JPH0827394A - 廃棄物からのカーボンブラック製造方法及び装置 - Google Patents
廃棄物からのカーボンブラック製造方法及び装置Info
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- JPH0827394A JPH0827394A JP6168061A JP16806194A JPH0827394A JP H0827394 A JPH0827394 A JP H0827394A JP 6168061 A JP6168061 A JP 6168061A JP 16806194 A JP16806194 A JP 16806194A JP H0827394 A JPH0827394 A JP H0827394A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P20/141—Feedstock
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- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 廃タイヤなどの有機系廃棄物を原料としてカ
ーボンブラックを製造する方法及びそのための装置に関
する。 【構成】 有機系廃棄物を酸素含有ガスと水蒸気の混合
ガス中で酸素当量比１以下で部分燃焼及びガス化させる
か無酸素状態で５００℃以上の温度で熱分解してガス化
させ、得られる可燃ガスを理論酸素量以下の酸素不足状
態で１０００℃以上の温度で部分燃焼させ、得られる１
０００℃以上の部分燃焼ガスを水又は窒素により７００
℃以下に急冷することを特徴とする廃棄物からのカーボ
ンブラック製造方法及びそのための装置 【効果】 廃タイヤなどの有機系廃棄物から、有価なカ
ーボンブラックを製造することが可能となり、廃棄物の
処理も簡単となる。。
ーボンブラックを製造する方法及びそのための装置に関
する。 【構成】 有機系廃棄物を酸素含有ガスと水蒸気の混合
ガス中で酸素当量比１以下で部分燃焼及びガス化させる
か無酸素状態で５００℃以上の温度で熱分解してガス化
させ、得られる可燃ガスを理論酸素量以下の酸素不足状
態で１０００℃以上の温度で部分燃焼させ、得られる１
０００℃以上の部分燃焼ガスを水又は窒素により７００
℃以下に急冷することを特徴とする廃棄物からのカーボ
ンブラック製造方法及びそのための装置 【効果】 廃タイヤなどの有機系廃棄物から、有価なカ
ーボンブラックを製造することが可能となり、廃棄物の
処理も簡単となる。。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は廃タイヤを主たる対象と
し、このほか廃プラスチックなどの有機系廃棄物を原料
としてカーボンブラックを製造する方法及びそのための
装置に関する。
し、このほか廃プラスチックなどの有機系廃棄物を原料
としてカーボンブラックを製造する方法及びそのための
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、廃タイヤ、廃プラスチックなどの
有機系廃棄物はそのまま燃焼処理されており、熱交換器
により蒸気を発生させ熱源として利用するのみで、資源
としての再利用は実用化されていない。
有機系廃棄物はそのまま燃焼処理されており、熱交換器
により蒸気を発生させ熱源として利用するのみで、資源
としての再利用は実用化されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】各種有機系廃棄物のう
ち、廃タイヤを例にするとその組成は表１に示すように
揮発分が５０〜６０％、固定炭素２０〜３０％、スチー
ル、灰分などの無機質１０〜１５％となっている。廃タ
イヤはスチール線を含むため微細化が難しく、丸ごとあ
るいは１０ｃｍ角程度に破砕してストーカあるいはキル
ンで燃焼させて廃棄処理されているが、次のような問題
点がある。 （１）空気燃焼させると揮発分が急速に分解、燃焼する
ため、局所的に１５００℃以上の高温となり炉を傷めや
すく、また、発生する火炎からは多量のすす、タールが
発生し後処理を必要とする。 （２）固定炭素は燃焼速度が遅いため、無機質と混合し
た状態で残渣となり、処理に困る場合がある。 このような理由から、廃タイヤなどの有機系廃棄物は処
理が難しく、現状の技術ではこれらの廃棄物から資源の
再生は不可能であった。本発明は、前記従来技術の技術
水準に鑑みなされたものであり、操作が容易で廃タイヤ
などの有機系廃棄物を効率よく処理することができ、し
かも有価物であるカーボンブラック製造の原料として資
源化、再利用できる廃棄物からのカーボンブラック製造
方法及び装置を提供するものである。
ち、廃タイヤを例にするとその組成は表１に示すように
揮発分が５０〜６０％、固定炭素２０〜３０％、スチー
ル、灰分などの無機質１０〜１５％となっている。廃タ
イヤはスチール線を含むため微細化が難しく、丸ごとあ
るいは１０ｃｍ角程度に破砕してストーカあるいはキル
ンで燃焼させて廃棄処理されているが、次のような問題
点がある。 （１）空気燃焼させると揮発分が急速に分解、燃焼する
ため、局所的に１５００℃以上の高温となり炉を傷めや
すく、また、発生する火炎からは多量のすす、タールが
発生し後処理を必要とする。 （２）固定炭素は燃焼速度が遅いため、無機質と混合し
た状態で残渣となり、処理に困る場合がある。 このような理由から、廃タイヤなどの有機系廃棄物は処
