JP2022051836A - タイヤ及び他の廃棄製品を熱処分するための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で使用する場合、用語「レトルトチャンバ」とは、物質を加熱して化学反応させ、回収容器に回収され得る又は更なる処理のために使用され得る気体生成物を生成する気密容器を意味する。
装置は、好ましくは、垂直方向に(又は非水平に、水平面からずらして)方向付けられたレトルトチャンバ(本明細書では、レトルトとも称される)を含む。
レトルトチャンバは、任意の所望の形状、例えば、円筒形又は円錐形のものであり得る。
レトルトチャンバの直径は、本明細書に記載される化学作用を実施するために重要である。直径は、典型的には約1.5~約24フィートであり、より典型的には約4~約8フィートである。レトルトチャンバの高さは、典型的には約5~30フィートである。レトルトチャンバの側壁は、動作温度の維持に役立つように任意選択的に絶縁される。
レトルトチャンバの内部は、4つの異なる温度領域を含み、それらの位置は、レトルトチャンバ内の酸素含有量及び含水量、反応温度及び圧力、並びに処分される材料の種類などの様々な要因に応じて異なり得る。
例えば、レトルトチャンバの底部又は底部の近傍にある、レトルトチャンバの壁の開口部を通してバーナーを導入することにより、熱を第1の領域に供給することができる。材料を燃焼/部分燃焼させることにより生成された熱をその後使用し、所望の解重合温度に到達させる。あるいは、熱エネルギーは、レトルトチャンバの底部に耐火材料の層を設け、誘導加熱器などの様々な異なる加熱器のいずれかを用いて耐火材料を所望の温度に加熱することにより供給することができる。
第1の実施形態においては、酸素、空気、水及び/又は触媒の1つ以上の投入、並びに生成物の排出を可能にするとともに、流量、温度及び圧力を測定及び管理するために、いくつかのポートが設けられている。
一実施形態では、生成物を脱硫条件に曝すことができるように、脱硫ユニットがポートに取り付けられている。
一実施形態では、サイクロンセパレータを用いて、蒸気中に存在する微粒子を除去する。脱硫ユニットが使用される場合、サイクロンセパレータは脱硫ユニットの前又は後に取り付けることができるが、脱硫ユニットの微粒子混入を最小限にするために、脱硫ユニットの前に取り付けられることが好ましい。
レトルトを出る生成物は室温で気相であるが、一部の生成物は液体であり、その他は気体である。装置は生成物分離ユニットを更に含み、生成物分離ユニットは、1つ以上の熱交換器、冷却塔、蒸留塔、冷却器、気体流が通過することができる液体幕等を含み、気体を冷却し、生成物混合物を1種以上の液体と1種以上の気体生成物とに分離する。
熱解重合は、典型的には、約-0.8~約-200ミリバール、より典型的には、約-6~約-10ミリバールのオーダーの真空下で実施される。この真空を達成するために、生成物分離ユニットの端部又は端部の近傍に真空ポンプ又は吸引ユニットが取り付けられる。いくつかの実施形態では、圧力は、特に気体生成物が生成される際には、約8ミリバールまで増加させることができる。
バッチ間においてレトルトを冷却することが望ましい場合がある。操作時、水が、通常、レトルトの底部又は底部の近傍にある入口ポートに取り付けられたバルブからレトルトに加えられる。冷却操作中、水は、さらに又は代わりとして、レトルトの上部又は上部の近傍にある入口ポートに取り付けられたバルブから加えることができる。これにより冷却プロセスを大幅に加速することができ、水がレトルトチャンバの上部から加えられない場合よりも早く次のバッチを処理することができる。
レトルトチャンバの内部など反応器内部の温度を監視するための様々な手法がある。例としては、温度ゲージ、熱電対、温度計及び/又はサーモスタットが挙げられる。温度計は、熱解重合の生成物がレトルトチャンバを出る領域(すなわち、解重合領域の上方)で好まれ得るが、これは、その温度が、典型的には約100~約280℃の範囲であり、これらは温度計を用いて測定できる温度であるためである。しかしながら、温度が約900℃を超える反応器の底部の近傍、及び温度が250~550℃である解重合領域自体においては、サーモカップルが、温度を測定するための好ましい手法であり得る。
レトルトの上部は、熱処分されるタイヤ及び/又は他の材料をレトルトに装填するために開くことができる。これは、クラムシェル型フード、ヒンジ、ねじぶた、一連のフランジ等を用いてレトルトの残部に上部を取り付けることによって実現することができる。
バッチ間において、残る固体材料をレトルトから除去することが望ましい。タイヤの場合、残る材料には、カーボンブラックと、タイヤのスチールベルトのスチールとを含み得る。残る材料をレトルトから除去するためのいくつかの手法がある。1つの例示的手法は、レトルトの底部にヒンジを設け、材料を熱解重合した後に底部を外すことでレトルトから材料を除去することである。
