JP2024507017A - タイヤリサイクルのための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

タイヤリサイクルの方法は、（ａ）アークプラズマトーチ及び高周波（ＲＦ）プラズマトーチを備えるハイブリッドプラズマトーチが、第１の方向にプラズマジェットを生成するステップと、（ｂ）廃タイヤを粉砕して得られたゴム粉末を第１の方向とは反対の第２の方向にプラズマジェット内に導入して、ゴム粉末のプラズマ熱分解による合成ガス（シンガス）を得るステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）の後に残った未熱分解ゴム粉末を低周波（ＬＦ）誘導加熱器で加熱して、カーボンブラックを得るステップと、（ｄ）得られたシンガスの一部をハイブリッドプラズマトーチによってプラズマガスとして使用するステップとを含む。【選択図】 図２

Description

[0001]本発明は、合成ガス及びカーボンブラックを生成するタイヤリサイクルのための方法及び装置に関する。

[0002]本発明の背景技術に関する以下の説明は、本発明の理解を容易にすることのみを意図している。説明は、言及された資料のいずれかが本発明の優先日の時点で任意の管轄権において公開されていたか、公知であったか、又は当業者の共通の一般知識の一部であったことの確認又は承認ではないことを理解されたい。

[0003]世界中の都市及び産業では、炉内で廃タイヤを燃焼させたり、スクラップタイヤの陸上置き場所を増やしたりする通常の方法の代わりに、それらの廃タイヤ管理問題に対する環境に優しい解決策が模索されている。提案されている解決策の１つは、酸素（又は任意のハロゲン）の非存在下での高温での有機材料の熱化学的分解を含む熱分解システムを使用することである。

[0004]現在のプラズマ熱分解システムの大部分は、通常は消耗性炭素で作られた２つの電極を使用するプラズマアーク技術を使用し、これらの電極に電気を通すことにより、それらの間に高温アークプラズマを生成する。これらの電極は頻繁な交換を必要とし、電極設計はその構成及びパラメータにおいて制限される。このような方法はまた、廃棄物の生成を通じて健康及び環境上の危険をもたらす。別のプラズマ熱分解システムは、高周波（ＲＦ）プラズマトーチを使用する。しかしながら、ＲＦプラズマシステムは、特別なプラズマガスとしてアルゴン及び窒素の使用を必要とし、アルゴンガスの高コストは、タイヤの熱分解にＲＦプラズマを使用するコストを上昇させる。

[0005]第１の態様によれば、タイヤリサイクルの方法が提供され、本方法は、
（ａ）アークプラズマトーチ及び高周波（ＲＦ）プラズマトーチを備えるハイブリッドプラズマトーチが、第１の方向にプラズマジェットを生成するステップと、
（ｂ）廃タイヤを粉砕して得られたゴム粉末を第１の方向とは反対の第２の方向にプラズマジェット内に導入して、ゴム粉末のプラズマ熱分解による合成ガス（シンガス）を得るステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）の後に残った未熱分解ゴム粉末を低周波（ＬＦ）誘導加熱器で加熱してカーボンブラックを得るステップと、
（ｄ）得られたシンガスの一部をハイブリッドプラズマトーチによってプラズマガスとして使用するステップと、
を含む。

[0006]本方法は、発電のためにシンガスを収集するステップをさらに含んでもよい。

[0007]本方法は、タイヤ製造のためにカーボンブラックを収集するステップをさらに含んでもよい。

[0008]本方法は、得られたシンガスから電気を生成するタービンをさらに含んでもよい。

[0009]生成した電気の一部は、本方法に電力供給を行うために使用されてもよい。

[0010]第２の態様によれば、タイヤリサイクルのための装置が提供され、本装置は、ガス出口を有する反応室と、反応室内に設けられ、反応室内に第１の方向にプラズマジェットを生成するように構成されたハイブリッドプラズマトーチであって、アークプラズマトーチ及び高周波（ＲＦ）プラズマトーチを備える、ハイブリッドプラズマトーチと、反応室と粉末導入器との間で流体連通し、廃タイヤを粉砕して得られたゴム粉末を第１の方向とは反対の第２の方向にプラズマジェット内に導入して、ゴム粉末のプラズマ熱分解によって合成ガス（シンガス）を得るための少なくとも１つの供給管と、反応室と流体連通し、反応室から低周波誘導加熱器内に流入した未熱分解ゴム粉末を加熱してカーボンブラックを得る低周波（ＬＦ）加熱器と、を備え、ハイブリッドプラズマトーチは、得られたシンガスの一部をプラズマガスとして使用する。

