JP4644172B2

JP4644172B2 - 廃タイヤの熱分解処理方法

Info

Publication number: JP4644172B2
Application number: JP2006246377A
Authority: JP
Inventors: 一雄大貫; 忠司真鍋; 秀生西村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP2008069191A

Description

本発明は、廃タイヤの熱分解処理方法に関し、詳しくは、廃タイヤの熱分解処理で得られる油の引火点を制御する方法に関する。

近年、廃タイヤを含む廃ゴムや、廃プラスチックに代表される高分子含有の廃棄物をリサイクルする技術は、資源の有効活用の観点で注目されている。高分子含有の廃棄物を熱分解する際に、発生する高温ガスを冷却して凝縮し液状の油分を得て、これを燃料等として用いることができる。しかし、凝縮した油分には、低沸点成分が含まれるため、引火点が高くなり、取り扱いが難しいという問題がある。

特許文献１では、廃プラスチックを溶融すると、低沸点成分が含有されて、引火点が０℃以下になることがあり、輸送・保管が難しくなるという問題に対して次のような構成を提案している。ガス状廃プラスチック熱分解物を凝縮してオイル回収槽に供給し、オイル回収槽では回収ゾーンから隔壁で区切られたストリッピングゾーンに連通部を経て熱分解物が供給され、ストリッピングゾーンでは窒素ガスが供給されて熱分解物のうち低沸点成分が除去される。そして、ストリッピングゾーンから生成オイルが排出され、低沸点成分を含有する窒素ガスは排管によって低沸点成分凝縮槽に供給され、冷却されて分離された窒素はストリッピングゾーンに循環して再度供給され、低沸点成分は熱分解釜の燃料として用いられる。

特許文献２では、廃プラスチックと重質油を加熱処理してアスファルトを製造する方法が提案され、加熱槽に廃プラスチックと重質油が供給され、液化されたものが抽出され、アスファルトになる。加熱槽からのガスは、凝縮器に供給され、冷却されて油分が回収され、低沸点成分のガスはガス処理設備に供給される。加熱槽内に窒素ガスを吹き込んで、ストリッピングして、低沸点成分を排除して、凝縮器に供給してもよいと提案されている。

特許文献３の構成では、熱分解槽に高分子を供給し、発生したガスを冷却凝縮器で凝縮し、気液分離槽に液体を供給する。気液分離槽からの液体成分の一部を冷却器で冷却して冷却凝縮器に供給することで、管壁の汚れが除去されると提案されている。また、特許文献３の図２の例では、気液分離槽の第１室ａに凝縮成分を供給し、第１室ａの底部から重量のある成分を排出する。低比重成分は、第１室ａの上から第２室ｂに移動して、ガス分散されながら、液状成分は底部から排出され、低比重成分はガスとともに上部から排出される。第２室ｂからの排出液の一部を冷却器で冷却して、気液分離槽の上部から飛散する。また、第２室ｂでは、ガス分散手段によって、ストリッピングがなされ、低沸点成分の蒸散が行われると提案されている。

また、熱分解で発生する高温ガスには、炭素等の固形分が含まれ、これが配管等に詰まることがあるという問題がある。これに対して、特許文献４の廃棄物を熱分解処理する方法では、冷却洗浄塔に高分子の熱分解物を供給し、冷却洗浄塔下部の循環油槽の液状物をシックナに供給し、シックナで精製した液状分を冷却して、冷却洗浄塔の上部から散布し、これによって、油状蒸気が循環油槽に凝縮される。シックナからの泥しょうは、遠心分離して炭素分を取り除いて浄化し、サージタンクに貯留し、サージタンクから循環油槽に液体を循環させる。循環油槽とサージタンクの液面を一定に保つことで、循環油の炭素濃度を許容限度に保つことができる。そして、余剰の循環油はサージタンクから低カーボンの重質油として排出される。
特許３５００４８７号公報特開２０００−１６９８５６号公報特許３６０８５８３号公報特開昭５３−２５９７３号公報

