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タイヤ熱分解プラントは、熱分解と呼ばれる熱化学プロセスを通じて、使用済みのゴムタイヤを貴重な回収材料に変換する工業施設です。核となる原理は単純です。廃タイヤは密閉された無酸素反応器内で高温 (通常は 300°C ～ 700°C) に加熱されます。酸素が存在しなければ燃焼は起こりません。その代わりに、ゴム内の複雑なポリマー鎖が熱分解を受け、より短い炭化水素分子に分解され、燃料油、カーボン ブラック、鋼線、可燃性ガスとして収集されます。
世界的な廃タイヤ問題の規模により、この技術の重要性はますます高まっています。 世界中で毎年推定10億本の廃タイヤが発生している 、重量は約1700万トンです。従来の処分ルート（埋め立てと備蓄）は、火災の危険性、地下水汚染、膨大な量の非生分解性物質が含まれるため、多くの管轄区域で制限または完全に禁止されています。タイヤ熱分解はこの課題に直接対処し、タイヤ廃棄による環境負荷を軽減しながら、残留する廃棄物の流れを一連の市場性のある商品に変換します。
完全なタイヤ熱分解プラントは、明確に定義された一連の段階に従い、各段階で最終製品の品質と量が決まります。
タイヤ全体または事前に細断されたタイヤチップが反応器に供給されるように準備されます。連続熱分解システムでは、原材料が小さくなると熱伝達効率が向上し、材料の流れが中断されないため、タイヤは通常、処理前に 50 ～ 100 mm の粒径に細断されます。バッチシステムは、多くの場合、反応器の設計に応じて、タイヤ全体またはより大きな部分を直接受け入れることができます。鋼線および繊維強化材は、加工前に部分的に除去されるか、熱分解後に下流で分離される場合があります。
準備されたタイヤ材料は密閉された熱分解反応器に入り、そこで外部熱が加えられます。通常、ガスバーナーは最初にディーゼルまたは LPG によって点火され、その後、熱分解自体中に生成される可燃性ガスによって自立します。反応器の温度が 180°C から 280°C に上昇すると、より軽い揮発性化合物が蒸発し始めます。一次分解反応は 350°C から 500°C の間で激化し、この時点でゴムの炭化水素含有量の大部分がオイルガスに変換され、オイルガスが反応器から連続的に排出されます。
反応器から出る高温の熱分解ガスは、より重い留分をより軽い留分から分離するマニホールドシステムを通過します。凝縮性留分は多段凝縮器システムに入り、そこで急速に冷却されて熱分解油に液化され、貯蔵タンクに収集されます。非凝縮性軽ガス（主に水素、メタン、一酸化炭素）は、燃料としてバーナー システムにリサイクルされて戻されるため、プラントが定常状態で運転されると外部エネルギー入力の必要がなくなります。
石油ガスの生成が完了し、反応器の温度が下がると、カーボンブラックと鋼線の混合物である固体残留物が反応器チャンバー内に残ります。カーボンブラックは自動または手動で排出され、保管庫に搬送されます。鋼線は磁力で分別され、回収されてリサイクルされます。その後、反応器は次のバッチの準備が整うか、連続運転モードで回転を続けます。
タイヤ熱分解の経済的根拠は、その 4 つの副製品の品質と市場性にかかっています。適切に運用されているプラントの一般的な重量配分は、燃料油が約 40 ～ 45%、カーボン ブラックが 35%、鋼線が 10%、可燃性ガスが 10% です。つまり、実質的に何も無駄になりません。
タイヤ由来の熱分解油は、C5 ～ C20 の範囲の炭化水素の複雑な混合物で、発熱量は約 43 MJ/kg と高く、市販の燃料油に匹敵します。ボイラー、セメント窯、製鋼炉で工業用燃料として直接使用することも、蒸留によって非標準のディーゼルおよびガソリン留分にさらに精製することもできます。 熱分解油は通常、タイヤリサイクルプロジェクトの主な収益源です その理由は、代替工業用燃料に対する一貫した需要と、保管と販売の比較的簡単な物流によるものです。