一実施形態では、熱処分される材料はタイヤである。タイヤは、タイヤ製造業者(すなわち、ポストインダストリー廃棄物)から、埋立地(すなわち、ポストコンシューマ廃棄物)から、又はその両方から入手することができる。本実施形態のいくつかの態様では、タイヤスクラップは未加硫ゴムを含む。
本明細書で記載されるプロセスでは、レトルトチャンバの上部を開き、熱解重合されるタイヤ及び/又は他の材料を加える。通常、タイヤは、レトルトの底部から上部へと互いに積み重ねられる。このようにして、底部近傍のタイヤを燃焼させて解重合反応のための熱エネルギーを得る際、燃焼させるタイヤの上に積み重ねられたタイヤが落下できることで、燃焼のための新たな原材料及び解重合反応のための連続的な熱源を供給する。
タイヤの熱処分により入手される生成物は、カーボンブラック、硫黄化合物、スチール(スチールベルトからの)、液体、ナンバー2ディーゼルに類似する性質を有する主としてオレフィン系の画分、メタンガス、C2~4画分、並びに二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化硫黄、及び水素などの1種以上の更なる気体を含む傾向がある。上記のように、いくつかの実施形態では、オレフィン系画分中のオレフィン類は更に反応して二量体、三量体及びオリゴマー類、脂環式化合物、脂肪族化合物及び/又は芳香族化合物類を形成することができる。固体生成物をまだ濡れた状態にある間にレトルトチャンバから除去することでカーボンブラックの分離を容易にすることができる。
Claims (27)
- レトルトチャンバであって、
a)上部と、
b)底部と、
c)前記レトルトチャンバの前記底部又は前記底部の近傍にあり、前記底部を約900~1300℃の温度に加熱することができる加熱器と、
d)前記レトルトチャンバの前記底部又は前記底部の近傍に位置する2つ以上の入口ポートと、
e)前記レトルトチャンバの前記上部又は前記上部の近傍に位置する1つ以上の出口ポートと、
f)前記レトルトチャンバの前記上部及び前記底部又は前記上部及び前記底部の近傍にある温度モニターと、
g)前記レトルトチャンバの前記上部と前記底部との間の距離の約30~約70%の位置にある温度モニターと、
h)前記レトルトチャンバの上部3分の1に位置する真空ライン又は吸引器と、を含むレトルトチャンバ。 - 前記加熱器は、キャリッジ上に配置されたバーナーであり、前記キャリッジは、前記バーナーを前記レトルトチャンバの前記底部に沿って移動させることができるように適合されている、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記レトルトチャンバの前記底部は複数のレジスタを含み、前記レジスタは、前記レトルトの前記底部全体に沿って実質的に等しい圧力を与えるように間隔をおいて配置されており、実質的に等しいとは、前記レトルトチャンバの前記底部に沿った前記圧力が20%を超えて変化しないことを意味する、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記入口ポートの1つ以上は、前記レトルトチャンバ内に導入される一定量の水を受け入れるように適合されている、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記レトルトチャンバの前記上部又は前記上部の近傍にある前記入口ポートの1つ以上を更に含み、前記入口ポートは、前記レトルトチャンバ内に導入される一定量の水を受け入れるように適合されている、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記入口ポートの1つ以上は、前記レトルトチャンバ内に導入される一定量の空気又は酸素を受け入れるように適合されている、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記底部はヒンジ連結されており、開いているとき、材料を前記レトルトチャンバから取り出すことができる、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記上部はヒンジ連結されており、開いているとき、材料を前記レトルトチャンバに挿入することができる又は前記レトルトチャンバから取り出すことができる、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記レトルトチャンバを回転させ、蓋が開いているときに材料を前記レトルトチャンバから取り出すことができるように適合された、水平軸を有するヒンジを更に含み、前記レトルトチャンバは、前記レトルトチャンバの前記上部が前記レトルトチャンバの前記底部よりも低くなるように回転する、請求項8に記載のレトルトチャンバ。
