(57)【要約】【課題】廃タイヤが裁断されたタイヤ片を効率的に処理し油分および残留分を製造する方法を提案する。【解決手段】粉砕され、金属を分離除去されたタイヤ片を、薄膜蒸留装置で加熱して油分と残留分とに分離する、タイヤ片からの油分および残留分の製造方法。【選択図】図１
2020076020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕され金属と分離除去されたタイヤ片を、薄膜蒸留装置で加熱して油分と残留分とに分離する、タイヤ片からの油分および残留分の製造方法。
【請求項２】
前記タイヤ片に残る残留金属片の割合が、１質量％以下とされた請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記タイヤ片に含まれる残留金属片の最大粒径が、１０ｍｍ以下とされた請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
薄膜蒸留装置が、装置の壁面に沿って薄膜状にした液体を加熱蒸発させる機構を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
得られた油分を蒸留して、軽質油および重油を得る工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
得られた残留分が、炭素材料およびケイ素を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
タイヤ片から分離除去した金属片を回収する工程をさらに含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記薄膜蒸留装置が、タイヤ片を混合しながら油分と残留分とに分離する円筒状の蒸留室と、該蒸留室の底部に縦型に配置されたサイクロンフィン又は該蒸留室に横型に配置されたサイクロンフィンとを有し、当該サイクロンフィンは回転しながら粉砕されたタイヤ片を掻き上げ、かつその遠心力によりタイヤ片に由来する液体を円筒状の蒸留室の円筒面に薄膜状に押しやる、請求項１〜７のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記縦型に配置されたサイクロンフィンが平面視において円形であり、前記円筒状の蒸留室の底面に沿って伸びる羽根基部と、該羽根基部から外周に沿って円周方向に延び、かつ前記底面から離れる方向に延びる羽根先端部とを有する請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記縦型に配置されたサイクロンフィンの外形をなす円形が、前記蒸留室の底面の円形と略一致するが僅かに小さく、前記サイクロンフィンが平面視において前記蒸留室の底面に包含される、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記蒸留室の側面が、蒸留室の円筒面に沿って流通するスチームにより加熱されている請求項８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記薄膜蒸留の蒸留面では水分の蒸発がおこり該水分が蒸留室内に放散し、当該水分は蒸留室内を上昇して装置上部の排出口から排出される、請求項１１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ片からの油分および残留分の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤの廃棄処理は深刻な環境課題となっている。その廃棄量が少なくないことはもとより、カーボンブラックが混錬され加硫されたタイヤゴムは溶剤などへの溶解性が低く、緩和な処理による再利用が極めて難しい。タイヤのカーカスプライ、ベルト、ビードなどに金属が適用され、強固に接着されたゴムと金属とが混在することも、廃棄処理を困難なものとしている。
【０００３】
多くの廃タイヤは、そのまま燃焼させるか、可燃物は燃焼させ残さとして炭素材料や金属材料を回収することが行われている（特許文献１、２）。あるいは、ゴム成分を蒸留して炭化物と油分を回収することも行われている（特許文献３〜６）。ゴム成分を蒸留して炭化物と油分を回収する方法は、資源の有効利用という観点からは、極めて有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３００００６号公報
【特許文献２】特開２０１７−１８０９２２号公報
【特許文献３】特開２０００−０８６２２４号公報
【特許文献４】特開２０１０−０１３５７７号公報
【特許文献５】特開２０１０−１３８３３３号公報
【特許文献６】特開２０１０−１３８３３４号公報
【特許文献７】特開２００７−０３８０５６号公報
【特許文献８】特開２００９−２０７９５９号公報
【特許文献９】特開２００３−１２６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、多量のカーボンブラック等の補強材を含有する廃タイヤを蒸留すると、多量の固形分が生成するために、蒸留のための熱分をゴム成分にスムーズに伝達することは難しく、特許文献３〜６のような提案があるにも関わらず、実用化されている方法や装置は無いのが実状である。
【０００６】
