JP5629500B2

JP5629500B2 - 炭化物の製造装置及び該製造装置を用いた炭化物の製造方法

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Publication number: JP5629500B2
Application number: JP2010141070A
Authority: JP
Inventors: 正徳川村; 敬治朝妻; 勇人大谷
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: JP2012001699A

Description

本発明は、炭化物の製造装置及び該製造装置を用いた炭化物の製造方法に関し、特には、熱分解反応の反応効率を向上させつつ、生成される炭化物の酸化を抑えることも可能な炭化物の製造装置に関するものである。

従来、機能性の材料を開発する目的で、ゴム材料や樹脂材料等、様々な高分子系材料の工業化がなされているが、他方で、高分子工業の発展は、汎用材料の大量生産、大量消費をもたらし、高分子系廃棄物の処理は早急に解決すべき重要課題となっている。そして、この課題を解決するためには、高分子系材料の再利用化、リサイクル化等の技術的進展が肝要となる。例えば、ゴム材料であるタイヤは、モータリゼーションの発展と共に自動車必需部材として大量生産、大量消費がなされ、使用済みタイヤの数が膨大になっていることから、使用済みタイヤのリサイクル化・有効利用の研究が進められ、特に有用材料の回収が大きな課題となっている。

例えば、特開平７−１１８４４０号公報（特許文献１）では、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を鱗片状に破砕した後、実質的に非酸性雰囲気下にて３００〜１０００℃の温度範囲で乾留するか、乾留した後、鱗片状に破砕することで炭素繊維塊が得られ、該炭素繊維塊が、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（ＣＦＲＴＰ）製品や炭素繊維強化セメント（ＣＦＲＣ）成形体等を製造するときに補強材として利用できることが報告されている。

また、特開平７−３１００７６号公報（特許文献２）では、窒素のような不活性ガスの存在下、テトラヒドロナフタレンのような水素供与性溶媒を用いて加硫ゴムを加熱分解することで、化学原料等として使用することができるような高純度の液状炭化水素、及び元の高次集合構造に近いためにゴム製品用補強材等として使用することができるような高レベルのカーボンブラックとを、効率よく簡便に製造する方法が開示されている。

一方、高分子系廃棄物の熱処理についても、様々な研究が進められており、特開平８−１５９４３０号公報（特許文献３）には、系内の余剰エネルギーの有効活用ができ、外部からエネルギーを補給することなくゴム系廃棄物を処理する手法が開示されている。より具体的には、ゴム系廃棄物の破砕工程と、該破砕工程で得られた破砕物の熱分解工程と、該熱分解工程で生成した熱分解残渣中の金属残渣及びカーボン残渣の選別工程と、選別されたカーボン残渣の粉砕工程と、該粉砕工程で粉砕された粉砕カーボンの燃焼処理工程と、該燃焼処理工程で発生した燃焼排ガスからの熱回収工程とから構成されるゴム系廃棄物の燃焼処理方法であり、ここで、上記熱分解工程では、発生する熱分解ガスから液体成分を回収した後の残ガスが燃料として使用され、更に、上記燃焼処理工程では、回収された液体成分が燃料として使用されている。

特開平７−１１８４４０号公報特開平７−３１００７６号公報特開平８−１５９４３０号公報

しかしながら、本発明者らが検討したところ、特許文献１〜３に開示の高分子系廃棄物の熱分解処理では、熱分解反応の反応効率と、該熱分解反応により得られる炭化物の酸化防止効果とを十分に満足できるレベルにすることができず、依然として改良の余地があることが分かった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、熱分解反応の反応効率を向上させつつ、生成される炭化物の酸化を大幅に抑えることも可能な炭化物の製造装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、炭化物の品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を得ることができる炭化物の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、熱交換器、熱分解処理装置、冷却手段、粉塵回収手段、排ガス燃焼手段、炭化物回収手段、無酸素ガス供給手段及び炭化物貯留部を備える炭化物の製造装置において、熱分解が行われている間、無酸素ガス供給手段により熱分解炉へ加熱された無酸素ガスを連続して供給し、油分供給手段により冷却手段で回収した油分を該熱分解炉に循環させることで、熱分解反応の反応効率を向上させつつ、生成される炭化物の酸化を大幅に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の炭化物の製造装置は、高分子系廃棄物から回収される炭化物の製造装置であって、無酸素ガスを加熱するための熱交換器と、内部に高分子系廃棄物を収容する熱分解炉及び該熱分解炉を外部から加熱する外部加熱手段を有し、該高分子系廃棄物を前記熱交換器で加熱した無酸素ガスと接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための熱分解装置と、前記熱分解装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための冷却手段と、前記冷却手段で油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収するための粉塵回収手段と、前記粉塵回収手段で粉塵を回収した後の残ガスを清浄化するための排ガス燃焼手段と、前記高分子系廃棄物の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収するための炭化物回収手段と、前記熱分解炉へ前記加熱された無酸素ガスを供給するための第一無酸素ガス供給手段と、前記熱分解炉の下部に設けられ、弁を設けた炭化物導入口を有し、回収される炭化物を貯留するための第一貯留部とを備えることを特徴とする。