[0011]本装置は、ガス出口と流体連通するシンガス収集器をさらに備えてもよい。

[0012]シンガス収集器は、シンガスを発電に使用するように構成されたタービンをさらに備えてもよい。

[0013]本装置は、得られたシンガスから生成した電気の一部によって電力を供給されてもよい。

[0014]本装置は、ＬＦ誘導加熱器と流体連通するカーボンブラック収集チャネルをさらに備えてもよい。

[0015]ＬＦ誘導加熱器は、導管（ｔｕｂｕｌａｒ ｃｏｎｄｕｉｔ）の周りに設けられたＬＦ誘導コイルを有する少なくとも１つの導管を備えてもよい。

[0016]導管は、下向きの角度で反応室から外向きに延在してもよい。

[0017]導管は、それ自体の長手方向軸線を中心に回転可能であってもよい。

[0018]本装置は、導管に沿った材料の移動を容易にするために導管内に回転可能に設けられたオーガをさらに備えてもよい。

[0019]導管は、誘導加熱可能な材料で作られてもよい。

[0020]あるいは、オーガは誘導加熱可能な材料で作られてもよく、導管は、ＬＦ誘導コイルが導管を誘導加熱することなくオーガを誘導加熱することを可能にする材料で作られ、導管は断熱を提供して、導管を通るオーガからの熱損失を最小限に抑える。

[0021]両方の態様について、第２の方向と第１の方向との間の角度は、０°～４５°の範囲である。

[0022]本発明が完全に理解され、容易に実用に供され得るように、ここで、本発明の例示的な実施形態のみを非限定的な例として説明するものとし、その説明は、添付の例示的な図面を参照して行われる。

タイヤリサイクル及びガス生成の方法の例示的な実施形態のフローチャートである。 タイヤリサイクル及びガス生成のための装置の例示的な実施形態の概略図である。 図２の装置の導管の例示的な実施形態の概略図である。

[0023]本書を通して、そうでないことが示されていない限り、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」などの用語は、網羅的でないものとして、又は換言すれば「限定されないが、～を含む」を意味するものとして解釈されるべきである。

[0024]さらに、本明細書を通して、文脈上別段の要求がない限り、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という単語又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」若しくは「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの変形は、記載された整数又は整数群を含むが、任意の他の整数又は整数群を除外しないことを意味すると理解されたい。

[0025]他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本明細書の主題が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。

[0026]タイヤリサイクルのための方法（１００）及び装置２００の例示的な実施形態を、図１～図３を参照して以下に説明する。

[0027]装置２００は、ハイブリッドプラズマトーチ２２０が設けられた反応室２１０を備える。図２に示す例示的な実施形態では、ハイブリッドプラズマトーチ２２０は、反応室２１０内の中央に設けられる。ハイブリッドプラズマトーチ２２０は、アークプラズマトーチ２２１及び高周波（ＲＦ）プラズマトーチ２２２を備え、ゴム粉末３０を熱分解するために第１の方向９１（１１０）にプラズマジェット２２３を生成する。アークプラズマトーチ２２１は、例えば、ＤＣプラズマトーチを備えてもよい。プラズマジェット２２３の生成は、プラズマガス２２４をアークプラズマトーチ２２１に通過させ、アークプラズマトーチ２２１を通過したプラズマガス２２４をＲＦプラズマトーチ２２２によって提供されるＲＦフィールドにさらすことによって達成される。高温プラズマジェット２２３は、プラズマガス２２４を電気アーク（アークプラズマトーチ２２１によって提供される）及びＲＦ誘導コイル（ＲＦプラズマトーチ２２２によって提供される）の両方に通過させることによって形成されるので、ゴム粉末熱分解の効率を高めるために、形成されたプラズマジェット２２３を制御するために異なるプラズマガスが使用されてもよい。