本発明者は、多量の固形分が生成するために、蒸留のための熱分をゴム成分にスムーズに伝達することが難しい廃タイヤを蒸留して、可能な限りの油分を回収する方法及び装置を探索した。その結果、加熱容器内でフィンを稼働させフィンの表面で熱分をゴム成分に伝達し、かつフィンが稼働するサイクロンフィンを有する蒸留装置（以下、薄膜蒸留装置と呼ぶ）は、多量の固形分が共存しても、容易に運転することが可能であることを見出した。この薄膜蒸留装置は、廃棄物から水分を除去するためとの乾燥機として用いられていたものであるが、本発明者らが検討した結果、運転温度をゴム成分から生成する油分の蒸留に適した温度及び圧力に設定することで、廃タイヤを蒸留して油分及び固形分をそれぞれ回収できることを見出した。
【０００７】
しかし、廃タイヤには前述のようにワイヤーが含まれており、廃タイヤは適当な大きさ（例えば、１辺が５ｃｍ）に破断したタイヤ片として蒸留装置に供給したが、粉末の固形分を含んでも運転に支障は無いサイクロンフィンを有する蒸留装置でも、短いワイヤーであっても含まれていると、運転中にワイヤー同士が絡まり大きさが成長し、サイクロンフィンと蒸留装置の壁との間に挟まり、運転を妨げあるいは、蒸留装置からの除去が困難になるという新たな課題を見出した。
【０００８】
そこで本発明は、サイクロンフィンを有する蒸留装置（薄膜蒸留装置）を用いる廃タイヤが裁断されたタイヤ片から、油分および残留分（以下、これらを総称して油分等と称する）を安定的に製造する新規な方法の提案を目的とする。このとき、必要に応じて、再利用を容易にする形態で廃タイヤを処理し、油分と、カーボンブラックやケイ素化合物などの固形分とを好適に分離して油分等を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記新たな課題は、廃タイヤを破砕する際に、含まれる金属を分離して、金属の含有量が所定以下になったタイヤ片（ゴムチップ）を薄膜蒸留装置の原料とすることで解決することができる、ことを見出した。
上記新たな課題を解決する手段は、以下の通りである。
＜１＞粉砕され金属と分離除去されたタイヤ片を、薄膜蒸留装置で加熱して油分と残留分とに分離する、タイヤ片からの油分および残留分の製造方法。
＜２＞前記タイヤ片に残る残留金属片の割合が、1質量％以下とされた＜１＞に記載の製造方法。
＜３＞前記タイヤ片に含まれる残留金属片の最大粒径が、１０ｍｍ以下とされた＜１＞又は＜２＞に記載の製造方法。
＜４＞薄膜蒸留装置が、装置の壁面に沿って薄膜状にした液体を加熱蒸発させる機構を有する、＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の製造方法。
＜５＞得られた油分を蒸留して、軽質油および重油を得る工程をさらに含む、＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の製造方法。
＜６＞得られた残留分が、炭素材料およびケイ素を含む＜１＞〜＜５＞のいずれか１つに記載の製造方法。
＜７＞タイヤ片から分離除去した金属片を回収する工程をさらに含む＜１＞〜＜６＞のいずれか１つに記載の製造方法。
＜８＞前記薄膜蒸留装置が、タイヤ片を混合しながら油分と残留分とに分離する円筒状の蒸留室と、該蒸留室の底部に縦型に配置されたサイクロンフィン又は該蒸留室に横型に配置されたサイクロンフィンとを有し、当該サイクロンフィンは回転しながら粉砕されたタイヤ片を掻き上げ、かつその遠心力によりタイヤ片に由来する成分を円筒状の蒸留室の円筒面に薄膜状に押しやる、＜１＞〜＜７＞のいずれか１つに記載の製造方法。
＜９＞前記縦型に配置されたサイクロンフィンは、平面視において円形であり、前記円筒状の蒸留室の底面に沿って伸びる羽根基部と、該羽根基部から外周に沿って円周方向に延び、かつ前記底面から離れる方向に延びる羽根先端部とを有する＜８＞に記載の製造方法。
＜１０＞前記縦型に配置されたサイクロンフィンの外形をなす円形が、前記蒸留室の底面の円形と略一致するが僅かに小さく、前記サイクロンフィンが平面視において前記蒸留室の底面に包含される、＜９＞に記載の製造方法。
＜１１＞前記蒸留室の円筒面が、蒸留室の円筒面に沿って流通するスチームにより加熱されている＜８＞〜＜１０＞のいずれか１つに記載の製造方法。
＜１２＞前記薄膜蒸留の蒸留面では水分の蒸発がおこり該水分が蒸留室内に放散し、当該水分は蒸留室内を上昇して装置上部の排出口から排出される、＜１１＞に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、廃タイヤを処理し、油分と、カーボンブラックやケイ素化合物などの固形分とを好適に分離して油分等を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の製造方法を利用した廃タイヤ処理の全体像（一例）を示すフローチャートである。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係る縦型の薄膜蒸留装置（油分等製造装置）を模式的に示した側断面図である。
【図３】図２に示したＩＩで矢視した部分等における薄膜の状態を模式的に拡大して示す拡大断面図である。
【図４】図２に示したＩＩで矢視した部分のやや下方における熱の移動（対流）を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】本発明に好適に用いることができるサイクロンフィンの一例を模式的に示す平面図である。
【図６】図５に示したサイクロンフィンの側面図である。
【図７】本発明に好適に用いることができるサイクロンフィンの別の例を模式的に示す平面図である。
