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타이어 열분해 일반적으로 고온에서 산소가 없는 상태에서 수명이 다한 고무 타이어를 분해하는 열화학 공정입니다. 300°C 및 700°C . 산소가 없으면 연소가 일어날 수 없습니다. 대신, 고무의 복잡한 폴리머 사슬은 더 간단한 탄화수소 화합물로 분해되어 열분해 오일, 카본 블랙, 강철 와이어 및 가연성 가스를 비롯한 다양한 귀중한 회수 물질을 생성합니다.
추정으로 폐타이어 10억개 매년 전 세계적으로 발생하는 타이어 열분해는 매립과 같은 기존 처리 옵션이 법률에 의해 점점 더 제한되고 있는 상황에서 폐타이어 가치화를 위한 가장 기술적으로나 상업적으로 유망한 경로 중 하나로 부상했습니다. 이는 환경 문제와 자원 회수 기회를 동시에 해결합니다.
타이어 열분해 공정은 공급원료 준비부터 제품 분리 및 수집까지 잘 정의된 일련의 단계를 따릅니다. 각 단계를 이해하면 엔지니어링 요구 사항과 달성 가능한 출력 품질이 모두 명확해집니다.
전체 타이어 또는 미리 파쇄된 타이어 칩이 열분해 반응기로 공급됩니다. 입자 크기로 파쇄 50~100mm 공급원료가 작을수록 열 전달 및 처리 효율성이 향상되므로 연속 시스템에서 일반적입니다. 강철 와이어와 섬유 보강재는 가공 전에 부분적으로 제거되거나 하류에서 분리될 수 있습니다.
밀봉된 무산소 반응기 내부에서는 일반적으로 가스 버너나 전기 가열 요소를 통해 외부에서 열이 가해집니다. 온도가 상승함에 따라 고무의 폴리머 사슬은 열 균열 : 긴 사슬 탄화수소는 더 짧은 휘발성 분자로 분해되어 열분해 가스로 반응기를 빠져나가는 반면, 고체 탄소질 잔류물(숯)과 강철은 반응기 챔버에 남아 있습니다. 반응기 설계에는 고정층 배치 반응기, 회전식 가마 연속 반응기 및 진공 열분해 시스템이 포함되며, 각각은 서로 다른 처리 용량과 제품 수율 프로필을 제공합니다.
반응기에서 나오는 휘발성 가스는 응축 시스템을 통과합니다. 더 무거운 탄화수소 분획은 다음과 같이 응축됩니다. 열분해 오일(타이어 유래 연료, TDF 오일) , 더 가벼운 비응축 가스는 재순환되어 원자로 자체에 연료를 공급하여 전반적인 에너지 효율을 향상시킵니다. 고체 숯은 배출되고 냉각된 후 회수된 카본 블랙(rCB)으로 추가 처리됩니다. 강선은 자기적으로 분리되어 고철 재활용을 위해 판매됩니다.
| 공정단계 | 주요 조치 | 출력 |
|---|---|---|
| 공급원료 준비 | 파쇄 / 크기 조정 | 원자로용 타이어 칩 준비 |
| 열분해 반응 | 300~700°C에서 열분해, 산소 없음 | 휘발성 고체 숯강 |
| 결로 | 휘발성 가스 냉각 | 열분해유 비응축성 가스 |
| 숯 처리 | 밀링, 활성화, 정제 | 회수카본블랙(rCB) |
| 금속 분리 | 자기 분리 | 스크랩 철강선 |
타이어 열분해의 가장 매력적인 측면 중 하나는 사실상 모든 입력 물질이 사용 가능한 출력으로 변환된다는 것입니다. 일반적인 승용차 타이어의 중량별 제품 분포는 대략 다음과 같습니다.
타이어 열분해 오일은 발열량이 약 40~43MJ/kg —디젤 연료와 비슷합니다. 이는 시멘트 가마, 강철 용광로 및 해양 보일러에서 산업용 연료로 직접 사용되거나 디젤 및 가솔린 분획으로 추가로 정제됩니다. 업그레이드된 타이어 열분해 오일은 점점 더 석유화학 생산의 공급원료로 평가되고 있으며, 이는 화학 산업의 순환 경제 목표에 기여하고 있습니다.
열분해 과정에서 생성된 고체 숯에는 상당한 양의 카본 블랙이 포함되어 있습니다. 이는 타이어 제조에 광범위하게 사용되는 강화 재료와 같습니다. 분쇄 및 정제 후, 회수된 카본 블랙(rCB) 고무 배합, 플라스틱, 잉크 및 코팅에서 버진 카본 블랙을 대체할 수 있습니다. 글로벌 카본블랙 시장을 넘어섰다 2023년 170억 달러 , rCB를 고부가가치 제품 스트림으로 만듭니다. ASTM N550 또는 N660 순수 등급에 필적하는 품질 등급을 달성하는 것은 산업 R&D의 활발한 영역으로 남아 있습니다.