上述した特許文献１の構成では、ストリッピングガスがオイル回収槽に供給され、ストリッピングガスに含まれる低沸点成分を凝縮槽で凝縮し分離してから、ストリッピングガスを再利用してオイル回収槽に再度供給する。ストリッピングガスに含まれる低沸点成分は冷却しても完全に凝縮して分離することができるわけではないため、オイル回収槽には低沸点成分が残ってしまうという問題がある。

また、特許文献２の構成では、加熱槽にストリッピングガスが供給されるため、ストリッピングガスと加熱槽内の廃プラスチックや重質油から発生するガスが、ともに凝縮器に供給される。そのため、ストリッピングガスを単独で回収することが難しい。

特許文献３の構成では、ガス分散手段によって蒸散した非凝縮ガスは、気液分離装置内で上昇するにつれて、再び冷却されて凝縮し、装置内を循環してしまうため、装置内の低沸点成分を除去しにくいという問題がある。

特許文献４の構成では、循環油から炭素分を取り除くことができるが、低沸点成分を取り除くことができないため、生成油の引火点が低くなるという問題がある。また、循環油槽にストリッピングガスを送り込むと、低沸点成分を含んだガスが上昇して、低沸点成分が冷却管で冷却されて、再度、循環油槽に凝縮する可能性があり、また、ストリッピングガスが廃棄物から発生する低沸点成分を直接吸収し、循環油槽の液状物から低沸点成分を吸収しにくい。

本発明の目的としては、上述した問題点を解決することであり、廃タイヤを熱分解した場合に得られる第三石油類に相当する引火点を有する油を安定的に製造するとともに、油の粘度を低く抑えることである。

本発明の要旨は以下の通りである。

（１）廃タイヤの熱分解で発生するガスを冷却装置内で冷媒により冷却することにより、前記ガスに含まれる油を導入管を介して、前記冷却装置の油溜め部に回収する工程と、前記冷却装置の油溜め部の油の一部を冷却し前記冷却装置内に前記冷媒として循環させ前記ガスと接触させる工程と、前記冷却装置の前記油溜め部の油の一部を取り出して、固体粒子除去装置に供給することにより固体粒子不純物を除去して油を清浄化する工程と、前記清浄化した油を貯留装置で貯留する工程と、前記貯留装置内の油の一部を前記冷却装置の前記油溜め部に循環させる工程と、を有し、前記貯留装置から前記冷却装置に循環される油の流量を制御することにより、前記冷却装置の前記油溜め部の油の液面レベルを前記導入管の導入口よりも高い位置に制御し、前記貯留装置内の油に不活性ガスを吹き込み、前記不活性ガスの体積流量を前記固体粒子除去装置へ供給する油の体積流量に対して２０倍以上とし、かつ、前記固体粒子除去装置へ供給する油の体積流量を前記冷却装置内で回収する油の体積流量に対して３〜１６倍とすることを特徴とする廃タイヤの熱分解処理方法。

（２）上記（１）において、前記貯留装置内の油の温度を１００℃以上とすることを特徴とする。

（３）上記（１）又は（２）において、前記貯留装置から排気されるガスを凝縮して油と排ガスに分離し、前記排ガスを前記高分子廃棄物の熱分解の燃料として使用することを特徴とする。

（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記冷却装置内の油の温度を１２０〜１５０℃とすることを特徴とする。

本発明によれば、廃タイヤを熱分解した場合に得られる第三石油類に相当する引火点を有する油を安定的に製造する方法を提供するとともに、油の粘度を低く抑えることができる。

以下、本発明の一実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態の処理フローを示す図である。

図１に示す例では、高分子廃棄物１がロータリーキルン２に供給されて熱分解され、熱分解で発生する高温ガス１１が１段目の冷却装置３に供給される。高分子廃棄物１としては例えば廃タイヤを含む廃ゴムや廃プラスチック等であり、その他種々の材料を適宜選択することができる。廃タイヤは処理中に油が変質しやすく、本実施の形態の方法が特に有効である。また、ロータリーキルン２としては、外気の侵入を遮断した外熱方式ロータリーキルンを用いることで、回収する熱分解ガスの発熱量を高位に維持することができる。また、ロータリーキルン以外にも、バッチ式の乾留炉等を適宜選択することができる。

