(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無酸素ガスを加熱するための熱交換器と、
熱分解ガスを排出する排出口及び無酸素ガスを導入する導入口を有し、内部に廃タイヤ裁断品を収容する熱分解炉を有し、該廃タイヤ裁断品を前記熱交換器で加熱した無酸素ガスと接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための熱分解処理装置と、
前記熱分解処理装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置と、
前記油分回収装置で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器に供給するための循環路と
を備える廃タイヤ裁断品の熱分解装置において、
前記無酸素ガスを導入する導入口及び前記熱分解ガスを排出する排出口は前記熱分解炉の底壁面と対向する前記熱分解炉の内壁面に設けられ、
前記無酸素ガスを導入する導入口が、熱分解炉の内壁から炉内空間へ突出している無酸素ガス導入管を有し、
前記熱分解炉の内径（ｄ１）と前記無酸素ガス導入管の先端から熱分解炉の底壁面までの距離（Ｄ）との比（Ｄ／ｄ１）が０．２〜０．４であり、
前記熱分解炉の内径（ｄ1）と前記無酸素ガス導入管の内径（ｄ2）との比（ｄ2／ｄ1）が０．１〜０．２５であり、
前記無酸素ガス導入管の開口面が、前記熱分解炉の底壁面と対向するように設置され、
前記廃タイヤ裁断品の熱分解後の熱分解炉に残る炭化物を回収することを特徴とする廃タイヤ裁断品の熱分解装置。
【請求項２】
前記無酸素ガス導入管の開口部が、無酸素ガス流動方向の下流側に向かって広がる形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の廃タイヤ裁断品の熱分解装置。
【請求項３】
前記無酸素ガス導入管の挿入された部分の側面に、一つ又は複数の孔が開けられていることを特徴とする請求項１に記載の廃タイヤ裁断品の熱分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子系廃棄物の熱分解装置に関し、特には、高分子系廃棄物の熱分解後に残る炭化物の黒鉛化を抑制し、該炭化物の酸化を抑えることも可能な高分子系廃棄物の熱分解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機能性の材料を開発する目的で、ゴム材料や樹脂材料等、様々な高分子系材料の工業化がなされているが、他方で、高分子工業の発展は、汎用材料の大量生産、大量消費をもたらし、高分子系廃棄物の処理は早急に解決すべき重要課題となっている。そして、この課題を解決するためには、高分子系材料の再利用化、リサイクル化等の技術的進展が肝要となる。例えば、ゴム材料であるタイヤは、モータリゼーションの発展と共に自動車必需部材として大量生産、大量消費がなされ、使用済みタイヤの数が膨大になっていることから、使用済みタイヤのリサイクル化・有効利用の研究が進められ、特に有用材料の回収が大きな課題となっている。
【０００３】
特開２００４−２７７６８７号公報（特許文献１）では、廃タイヤを乾留処理して得た炭化物を微粉砕して、これを密閉容器中で500℃以上に加熱し結晶化させ、これによりタイヤへの添加剤としてリサイクルできることが報告されている。しかしながら、高温処理により炭化物が黒鉛化することはよく知られており、また、特許文献１に記載の電子顕微鏡像は、カーボンブラックではなく黒鉛化した微粉末のものであると判断できる。このような黒鉛化された炭化物は熱処理による酸化によって表面が改質されており、これをゴム用補強剤として使用した場合、ゴム成分への補強効果がカーボンブラックに比べて大きく低下することは、当業者によく知られていることである。
【０００４】
特開２００６−３４９２２４号公報（特許文献２）では、廃タイヤをマイクロ波照射により予備加熱し、これをキルン型加熱炉内で熱分解して、得られた炭化物を活性炭として利用できることが報告されている。しかしながら、該炭化物がゴム用配合剤として利用できるとの記載はなく、更に特許文献２に記載の加熱炉の構造から、空気が比較的容易に加熱炉内に流入し、得られる炭化物の酸化度合いは大きくなり、多孔質の構造となるため、活性炭の原料としてこの炭化物を利用できると思われるが、ゴム成分への補強性は殆どないと考えられる。
