タイヤ熱分解プラント: プロセス、生産量、コスト、収益性

タイヤ熱分解プラントが実際に何を生産するのか、そしてそれに価値があるのかどうか

A タイヤ熱分解プラント 廃タイヤを酸素のない環境で熱分解し、熱分解オイル、カーボン ブラック、スチール ワイヤー、可燃性ガスという 4 つの商業的に価値のある生産物に変換します。 通常、1 トンの廃タイヤからは、重量比で 40 ～ 50% の熱分解油、30 ～ 35% のカーボン ブラック、10 ～ 15% の鋼線、および 5 ～ 10% の可燃性ガスが生成されます。 タイヤから燃料へのプロジェクトやタイヤリサイクルプロジェクトを評価する投資家や事業者にとって、経済性は現実のものですが、プラントの規模、生産物の品質、地域の市場価格、規制順守に大きく依存します。この記事では、プロセスがどのように機能するか、どのような設備が関係するか、それぞれの生産物の価値、そして収益性の高いプラントと不振のプラントを区別するものについて説明します。

熱分解プロセス: タイヤが燃料と材料に変換される仕組み

熱分解は熱化学分解プロセスです。タイヤ熱分解プラントでは、細断されたタイヤまたは丸ごとのタイヤが密閉された反応容器に装填され、次の温度まで加熱されます。 350℃と550℃ 酸素が完全に無い状態で。酸素がなければ燃焼は起こりません。代わりに、ゴム内の複雑なポリマー鎖がより短い炭化水素分子に分解されます。

このプロセスは、いくつかの異なる段階を経て進行します。

• 乾燥段階 (周囲温度～150°C) — タイヤ内の残留水分は分解が始まる前に蒸発します。
• 一次分解（150℃～350℃） — ポリマーの側鎖が壊れ始めます。軽質炭化水素ガスが発生し始める
• メイン熱分解段階 (350°C ～ 550°C) — ゴムの大部分が解重合します。重油および軽油の蒸気は非凝縮性ガスと一緒に生成されます。
• 冷却と結露 — 熱分解蒸気は凝縮システムを通過します。重い留分は液化して熱分解油になりますが、軽い留分は可燃性ガスとして残ります。
• 残留物の除去 — 反応器内に残った固体カーボンブラックと鋼線は排出され、さらなる加工または直接販売のために分離されます。

バッチ型反応器での完全な処理サイクルには、通常、次のような時間がかかります。 積み込みから荷降ろしまで8～12時間 加熱、反応、冷却時間を含む。連続キルンまたはロータリーキルンシステムはサイクルタイムを大幅に短縮しますが、より高い設備投資が必要になります。

タイヤ熱分解プラントの主要設備

完全なタイヤ熱分解プラントは、いくつかの相互接続されたシステムで構成されています。それぞれの機能を理解することは、機器の見積もりを評価し、品質の違いが実際に問題となる箇所を特定するために不可欠です。

タイヤの前処理および供給システム

乗用車のタイヤは、多くの場合、丸ごと大型のリアクター設計に供給できるため、前処理コストが削減されます。トラックのタイヤや特大のタイヤは通常、細かく粉砕する必要があります。 50～100mm 反応器内の均一な熱分布を確保し、石油収量を低下させるホットスポットを防ぎます。このセクションは、タイヤ シュレッダー、ワイヤー セパレーター (ビード ワイヤーを事前に除去するため)、コンベアまたはスキップ ローダーで完了します。

熱分解反応器

反応器はタイヤ熱分解プラントの中核であり、設計の品質が安全性、歩留まり、動作寿命に最も大きな影響を与えるコンポーネントです。 3 つの主要なリアクター構成は次のとおりです。

• バッチ式回転反応器 — 最も一般的なタイプ。均一な加熱を確保するために回転する水平円筒形の容器。バッチあたりの容量は通常 5 ～ 50 トンの範囲です。資本コストは低くなりますが、サイクル間に冷却が必要となり、スループットが制限されます。
• 連続式ロータリーキルン反応器 — 材料は冷却サイクルなしで連続的に供給および排出されるため、 24時間稼働 1日あたり10～100トンの生産能力があります。資本コストは高くなりますが、処理トンあたりの運用コストは大幅に低くなります。
• 固定横型反応器 — 小規模プラントで使用されるシンプルな設計。回転がないということは、加熱が均一でなくなり、石油収量が低下することを意味しますが、初期投資が少なくて済むため、初心者レベルの操業に適しています

原子炉シェルの材質は重要です。 ボイラーグレードの Q345R または同等の圧力容器鋼 壁厚 16 ～ 20 mm が、プロセス温度で安全に動作するための最低基準です。タイヤ熱分解産業における致命的な故障の最も一般的な原因は、仕様を満たしていない反応器です。