타이어 열분해에서 회수된 강철 보강재는 고품질, 저오염 와이어 스크랩으로 제철소 및 재활용 업체에서 쉽게 사용할 수 있습니다. 단일 트럭 타이어에는 최대 강철 3~5kg , 특히 트럭 및 OTR(오프더로드) 타이어를 처리하는 대규모 타이어 열분해 작업에서 금속 회수를 의미 있는 수익원으로 만듭니다.
주로 수소, 메탄, 에탄, 프로판으로 구성된 비응축 가스 부분의 발열량은 다음과 같습니다. 35~45MJ/m³ , 천연가스보다 높습니다. 잘 설계된 열분해 시스템에서는 이 가스가 재순환되어 반응기를 가열하므로 공정이 크게 진행됩니다. 에너지 자급자족 일단 정상상태 작동에 도달하면. 잉여 가스는 현장 발전에 사용될 수 있습니다.
타이어 열분해는 매립, 비축 또는 노천 소각과 같은 기존 폐타이어 처리 방법에 비해 강력한 환경 프로필을 제공합니다. 이 방법은 모두 심각한 생태학적 결과를 초래합니다.
그러나 책임 있는 운영에는 엄격한 절차가 필요합니다. 배출 제어 시스템 - 스크러버, 애프터버너, 지속적인 스택 모니터링 등 - 고무의 열처리 중에 형성될 수 있는 다환 방향족 탄화수소(PAH) 및 기타 휘발성 유기물의 방출을 방지합니다.
| 방법 | 출력 | 에너지 회수 | 물질 회수 | 환경 위험 |
|---|---|---|---|---|
| 열분해 | 오일, RCB, 가스, 철강 | 높음 | 높음 | 낮음(제어된 경우) |
| 공동 처리(시멘트 가마) | 에너지만 | 높음 | 없음 | 낮음 |
| 기계적 분쇄(고무 부스러기) | 부스러기 고무, 강철 섬유 | 없음 | 보통 | 매우 낮음 |
| 소각 | 열 / 전기 | 보통 | 없음 | 높음 (ash, NOx, dioxins) |
| 매립 | 없음 | 없음 | 없음 | 매우 높음 |
전 세계 타이어 열분해 시장의 가치는 대략 2023년 7억 8천만 달러 이상의 CAGR(연간 복합 성장률)로 성장할 것으로 예상됩니다. 2030년까지 7% 이는 폐기물 규제 강화, 재활용 카본 블랙 수요 증가, 순환 경제 인프라에 대한 투자 증가로 인해 발생했습니다.
주요 규제 동인으로는 EU 폐차 지침, 유럽과 북미 지역의 타이어에 대한 생산자 책임 확대(EPR) 제도, 14차 5개년 계획에 따른 중국의 공격적인 재활용 재료 목표 등이 있습니다. 이와 병행하여 다음을 포함한 주요 타이어 제조업체는 미쉐린, 브리지스톤, 콘티넨탈 열분해에서 나온 rCB를 포함한 재활용 콘텐츠를 새로운 타이어 생산에 통합하여 열분해 결과물에 대한 직접적인 풀마켓을 창출하기로 공개적으로 약속했습니다.
회수된 카본블랙 품질의 표준화는 업계에서 중요한 이정표입니다. 는 ASTM D8178 표준 rCB 및 유럽 REACH 규정 준수 프레임워크는 타이어 열분해에서 생성된 rCB가 주류 고무 및 플라스틱 공급망에 자신있게 들어갈 수 있도록 하는 품질 벤치마크를 제공합니다.
강력한 기본 원칙에도 불구하고 타이어 열분해는 광범위한 채택을 계속 제한하는 몇 가지 기술 및 상업적 장애물에 직면해 있습니다.
지속적인 혁신은 타이어 열분해의 현재 한계를 해결하고 있습니다. 촉매 열분해 - 제올라이트나 금속 산화물과 같은 촉매를 반응기에 도입하면 제품 분포를 더 높은 가치의 가벼운 오일 유분으로 전환하고 rCB 순도를 향상시킬 수 있습니다. 전자레인지를 이용한 열분해 잠재적으로 더 낮은 에너지 소비로 더 빠르고 균일한 가열을 제공합니다. 그리고 공동열분해 제품 수율과 경제성을 최적화하기 위해 플라스틱이나 바이오매스와 같은 다른 폐기물 흐름이 포함된 타이어를 사용하는 방법이 연구되고 있습니다.
지속가능성 요구가 강화되고 순수 재료 비용이 상승함에 따라 타이어 열분해는 틈새 폐기물 관리 기술에서 주류 산업 공정으로 전환할 수 있는 좋은 위치에 있습니다. 프로세스 혁신, 제품 표준화, 지원 정책 프레임워크의 올바른 조합을 통해 타이어 열분해는 세계에서 가장 지속적인 폐기물 문제 중 하나에 대한 루프를 닫는 가장 실행 가능한 경로 중 하나를 나타냅니다 .
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