JP4717139B2 - 廃タイヤの再資源化システム - Google Patents

Description

本発明は、環境汚染を防止し、かつ産業資材の再資源化を促進するため、産業廃棄物である廃タイヤの再資源化システムに関する。特に、二酸化炭素ガスまたは窒素ガスをキャリアガスとして用いて廃タイヤの再資源化時の直接加熱方式に起因する前記システムの爆発を防止し、それによって、油、屑鉄、電気、冷水、二酸化炭素、及び窒素を分解残留物と排ガスから得ることができる廃タイヤの再資源化システムに関する。

自動車の急速な増加はタイヤ需要の増大を招いている。その結果、寿命に達したり、使用中に損傷した廃タイヤの数も増大している。

さらに、前記廃タイヤは自動車の数に比例して増大している。従って、前記廃タイヤは重大な環境汚染の原因となっているが、ほとんどの廃タイヤは再生されずに不用になっている。

前記廃タイヤの廃棄は一般に２通りの方法：埋立法と焼却法によって行われている。前記廃タイヤの埋立には広い面積の埋立地が必要であり、土壌と地下水の汚染の原因ともなる。さらに、前記廃タイヤの焼却は、不完全燃焼のために重大な大気汚染を引き起こす。

前記廃タイヤを再生または再使用するために、いくつかの案が考案かつ提案されている。舗装ブロックや魚礁などの多種多様な再生（リサイクル）製品が提案されており、目下使用されているが、その量は些少である。

前記廃タイヤを再生するには、熱分解反応器を用いてそれらを熱分解する必要がある。前記熱分解反応器は、直接加熱式と間接加熱式の２つの型式に分類される。

前記直接加熱式熱分解反応器には、熱分解反応器における廃タイヤの熱分解から排出された高温の油蒸気が、油バーナーから供給される燃焼ガス中の過剰酸素と化学反応して前記廃タイヤを加熱するので、爆発の危険性がある。また、前記直接加熱式熱分解反応器から抽出された油は多くの水分を含むので、その油質が低いという別の問題もある。

前記間接加熱式熱分解反応器には爆発の危険性がないが、その熱効率が低いため、それから副産物として得られるほとんどの油が燃料として使用される必要がある。従って、かかる廃タイヤ再資源化システムは経済的でない。さらに、両タイプの熱分解反応器から副産物として得られた炭素を廃棄処分することが困難であるという別の問題もある。

従って、本発明は従来技術で発生する前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、二酸化炭素（ＣＯ_２）または窒素（Ｎ_２）をキャリアガスとして用いて、廃タイヤが直接加熱方式によって熱分解される際に前記システムの爆発を防止する廃タイヤの再資源化システムを提供することである。

本発明の別の目的は、油、屑鉄、電気、冷水、二酸化炭素、及び窒素を分解残留物と排ガスから得ることができる廃タイヤの再資源化システムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、分解残留物から得られた廃炭素の焼却の結果生じる廃熱を熱源として回収・利用して、前記廃タイヤを熱分解し、電気、冷水、二酸化炭素、または窒素を得ることができる廃タイヤ再資源化システムを提供することである。

前述の目的を達成するために、ＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスがキャリアガスとして循環供給される熱分解反応器を利用して廃タイヤを熱分解する熱分解手段と、前記熱分解反応器によって熱分解された分解残留物を粉砕して、その分解残留物を炭素と鉄鉱物に分離する分解残留物処理手段と、前記熱分解反応器から排出された排ガスを冷却濃縮して、そのガスから重油を回収する油回収手段と、前記分解残留物から分離された炭素の焼却時に生成される高温の排ガスを利用して熱源を前記循環キャリアガスに供給し、蒸気タービンと吸収冷凍機を作動させて、電気と冷水を生成させる炭素処理手段と、前記炭素処理手段から排出された排ガスを清澄して、その清澄ガスを大気中に放出し、前記排ガスからＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスの一部を回収する排ガス処理手段と、を含む廃タイヤの再資源化システムが提供される。