理が難しく、現状の技術ではこれらの廃棄物から資源の
再生は不可能であった。本発明は、前記従来技術の技術
水準に鑑みなされたものであり、操作が容易で廃タイヤ
などの有機系廃棄物を効率よく処理することができ、し
かも有価物であるカーボンブラック製造の原料として資
源化、再利用できる廃棄物からのカーボンブラック製造
方法及び装置を提供するものである。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は（１）有機系廃
棄物を酸素含有ガスと水蒸気の混合ガス中でかつ酸素当
量比１以下で部分燃焼及びガス化させ、得られた可燃ガ
スを理論酸素量以下の酸素不足状態で１０００℃以上の
温度で部分燃焼させ、得られる１０００℃以上の部分燃
焼ガスを不活性雰囲気下で７００℃以下に急冷すること
を特徴とするカーボンブラックの製造方法、（２）有機
系廃棄物を無酸素状態で５００℃以上の温度で熱分解し
てガス化し、得られた可燃ガスを理論酸素量以下の酸素
不足状態で１０００℃以上の温度で部分燃焼させ、得ら
れる１０００℃以上の部分燃焼ガスを不活性雰囲気下で
７００℃以下に急冷することを特徴とするカーボンブラ
ックの製造方法、及び（３）有機系廃棄物を酸素含有ガ
スと水蒸気の混合ガス中でかつ酸素当量比１以下で部分
燃焼及びガス化させるか無酸素状態で５００℃以上の温
度で熱分解してガス化させるガス化手段と、該ガス化手
段で得られる可燃ガスを理論酸素量以下の酸素不足状態
で１０００℃以上の温度で部分燃焼させる燃焼炉と、該
燃焼炉から出る１０００℃以上の部分燃焼ガスを水又は
窒素により７００℃以下に急冷する急冷手段と、生成し
たカーボンブラックを分離捕集する捕集手段と、カーボ
ンブラック分離後の排ガスを無公害化する排ガス処理装
置よりなることを特徴とする廃棄物からのカーボンブラ
ック製造装置である。
棄物を酸素含有ガスと水蒸気の混合ガス中でかつ酸素当
量比１以下で部分燃焼及びガス化させ、得られた可燃ガ
スを理論酸素量以下の酸素不足状態で１０００℃以上の
温度で部分燃焼させ、得られる１０００℃以上の部分燃
焼ガスを不活性雰囲気下で７００℃以下に急冷すること
を特徴とするカーボンブラックの製造方法、（２）有機
系廃棄物を無酸素状態で５００℃以上の温度で熱分解し
てガス化し、得られた可燃ガスを理論酸素量以下の酸素
不足状態で１０００℃以上の温度で部分燃焼させ、得ら
れる１０００℃以上の部分燃焼ガスを不活性雰囲気下で
７００℃以下に急冷することを特徴とするカーボンブラ
ックの製造方法、及び（３）有機系廃棄物を酸素含有ガ
スと水蒸気の混合ガス中でかつ酸素当量比１以下で部分
燃焼及びガス化させるか無酸素状態で５００℃以上の温
度で熱分解してガス化させるガス化手段と、該ガス化手
段で得られる可燃ガスを理論酸素量以下の酸素不足状態
で１０００℃以上の温度で部分燃焼させる燃焼炉と、該
燃焼炉から出る１０００℃以上の部分燃焼ガスを水又は
窒素により７００℃以下に急冷する急冷手段と、生成し
たカーボンブラックを分離捕集する捕集手段と、カーボ
ンブラック分離後の排ガスを無公害化する排ガス処理装
置よりなることを特徴とする廃棄物からのカーボンブラ
ック製造装置である。
【０００６】
【作用】有機系廃棄物を酸素含有ガスと水蒸気の混合ガ
ス中で酸素当量比１以下で部分燃焼及びガス化させる際
のガス化反応は次の式（ａ）〜（ｅ）のとおりである。
すなわち、揮発分及び固定炭素が酸素と反応して部分燃
焼して発熱し、その熱により揮発分が熱分解するととも
に、揮発分及び固定炭素が水蒸気と反応して低分子化、
ガス化する。この部分燃焼及びガス化の温度は好ましく
は５００℃以上１０００℃以下である。５００℃未満で
は（ｃ）の揮発分の熱分解反応が十分進まず、１０００
℃を超えると（ａ）及び（ｃ）の反応が急速に起こり酸
素不足の状態で分解した揮発分（Ｃn1Ｈm1）同士が重縮
合してタール、すすとなる。なお、空気中の燃焼では水
蒸気がないため高温となり、この場合も（ａ）及び
（ｃ）の反応が急速に起こり酸素不足の状態となり、分
解した揮発分（Ｃn1Ｈm1）同士が重縮合してタール、す
すとなる。
ス中で酸素当量比１以下で部分燃焼及びガス化させる際
のガス化反応は次の式（ａ）〜（ｅ）のとおりである。
すなわち、揮発分及び固定炭素が酸素と反応して部分燃
焼して発熱し、その熱により揮発分が熱分解するととも
に、揮発分及び固定炭素が水蒸気と反応して低分子化、
ガス化する。この部分燃焼及びガス化の温度は好ましく
は５００℃以上１０００℃以下である。５００℃未満で
は（ｃ）の揮発分の熱分解反応が十分進まず、１０００
℃を超えると（ａ）及び（ｃ）の反応が急速に起こり酸
素不足の状態で分解した揮発分（Ｃn1Ｈm1）同士が重縮
合してタール、すすとなる。なお、空気中の燃焼では水
蒸気がないため高温となり、この場合も（ａ）及び
（ｃ）の反応が急速に起こり酸素不足の状態となり、分
解した揮発分（Ｃn1Ｈm1）同士が重縮合してタール、す
すとなる。
【０００７】
【化１】 Ｃn Ｈm ＋Ｏ2 → Ｃn1Ｈm1＋ＣＯ＋ＣＯ2 ＋Ｈ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋Ｑ1 （ａ） （揮発分の部分燃焼による発熱反応） Ｃ＋Ｏ2 → ＣＯ＋ＣＯ2 ＋Ｑ2 （ｂ） （固定炭素の部分燃焼による発熱反応） Ｃn Ｈm → Ｃn1Ｈm1−Ｑ3 （ｎ＞ｎ1 ） （ｃ） （揮発分の熱分解、吸熱反応） Ｃn Ｈm ＋Ｈ2 Ｏ→ Ｃn1Ｈm1＋ＣＯ＋Ｈ2 −Ｑ4 （ｎ＞ｎ1 ） （ｄ） （揮発分の水蒸気による低分子化、吸熱反応） Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ ＣＯ＋Ｈ2 −Ｑ5 （ｅ） （固定炭素の水蒸気によるガス化、吸熱反応）