【０００５】
特開２００７−７０１６７号公報（特許文献３）では、回転式の乾留炉内で廃タイヤを500〜560℃にて2〜3時間加熱することで、ガラス状炭素が得られることが報告されているが、該ガラス状炭素はゴム補強用配合剤として適していない。
【０００６】
国際公開第２００７／１２１１６６号（特許文献４）では、使用済みタイヤからカーボンブラックをリサイクルする目的で、タイヤを350°Ｆ（177℃）〜850°Ｆ（566℃）で熱分解し、次いで得られた炭化物をスクリューにて空気が導入された管中を通して上昇させるときに900°Ｆ（482℃）〜1200°Ｆ（648℃）で加熱して揮発分の除去を行う方法と、その装置とが開示されている。しかしながら、管中に空気が導入され、かつ加熱温度が高いため、カーボンブラックが表面の酸化された炭化物として回収される可能性があり、この炭化物もまたゴム補強用配合剤として適さないと思われる。
【０００７】
以上のように、表面が酸化された炭化物又は過度の熱処理を受けた黒鉛化炭化物と、高温下にある反応炉中での重質油の熱分解又は不完全燃焼反応で生成するカーボンブラックとは、それらの主要成分が炭素で構成されるという点が似通っているだけで、上記炭化物をゴム組成物に配合した場合には、ゴム組成物との相互作用において顕著な差異があり、このために引張応力や機械的強度が顕著に低下するので、該炭化物がゴム用配合剤として不適であることは広く知られており、このことが炭化物のゴムへの充填剤としての利用を阻害する大きな要因となっている。
【０００８】
また、ゴム配合時にゴム組成物の性能を向上させることのできるカーボンブラックに対して高温で且つ長時間の熱履歴を受けさせた場合、黒鉛化が進行すると同時にカーボンブラック表面の酸素含有基の生成が増大するため、このような処理を受けたカーボンブラックをゴム組成物に配合すると、同様に引張応力や機械的強度を顕著に低下させることが、当業者にとって広く知られている。
【０００９】
一方、米国特許第５０３７６２８号（特許文献５）では、スクラップゴムを熱分解した炭化物を温和な粉砕条件で粉砕し、風力分級機を用いてカーボンブラックを含む凝集粒子（agglomerated particle）を分離する方法が報告されている。ここで、分離された炭化物のゴム材料への補強性充填剤としての適合性は、熱分解条件に大きく影響を受けることになるが、特許文献５には、熱分解時の分解条件に関する記載が一切なく、ゴム補強用配合剤として適当であるか否かの判断をすることができない。
【００１０】
最近では、高分子系廃棄物から有用物質として利用可能な成分を回収する油化設備として、無酸素ガスを加熱するための熱交換器、内部に高分子系廃棄物を収容する熱分解炉と該熱分解炉を外部から加熱する外部加熱手段とを有する熱分解装置、該熱分解装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置、及び該油分回収装置で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして上記熱交換器に循環させるための循環路とを備えた循環型の油化設備が報告されている（特開２００８−２８５５２３号公報（特許文献６）参照）。しかしながら、熱分解後の炭化物を好適なゴム用配合剤として回収する観点から、熱分解条件、例えば、熱分解反応時間を短縮したり、熱ガス又は反応ガスとの接触時間を短くする等の条件を最適化する試みはなされていない。
【００１１】
また、特開平７−２３３３７４号公報（特許文献７）では、熱分解槽中の廃プラスチック溶融液に加熱した不活性ガスを直接に接触させるための、熱分解槽内の溶融液中に突出した吹込み管を備える脱塩装置が開示されている。
上記特許文献７に記載の発明は、ポリ塩化ビニル等の塩素含有ポリマーを含むプラスチック廃棄物の一括処理に関し、より詳細には廃プラスチック溶融液の脱塩化水素装置に関するものであり、具体的には熱媒ガスの吹き込みにより廃プラスチックを溶融熱分解する熱分解装置と、廃プラスチック溶融液に熱媒ガスとして加熱不活性ガスを吹き込み、かつ廃プラスチックの熱分解により発生した塩化水素ガスを溶融液から放出させる不活性ガス吹き込み装置と、塩化水素を含む不活性ガスを冷却する冷却装置と、冷却した塩化水素含有不活性ガスを吸収剤によって脱塩処理する吸収装置と、脱塩処理済みの不活性ガスを加熱する加熱装置と、加熱不活性ガスを不活性ガス吹き込み装置へ送る循環装置とを具備したことを特徴とする、廃プラスチック溶融液の脱塩装置が開示されている。
