KR20200141082A - 재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법 - Google Patents

재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주로 재활용 타이어인 고무 제품으로부터 원료를 회수하는 분야에 관한 것이다. 재활용 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법은 분쇄기에서 재활용 타이어 및/또는 고무 제품으로부터의 원료를 기계적으로 분쇄하는 단계; 반응기에 충전물을 공급하고 고무의 열분해 온도에서 열분해하여 증기 가스 생성물 및 고체 잔류물을 형성하는 단계; 반응기로부터 기체 열분해 생성물을 연속적으로 제거한 다음, 액체 생성물을 액체 분획의 응축 컬럼으로 응축시키고, 반응기로부터 고체 잔류물을 언로딩하고, 상기 잔류물을 냉각시키는 단계; 냉각된 잔류물을 분쇄기에 공급하는 단계; 고체 잔류물을 거칠게 분쇄하는 단계; 자기 분리기에서 분쇄된 고체 잔류물로부터 금속을 제거하는 단계를 포함하고, 기계적 분쇄 이전에, 금속 비드 링이 재활용 타이어로부터 제거되고; 충전물을 반응기에 공급하기 이전에, 코킹 억제제가 충전물의 3-20 중량 %의 양으로 충전물에 도입되고, 이는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된 열가소성 선형 중합체의 임의의 조합인 고체 코킹 억제제 성분 및 억제제의 0.5-1.0 중량 % 양의 액체 코킹 억제제 성분인 폴리메틸실록산으로 구성되고; 반응기 내 충전물의 열분해는 반응기의 주 작업 구역에서 350℃로부터 반응기 출구에서 600℃까지의 열분해 온도에서 수행되고, 자기 분리기내의 분쇄된 고체 잔류물로부터 금속을 제거하는 단계는 금속 함량이 고체 잔류물 총 질량의 0.1 % 이하가 될 때까지 수행되며, 그 후 고체 잔류물은 증기 챔버에서 250-350℃의 온도에서 과열 증기로 처리 및 활성화되고, 활성화된 고체 잔류물은 와류 밀에서 분쇄되고; 고체 잔류물의 2 단계 분류는 공기 세광기에서 수행되며, 여기서 미세 분획은 추가적인 미세 분류를 위해 전기 질량 분류기로 보내지고, 큰 분획 스크리닝은 호퍼 및 추가로 열 노(thermal furnace)로 보내지고, 여기서 잔류 탄소가 제거되고, 미네랄 성분인 추가 타겟 생성물이 생산되거나 또는 와류 밀로 재-그라인딩을 위해 보내지고, 전기 질량 분류기에서의 고체 잔류물의 미세 분획은 45μkm(F1<45μkm)보다 작은 분획 F1 및 45μkm(F2>45μkm)보다 큰 분획 F2로 나누어지고, 45μkm(F2>45μkm)보다 큰 분획 F2의 고체 잔류물 분말은 반복적인 미세 그라인딩을 위해 전기 질량 분류기로부터 와류 밀로 리턴되고, 45μkm(F1<45μkm)보다 작은 분말 분획 F1은 전기 질량 분류기로부터 저장 호퍼로 보낸 다음, 포장 기계 또는 과립기(granulator)로 보내진다. 다음으로, 사전 포장된 제품은 소비자 또는 창고로 보내진다. 기술적인 결과: 재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 새로운 타이어 및/또는 고무 제품의 제조에 적합한 탄소 함유 재료를 얻을 수있다.

Description

재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법
본 발명은 고무 제품으로부터 원료를 재활용 및 회수하는 분야에 관한 것이다. 이는 마모된 자동차 타이어 또는 기타 고무 제품을 재활용하여 탄소 함유 재료 및 기타 제품을 얻을 때 사용할 수 있다.
인간 활동의 산물인 낡은 타이어와 각종 고무 제품은 환경에 악영향을 미친다. 또한, 환경 오염에 대한 그것들의 비율은 다소 높다.
활용된 제품의 재활용은 환경 오염을 줄이고 새로운 제품을 제조하는 데 추가적으로 사용하기 위해 재활용하면서 회수한 새로운 재료를 획득함에 있어서 중요한 영역이다.