【０００８】前記反応において、酸素、水蒸気の供給量
を変えることによりガス化温度、得られる可燃ガスの組
成を制御することができる。図４に廃タイヤの場合の７
００℃での反応における炭素に対する酸素と水蒸気の供
給割合と反応特性との関係を示す。図４において縦軸及
び横軸はそれぞれ有機系廃棄物中のＣ（炭素）に対する
Ｏ2 （酸素）とＨ2 Ｏ（水蒸気）のモル比を示してい
る。図４に示すようにガス化反応はＯ2 とＨ2 Ｏの比率
により次の５つの反応パターン領域に区分される。 未燃領域：この領域ではＯ2 が少なく燃焼を持続でき
ない。 固定炭素残留領域：よりＯ2 が多く燃焼は持続する
がＯ2 はまだ不十分であり、Ｈ2 Ｏも少ないため未燃炭
素が残留する。 熱分解ガス領域：よりＨ2 Ｏが多くなり、未燃炭素
はなくなるが、炭化水素はまだ低分子化されない。 クリーンガス領域：よりさらにＨ2 Ｏが多い領域
で、炭化水素はＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4 などに低分子化され
る。 コーキング領域：、よりＯ2 を増加させた領域で
あり、燃焼温度が局部的に高温となり、急速に熱分解し
た炭化水素同士が重縮合（コーキング）し、タールやす
すを生成する。 本発明では、高収率でカーボンブラックを得るために高
分子の炭化水素を多く発生させる必要があり図４中の斜
線部分の領域（この例では酸素当量比０．３〜０．５、
水蒸気当量比２〜３程度）が好ましい範囲である。
を変えることによりガス化温度、得られる可燃ガスの組
成を制御することができる。図４に廃タイヤの場合の７
００℃での反応における炭素に対する酸素と水蒸気の供
給割合と反応特性との関係を示す。図４において縦軸及
び横軸はそれぞれ有機系廃棄物中のＣ（炭素）に対する
Ｏ2 （酸素）とＨ2 Ｏ（水蒸気）のモル比を示してい
る。図４に示すようにガス化反応はＯ2 とＨ2 Ｏの比率
により次の５つの反応パターン領域に区分される。 未燃領域：この領域ではＯ2 が少なく燃焼を持続でき
ない。 固定炭素残留領域：よりＯ2 が多く燃焼は持続する
がＯ2 はまだ不十分であり、Ｈ2 Ｏも少ないため未燃炭
素が残留する。 熱分解ガス領域：よりＨ2 Ｏが多くなり、未燃炭素
はなくなるが、炭化水素はまだ低分子化されない。 クリーンガス領域：よりさらにＨ2 Ｏが多い領域
で、炭化水素はＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4 などに低分子化され
る。 コーキング領域：、よりＯ2 を増加させた領域で
あり、燃焼温度が局部的に高温となり、急速に熱分解し
た炭化水素同士が重縮合（コーキング）し、タールやす
すを生成する。 本発明では、高収率でカーボンブラックを得るために高
分子の炭化水素を多く発生させる必要があり図４中の斜
線部分の領域（この例では酸素当量比０．３〜０．５、
水蒸気当量比２〜３程度）が好ましい範囲である。
【０００９】有機系廃棄物を無酸素状態で５００℃以上
の温度で熱分解してガス化する際の熱分解反応は次の式
（ｆ）のとおりである。熱分解の適正温度は５００℃以
上、好ましくは５００〜９００℃である。５００℃未満
では熱分解が十分に進行せず、９００℃を超えると発生
するガスが低分子になりカーボンブラックの収率が低下
する。
の温度で熱分解してガス化する際の熱分解反応は次の式
（ｆ）のとおりである。熱分解の適正温度は５００℃以
上、好ましくは５００〜９００℃である。５００℃未満
では熱分解が十分に進行せず、９００℃を超えると発生
するガスが低分子になりカーボンブラックの収率が低下
する。
【化２】 Ｃn Ｈm → Ｃn1Ｈm1−Ｑ6 （ｎ＞ｎ1 ） （ｆ） （揮発分の熱分解、吸熱反応）
【００１０】本発明の方法においては、前記のように有
機系廃棄物を酸素含有ガスと水蒸気の混合ガス中で酸素
当量比１以下で部分燃焼及びガス化させるか無酸素状態
で５００℃以上の温度で熱分解してガス化させて得られ
る可燃ガスを、燃焼に必要な理論酸素量以下の酸素不足
状態で燃焼させる。なお、これらの可燃ガス中に粗粒子
が含まれているとカーボンブラックの品質を低下させる
ので、サイクロンなどにより除去しておくのが好まし
い。ここでの反応は式（ｇ）〜（ｊ）のとおりであり、
可燃ガスが部分燃焼して１０００℃以上の高温場を形成
し、この高温場で脱水素化した炭化水素が酸素不足のた
め相互に重縮合し、図５に示すように芳香族、巨大芳香
族、これらが凝縮した液滴を経てカーボンブラック粒子
となる。この場合、１０００℃以上、好ましくは１００
０〜２０００℃とすることにより炭化水素の脱水素化反
応速度が大きくなり、酸素の拡散が追いつかなくなり相
互の重縮合する割合が増えてカーボンブラックの収率が
向上する。このような低酸素状態の燃焼では２０００℃
を超えることはほとんどない。一方、温度が低いと酸素
の拡散により酸素と反応する炭化水素が増えてカーボン
ブラックの収率が低下するとともに脱水素反応も十分進
まず高品質のカーボンブラックが得られない。
機系廃棄物を酸素含有ガスと水蒸気の混合ガス中で酸素