前記熱分解手段で使用される熱分解反応器には、前記廃タイヤを導入するためにその上部分の一部に形成された導入口と、熱分解によって生成された高温の蒸気を循環させるためにその上部分の一部に形成された排出口と、その分解残留物を導出するためにその下部分に形成された導出口と、その底部に設けられ、互いにかみ合い回転して前記分解残留物を粉砕する一対のローラーと、が含まれてもよい。

前記分解残留物処理手段には、前記熱分解反応器によって一次粉砕された残留物を二次粉砕するための粉砕機と、前記粉砕機によって粉砕された残留物を炭素と鉄鉱物に分離するためのチェーンコンベアと、前記チェーンコンベアによって分離された炭素と鉄鉱物のそれぞれを貯蔵するための炭素貯蔵庫と鉄鉱物貯蔵庫と、が含まれてもよい。

前記油回収手段には、前記熱分解反応器から排出された高温の蒸気を冷却濃縮して、前記蒸気から重油を一次回収するためのコンデンサと、前記コンデンサによって冷却濃縮された重油を貯蔵するための油タンクと、前記コンデンサによって冷却濃縮され、ミスト状態で前記キャリアガス（ＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガス）中に分散される重油分を回収し、それを前記油タンクに移動するためのサイクロンと、曝気方式で前記重油を液化重油と直接接触させて前記重油を回収し、その油を前記油タンクに移動させるための第３回収タンクと、が含まれてもよい。

前記炭素処理手段には、前記炭素貯蔵庫から供給された炭素を焼却するための炭素焼却炉と、炭素焼却炉によって生成された高温の排ガスを利用して、前記熱分解反応器から前記油回収手段を通過する際に冷却されるキャリアガスを加熱するための一次熱交換器と、前記一次熱交換器を通過する排ガスを加圧蒸気に変換するための二次熱交換器と、電気と冷水を生成させる前記二次熱交換器によって生成された前記加圧蒸気によって駆動される蒸気タービンと吸収冷凍機と、前記蒸気タービンと前記吸収冷凍機から前記二次熱交換器に排出された凝縮水を循環させるための高圧ポンプと、が含まれてもよい。

前記排ガス処理手段には、希釈苛性ソーダ溶液を利用して、前記二次熱交換器から排出された排ガスから硫黄酸化物を除去して、その浄化された排ガスを大気に放出するための浄化塔と、前記浄化塔から排出された排ガスの一部を受け入れて、前記キャリアガスとして用いられるその排ガスからＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスを分離するキャリアガス分離装置と、が含まれてもよい。

前記構造により、本発明の廃タイヤ再資源化システムは、廃タイヤを再資源化することによって油、炭素、屑鉄、ＣＯ_２またはＮ_２、電気、及び冷水を生成することができ、それによって再資源化の効率を高め、環境汚染を防止する。

また、廃タイヤがＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスをキャリアガスとして用いる直接加熱式熱分解反応器を介して熱分解されることから、前記熱分解反応器の爆発を防止する。

本発明の再資源化システムは、水分を含まない高品質の油を生成することができ、それによって前記油から高い経済効果を得ることができる。

さらに、その再生炭素燃焼時に生じるエネルギーは本システムの運転に必要な電気と冷水に変換される。

本発明の上記目的、その他の機能及び利点は、以下の添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明することによって、より明確になるであろう。

図１は本発明に係る廃タイヤの再資源化システムを示す概略図である。 図２は本発明に係る熱分解手段を示す概略図である。 図３は本発明に係る分解残留物処理手段を示す概略図である。 図４は本発明に係る油回収手段を示す概略図である。 図５は本発明に係る炭素処理手段を示す概略図である。 図６は本発明に係る排ガス処理手段を示す概略図である。

これから、本発明の好適な実施形態に係る廃タイヤの再資源化システムを添付図面を参照して詳細に説明する。以下の本発明の説明では、異なる図面においても同一の構成要素には、同一の参照番号を付して、その重複説明は省略する。