なお、本願における「炭化物」とは、有機物を含む物質を原料とし、この原料を加熱による熱分解反応によって原料中のガス体及び液体成分を放出した後に、生成されて残った固体を指し、灰分として無機物を含むこともある。

本発明の炭化物の製造装置の好適例においては、前記熱分解炉の上部に、該熱分解炉内に投入する高分子系廃棄物を貯留するための第二貯留部を設け、前記第二貯留部は高分子系廃棄物の導入口部及び導出口を有しており、更に前記導入口及び前記導出口を開閉するための気密手段を備える。

ここで、本発明の炭化物の製造装置においては、更に、前記第二貯留部へ無酸素ガスを供給するための第二無酸素ガス供給手段を備えることが好ましい。

本発明の炭化物の製造装置の他の好適例においては、前記炭化物回収手段が、熱分解炉内に配設された仕切り受けである。

また、本発明の炭化物の製造方法は、上記の製造装置を用いた炭化物の製造方法であって、熱交換器で無酸素ガスを加熱する工程と、高分子系廃棄物を収容する熱分解炉内に加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物を該無酸素ガスと直接に接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させる工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記粉塵を回収した後の残ガスを清浄化する工程と、前記高分子系廃棄物の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを含み、前記熱分解が行われている間、前記熱分解炉へ前記加熱された無酸素ガスを連続して供給することを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器、熱分解処理装置、冷却手段、粉塵回収手段、排ガス燃焼手段、炭化物回収手段、無酸素ガス供給手段、及び炭化物貯留部を備える炭化物の製造装置において、熱分解が行われている間、無酸素ガス供給手段により熱分解炉へ加熱された無酸素ガスを連続して供給し、油分供給手段により冷却手段で回収した油分を該熱分解炉に循環させることで、熱分解反応の反応効率を向上させつつ、生成される炭化物の酸化を大幅に抑えることも可能な炭化物の製造装置を提供することができる。また、該炭化物の製造装置を用いて高分子系廃棄物を熱分解することで、炭化物の品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を得ることができる。

本発明の炭化物の製造装置の一例の概略図である。

以下、図を参照しながら、本発明を説明する。図１は、本発明の炭化物の製造装置の一例の概略図である。図１に示す製造装置は、高分子系廃棄物１から回収される炭化物２の製造装置であって、無酸素ガスを加熱するための熱交換器３と、内部に高分子系廃棄物１を収容する熱分解炉４及び該熱分解炉４を外部から加熱する外部加熱手段５を有し、該高分子系廃棄物１を前記熱交換器３で加熱した無酸素ガスと接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための熱分解装置と、前記熱分解装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分６を回収するための冷却手段と、前記冷却手段で油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収するための粉塵回収手段と、前記粉塵回収手段で粉塵を回収した後の残ガスを清浄化するための排ガス燃焼手段と、前記高分子系廃棄物１の熱分解後の熱分解炉４内に残る炭化物２を回収するための炭化物回収手段と、前記熱分解炉４へ前記加熱された無酸素ガスを供給するための第一無酸素ガス供給手段７と、前記熱分解炉４の下部に回収される炭化物２を貯留するための弁１１を設けた炭化物導入口を有する第一貯留部１０とを備えることを特徴とし、更に前記冷却手段で回収した油分６を前記熱分解炉４に供給するための油分供給手段８とを備えることが好ましい。図１に示す製造装置によれば、前記熱分解装置内で熱分解が行われている間、前記第一無酸素ガス供給手段７により前記熱分解炉４へ前記加熱された無酸素ガスを連続して供給し、前記油分供給手段８により前記冷却手段で回収した油分６を前記熱分解炉４に循環させることができる。