当量比１以下で部分燃焼及びガス化させるか無酸素状態
で５００℃以上の温度で熱分解してガス化させて得られ
る可燃ガスを、燃焼に必要な理論酸素量以下の酸素不足
状態で燃焼させる。なお、これらの可燃ガス中に粗粒子
が含まれているとカーボンブラックの品質を低下させる
ので、サイクロンなどにより除去しておくのが好まし
い。ここでの反応は式（ｇ）〜（ｊ）のとおりであり、
可燃ガスが部分燃焼して１０００℃以上の高温場を形成
し、この高温場で脱水素化した炭化水素が酸素不足のた
め相互に重縮合し、図５に示すように芳香族、巨大芳香
族、これらが凝縮した液滴を経てカーボンブラック粒子
となる。この場合、１０００℃以上、好ましくは１００
０〜２０００℃とすることにより炭化水素の脱水素化反
応速度が大きくなり、酸素の拡散が追いつかなくなり相
互の重縮合する割合が増えてカーボンブラックの収率が
向上する。このような低酸素状態の燃焼では２０００℃
を超えることはほとんどない。一方、温度が低いと酸素
の拡散により酸素と反応する炭化水素が増えてカーボン
ブラックの収率が低下するとともに脱水素反応も十分進
まず高品質のカーボンブラックが得られない。
【００１１】
【化３】 ＣＯ＋Ｏ2 → ＣＯ2 ＋Ｑ7 （ｇ） Ｈ2 ＋Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ＋Ｑ8 （ｈ） Ｃn1Ｈm1＋Ｏ2 → ＣＯ＋ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋Ｑ9 （ｉ） （可燃ガスの部分燃焼による発熱反応） Ｃn1Ｈm1 → Ｃ＋Ｈ2 −Ｑ10 （ｊ） （炭化水素の脱水素、重縮合によるカーボンブラック化）
【００１２】ここで得られる１０００℃以上の部分燃焼
ガスを不活性雰囲気下で７００℃以下、好ましくは２０
０〜７００℃の温度に瞬間的に急冷することにより、炭
化水素がカーボンブラックとなる反応を停止させる。ゆ
っくり冷却すると冷却途中の各温度で異なる性状のカー
ボンブラックが生成し、均一な性状のカーボンブラック
が得られない。急冷の手段としては不活性雰囲気に保持
する手段を兼ねて水あるいは窒素などの不活性ガスを供
給して冷却する方法が好適である。急冷のタイミングを
調整することによりカーボンブラックの粒径、水素含有
率などを調整することができる。カーボンブラックの好
ましい粒径範囲は２０〜１００ｎｍであり、また、好ま
しい水素含有量の範囲は０．３〜０．５％程度である。
急冷温度が２００℃未満になると部分燃焼ガスにＳＯｘ
が含まれている場合に露点以下となり、カーボンブラッ
クの回収が難しくなる。次いでこのカーボンブラックを
含有する反応ガスからカーボンブラックを分離、捕集す
ることによってカーボンブラックを得ることができる。
このようにして製造されたカーボンブラックは、粒径が
小さく、かさ密度が小さいため（０．１ｇ／ｃｍ3 以
下）、必要に応じて湿式造粒機などにより造粒後、乾燥
しかさ密度を大きくすることができる。
ガスを不活性雰囲気下で７００℃以下、好ましくは２０
０〜７００℃の温度に瞬間的に急冷することにより、炭
化水素がカーボンブラックとなる反応を停止させる。ゆ
っくり冷却すると冷却途中の各温度で異なる性状のカー
ボンブラックが生成し、均一な性状のカーボンブラック
が得られない。急冷の手段としては不活性雰囲気に保持
する手段を兼ねて水あるいは窒素などの不活性ガスを供
給して冷却する方法が好適である。急冷のタイミングを
調整することによりカーボンブラックの粒径、水素含有
率などを調整することができる。カーボンブラックの好
ましい粒径範囲は２０〜１００ｎｍであり、また、好ま
しい水素含有量の範囲は０．３〜０．５％程度である。
急冷温度が２００℃未満になると部分燃焼ガスにＳＯｘ
が含まれている場合に露点以下となり、カーボンブラッ
クの回収が難しくなる。次いでこのカーボンブラックを
含有する反応ガスからカーボンブラックを分離、捕集す
ることによってカーボンブラックを得ることができる。
このようにして製造されたカーボンブラックは、粒径が
小さく、かさ密度が小さいため（０．１ｇ／ｃｍ3 以
下）、必要に応じて湿式造粒機などにより造粒後、乾燥
しかさ密度を大きくすることができる。
【００１３】本発明の方法を実施する装置の好ましい構
成の態様を図１〜３に示す。図１はガス化手段としての
ガス化部６と燃焼炉の役割を果たす燃焼部７と急冷手段
である急冷部９とが一体化され、ガス化・燃焼炉４が形
成されているものである。このガス化・燃焼炉４に供給
されたタイヤなどの有機系廃棄物は、ガス化部６におい
て空気、酸素富化空気あるいは酸素などの酸素含有ガス
１６と水蒸気１７が供給され、酸素当量比１以下で部分
燃焼及びガス化される。ガス化部６で生成した可燃ガス
に、続く燃焼部７において空気、酸素富化空気あるいは
酸素などの酸素含有ガス１８を供給し、理論酸素量以下
の酸素不足状態で、１０００℃以上の温度で部分燃焼さ
せる。ここで生じた１０００℃以上の部分燃焼ガスに、
急冷部９において水又は窒素１９を添加して急冷し、反
応を停止させる。このようにして得られたカーボンブラ
ックを含有する燃焼ガス１０をバグフィルタなどの捕集
装置１１へ導き、カーボンブラック１２を捕集する。捕
集したカーボンブラック１２は適宜造粒、乾燥して製品
とする。一方、カーボンブラック１２を捕集したあとの
燃焼排ガス１３は、排ガス処理装置１４において脱硫脱
硝、脱塵などの無公害化処理を施され、処理排ガス１５