【図８】図７に示したサイクロンフィンの側面図である。
【図９】本発明に好適に用いることができるサイクロンフィンのさらに別の例を模式的に示す平面図である。
【図１０】図９に示したサイクロンフィンの側面図である。
【図１１】本発明の好ましい実施形態に係るタイヤ処理システムを模式的に示したフローシート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。但し、実施例は本発明の例示であって、本発明は実施例に限定される意図ではない。
【００１３】
図１は、本発明の製造方法を含む廃タイヤ処理の全体像（一例）を示すフローチャートである。原料となる廃タイヤは、まず破砕分離処理に回される。破砕分離処理においては、タイヤを細かく裁断するとともに、裁断によって得られるタイヤ片からワイヤーを分離し、金属片の含有量を低減したゴムチップを得る。裁断によって得られるゴムチップの寸法は、後述する薄膜蒸留における蒸留の効率を考慮すると小さい方が好ましく、例えば、１辺の長さが１〜１０ｃｍ、好ましく２〜７ｃｍ程度とするか、あるいは断片をさらに顆粒状にした物であることもでき、顆粒状の場合の粒子径は、０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜５ｍｍである。顆粒状の場合には、薄膜蒸留における蒸留の効率をより高くすることができ回収できる油分の量を増大することが可能であると共に、金属片の混入量をより低減でき、その結果、残留分に含まれる金属含有量を、ゴムチップを用いる場合に比べて大幅に低減できる。残留分に含まれる金属含有量を大幅に低減し、可能な限りゼロに近づけることで、残留分のタイヤ原料としての再利用に非常に有利である。
【００１４】
この裁断に、例えば、上記特許文献７及び８に記載の裁断機を用いることができる。特許文献７及び８に開示の装置では、両側一対の破砕刃体がカミ合いを利用してタイヤを裁断していく。このとき、破砕刃体は回転自在に配設され、該上部の両側破砕刃体に各々カミ合わせるべく同下部に両側一対の破砕刃体がカミ合いつつ外向きに回転自在に配設されている。さらに、下部の両側破砕刃体に各々カミ合わせるべくケーシング内の下部両側に各々固定刃が配設されている。上記上下部の両側破砕刃体は各々回転軸にディスク状の破砕刃を交互にカミ合わせ自在に周設して形成されると共に、（１）上部の両側破砕刃体を構成する破砕刃間、（２）上部の両側破砕刃体を構成する破砕刃と下部両側の破砕刃体を構成する破砕刃との間、及び（３）下部破砕刃体を構成する破砕刃と固定刃との間には各々カミ合せ時にワイヤーを挟持させるよう所要幅の隙間が形成されている。これにより、投入口より廃タイヤチップを投入し、タイヤ片をワイヤーとゴムチップとに分離することができる。
【００１５】
あるいは、特許文献９の技術では、ケーシングの上下端に各々投入ホッパーと排出シュ−トとが接続された装置が開示されている。このケーシング内には周方向に環状の凹凸刃部を備えた中速粉砕刃と低速粉砕刃とが噛み合い自在に並設されている。このとき、中速粉砕刃と低速粉砕刃の凹凸刃部外表面には各々ダイヤモンド電着層が被覆形成されると共に、中速粉砕刃と低速粉砕刃とは略臼状にゴムチップを擦り潰すべく同一方向に回転自在とされている。これにより、ゴムチップの擦り潰し面積を増大させることができる、さらにゴムチップの擦り潰し時間を著しく増大させ、ゴムチップを迅速、かつ、確実に作業能率よく微粉砕せしめることができるとされている。
【００１６】
タイヤが破砕され分離除去された金属片は、これを回収して再利用することが好ましい。再利用に際しては、金属片に付着した不純物を除去する処理や、その他の必要な改質処理などを施すことができる。再利用先は特に限定されず、タイヤのスチールコードの材料にするなど、目的に応じた状態にして再利用に供することができる。
【００１７】
タイヤが破砕され、タイヤチップにされた後は、後述する本発明の油分等の製造方法を適用して、得られるタイヤ片（ゴムチップ）をさらに処理する。このゴムチップには実質的に金属片が残されていないことが好ましい。前記タイヤ片は金属片が分離除去されたものであり、タイヤ片に残る残留金属片の割合が、１質量％以下とされていることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましく、０．０１質量％以下であることがさらに好ましい。下限値は特に制限されないが、０．００１質量％以上であることが実際的である。
【００１８】
前記タイヤ片に含まれる残留金属片の最大粒径が、１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることがさらに好ましい。下限値は特に制限されないが、０．１ｍｍ以上であることが実際的である。
【００１９】
図２は、本発明の好ましい実施形態に係るタイヤ片から油分および残留分を製造する縦型の装置（以下、薄膜蒸留装置ないし油分等製造装置ということがある）を模式的に示した側断面図である。本実施形態の薄膜蒸留装置１０によればタイヤを細かく破砕したタイヤ片を好適に処理し、油分等を製造することができる。以下、図面を参照しながらその手順を示す。
【００２０】