すなわち、特許文献７に記載の技術では、熱分解反応炉内に導入される熱媒ガスが、液状に溶融されたポリ塩化ビニル等の塩素含有ポリマーを含むプラスチック廃棄物中に注入されており、固体状の廃タイヤ等の高分子廃棄物とは全く異なるものを対象としている。また、上記特許文献７において、熱分解終了時に装置内に残存しているであろう炭化物に関する記載は全くなく、更には該炭化物を有用回収物として利用する等の示唆も全く記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２７７６８７号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９２２４号公報
【特許文献３】特開２００７−７０１６７号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／１２１１６６号
【特許文献５】米国特許第５０３７６２８号
【特許文献６】特開２００８−２８５５２３号公報
【特許文献７】特開平７−２３３３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、高分子系廃棄物の熱分解後に残る炭化物の黒鉛化を抑制し、該炭化物の酸化を抑えることも可能な高分子系廃棄物の熱分解装置を提供することにある。そして、本発明の高分子系廃棄物の熱分解装置を用いることにより、熱分解時での黒鉛化や酸化処理を受けないため、炭化物の品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を得ることができる。
【００１４】
なお、本願における「炭化物」とは、有機物を含む物質を原料とし、この原料を加熱による熱分解反応によって原料中のガス体及び液体成分を放出した後に、生成されて残った固体を指し、灰分として無機物を含むこともある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、高分子系廃棄物を加熱して熱分解させる熱分解炉空間内に、無酸素ガスを導入するための導入管を挿入し、該導入管を熱分解炉内へ突出させることで、高分子系廃棄物と無酸素ガスとの接触効率を格段に上昇させることができ、これにより、高分子系廃棄物の分解速度を大きく上げることが可能となり、過度の熱履歴による黒鉛化を抑制し、更には熱分解反応中での酸素との接触機会を低下させるため、生成された炭化物の性状を大きく改良できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１６】
即ち、本発明の廃タイヤ裁断品の熱分解装置は、
無酸素ガスを加熱するための熱交換器と、
熱分解ガスを排出する排出口及び無酸素ガスを導入する導入口を有し、内部に廃タイヤ裁断品を収容する熱分解炉を有し、該廃タイヤ裁断品を前記熱交換器で加熱した無酸素ガスと接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための熱分解処理装置と、
前記熱分解処理装置で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置と、
前記油分回収装置で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器に供給するための循環路と
を備える廃タイヤ裁断品の熱分解装置において、
前記無酸素ガスを導入する導入口及び前記熱分解ガスを排出する排出口は前記熱分解炉の底壁面と対向する前記熱分解炉の内壁面に設けられ、
前記無酸素ガスを導入する導入口が、熱分解炉の内壁から炉内空間へ突出している無酸素ガス導入管を有し、
前記熱分解炉の内径（ｄ１）と前記無酸素ガス導入管の先端から熱分解炉の底壁面までの距離（Ｄ）との比（Ｄ／ｄ１）が０．２〜０．４であり、
前記熱分解炉の内径（ｄ1）と前記無酸素ガス導入管の内径（ｄ2）との比（ｄ2／ｄ1）が０．１〜０．２５であり、
前記無酸素ガス導入管の開口面が、前記熱分解炉の底壁面と対向するように設置され、