として大気放出される。
成の態様を図１〜３に示す。図１はガス化手段としての
ガス化部６と燃焼炉の役割を果たす燃焼部７と急冷手段
である急冷部９とが一体化され、ガス化・燃焼炉４が形
成されているものである。このガス化・燃焼炉４に供給
されたタイヤなどの有機系廃棄物は、ガス化部６におい
て空気、酸素富化空気あるいは酸素などの酸素含有ガス
１６と水蒸気１７が供給され、酸素当量比１以下で部分
燃焼及びガス化される。ガス化部６で生成した可燃ガス
に、続く燃焼部７において空気、酸素富化空気あるいは
酸素などの酸素含有ガス１８を供給し、理論酸素量以下
の酸素不足状態で、１０００℃以上の温度で部分燃焼さ
せる。ここで生じた１０００℃以上の部分燃焼ガスに、
急冷部９において水又は窒素１９を添加して急冷し、反
応を停止させる。このようにして得られたカーボンブラ
ックを含有する燃焼ガス１０をバグフィルタなどの捕集
装置１１へ導き、カーボンブラック１２を捕集する。捕
集したカーボンブラック１２は適宜造粒、乾燥して製品
とする。一方、カーボンブラック１２を捕集したあとの
燃焼排ガス１３は、排ガス処理装置１４において脱硫脱
硝、脱塵などの無公害化処理を施され、処理排ガス１５
として大気放出される。
【００１４】図２の構成では、ガス化手段としてのガス
化炉２を独立に設け、ここで図１におけるガス化部６と
同様の反応を行わせて得られる可燃ガス５を、急冷部９
を接続した燃焼炉８に送り部分燃焼、及びそれに続く急
冷を行わせる。急冷部９以降の流れは図１の構成と同様
である。図３の構成では、図２の構成におけるガス化炉
２の代わりに熱分解炉３を設置し、有機系廃棄物１を無
酸素状態で５００℃以上の温度で熱分解してガス化し、
可燃ガス（熱分解ガス）５を得ている。燃焼炉８以下の
流れは図２の構成と同様である。
化炉２を独立に設け、ここで図１におけるガス化部６と
同様の反応を行わせて得られる可燃ガス５を、急冷部９
を接続した燃焼炉８に送り部分燃焼、及びそれに続く急
冷を行わせる。急冷部９以降の流れは図１の構成と同様
である。図３の構成では、図２の構成におけるガス化炉
２の代わりに熱分解炉３を設置し、有機系廃棄物１を無
酸素状態で５００℃以上の温度で熱分解してガス化し、
可燃ガス（熱分解ガス）５を得ている。燃焼炉８以下の
流れは図２の構成と同様である。
【００１５】図１〜図３の構成において、ガス化炉２、
熱分解炉３及びガス化・燃焼炉４には灰分（熱分解残
渣）の分離手段が設けられており、また必要によりガス
化、熱分解により生成した可燃ガスを燃焼炉に送る前段
に除塵装置を設けてもよい。さらに、カーボンブラック
１２を捕集したあとの燃焼排ガス１３にはなお可燃成分
が含まれているので、必要によりボイラに導いて燃焼さ
せて水蒸気を発生させ、熱回収を行うことができる。ま
た、この水蒸気は有機系廃棄物をガス化させる際の水蒸
気として利用することができる。
熱分解炉３及びガス化・燃焼炉４には灰分（熱分解残
渣）の分離手段が設けられており、また必要によりガス
化、熱分解により生成した可燃ガスを燃焼炉に送る前段
に除塵装置を設けてもよい。さらに、カーボンブラック
１２を捕集したあとの燃焼排ガス１３にはなお可燃成分
が含まれているので、必要によりボイラに導いて燃焼さ
せて水蒸気を発生させ、熱回収を行うことができる。ま
た、この水蒸気は有機系廃棄物をガス化させる際の水蒸
気として利用することができる。
【００１６】
【実施例】以下実施例により本発明の方法及び装置をさ
らに具体的に説明する。 （実施例１）図６は有機系廃棄物からカーボンブラック
を製造する基礎試験装置の概要図である。この装置はガ
ス化部６、燃焼部７及び冷却部９を有する試験装置本体
２０と捕集装置１１からなる。この装置においては、先
ずガス化部６で火格子２１の上に有機系廃棄物１を載
せ、火格子２１の下部から空気、酸素及び水蒸気を任
意の割合で混合し、７００℃までの任意の温度に予熱し
たガス化剤２２を供給してガス化させるか、あるいは
火格子２１の下部から５００℃以上に予熱した窒素ガス
などのガス化剤２２を供給してガス化させる。ここで生
成した可燃ガス５は、燃焼部７において燃焼用ノズル２
３から空気及び酸素を任意の割合で混合した燃焼用ガス
２４を供給して、酸素不足状態で燃焼させ、次いで急冷
部９において冷却ノズル２５から窒素ガス２６を導入し
て急冷する。このようにして得られたカーボンブラック
を含有する燃焼ガスをバグフィルタなどの捕集装置１１
に導き、カーボンブラックを分離、捕集する。なお、ガ
ス化剤２２及び燃焼用ガス２４の組成及び温度は、有機
系廃棄物１の性状により適宜調整する。
らに具体的に説明する。 （実施例１）図６は有機系廃棄物からカーボンブラック
を製造する基礎試験装置の概要図である。この装置はガ
ス化部６、燃焼部７及び冷却部９を有する試験装置本体
２０と捕集装置１１からなる。この装置においては、先
ずガス化部６で火格子２１の上に有機系廃棄物１を載
せ、火格子２１の下部から空気、酸素及び水蒸気を任
意の割合で混合し、７００℃までの任意の温度に予熱し
たガス化剤２２を供給してガス化させるか、あるいは
火格子２１の下部から５００℃以上に予熱した窒素ガス
などのガス化剤２２を供給してガス化させる。ここで生
成した可燃ガス５は、燃焼部７において燃焼用ノズル２
３から空気及び酸素を任意の割合で混合した燃焼用ガス
２４を供給して、酸素不足状態で燃焼させ、次いで急冷
部９において冷却ノズル２５から窒素ガス２６を導入し