冷却装置３では、上部から高温ガス１１が供給され、高温ガス１１に含まれる油が冷却されて凝縮し下部の油溜め部３ａに回収される。そして、油溜め部３ａの油１２の一部が熱交換器４に供給され、油１２の温度が高温ガス１１より低くなるように熱交換される。そして、熱交換器４から排出される冷却用油１３が冷却装置３の上部から高温ガス１１の供給口の付近に向けて噴霧される。これによって、高温ガス１１が冷却用油１３によって効率よく冷却されながら凝縮される。

冷却装置３の油溜め部３ａの底部から油１２の一部を固体粒子除去装置５に供給し清浄化する。固体粒子除去装置５では油に含まれる固体分が除去され、スス成分等の不純物が低下し、また、油の経路の配管等に油の固体分が詰まることを防止する。固体粒子除去装置５としては遠心分離機等を適宜採用することができる。

固体粒子除去装置５で固体分を除去し清浄化した油１４を貯留装置としての貯留タンク６に供給する。貯留タンク６に貯留された油は、一定量貯留された後に、製造油タンク７に移送され、製造油として貯留される。また、貯留タンク６内に貯留された油の一部を冷却装置３内の油溜め部３ａに循環させる。これによって、後述するように、冷却装置３及び貯留タンク６内の油の液面レベルを制御することができる。

上述した一連の工程では、冷却装置３内の油の液面レベルを制御する。冷却装置３内で油溜め部３ａに回収される油の流量と、油溜め部３ａから固体粒子除去装置５に供給される油の流量とによって、冷却装置３内の油の液面レベルは変化する。液面レベルが低下するときは、貯留タンク６から油溜め部３ａに循環される油１５の流量を増加させ、液面レベルが上昇するときは、貯留タンク６からの油溜め部３ａに循環される油の流量１５を減少させることで、冷却装置３内の油の液面レベルを制御することができる。液面レベルは例えば貯留タンク６にセンサーを設けて測定することができる。

高分子廃棄物の処理速度に応じて、高温ガス１１から回収される油１２の流量は変化する。この流量は、貯留タンク６の液面レベルと冷却装置３の液面レベルを一定に制御することで、製造油タンク７に供給される油の流量に等しくなる。このように、高温ガス１１から回収される油と同量の油が製造油タンク７に供給される。

貯留タンク６内の油には不活性ガス１６が底部から吹き込まれ、油に含まれる低沸点成分が不活性ガス１６に揮発して、ストリッピングされる。そして、不活性ガス１６とこれに随伴する低沸点成分は貯留タンク６の上部から排気される。不活性ガスとしては、工業的に窒素ガスを用いることが好ましく、他にも水蒸気や炭酸ガス等適宜選択することができる。

冷却装置３で回収された油１２の引火点は低く７０℃未満であるため、貯留タンク６内の油に不活性ガス１６を吹き込んで低沸点成分を除去し貯留タンク６内の油の引火点を上昇させるように制御する。貯留タンク６内の油の引火点は７０℃以上になるように制御するとよい。７０℃以上であれば、第三石油類としての特性を維持することができる。

これに対し、不活性ガスを冷却装置３内の油溜め部３ａに吹き込む場合では、不活性ガスは油溜め部３ａを通過してから上部の高温ガス１１が満たされている空間にさらされるため、油溜め部３ａの低沸点成分の他に、高温ガス１１からの低沸点成分まで随伴することになり、油溜め部３ａの油の低沸点成分の除去量が低下することがある。また、冷却装置３内で冷却用油１３を噴霧する際に、同様に冷却装置３の上部から不活性ガスを吹き込む場合では、不活性ガスは高温ガス１１から低沸点成分を受け取り、その後に油溜め部３ａの油に吹き込まれるため、油溜め部３ａの油の低沸点成分の除去量が低下することがある。このように、冷却装置３側で不活性ガスを用いると、油溜め部３ａの油の低沸点成分の濃度を低下させにくく、油の引火点が上昇しにくい。