タイヤの熱分解から回収される固体の炭素質残留物は、回収カーボン ブラック (rCB) として知られています。生の状態では、燃料補給剤として、または低級ゴムおよびプラスチック製品の強化充填剤として使用できます。さらに加工（粉砕、ペレット化、品質向上）を経た後、rCB はタイヤ製造、コーティング、工業用ゴム製品での使用の仕様を満たすことができ、市場価格は大幅に高くなります。持続可能性規制がメーカーにリサイクル成分の導入を促す中、カーボンブラックの価値はますます高まっています。
タイヤに埋め込まれたスチール補強ベルトは、熱分解後にほとんどそのままの状態で回収されます。残りのゴムはプロセス中に焼き尽くされ、きれいな鋼線が残り、スクラップ金属販売業者や製鉄所に直接販売できます。スチールワイヤーは石油やカーボンブラックよりも収益に貢献しませんが、全体的な経済性を大幅に向上させ、追加の処理を必要としません。
非凝縮性熱分解ガス (主に水素、メタン、一酸化炭素、軽質炭化水素) の発熱量は最大 33 MJ/m3 です。ほとんどのプラント構成では、このガスは反応器バーナー システムに直接再循環され、始動後のエネルギーの観点から熱分解プロセスはほぼ自立的に行われます。余剰ガスは、現場の暖房、内燃機関やガスタービンによる発電にも使用でき、さらに高度な構成では化学原料としてさらに処理することもできます。
| 製品 | 典型的な収量 | 主な用途 | 価値プロファイル |
|---|---|---|---|
| 熱分解油 | 40～45% | 工業用燃料、ディーゼル精製 | 高 – 主な収益源 |
| カーボンブラック | ~35% | ゴム、コーティング、タイヤ（アップグレード後） | 中～高 – 処理とともに増加します |
| スチールワイヤー | ~10% | 金属スクラップ、製鉄 | 低～中 – 安定したスクラップ価格 |
| 可燃性ガス | ~10% | 原子炉、発電用自己燃料 | 間接的 – 運用コストの削減 |
タイヤ熱分解プラントの選択において最も重要な決定は、バッチ運転か連続運転かの選択です。各構成は、異なる投資プロファイル、運用規模、自動化レベルに適合します。
A バッチ式熱分解プラント 一定量のタイヤ材料を装填し、反応器を密閉し、熱分解サイクル (通常は 8 ～ 10 時間) を完了し、冷却してから固形残留物を排出し、再装填します。この設計は運用上柔軟性があり、初期投資が少なくて済むため、1 日あたり 1 ～ 20 トンを処理する小規模および中規模のプロジェクトに適しています。また、機械システムがシンプルで可動部品が少ないため、メンテナンスや修理も簡単です。その代償として、冷却と再装填にかかる時間が、連続運転に比べて全体のスループットと労働効率が低下することになります。
A 連続熱分解プラント タイヤ原料の供給と固体生成物の排出を同時に行い、反応器は停止することなく24時間稼働します。これにより、生産量 1 トンあたりの人件費の削減、合成ガスの自己リサイクルによる燃料効率の向上、プロセス条件が安定しているためのより一貫した製品品質により、大幅に高いスループット (通常は 1 日あたり 20 ～ 50 トン) が可能になります。継続的システムには、より高い初期投資とより洗練された制御インフラストラクチャが必要ですが、商業規模のプロジェクトの場合、運用上の経済性は大幅に優れています。
| 因子 | バッチプラント | 連続プラント |
|---|---|---|
| 1日あたりの生産能力 | 1～20トン/日 | 20～50トン/日 |
| 動作モード | サイクリック（負荷、処理、冷却、排出） | 24時間365日中断なし |
| 自動化レベル | 半自動 | 全自動（PLC/DCS） |
| 設備投資 | 下位 | より高い |
| トン当たりの人件費 | より高い | 下位 |
| エネルギー効率 | 中等度 | 高 (合成ガスの自己リサイクル) |