- 前記出口ポートの1つに取り付けられた脱硫ユニットを更に含む、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記出口ポートの1つに取り付けられたサイクロンユニットを更に含み、前記サイクロンユニットは、前記出口ポートを出る気体生成物流から微粒子を除去するように適合されている、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 前記出口ポートの1つに取り付けられた冷却又は凝縮ユニットを更に含み、前記冷却又は凝縮ユニットは、前記冷却又は凝縮ユニットに入る温度においては気相である生成物流を受け入れ、冷却するように適合されており、冷却されると、前記生成物流の少なくとも一部は液相である、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 真空ライン又は吸引器を更に含む、請求項1に記載のレトルトチャンバ。
- 真空ライン又は吸引器を更に含み、前記真空ライン又は吸引器は前記冷却又は凝縮ユニットに取り付けられている、請求項12に記載のレトルトチャンバ。
- タイヤ及び/又は他の材料を熱処分するためのプロセスであって、
a)請求項1に記載のレトルトチャンバにタイヤ及び/又は他の材料を装填することと、
b)約-0.8~-200ミリバールの範囲内の真空が前記レトルトチャンバ内に存在するように前記レトルトチャンバから揮発物及び空気をパージすることと、
c)前記レトルトチャンバの底部又は前記底部の近傍にある前記タイヤ及び/又は他の材料の一部を約900~1300℃の温度に加熱することと、
d)前記生成物が前記レトルトチャンバを出る領域内の温度を約100~280℃の温度に維持しながら、前記タイヤ及び/又は他の材料を熱解重合して、出口ポートを通って前記レトルトチャンバを出る生成物流を形成することであって、前記生成物流は、前記レトルトチャンバを出る間は気相である、ことと、を含むプロセス。 - 圧力は、約-6~-8ミリバールである、請求項15に記載のプロセス。
- 前記温度は、2つ以上の入口ポートを通して水及び/又は空気若しくは酸素を添加することによって維持される、請求項15に記載のプロセス。
- 熱処分される前記材料は、スチールベルト付きタイヤを含み、水は、前記スチールベルト付きタイヤのスチールと約900~1300℃の温度で反応して、水素を形成する、請求項15に記載のプロセス。
- 前記タイヤは、硫黄-硫黄結合及び/又は硫黄-炭素結合を含む加硫ゴムを含み、前記水素は、前記加硫ゴムの前記硫黄-硫黄結合及び/又は前記硫黄-炭素結合を切断する、請求項18に記載のプロセス。
- 前記生成物流を脱硫条件に曝すことを更に含む、請求項15に記載のプロセス。
- 前記生成物流をサイクロンに曝して微粒子を除去することを更に含む、請求項15に記載のプロセス。
- 前記生成物流は、室温及び大気圧において液体である1種以上の生成物と、室温及び大気圧において気体である1種以上の生成物と、を含み、
室温及び大気圧において液体である前記生成物の一部を凝縮させるために、前記生成物流を冷却器又は凝縮器ユニットに曝すことを更に含む、請求項15に記載のプロセス。 - 熱処分される前記タイヤ及び/又は他の材料は、前記反応器の、温度が約900~約1300℃の場所と温度が約100~約280℃の場所との間の部分において、熱解重合反応を経る、請求項15に記載のプロセス。
- 熱処分される前記材料はタイヤを含み、前記反応器の前記底部又は前記底部の近傍で燃焼するタイヤは、前記熱解重合工程のための熱エネルギーを提供する、請求項23に記載のプロセス。
- 前記生成物の組成は、前記生成物流の温度が約100から約280℃まで変化する際に変化し、前記温度が相対的に高いときには相対的に低分子量を有する前記生成物の組成を相対的により多く有し、前記温度が相対的に低いときには相対的に高分子量を有する前記生成物の組成を相対的により多く有する、請求項23に記載のプロセス。
- 前記熱解重合工程の前記温度、したがって、前記生成物の組成は、2つ以上の入口ポートを通して水及び/又は空気若しくは酸素の量を調整することによって制御される、請求項25に記載のプロセス。
- 前記熱解重合工程の完了後、前記レトルトチャンバは、前記レトルトチャンバの前記上部又は前記上部の近傍にある入口ポート、及び/又は前記レトルトチャンバの前記底部又は前記底部の近傍にある入口ポートを通して前記レトルトチャンバに水を導入することにより冷却される、請求項15に記載のプロセス。
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