JP2011219627A - タイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法及びそれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タールトラブルを避け、ワイヤの変形が少なく絡まりにくい状況を維持することが可能で、かつ、熱ロスを低く抑えられることができる、高効率でトラブルの少ないタイヤの熱分解方法を提供する。
【解決手段】タイヤを含む複合原料を熱分解炉中で熱分解ガスと炭化物を主とした残渣に分解し、残渣から炭化物及び金属を取り出すガス化処理方法において、前記熱分解炉として、炉の上部に原料投入口１１を有し、炉の下部に前記残渣を排出するためのプッシャ２１を備えた排出設備２０を有するシャフト型熱分解炉１０を使用し、前記タイヤを含む複合原料を前記原料投入口１１より炉内へ投入し、前記プッシャ２１の水平方向の運動により前記残渣を炉外へ排出することによって、炉内の複合原料を鉛直下方へ降下させることを特徴とするタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉１０によるガス化処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、内在するワイヤや硫黄により処理が難しいタイヤを混合した原料を、原燃料ガス及び燃料炭化物にする技術であって、シャフト型熱分解炉により、タイヤを含む複合原料を炭化するガス化処理方法、及びそれに用いる装置に関する。

廃タイヤ（以下、単にタイヤとも記す。）から有用な成分である黒鉛や可燃性ガスを取り出して再利用する方法について、既にいくつかの提案がされている。

特許文献１には、産業廃棄物を含む有機物を原料とした、固定炭素量の高い炭素素材の製造方法として、搬送可能なコンテナが複数の炭化炉を移動し、廃棄物を炭化する方法が開示されている。

特許文献２には、有機物を効率良く炭化する内部循環式連続炭化装置として、炭化炉内に観覧車状のケージ循環機を設け、処理物を連続的に乾留処理する装置が開示されている。

特許文献３には、廃タイヤ等のゴム成分を含む廃棄物を細断することなく処理できる廃棄物処理装置として、循環流動層型のボイラに熱分解部を組み込んだ廃棄物処理システムが開示されている。

特許文献４には、廃タイヤなどの廃棄物を乾留する際に発生する熱分解残渣を分離する装置として、熱分解残渣を水槽に導入し、パドルで水流を発生させ、浮上する炭化物と沈降する金属に分離する装置が開示されている。

タイヤの有効利用には熱分解が最適だが、ガス回収利用のため熱分解（炭化）した場合は、ワイヤやタールによるトラブルが発生することがある。具体的には、ワイヤが鳥の巣状に絡まったり、タールをバインダとした塊を生じたりすることがあり、その結果、タールが炉壁に付着したり、絡まったワイヤが炭化物排出口を閉塞させたりするトラブルが発生することがある。

このトラブルを回避するため、タイヤを熱分解する際には、タイヤを小サイズ化する、タイヤからワイヤを抜く等の、前処理を実施してから熱分解して利用するのが通常である。

特許文献１、２で開示された技術は、コンテナで廃棄物を搬送するので、このトラブルは回避できる。しかし、コンテナの移動する空間を確保するため設備が大型になり、その結果、熱ロスが大きくなるという問題がある。また、タールを含有するガスが加熱炉内部に充満することから、加熱炉壁面や炭化物排出口でのタール付着（コーキング化）が問題となる。

特許文献３では、分散板上での流動によるワイヤの絡まりや、針金状のワイヤが分散板ガス孔へ引っかかるといった、既設の設備に対する対応は開示されていない。

特許文献４で開示された技術は、回転を伴うキルンによるものなのでワイヤが絡まりやすく、また、水中での比重分離をしているので、大きな水槽、油分を含んだ水の処理設備、臭気や乾燥対策が必要であるという問題がある。