本発明の炭化物の製造装置においては、まず、熱交換器３内で無酸素ガスを加熱する。熱交換器３で加熱された無酸素ガスを熱分解炉４に供給することで、熱分解炉４内の高分子系廃棄物１を熱分解させることになる。ここで、無酸素ガスとは、酸素及び酸化物以外のガス体であり、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスや、メタン、エタン等の炭化水素ガス等を挙げることができ、このような無酸素ガスを使用することにより、高分子系廃棄物１の熱分解後の熱分解炉４内に残る炭化物の酸化を防止することができる。なお、本発明の製造装置に用いる熱交換器３の構造は、特に限定されず、加熱器等の公知の熱交換器の構造を用いることができる。また、図１に示す製造装置においては、一つの熱交換器３のみが設置されているが、本発明の製造装置においては、熱交換器の設置数は任意であり、複数の熱交換器を設置してもよい。更に、熱交換器３には、無酸素ガス供給ラインを介して無酸素ガスが供給される。

本発明の炭化物の製造装置において、熱分解装置は、内部に高分子系廃棄物１を収容する熱分解炉４及び該熱分解炉４を外部から加熱する外部加熱手段５を備えており、高分子系廃棄物１を収容する熱分解炉４内に熱交換器３で加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物１を該無酸素ガスと接触させ、熱分解ガスを発生させる。高分子系廃棄物１を無酸素ガスと接触させることで、無酸素状態での熱分解が可能となり、生成される炭化物の酸化を大幅に抑えることができる。熱分解炉４は、高分子系廃棄物１を導入するための導入口、生成される炭化物を回収するための導出口、熱分解ガスを内部から排出するための導出口、無酸素ガスを導入するための導入口、及び冷却手段で回収した油分６を導入するための導入口を有する熱分解炉であって、例えば、釜式熱分解炉、流動床式熱分解炉、キルン式熱分解炉等が使用される。

また、熱分解炉４は、第一無酸素ガス供給手段７としての無酸素ガス供給ラインを介して、上記熱交換器３で加熱された無酸素ガスが供給される。そして、本発明の炭化物の製造装置は、系内に導入された無酸素ガス及び高分子系廃棄物から発生する熱分解ガスが最終的に系外に放出される非循環式の製造装置であるため、生成される炭化物の品質を劣化させず、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮させるには、上記熱分解装置内で熱分解が行われている間、第一無酸素ガス供給手段７により熱分解炉４へ加熱された無酸素ガスを連続的に供給することが必要である。ここで、熱分解炉に供給される無酸素ガスの温度は、高分子系廃棄物の種類に応じて決定される。

なお、高分子系廃棄物１は、主として有機系廃棄物を指し、具体的には、タイヤ廃棄物（例えば、スピュー、バフ粉、4〜32分割されたタイヤ）等のゴム材料廃棄物や、炭化水素モノマーの（共）重合反応により得られた高分子材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン共重合体等、炭化水素モノマーと他のモノマーとの共重合体、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体、炭化水素モノマーのハロゲン誘導体の（共）重合体、例えばポリ塩化ビニル等の樹脂材料廃棄物が挙げられる。また、タイヤ廃棄物を熱分解処理した後の残渣には、スチールコードやワイヤ等が炭化物と混在している。

また、上記熱分解装置は、熱分解炉４を外部から加熱する外部加熱手段５を備えることで、熱分解炉４内の高分子系廃棄物１を熱分解炉４の外側から間接的に加熱することができるため、無酸素ガスのガス流量を低減することが可能となり、これによって高分子系廃棄物１の熱分解炉４内での熱分解速度を更に大きくすることが可能となる。このように、熱分解炉４に導入する高温無酸素ガスのガス流量を低下させ、またそのガス体の温度も低下させることができるので、高温無酸素ガスの流動により舞い上げられてガス中に混入し、該ガス（熱分解ガスや無酸素ガス等）と共に装置内を循環する固形ダスト（高分子系廃棄物由来の微細浮遊物）の発生を抑え、窒素酸化物等の発生をも抑制することができる。外部加熱手段５としては、特に限定されるものではないが、例えば、熱分解炉を囲んで配設される炭化珪素発熱体もしくは他の発熱体を使用してもよいし、熱分解炉を囲んで配設した容器によって熱分解炉との間に空間を形成させて、この空間に熱媒体を導入したものを使用してもよい。なお、外部加熱手段５に使用され得る熱媒体は、高分子系廃棄物を熱分解炉の外側から間接的に加熱するため、無酸素ガスに限定されず、種々の媒体を利用することができる。また、外部加熱手段によっても十分に高分子系廃棄物を加熱することができない場合には、熱分解炉の内部から加熱する内部加熱手段を併用するのが好ましい。