前記廃タイヤ裁断品の熱分解後の熱分解炉に残る炭化物を回収することを特徴とする。
【００２０】
本発明の高分子系廃棄物の熱分解装置の好適例においては、前記無酸素ガス導入管の開口部が、無酸素ガス流動方向の下流側に向かって広がる形状に形成されている。
【００２１】
本発明の高分子系廃棄物の熱分解装置の他の好適例においては、前記無酸素ガス導入管の挿入された部分の側面に、一つ又は複数の孔が開けられている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高分子系廃棄物を加熱し熱分解させる熱分解炉において、該熱分解炉空間内に無酸素ガスを導入するための導入管を挿入し、該導入管を熱分解炉内へ突出させることで、高分子系廃棄物と無酸素ガスとの接触効率を格段に上昇させることができ、これにより、高分子系廃棄物の分解速度を大きく上げることが可能となり、過度の熱履歴による黒鉛化を抑制し、更には熱分解反応中での酸素との接触機会を低下させるため、生成された炭化物の性状を大きく改良することができる。また、該熱分解装置により得られる炭化物は、従来のカーボンブラックと比較して、ゴム配合時に大きな性能の低下を発現することがないため、カーボンブラック又はその一部に代えて、ゴム補強用充填剤として利用可能であるという大きな利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の高分子系廃棄物の熱分解装置の一例の概略図である。
【図２】実施例１で用いた高分子系廃棄物の熱分解装置の拡大部分断面図である。
【図３】本発明の高分子系廃棄物の熱分解装置の他の例の拡大部分断面図である。
【図４】比較例１で用いた熱分解処理装置の拡大部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の高分子系廃棄物の熱分解装置の一例の概略図である。図１に示す熱分解装置は、無酸素ガスを加熱するための熱交換器１と、熱分解ガスを排出する排出口及び無酸素ガスを導入する導入口を有し、内部に高分子系廃棄物２を収容する熱分解炉３を有し、該高分子系廃棄物２を前記熱交換器１で加熱した無酸素ガスと接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための熱分解処理装置４と、前記熱分解処理装置４で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置５と、前記油分回収装置５で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器１に供給するための循環路６とを備える高分子系廃棄物の熱分解装置であって、前記無酸素ガスを導入する導入口が、熱分解炉の内壁から炉内空間へ突出している無酸素ガス導入管７を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の熱分解装置においては、まず、熱交換器１内で無酸素ガスを加熱する。熱交換器１で加熱された無酸素ガスを熱分解炉３に供給することで、熱分解炉３内の高分子系廃棄物２を熱分解させることになる。ここで、無酸素ガスとは、酸素及び酸化物以外のガス体であり、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスや、メタン、エタン等の炭化水素ガス等を挙げることができ、このような無酸素ガスを使用することにより、高分子系廃棄物２の熱分解後の熱分解炉３内に残る炭化物の酸化を防止することができる。なお、本発明の熱分解装置において、熱交換器１の構成については特に限定されるものではないが、例えば、炭化珪素発熱体もしくは他の発熱体中への無酸素ガスの導入、又は高分子系廃棄物２の熱分解により生成した炭化水素もしくは他の供給源からの炭化水素燃料の燃焼熱との熱交換により、無酸素ガスを加熱する構成となっている。また、熱交換器１に無酸素ガスを供給するには、非循環型の無酸素ガス供給源８から送る他、後述する循環路６を介して、油分回収装置５で回収した後の残ガス（例えば、炭化水素ガス）を無酸素ガスとして熱交換器１に循環させてもよい。
【００２６】
