離されたオイルを貯蔵するオイルタンク７と、気体状態のオイル成分を強力な渦で２次捕集し、これを前記オイルタンク７に移送させるサイクロン８と、このサイクロン８で回収されないオイル成分を曝気式で液状オイルと直接接触させて回収捕集する第三分離タンク９とで構成される。

カーボン処理手段は、カーボン貯蔵槽４で供給されるカーボンを焼却して高温の排気ガスを生産する炭素焼却炉１０と、排気ガスを高温加熱する第一熱交換器１１及び第二熱交換器１２と、第二熱交換器で生産された高圧スチームが供給されて電気を生産する蒸気タービン１３と、低圧のスチームが供給されて凝縮水を生成する吸収式冷凍機１４と、凝縮水を第二熱交換器１２で循環させる高圧ポンプ１５とで構成される。

このような構成は本出願人が先出願して登録された廃タイヤリサイクルシステムの構成と大同小異である。ただ、本発明は二酸化炭素または窒素からなる別途のキャリアガスを供給及び循環させるための装置または設備をさらに設けないで、廃タイヤの燃焼過程で自然に生成される非凝縮性ガスを捕集してこれをキャリアガスとして循環して供給させるようにして経済性及び抽出オイルの収率性を向上させることができるキャリアガス循環供給装置２０及び酸素除去加熱装置３０をさらに構成する特徴を有する。

本発明のキャリアガス循環供給装置２０はキャリアガス循環ラインｃｌに連結して設置される。

ここで、前記キャリアガス循環ラインｃｌは熱分解炉１とオイル捕集手段を経由して再び熱分解炉１に循環される経路を指称し、図面で符号ｃｌで示す。

このようなキャリアガス循環ラインｃｌに設置されるキャリアガス循環供給装置２０は、前記熱分解炉１の内部の温度と前記キャリアガス循環ラインｃｌの内部の圧力を測定する感知要素を備え、前記熱分解炉１で生産された非凝縮性ガスを捕集して貯蔵した後これを選択的に熱分解炉１側に循環供給する作用をする。

この時、前記キャリアガス循環供給装置２０は、感知要素として、前記キャリアガス循環ラインｃｌの内部圧力を測定する圧力測定器２１と、前記熱分解炉１の内部温度を測定する温度測定器２３とを含む構成であり、この時の前記圧力測定器２１と温度測定器２３は公知の機械式または電子式センサーによって具現されることができるので詳細な説明は省略する。

また、前記キャリアガス循環供給装置２０は、前記キャリアガス循環ラインｃｌに連結されて選択的に非凝縮性ガスが供給されて貯蔵する非凝縮性ガス貯蔵タンク２７と、前記非凝縮性ガス貯蔵タンク２７と前記キャリアガス循環ラインｃｌを連結する管路に設置されて、選択的に非凝縮性ガスを前記非凝縮性ガス貯蔵タンク２７に供給して貯蔵したり、または前記非凝縮性ガス貯蔵タンク２７に貯蔵された非凝縮性ガスを前記キャリアガス循環ラインｃｌで移送させて前記熱分解炉１側に供給されることができる仕切弁２５、２９を含む構成である。

一方、前記キャリアガス循環供給装置２０は、前記熱分解炉１の内部に投入された廃タイヤが燃焼される過程で非凝縮性ガスの生成否かを判断するために前記感知要素として提案した圧力測定器２１と温度測定器２３を使用する。

本発明では、前記キャリアガス循環ラインｃｌに設置されてその内部圧力を測定する圧力測定器２１が設定値である１００ｍｍＡｑ以上でありながら、前記熱分解炉１の内部温度を測定する温度測定器２３が設定値である２００℃以上に測定される場合、前記熱分解炉１で非凝縮性ガスを生成したことと判断して仕切弁２５、２９の中の図３における符号２５の仕切弁を開通させて前記キャリアガス循環ラインｃｌと非凝縮性ガス貯蔵タンク２７を連結させ、その一側のコンプレッサー（符号省略）を稼動させて前記キャリアガス循環ラインｃｌの内部に流動中の非凝縮性ガスを前記非凝縮性ガス貯蔵タンク２７にで供給して貯蔵されることができるようにする。

