タイヤの熱分解は、酸素がない状態で起こる複雑な熱分解プロセスであり、ゴムをより小さな分子、ガス、固体残渣に分解する。このプロセスは、温度、圧力、時間、雰囲気、供給速度、タイヤの物理的・化学的特性など、いくつかの要因に影響される。熱分解の主な原因は熱を加えることで、ゴムの主鎖がモノマー、バイオポリマー、断片に分解される。これらが重合して様々なオレフィンになり、固体の炭素が残る。タイヤの熱分解の最終生成物には、燃料油、未凝縮ガス、カーボンブラック、鋼線などがある。これらの製品の効率と組成は、プロセス条件と原料の性質に依存する。
キーポイントの説明
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温度:
- 温度はタイヤの熱分解において最も重要な要素である。温度が上がると、ゴムは一連の相変化と化学反応を起こす。
- 100℃前後でタイヤ中の小さな分子が揮発し始める。
- 140℃でタイヤが溶けて液状になる。
- 260℃から280℃の間で、ゴムの主鎖に亀裂が入り、より小さな分子が形成され、それが重合してさまざまなオレフィンになる。
- 一般に、温度が高いと非凝縮性ガスの発生が多くなり、温度が低いとカーボンブラックのような高品質の固形物の発生が多くなる。
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大気:
- 熱分解には、燃焼を防ぎゴムの熱分解を確実にするため、酸素のない環境が必要である。
- 酸素がないため、ゴムは燃焼することなく、より小さな分子に分解され、熱分解油、ガス、固体残留物が生成される。
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時間（滞留時間）:
- 滞留時間として知られる熱分解プロセスの時間は、熱変換の程度と最終生成物の組成に影響する。
- 滞留時間が長いほど、ゴムがより完全に分解され、ガスとオイルの収率が高くなります。
- 一般的な熱分解プロセスは3～5時間ですが、これは特定の条件や望ましい結果によって異なります。
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供給速度と粒子径:
- タイヤをリアクターに投入する速度とタイヤの粒子径は、熱分解プロセスの効率に影響を与える。
- 粒子径が小さいほど熱分解が早く、熱分解油の量が多くなる。
- 全タイヤ、半分に切ったタイヤ、または細断したタイヤを使用できるが、鋼鉄と繊維の大部分を除去した細断タイヤの方が安定した結果が得られる傾向がある。
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圧力:
- 圧力は温度ほど重要ではないが、熱分解プロセスに影響を与える。
- 圧力が高いと、発生するガスの密度が高くなり、凝縮プロセスや熱分解油の収率に影響を与える可能性がある。
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原料の性質:
- 繊維やスチールの有無などタイヤの組成は、熱分解プロセスや最終製品の特性に影響を与える。
- 丸ごとのタイヤは繊維やスチールを含み、プロセスを複雑にする可能性があるが、スチールや繊維の大部分を除去したシュレッドタイヤは、より安定した結果をもたらす傾向がある。
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最終製品:
- タイヤの熱分解の主な最終生成物は、燃料油、未凝縮ガス、カーボンブラック、鋼線である。
- 燃料油は暖房、発電、水素製造に利用できる。
- 未凝縮ガスは、貯蔵または燃料として使用する前に、脱硫および洗浄することができる。
- カーボンブラックは、様々な産業用途に使用できる貴重な固体残渣である。
- スチールワイヤーは回収し、リサイクルすることができる。
要約すると、タイヤの熱分解は、酸素のない環境で熱を加えることによって起こり、ゴムをより小さな分子、ガス、固体残渣に熱分解させる。最終生成物の効率と組成は、温度、雰囲気、滞留時間、供給速度、粒子径、圧力、原料の性質などの要因に影響される。これらの要因を理解することは、熱分解プロセスを最適化し、最終生成物の収量と品質を最大化する上で極めて重要である。
要約表
| キーファクター | 熱分解への影響 |
|---|---|
| 温度 | 温度が高いとガスの発生が増加し、低いとカーボンブラックのような固形物が生成される。 |
| 大気 | 酸素のない環境は燃焼を防ぎ、熱分解を可能にする。 |
| 滞留時間 | 滞留時間が長いと、ゴムが完全に分解されるため、ガスとオイルの収率が向上します。 |
| 供給速度/サイズ | より小さな粒子と細断されたタイヤは、効率と一貫性を向上させます。 |
| 圧力 | 圧力が高いほど、ガス密度とオイル収率に影響する可能性がある。 |
| 原料の性質 | スチール/繊維を除去したシュレッドタイヤは、より安定した結果をもたらす。 |
| 最終製品 | 燃料油、未凝縮ガス、カーボンブラック、スチールワイヤーが主な生産物です。 |
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