また、本発明の炭化物の製造装置は、高分子系廃棄物１の熱分解後の熱分解炉４内に残る炭化物を回収するための炭化物回収手段を備える。該炭化物回収手段としては、特に限定されるものではないが、図１に示す態様が好ましい。図１に示す炭化物の製造装置においては、炭化物回収手段としての仕切り受け９が熱分解炉４内に配設されている。該仕切り受け９は、熱分解炉４内に投入される高分子系廃棄物１の落下を防止しつつ、熱分解により生成される炭化物２の通過を可能とする。従って、タイヤ廃棄物を熱分解処理した場合には、炭化物２のみを通過させることで、スチールコードやワイヤ等との分離が可能となり、炭化物２を効率よく回収することができる。また、炭化物２がより効率的に回収できるよう、図示はしないが回転体を有した粉砕機等の粉砕機を用いても良い。なお、仕切り受け９は、高分子系廃棄物１の落下を防止し且つ炭化物２の通過を可能とするものであれば、特に限定されるものではないが、ゴム補強用カーボンブラックの代替品としての炭化物の使用を考慮した場合、目開きが5〜10cm程度の金網を使用するのが好ましい。

更に、本発明の炭化物の製造装置は、熱分解炉４の下部に、回収される炭化物を貯留するための第一貯留部１０を備える。該第一貯留部１０は、熱分解炉４から炭化物２を導入するための導入口と、例えば回収容器（図示せず）等へ炭化物２を排出するための導出口とを有している。このように熱分解炉の外側に炭化物貯留部を設けることで、熱分解処理を続けながら炭化物を回収することができ、また、上記仕切り受け９等の炭化物回収手段と組み合わせることで、炭化物の回収効率を大幅に向上させることができる。なお、第一貯留部１０の導入口及び導出口には、本発明の製造装置内、特に熱分解炉４内の気密性を確保するため、弁１１が設けられている。また、第一貯留部１０の外側には、上記外部加熱手段５が設けられているが、本発明の製造装置においては、第一貯留部１０を設ける場合、第一貯留部１０の外側に外部加熱手段５を設置してもよいし、設置しなくてもよい。

また、本発明の炭化物の製造装置には、熱分解炉４の上部に、該熱分解炉４内に投入する高分子系廃棄物１を貯留するための第二貯留部１２を設けてもよい。該第二貯留部１２は、高分子系廃棄物１を導入するための導入口と、熱分解炉４へ高分子系廃棄物１を投入するための導出口とを有している。このように熱分解炉の外側に高分子系廃棄物用の貯留部を設けることによって、作業員等が高分子系廃棄物を熱分解炉へ直接投入する必要が無く、安全性を向上できる上、高分子系廃棄物の熱分解炉への投入の際に熱分解処理を停止する必要も無いため、熱交換器を再加熱するためのエネルギーを抑えることができる。更に、熱分解炉４の上部に第二貯留部１２を配設すれば、熱分解炉の熱によって、第二貯留部１２内の高分子系廃棄物１を予備加熱することもでき、これにより、熱分解反応の反応効率を向上できる。従って、図示例の炭化物の製造装置は、系内に導入された無酸素ガスが最終的に系外に放出される非循環式で且つ高分子系廃棄物を複数のバッチに分けて炭化物を製造するバッチ式であるにもかかわらず、安全性の向上及び省エネルギー化に関して顕著な効果が奏される。なお、第二貯留部１２の導入口及び導出口には、本発明の製造装置内、特に熱分解炉４内の気密性を確保するため、該導入口及び導出口を開閉するための気密手段が設けられている。該気密手段としては、例えば、蓋１３、ガスケット、パッキン等を用いることができる。加えて、本発明の炭化物の製造装置は、更に、第二貯留部１２へ無酸素ガスを供給するための第二無酸素ガス供給手段１４を備えることが好ましい。第二無酸素ガス供給手段１４としての無酸素ガス供給ラインを介して第二貯留部１２へ無酸素ガスを供給することで、高分子系廃棄物１の導入時に混入した外気を無酸素ガスに置換することができる。第二貯留部１２に供給される無酸素ガスは、高温である必要は無く、例えば、常温（約0℃〜50℃）の無酸素ガスを供給することができる。なお、第二無酸素ガス供給手段１４を備える場合、第二貯留部１２から外気を排出するための排出口（図示せず）を設けるのがよい。