本発明の熱分解装置において、熱分解処理装置４は、熱分解ガスを排出する排出口及び無酸素ガスを導入する導入口を有した、内部に高分子系廃棄物２を収容する熱分解炉３を備えており、高分子系廃棄物２を収容する熱分解炉３内に熱交換器１で加熱された無酸素ガスを導入し、該高分子系廃棄物２を該無酸素ガスと接触させ、熱分解ガスを発生させる。高分子系廃棄物２を無酸素ガスと接触させることで、無酸素状態での熱分解が可能となる。ここで、本発明の熱分解装置は、熱分解炉３の導入口に挿入され、その先端が熱分解炉の内壁から炉内へ突出した無酸素ガス導入管７を備えるため、熱交換器１で加熱された無酸素ガスは、無酸素ガス導入管７を介して、熱分解炉３内に導入されることになる。熱分解炉３内へ突出するように無酸素ガス導入管７を設けることで、無酸素ガスは、無酸素ガス導入管７の向き（図１では下向き）から導入され、対向する熱分解炉３の底面内壁に衝突して流動方向を変え（図１では横向きと上向きに変化し）、これにより、無酸素ガス導入管７が反応炉空間内に設置されていない熱分解炉に比べて激しい乱流が発生し、高分子系廃棄物２と無酸素ガスとの接触効率を格段に上昇させることができる。このように、熱分解炉３内での高温熱ガス（加熱された無酸素ガス）の壁面への衝突により乱流を発生させることは、高分子系廃棄物２の熱分解反応の促進に大きく寄与する。かかる観点から、高分子系廃棄物２と無酸素ガスとの接触効率を向上させ、高分子系廃棄物２の熱分解反応を促進させるためには、無酸素ガス導入管７の開口面が、前記熱分解炉の内壁面と対向するように設置されていることが好ましく、該熱分解炉の底壁面と対向するように設置されていることが更に好ましい。
また、同様の観点から、熱分解炉の排出口から排出された熱分解ガスの流動方向に対して対向し又は交差する方向に無酸素ガスを導入できるように、無酸素ガス導入管７を設置することも好ましく、該熱分解ガスの流動方向に対して対向する方向（即ち、逆方向）に無酸素ガスを導入できるように、無酸素ガス導入管７を設置（図１では下向き）することが特に好ましい。
【００２７】
また、無酸素ガス導入管７の開口部の形状は、通常、管状に形成され、例えば円筒状に形成されることになるが、無酸素ガス流動方向の下流側に向かって広がる形状に形成させることもできる。
更に、無酸素ガス導入管７の外壁側面には、何らかの加工を加えなくてもよいが、熱分解反応の開始初期に熱分解反応を受ける高分子系廃棄物２と、高温熱ガス（加熱された無酸素ガス）との接触効率を向上させるため、無酸素ガス導入管７の熱分解炉内に挿入された部分の側面に一つ又は複数の孔を開けることが好ましい。
【００２８】
更に、本発明の熱分解装置においては、熱分解炉３の内径（ｄ1）と無酸素ガス導入管７の内径（ｄ2）との比（ｄ2/ｄ1）が0.1〜0.25であることが好ましい。なお、内径（ｄ2）は、無酸素ガス導入管７の先端部の内径を指す。ｄ2/ｄ1が0.1未満では、無酸素ガス導入管７の内径が小さいため、熱分解炉３内での加熱された無酸素ガスの流速が大きくなり過ぎ、加熱された無酸素ガスと共に装置内を循環する固形ダスト（高分子系廃棄物由来の微細浮遊物）を発生させる可能性があるので好ましくない。一方、ｄ2/ｄ1が0.25を超えると、熱分解炉３内の内径（ｄ1）に対して無酸素ガス導入管７の内径が大きすぎるため、熱分解炉３内での無酸素ガスの流速が小さくなり、高分子系廃棄物２と無酸素ガスとの接触効率が低下し、熱分解速度を低下させるおそれがあるので好ましくない。
また、図３には、本発明の高分子系廃棄物の熱分解装置の他の例の拡大部分断面図が示されるが、図中の無酸素ガス導入管７の開口部は、無酸素ガス流動方向の下流側に向かって広がった形状を形成しており、また熱分解炉内に挿入された無酸素ガス導入管７の側面には、複数の孔が開けられている。なお、上記したように、無酸素ガス導入管７の態様は、これに限定されるものではない。
【００２９】
また更に、本発明の熱分解装置においては、熱分解炉３の内径（ｄ1）と無酸素ガス導入管７の先端から熱分解炉の内壁までの距離（Ｄ）との比（Ｄ/ｄ1）が0.2〜0.4であることが好ましい。Ｄ/ｄ1が0.2未満では、無酸素ガス導入管７の先端部と内壁までの距離が近すぎるため、乱流が激しく起こり、生成炭化物による微小固形ダストが熱分解装置内を循環する可能性が高くなるので好ましくない。一方、Ｄ/ｄ1が0.4を超えると、無酸素ガス導入管７の先端部と内壁までの距離が離れすぎるため、反応炉内壁に衝突して熱分解に有効な乱流を発生させるだけの速度が確保できず、熱分解速度の低下を招来するので好ましくない。ここで、距離Ｄは、無酸素ガス導入管７の先端から熱分解炉３の内壁までの最短距離を指す。