고무 제품은 원료의 중요한 공급원이며, 마모된 타이어는 이러한 유형의 2 차 원료의 최대 90 %를 차지한다.
그러나, 사용 중에 내구성, 긴 수명 및 안전성을 제공하는 타이어의 특성으로 인해 마모된 타이어는 재활용에 문제가 된다.
기체 생성물 및 고체 잔류물을 형성하는 열분해를 사용하여 자동차 타이어 및 기타 고무 제품을 재활용하는 것이 널리 보급되었다.
기체 열분해 생성물은 에너지 원으로 사용되며, 타이어 중량의 최대 30 %에 해당하는 고체 탄소 잔류물은 가장 흔한 2 차 폐기물이다.
따라서, 환경적으로 중요하고 경제적으로 관련된 문제는 효율적인 재활용 기술을 제공하는 것이다. 여기서, 탄소 함유 제품은 열분해의 고체 잔류물로부터 얻을 수 있고, 이는 새 타이어를 제조하는 데 사용될 수 있다.
사용된 타이어로부터 카본 블랙과 탄화수소를 추출하는 알려진 방법은 타이어를 1.5 인치 미만의 조각으로 분할하는 단계; 고체 상 및 증기 상을 얻기 위해, 1 내지 20PSIA의 압력에서의 산소 제한 탄화수소 증기에서 화씨 750 내지 1800 도의 온도로 90분 동안, 반응 용기내의 조각들을 열분해하는 단계; 상기 반응 용기 내의 상기 증기 상의 일부로부터 별도의 고-비점 응축물 공정 스트림을 얻는 단계; 상기 응축물의 일부를 표시된 조각으로 다시 증류하는 단계; 열분해 오일 및 가스를 얻기 위해 지정된 증기 상의 제2 부분을 분획하는 단계; 열분해를 위해 반응 용기로부터 나온 후 고체 상을 처리하는 단계로서 다음을 포함하는 단계: 공급된 공기의 스트림으로 제트 밀에서 분쇄하는 단계; 밀로부터 나오는 공기 스트림을 기계적 분리기를 통해 통과시켜 쓰레기 입자의 폐기물 스트림과 카본 블랙 입자를 포함하는 공기 스트림을 생성하는 단계; 카본 블랙 입자가 있는 공기 스트림을 사이클론 분리기를 통해 통과시켜 비교적 거친 카본 블랙 입자의 80-90 %를 제거하고 비교적 미세한 카본 블랙 입자를 포함하는 얇은 제품의 공기 스트림을 얻는 단계를 포함한다.[≪사용된 타이어로부터 카본 블랙 및 탄화수소 회수 공정≫ "US4250158 A"(INTENCO INC)(US) C01B31/02; C09C1/48; 10.02.1981] [1].
마모된 타이어로부터 카본 블랙과 탄화수소를 생성하는 다른 알려진 방법은 타이어를 조각으로 절단하는 단계; 조각이 증기 상 및 고체 상으로 해리되기에 충분한 온도, 압력 및 반응 시간으로 열분해 반응 용기내의 조각을 열분해하는 단계; 고체 상의 일부를 반응기로 다시 재순환시키는 단계; 특정 단계의 열분해는 용융 염으로 채워진 반응 용기에서 조각의 간접적인 내부 가열을 포함하고; 고체 상으로부터 카본 블랙을 얻는 단계; 및 특정 증기 탄화수소 생산 단계를 처리하는 단계를 포함한다.["사용된 타이어로부터 카본 블랙 및 탄화수소를 회수하는 방법" US4284616A(INTENCO INC)(US) C01B31/02; C01B31/00; C09C1/48; 08/18/1981] [2].
알려진 방법의 단점은 재활 과정에서 얻은 탄소 함유 재료가 낮은 표면 활성을 갖고 새 타이어를 제조할 때 필러(filler)로 사용될 수 없다는 것이다.
또한, 부정적인 불순물을 많이 함유한다.
필러로 이러한 재료를 사용하면, 요구되는 강도와 작동 특성을 갖는 새 타이어를 제공할 수 없다.