反対に、前記圧力測定器２１と温度測定器２３が設定値より低い場合には、符号２５に当たる仕切弁をオフさせ、符号２９にあたる仕切弁を開放させて前記非凝縮性ガス貯蔵タンク２７内に貯蔵された非凝縮性ガスがキャリアガス循環ラインｃｌに移送されるようにして、前記熱分解炉１に供給されるようにする。

一方、本発明では、熱分解炉１内の残存酸素を取り除くために前記キャリアガス循環ラインｃｌに酸素除去加熱装置３０をさらに設置する特徴を有する。

即ち、前記キャリアガス循環ラインｃｌには非凝縮性ガスに含まれた酸素を完全に燃焼させることができるように、電源供給によって選択的に発熱する電熱線を備えた酸素除去加熱装置３０が設置され、このような酸素除去加熱装置３０は、好ましくは３００℃以上に発熱する熱線を含む電熱器が使われることができる。

一方、本発明は適用部位を運搬台車を例に説明したが、記載された実施形態に限定されるのではなくて、適用部位を変更して使用することが可能であり、本発明の思想及び範囲を逸脱しないで多様に修正及び変形できることは当該技術分野において通常の知識を有する者にとって自明である。従って、このような変形例または修正例は本発明の特許請求の範囲に属すると理解すべきである。

１：熱分解炉
２：粉砕機
３：チェーンコンベア
４：カーボン貯蔵槽
５：鉄芯貯蔵槽
６：コンデンサー
７：オイルタンク
８：サイクロン
９：第三分離タンク
１０：炭素焼却炉
１１：第一熱交換器
１２：第二熱交換器
１３：蒸気タービン
１４：吸収式冷凍機
１５：高圧ポンプ
１６：洗浄塔
１７：ガス分離装置
１８：ガス循環送風機

Claims (6)

1. 投入された廃タイヤをキャリアガスとして循環させて使用し、直接加熱方式によって分解させる熱分解炉及びこの熱分解炉で発生される高熱の蒸気を冷却凝縮させてオイルを捕集するオイル捕集手段を含む廃タイヤリサイクルシステムにおいて、
   前記熱分解炉（１）とオイル捕集手段を経由して再び熱分解炉（１）に循環されるキャリアガス循環ラインを含み、前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）に連結して設置され、前記熱分解炉（１）の内部の温度とキャリアガス循環ライン（ｃｌ）の内部の圧力を測定する感知要素を備え、
   前記熱分解炉（１）で生成された非凝縮性ガスを捕集して貯蔵し、これを選択的に熱分解炉（１）側に供給してキャリアガスとして使用するようにするキャリアガス循環供給装置（２０）をさらに含むことを特徴とする廃タイヤリサイクルシステム。
2. 前記キャリアガス循環供給装置（２０）は、感知要素として前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）の内部圧力を測定する圧力測定器（２１）及び前記熱分解炉（１）の内部の温度を測定する温度測定器（２３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃タイヤリサイクルシステム。
3. 前記キャリアガス循環供給装置（２０）は、前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）に連結されて、選択的に非凝縮性ガスが供給されて貯蔵する非凝縮性ガス貯蔵タンク（２７）と；前記非凝縮性ガス貯蔵タンク（２７）と前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）を連結する管路に設置されて、選択的に前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）内の非凝縮性ガスを非凝縮性ガス貯蔵タンク（２７）に供給したり、または反対に貯蔵された非凝縮性ガスをキャリアガス循環ライン（ｃｌ）に供給するための仕切弁（２５、２９）と；を含むことを特徴とする請求項１に記載の廃タイヤリサイクルシステム。
4. 前記キャリアガス循環供給装置（２０）は、前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）内の圧力が１００ｍｍＡｑ以上で、前記熱分解炉（１）内の分解温度が２００℃以上の場合前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）内に流動中の非凝縮性ガスを非凝縮性ガス貯蔵タンク（２７）に貯蔵することを特徴とする請求項１に記載の廃タイヤリサイクルシステム。
5. 前記キャリアガス循環ライン（ｃｌ）には非凝縮性ガスに含まれた酸素を燃焼させるように電源供給によって選択的に発熱する電熱線を備えた酸素除去加熱装置（３０）が設置されることを特徴とする請求項１に記載の廃タイヤリサイクルシステム。
6. 前記酸素除去加熱装置（３０）は３００℃以上に発熱する熱線を含む電熱器であることを特徴とする請求項５に記載の廃タイヤリサイクルシステム。

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