[0028]方法（１００）では、廃タイヤを粉砕することから得られたゴム粉末３０が、プラズマジェット２２３内に第１の方向９１（１２０）とは反対の第２の方向９２に導入され、それにより、プラズマジェット２２３に対する導入されたゴム粉末３０の逆流が効果的に存在する。第２の方向９２と第１の方向９１との間の角度は、０°～４５°の範囲であってもよい。例えば、第２の方向９２と第１の方向９１との間の角度が０°である場合、これは、導入されたゴム粉末３０の流れの方向がプラズマジェット２２３の流れの方向と正反対であることを意味する。このようにして、実質的に反対方向に流れるプラズマジェット２２３とゴム粉末３０との間の熱交換の増加により、ゴム粉末３０の熱分解が効率的に達成される。この粉末供給方法は、より小さい粒子とより大きい粒子の両方が自動的にプラズマジェット２３３内で異なる滞空時間及び処理時間を有し、それによって熱分解をより均一かつ効率的にするので、粒径に敏感ではない。

[0029]プラズマジェット２２３内へのゴム粉末３０の導入は、装置２００に設けられた少なくとも１つの供給管２３０を介して行われてもよく、供給管２３０は、反応室２１０と粉末３０導入器（図示せず）との間で流体連通している。ゴム粉末３０がプラズマジェット２２３によって熱分解されると、主に一酸化炭素及び水素を含む合成ガス（シンガス）が得られる。二酸化炭素及び長鎖炭化水素も存在し得る。得られたシンガスは、反応室２１０に設けられたガス出口２４０を介して反応室２１０から排出される。図２に示す装置２００の例示的な実施形態では、ガス出口２４０は、反応室２１０の上部に設けられてもよい。

[0030]反応室２１０内では、酸素欠乏かつ高熱の雰囲気中でゴム粉末３０の熱分解が行われ、これにより、ダイオキシン、フラン、及び他の有害な副生成物の生成が防止される。また、得られるシンガスの組成は、熱分解の反応温度だけでなく、プロセス滞留時間、プラズマガスの種類及びキャリアガスの種類によっても影響を受ける。これらのパラメータを変化させることにより、方法（１００）及び装置２００は、ある範囲の量の様々な出力成分を生成する能力を提供する。

[0031]明らかに、プラズマジェット２２３に導入されたゴム粉末３０のすべてが熱分解されるわけではない。方法（１００）及び装置２００では、残った未熱分解ゴム粉末３１を装置２００の低周波（ＬＦ）誘導加熱器２５０で加熱して（１３０）、カーボンブラック３２を得る。ＬＦ誘導加熱器２５０は、好ましくは、反応室２１０と流体連通する少なくとも１つの導管２５１と、導管２５１の周囲に設けられたＬＦ誘導コイル２５２とを備える。ＬＦ誘導コイル２５２は、ＬＦ発生器２５３に接続されている。ＬＦ誘導加熱器２５０の周波数は、１ｋＨｚ～５００ｋＨｚであってもよく、使用される電力は、１０ｋＷ～５ＭＷであってもよい。

[0032]図１及び図２に示す方法（１００）及び装置２００の例示的な実施形態では、プラズマジェット２２３が生成する第１の方向９１は、垂直上方である。ゴム粉末３０は、プラズマジェット２２３内に垂直に対して約２０°の角度で下方に導入される。残りの未熱分解ゴム粉末３１は、図２の矢印３９で示すように、最初に上方に進み、次に下方に進む移動軌跡をたどる。ＬＦ誘導加熱器２５０の導管２５１は、反応室２１０から下向きの角度で外向きに延在して、未熱分解ゴム粉末３１がＬＦ誘導加熱器２５０内に重力引っ張りの下で流れることを可能にする。これにより、流動浴が形成され、装置２００内の未熱分解ゴム粉末３１の滞留時間の変動が可能になり、増加する。滞留時間の増加は、プラズマトーチ２２０を出る重油を長鎖炭化水素ガスに分解し、それにより、廃タイヤからエネルギーを生成するときに得られるシンガスの発熱量を増加させる。

