連続式ツインオーガー反応器を用いた中間熱分解による廃タイヤの価値化運転上の特徴

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Waste Manag.2020 Jul;113:404-412. S0956-053X(20)30329-9. doi: 10.1016/j.wasman.2020.06.019.Epub 2020-06-24.

連続式ツインオーガー反応器を用いた中間熱分解による廃タイヤの価値化運転上の特徴

Waste tire valorization by intermediate pyrolysis using a continuous twin-auger reactor: Operational features.

Juan Daniel Martínez
Felipe Campuzano
Natalia Cardona-Uribe
Cindy Natalia Arenas
Daniel Muñoz-Lopera

PMID: 32593106 DOI: 10.1016/j.wasman.2020.06.019.

抄録

熱分解は、廃タイヤ(WT)の循環型で持続可能な経済性を実現するためのロードマップと考えることができる。本研究では、WTを中間熱分解してタイヤ熱分解油(TPO)、回収カーボンブラック(RCB)、タイヤ熱分解ガス(TPG)に変換するための新しいツインオーガー反応器の運転特性を調査した。反応器温度(X)、WT質量流量(X)、固体滞留時間(X)及びN体積流量(X)の4つの運転パラメータの影響を評価し、TPO収率(Y)を最大化しつつ、回収カーボンブラック(RCB)1(Y)を可能な限り低く抑えることができた。実験は中央複合計画(CCD)に基づいて実施した。分散分析（ANOVA）の結果、XとXが最も高い統計的影響力を示すことが示された。両方の応答の最適化により、熱分解器を475℃、1.16kg/h、3.5min及び300mL/minで運転した場合、TPO、rCB及びTPG収率はそれぞれ45、40及び15wt%となった。これらの条件で得られたTPOは、C, H, S, N及びOの含有量がそれぞれ88.2, 9.7, 1.3, 0.7及び0.1wt%未満であり、加熱値は42.02MJ/kgであった。また、RCBは水分,揮発性物質,固定炭素,灰分がそれぞれ2.5,3.7,75.5,18.3wt%程度であり、TPGは主にH(23.7vol%)とCH(28.2vol%)から構成されていた。これらの結果から、ツインオーガーパイロライザーは、中間熱分解によるWTの高純度化に適していることが示唆されました。

Pyrolysis can be regarded as a roadmap towards a circular and sustainable economy for waste tires (WT). This work investigates the operational characteristics of a novel twin-auger reactor to transform WT by intermediate pyrolysis into tire pyrolysis oil (TPO), recovery carbon black (rCB), and tire pyrolysis gas (TPG). The influence of four operating parameters: reactor temperature (X), WT mass flow rate (X), solid residence time (X) and N volumetric flow rate (X), was assessed in order to maximize the TPO yield (Y), while keeping the rCB one (Y) as low as possible. The experimental campaign was conducted based on central composite design (CCD). The analysis of variance (ANOVA) showed that X and X exhibit the highest statistical influence. An optimization of both responses resulted in TPO, rCB, and TPG yields of 45, 40 and 15 wt%, respectively, when the pyrolyzer is operated at 475 °C, 1.16 kg/h, 3.5 min and 300 mL/min. At these conditions, the resulting TPO showed contents of C, H, S, N and O around 88.2, 9.7, 1.3, 0.7 and <0.1 wt%, respectively, along with a heating value of 42.02 MJ/kg. The rCB is comprised of moisture, volatile matter, fixed carbon, and ash around 2.5, 3.7, 75.5, and 18.3 wt%, respectively; while the TPG was mainly composed of H (23.7 vol%) and CH (28.2 vol%). Overall, these results suggest that twin-auger pyrolyzers are well suited for valorizing WT by intermediate pyrolysis.