JP7186279B2 - リサイクル可能なタイヤおよび／またはゴム製品から含炭素材料を取得する方法 - Google Patents

Description

本発明は、原材料をゴム製品からリサイクルおよび回収する分野に関する。摩耗した自動車用タイヤまたは他のゴム製品をリサイクルし、含炭素材料および他の生成物を得るときに使用することができる。

人間活動の製品としての摩耗したタイヤおよび種々のゴム製品はひどく環境に影響を与える。さらには、それらの環境汚染における割合は高い。

利用した製品のリサイクルは、環境汚染を低減し、新しい製品の製造においてさらに使用される、リサイクル中に回収される新たな材料を取得する重要な分野である。

ゴム製品は重要な原材料源であり、摩耗したタイヤは、このような種類の副原料を最大９０％構成する。

しかしながら、タイヤの特性であるその耐久性、長寿命および搾取時の安全性によって、摩耗したタイヤはリサイクルするのに問題となる。

熱分解を使用して自動車用タイヤおよび他のゴム製品をリサイクルし、気体状生成物および固体残留物を形成することが普及されている。

気体状熱分解生成物はエネルギー源として使用され、タイヤ重量の最大３０％の個体状残留炭素が多くの場合二次廃棄物となる。

したがって、環境的に重要でありかつ経済的に関係する問題が効果的なリサイクル技術を提供し、含炭素生成物を熱分解の固体残留物から取得し、新たなタイヤの製造に使用することができる。

カーボンブラックおよび炭化水素を使用済みタイヤから抽出する周知の方法には、タイヤを１．５インチ未満の断片に分割することと；固相および気相を得るために、熱分解のために華氏７５０～１８００度の温度の反応器中で、９０分間１～２０ＰＳＩＡの圧力で、断片を熱分解することと；当該反応器中の当該気相の一部分から別個の高沸点凝縮プロセス流を得ることと；当該凝縮物の一部を蒸留して前述された断片に戻すことと；明示された気相の第２の部分を分画し、熱分解油および気体を得ることと；反応をから排出された後に固相が、送気流と共にジェットミルに粉砕することを含む熱分解に進めることと；ミルを出た気流を、機械分別機を通過させ、ゴミ粒子の廃水流および含空気カーボンブラック流を生成することと；カーボンブラック粒子を有する空気流を、８０～９０％の相対的に粗いカーボンブラック粒子を除去するために、かつ相対的により細かいカーボンブラック粒子を含む薄い生成物の気流を得るために、サイクロン分離器を通過させることと、が含まれる。［「使用済みタイヤからカーボンブラックおよび炭化水素を回収する方法」「米国特許第４２５０１５８号明細書」（ＩＮＴＥＮＣＯＩＮＣ）（ＵＳ）Ｃ０１Ｂ３１／０２；Ｃ０９Ｃ１／４８；１０．０２．１９８１］［１］。

摩耗したタイヤからカーボンブラックおよび炭化水素を生成する他の既知の方法は、タイヤを断片に切断することと；断片を、断片が気相および固相に解離するのに十分なある温度、圧力、反応時間にて熱分解反応器内で熱分解することと：固相の一部を再循環し反応器に戻すことと；当該熱分解の段階には、融解塩が充填された反応器内で断片を間接内部加熱することを含むことと；固相からカーボンブラックを得ることと；当該蒸気炭化水素生成段階を処理することと、を含む［「使用済みタイヤからカーボンブラックおよび炭化水素を回収する方法」米国特許第４２８４６１６号明細書（ＩＮＴＥＮＣＯＩＮＣ）（ＵＳ）Ｃ０１Ｂ３１／０２；Ｃ０１Ｂ３１／００；Ｃ０９Ｃ１／４８；０８／１８／１９８１］［２］。

既知の方法の不利な点として、リサイクル処理中に得た含炭素材料は界面活性力が低く、新しいタイヤの製造における充填剤として使用することができないことが挙げられる。

さらに、負の不純物を多く有する。

充填剤として係る材料を使用することは、必要とする強度および操作性を備えた新しいタイヤが得られない。

その目的、技術的本質および達成される結果において最も近いのは、リサイクル可能なタイヤおよび／またはゴム製品から含炭素材料を得る方法であり、当該方法は、
リサイクルされたタイヤおよび／またはゴム製品を、粉砕機で機械破砕し、装入物を得ることと；
破砕されたタイヤ要素の炉への装入物を反応器に供給し、熱分解させ気体状生成物および固体残留物を形成することと；
継続的に気体状熱分解生成物を反応器から除去し、次に凝縮塔で液体生成物を液分に凝縮し、反応器から固体残留物を排出し、ホッパー冷却器内で冷却することと；
破砕機内で固体残留物を粗く破砕し、その後に磁気分離機内で金属を除去すること、を含む［米国特許第７４１６６４１号明細書（ＤＥＮＩＳＯＮＧＩＬＢＥＲＴＷ（ＵＳ）；ＦＥＤＥＲＡＬＲＥＣＹＣＬＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＩＮＣ（ＵＳ））Ｃ１０Ｂ２１／２０；２６．０８．２００８］［３］。