て急冷する。このようにして得られたカーボンブラック
を含有する燃焼ガスをバグフィルタなどの捕集装置１１
に導き、カーボンブラックを分離、捕集する。なお、ガ
ス化剤２２及び燃焼用ガス２４の組成及び温度は、有機
系廃棄物１の性状により適宜調整する。
【００１７】本装置により、有機系廃棄物として廃タイ
ヤを使用してカーボンブラックを製造する具体的方法は
次のとおりである。 （ガス化部） 廃タイヤを１ｃｍ角程度に破砕したチップを５ｋｇ／
時で火格子２１上に装入し、空気と水蒸気を１：１の割
合で混合し、７００℃に予熱したガス化剤２２を５０Ｎ
リットル／分で供給し、スチール、灰分を除く全てをガ
ス化する。 廃タイヤを１ｃｍ角程度に破砕したチップを５ｋｇ／
時で火格子２１上に装入し、７００℃に予熱した窒素ガ
スを５０Ｎリットル／分で供給し、揮発分（原料ゴム、
オイルなど）を熱分解し、ガス化する。 （燃焼部）前記又はで得られた可燃ガス５を、火格
子上部の燃焼用ノズル２３から空気と酸素を１：１で混
合した燃焼用ガス２４を１０Ｎリットル／分で供給し、
１０００℃以上の温度で部分燃焼させる。 （急冷部）燃焼部からの燃焼ガスに対し、冷却ノズル２
５から窒素ガスを５０Ｎリットル／分で供給して７００
℃以下に急冷し、カーボンブラックを含む燃焼ガスとす
る。 （分離装置）前記カーボンブラックを含む燃焼ガスを分
離装置（バグフィルタ）に導いてカーボンブラックを分
離、捕集する。カーボンブラックの収量は１ｋｇ／時程
度である。
ヤを使用してカーボンブラックを製造する具体的方法は
次のとおりである。 （ガス化部） 廃タイヤを１ｃｍ角程度に破砕したチップを５ｋｇ／
時で火格子２１上に装入し、空気と水蒸気を１：１の割
合で混合し、７００℃に予熱したガス化剤２２を５０Ｎ
リットル／分で供給し、スチール、灰分を除く全てをガ
ス化する。 廃タイヤを１ｃｍ角程度に破砕したチップを５ｋｇ／
時で火格子２１上に装入し、７００℃に予熱した窒素ガ
スを５０Ｎリットル／分で供給し、揮発分（原料ゴム、
オイルなど）を熱分解し、ガス化する。 （燃焼部）前記又はで得られた可燃ガス５を、火格
子上部の燃焼用ノズル２３から空気と酸素を１：１で混
合した燃焼用ガス２４を１０Ｎリットル／分で供給し、
１０００℃以上の温度で部分燃焼させる。 （急冷部）燃焼部からの燃焼ガスに対し、冷却ノズル２
５から窒素ガスを５０Ｎリットル／分で供給して７００
℃以下に急冷し、カーボンブラックを含む燃焼ガスとす
る。 （分離装置）前記カーボンブラックを含む燃焼ガスを分
離装置（バグフィルタ）に導いてカーボンブラックを分
離、捕集する。カーボンブラックの収量は１ｋｇ／時程
度である。
【００１８】（実施例２）図７は、図１のプロセスを工
業規模で実施する場合の構成の１例を示す概略説明図で
ある。このプロセスにおいては次のように操作する。 １．有機系廃棄物１としての廃タイヤを１０ｃｍ角程度
に切断し、ガス化・燃焼炉４に供給する。 ２．ガス化・燃焼炉４のガス化部６には、空気又は酸素
富化空気１６′と水蒸気１７が供給され、有機系廃棄物
１（廃タイヤ）は一部が燃焼して熱を発生し、内部温度
を７００℃以上に上昇させる。 ３．有機系廃棄物１（廃タイヤ）はＣＯ、Ｈ2 、ＣＨ4
のほかタールなどの高分子炭化水素化合物を含む可燃ガ
ス５を発生させ、残部は無機質の灰分２７として排出さ
れる。 ４．ガス化部６で発生した可燃ガス５は、燃焼部７にお
いて空気又は酸素富化空気１８′を供給され、理論酸素
量以下の酸素不足状態で１５００℃で部分燃焼させら
れ、カーボンブラック１２を生成する。
業規模で実施する場合の構成の１例を示す概略説明図で
ある。このプロセスにおいては次のように操作する。 １．有機系廃棄物１としての廃タイヤを１０ｃｍ角程度
に切断し、ガス化・燃焼炉４に供給する。 ２．ガス化・燃焼炉４のガス化部６には、空気又は酸素
富化空気１６′と水蒸気１７が供給され、有機系廃棄物
１（廃タイヤ）は一部が燃焼して熱を発生し、内部温度
を７００℃以上に上昇させる。 ３．有機系廃棄物１（廃タイヤ）はＣＯ、Ｈ2 、ＣＨ4
のほかタールなどの高分子炭化水素化合物を含む可燃ガ
ス５を発生させ、残部は無機質の灰分２７として排出さ
れる。 ４．ガス化部６で発生した可燃ガス５は、燃焼部７にお
いて空気又は酸素富化空気１８′を供給され、理論酸素
量以下の酸素不足状態で１５００℃で部分燃焼させら
れ、カーボンブラック１２を生成する。
【００１９】５．カーボンブラック１２を含む燃焼ガス
に、急冷部９において水１９′を添加して５００℃まで
急冷し、反応を停止させる。 ６．生成したカーボンブラック１２を含む燃焼ガス１０
はバグフィルタ２８に運ばれて捕集され、適宜造粒、乾
燥され製品となる。 ７．カーボンブラック１２を分離した後の燃焼排ガス１
３には可燃分が残っており、ボイラ２９で燃焼させ、水
蒸気３０を発生させる。 ８．水蒸気３０は、その１部をガス化部６へ供給する水
蒸気１７の一部として使用され、残りは熱原として利用
される。 ９．ボイラ２９で可燃分を燃焼させた燃焼排ガス１３
は、必要に応じて排ガス処理装置１４で処理され、無公
害化された後、大気放出される。
に、急冷部９において水１９′を添加して５００℃まで
急冷し、反応を停止させる。 ６．生成したカーボンブラック１２を含む燃焼ガス１０
はバグフィルタ２８に運ばれて捕集され、適宜造粒、乾
燥され製品となる。 ７．カーボンブラック１２を分離した後の燃焼排ガス１
３には可燃分が残っており、ボイラ２９で燃焼させ、水