特開平１０−１３０００７号公報 特開２００８−２９７４３４号公報 特開２００２−１４３８２１号公報 特開２００５−７４３２０号公報

本発明は、前記の事情を踏まえてなされたものであって、従来、高価な専用設備や利用効率の悪い燃焼設備での利用、又は他原料の大規模設備に少量添加での処理しかできなかったタイヤを、原燃料ガスへ高効率で転換することを目的とする。すなわち、汎用供給サイズのタイヤを処理でき、タールトラブルを避け、ワイヤの変形が少なく絡まりにくい状況を維持することが可能で、かつ、熱ロスを低く抑えられることができる、高効率でトラブルの少ないタイヤの熱分解方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、タイヤを含む複合原料の熱分解方法について鋭意検討した。その結果、シャフト型熱分解炉を使用し、炭化した複合原料を適切に炉外へ排出し、炉内の複合原料を、ほぼ一定の姿勢を保ち降下させることで、前記の問題を解決できることを見出した。

さらに、タイヤに木質系バイオマスを混合した複合原料を用いることで、通気性の確保や、プラスチック等によるクリンカ生成の抑制に効果があることを見出した。本発明は、上記知見に基づき、さらに検討を進めてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。

（１）タイヤを含む複合原料を熱分解炉中で熱分解ガスと炭化物を主とした残渣に分解し、残渣から炭化物及び金属を取り出すガス化処理方法において、
前記熱分解炉として、炉の上部に原料投入口を有し、炉の下部に前記残渣を排出するためのプッシャを備えた排出設備を有するシャフト型熱分解炉を使用し、
前記タイヤを含む複合原料を前記原料投入口より炉内へ投入し、
前記プッシャの水平方向の運動により前記残渣を炉外へ排出することによって、炉内の複合原料を鉛直下方へ降下させることを特徴とするタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。

（２）さらに、前記熱分解ガスを改質炉へ導入して改質することを特徴とする前記（１）のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。

（３）前記プッシャの高さが５０〜３００ｍｍであることを特徴とする前記（１）又は（２）のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。

（４）前記複合原料中に木質系バイオマスを含むことを特徴とする前記（１）〜（３）のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。

（５）タイヤを含む複合原料を熱分解し、熱分解ガスと炭化物を主とした残渣に分解する熱分解炉を備えたガス化処理装置であって、
前記熱分解炉が、炉の上部に原料投入口を有し、炉の下部に前記残渣を排出するためのプッシャを備えた排出設備を有するシャフト型熱分解炉であることを特徴とするタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理装置。

（６）さらに、前記熱分解ガスを改質する改質炉を備えたことを特徴とする前記（５）のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理装置。

（７）前記プッシャの高さが５０〜３００ｍｍであることを特徴とする前記（５）又は（６）のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理装置。

本発明によれば、汎用供給サイズのタイヤを、タールトラブルを避け、ワイヤの変形が少なく絡まりにくい状況を維持し、かつ、熱ロスを低く抑え熱分解処理することができる。

本発明によるシャフト型熱分解炉を概略的に示した図である。

以下、図１を参照しながら、本発明を詳細に説明する。

本発明の熱分解炉は、プッシャタイプの炭化物排出設備２０を備えたシャフト型熱分解炉１０である。

タイヤを含む複合原料は、熱分解炉上部の原料投入口１１から炉内に投入する。原料投入口１１は、複数ダンパやプッシャ等の、汎用サイズのタイヤを、無理なくガスシールをしながら投入できる設備である。複合原料は、タイヤの他、木質系バイオマス、プラスチック等からなる。

タイヤは、汎用供給サイズ（１／１６、１／３２カット品）で３００ｍｍ角以内程度のものを、熱分解炉に供給することができる。これ以外のサイズにカットされたものであっても、炉に投入できる大きさであれば構わない。

炉内に投入されたタイヤは、炉内を上昇する高温ガスの顕熱、すなわち、羽口から導入されるの熱ガスの顕熱、又は、羽口から導入される空気等により炉内の炭化物等の可燃物が燃焼して生じる炭化物燃焼ガスの顕熱により加熱され、降下しながら、乾燥、熱分解（炭化及びガス化）される。熱分解のための熱源は、炉下部近くの羽口から、上述のように熱ガス又は酸素含有ガスを導入して確保する。複合原料が炉内に滞留する時間は、１〜２時間程度である。

熱分解により発生したガス及びタールは、上部排出口１２から、改質炉へ排出される。タールの付着トラブル防止の観点から、上部排出口１２の周辺は、４００℃近傍になるように管理される。