목적, 기술적 본질 및 달성된 결과에서 가장 근접한 방법은 재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법으로서, 이는:
그라인더에서 재활용 타이어 및/또는 고무 제품을 기계적으로 분쇄하고, 충전물을 얻는 단계;
분쇄된 타이어 요소의 노 충전물을 반응기에 공급하고, 열분해하여 기체 생성물 및 고체 잔류물를 형성하는 단계;
반응기로부터 기체 열분해 생성물을 연속적으로 제거하고, 이어서 액체 생성물을 액체 분획의 응축 컬럼으로 응축시키고, 반응기로부터 고체 잔류물을 배출하고, 이를 호퍼 냉각기에서 냉각시키는 단계;
분쇄기에서 고체 잔류물을 거칠게 분쇄한 후, 자기 분리기에서 금속을 제거하는 단계[US7416641B2(DENISON GILBERT W(미국); FEDERAL RECYCLING TECHNOLOGY, INC(미국)) C10B 21/20; 2008 년 8 월 26 일] [3].
공지된 방법 [3]에서는 열분해의 고체 잔류물을 처리하고 탄소 함유 재료를 생산하기 위해, 열분해 후 처리되지 않은 기술적 탄소를 제트 밀에서 분쇄하고 공압 시스템에서 세척한다.
이 방법의 단점은 얻어진 탄소 함유 재료가 낮은 표면 활성을 갖고, 많은 양의 불순물을 함유한다. 따라서, 이는 새로운 자동차 타이어를 생산할 때 그 강도 및 작동 특성을 감소시킬 것이기 때문에, 얻어진 탄소 함유 재료를 필러로 사용하는 것을 배제할 것이다.
본 발명의 목적은 사용된 타이어 및/또는 고무 제품을 재활용하는 방법을 개발하는 것이다. 이 방법을 사용하면, 유해한 불순물을 제거하고, 탄소 함유 재료의 표면 활성을 증가시켜, 얻어진 탄소 함유 재료를 새로운 타이어를 제조할 때 필러로 사용할 수 있게 한다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법에 의해 달성되는데, 이는:
분쇄기에서 재활용 타이어 및/또는 고무 제품으로부터의 원료를 기계적으로 분쇄하는 단계;
충전물을 반응기에 공급하고, 열분해하여 증기 가스 생성물과 고체 잔류물을 형성하는 단계;
상기 반응기로부터 기체 열분해 생성물을 연속적으로 제거하고, 이어서 액체 생성물을 액체 분획(fraction)의 응축 컬럼으로 응축하고, 고체 잔류물을 언로딩하고, 상기 잔류물을 냉각하는 단계; 및
상기 고체 잔류물을 거칠게 분쇄하고, 자기 분리기에서 분쇄된 고체 잔류물로부터 금속을 제거하는 단계;
를 포함하고,
기계적 분쇄 이전에, 금속 비드 링이 재활용 타이어로부터 제거되고,
충전물을 반응기에 공급하기 이전에, 코킹 억제제가 충전물의 3-20 중량 %의 양으로 충전물에 투입되고, 이는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 및 억제제의 0.5-1.0 중량 % 양의 액체 억제제 성분인 폴리메틸실록산으로 구성되고, 반응기 내 충전물의 열분해는 반응기의 주 작업 영역에서의 350℃로부터 반응기 출구에서의 600℃까지의 열분해 온도에서 수행되고;
자기 분리기에서 분쇄된 고체 잔류물로부터 금속을 제거하는 단계는 금속 함량이 고체 잔류물 총 질량의 1.0 % 이하가 될 때까지 수행되며, 그 후 고체 잔류물은 증기 챔버에서 250-350℃의 온도에서 과열 증기로 처리 및 활성화되고, 고체 잔류물은 와류(vortex) 밀에서 그라인딩되고,
고체 잔류물의 2 단계 분류는 공기 세광기에서 수행되며, 여기서 미세 분획은 추가적인 미세 분류를 위해 전기 질량 분류기로 보내지고, 큰 분획 스크리닝은 호퍼 및 추가로 열 노(thermal furnace)로 보내지고, 여기서 잔류 탄소가 제거되고, 미네랄 성분인 추가 타겟 생성물이 생산되거나 또는 와류 밀로 재-그라인딩을 위해 보내지고,
전기 질량 분류기에서의 고체 잔류물의 미세 분획은 45μkm(F1<45μkm)보다 작은 분획 F1 및 45μkm(F2>45μkm)보다 큰 분획 F2로 나누어지고,
45μkm(F2>45μkm)보다 큰 분획 F2의 고체 잔류물 분말은 반복적인 미세 그라인딩을 위해 전기 질량 분류기로부터 와류 밀로 리턴되고,
45μkm(F1<45μkm)보다 작은 분말 분획 F1은 전기 질량 분류기로부터 저장 호퍼로 보낸 다음, 포장 기계 또는 과립기(granulator)로 보내진다.