図１は本発明に係る廃タイヤの再資源化システムを示す概略図である。図２は本発明に係る熱分解手段を示す概略図である。図３は本発明に係る分解残留物処理手段を示す概略図である。図４は本発明に係る油回収手段を示す概略図である。図５は本発明に係る炭素処理手段を示す概略図である。図６は本発明に係る排ガス処理手段を示す概略図である。

図１を参照すると、本発明に係る廃タイヤ再資源化システムには、廃タイヤ熱分解手段、分解残留物処理手段、油回収手段、炭素処理手段、及び排ガス処理手段が含まれる。

前記廃タイヤ熱分解手段には、図２に示すように、キャリアガスとして前記反応器１内を循環するＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスを利用して、前記廃タイヤを直接加熱するための熱分解反応器１が含まれる。前記熱分解反応器１は、前記廃タイヤを導入するための前記熱分解反応器１の上部分の一部に形成された導入口と、前記熱分解によって生成された高温の蒸気を循環させるためにその上部分の一部に形成された排出口と、本システムの始動時に空気を外側に排出するためにその上部分の一部に形成された排気口と、分解残留物を導出するために前記熱分解反応器１の下部分に形成された導出口と、を有する。

前記熱分解反応器１が始動する際、前記キャリアガスは前記熱分解反応器１内に注入される。前記キャリアガスは前記熱分解反応器１内の空気を押し出し、前記熱分解反応器１は徐々に前記キャリアガスで満たされる。前記熱分解反応器１がその下部分から前記キャリアガスで満たされるにつれて、前記空気は前記排気口を介して排出される。前記空気が完全に排出されると、前記排気口は閉じられ、循環排出部分が開かれる。従って、前記キャリアガスが前記油回収装置とブロア１８を通過後、図４に示すように、前記キャリアガスはその熱分解に必要な熱源を一次熱交換器から得て、それを前記熱分解反応器１に再び供給する。

その際、少量のキャリアガスが前記ブロア１８の前端部に連続的に供給され、そのキャリアガスの一部は前記ブロア１８の後端部から排出され、それによって不明物質がかかる循環キャリアガス中に蓄積されることが防止される。

移送コンベア１１は前記導入口に隣接して位置するように設けられており、前記廃タイヤを前記熱分解反応器１に移送することから、前記廃タイヤは前記移送コンベア１１によって前記熱分解反応器１に供給されるようになる。前記熱分解反応器１の底部には、その分解残留物を一次粉砕するためにその外周辺部に形成された複数の粉砕突起一対のローラー１３が設けられている。前記ローラー１３は互いにかみ合い、回転して前記ローラー１３を通過する分解残留物を粉砕する。

その粉砕された残留物は前記排出口から排出される。

前記分解残留物処理手段は、図３に示すように、前記排出口下に位置決めされる粉砕機２と、前記粉砕機２によって粉砕された分解残留物を炭素と鉄鉱物に分離するためのチェーンコンベア３と、前記チェーンコンベア３によって分離された炭素と鉄鉱物とをそれぞれ貯蔵するための炭素貯蔵庫４と、鉄鉱物貯蔵庫５とを有する。

前記粉砕機２は、前記排出口から排出された粉砕された残留物を二次粉砕して、前記残留物を前記炭素と前記鉄鉱物に分離する。前記粉砕機２は、前記排出口下に位置決めされ、前記ローラー１３が前記熱分解反応器１に設けられていると同様に一対のローラーを有する。従って、前記粉砕機２は、前記ローラーを通過する分解残留物を二次粉砕する。

好ましくは、前記粉砕機２は、前記熱分解反応器１におけるローラー１３によって粉砕された残留物サイズよりも微細になるように前記残留物を粉砕する。

上記のように粉砕された分解残留物は前記チェーンコンベア３の左下部上に落下する。前記チェーンコンベア３に取り付けられた垂直ロッドによって、前記残留物が押され、右方向に移動されると同時に、炭素分は、前記チェーンコンベア３下に配置される鋼板に形成された貫通孔（メッシュ）を介して落下して回収される。その回収炭素分は、前記空気で前記炭素貯蔵庫４に移送されて貯蔵される。