既知の方法［３］では、固体残留物を熱分解処理し、含炭素材料を生成するために、熱分解された未処理の工業用炭素はジェットミル内で粉砕され、空気圧システムで洗浄される。

本方法の不利な点としては、得られた含炭素材料は界面活性力が低く、かつ多量の不純物を含有し、新しい自動車用タイヤを製造する際に、強度および作業特性を低減させることから、充填剤として得た含炭素材料の使用が除外されることが挙げられる。

米国特許第４２５０１５８号明細書 米国特許第４２８４６１６号明細書 米国特許第７４１６６４１号明細書

本発明の目的は、使用済みタイヤおよび／またはゴム製品をリサイクルする方法を開発することであり、本方法の使用により、有害な不純物を除去し、含炭素材料の界面活性力を増加させ、新しいタイヤを製造する際の充填剤として得られた含炭素材料の使用を可能にすることである。

本目的はリサイクル可能なタイヤおよび／またはゴム製品から含炭素材料を取得する方法により達成され、本方法は；
リサイクルされたタイヤおよび／またはゴム製品からの原材料を寸断機内で機械的に破砕し、装入物を得ることと；
装入物を反応器に供給し、熱分解させ蒸気－気体生成物および固体残留物を形成することと；
継続的に気体状熱分解生成物を反応器から除去し、その後に液分の凝縮塔に液体生成物を凝縮し、固体残留物を排出し、冷却することと；
固体残留物を粗く破砕し、磁気分離機内で破砕された固体残留物から金属を除去することと、を含み、本発明によると
機械破砕の前に、リサイクルされたタイヤから金属ビードリングを除去され；
反応器に装入物を供給する前に、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、および抑制剤の０．５～１．０重量％の液体抑制剤構成成分ポリメチルシロキサンからなるコーキング抑制剤が、装入物の３～２０重量％の量で装入物に導入され、反応器内の装入物の熱分解が、反応器の主要稼働ゾーン内での３５０℃～反応器の出口での６００℃の熱分解温度で実施され；
磁気分離機内での破砕固体残留物から金属を除去することは、金属含有量が、固体残留物の総重量の０．１％以下となるまで実施され、その後固体残留物は処理され、蒸気チャンバ内で２５０～３５０℃の過熱蒸気で活性化され、固体残留物はボルテックスミル内で粉砕され；
固体残留物の二段階分類が風ふるい器で実施され、そこから細粒断片が電気質量分級機に送られ、さらに細かく分類され、大きな断片のふるい残りはホッパーに送られ、さらに熱炉に送られ、残留炭素が除去され、鉱物質成分である追加的標的生成物が生成されるか、またはボルテックスミルに送られ再粉砕され、
電気質量分級機内の固体残留物の細粒断片は、４５μｍ未満（Ｆ１＜４５μｍ）の断片Ｆ、および４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）のＦ２に分割され；
４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）のＦ２断片の固体残留物粉末は電気質量分級機からボルテックスミルに返送され再度微粉砕され；
４５μｍ（Ｆ１＜４５μｍ）よりも小さい粉末断片Ｆ１は、電気質量分級機から貯蔵ホッパーへ送られ、次にパッケージング機または造粒機に送られる。

装入物の調製を向上すること、熱分解および金属を破砕固体残留物から除去する工程を最適化すること、固体残留物の活性化、微粉砕、分類および金属不純物の除去による最終的な工程の技術的操作の複雑さを最適化すること、高レベルの界面活性を有する含炭素材料を得ることを可能にすること、かつ有害不純物の含有量を最小化することにより得られた方法は、要求されるレベルの強度および操作要素を提供するため、結果として新しいタイヤを製造する際に充填剤として使用することを可能にする。