충전물의 준비를 개선하고, 열분해 공정을 최적화하고, 분쇄된 고체 잔류물로부터 금속을 제거하고, 금속성 불순물의 활성화, 미세 그라인딩, 분류 및 제거를 통해 고체 잔류물의 최종 처리를 위한 기술적 작업의 집합을 최적화하여 얻은 방법은 높은 수준의 표면 활성을 가진 탄소 함유 재료를 얻을 수 있게 하고, 유해한 불순물의 함량을 최소화할 수 있고, 그 결과 요구되는 수준의 강도 및 작동 인자를 제공하여 새로운 타이어를 생산할 때 필러로 사용할 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 다음을 포함하는 탄소 함유 재료를 생산하기 위한 설비의 다이어그램을 제공하는 도면을 참조하여, 그 구체적인 실시 예에 대한 상세한 설명에 의해 설명된다.
1. 타이어 비드 링 제거 기계
2. 분쇄기
3. 고체 성분 억제제 호퍼
4. 고체 성분 억제제 투여 장치
5. 액체 성분 억제제 호퍼
6. 액체 성분 억제제 투여 장치
7. 컨베이어
8. 열분해 반응기
9. 액체 분획 응축 컬럼
10. 액체 분획 호퍼
11. 고체 열분해 잔류물 투여 장치
12. 냉각 호퍼
13. 컨베이어
14. 분쇄기
15. 자기 분리기
16. 금속 저장 호퍼
17. 금속 검출기
18. 기화 챔버
19. 와류 밀
20. 공기 세광기
21. 호퍼
22. 전기 질량 분류기
23. 저장 호퍼
24. 탄소 분말 재료 포장 장치
25. 과립기
26. 탄소 함유 재료의 과립 포장 장치
27. 열 노(thermal furnace)
재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법은 아래에 설명되어 있다.
금속 비드 링은 타이어 비드 링 제거 기계(1)에서 재활용 타이어로부터 제거되며, 이는 분쇄된 부품을 분쇄하고 제거하는 데 드는 비용을 제거한다.
그 후, 재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품이 분쇄기(2)에 공급되어 충전물을 획득한다.
고체 코킹 억제제 성분은 또한 고체 성분 억제제 투여 장치(4)를 통해 고체 성분 억제제 호퍼(3)로부터 분쇄기(2)로 공급된다.
분쇄된 고무 함유 원료와 코킹 억제제의 고체 성분은 분쇄기(2)로부터 컨베이어(7)의 로딩 호퍼로 공급된다.
코킹 억제제의 액체 성분은 액체 성분 억제제 투여 장치(6)를 통해 액체 성분 억제제 호퍼(5)로부터 컨베이어(7)의 로딩 호퍼로 공급된다.
코킹 억제제는 충전물의 3-20 중량 %이며, 고체 및 액체 성분으로 구성된다.
충전물의 고체 성분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌과 같은 그룹의 열가소성 선형 중합체의 임의의 질량 조합이다.
액체 성분은 억제제 총 중량의 0.5-1.0 % 양의 폴리메틸실록산이다.
코킹 억제제의 사용은 높은 열분해 반응기(8)에서 열분해 동안, 탄소 입자상의 코크스 형성을 상당히 감소시키거나 완전히 제거할 수 있게 하여, 높은 표면 활성을 갖는 탄소 함유 재료의 생산을 제공한다.
코킹 억제제와 함께 준비된 충전물은 컨베이어(7)에 의해 열분해 반응기(8)로 공급된다.
열분해 반응기(8)에서의 열분해는 반응기 출구에서 350℃ 및 최대 600℃의 온도로 반응기의 주 작동 구역에서 수행된다.
이것은 충전물의 효과적인 열 분해를 제공하고, 휘발성 성분의 소정 함량을 갖는 고체 잔류물을 얻게 한다.