タイヤ片（原料）は装置本体５のタイヤ片投入口５１から装置内に投入される（矢印Ｓ1）。タイヤ片投入口５１の配管にはニーダーが具備されており、タイヤ片どうしが付着しているような場合にも、ここで細かく分離され、装置内の円筒状の蒸留室Ｖへと導入される。蒸留室Ｖには、その底面５７ａ近傍に第一サイクロンフィン（掻き上げ攪拌羽根）１が具備されている。第一サイクロンフィン１は、モーター５６の回転に伴い軸５５が回転し、そこから延びる羽根基部１ｂおよび羽根先端部１ａが、正方向Ｒ1（羽根先端の前端１ｃ方向：図５）に回転する。第一サイクロンフィン１が正方向Ｒ1に回転すると、内容物を回転にともなって攪拌しながら、装置の上方に掻き上げる動きが加わる。これは、図示したように、羽根先端部１ａの跳ね上げ形態によるものである。なお、本明細書においてタイヤ片とはタイヤを裁断したものを含み、金属が除かれていないものも、金属を除いたものも含む意味である。また、形態は特に限定されず、チップ状のものから、顆粒状のものまで含むものである。ただし、特に金属を除いたものを区別する意味で、これをゴム片と呼ぶことがある。ゴム片もチップ状のものから、顆粒状のものまで含む意味である。
【００２１】
第一サイクロンフィン１についてさらに詳しく説明する。図５、図６は第一サイクロンフィン１を模式的に示した平面図と側面図である。本実施形態のサイクロンフィンは平面視において円板形状であり、羽根先端部１ａはその外周に位置し、羽根基部１ｂ側の前端１ｃ（図５参照）から後端１ｄに向かうにつれ上方に跳ね上がる形状とされている（この形状を跳ね上げ形態と称することがある）。換言すると、前記サイクロンフィン１が円筒状の蒸留室底部５７の底面５７ａに沿って伸びる羽根基部１ｂと、該羽根基部１ｂから円周方向に延び、かつ前記底面から離れる方向（上方）に延びる羽根先端部１ａとを有している。つまり、羽根先端部１ａは第一サイクロンフィン１の外周にそって円弧状に前端１ｃから後端１ｄに沿って延び、かつ、前端１ｃから後端１ｄに向かうにつれて装置上方に位置するように側面視において斜めになる形状とされている。
【００２２】
ここで重要なことは回転方向である。本実施形態のサイクロンフィン１で言うと、図中の正方向Ｒ1（図２、図５〜図１０参照）に向けて回転するようにされている。これを羽根先端部１ａの動きで言うと、後端１ｄから前端１ｃに向かう矢印の方向でサイクロンフィンが移動していく。これにより、前端１ｃでタイヤ片を掻き上げ、底面から離れ、上方に移行する羽根先端部１ａの上面に沿ってタイヤ片が持ち上げられ上方に移行する。このようにしてタイヤ片は掻き上げられる。また、タイヤ片だけでなく、蒸留室Ｖ内の気体や液体も上方に向け押し上げられ、上方に向けた気流・液流が室内に生じる（例えば水分の移行方向Ｑ1参照）。これは、後述するサイクロンフィン２においても同様であり、本実施形態においては、この２つのサイクロンフィン１，２の正方向への回転で、室内に上昇する流れが作出されている。ただし、蒸留室Ｖ内は温められており、その熱により上昇する気流が生じている。
【００２３】
第一サイクロンフィン１は、図５で示したとおり羽根先端部１ａの長さが長く、平面視においてその後端１ｄが隣りの羽根の羽根前端１ｃを跨ぎその面が重なり合う関係とされている。このように、十分に長い羽根先端部１ａをもつことにより、第一サイクロンフィン１が回転したときに、系内に十分に強い掻き上げ力が得られる。
【００２４】
図７および図８は装置の中間位置に配置された、第二サイクロンフィン１２を模式的に示す平面図と側面図である。図示したとおり、第二サイクロンフィン１２においては、比較的短めの羽根先端部２ａを有している。つまり、平面視において、羽根先端部２ａの前端２ｃと隣接する羽根先端部の後端２ｄとが重ならない設定とされている。装置の中間位置では装置の天部５８が近接しており、過剰に強い掻き上げ力が生じると、かえってその作用を阻害する場合がある。本実施形態においては、そのような過剰になることを避け、底部の第一サイクロンフィン１と連繋した適当な掻き上げ力が得られる羽根先端部２ａの設定とされている。
【００２５】
本発明において、薄膜蒸留装置（油分等製造装置）における、サイクロンフィンの組み合わせはとくに限定されないが、図２に示した装置のように、底部には大きな羽根先端部を有する、より掻き上げ力の強いものを配置し、装置の中部から上部にかけては、羽根先端部がより小さく掻き上げ力を適度に抑えたものを利用することが好ましい。このようにすることで、蒸留室内全体の掻き上げ力を均一化することができる。上述のように、掻き上げ力が強すぎて蒸留室の天部５８（天面５８ａ）にタイヤ片をぶつけたり、気体や液体の流れが天面５８ａではねかえり乱流が生じることを防ぐことができる。
【００２６】
図９および図１０はサイクロンフィンの変形例であり、図６および図７のものが３枚の羽根であったのに対し、本実施形態では６枚の羽根が設けられている。本実施形態に係る第三サイクロンフィン３では、その羽根基部３ｂから前端３ｃを介して羽根先端部３ａが後端３ｄに向けて平面視において円周に沿って延び円弧状に形成されている。第三サイクロンフィン３においては、羽根先端部３ａが比較的短めに設定されており、平面視において、その後端部３ｄと隣接する前端部３ｃとが重ならない設定とされている。
【００２７】