凝縮および油回収システム

反応器から出た熱分解蒸気は、一連の凝縮器 (通常はスプレー凝縮器とそれに続くチューブアンドシェル型熱交換器) を通過し、そこで冷却され、凝縮性留分が液化して熱分解油になります。非凝縮性ガス留分（主に C1 ～ C4 炭化水素）は個別に収集され、燃料として反応器バーナーに戻されるため、外部エネルギー消費が削減されます。 40～60% プロセスが定常状態に達すると。

カーボンブラックの吐出と処理

固体残留物 (カーボン ブラックとスチール ワイヤー) は、再酸化を防止し、無酸素環境を維持するために、密閉された水冷スクリュー コンベアを通して反応器から排出されます。鋼線は磁気的に分離されます。カーボンブラックは貯蔵サイロに運ばれるか、より高度なプラントでは、より高価値の生産物を得るためにカーボンブラックの粉砕およびペレット化ラインに運ばれます。

排ガス処理システム

原子炉加熱システムからの燃焼ガスは、大気中に放出する前に処理する必要があります。完全な処理トレインには、脱硫スクラバー、粉塵除去 (バグ フィルターまたはウェット スクラバー)、さらに厳しい排出基準のある市場では、脱硝システムが含まれます。 これは、低コストのプラントの見積もりで最も一般的に不足しているコンポーネントです —そして、不適切な場合は規制当局による閉鎖につながる可能性が最も高いものです。

出力製品: 品質、用途、市場価値

タイヤ熱分解プラントの商業的実行可能性は、ほぼ完全に、その 4 つの出力ストリームの品質と市場性によって決まります。それぞれには、商品価格とプレミアムのどちらを要求するかを決定する一連の異なる品質変数があります。

タイヤ熱分解油 (TPO)

熱分解油は、ほとんどのプラントの主な収益源です。これは、No. 4 または No. 6 重油に似た性質を持つ黒ずんだ粘稠な燃料で、発熱量は約 40～43MJ/kg — ディーゼルに匹敵します。産業用ボイラー、セメント窯、製鋼所、船舶の燃料として直接使用できます (重質燃料ブレンドストックとして)。硫黄含有量は通常、 0.8～1.5重量％ 、さらに精製しない限り、厳しい硫黄規制のある市場での使用が制限されます。

下流蒸留を使用すると、TPO をディーゼル範囲の燃料、ナフサ、軽油留分に精製でき、価格が大幅に高くなります。蒸留装置により資本コストが追加されます 50,000～200,000ドル 容量に応じて異なりますが、石油留分の実効販売価格は次のとおり増加します。 30～60% 洗練された製品が好まれる市場。

回収カーボンブラック（rCB）

タイヤ熱分解からのカーボン ブラック残留物 (回収カーボン ブラック (rCB) と呼ばれます) には、無機タイヤ添加剤からの灰とともに、タイヤ配合物からの元のカーボン ブラック フィラーが含まれています。未加工の rCB は、非重要なゴム用途におけるバージン N330 または N550 カーボン ブラックの低級代替品として、通常、 40～60% of virgin carbon black prices 。粉砕して粒子サイズを小さくし、活性化または空気分級によって灰を除去した後、rCB を ASTM N660 仕様に近い性能レベルにアップグレードすることができ、大幅に規模が大きく価値の高い市場であるタイヤ製造での使用が可能になります。世界の回収カーボンブラック市場の価値は約 2022 年には 3 億 8,000 万ドルとなり、2030 年まで毎年 6 ～ 8% の成長が見込まれています Grand View Research の市場調査によると。

スチールワイヤー

タイヤの熱分解から回収されたスチールビードワイヤーとベルトスチールは、鉄スクラップディーラーまたは製鉄所に直接販売されます。通常、表面に残留炭素炭が含まれていますが、それ以外はきれいな高炭素鋼ワイヤであり、スクラップ価値は約 1 トンあたり 150 ～ 250 ドル ほとんどの市場で。大きな収益貢献者ではありませんが、安定した低労力の収入源です。

可燃性熱分解ガス

非凝縮性ガスの排出量は主にメタン、水素、エチレン、プロパンで構成され、発熱量は約 35 ～ 45 MJ/m3 — 天然ガスに匹敵します。事実上すべての最新のタイヤ熱分解プラントでは、このガスを販売するのではなく（ガスグリッドインフラストラクチャが必要）、原子炉加熱用燃料として再循環し、外部エネルギーコストを劇的に削減しています。

プラントの能力と資本コスト: 適切な規模の選択

タイヤ熱分解プラントは、幅広い容量で市販されています。適切な規模は、地域のタイヤ供給、利用可能な資本、生産対象の市場によって異なります。利用可能なタイヤ供給量に比べてプラントの規模を小さくすると、原料の利点が無駄になります。過剰なサイジングは、ユニットエコノミクスを破壊する慢性的な過小利用のリスクを引き起こします。