本発明の炭化物の製造装置において、冷却手段としては、上記熱分解装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するため、凝縮器１５を利用するのが好ましい。ここで、回収される油分は、熱分解反応によって気化する液体である。なお、図１に示す凝縮器１５は、冷却水導入ライン及び冷却水導出ラインを備えた冷却塔からなり、該冷却塔の上部に、熱分解ガス供給ライン１６を介して熱分解炉４からの熱分解ガスを供給する供給口と、該冷却塔の下部に、第一残ガス排出ライン１７を介して集塵機１８へ残ガスを送るための排出口、油分回収ライン１９を介して集塵機１８から油分６を回収する供給口、及び油分供給手段８としての油分供給ラインを介して熱分解炉４へ回収された油分６を送るための排出口とを備える。また、図１に示す製造装置においては、一つの凝縮器のみが設置されているが、本発明の製造装置においては、冷却手段の設置数は任意であり、例えば複数の凝縮器を設置してもよい。

本発明の炭化物の製造装置には、冷却手段で回収した油分６を熱分解炉４に供給するための油分供給手段８を設けてもよい。ここで、油分供給手段８は、例えば、凝縮器１５と熱分解炉４とを油分供給ラインで接続してなる。驚くべきことに、凝縮器１５で回収した油分６を熱分解炉４へ導入した場合、導入された油分６が高分子系廃棄物１の熱分解反応における分解促進剤として作用することが分かった。従って、油分供給手段８を備えることで、冷却手段で回収した油分６を熱分解炉４へ導入することができ、これにより、熱分解反応の反応効率が向上し、反応時間を短縮させるため、生成した炭化物の酸化を大幅に抑制することができる。また、上記油分供給手段８によって回収された油分６を熱分解炉４へ導入する場合、炭化物の製造装置は、該油分６が熱分解炉４に繰り返し戻ってくる構造を形成し、該油分６を熱分解炉４に循環させることができ、これにより、油分を効率よく利用することがきる。なお、図１に示すように、冷却塔に回収される油分６の液面の位置状況等を確認するため、冷却塔の下部に液面計２０を設けてもよい。

本発明の炭化物の製造装置において、粉塵回収手段としては、冷却手段で油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収するため、例えば、サイクロン方式の集塵機等の集塵機１８を用いることが好ましい。本発明の製造装置においては、上記残ガスを最終的に外部へ放出するため、粉塵回収手段の設置が必要となる。図１に示す集塵機１８は、重力落下や旋回気流等によって粉塵を回収し、更に、冷却手段により回収しきれなかった油分をも回収する。なお、集塵機１８で回収した油分は、油分回収ライン１９を介して凝縮器１５へ供給される。

本発明の炭化物の製造装置において、排ガス燃焼手段としては、粉塵回収手段で粉塵を回収した後の残ガスを清浄化するため、例えば、フレアスタック２１、及び熱交換器３の熱源用バーナー（図示せず）を用いることが好ましい。本発明の製造装置においては、上記残ガスを最終的に外部へ放出するため、排ガス燃焼手段の設置が必要となる。図１に示すフレアスタック２１は、第二残ガス排出ライン２２を介して供給される残ガスを燃焼して清浄化し、清浄ガスとして系外に排出する。なお、第二残ガス排出ライン２２中には、上記残ガスをフレアスタック２１に送るため、排気ファン２３が設けられている。

本発明の炭化物の製造装置においては、図示しないが、ガス流量を制御するため、ガス流量を測定するための流量計、その開度でガス流量を調整するためのバルブ、ガス流量を一定に保つための送風機等を設置することができる。また、本発明の炭化物の製造装置は、装置内の酸素濃度を1容量％以下に制御することが好ましい。該製造装置内の酸素濃度が1容量％以下であれば、熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物の酸化をより確実に抑制でき、品質が劣化せず、ゴム成分に配合してもゴム特性を十分に維持できる炭化物をより確実に得ることができる。なお、製造装置内の酸素濃度は、例えば、固体電解質ジルコニアベースの酸素濃淡セルを用いるジルコニア式酸素センサー等により測定できる。