さらに本発明は、含炭素材料を生成するための設備の図形を表す図面を参照して、発明を実施するための形態によって説明され、図面には以下が含まれる。

本発明の含炭素材料を生成するための設備の図形を表す図である。

リサイクル可能なタイヤおよび／またはゴム製品から含炭素材料を取得する方法が以下に記載される。

タイヤビードリング除去機械１上のリサイクルされたタイヤから金属ビードリングを除去し、破砕し破砕された部分を取り除く経費を削減する。

その後、リサイクル可能なタイヤおよび／またはゴム製品を、寸断機２に供給し装入物を得る。

固体コーキング抑制剤成分もまた固体成分抑制剤ホッパー３から固体成分抑制剤吐出装置４を介して寸断機２に供給する。

破砕ゴム含有原材料およびコーキング抑制剤の固体成分を寸断機２からコンベヤー７の積込みホッパーホッパーへ供給する。

コーキング抑制剤の液体成分を、液体成分抑制剤ホッパー５から液体成分抑制剤吐出装置６を介してコンベヤー７の積込みホッパーに供給する。

コーキング抑制剤は装入物の３～２０重量％であり、かつ固体および液体成分からなる。

装入物の固体成分は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレ一ト、ポリスチレンの群からの熱可塑性の直鎖状高分子の任意の質量組み合わせである。

液体成分は、抑制剤の総重量の０．５～１．０％の量のポリメチルシロキサンである。

コーキング抑制剤を使用することで、熱分解反応器８内で熱分解中に炭素粒子上に形成されるコークスを大幅に減少させる、または完全に排除することができ、高界面活性を有する含炭素材料の生成を実現する。

コーキング抑制剤と一緒に調製した装入物を、コンベヤー７を介して熱分解反応器８に供給する。

熱分解反応器８内での熱分解を反応器の主要運転ゾーンの３５０℃～反応器の出口の最大６００℃で実施する。

これは装入物の効率的な熱分解を実現し、所与の揮発性成分含有量を有する固体残留物を得る。

熱分解処理中において気体状生成物を、熱分解反応器８から継続的に除去し、次に流体断片縮合カラム９内で液体生成物を凝縮する。

固体残留物を固体熱分解残留物吐出装置１１を介して冷却ホッパー１２へ排出し、周囲温度に冷却する。

気体状生成物の凝縮物を液体断片ホッパー１０に送り、可燃性ガスを熱分解反応器８の熱分解炉に供給し燃焼させ、最適な熱分解温度を維持する。

固体残留物を冷却ホッパー１２から破砕機１４へコンベヤー１３で運び１～５ｍｍの断片に粗く破砕、磁気分離機１５へ運ぶ。

磁気分離機１５内にて、破砕固体残留物から金属を、固体残留物総重量の最大０．１％の金属含有量となるまで除去する。

破砕固体残留物中の金属の量を金属検知機１７で制御する。

固体残留物総重量の０．１％超の金属含有量では、そのような含炭素材料を使用して作製されたゴムに「ゴム老化性」など標準化された操作要因のうちの１つを提供することができない。

金属を磁気分離機１５から金属貯蔵ホッパー１６に送り、破砕固体残留物を蒸発室１８に供給する。

蒸発室１８内にて、固体残留物を２５０～３５０℃の温度の過熱蒸気によって活性化する。

これは炭素粒子の表面および細孔の残スラグの最終洗浄をもたらし、有効作用面の増加へとつながる。

次に、活性された固体残留物をボルテックスミル１９内の微粉砕機に供給し、その後細かく粉砕された活性された固体残留物固体残留物を空気質量分離器２０内の二段階分類に供給する。

細かく軽い断片を風ふるい器２０から電気質量分級機２２へと供給し細分類し、粗く重い断片をホッパー２１へと送る。

ホッパー２１からスクリーニングされたものを：
－残留炭素を除去し追加的ターゲット生成物－酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）からなる鉱物質成分を得る、熱炉２７、または
－繰り返し微粉砕（リサイクル）するための、ボルテックスミル１９、のいずれかに供給する。

次に、４５μｍ未満（Ｆ１＜４５μｍ）の断片Ｆ１と４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）の断片Ｆ２への最終細分類を電気質量分級機２２内で行う。

実験は、４５μｍ超（Ｆ１＜４５μｍ）の粒子が含炭素材料中に存在すると、タイヤ製造に必要とされる強度特徴を有するゴムを得ることができないことを示している。

４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）の断片Ｆ２の固体残留物粉末は電気質量分級機からボルテックスミルに返送され再度微粉砕される。