これらの数値は、確立されたメーカーからのターンキー供給を前提としています。完全な排出物処理システム、蒸留装置、カーボンブラックアップグレードラインを備えた工場は、これらの範囲の上限に位置します。 排ガス処理、自動制御システム、または適切な圧力容器認証を除外した低コストの見積もりは慎重に扱う必要があります。 — 規制遵守の改造や安全上のインシデントに伴う隠れたコストは、初期の節約額をはるかに超えます。

タイヤ熱分解プラントの規制および環境要件

タイヤ熱分解は、ほとんどの管轄区域で廃棄物処理および熱化学処理操作として分類されており、環境許可、大気排出制限、および有害廃棄物の取り扱い規制の対象となります。規制の状況は国や地域によって大きく異なりますが、これらの要件は計画を立てるのに十分な普遍的なものです。

• 大気への排出許可 — 原子炉加熱システムからの排ガスは、粒子状物質、SO₂、NOₓ、および一部の管轄区域ではダイオキシン/フランに関する地域制限を満たさなければなりません。 EU では、1 時間あたり 3 トンを超えるタイヤを処理するタイヤ熱分解プラントは、Best Available Techniques (BAT) 準拠要件を備えた産業排出指令 (IED) に該当します。
• 廃棄物の受け入れと保管の許可 — 使用済みタイヤの輸入と保管には、ほとんどの国で廃棄物運搬業者と施設のライセンスが必要です。タイヤは、火災の危険性があるため、規定の閾値を超える量で保管されている場合、一部の管轄区域では有害廃棄物として分類されます。
• 圧力容器認証 — 高温で運転され、可燃性ガスを生成する原子炉は、試運転前に第三者による検査と認証を要求する圧力機器指令 (EU では PED、北米では ASME) の対象となります。
• TPOの商品分類 — 一部の市場では、熱分解油は廃棄物由来燃料として分類されており、販売には特定のエンドユーザー許可が必要です。定義された仕様を満たしていれば、燃料製品として販売できる場合もあります。この分類は市場性に大きく影響するため、プラントの試運転前に確認する必要があります。
• 原料チップ料金 — 使用済みタイヤに対する拡大生産者責任 (EPR) 制度がある国では、熱分解事業者はチップ料金を受け取る資格がある場合があります。 1 トンあたり 20 ～ 80 ドル のタイヤが受け入れられ、プロジェクトの経済性が大幅に向上しました。 EU、英国、北米では、これらの制度が十分に確立されています。新興市場では導入が進んでいます。

収益性の高い工場と業績不振の工場を分ける重要な要素

タイヤ熱分解業界では、経済的潜在力を下回って稼働しているプラントがかなりの数ありますが、大きな収益を上げているプラントは少数です。違いには一貫性があり、有益です。

原料供給の確保

高い稼働率で稼働している工場は、ほとんどの場合、稼働前にタイヤ小売業者、車両解体業者、地方自治体の回収計画、または EPR プログラム管理者と正式な契約を結んでいます。 60% のキャパシティで稼働するか、90% のキャパシティで稼働するかは、限界のある操業と非常に収益性の高い操業の違いとなる可能性があります 固定費（減価償却費、人件費、許可証）がより多くの処理トン数に分散される場合。

スタートアップ前の出力市場開発

生産量のマーケティングを結果論として扱う事業者は、常に石油の備蓄、カーボンブラックの廃棄コスト、またはディストレスト価格での強制販売に直面しています。最も成功した操業では、工場が生産を開始する前に産業用燃料ユーザーとの TPO に応じたオフテイク契約と、ゴム配合業者とのカーボン ブラック供給契約が締結されています。

カーボンブラックのアップグレードへの投資

低品位フィラーとして販売されている生の rCB は、この出力ストリームにロックされている値の一部のみをキャプチャします。カーボンブラック粉砕機、ペレタイザー、品質検査機能を追加した工場は、喜んでお金を払ってゴムやプラスチックの配合業者にアクセスできるようになります。 未加工の rCB 価格の 2 ～ 4 倍 一貫した粒子サイズと構造仕様を満たす材料の場合。

連続操作とバッチ操作

1 日あたり 20 トンを超える生産能力では、連続ロータリー キルン設計はバッチ システムに比べて運用コストで圧倒的な優位性を持っています。冷却と再積みのサイクルを排除することで、トン当たりのエネルギー消費量が次のように削減されます。 15～25% 、労働要件が軽減され、より一貫した出力品質が可能になります。これらすべてが 1 年間の運用を通じて意味のあるものになります。

初日から排出ガス規制に準拠

ほとんどの市場の規制当局は、廃棄物発電および熱分解事業に対する監視を強化しています。寛大な初期の枠組みの下で許可されていたプラントは、排出規制を改修する必要がますます高まっています。 完全な排出物処理システムを初期のプラント設計に組み込むと、強制的な圧力の下でシステムを改造するよりもはるかに低コストで済みます。 — そして、規制措置によって生じる業務の混乱や風評被害を排除します。