[0033]（１つ又は複数の）導管２５１内では、通過する気体、液体及び固体を加熱するために放射及び対流が起こり、導管２５１内の温度は９００°Ｃ以上にもなり得る。第１の例示的な実施形態では、導管２５１は、ステンレス鋼又は炭素鋼などの誘導加熱することができる適切な材料で作られてもよく、セラミック、グラファイト又は任意の他の磁性材料でコーティングして誘導を生じさせてもよい。導管２５１は、導管２５１の誘導加熱の効率を高めるために、それ自体の長手方向軸線を中心にさらに回転可能であってもよい。

[0034]いくつかの実施形態では、装置２００は、導管２５１に沿った未熱分解ゴム粉末３１及び得られたカーボンブラック３２などの材料の移動を容易にするために、導管２５１内に回転可能に設けられた幅広の螺旋ブレード又は羽根２５８を有するシャフト２５６を備える、図３に示すようなオーガ２５４をさらに備えてもよい。

[0035]装置２００の第２の例示的な実施形態では、オーガ２５４は、磁性材料などの誘導加熱可能な材料で作られてもよく、一方、導管２５１は、導管２５１を誘導加熱することなく、ＬＦ誘導コイル２５２からの電磁場がオーガ２５４を誘導加熱することを可能にする誘電材料などの材料で作られ、すなわち、導管２５１自体は、ＬＦ誘導コイル２５２からの電磁場に対してトランスペアレントである。第２の例示的な実施形態では、導管２５１の材料はまた、好ましくは断熱性であり、それにより、オーガ２５４の誘導加熱によって発生したすべての熱は、周囲への熱損失を最小限に抑えて導管２５１内に留まり、それにより、未熱分解ゴム粉末３１をカーボンブラック３２に変換するための誘導加熱効率を最大化する。

[0036]いくつかの実施形態では、ＬＦ誘導加熱器２５０は、未熱分解ゴム粉末３１のカーボンブラック３２へのより効率的な変換のために、各々がＬＦ誘導コイル２５２を備えた上述の導管２５１を複数備えてもよい。そのような実施形態では、各導管２５１には、その中に回転可能なオーガ２５４が設けられても設けられなくてもよい。

[0037]方法（１００）及び装置２００において、得られたシンガスの一部は、ハイブリッドプラズマトーチ２２０によってプラズマガス２２４として使用される（１４０）。残りのシンガスは、電気を生成するために、冷却され、精製され、タービン（ガスタービン又は蒸気タービンであってもよい）に供給されてもよい。いくつかの実施形態では、システムが自立するように、方法（１００）及び装置２００に電力を供給するために生成した電気の一部を使用してもよい。残りの生成した電気は、販売されてもよく、他の用途のために導かれてもよい。

[0038]方法（１００）によって得られたカーボンブラック３２は、ＬＦ誘導加熱器２５０と流体連通するカーボンブラック収集チャネル２６０を介してＬＦ誘導加熱器２５０から導かれ、将来的に新しいタイヤを製造するための構成要素として回収されてもよい。

[0039]上述のハイブリッド高温プラズマと低周波誘導加熱との組み合わせを使用して、ゴム粉末熱分解及びシンガス生成の効率が劇的に改善される。得られたシンガスの一部をハイブリッドプラズマトーチ２２０内のプラズマガスとして使用することにより、高価なアルゴン又は他の希ガスが必要とされないため、プラズマ発生のコストが大幅に削減される。エネルギーに関して、方法（１００）及び装置２００はまた、得られたシンガスから生成した電気の一部を使用して装置２００及び方法（１００）に電力を供給することによって自立させることができる。

[0040]上記の説明では、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明から逸脱することなく、設計、構成、及び／又は動作の詳細の多くの変形が可能であることは、当業者には理解されよう。

Claims (18)