前記鉄鉱物は前記鋼板に形成された孔を通過しないで、前記鋼板の右端部に移動されるので、前記鉄鉱物は前記鉄鉱物貯蔵庫５内に落下するようになっている。

前記油回収手段は、前記熱分解反応器１によって生成された高温の蒸気から油を回収するためのものであり、図４に示すように、コンデンサ６、油タンク７、サイクロン８、及び第３回収タンク９を有する。

前記コンデンサ６は、前記熱分解反応器１の排出口から排出された高温の蒸気を冷却濃縮するためのものであり、前記コンデンサ６に入れられた高温の蒸気の大部分は冷却濃縮されて、前記蒸気から重油を一次回収する。その再生重油は前記油タンク７によって回収される。

前記コンデンサ６によって冷却濃縮されているが、回収されていない重油分は、ガスのようなミスト状態で前記キャリアガス（ＣＯ_２またはＮ_２）中に分散されて、前記キャリアガスとともに流れる。前記重油分は前記キャリアガスによって前記サイクロン８に移送される。前記重油分は、前記サイクロン８によって生成された強力な渦巻によって二次回収され、その回収した重油は前記油タンク７に移送される。

サイクロン８によって回収されない重油分は前記第３回収タンク９に移送される。この場合、前記第３回収タンク９は、曝気方式で前記キャリアガスを液化油と直接接触させて、その未再生の重油を回収する。上記のように回収された重油は前記油タンク７に移送される。

前記油は、３つの回収工程を介して回収され、次いで、前記油タンク７内に貯蔵される。

前記炭素処理手段は、前記分解残留物処理手段よって回収された炭素を利用して電気を発生させるためのものであり、前記炭素貯蔵庫４から供給された炭素を焼却して高温の排ガスを発生させるための炭素焼却炉１０と、一次熱交換器１１と、二次熱交換器１２と、蒸気タービン１３と、吸収冷凍機１４と、高圧ポンプ１５と、を有する。

前記炭素焼却炉１０は、前記炭素貯蔵庫４から移送された炭素を炭素自体から生成される熱によって焼却するためのものである。かかる炉内では、前記炭素が当初加熱される場合、その炭素はそれ自体の熱で燃焼される。

前記一次熱交換器１１は、前記炭素焼却炉１０によって生成された高温の排ガスを受け入れ、前記高温のキャリアガスを前記熱分解反応器１に供給するようにその冷却キャリアガスを加熱する。

前記二次熱交換器１２は前記一次熱交換器１１を通過する排ガスを約１５ｋｇ／ｃｍ_２の加圧蒸気に変換する。その加圧蒸気は前記蒸気タービン１３に供給されて前記蒸気タービン１３を作動させ、かくして電気を発生させる。

前記蒸気タービン１３内のタービンを作動させるために用いられ、それから排出された減圧蒸気（約５ｋｇ／ｃｍ_２）は、前記吸収冷凍機１４に供給されて冷水を生成させる。その後、前記凝縮水は、前記高圧ポンプ１５によって汲み上げられ、次いで、前記二次熱交換器１２内を循環させられる。

その際、前記吸収冷凍機１４から得られた冷水は、前記コンデンサ６に供給され、その後に前記コンデンサ６によって行われる冷却濃縮工程で使用されて、前記吸収冷凍機１４に送り戻される。

前記排ガス処理手段は、前記二次熱交換器１２から排出された排ガスを清澄してから、その清澄ガスを大気に放出するためのものである。前記排ガス処理手段は、図６に示すように、浄化塔１６と、キャリアガス分離装置１７と、を有する。

前記浄化塔１６は前記二次熱交換器１２から排出された排ガスを受け入れ、その排ガスを前記浄化塔１６に含まれた希釈苛性ソーダ溶液と接触させて、その排ガスから硫黄酸化物を除去し、かくしてその排ガスを浄化する。