また、貯留タンク６に供給される油中には油の粘度を高める物質が存在すること、及び、この油中に存在する油の粘度を高める物質は、不活性ガス１６を吹き込んだ際に不活性ガス１６側へ除去される低沸点成分中に含まれていることを見出した。そこで、貯留タンク６に不活性ガス１６を吹き込むことで、粘度を高める物質を除去することができ、その結果、油の粘度を低く抑えることができる。

不活性ガス１６を貯留タンク６内の油に吹き込む体積流量を油を固体粒子除去装置５に供給する体積流量に対して２０倍以上とする。これによって、貯留タンク６内の油の低沸点成分を不活性ガス１６に効率よく随伴させて除去することができ、循環油の引火点を上昇させ７０℃以上とすることができる。

貯留タンク６内の油は循環しているため流動しており、この循環油の流量によって不活性ガスが低沸点成分を除去する効率が変化する。この循環油の流量は固体粒子除去装置５に供給される体積流量に連動するため、この体積流量を基準として不活性ガスの吹き込み量を特定している。

不活性ガスへ揮発する低沸点成分の量が一定していることと、油の引火点と油中の低沸点成分の含有量とは概ね比例関係があることを実験によって知見した。このことから、不活性ガスの体積流量を循環油の体積流量の２０倍以上とすれば、油中の低沸点成分が一定量以上除去され、循環油の引火点をさせて７０℃以上とすることができることを見出した。

また、貯留タンク６内の油の温度を１００℃以上とすることが好ましい。これによって、貯留タンク６内の油に含まれる水分が蒸発し、水分を排ガスとともに排気でき、最終的な製造油への水分の混入を防ぐことができる。

貯留タンク６から排気される排ガス１７は、冷却部８で冷却されて凝縮され、油とガスに分離される。しかし、不活性ガス１６に随伴した低沸点成分は完全には凝縮しないことを知見した。これより、この冷却部８では貯留タンク６からの排ガス１７中の低沸点成分が完全に凝縮しないため、冷却処理後の排ガス１９には低沸点成分が含まれる。そのため、この排ガス１９は、発熱性があり、燃料として価値があるため、ロータリーキルン２の燃料として使用することで、冷却部８で排ガス１７から凝縮回収されない低沸点成分を有効利用することができる。

冷却部８で分離され回収された油は、低沸点成分を多く含むため、軽質油として利用される。この回収された油は、軽質油／水分離装置９に供給され、水分が分離され、軽質油１８として供給される。軽質油／水分離装置９で分離される水分を、冷却部８の上部から直接噴霧することで、貯留タンク６からの排ガス１７を効率的に冷却し凝縮することができる。

また、油を固体粒子除去装置５に供給する体積流量を、高温ガス１１から油を回収する体積流量に対して３〜１６倍とする。これによって、固体粒子除去装置５での固体分の除去と、貯留タンク６から冷却装置３に循環する油量とを調整して、貯留タンク６内の油の引火点を７０℃以上に安定して制御することができる。

すなわち、この範囲では、高温ガス１１から油溜め部３ａに回収される油量よりも、油溜め部３ａから固体粒子除去装置５に供給される油量が多くなり、油溜め部３ａには、液面レベルを制御するように貯留タンク６から油が循環される。このときに、３倍未満の流量では、固体粒子除去装置５で固体粒子の除去量が低下し、油の清浄性が低下することがある。１６倍を超える流量では、貯留タンク６内で不活性ガス１６に随伴されて低沸点成分が除去された油が、再び冷却装置３に循環する流量が増加し、冷却装置３内で再び低沸点成分と接触して、低沸点成分の再吸収が起こり、貯留タンク６に供給される油１４の低沸点成分の濃度が低下しにくく、油の引火点が上昇しにくいという問題が発生する。