次に、図を参照しながら、本発明の炭化物の製造方法を詳細に説明する。本発明の炭化物の製造方法は、上述の製造装置を用いることを特徴とする。本発明の炭化物の製造方法においては、まず、熱交換器３内で無酸素ガスを加熱する。次に、高分子系廃棄物１を収容する熱分解炉４内に熱交換器３で加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物１を加熱した無酸素ガスと接触させ、熱分解ガスを発生させる。ここで、本発明の炭化物の製造方法においては、上記熱分解装置内で熱分解が行われている間、第一無酸素ガス供給手段７により熱分解炉４へ加熱された無酸素ガスを連続的に供給する。また、この高分子系廃棄物１と無酸素ガスとから熱分解ガスを発生させる工程においては、熱分解時の温度を300〜600℃に制御するのが好ましい。熱分解時の温度が上記特定した範囲内にあれば、高分子系廃棄物が溶融工程を経ずに、安定で且つ連続的な熱分解を行うことができる。もし、高分子系廃棄物を溶融した場合には、無酸素ガスとの接触機会が溶融物表面に限定されるため、熱分解速度が低下する。該熱分解時の温度が300℃未満では、熱分解反応が十分に進行せず、これによって、分解されるべき成分が完全に除去されない炭化物を生成するおそれがあるので好ましくなく、一方、600℃を超えると、上述の溶融現象の発生の可能性があり、また、生成した炭化物とガス中に含まれ得る成分（例えば、酸化物）との間で望ましくない改質反応や賦活反応が起こり、炭化物中の全酸性度を上昇させたり、又は多孔性でゴムへの補強効果に悪影響を及ぼし得る炭化物を生成するおそれがある。ここで、熱分解時の温度を制御するには、上述した、熱交換器３内で加熱される無酸素ガスや、熱分解炉４を外部から加熱する外部加熱手段５等を利用すればよい。

次に、本発明の炭化物の製造方法においては、上記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分６を回収する。ここで、本発明の炭化物の製造方法においては、上記油分供給手段８によって回収された油分６を熱分解炉４へ導入することで、上記油分６を熱分解炉４に循環させることが好ましい。

その後、本発明の炭化物の製造方法においては、高分子系廃棄物１の熱分解後の熱分解炉４内に残る炭化物２を回収することになる。例えば、炭化物回収手段として、仕切り受け９、第一貯留部１０及び弁１１を設けることで、炭化物の回収効率を大幅に向上させることができる。なお、炭化物は、一般的には塊状物として回収されるので、例えば、粉砕機等を用いた粉砕工程によって回収された炭化物を微細に壊砕し、更に分級機等を用いた分級工程によって特定の粒度を持つ炭化物として回収・抽出することができる。このようにして得た炭化物は、カーボンブラック又はその一部に代えて、ゴム補強用充填剤として利用可能である。