その際、前記浄化塔１６は、前記吸収冷凍機１４よって生成された冷水の供給を受け、その冷水は前記浄化塔１６によって行われる熱交換で使用される。

前記浄化塔１６よって浄化されて排出されるガスは、約７９％の窒素、約１６％の二酸化炭素、及び約５％の酸素からなる。それにより、人体に有害でないガスのみが大気に放出される。

前記浄化塔１６から排出された排ガスは、前記ＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスをその排ガスから分離するように、前記キャリアガス分離装置１７（例えば、圧力スイング吸着法：ＰＳＡ）に入れられる。その分離されたＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスは、再び前記キャリアガスとして使用される。

前記キャリアガス分離装置１７によって分離されたキャリアガスは、前記ブロア１８の前端部に供給されて前記キャリアガスを満たし、同量の前記キャリアガスが前記ブロアの後端部に放出されて、不明物質の蓄積を防止する。

本発明によれば、前記廃タイヤは、前記熱分解手段によって熱分解されて、前記分解残留物と前記排ガスを生成させる。前記分解残留物は、前記分解残留物処理手段によって炭素や鉄鉱物などの有用資源として再生され、前記油は前記排ガスを利用して再生される。前記再生炭素は焼却されて、廃タイヤの分解に必要な熱エネルギーを発生し、前記蒸気タービンと前記吸収冷凍機を介して電気と冷水を生成する。前記キャリアガスは、前記排ガス処理手段によって前記排ガスから分離される。

上記のように、本発明の廃タイヤ再資源化システムは、廃タイヤを再資源化することによって油、炭素、屑鉄、ＣＯ₂またはＮ_２、電気、及び冷水を生成することができ、それによって再資源化の効率を高め、環境汚染を防止する。

また、前記廃タイヤは、ＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスをキャリアガスとして用いる直接加熱式熱分解反応器を介して熱分解され、それによって前記熱分解反応器の爆発を防止する。

本発明の再資源化システムは、水分を含まない高品質の油を生成することができ、それによって前記油から高い経済効果を得ることができる。

さらに、その再生炭素の燃焼時に生じるエネルギーは電気に変換されて、廃タイヤの分解に必要な熱エネルギーと本システムの運転に必要な冷水を提供する。

前述の実施形態は単に例示的なものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。本教示は他の機器・装置に容易に適用することが可能であり、本発明の説明は例示目的を意図したものに過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではなく、多くの代替形態、変更形態、及び変形形態が当業者であれば明らかであろう。

上記の説明から明白なように、本発明の廃タイヤ再資源化システムは、廃タイヤを再資源化することによって、油、炭素、屑鉄、ＣＯ_２またはＮ_２、電気及び冷水を生成することができ、それによって再資源化の効率を高め、環境汚染を防止する。

また、前記廃タイヤは、ＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスをキャリアガスとして用いる直接加熱式熱分解反応器を介して熱分解され、それによって前記熱分解反応器の爆発を防止する。

本発明の再資源化システムは、水分を含まない高品質の油を生成することができ、それによって前記油から高い経済効果を得ることができる。

さらに、その再生炭素燃焼時に生じるエネルギーは、本システムの運転に必要な熱エネルギー、電気及び冷水に変換される。

１ 熱分解反応器
２ 粉砕機
３ チェーンコンベア
４ 炭素貯蔵庫
５ 鉄鉱物貯蔵庫
６ コンデンサ
７ 油タンク
８ サイクロン
９ 第３回収タンク
１０ 炭素焼却炉
１１ 一次熱交換器
１２ 二次熱交換器
１３ 蒸気タービン
１４ 吸収冷凍機
１５ 高圧ポンプ
１６ 浄化塔
１７ キャリアガス分離装置
１８ ブロア

Claims (6)