冷却装置３で高温ガス１１を冷却するときに、室温まで冷却すると、回収される油１２の引火点が０℃以下になり、引火の危険性が高く、工業規模で取り扱いしにくくなる。そのため、冷却装置３内の油の温度は、１２０〜１５０℃とすることが好ましい。この範囲内であれば、冷却装置３内の油１２の引火点が５０〜７０℃になる。また、冷却装置３内の油１２の引火点が上昇することで、貯留タンク６での不活性ガス１６の使用量を減らすことが可能になる。なお、冷却装置３内の油の温度が１２０℃以下であると油１２の引火点が下がり、引火点を上昇せしめる処理の負担が大きくなる。１５０℃を超えると、油溜め部３ａで低沸点成分が多く揮発するため、回収される油の引火点が高くなるが、高粘度で炭素分が多い成分が残って、油自体が高粘度で炭素分が多くなることがあり、また、油１２を保持する装置のシール部分の素材を高価にする必要があり設備費や修理費が高くなることがある。

冷却装置３には、高温ガス１１を下部の油溜め部３ａに導く配管３ｂが設けられ、この配管３ｂは冷却装置３の中部付近から下部に向かって内壁から連結してロート状にすぼまり、油を下部の中心部分に導く。配管３ｂの先端が油溜め部３ａの油に浸漬するように冷却装置３内の油の液面レベルが制御される。これは、上述したように貯留タンク６から冷却装置３に油を循環させることで制御することができる。

このように、高温ガス１１の流れる配管３ｂの先端が常に油溜め部３ａの油の中に浸漬することにより、高温ガス１１中の微細な固体粒子、いわゆるスス成分を油側へ除去し、固体粒子除去装置５から系外へ排出することができる。配管３ａの先端が油溜め部３ａの油に浸漬していない場合には、次工程の２段目の冷却装置１０の内部に固体粒子が付着し、閉塞トラブルや冷却能力低下が発生する危険性がある。

冷却装置３の配管３ｂの下側の空間からガス成分を２段目の冷却装置１０に供給する。配管３ｂの下側では、高温ガス１１から回収された油のうち、低沸点成分が揮発してガス状になっている。このガス成分を２段目の冷却装置１０に供給して、冷却し凝縮すると、低沸点成分を主として含む軽質油が得られる。また、分離されるガスは、熱分解ガス２０として排出される。

２段目の冷却装置１０で回収された軽質油は、軽質油／水分離装置９に供給され、水分が分離された後、軽質油１８が排出される。この軽質油／水分離装置９は、上述したように、貯留タンク６からの排ガス１７から分離される軽質油をともに処理し、工業的には分離された水分を冷却部８に供給して再利用することが望ましい。

上述した本実施の形態によれば、貯留タンク６内の油に不活性ガス１６を吹き込むため、貯留タンク６内の油から低沸点成分が分離され引火点を上昇させることができる。

また、貯留タンクに不活性ガスを供給するため、貯留タンクから廃棄されるガスは、不活性ガスとこれに随伴する低沸点成分になる。そのため、不活性ガス１６からの低沸点成分の分離が簡単になり、さらに分離後の不活性ガスには低沸点成分が残存するため、このガスを高分子廃棄物の熱分解で用いる燃料として再利用することができる。

また、貯留タンク６内に不活性ガス１６を吹き込むことで、不活性ガス１６中へ低沸点成分が除去されるが、その際に油の粘度を高める物質も除去されるため、回収される油の粘度を低位に制御することができる。

上述した図１に示す系において、外熱式ロータリーキルンを用いて、廃タイヤを４ｔｏｎ/ｈｒの処理速度で熱分解処理を行った。外熱部の温度は７００℃、熱分解ガスを冷却凝縮して油を回収する１段目の冷却装置３内の油の温度を表１に示すように適宜変更した。ただし、２段目の冷却装置１０の温度を外気温と同じレベルまで低下させた。また、貯留タンク６内の油温度、固体粒子除去装置５への油供給流量、冷却装置３内で凝縮回収される油の製造量、及び貯留タンク６への窒素ガス吹き込み量を表１に示すように変更した。