さらに、本発明の好ましい実施形態に係るサイクロンフィンについて、図２〜図４を参照して、とくに作用の点に触れながら説明する。本実施形態においては、蒸留室Ｖ内の底部と中間部で、サイクロンフィン１とサイクロンフィン２とが正方向Ｒ1に回転し、遠心力と掻き上げ力が室内に作用している。また、装置側面のスチーム５３により装置側面５４ａが加熱され、室内に熱が伝わるようにされている。これらの作用が相まって、タイヤの油分および残留分は、蒸留室内の側面（加熱面）５４ａに追いやられ、かつ、加熱されて上方にいくほど薄くなる薄膜７を形成している。加熱された薄膜からは蒸留面６を介して水分が活発に蒸発して蒸留室内に放散される。蒸留室Ｖ内の水分は加熱により上昇し、装置上部の排出口５９から排出される。さらに、第一サイクロンフィン１を例にして具体的にみると、サイクロンフィン１は正方向Ｒ1に向けて回転することにより、タイヤ片を装置の上方に向けて掻き上げると同時に、タイヤ片に由来する成分（一例としては過半が液体成分であり油分および水分を含む）を遠心力により装置側壁５４の加熱面５４ａに薄膜状に押しやっている。サイクロンフィンの回転により、遠心力が働き、これによって加熱面５４ａに液体の成分の薄膜が形成されると解される。この油分の薄膜の状態を模式的に図３に示している。この際、遠心力の作用により、より重い成分、つまり含水率の高いものが優先的に加熱面に押しやられると考えられる。そして加熱されて含水率の低くなった油分等は蒸発面６に移動し、より一層活発に水分を蒸発させると解される。蒸発面は図示したように、側壁面５４ａに対してフィンを底面としてすそのを引いた形状になると想定される。これは、サイクロンフィンの回転による遠心力と巻き上げ力、油分および水分の重さ等が関係すると解される。蒸発面６からは水分の蒸発と散逸が活発に生じていると解され、このときに水分が移行すると解される方向を蒸発方向Ｑ1として示している。蒸発した水分は、上述のとおり、上記排出口５９を介して系外に放出される（矢印Ｓ3）。なお、ここで説明する作用機構は推定を含んでおり、この説明により本発明が限定して、あるいは明確性を欠くものとして解釈されるものではない。このことは、以下の説明について同様である。
【００２８】
本実施形態においては、円筒形の装置の側面を覆う形でスチーム５３が装置の下側のスチーム導入口５３ａ（矢印Ｓ51）から導入され、装置の上側にあるスチーム排出口５３ｂ（矢印Ｓ52）から排出されている。このように、蒸留室Ｖの側壁５４に沿って流通するスチーム５３により、装置の側壁５４が加熱され加熱面５４ａの温度が高温に保持される。加熱面の温度は特に限定されないが、450〜850℃に維持されていることが好ましい。これにより、蒸留室Ｖの温度は300〜700℃程度に維持されていることが好ましい。上述したように、装置内では、遠心力による薄膜の形成と、加熱面における蒸発、重力による加熱面近傍での沈降が随時繰り返される。このとき、タイヤから抽出された油分が薄い膜となって加熱面に接触するため、加熱面と蒸発面とは薄膜の厚さで離間することとなる。図３のＩＩで示した付近は特に薄膜の厚さが薄く、加熱面５４ａと蒸発面６とが限りなく等しくなる。このため、本実施形態の薄膜蒸留装置によれば、加熱面における蒸発効率が極めて高く、一般的な蒸発装置の４〜６倍の蒸発効率を実現することが可能である。
【００２９】
本実施形態のサイクロンフィン１、２は、その形状から、スラリーなどの流動物でも掻き上げ、加熱面に薄膜状に接触させることができる。従来の方式ではキャリアーエアーを導入して蒸発水分を移動させる。そのため、廃水蒸気を冷却してもキャリアーエアーが廃ガスとなり臭気を含んだ大量の廃ガスが大気に放出される。本実施形態の薄膜蒸留装置１０はキャリアーエアーを必要としない。そのため、廃蒸気は冷却されるとほとんどが凝縮水となり廃ガスを放出しない。また、集塵機を必要とせず、凝縮水は透明な水として放出される（図１１、矢印Ｓ4参照）。さらに、キャリアーエアーの熱移動による熱量放散等のエネルギーロスが少なく、そのために処理効率を落とすことがない。ただし、本発明において、キャリアーエアーを用いることを妨げるものではない。
【００３０】
本実施形態の薄膜蒸留装置においては、上述のように、油分が薄膜状になって装置本体５の加熱面５４ａに接触する。このとき、一定の遠心力が働いているため、水分の多いものは遠心力により、自ずと加熱面５４ａに押しやられ、優先的に加熱される。そこで水分が蒸発し、軽くなった時点で、水分の多いものと移動交換される。図４ではこの状態を模式的に示している。加熱面側からスチームによる熱が伝えられる（熱移動Ｈ1）。この熱により薄膜内では上述した対流が生じる（対流Ｈ2）。薄膜の蒸発面６を超えて比較的沸点の低い水が蒸発していき、熱を放散させる（熱移動Ｈ3）。これが随時繰り返されるので超低含水率まで均一に処理することが可能になる。
【００３１】
本実施形態の薄膜蒸留装置は熱効率が高い。一例において、加熱面に１０〜３０ｍ／ｓないしそれ以上という非常に高速度で接触するため、系内の温度上昇速度を速くすることができる。この点、熱移動が早いだけで蒸発速度が遅くては、タイヤ片に熱量を保有させるだけで効果的な蒸留はできない。本実施形態の薄膜蒸留装置は図４のようにタイヤの油分を薄膜状にして加熱面５４ａに接触させるので、油分の蒸発面積が加熱面積と同等もしくは少し広くなる。加熱とほぼ同時に蒸発すると考えられるので、与えられた熱量は同時に蒸発拡散され、熱移動速度と熱蒸発放散速度のバランスが取れ処理効率が良くなるものと解される。
【００３２】
本実施形態の薄膜蒸留装置においては、サイクロンフィン（掻き上げ攪拌羽根）と加熱面５４ａの間には、異物がかみ込まないような構造とすることが好ましい。このようにすることで、稀に比較的大きな金属片が原料に残留していても運転の妨げにあることがなく好ましい。
【００３３】