蒸気３０を発生させる。 ８．水蒸気３０は、その１部をガス化部６へ供給する水
蒸気１７の一部として使用され、残りは熱原として利用
される。 ９．ボイラ２９で可燃分を燃焼させた燃焼排ガス１３
は、必要に応じて排ガス処理装置１４で処理され、無公
害化された後、大気放出される。
【００２０】（実施例３）図８は、図２のプロセスを工
業規模で実施する場合の構成の１例を示す概略説明図で
ある。この例ではガス化炉２と急冷部９を付設された燃
焼炉８との間にサイクロン３１を設けて可燃ガス中の粗
粒子を除去している。このプロセスにおいては次のよう
に操作する。 １．有機系廃棄物１としての廃タイヤを１０ｃｍ角程度
に切断し、ガス化炉２に供給する。 ２．ガス化炉２には、空気又は酸素富化空気１６′と水
蒸気１７が供給され、有機系廃棄物１（廃タイヤ）は一
部が燃焼して熱を発生し、内部温度を７００℃以上に上
昇させる。 ３．有機系廃棄物１（廃タイヤ）はＣＯ、Ｈ2 、Ｃ
Ｈ4 、ベンゼン、トルエンなどの芳香族化合物のほかタ
ールなどの高分子炭化水素化合物を含む可燃ガス５を発
生させ、残部は無機質の灰分２７として排出される。 ４．可燃ガス５は、サイクロン３１により脱塵され、燃
焼炉８において空気又は酸素富化空気１８′を供給さ
れ、理論酸素量以下の酸素不足状態、好ましくは酸素比
０．１〜０．５で１５００℃で部分燃焼させられ、カー
ボンブラック１２を生成する。酸素比が０．１未満では
燃焼できず、また０．５を超えるとカーボンブラックの
収率が低下する。
業規模で実施する場合の構成の１例を示す概略説明図で
ある。この例ではガス化炉２と急冷部９を付設された燃
焼炉８との間にサイクロン３１を設けて可燃ガス中の粗
粒子を除去している。このプロセスにおいては次のよう
に操作する。 １．有機系廃棄物１としての廃タイヤを１０ｃｍ角程度
に切断し、ガス化炉２に供給する。 ２．ガス化炉２には、空気又は酸素富化空気１６′と水
蒸気１７が供給され、有機系廃棄物１（廃タイヤ）は一
部が燃焼して熱を発生し、内部温度を７００℃以上に上
昇させる。 ３．有機系廃棄物１（廃タイヤ）はＣＯ、Ｈ2 、Ｃ
Ｈ4 、ベンゼン、トルエンなどの芳香族化合物のほかタ
ールなどの高分子炭化水素化合物を含む可燃ガス５を発
生させ、残部は無機質の灰分２７として排出される。 ４．可燃ガス５は、サイクロン３１により脱塵され、燃
焼炉８において空気又は酸素富化空気１８′を供給さ
れ、理論酸素量以下の酸素不足状態、好ましくは酸素比
０．１〜０．５で１５００℃で部分燃焼させられ、カー
ボンブラック１２を生成する。酸素比が０．１未満では
燃焼できず、また０．５を超えるとカーボンブラックの
収率が低下する。
【００２１】５．カーボンブラック１２を含む燃焼ガス
に、急冷部９において水１９′を添加して５００℃まで
急冷し、反応を停止させる。 ６．生成したカーボンブラック１２を含む燃焼ガス１０
はバグフィルタ２８に運ばれて捕集され、適宜造粒、乾
燥され製品となる。 ７．カーボンブラック１２を分離した後の燃焼排ガス１
３には可燃分が残っており、ボイラ２９で燃焼させ、水
蒸気３０を発生させる。 ８．水蒸気３０は、その１部をガス化部６へ供給する水
蒸気１７の一部として使用され、残りは熱原として利用
される。 ９．ボイラ２９で可燃分を燃焼させた燃焼排ガス１３
は、必要に応じて排ガス処理装置１４で処理され、無公
害化された後、大気放出される。
に、急冷部９において水１９′を添加して５００℃まで
急冷し、反応を停止させる。 ６．生成したカーボンブラック１２を含む燃焼ガス１０
はバグフィルタ２８に運ばれて捕集され、適宜造粒、乾
燥され製品となる。 ７．カーボンブラック１２を分離した後の燃焼排ガス１
３には可燃分が残っており、ボイラ２９で燃焼させ、水
蒸気３０を発生させる。 ８．水蒸気３０は、その１部をガス化部６へ供給する水
蒸気１７の一部として使用され、残りは熱原として利用
される。 ９．ボイラ２９で可燃分を燃焼させた燃焼排ガス１３
は、必要に応じて排ガス処理装置１４で処理され、無公
害化された後、大気放出される。
【００２２】（実施例４）図９は、図３のプロセスを工
業規模で実施する場合の構成の１例を示す概略説明図で
ある。この例ではガス化手段として熱分解炉３を使用し
ている。このプロセスにおいては次のように操作する。 １．有機系廃棄物１としての廃タイヤを１０ｃｍ角程度
に切断し、二重のダンパ３２を介してを熱分解炉３に供
給する。 ２．熱分解炉３の内部は６００℃であり、廃タイヤはス
トーカ３３の上を移動しながら熱分解し、残渣３４は二
重のダンパ３４を介して排出される。 ３．発生した軽質油を主成分とするベンゼン、トルエ
ン、キシレン、スチレン等の可燃ガス（熱分解ガス）５
は、その１部は空気３６と混合され、熱分解炉３の加熱
のため、バーナ３７で燃焼させる。 ４．残りの可燃ガス（熱分解ガス）５は、燃焼炉８にお
いて空気１８″を供給され、好ましくは酸素比０．１〜
０．５の理論酸素量以下の酸素不足状態で１０００〜１
５００℃で部分燃焼させられ、カーボンブラック１２を
生成する。酸素比が０．１未満では燃焼できず、また
０．５を超えると大部分が燃焼してカーボンブラックの
収率が低下する。 ５．カーボンブラック１２を含む燃焼ガスは、急冷部９
において水を添加して５００℃まで急冷し、反応を停止
させる。 ６．生成したカーボンブラック１２を含む燃焼ガス１０
はバグフィルタ２８に運ばれて捕集され、適宜造粒、乾
燥され製品となる。 ７．カーボンブラック１２を分離した後の燃焼排ガス１