改質炉では、熱分解炉から導入されたガス及びタール中のタール分に対して、水蒸気（原料持ち込み水）によるタール改質を起こすため、温度を８００〜１２００℃とし、２〜４秒の滞留時間を確保する。改質炉の熱源は、酸素含有ガスを吹き込むことにより、ガスやタールの一部を燃焼することで確保する。改質されたガスは回収して、原料、燃料ガスとして使用される。

図１の例では羽口は１つであるが、２つ以上の羽口を設けても構わない。この際、炉の周方向に間隔をおいて羽口を複数設けても、上下方向に複数設けても、その組み合わせでも構わない。

本発明の熱分解炉の水平断面は、矩形である。これは、プッシャ２１による排出を考慮したものである。シャフト部１５は、円型断面であっても構わない。プッシャ２１は、水平方向に移動することにより、プッシャ高さ分の炭化した廃棄物を横向きに排出する。プッシャは、摩擦抵抗を考慮して、油圧で押し引きするのが好ましい。

プッシャにより炭化物を排出することで、炉内の複合原料は、炉の上部から炉底へほぼ同じ姿勢で降下するので、タイヤ中のワイヤ変形が少なく、絡まりにくい状況を維持できる。

プッシャの高さは、５０ｍｍ〜３００ｍｍが好ましく、５０ｍｍ〜１５０ｍｍがより好ましい。下限は、汎用サイズの１００〜２００ｍｍ長さのワイヤが閉塞しないようにするための、経験的に求められた高さである。上限は、高さが高くなり一回の排出量が多くなると、廃棄物が、一定時間炉内の同じ場所に滞留する時間が長くなり、特に羽口近傍に滞留した場合にクリンカが生成しやすくなるために設けたものである。

プッシャのストローク幅は、炉幅に対して５０〜１１０％が好ましく、１００％が最も好ましい。

下部排出口１４から排出された炭化物は、冷却後、ワイヤ等の金属と分離して、炭材として使用できる。金属との分離は、炭化しているため、振動と風力により分級する分離装置等を用いて低動力で容易にすることができる。

本発明においては、複合原料中の木質系バイオマスの混合割合は、０超から１００質量％未満とする。木質系バイオマスをタイヤと混ぜることで、通気性の確保や、プラスチック等によるクリンカ生成の抑制に効果があるためである。この効果を得るために、木質系バイオマスの混合割合は、３０質量％以上とすることが好ましい。

複合原料には、プラスチックを混合することもできる。溶融性（熱可塑性）プラスチックを含むと、通気性の悪化、反応の偏りが生じるため、プラスチックの混合割合は、６０％以下とすることが好ましく、さらに好ましくは５０％以下である。

原料に占めるタイヤの割合は、特に規定しないが、従来のロータリーキルンによる方法ではトラブル無しに操業するのが難しいと考えられる１０質量％以上で、本発明の真価が発揮される。また、木質系バイオマスを３０質量％以上含めると好ましいことから、木質系バイオマスを含む場合は、原料に占めるタイヤの割合は、７０質量％未満であることが好ましい。

本発明の、排出設備を備えたシャフト型熱分解炉を用いて、木材チップ６０質量％、プラスチック３０質量％、タイヤ１０質量％からなる複合原料を、１６．５トン／日で処理した。シャフト型熱分解炉の内側の大きさは、幅１．２ｍ、奥行き（プッシャの移動方向）０．７５ｍ、高さ８．５ｍ（原料積み上げ高さは炉底から４ｍ）、炭化物排出プッシャの水平方向ストロークは０．７５ｍ（１００％）とした。

熱源として、羽口から、１１６０℃の高温ガス（ＬＰＧ３０Ｎｍ^３／ｈに、酸素８８Ｎｍ^３／ｈ、空気９０Ｎｍ^３／ｈ、及び水蒸気３５６ｋｇ／ｈを混合し、燃焼させて生じた燃焼ガス）を導入した。