本実施形態の薄膜蒸留装置のさらなる利点としては、増設が容易である点が挙げられる。これは、上述したように、本実施形態では、遠心力による加熱面への接触加熱を利用しているため、増設時の原料の移動を容易にすることができる。そのため、例えば、工場の生産量に合わせて１基ずつの増設が可能である。また、必要とする含水率の油分等が取り出せる連続バッチ方式にも対応できるため、１回の投入量を少量とすることもできる。また、処理時間を任意に設定できるため、処理時間を短くしたり長くしたりすることにより、必要とする含水率の油分等を適宜取り出すことができる。
【００３４】
本実施形態の薄膜蒸留装置は、薄膜接触方式であるため、加熱面の接触速度が早く短時間で均一に処理できる。そのため、変質やムラがない高品質の油分等を得ることができる。また、廃ガスと同伴する粉塵が発生しないので、製品の歩留まりが非常に高くなる。上述のように本体設備はもとより、これに付属するボイラー設備、電気設備、基礎工事、建家工事及び敷地使用面積が大幅に減り、全体的に設備費を低減することができる。構造的にも簡素であり、全体重量を抑えることができるため、ビルの屋上や屋内にも容易に設置できる。狭小な空間にも対応して設置することができる。さらに、構造が簡素なことで、保守管理が非常に容易という利点も挙げることができる。運転操作も容易であり、無人運転も可能となる。
【００３５】
薄膜蒸留装置の大きさは特に限定されず、適宜設計することができる。タイヤ片の大きさも特に限定されず、前述のように、裁断によって得られるゴムチップは、例えば、１辺の長さが１〜１０ｃｍ、好ましく２〜７ｃｍ程度とし、ゴム断片をさらに顆粒状にした場合の粒子径は、０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜５ｍｍである。ただし、本発明においては、タイヤ片の大きさがばらついても運転することができ、効果的に油分等を製造することができる点が利点の一つである。
【００３６】
本実施形態の装置によれば、満遍なく全体に熱がかかる方法で薄膜蒸留することで、その縦型・横型に関わらずタイヤチップから油と炭化物を得ることができる。すなわち、本発明において薄膜蒸留装置は、図示した縦型のものに限らず、上記機能を発揮できる物であれば、横型を含むどのような形式でもよい。
【００３７】
サイクロンフィンの大きさは特に限定されないが、装置本体の大きさに応じて適宜設定することができる。具体的に本実施形態では、サイクロンフィン１，２の外形をなす円形が、蒸留室Ｖの底面５７ａの円形と略一致するが僅かに小さく、サイクロンフィン１，２が平面視において前記蒸留室の底面５７ａに包含される形態となっている。
【００３８】
本発明の製造方法において製造される残留分としては、炭素材料および二酸化ケイ素のようなケイ素含有化合物が挙げられる。さらに詳しくは、タイヤに含まれるカーボンブラックや、タイヤゴムまたはその成分に由来する炭化水素類、シリカなどのケイ素化合物等が挙げられる。
【００３９】
本発明の製造方法においては、上記油分等以外の副生物があってもよい。例えば、タイヤ片の処理に伴い発生する気体成分があってもよい。気体成分としては、例えば、タイヤゴムないしその成分に由来する低分子の炭化水素類が挙げられる。本発明の製造方法によれば、タイヤゴムを燃焼する処理に比べて、二酸化炭素の排出量を大幅に低減することができる。装置を運転するための電力消費に相当する換算二酸化炭素量の排出はあるが、タイヤ片が燃焼して放出される二酸化炭素は実質的にない。この点でも、極めて環境適合性の高い技術と言える。また、ガスバーナーを用いるものと比べ潜熱を取りやすく、熱効率がよくなる。
【００４０】
図１１は本発明の薄膜蒸留装置を利用した油分等の製造システム１００のフローシートである。本実施形態の薄膜蒸留装置１０は装置室内に２枚のサイクロンフィン１，２を具備している。これによりタイヤ片から出される油分等を装置側面の加熱面５４ａに密着させ薄膜状にし、蒸発面６を系内に作出し、上述したような効率的な加熱処理を実現する。タイヤ原料が装置側部下方から導入され（矢印Ｓ1）、製品である油分および残留分は装置側部下方の油分等排出口５２から得られる（矢印Ｓ2）。装置を加熱するためのスチームは装置側部下方からスチーム室５３に供給され（矢印Ｓ51）、装置側面を加熱し、装置側部上方から排出される（矢印Ｓ52）。油分等と分離された水分は蒸気となって装置上方から排出される（矢印Ｓ3）。蒸気は連繋配管を通って間接コンデンサー２０に導入される。間接コンデンサーには、クーリングタワー３０から冷却水がポンプ３１を介して供給され（矢印Ｓ6）、内部が冷却される。ここで、水蒸気は再度結露し凝縮水として回収される（矢印Ｓ4）。コンデンサーを循環した冷却媒は温められており、クーリングタワーに回収される（矢印Ｓ7）。間接コンデンサー２０の内部のガスはブロワ２１を介して排出される。
【００４１】
本発明の一実施形態において、タイヤ油と固形分（カーボンブラック、シリカ等）と、気化分とに分離される。そのうち、タイヤ油と固形分は回収され再利用される。固形分は、必要により、粉砕して粒径をそろえたり、不純物を取り除いたりなどの処理を経て、再利用に供される。例えば、タイヤの製造に用いることも可能である。タイヤ油は必要により蒸留して、軽質油と重油とに分離される。軽質油と重油は一般に需要は旺盛であり、さまざまな分野で原料または燃料として利用される。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態によれば、図１に示したように原料タイヤの４０質量％をタイヤ油として得ることができる。さらに、カーボンブラック等の固形分は２４〜３２質量％であり、これはタイヤに戻す完全再利用も実際的である。合計で、６４〜７２質量％のリサイクルが可能である。本発明の好ましい実施形態によれば、ほぼ完全に燃焼していたものに比し、大幅にリサイクル率を向上させることができる。