【００３０】
なお、高分子系廃棄物２は、主として有機系廃棄物を指し、具体的には、タイヤ廃棄物（例えば、スピュー、バフ粉、4〜32分割されたタイヤ）等のゴム材料廃棄物や、炭化水素モノマーの（共）重合反応により得られた高分子材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン共重合体等、炭化水素モノマーと他のモノマーとの共重合体、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、炭化水素モノマーのハロゲン誘導体の（共）重合体、例えば、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料廃棄物が挙げられる。
【００３１】
更に、上記熱分解処理装置４は、内部に高分子系廃棄物２を収容する熱分解炉３の他、該熱分解炉３を外部から加熱する外部加熱手段９を備えるのが好ましい。熱分解処理装置４が外部加熱手段９を備えることで、熱分解炉３内の高分子系廃棄物２を熱分解炉３の外側から間接的に加熱することができるため、無酸素ガスのガス流量を低減することが可能となり、これによって高分子系廃棄物２の熱分解炉３内での熱分解速度を更に大きくすることが可能となる。このように、熱分解炉３に導入する高温無酸素ガスのガス流量を低下させ、またそのガス体の温度も低下させることができるので、高温無酸素ガスの流動により舞い上げられてガス中に混入し、該ガス（熱分解ガスや無酸素ガス等）と共に装置内を循環する固形ダスト（高分子系廃棄物由来の微細浮遊物）の発生を抑え、窒素酸化物等の発生をも抑制することができる。外部加熱手段９は、特に限定されるものではないが、例えば、熱分解炉３を囲んで配設される炭化珪素発熱体、もしくは他の発熱体を外部発熱手段９として使用してもよいし、熱分解炉３を囲んで配設した外部壁によって熱分解炉３との間に空間Ｓを形成し、この空間Ｓに熱媒体を導入してもよい。なお、空間Ｓに導入することのできる熱媒体は、高分子系廃棄物２を熱分解炉３の外側から間接的に加熱するため、無酸素ガスに限定されず、種々の媒体を利用することができる。なお、空間Ｓ内への熱媒体の導入・排出口は図示していない。
【００３２】
本発明の熱分解装置においては、上記熱分解炉３内に導入される無酸素ガスのガス流量を制御するため、ガス流量を測定するための流量計１０、その開度でガス流量を調整するためのダンパ１１、ガス流量を一定に保つための送風機１２等を設置することができる。例えば、図１に示すように、無酸素ガス供給源８から無酸素ガスを供給するために無酸素ガス供給源８と熱交換器１とを接続する配管中に、流量計１０、ダンパ１１及び送風機１２を設けてもよいし、油分回収装置５で回収した後の残ガスを無酸素ガスとして熱交換器１に循環させるための循環路６中に、流量計１０、ダンパ１１及び送風機１２を設けてもよい。
【００３３】
本発明の熱分解装置において、油分回収装置５は、熱分解処理装置４で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するため、一つ又はそれ以上の乾留塔１３を利用するのが好ましい。図１に示すように、複数の乾留塔１３を利用すれば、熱分解処理装置４内で発生した熱分解ガスから、回収される油分をその沸点に応じて分けることができる。詳細には、ガス流路の上流側にある第一の乾留塔１３ａは、高さ方向の途中の位置に熱分解炉３からの熱分解ガスの供給口と、その上端に、熱分解ガスを冷却して油分（重質油）に凝縮させるための冷却器と、下流側にある乾留塔１３ｂに熱分解ガスを送るための排出口とを備える。ガス流路の下流側にある第二の乾留塔１３ｂは、第一乾留塔１３ａと同様な構成をとるが、第一の乾留塔１３ａが対象とする油分の沸点と比べて低い領域の沸点を有する油分（軽質油）を回収する。このように、複数の乾留塔１３を設置することで、組成が一定で品質の安定した油分を高い回収率で回収することができる。また、各乾留塔１３は、例えば、その下部で配管を通して回収タンク１４に接続され、回収した油分を貯蔵することができる。更に、乾留塔の下流側に凝縮装置等を設け、該凝縮装置内で凝縮される油分を回収することもできる。
【００３４】