열분해 과정에서 기체 생성물은 열분해 반응기(8)로부터 연속적으로 제거되고, 이어서 유체 분획 응축 컬럼(9)에서 액체 생성물이 응축된다.
고체 잔류물은 고체 열분해 잔류물 투여 장치(11)를 통해 주변 온도로 냉각되는 냉각 호퍼(12)로 배출된다.
기체 생성물의 응축물은 액체 분획 호퍼(10)로 보내지고, 가연성 기체는 연소를 위해, 그리고 최적의 열분해 온도를 유지하기 위해, 열분해 반응기(8)의 열분해 노로 공급된다.
고체 잔류물은 컨베이어(13)에 의해 냉각 호퍼(12)로부터 분쇄기(14)로 이송되어, 1-5mm의 파편(fraction)으로 거칠게 분쇄된 다음, 자기 분리기(15)로 이송된다. 자기 분리기(15)에서, 금속은 분쇄된 고체 잔류물로부터 고체 잔류물 총 중량의 0.1 % 금속 함량까지 제거된다. 분쇄된 고체 잔류물에 포함된 금속의 양은 금속 검출기(17)에 의해 제어된다.
고체 잔류물 총 중량의 0.1 %를 초과하는 금속 함량은 이러한 탄소 함유 재료를 사용하여 제조된 고무를 제공할 수 없으며, 이는 "고무 노화"와 같은 표준화된 작동 요소 중 하나이다.
금속은 자기 분리기(15)로부터 금속 저장 호퍼(16)로 보내지고, 분쇄된 고체 잔류물은 기화 챔버(18)로 공급된다.
기화 챔버(18)에서, 고체 잔류물은 250-350℃의 온도에서 과열된 증기에 의해 활성화된다.
이것은 잔류하는 슬래그로부터의 탄소 입자의 표면과 기공의 최종 세정을 제공하고, 이는 효과적인 활성 표면의 증가로 이어진다.
그 다음, 활성화된 고체 잔류물은 와류 밀(19)의 미세 그라인딩에 공급되고, 그 후 미세 그라인딩된 활성 고체 잔류물은 공기 세광기(air elutriator)(20)에서의 2 단계 분류로 공급된다.
미세하고 가벼운 분획은 미세 분류를 위해 공기 세광기(20)로부터 전기 질량 분류기(22)로 공급되고, 거칠고 무거운 분획은 호퍼(21)로 보내진다.
호퍼(21)로부터의 스크리닝이 다음과 같이 공급된다:
-열 노(27)로 공급되며, 여기서 잔류 탄소가 제거되고 추가 타겟 생성물-산화 아연(ZnO) 및 산화 코발트(Co2O3)로 구성된 광물 성분이 얻어지고,
-또는, 반복되는 미세 분쇄(재활용)를 위해 와류 밀(19)로 공급된다.
그 다음, 45μkm 미만의 분획 F1(F1<45μkm) 및 45μkm 초과의 분획 F2(F2>45μkm)에 대해, 전기 질량 분류기(22)에서 최종 미세 분류가 수행된다.
실험에 따르면, 탄소 함유 재료에 45μkm(F1<45μkm) 이상의 입자가 있으면, 타이어 제조에 필요한 강도 특성을 갖는 고무를 얻을 수 없다.
45μkm(F2>45μkm)를 초과하는 분획 F2의 고체 잔류물 분말은 반복되는 미세 분쇄를 수행하기 위해 전기 질량 분리기(22)로부터 와류 밀(19)로 보내진다.
45μkm 미만(F1<45μkm)의 분획 F1의 고체 잔류물 분말-상업용 탄소 함유 재료는 저장 호퍼(23)에 공급된 다음, 과립기(25) 및 탄소 분말 재료 포장 장치(24)로 공급되고, 그 다음 탄소 함유 재료의 과립을 포장하기 위한 장치로 공급된다.
미리 포장된 탄소 함유 재료는 소비자 또는 창고로 보내진다.