４５μｍ未満（Ｆ１＜４５μｍ）の断片Ｆ１（商業用含炭素材料）の固体残留物の粉末を貯蔵ホッパー２３に供給し、次に造粒機２５および炭素粉末材料をパッキングする装置２４に供給し、次に含炭素材料の顆粒をパッキングする装置に供給する。

プレパックされた含炭素材料は消費者へ、または倉庫へと送られる。

タイヤビードリング除去機械１上のリサイクルされたタイヤから金属ビードリングを除去する。次に、リサイクル可能なタイヤおよび／またはゴム製品を、寸断機２に供給し破砕する。同時に、総重量の１０～１２％の量の固体抑制剤成分も固体成分抑制剤ホッパー３から固体成分抑制剤吐出装置４を介して寸断機２に供給する。

固体抑制剤成分は、フィルム生成物のポリエチレンおよびポリプロピレン廃棄物の形態である。

破砕されたゴム含有原材料を、コンベヤー７を介して熱分解反応器８に供給し、装填したポリエチレンおよびポリプロピレン廃棄物の総質量の１％の量で液体ポリメチルシロキサンを液体成分抑制剤ホッパー５から液体成分抑制剤吐出装置６を介して供給する。

調製した装入物を、コンベヤー７を介して、炉ガスで加熱され、２つの過熱ゾーンを有する回転熱分解反応器８に送る。

熱分解反応器８の主要加熱ゾーン温度を３７０℃、熱分解反応器８の出口を－６００℃で維持し、液体および気体状熱分解生成物を完全に放出させる。

熱分解処理中において気体状生成物を、熱分解反応器８から継続的に除去し、その後に液体断片凝縮カラム９内で液体生成物を凝縮し、固体残留物を固体熱分解残留物吐出装置１１を介して放出し、冷却ホッパー１２内へと冷却のために送る。

気体状生成物の凝縮物を液体断片ホッパー１０に送り、可燃性ガスを熱分解反応器８の熱分解炉に供給し燃焼させ、熱分解反応器８内での最適な熱分解温度を維持する。

次に、冷却ホッパー１２内の熱分解の固体残留物を５０℃に冷却し、その後コンベヤー１３によって破砕機１４に運ばれ、予備的に粗く５ｍｍ未満の粒子サイズにまで破砕し、その後、金属検知機１７によって制御される、鉄を特定の含有量（０．１％以下）にまで除去するために２段階磁気分離機１５に運ぶ。

固体残留物の分離された鉄含有成分を金属貯蔵ホッパー１６に送る。

次に、固体残留物の含炭素成分を、蒸発室１８内の３００℃の温度の過熱蒸気流中で処理し、その後４０℃に冷却し、ボルテックスミル１９に供給し微粉砕する。

微粉砕した後、ボルテックスミル１９からの含炭素材料を風ふるい器２０に供給し、重い鉱物質成分を部分的に除去する。

次に、粉末にした生成物を電気質量分級機２２に供給し、４５μｍ未満（Ｆ１＜４５μｍ）の断片Ｆ１と４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）の断片Ｆ２への最終細分類を行う。

４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）の断片Ｆ２の固体残留物粉末を電気質量分級機２２からボルテックスミル１９に返送され再度微粉砕する。

電気質量分級機２２内で細分類することにより、４５μｍ未満（Ｆ１＜４５μｍ）の断片Ｆ１の固体残留物の粉末が得られる。

したがって、５から１０μｍの平均粒子サイズを有する含炭素材料を取得し、貯蔵ホッパー２３に供給し、その後、炭素粉末材料をパッキングする装置２４または造粒機２５に供給しパッケージングする。

プレパックされた生成物は消費者へ、または倉庫へと送られる。

ＡＳＴＭ法に従う実験試料の得られた含炭素材料の品質指標は以下の通りである：
よう素吸着量，ｇ／ｋｇ（Ｄ１５１０） ７８．４、
窒素吸着総面積（ＮＳＡ）、ｍ２ｇ（Ｄ６５６６） ６４．５、
ＣＴＡＢに従う特定表面積、ｍ２／ｇ（Ｄ３７６５） ６６．０、
給油価、ｃｍ３／１００ｇ（Ｄ２７１４） ８１．２、
着色力、単位（Ｄ３２６５） ６０．１、
トルエン抽出の透過率、％（Ｄ１６１８） ９８．０、
ｐＨ値、単位（Ｄ１５１２）