【実施例】
【００４３】
以下に実施例を通じて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。
【００４４】
廃タイヤから破砕して得たタイヤ片を用いて、この処理の実験を行った。タイヤチップはおよそ１辺が約５ｃｍの立方体状に切りそろえられていた。顆粒状とされたものは、球相当直径において、２〜３ｍｍ程度に微細化されていた。廃タイヤの破砕分離処理は、カミ合わせ式の破砕刃を具備した装置を用いて行った。実験は日にちを変えて、４回行った。結果を下表１に示す。
【００４５】
処理装置は図示したものと同様に、サイクロンフィンを２枚備えていた。底部の第一サイクロンフィン１１は図示したものと同様に、羽根先端の前端と後端が平面視において重なるようにされたものである。装置中ほどの第二サイクロンフィン１２は図示したものと同様に、羽根先端の前端と後端が平面視において重ならないようにされたものである。
【００４６】
【表１】
2020076020.tif 000003
【００４７】
表１に示す結果から、薄膜蒸留する対象が破砕品（ゴムチップ）である場合、油分の回収率は約４２〜４３％であった。それに対して薄膜蒸留する対象が顆粒状物である場合の油分の回収率は約４８％であり、蒸留効率がより高いことが分かる。また、薄膜蒸留する対象が破砕品（ゴムチップ）である場合に比べて顆粒状物である場合の方が、残留分に含まれる金属物の含有量は低減でき、再利用される際に好ましい。さらに実施例２で得られた残留分（固形分）の元素分析を行った。その結果を下記表２〜４に示した。表２の結果からは、この残留分がオイルコークスの代替品として好適に使用することができる。表３及び４の結果からは、残留分がタイヤの製造に再利用することができることが分かる。
【００４８】
【表２】
2020076020.tif 000004
【００４９】
【表３】
2020076020.tif 000005
【００５０】
【表４】
2020076020.tif 000006
【００５１】
上記の結果から、本発明により、タイヤ片を原料に用いて油分（タイヤ油）および残留分（炭化物等の固形分）を好適に製造することができることが分かる。特に、タイヤ片を１００質量％としたときに、回収油量は４０質量％を超え、残留分（炭化物量）との合計では８０質量％を超えており、高収率で油分および残留分を製造することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１、２、３  サイクロンフィン（掻き上げ攪拌羽根）
１ａ、２ａ、３ａ  基部
１ｂ、２ｂ、３ｂ  先端部
１ｃ、２ｃ、３ｃ  前端
１ｄ、２ｄ、３ｄ  後端
３ｅ  中央部
５  装置本体
５１  タイヤ投入口
５２  油分等排出口
５３  スチーム（ジャケット）
５３ａ  スチーム導入口
５３ｂ  スチーム排出口
５４  側壁
５４ａ  側面（加熱面）
５５  回転軸
５６  モーター
５７  装置底部
５７ａ  底面
５８  天部
５８ａ  天面
６  蒸留面
７  模式化して示した液体（油分）
８  脚
１０  油分製造装置（薄膜蒸留装置）
２０  間接コンデンサー
３０  クーリングタワー
１００  タイヤ処理システム
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の油分および残留分の製造方法は、タイヤの廃棄処理に好適に適用することができる。製造される油分および残留分はタイヤの製造原料をはじめ、各種のゴム製品や樹脂製品の原材料、燃料として好適に用いることができる。
【図１】
2020076020.tif 000007
【図２】
2020076020.tif 000008
【図３】
2020076020.tif 000009
【図４】
2020076020.tif 000010
【図５】
2020076020.tif 000011
【図６】
2020076020.tif 000012
【図７】
2020076020.tif 000013
【図８】
2020076020.tif 000014
【図９】
2020076020.tif 000015
【図１０】
2020076020.tif 000016
【図１１】
2020076020.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月30日(2019.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕され金属と分離除去されたタイヤ片を、薄膜蒸留装置で加熱して油分と残留分とに分離する、タイヤ片からの油分および残留分の製造方法であって、
薄膜蒸留装置が、装置の壁面に沿って薄膜状にした液体を加熱蒸発させる機構を有し、
前記薄膜蒸留装置が、タイヤ片を混合しながら油分と残留分とに分離する円筒状で固定された装置本体およびその内部の蒸留室と、該蒸留室の底部に縦型に配置され、回転軸に連結されたサイクロンフィンとを有し、
当該サイクロンフィンは回転しながら粉砕されたタイヤ片を掻き上げ、かつその遠心力によりタイヤ片に由来する液体を円筒状の蒸留室の円筒面に薄膜状に押しつける、前記製造方法。
【請求項２】