また、本発明の炭化物の製造方法は、熱分解ガスから油分を回収した後の残ガスを最終的に系外へ排出するため、上記粉塵回収手段により、油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、上記排ガス燃焼手段により、該粉塵を回収した後の残ガスを清浄化する工程とを含む。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す製造装置を用いて、廃トラック用タイヤから炭化物を回収した。
詳細には、第二貯留部１２に貯蔵してある廃トラック用タイヤの３２分割裁断品（高分子系廃棄物１）約100kgを熱分解炉４（容量0.5m³）内に配設した仕切り受け９上に投入した。このとき、高分子系廃棄物１の投入は、蓋１３を開くことにより行い、該高分子系廃棄物１の投入後に、蓋１３を閉じた。熱分解炉４内を、第一無酸素ガス供給ライン７を介して20L/(分・m³)の流量にて60分間無酸素ガス（窒素ガス）で置換した後、流量を2L/(分・m³)に調節し、熱交換器３により無酸素ガス（窒素ガス）を加熱すると共に、熱分解炉４の外部加熱手段５としてのヒーターの電源を入れた。熱交換器３及び外部加熱手段５により熱分解炉４内の温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。加熱により生成したガス状物は熱分解炉４の空間から熱分解ガス供給ライン１６を通して凝縮器１５に導入され、該凝縮器１５を通過したガス体は、第一残ガス排出ライン１７、集塵機１８、第二ガス排出ライン２２及び排気ファン２３を介してフレアスタック２１に導入され、ここで、燃焼、清浄ガス化された。熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱を開始してから1時間で、熱分解により生成した油状物が凝縮器１５に溜出し始めた。熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱の開始から約3時間後に、凝縮器１５への油状物の溜出が停止したので、高分子系廃棄物１の熱分解反応が完了したとみなし、熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱を停止し、最初の熱分解反応を終了した。廃トラック用タイヤから炭化物への熱分解に要した時間は4時間であった。なお、高分子系廃棄物１を熱分解炉４に充填してから熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱を停止するまでの作業を纏めて熱分解作業ともいう。回収された炭化物２は、その殆どが仕切り受け９を通過して熱分解炉底部に落下しているが、スチールコードやワイヤ等は殆どが仕切り受け９の金網上に残留しているため、分離工程を簡略化することができ、炭化物を効率よく回収できることが分かる。
この熱分解炉底部に貯蔵された炭化物は、第一貯留部上側（熱分解炉と接する側）の弁１１（以下、弁１１−１とも表す）を稼動手段により開放することにより、第一貯留部１０の空間内に移動し、炭化物２として貯蔵された。なお、熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱を停止してから第一貯留部１０へ炭化物を回収するまでの作業を纏めて炭化物回収作業ともいう。
次に、二回目以降の熱分解反応を説明する。
まず、上記弁１１−１を閉じ、熱分解炉４上部の第二貯蔵部１２に貯蔵してある廃トラック用タイヤの３２分割裁断品（高分子系廃棄物１）を蓋１３の開放により熱分解炉４内に投入した。このとき、熱分解反応終了直後の熱分解炉４内に高分子系廃棄物１を投入することができるため、該熱分解炉４の温度は殆ど低下しておらず、上述の手順に従って速やかに二回目の熱分解反応の開始に移行でき、熱的損失が殆ど無い。なお、炭化物２を第一貯留部１０に回収してから、次の高分子系廃棄物１の熱分解炉４への充填作業が完了するまでの所要時間は2分間であった（但し、熱分解炉４内へ投入する高分子系廃棄物１は、既に第二貯蔵部１２に貯蔵されており、該第二貯蔵部１２内は、第二無酸素ガス供給ライン１４により無酸素ガス（窒素ガス）で置換されている）。
上述の熱分解作業と炭化物回収作業とを繰り返し、第一貯留部１０の空間内に移動させた炭化物２の貯留量を、第一貯留部１０外周上に設置されたのぞき窓（図示せず）から確認した。この熱分解作業と炭化物回収作業の１サイクルは約4時間で完了し、第一貯留部下側（熱分解炉と接していない側）の弁１１（以下、弁１１−２とも表す）を適宜開放することにより、冷却された炭化物を系外に排出した。
しかしながら、排出された炭化物２には、タイヤ材料であるスチールコード等の鉄製品が少量含まれていたため、これをマグネットセパレーターで除去した。
得られた炭化物２は、ステンレス製の金網を通過し、更に該金網を通過した炭化物に対してジェット気流式粉砕機を適用して該炭化物を粉砕した。粉砕された炭化物の平均粒子径は5.28μmであった。
この高分子系廃棄物から得られた炭化物（熱分解生成炭化物）は、全酸性度0.0697meq/g、トルエン透過度86％の特性を示した。