실시 예의 상세한 설명
타이어 비드 링 제거 기계(1)에서 재활용 타이어로부터 금속 비드 링을 제거하였다. 그 다음, 재활용 가능한 타이어 및/또는 고무 제품을 분쇄기(2)에 공급하여 분쇄하였다. 동시에, 고체 성분 억제제 투여 장치(4)를 통해 고체 성분 억제제 호퍼(3)로부터 분쇄기(2)에, 총 중량의 10-12 %의 양으로 고체 억제제 성분을 공급하였다.
고체 억제제 성분은 필름 제품의 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 폐기물 형태로 표시되었다.
분쇄된 고무 함유 원료는 컨베이어(7)에 의해 열분해 반응기(8)로 공급되었으며, 여기서 로딩된 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 폐기물 총 질량의 1 % 양의 액체 폴리메틸실록산이 액체 성분 억제제 투여 장치(6)를 통해 액체 성분 억제제 호퍼(5)로부터 공급된다.
준비된 충전물은 컨베이어(7)에 의해, 2 개의 가열 구역을 가지며 노 가스에 의해 가열되는 회전 열분해 반응기(8)로 보내졌다.
열분해 반응기(8)의 주요 가열 구역의 온도는 370℃로 유지되었으며, 액체 및 기체 열분해 생성물의 방출을 완전히 제공하는 열분해 반응기(8) 출구에서 600℃로 유지되었다.
열분해 과정에서, 열분해 반응기(8)로부터 기체 생성물을 연속적으로 제거한 후, 액체 분획 응축 컬럼(9)에서 액체 생성물을 응축시키고, 고체 잔류물은 고체 열분해 잔류물 투여 장치(11)를 통해 배출되어, 냉각을 위해 냉각 호퍼(12)로 보내졌다.
기체 생성물의 응축물은 액체 분획 호퍼(10)로 공급되고, 가연성 가스는 열분해 반응기(8)에서 연소 및 최적 열분해 온도를 유지하기 위해, 열분해 반응기(8)의 노로 공급된다.
다음으로, 냉각 호퍼(12)에 있는 열분해의 고체 잔류물을 50℃로 냉각시킨 후, 컨베이어(13)에 의해 분쇄기(14)로 이송하여, 5mm 미만의 입자 크기로 미리 거칠게 분쇄하고, 그 다음, 2 단계 자기 분리기(15)로 이송하여 금속 검출기(17)에 의해 제어된 특정 함량(0.1 % 이하)까지 철을 제거한다.
고체 잔류물의 분리된 철 함유 성분은 금속 저장 호퍼(16)로 보내진다.
다음으로, 고체 잔류물의 탄소 함유 성분은 기화 챔버(18)에서 300℃ 온도의 과열 증기 스트림으로 처리된 다음, 40℃로 냉각되고, 미세 분쇄를 위해 와류 밀(19)로 공급된다.
미세 그라인딩 후, 와류 밀(19)로부터 나온 탄소 함유 재료는 공기 세광기(20)에 공급되어, 중광물 성분이 부분적으로 제거된다.
그 다음, 분말 제품은 전기 질량 분류기(22)로 공급되고, 여기서 45μkm(F1<45μkm) 미만의 분획 F1과 45μkm 초과의 분획 F2(F2>45μkm)에 대해 최종 미세 분류가 수행된다.
45μkm(F2>45μkm)를 초과하는 F2 분획의 고체 잔류물 분말은 반복적인 미세 그라인딩을 위해 전기 질량 분리기(22)로부터 와류 밀(19)로 리턴되었다.
전기 질량 분류기(22)에서의 미세 분류의 결과, 분획 F1의 고체 잔류물 분말이 45㎛ 미만(F1<45㎛)으로 얻어졌다.
따라서, 평균 입자 크기가 5 내지 10 μm인 탄소 함유 재료가 수득되고, 이는 저장 호퍼(23)로 공급된 다음, 탄소 분말 재료 포장용 장치(24)의 포장 또는 과립기(25)로 공급된다.
포장된 제품은 소비자 또는 창고로 배송된다.