1. 廃タイヤの再資源化システムであって、ＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスがキャリアガスとして循環供給される熱分解反応器を利用して廃タイヤを熱分解する熱分解手段と、前記熱分解反応器によって熱分解された分解残留物を粉砕して、その分解残留物を炭素と鉄鉱物に分離する分解残留物処理手段と、前記熱分解反応器から排出された排ガスを冷却濃縮して、そのガスから重油を回収する油回収手段と、前記分解残留物から分離された炭素の焼却時に生成される高温の排ガスを利用して熱源を前記循環キャリアガスに供給し、蒸気タービンと吸収冷凍機を作動させて、電気と冷水を生成させる炭素処理手段と、前記炭素処理手段から排出された排ガスを清澄して、その清澄ガスを大気中に放出し、前記排ガスからＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスの一部を回収する排ガス処理手段と、を含むことを特徴とする廃タイヤの再資源化システム。
2. 請求項１に記載の廃タイヤ再資源化システムであって、前記熱分解手段で使用される熱分解反応器には、前記廃タイヤを導入するためにその上部分の一部に形成された導入口と、熱分解によって生成された高温の蒸気を循環させるためにその上部分の一部に形成された排出口と、その分解残留物を導出するためにその下部分に形成された導出口と、その底部に設けられ、互いにかみ合い回転して前記分解残留物を粉砕する一対のローラーと、が含まれることを特徴とする廃タイヤ再資源化システム。
3. 請求項１に記載の廃タイヤ再資源化システムであって、前記分解残留物処理手段には、前記熱分解反応器１によって一次粉砕された残留物を二次粉砕するための粉砕機２と、前記粉砕機２によって粉砕された残留物を炭素と鉄鉱物に分離するためのチェーンコンベア３と、前記チェーンコンベア３によって分離された炭素と鉄鉱物のそれぞれを貯蔵するための炭素貯蔵庫４と鉄鉱物貯蔵庫５と、が含まれることを特徴とする廃タイヤ再資源化システム。
4. 請求項１に記載の廃タイヤ再資源化システムであって、前記油回収手段には、前記熱分解反応器１から排出された高温の蒸気を冷却濃縮して、前記蒸気から重油を一次回収するためのコンデンサ６と、前記コンデンサ６によって冷却濃縮された重油を貯蔵するための油タンク７と、前記コンデンサ６によって冷却濃縮され、ミスト状態でＣＯ_２またはＮ_２である前記キャリアガス中に分散される重油分を回収し、それを前記油タンクに移動するためのサイクロン８と、曝気方式で前記重油を液化重油と直接接触させて前記重油を回収し、その油を前記油タンク７に移動させるための第３回収タンク９と、が含まれることを特徴とする廃タイヤ再資源化システム。
5. 請求項１に記載の廃タイヤ再資源化システムであって、前記炭素処理手段には、炭素自体から生成された熱を利用して、前記炭素貯蔵庫４から供給された炭素を焼却するための炭素焼却炉１０と、炭素焼却炉によって生成された高温の排ガスを利用して、前記熱分解反応器から前記油回収手段を通過する際に冷却されるキャリアガスを加熱するための一次熱交換器１１と、前記一次熱交換器１１を通過する排ガスを加圧蒸気に変換するための二次熱交換器１２と、電気と冷水を生成させる前記二次熱交換器１２によって生成された前記加圧蒸気によって駆動される蒸気タービン１３と吸収冷凍機１４と、前記蒸気タービンと前記吸収冷凍機１４から前記二次熱交換器１２に排出された凝縮水を循環させるための高圧ポンプ１５と、が含まれることを特徴とする廃タイヤ再資源化システム。
6. 請求項１に記載の廃タイヤ再資源化システムであって、前記排ガス処理手段には、希釈苛性ソーダ溶液を利用して、前記二次熱交換器１２から排出された排ガスから硫黄酸化物を除去して、その浄化された排ガスを大気に放出するための浄化塔１６と、前記浄化塔１６から排出された排ガスの一部を受け入れて、前記キャリアガスとして用いられるその排ガスからＣＯ_２ガスまたはＮ_２ガスを分離するキャリアガス分離装置１７と、が含まれることを特徴とする廃タイヤ再資源化システム。

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