| 最適な用途 | 中小規模のプロジェクト、柔軟な原料 | 大規模な商業規模の運用 |
タイヤの熱分解を従来の廃棄法よりも強く支持する論拠の 1 つは、その環境プロファイルです。反応は酸素欠乏の密閉環境で行われるため、焼却時にダイオキシンやフラン、大量の粒子状物質を生成する直火燃焼は起こりません。生成されたガスは捕捉され、燃料としてリサイクルされるか、排出前に多段階の洗浄と活性炭濾過システムを通じて処理され、国際的な大気品質基準への準拠が保証されます。
最新のタイヤ熱分解プラントには、硫黄含有化合物を除去する二相スクラバーと脱硫ユニット、可燃性ガスがオイルタンクに戻るのを防ぐウォーターシール逆火防止システム、カーボンブラックを取り扱うためのダスト除去システムなど、複数の層の環境保護が組み込まれています。 適切に設計されたプラントは廃水を排出せず、CE および ISO 14001 環境管理基準を満たしています。
ライフサイクルの観点から見ると、タイヤの熱分解により、生成される製品の炭素強度も低下します。回収された熱分解油は未使用の石油由来燃料に取って代わります。回収されたカーボンブラックは、生産に非常にエネルギーを消費するバージンカーボンブラックを置き換えます。そして回収された鋼線は一次鉄鋼生産に取って代わります。これらの代替品はそれぞれ、測定可能な CO₂ 削減効果をもたらします。これは、スコープ 3 の排出目標と ESG への取り組みの達成を求める顧客にとって、ますます重要な要素となります。
商業的に実行可能なタイヤ熱分解操作は、単一の反応器以上のものです。完全な生産ラインには複数の相互接続された装置システムが統合されており、それぞれの装置システムがプラント全体の効率、製品の品質、収益性に影響を与えます。
原料の準備は次から始まります タイヤシュレッダー 、スクラップタイヤ全体を、リアクターへの連続供給に適した 50 ～ 100 mm の均一なチップに縮小します。細断により、熱分解前に鋼線を部分的に除去することも可能になり、カーボンブラック生成物の純度が向上し、反応器内部の摩耗が軽減されます。高性能シュレッダーは磁気分離と多段階のサイズ縮小を統合し、フルスチール、セミスチール、ラジアルタイヤを一貫したスループットで処理します。
反応器の下流では、熱分解油の品質、したがって市場価値は、凝縮および分離システムに大きく依存します。未加工タイヤ熱分解油には幅広い蒸留範囲があり、直接の適用を制限する重質留分、水、硫黄化合物が含まれる場合があります。油を処理する 廃油蒸留装置 それを、規格外のディーゼル、ナフサ、残留重油などの個別の燃料留分に分離し、それぞれに仕様が定義されており、より広範な市場アクセスが可能です。蒸留のアップグレードは通常、石油留分の正味実現価値を大幅に増加させ、多くの場合、短い投資回収期間内で追加の資本コストを正当化します。
回収されたカーボンブラック処理装置は、固体側のバリューチェーンを完成させ、ゴム配合および工業用充填剤用途（カーボンブラックの単純な燃焼燃料使用よりも大幅に高い金額を支払う市場）の粒子サイズ仕様を満たすためにrCBを粉砕および分級します。
タイヤ熱分解プラントは、世界で最も永続的な廃棄物管理の課題の 1 つに対する、技術的に成熟し、商業的に証明されており、環境に配慮したソリューションを表します。スクラップタイヤを熱分解油、カーボンブラック、鋼線、可燃性ガスに変換することで、ますます厳しくなる環境規制を満たしながら、負債を収益を生み出す資産に変えます。バッチ構成と連続構成の選択は、処理規模、資本の可用性、自動化要件によって異なります。また、統合された破砕装置と石油蒸留装置により、出力製品の価値を大幅に高めることができます。
初めての熱分解プロジェクトを評価する場合でも、既存の操業を拡張する場合でも、適切なプラント構成と機器パートナーを選択することが最も重要な決定となります。当社のエンジニアリング チームは、お客様の原料、生産能力の要件、地域の市場状況を評価し、最適なソリューションを推奨します。