３は、必要に応じて排ガス処理装置１４で処理され、無
公害化された後、大気放出される。
業規模で実施する場合の構成の１例を示す概略説明図で
ある。この例ではガス化手段として熱分解炉３を使用し
ている。このプロセスにおいては次のように操作する。 １．有機系廃棄物１としての廃タイヤを１０ｃｍ角程度
に切断し、二重のダンパ３２を介してを熱分解炉３に供
給する。 ２．熱分解炉３の内部は６００℃であり、廃タイヤはス
トーカ３３の上を移動しながら熱分解し、残渣３４は二
重のダンパ３４を介して排出される。 ３．発生した軽質油を主成分とするベンゼン、トルエ
ン、キシレン、スチレン等の可燃ガス（熱分解ガス）５
は、その１部は空気３６と混合され、熱分解炉３の加熱
のため、バーナ３７で燃焼させる。 ４．残りの可燃ガス（熱分解ガス）５は、燃焼炉８にお
いて空気１８″を供給され、好ましくは酸素比０．１〜
０．５の理論酸素量以下の酸素不足状態で１０００〜１
５００℃で部分燃焼させられ、カーボンブラック１２を
生成する。酸素比が０．１未満では燃焼できず、また
０．５を超えると大部分が燃焼してカーボンブラックの
収率が低下する。 ５．カーボンブラック１２を含む燃焼ガスは、急冷部９
において水を添加して５００℃まで急冷し、反応を停止
させる。 ６．生成したカーボンブラック１２を含む燃焼ガス１０
はバグフィルタ２８に運ばれて捕集され、適宜造粒、乾
燥され製品となる。 ７．カーボンブラック１２を分離した後の燃焼排ガス１
３は、必要に応じて排ガス処理装置１４で処理され、無
公害化された後、大気放出される。
【００２３】
【発明の効果】本発明の方法により、従来は焼却処理
し、燃焼により生ずる熱を熱源として利用するだけであ
った廃タイヤなどの有機系廃棄物から、有価なカーボン
ブラックを製造することが可能となった。しかも廃タイ
ヤなどは焼却処理に手間がかかるという問題もあった
が、本発明の方法によればこれら有機系廃棄物の処理も
簡単となる。また、本発明の装置によれば、前記方法を
効果的に実施することができる。
し、燃焼により生ずる熱を熱源として利用するだけであ
った廃タイヤなどの有機系廃棄物から、有価なカーボン
ブラックを製造することが可能となった。しかも廃タイ
ヤなどは焼却処理に手間がかかるという問題もあった
が、本発明の方法によればこれら有機系廃棄物の処理も
簡単となる。また、本発明の装置によれば、前記方法を
効果的に実施することができる。
【図１】本発明の装置の好ましい構成の第１の例を示す
概略説明図。
概略説明図。
【図２】本発明の装置の好ましい構成の第２の例を示す
概略説明図。
概略説明図。
【図３】本発明の装置の好ましい構成の第３の例を示す
概略説明図。
概略説明図。
【図４】７００℃で廃タイヤをガス化する際の反応にお
ける炭素に対する酸素と水蒸気の供給割合と反応特性と
の関係を示すグラフ。
ける炭素に対する酸素と水蒸気の供給割合と反応特性と
の関係を示すグラフ。
【図５】カーボンブラックの生成機構の説明図。
【図６】本発明の方法を実施する基礎試験装置の概要
図。
図。
【図７】本発明の方法及び装置によるカーボンブラック
製造プロセスの構成例を示す概略説明図。
製造プロセスの構成例を示す概略説明図。
【図８】本発明の方法及び装置によるカーボンブラック
製造プロセスの第２の構成例を示す概略説明図。
製造プロセスの第２の構成例を示す概略説明図。
【図９】本発明の方法及び装置によるカーボンブラック
製造プロセスの第３の構成例を示す概略説明図。
製造プロセスの第３の構成例を示す概略説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂井 正康 長崎県長崎市深堀町五丁目717番地１ 長 菱エンジニアリング株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 有機系廃棄物を酸素含有ガスと水蒸気の
混合ガス中でかつ酸素当量比１以下で部分燃焼及びガス
化させ、得られた可燃ガスを理論酸素量以下の酸素不足
状態で１０００℃以上の温度で部分燃焼させ、得られる
１０００℃以上の部分燃焼ガスを不活性雰囲気下で７０
０℃以下に急冷することを特徴とするカーボンブラック
の製造方法。 - 【請求項２】 有機系廃棄物を無酸素状態で５００℃以
上の温度で熱分解してガス化し、得られた可燃ガスを理
論酸素量以下の酸素不足状態で１０００℃以上の温度で
部分燃焼させ、得られる１０００℃以上の部分燃焼ガス
を不活性雰囲気下で７００℃以下に急冷することを特徴
とするカーボンブラックの製造方法。 - 【請求項３】 有機系廃棄物を酸素含有ガスと水蒸気の
混合ガス中でかつ酸素当量比１以下で部分燃焼及びガス
化させるか無酸素状態で５００℃以上の温度で熱分解し
てガス化させるガス化手段と、該ガス化手段で得られる
可燃ガスを理論酸素量以下の酸素不足状態で１０００℃
以上の温度で部分燃焼させる燃焼炉と、該燃焼炉から出
る１０００℃以上の部分燃焼ガスを水又は窒素により７
００℃以下に急冷する急冷手段と、生成したカーボンブ
ラックを分離捕集する捕集手段と、カーボンブラック分
離後の排ガスを無公害化する排ガス処理装置よりなるこ
とを特徴とする廃棄物からのカーボンブラック製造装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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