1. タイヤリサイクルの方法であって、
   （ａ）アークプラズマトーチ及び高周波（ＲＦ）プラズマトーチを備えるハイブリッドプラズマトーチを使用して第１の方向にプラズマジェットを生成するステップと、
   （ｂ）廃タイヤを粉砕して得られたゴム粉末を前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記プラズマジェット内に導入して、前記ゴム粉末のプラズマ熱分解による合成ガス（シンガス）を得るステップと、
   （ｃ）前記ステップ（ｂ）の後に残った未熱分解ゴム粉末を低周波（ＬＦ）誘導加熱器で加熱して、カーボンブラックを得るステップと、
   （ｄ）前記得られたシンガスの一部を前記ハイブリッドプラズマトーチによってプラズマガスとして使用するステップと
   を含む、タイヤリサイクルの方法。
2. 発電のために前記シンガスを収集するステップをさらに含む、請求項１に記載のタイヤリサイクルの方法。
3. タイヤ製造のために前記カーボンブラックを収集するステップをさらに含む、請求項１又は２に記載のタイヤリサイクルの方法。
4. 前記第２の方向と前記第１の方向との間の角度が、０°～４５°の範囲である、請求項１～３のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルの方法。
5. （ｅ）タービンが前記得られたシンガスから電気を生成するステップをさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルの方法。
6. 前記ステップ（ｅ）で生成した電気の一部が、当該方法に電力を供給するために使用される、請求項５に記載のタイヤリサイクルの方法。
7. タイヤリサイクルのための装置であって、
   ガス出口を有する反応室と、
   前記反応室内に設けられ、前記反応室内に第１の方向にプラズマジェットを生成するように構成されたハイブリッドプラズマトーチであって、アークプラズマトーチ及び高周波（ＲＦ）プラズマトーチを備える、ハイブリッドプラズマトーチと、
   前記反応室と粉末導入器との間で流体連通する少なくとも１つの供給管であって、廃タイヤを粉砕して得られたゴム粉末のプラズマ熱分解によって合成ガス（シンガス）を得るために、前記ゴム粉末を前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記プラズマジェット内に導入する少なくとも１つの供給管と、
   前記反応室と流体連通する低周波（ＬＦ）誘導加熱器であって、カーボンブラックを得るために前記反応室から該ＬＦ誘導加熱器内に流入した未熱分解ゴム粉末を加熱するＬＦ誘導加熱器と
   を備え、
   前記ハイブリッドプラズマトーチが、前記得られたシンガスの一部をプラズマガスとして使用する、タイヤリサイクルのための装置。
8. 前記第２の方向と前記第１の方向との間の角度が、０°～４５°の範囲である、請求項７に記載のタイヤリサイクルのための装置。
9. 前記ガス出口と流体連通するシンガス収集器をさらに備える、請求項７又は８に記載のタイヤリサイクルのための装置。
10. 前記シンガス収集器が、前記シンガスを発電に使用するように構成されたタービンを備える、請求項９に記載のタイヤリサイクルのための装置。
11. 当該装置が、前記得られたシンガスから生成した電気の一部によって電力を供給される、請求項１０に記載のタイヤリサイクルのための装置。
12. 前記ＬＦ誘導加熱器と流体連通するカーボンブラック収集チャネルをさらに備える、請求項７～１１のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルのための装置。
13. 前記ＬＦ誘導加熱器が、少なくとも１つの導管を備え、前記少なくとも１つの導管が、該導管の周りに設けられたＬＦ誘導コイルを有する、請求項７～１２のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルのための装置。
14. 前記導管が、下向きの角度で前記反応室から外側に延びる、請求項７～１３のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルのための装置。
15. 前記導管が、それ自体の長手方向軸線を中心に回転可能である、請求項１３～１４のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルのための装置。
16. 前記導管に沿った材料の移動を容易にするために前記導管内に回転可能に設けられたオーガをさらに備える、請求項１３～１５のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルのための装置。
17. 前記導管が誘導加熱可能な材料で作られる、請求項１３～１６のいずれか一項に記載のタイヤリサイクルのための装置。
18. 前記オーガが誘導加熱可能な材料で作られ、前記導管が、前記ＬＦ誘導コイルが前記導管を誘導加熱することなく前記オーガを誘導加熱することを可能にする材料で作られ、前記導管が断熱を提供して、前記導管を通る前記オーガからの熱損失を最小限に抑える、請求項１６に記載のタイヤリサイクルのための装置。

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