廃車タイヤの精製の原理は?

タイヤの熱分解に係る新しい製油技術

使用済みタイヤの製油精製の核心技術的原理は、使用済みタイヤの熱分解製油の新技術です。タイヤは主にゴム（天然ゴム、合成ゴムを含む）、カーボンブラックおよび様々な有機および無機添加物（可塑剤、抗酸化剤、硫黄や酸化亜鉛などを含む）で構成されています。ほとんどの有機化合物は熱不安定性を持っています。これを低酸素状態、高温条件下において置くと、分解と凝縮の共同作用により、高分子有機化合物がクラックします。有機物が比較的小さな分子量を持つ気相、液相および固相成分に化学的に変換されることを熱分解と呼びます。
使用済みタイヤ製油精製の技術的原理
廃タイヤの熱分解は、高分子結合の切断、小分子の異性化と凝縮を含む複雑で連続的な化学反応プロセスであり、最終的にはより小さな分子が形成されます。熱分解の過程では、中間生成物に二種類の変化があります：一つは大分子から小分子への熱分解プロセスで、最終的に気体になるまで続くもの、もう一つは非常に小さな分子から大きな分子への重合プロセスです。この反応には明確な段階はなく、多くの反応が交差しながら進行します。タイヤの熱分解プロセスは次の式で表すことができます：有機固体廃棄物 → 気体 (H2, CH4, CO, CO2) + 有機液体 (有機酸、アロマチック化合物、タール、灯油、アルコール、アルデヒドなど) + 固体型 (カーボンブラック、スラグ)。
廃タイヤ油精製プロセス 廃タイヤ油の熱分解精製
廃タイヤの熱分解の本質は、有機高分子を加熱してそれを小さな分子に分解することである。このプロセスでは、異なる温度範囲での反応が異なり、生成物の組成も異なり、有機物の組成も異なり、全体的な熱分解プロセスの開始温度も異なるため、熱分解プロセスは複雑であり、温度は厳密に制御される必要がある。有機物の熱安定性は、構成分子の原子の結合形成と結合エネルギーの大きさに依存し、結合エネルギーが大きいほど分解が難しく、その熱安定性が高い。結合エネルギーが小さいほど分解しやすく、その熱安定性は低い。タイヤの熱分解生成物の収率は、原料の化学的構造と物理的形状、およびピロシスの温度と速度に依存する。
タイヤ熱分解油精製装置のプロセスフロー
タイヤ熱分解油精製装置のプロセスフローは、タイヤクラッキングの原理で述べられた化学反応プロセスに基づき、複数の段階に分かれています。以下に具体的なプロセスフローを説明します：
1, 温度範囲0~120℃での熱分解：設備の排気弁を開け、炉内の空気をゆっくり排出し、ピロリシスプロセスの無酸素条件を達成します。ピロリシスプロセスが始まったばかりなので、廃タイヤは吸熱と熱伝達の過程を経る必要があり、この段階では徐々に加熱する必要があります。一般的には2K/分の速度で行います。温度が約120℃に達すると、炉内の温度が一定期間維持され、顕著な温度上昇が見られないことがわかります。この時点で、廃タイヤが熱を吸収し始め、熱分解反応プロセスが徐々に始まり、ピロリシスガスと油が生成されます。このフェーズは通常約2時間続きます。
温度範囲が150～380℃の熱分解時に、ドレインバルブは閉じられ、ピロリシスによって生成された油やガスなどの製品が収集されます。高温の油とガスはバッファタンクに入り、油とガスの流量を調整します。その後、コンデンサーを通じて凝縮され、最終的にタンクに油を収集します。生成された可燃性ガスは燃焼室に接続され、ピロリシスプロセスに必要な熱を供給します。タイヤの熱分解プロセスが過激になりすぎないよう、この段階では依然としてゆっくりと加熱する必要があり、通常は約4時間かかります。可燃性ガスが速やかに燃焼し、加熱速度が高くなりすぎるのを防ぐためには、流量制御を行い、余剰の可燃性ガスを次のピロリシスプロセスのために貯蔵する必要があります。
熱分解温度範囲が380℃の定温反応プロセスでは：この段階でのピロリシスプロセスは第2段階に似ており、前述のプロセスが引き続き進行します。この段階で可燃性ガスの生成量は徐々に減少し、可燃性ガスが提供する発熱量が不十分な場合は、ピロリシスプロセスの熱を維持するためにバイオマス燃料を補充する必要があります。このフェーズには通常約2時間かかります。
4. 完全冷却阶段的热分解：このプロセスでは加熱を停止し、プロジェクトでは空冷方式を採用し、ファンによって炉壁の熱を継続的に取り除きます。冷却段階は約5時間続きます。この時、カーボンブラック用スクリュー式コンベヤーが起動してピロリティックカーボンブラックを収集します。カーボンブラックの収集後、炉体上部の排水弁を開き、炉内の圧力を正常に復帰させ、炉壁上のスパイラルの作用によりピロリシスワイヤーを自動で排出します。この段階には通常2〜4時間かかり、その後新しい廃タイヤを積み込み、前述のピロリシスプロセスを実施し、一連のバッチごとの生産が完了します。
タイヤ供給が全体のタイヤであるため、カットや粉砕工程はなく、分解プロセス中は炉本体が回転し続けるので、排出時に鋼線がねじれ合います。鋼線に付着した少量のカーボンブラックは叩くことで落とすことができ、排出後に鋼線は直接梱包されて輸送されます。その後、鋼線出口を閉じ、カーボンブラック出口を開き、密閉型スパイラルスラグ機と接続します。カーボンブラックは排出後、包装袋に入れられ、包装後は計量器で重量を測定して工場から出荷されます。各装置のカーボンブラックと鋼線の排出時間は2時間で、全体のタイヤ熱分解油精製プロセスの総時間は20時間です。