本発明の熱分解装置において、循環路６は、油分回収装置５で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして熱交換器１に供給するため、例えば、油分回収装置５と熱交換器１とを配管で接続してなる。循環路６を備えることで、組成が一定で品質の安定した油分をより高い回収率で回収することができる。循環路６を通して熱交換器１に供給される残ガスは、熱交換器１へ直接供給することもできるが、熱風炉（図示せず）で加熱してから熱交換器１に供給してもよい。なお、図１では、第二の乾留塔１３ｂのみに循環路６が接続されているが、本発明においては、これに限定されず、第一の乾留塔１３ａに循環路６を接続してもよいし、凝縮装置が設置される場合には該凝縮装置に循環路６を接続してもよい。また、本発明の熱分解装置において、余剰のガスは、排風機１５を介して排ガス処理装置１６で処理された後、大気中に放出することができる。なお、図１においては、油分回収装置５と熱交換器１とを接続する配管のみを循環路６として表すが、本発明の熱分解装置は循環型であるため、熱交換器１と熱分解処理装置４とを接続する配管や熱分解処理装置４と油分回収装置５とを接続する配管等の配管も循環路の一部として含めることができる。
【００３５】
本発明の熱分解装置を用いて高分子系廃棄物の熱分解を行う場合には、高分子系廃棄物と無酸素ガスとから熱分解ガスを発生させることになるが、このときの熱分解時の温度を300〜600℃に制御することが好ましい。熱分解時の温度が上記特定した範囲内にあれば、高分子系廃棄物が溶融工程を経ずに、安定で且つ連続的な熱分解を行うことができる。もし、高分子系廃棄物を溶融した場合には、無酸素ガスとの接触機会が溶融物表面に限定されるため、熱分解速度が低下する。該熱分解時の温度が300℃未満では、熱分解反応が十分に進行せず、これによって、分解されるべき成分が完全に除去されない炭化物を生成するおそれがあるので好ましくなく、一方、600℃を超えると、上述の溶融現象の発生の可能性があり、また、生成した炭化物とガス中に含まれ得る成分（例えば、酸化物）との間で望ましくない改質反応や賦活反応が起こり、炭化物中の全酸性度を上昇させたり、又は多孔性でゴムへの補強効果に悪影響を及ぼし得る炭化物を生成するおそれがある。ここで、熱分解時の温度を制御するには、上述した、熱交換器１内で加熱される無酸素ガスや、熱分解炉３を外部から加熱する外部加熱手段９等を利用すればよい。
【００３６】
次に、本発明の熱分解装置を用いた場合においては、高分子系廃棄物の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する。例えば、熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスを凝縮した油分を回収すると、熱分解炉３内には、熱分解後の炭化物が残るため、該炭化物を回収することができる。なお、上述の回収方法により炭化物が得られるが、一般的には塊状物として回収されるので、例えば、粉砕機等を用いた粉砕工程によって回収された炭化物を微細に壊砕し、更に分級機等を用いた分級工程によって特定の粒度を持つ炭化物として回収・抽出することができる。このようにして得た炭化物は、カーボンブラック又はその一部に代えて、ゴム補強用充填剤として利用可能である。
【００３７】
本発明の熱分解装置は、装置内の酸素濃度を1容量％以下に制御することが好ましい。該熱分解装置内の酸素濃度が1容量％以下であれば、熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物の酸化をより確実に抑制でき、品質が劣化せず、ゴム成分に配合してもゴム特性を十分に維持できる炭化物をより確実に得ることができる。なお、熱分解装置内の酸素濃度は、例えば、固体電解質ジルコニアベースの酸素濃淡セルを用いるジルコニア式酸素センサー等により測定できる。
【実施例】
【００３８】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
図１に示す熱分解装置を用いて、廃トラック用タイヤを熱分解して炭化物を回収した。なお、実施例１の熱分解装置に用いた熱分解処理装置４は、詳しくは、図２に示す構造で構成される。また、図２に示す通り、無酸素ガス導入管７は、熱分解炉３の中心軸上に設置され、無酸素ガス導入管７の先端から熱分解炉３の内壁までの距離（Ｄ）は、20cmであった。