前記タイヤ片に残る残留金属片の割合が、１質量％以下とされた請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記タイヤ片に含まれる残留金属片の最大粒径が、１０ｍｍ以下とされた請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
得られた油分を蒸留して、軽質油および重油を得る工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
得られた残留分が、炭素材料およびケイ素を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
タイヤ片から分離除去した金属片を回収する工程をさらに含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
の製造方法。
【請求項７】
前記縦型に配置されたサイクロンフィンが平面視において円形であり、前記円筒状の蒸留室の底面に沿って伸びる羽根基部と、該羽根基部から外周に沿って円周方向に延び、かつ前記底面から離れる方向に延びる羽根先端部とを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記縦型に配置されたサイクロンフィンの外形をなす円形が、前記蒸留室の底面の円形と略一致するが僅かに小さく、前記サイクロンフィンが平面視において前記蒸留室の底面に包含される、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記蒸留室の側面が、蒸留室の円筒面に沿って流通するスチームにより加熱されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記薄膜蒸留の蒸留面では水分の蒸発がおこり該水分が蒸留室内に放散し、当該水分は蒸留室内を上昇して装置上部の排出口から排出される、請求項９に記載の製造方法。                                                                                
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月16日(2019.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕され金属と分離除去され、残留金属片の割合が１質量％以下とされたタイヤ片を、薄膜蒸留装置で加熱して油分と残留分とに分離する、タイヤ片からの油分および残留分の製造方法であって、
薄膜蒸留装置が、装置の壁面に沿って薄膜状にした液体を加熱蒸発させる機構を有し、
前記薄膜蒸留装置が、タイヤ片を混合しながら油分と残留分とに分離する円筒状で固定された装置本体およびその内部の蒸留室と、該蒸留室の底部に縦型に配置され、回転軸に連結されたサイクロンフィンとを有し、
当該サイクロンフィンは回転しながら粉砕されたタイヤ片を掻き上げ、かつその遠心力によりタイヤ片に由来する液体を円筒状の蒸留室の円筒面に薄膜状に押しつける、前記製造方法。
【請求項２】
前記タイヤ片に含まれる残留金属片の最大粒径が、１０ｍｍ以下とされた請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
粉砕され金属と分離除去され、残留金属片の最大粒径が１０ｍｍ以下とされたタイヤ片を、薄膜蒸留装置で加熱して油分と残留分とに分離する、タイヤ片からの油分および残留分の製造方法であって、
薄膜蒸留装置が、装置の壁面に沿って薄膜状にした液体を加熱蒸発させる機構を有し、
前記薄膜蒸留装置が、タイヤ片を混合しながら油分と残留分とに分離する円筒状で固定された装置本体およびその内部の蒸留室と、該蒸留室の底部に縦型に配置され、回転軸に連結されたサイクロンフィンとを有し、
当該サイクロンフィンは回転しながら粉砕されたタイヤ片を掻き上げ、かつその遠心力によりタイヤ片に由来する液体を円筒状の蒸留室の円筒面に薄膜状に押しつける、前記製造方法。
【請求項４】
得られた油分を蒸留して、軽質油および重油を得る工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
得られた残留分が、炭素材料およびケイ素を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
タイヤ片から分離除去した金属片を回収する工程をさらに含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記縦型に配置されたサイクロンフィンが平面視において円形であり、前記円筒状の蒸留室の底面に沿って伸びる羽根基部と、該羽根基部から外周に沿って円周方向に延び、かつ前記底面から離れる方向に延びる羽根先端部とを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記縦型に配置されたサイクロンフィンの外形をなす円形が、前記蒸留室の底面の円形と略一致するが僅かに小さく、前記サイクロンフィンが平面視において前記蒸留室の底面に包含される、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記蒸留室の側面が、蒸留室の円筒面に沿って流通するスチームにより加熱されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記薄膜蒸留の蒸留面では水分の蒸発がおこり該水分が蒸留室内に放散し、当該水分は蒸留室内を上昇して装置上部の排出口から排出される、請求項９に記載の製造方法。