（比較例１）
図１に示す製造装置を用いて、廃トラック用タイヤから炭化物を回収した。但し、比較例１で用いた製造装置は、仕切り受け９、第二貯留部１２、及び第一貯留部１０を備えていない。
詳細には、熱分解炉４（容量0.5m³）内に廃トラック用タイヤの３２分割裁断品（高分子系廃棄物１）約100kgを投入した。熱分解炉４内を、第一無酸素ガス供給ライン７を介して20L/(分・m³)の流量にて60分間無酸素ガス（窒素ガス）で置換した後、流量を2L/(分・m³)に調節し、熱交換器３により無酸素ガス（窒素ガス）を加熱すると共に、熱分解炉４の外部加熱手段５としてのヒーターの電源を入れた。熱交換器３及び外部加熱手段５により熱分解炉４内の温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。加熱により生成したガス状物は熱分解炉４の空間から熱分解ガス供給ライン１６を通して凝縮器１５に導入され、該凝縮器１５を通過したガス体は、第一残ガス排出ライン１７、集塵機１８、第二ガス排出ライン２２及び排気ファン２３を介してフレアスタック２１に導入され、ここで、燃焼、清浄ガス化された。熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱を開始してから1時間で、熱分解により生成した油状物が凝縮器１５に溜出し始めた。熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱の開始から約3時間後に、凝縮器１５への油状物の溜出が停止したので、高分子系廃棄物１の熱分解反応が完了したとみなし、熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱を停止した。
熱交換器３及び外部加熱手段５による加熱を停止した後、熱分解炉４内への無酸素ガス（窒素ガス）の流量を10L/(分・m³)に調整し、熱分解炉の空間内を冷却した。熱分解炉４内の温度を3時間かけて約100℃以下まで冷却した後、該熱分解炉４を開放し、炭化物を回収した。
高分子系廃棄物１の熱分解炉への充填から炭化物の回収までに要した時間は8時間となり、実施例と比較して2倍の時間を要した。
また、熱分解炉から回収した炭化物は、タイヤ材料であるスチールコード等の鉄製品が含まれているため、これをマグネットセパレーターで除去した。
得られた炭化物は、ステンレス製の金網を通過し、更に該金網を通過した炭化物に対してジェット気流式粉砕機を適用して該炭化物を粉砕した。粉砕された炭化物の平均粒子径は5.28μmであった。
この高分子系廃棄物から得られた炭化物（熱分解生成炭化物）は、全酸性度0.0702meq/g、トルエン透過度85％の特性を示した。
このことから、本発明の実施形態により得られた炭化物は、従来技術である比較例１に記載の実施形態と比較して作業時間が半分に短縮された上、なんら遜色無い物性を有していることが分かる。

１高分子系廃棄物
２炭化物
３熱交換器
４熱分解炉
５外部加熱手段
６油分
７第一無酸素ガス供給手段
８油分供給手段
９仕切り受け
１０第一貯留部
１１弁
１２第二貯留部
１３蓋
１４第二無酸素ガス供給手段
１５凝縮器
１６熱分解ガス供給ライン
１７第一残ガス排出ライン
１８集塵機
１９油分回収ライン
２０液面計
２１フレアスタック
２２第二残ガス排出ライン
２３排気ファン

Claims

高分子系廃棄物から回収される炭化物の製造装置であって、
無酸素ガスを加熱するための熱交換器と、内部に高分子系廃棄物を収容する熱分解炉及び該熱分解炉を外部から加熱する外部加熱手段を有し、該高分子系廃棄物を前記熱交換器で加熱した無酸素ガスと接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための熱分解装置と、前記熱分解装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための冷却手段と、前記冷却手段で油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収するための粉塵回収手段と、前記粉塵回収手段で粉塵を回収した後の残ガスを清浄化するための排ガス燃焼手段と、前記高分子系廃棄物の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収するための炭化物回収手段と、前記熱分解炉へ前記加熱された無酸素ガスを供給するための第一無酸素ガス供給手段と、前記熱分解炉の下部に設けられ、弁を設けた炭化物導入口を有し、回収される炭化物を貯留するための第一貯留部とを備えることを特徴とする炭化物の製造装置。
前記熱分解炉の上部に、該熱分解炉内に投入する高分子系廃棄物を貯留するための第二貯留部を設け、前記第二貯留部は高分子系廃棄物の導入口及び導出口を有しており、更に前記導入口及び前記導出口を開閉するための気密手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の炭化物の製造装置。
更に、前記第二貯留部へ無酸素ガスを供給するための第二無酸素ガス供給手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の炭化物の製造装置。
前記炭化物回収手段が、熱分解炉内に配設された仕切り受けであることを特徴とする請求項１に記載の炭化物の製造装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の製造装置を用いた炭化物の製造方法であって、熱交換器で無酸素ガスを加熱する工程と、高分子系廃棄物を収容する熱分解炉内に加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物を該無酸素ガスと直接に接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させる工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記粉塵を回収した後の残ガスを清浄化する工程と、前記高分子系廃棄物の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを含み、前記熱分解が行われている間、前記熱分解炉へ前記加熱された無酸素ガスを連続して供給することを特徴とする炭化物の製造方法。