具体的には、熱分解炉３（容量0.5m3、内径（ｄ1）0.8m、高さ1m）内に廃トラック用タイヤの裁断品（高分子系廃棄物２）約100kgを投入し、熱分解炉３内を窒素ガス供給源８で発生させた窒素ガスで置換した後、該窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解装置内での酸素濃度を1容量％以下に制御した。次に、熱交換器１で加熱された無酸素ガスを、導入口を経て無酸素ガス導入管７（内径（ｄ2）15cm）を通し、熱分解炉３内に導入した。このとき、熱分解炉３内に導入される無酸素ガスのガス流量は、0.004m3(STP)/秒となるように制御された。無酸素ガスの熱分解炉３内への導入を開始してから45分で乾留塔１３ａに油分が溜出し始め、無酸素ガスの熱分解炉３内への導入を開始してから約3時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉３から炭化物を取り出した。炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、炭化物以外の余分なタイヤ構成材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ構成材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、回転羽を有する風力分級機で該細粉を分級し、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、炭化物を回収した。
【００４０】
（比較例１）
図２に示す熱分解処理装置４に代えて、熱分解装置空間内に突出していた無酸素ガス導入管を取り外した図４に示す熱分解処理装置を設置した以外は、実施例１と同様な熱分解装置を用いて、高分子系廃棄物を熱分解した。
具体的には、熱分解炉３内に実施例１で用いたものと同じ高分子系廃棄物２を約100kg投入し、熱分解炉３内を窒素ガス供給源８で発生させた窒素ガスで置換した後、該窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解装置内での酸素濃度を1容量％以下に制御した。次に、熱交換器１で加熱された無酸素ガスを導入口から熱分解炉３内に導入した。このとき、熱分解炉３内に導入される無酸素ガスのガス流量は、0.004Nm3(STP)/秒となるように制御された。無酸素ガスの熱分解炉３内への導入を開始してから60分で乾留塔１３ａに油分が溜出し始め、無酸素ガスの熱分解炉３内への導入を開始してから約5時間後に溜出が止まった。
【００４１】
実施例１及び比較例１の結果から、実施例１の熱分解装置は、ガス温度及びガス流量が同じガス体を熱分解炉に導入したにもかかわらず、比較例１に比べて、熱分解反応が開始するまでの時間で25％、熱分解反応が完了するまでの時間で40％の時間が短縮されていることが分かる。これに加えて、生成した炭化物（微粉砕、分級後の試料）の性状として水酸化ナトリウムとの中和反応により評価される酸性度は、実施例１の炭化物では1グラム当たり0.083ミリ等量と低位にあったのに対し、比較例１の炭化物では1グラム当たり0.124ミリ等量であった。この差異は、比較例１にて熱分解反応が長時間となったことにより、酸化反応の発生機会が増大したためだと考えられる。従って、本発明は、回収炭化物をゴム組成物用充填剤として使用する場合において、該充填剤としての性能を向上させるための有効な手段となる。
【符号の説明】
【００４２】
１    熱交換器
２    高分子系廃棄物
３    熱分解炉
４    熱分解処理装置
５    油分回収装置
６    循環路
７    無酸素ガス導入管
８    無酸素ガス供給源
９    外部加熱手段
１０    流量計
１１    ダンパ
１２    送風機
１３    乾留塔
１４    回収タンク
１５    排風機
１６    排ガス処理装置
Ｓ    空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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