表１に示す処理によって製品として回収される油、すなわち、貯留タンク６から回収される油の引火点、５０℃動粘度、残留炭素をそれぞれ評価し、表２にまとめた。引火点はＪＩＳＫ２２６５−６法、５０℃動粘度はＪＩＳＫ２２８３法、残留炭素はＪＩＳＫ２２７０−５法にしたがって評価した。

表２に示すように、本発明を適用した実施例１〜５では、最良品質の油を得ることができた。実施例６では、冷却装置３内の油溜め部３ａの油温度が高いため、回収される油の動粘度が高く残留炭素がある程度多いが、貯留タンク６に窒素ガスを吹き込んでいるため高引火点であった。実施例７では、冷却装置３内で回収される油に対し貯留タンク６への窒素ガス吹き込み量が低いため、回収される油の引火点がある程度低かったが、貯留タンク６に窒素ガスを吹き込んでいるため動粘度が低く残留炭素が少なかった。実施例８では、冷却装置３内の油溜め部の油温度が１１０（℃）と低いため、回収される油の引火点がある程度低かったが、貯留タンク６に窒素ガスを吹き込んでいるため動粘度が低く残留炭素が少なかった。比較例１では、貯留タンク６に窒素ガスを吹き込まなかったため、回収される油の引火点は低く、動粘度が高く残留炭素が多かった。比較例２では、貯留タンク６に窒素ガスを吹き込まないとともに、冷却装置３内の油溜め部３ａの油温度を高くしため、回収される油の引火点は高くなったが、動粘度が極めて高く、残留炭素が多かった。

図１は、本発明の実施形態を示すフロー図である。

符号の説明

１高分子廃棄物
２ロータリーキルン
３１段目の冷却装置
３ａ油溜め部
３ｂ配管
４熱交換器
５固体粒子除去装置
６貯留タンク
７製造油タンク
８冷却部
９軽質油／水分離装置
１０２段目の冷却装置
１１高温ガス
１２油
１３冷却用油
１４清浄化後の油
１５冷却装置への循環油
１６不活性ガス
１７排ガス
１８軽質油
１９冷却処理後の排ガス
２０熱分解ガス

Claims

廃タイヤの熱分解で発生するガスを冷却装置内で冷媒により冷却することにより、前記ガスに含まれる油を導入管を介して、前記冷却装置の油溜め部に回収する工程と、
前記冷却装置の油溜め部の油の一部を冷却し前記冷却装置内に前記冷媒として循環させ前記ガスと接触させる工程と、
前記冷却装置の前記油溜め部の油の一部を取り出して、固体粒子除去装置に供給することにより固体粒子不純物を除去して油を清浄化する工程と、
前記清浄化した油を貯留装置で貯留する工程と、
前記貯留装置内の油の一部を前記冷却装置の前記油溜め部に循環させる工程と、を有し、
前記貯留装置から前記冷却装置に循環される油の流量を制御することにより、前記冷却装置の前記油溜め部の油の液面レベルを前記導入管の導入口よりも高い位置に制御し、
前記貯留装置内の油に不活性ガスを吹き込み、前記不活性ガスの体積流量を前記固体粒子除去装置へ供給する油の体積流量に対して２０倍以上とし、かつ、前記固体粒子除去装置へ供給する油の体積流量を前記冷却装置内で回収する油の体積流量に対して３〜１６倍とすることを特徴とする廃タイヤの熱分解処理方法。
前記貯留装置内の油の温度を１００℃以上とすることを特徴とする請求項１に記載された廃タイヤの熱分解処理方法。
前記貯留装置から排気されるガスを凝縮して油と排ガスに分離し、前記排ガスを前記高分子廃棄物の熱分解の燃料として使用することを特徴とする請求項１又は２に記載された廃タイヤの熱分解処理方法。
前記冷却装置内の油の温度を１２０〜１５０℃とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載された廃タイヤの熱分解処理方法。