得られた含炭素材料を含む、スチレン・ブタジエンゴムＳＢＲ－１５００ ０重量含有標準ゴムの物理的および機械的試験並びに実験の結果を以下に示す：
３００％伸びでの公称応力、ＭＰａ １２．０、
公称引っ張り強さ、ＭＰａ １８．０、
伸び百分率、％ ４２３、
引裂き抵抗、ｋＮ／ｍ ４２、
ショア硬さ、任意単位 ６０。

タイヤゴムカーカス試験試料混合物の物理的および機械的要素は、標準カーボンブラックを含み、得られた含炭素材料はほぼ同様の結果を示した。

所与の証拠および情報は、新しいタイヤおよびゴム製品を製造することにおいて、得られた含炭素材料を効果的に使用することができ、標準カーボンブラックの低活性グレードに完全に取って代わり、かつ部分的にセミ活性グレードに取って代わる場合に、摩耗したタイヤおよび／またはゴム生成物から含炭素材料を生成する提案された方法の産業上の利用可能性を証明している。

１ タイヤビードリング除去機械
２ 寸断機
３ 固体成分抑制剤ホッパー
４ 固体成分抑制剤吐出装置
５ 液体成分抑制剤ホッパー
６ 液体成分抑制剤吐出装置
７ コンベヤー
８ 熱分解反応器
９ 液体断片凝縮カラム
１０ 液体断片ホッパー
１１ 固体熱分解残留物吐出装置
１２ 冷却ホッパー
１３ コンベヤー
１４ 破砕機
１５ 磁気分離機
１６ 金属貯蔵ホッパー
１７ 金属検知機
１８ 蒸発室
１９ ボルテックスミル
２０ 風ふるい器
２１ ホッパー
２２ 電気質量分級機
２３ 貯蔵ホッパー
２４ 炭素粉末材料をパッキングする装置
２５ 造粒機
２６ 含炭素材料の顆粒をパッキングする装置
２７ 熱炉

Claims (1)

1. リサイクル可能なタイヤから含炭素材料を取得する方法であって、前記方法は、
   リサイクルされたタイヤを粉砕機で機械的に破砕し、破砕されたタイヤである装入物を受け入れることと、
   前記装入物を反応器に供給し、続いて、熱分解して気体状生成物と固体残留物を形成することと、
   前記反応器から気体状生成物の継続的な除去、その後の、気体の凝縮塔での気体生成物の凝縮、前記反応器からの前記固体残留物の排出、及び、前記固体残留物を冷却することと、
   破砕機において前記固体残留物を粗く破砕し、磁気分離機内で破砕された前記固体残留物から金属を除去することと、を含み、
   機械破砕の前に、リサイクルされたタイヤから金属ビードリングを除去し、
   前記反応器に前記装入物を供給する前に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレンからなる群からの熱可塑性の直鎖状高分子の任意の組み合わせである固体成分、および、抑制剤の０．５～１．０重量％のポリメチルシロキサンである液体成分からなるコークス形成の抑制剤を、前記装入物の３～２０重量％の量で前記装入物に導入し、前記反応器内の前記装入物の前記熱分解を、前記反応器の主要運転ゾーン内での３５０℃、前記反応器の出口での６００℃の熱分解温度で実施し、
   破砕された前記固体残留物から金属を除去することは、金属含有量が前記固体残留物の総重量の０．１％以下となるまで実施され、その後、蒸気チャンバ内で２５０～３５０℃の過熱蒸気で前記固体残留物の処理及び活性化が行われ、活性化された前記固体残留物はボルテックスミル内で粉砕され、
   前記固体残留物の二段階分類が風ふるい器で行われ、そこから細粒断片が電気質量分級機に送られ、さらに細かく分類され、大きな断片がスクリーニングされ、ホッパーに送られ、さらに熱炉に送られ、残留炭素が除去され、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）からなる鉱物質成分である追加的標的生成物が生成されるか、または前記ボルテックスミルに送られ再粉砕され、
   前記固体残留物の前記細粒断片の、４５μｍ未満（Ｆ１＜４５μｍ）の断片Ｆ１、および、４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）の断片Ｆ２への分離は、前記電気質量分級機において行われ、
   前記電気質量分級機からの４５μｍ超（Ｆ２＞４５μｍ）の断片Ｆ２の前記固体残留物の粉末は、再度微粉砕するために前記ボルテックスミルに返送され、
   前記電気質量分級機からの４５μｍ未満（Ｆ１＜４５μｍ）の粉末の断片Ｆ１は、貯蔵箱へ送られることを特徴とする、方法。

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