ASTM 방법에 따라 시험 샘플로부터 얻은 탄소 함유 재료의 품질 지표는 다음과 같다:
요오드 흡착수, g/kg(D1510). 78.4
질소 흡착 총면적(NSA), m2g(D6566) 64.5
CTAB에 따른 비표면적, m2/g(D3765) 66.0
오일 흡수수, cm3/100g(D2714) 81.2
컬러링 력(power of coloring), 단위(D3265) 60,1,
톨루엔 추출물의 투과율, %(D1618) 98.0
pH 값, 단위(D1512)
얻어진 탄소 함유 재료를 포함하여 40 wt.를 함유하는 스티렌-부타디엔 고무 SBR-1500을 기반으로 하는 표준 고무의 물리적 및 기계적 테스트 및 실험 결과는 다음과 같다:
300 % 신장시 공칭 응력, MPa 12.0
공칭 인장 강도, MPa 18.0
연신율, % 423
인열 저항, kN/m 42
쇼어 경도, arb. 단위 60
타이어 고무 카커스의 물리적 및 기계적 인자는 표준 카본 블랙 및 얻어진 탄소 함유 재료를 함유한 혼합물의 샘플을 테스트한 결과, 거의 동일한 결과를 보여주었다.
주어진 증거와 정보는 마모된 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 생산하는 제안된 방법의 산업적 적용 가능성을 입증했으며, 얻어진 탄소 함유 재료를 효과적으로 사용할 때, 표준 탄소 블랙의 저-활성 등급을 완전히 대체할 수 있고, 새 타이어와 고무 제품을 제조할 때 반-활성 등급을 부분적으로 대체할 수 있다.

Claims (1)

  1. 재활용 타이어 및/또는 고무 제품으로부터 탄소 함유 재료를 얻는 방법으로서,
    분쇄기에서 재활용 타이어 및/또는 고무 제품으로부터의 원료를 기계적으로 분쇄하는 단계,
    충전물을 반응기에 공급하고, 열분해하여 증기 가스 생성물과 고체 잔류물을 형성하는 단계,
    상기 반응기로부터 기체 열분해 생성물을 연속적으로 제거하고, 이어서 액체 생성물을 액체 분획(fraction)의 응축 컬럼으로 응축하고, 고체 잔류물을 언로딩하고, 상기 잔류물을 냉각하는 단계, 및
    상기 고체 잔류물을 거칠게 분쇄하고, 자기 분리기에서 분쇄된 고체 잔류물로부터 금속을 제거하는 단계,
    를 포함하고,
    기계적 분쇄 이전에, 금속 비드 링이 재활용 타이어로부터 제거되고,
    충전물을 반응기에 공급하기 이전에, 코킹 억제제가 충전물의 3-20 중량 %의 양으로 충전물에 투입되고, 이는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 및 억제제의 0.5-1.0 중량 % 양의 액체 억제제 성분인 폴리메틸실록산으로 구성되고, 반응기 내 충전물의 열분해는 반응기의 주 작업 영역에서의 350℃로부터 반응기 출구에서의 600℃까지의 열분해 온도에서 수행되고;
    자기 분리기에서 분쇄된 고체 잔류물로부터 금속을 제거하는 단계는 금속 함량이 고체 잔류물 총 질량의 1.0 % 이하가 될 때까지 수행되며, 그 후 고체 잔류물은 증기 챔버에서 250-350℃의 온도에서 과열 증기로 처리 및 활성화되고, 고체 잔류물은 와류 밀에서 그라인딩되고,
    고체 잔류물의 2 단계 분류는 공기 세광기에서 수행되며, 여기서 미세 분획은 추가적인 미세 분류를 위해 전기 질량 분류기로 보내지고, 큰 분획 스크리닝은 호퍼 및 추가로 열 노(thermal furnace)로 보내지고, 여기서 잔류 탄소가 제거되고, 미네랄 성분인 추가 타겟 생성물이 생산되거나 또는 와류 밀로 재-그라인딩을 위해 보내지고,
    전기 질량 분류기에서의 고체 잔류물의 미세 분획은 45μkm(F1<45μkm)보다 작은 분획 F1 및 45μkm(F2>45μkm)보다 큰 분획 F2로 나누어지고,
    45μkm(F2>45μkm)보다 큰 분획 F2의 고체 잔류물 분말은 반복적인 미세 그라인딩을 위해 전기 질량 분류기로부터 와류 밀로 리턴되고,
    45μkm(F1<45μkm)보다 작은 분말 분획 F1은 전기 질량 분류기로부터 저장 호퍼로 보낸 다음, 포장 기계 또는 과립기(granulator)로 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.
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