熱分解炉で発生した熱分解ガスは改質炉へ導入し、１１００℃の酸素改質で、３８６Ｎｍ^３−ｄｒｙ／ｈの改質したガスを生成した。

排出設備から排出された残渣は、振動と風力による分離装置で、容易に炭化物とガレキ類、ワイヤとを分離でき、回収した。

３０日間の操業の間、熱分解炉内での棚吊り、排出物の詰まり等のトラブルはなかった。

実施例１と同じ設備を用いて、木材チップ１０質量％、タイヤ９０質量％からなる複合原料を、１６．５トン／日で処理した。

これは、木材チップが非常に少ない比率であり（推奨は３０質量％以上）、タイヤの性状、特にワイヤの影響が出やすい条件である。

実施例１とほぼ同等の熱源として、羽口から、１１５０℃の高温ガス（ＬＰＧ３０Ｎｍ^３／ｈに、酸素８７Ｎｍ^３／ｈ、空気９０Ｎｍ^３／ｈ、及び水蒸気３５４ｋｇ／ｈを混合し、燃焼させて得た燃焼ガス）を導入した。

熱分解炉で発生した熱分解ガスは改質炉へ導入し、１１００℃の酸素改質で、４６０Ｎｍ^３−ｄｒｙ／ｈの改質したガスを生成した。

排出設備から排出された残渣は、振動と風力による分離装置で、容易に炭化物とガレキ類、ワイヤとを分離でき、回収した。

３０日間の操業において、４回の棚吊り（いずれもプッシャ可動回数を増やして短時間で解消）があったが、排出物の詰まり等のトラブルはなく、木材チップが少ない条件でも処理が可能であった。

上記結果から、木材チップが多い条件ではもちろん、少ない条件（タイヤが多い条件）でも操業が可能だが、木材チップが多い条件ではトラブルが皆無であり、一定の比率の木材チップ混合により、より信頼性の高い安定操業が可能であると言える。

本発明によれば、汎用供給サイズのタイヤを、タールトラブルを避け、ワイヤの変形が少なく絡まりにくい状況を維持し、かつ、熱ロスを低く抑え熱分解処理することができる。その結果、高効率で、廃タイヤから有用な成分である黒鉛や可燃性ガスを取り出し、再利用することができる。したがって、小さな環境負荷で、廃タイヤのリサイクルが可能となるから、産業上の利用可能性は大きい。

１０ 熱分解炉
１１ 原料投入口
１２ 上部排出口
１３ 羽口
１４ 下部排出口
１５ シャフト部
２０ 排出設備
２１ プッシャ
３０ 原料
３１ 排出物

Claims (7)

1. タイヤを含む複合原料を熱分解炉中で熱分解ガスと炭化物を主とした残渣に分解し、残渣から炭化物及び金属を取り出すガス化処理方法において、
   前記熱分解炉として、炉の上部に原料投入口を有し、炉の下部に前記残渣を排出するためのプッシャを備えた排出設備を有するシャフト型熱分解炉を使用し、
   前記タイヤを含む複合原料を前記原料投入口より炉内へ投入し、
   前記プッシャの水平方向の運動により前記残渣を炉外へ排出することによって、炉内の複合原料を鉛直下方へ降下させることを特徴とするタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。
2. さらに、前記熱分解ガスを改質炉へ導入して改質することを特徴とする請求項１に記載のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。
3. 前記プッシャの高さが５０〜３００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。
4. 前記複合原料中に木質系バイオマスを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理方法。
5. タイヤを含む複合原料を熱分解し、熱分解ガスと炭化物を主とした残渣に分解する熱分解炉を備えたガス化処理装置であって、
   前記熱分解炉が、炉の上部に原料投入口を有し、炉の下部に前記残渣を排出するためのプッシャを備えた排出設備を有するシャフト型熱分解炉であることを特徴とするタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理装置。
6. さらに、前記熱分解ガスを改質する改質炉を備えたことを特徴とする請求項５に記載のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理装置。
7. 前記プッシャの高さが５０〜３００ｍｍであることを特徴とする請求項５又は６に記載のタイヤを含む複合原料のシャフト型熱分解炉によるガス化処理装置。

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