JP2004507359A - 石油貯蔵タンクからのスラッジ内に含まれる炭化水素を除去する除去装置および／または炭化水素を含む残渣を処理する処理装置ならびにプラズマプロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、異なる材料、例えば汚物またはスラッジから、石油化学的な漏洩または不適切な廃棄／取り扱いにより生じた有害または危険な有機化合物、例えば石油、油、殺生物剤、除草剤および種々の炭化水素を除去するのに適したプラズマ用プロセスおよび装置に関する。プロセスおよび装置は石油貯蔵タンクの底部に形成されたスラッジ内に含まれる炭化水素を除去するのに使用される。本発明のプラズマ用プロセスおよび装置は同様の材料を処理するのに使用される他のプロセスに比較して以下の利点を有する。利点は、汚物またはスラッジ内の汚染物質を０．１質量％よりも少なくなるまで除去すること、連続的なプロセス動作、要求される場合に汚染物質を再生する能力あること、プロセスの高いエネルギ効率、処理されるべきガスが少量であること、である。プラズマ用プロセスは、炭化水素を揮発させるために汚物またはスラッジに十分なエネルギを与えるプラズマ用システムを採用し、プロセス温度を４００℃と９００℃との間に維持する。プラズマ用リアクタを流出した揮発化合物はコンデンサ内に収集される。汚物／スラッジを含む石油または油を処理する際に炭化水素はコンデンサ内において液体炭化水素（油）の形態で回収される。汚物またはスラッジはリアクタの一端からリアクタ内に連続的に供給され、同時に油を含んでいない汚物または残渣がリアクタの他端から除去される。炭化水素が酸化するのを妨げるために、プラズマ用リアクタ内の雰囲気は中性または還元される。装置は供給システムと、静的リアクタと、回転式リアクタと、残渣をリアクタ内に搬入するための回転式スクリュと、プラズマ用システムと、揮発化合物を除去するためのチューブと、プラズマ用リアクタの外部に位置するコンデンサと、清浄化材料をリアクタから流出させる出口と、清浄化材料を収集するサイロとを含む。

Description

【０００１】
発明の背景
（ａ）発明の分野
本発明は、原油およびかなりの量の無機固体材料および水を含む石油貯蔵タンクの底部に形成されたスラッジ内に含まれる炭化水素を除去する装置ならびにプラズマプロセスに関する。プラズマプロセスは汚物およびスラッジを処理するのに適しており、毒性または危険な有機化合物、例えば石油、殺生物剤、除草剤ならびにこれら材料の流出または不適切な廃棄／処理に基づく種々の炭化水素を排除する。
【０００２】
（ｂ）先行技術の簡単な説明
石油または他の形式の油に含まれる汚物は通常は偶発的またはパイプラインのメンテナンス時における漏洩であって、石油化学プラントまたは精製プラントなどにおいてしばしば見られる。石油または油内には２５質量％（２５重量％）よりも多い汚物が含まれているのが分かっている。そのような石油または油は環境に対する重大な脅威であって、植物種および人間を含む動物種を危険にさらす。他の有機化合物、例えば殺生物剤および除草剤に含まれる汚物、スラッジおよび類似物質も同一のカテゴリに包含されうる。このような場合には、汚物は数十ｐｐｍからかなりのパーセントまで変わりうる。前述した全ての汚物の場合において、環境に対する重大な危険が存在しており、それにより、毒性または危険な有機化合物を汚物またはスラッジから除去して適切に処理する必要がある。
【０００３】
炭化水素の他の源は石油貯蔵タンク内に形成されるスラッジである。このような石油貯蔵タンクはかなりの量の無機固体材料および水を含んでおり、自然環境に戻される前に適切に処理する必要がある。単純にするために、前述した有機化合物とは異なる形式の有機化合物、汚物、異なる形式のスラッジに含まれる汚物を本明細書において炭化水素と呼ぶ。
【０００４】
前述した汚染物質のための複数の処理プロセスが存在している。最も一般的に使用される処理プロセスは焼却と遠心分離器の使用とを含む。しかしながら、後述するように、両方の処理方法は、本発明が良好かつ実現可能な変更態様を提供できる重大な限界を有している。
【０００５】
焼却は工業技術における一般的な方法である（例えば１９７３年マグローヒルブック社からのＲ．Ｈ．ペリー、Ｃ．Ｈ．キルトンによる化学工業ハンドブック第５版の９−３５から９−３６を参照されたい）。特に、炭化水素汚染物質の処理に用いられる。汚染材料は耐火物性ライニングを備えた回転炉内に供給される。ガスまたは油用バーナが回転炉の温度を５００℃から１０００℃の間に維持するのに使用される。空気を回転炉内に供給する必要があり、空気内の酸素によって炭化水素をこの温度において不完全燃焼または完全燃焼させる。汚染物質内に含まれる水は揮発して燃焼ガスと共に回転炉から流出する。プロセスの残渣内には根本的に有毒および危険な有機化合物が存在していないが、焼却プロセスに関連づけられた以下の問題が存在する。これら問題は、（ａ）体積の大きい排出ガスを処理する必要があること（排出ガスは、プロセスのための同伴空気と、有毒な有機化合物の燃焼により生じたガスと、バーナからのガスと、水蒸気との合計である）、（ｂ）油／ガス用バーナからの熱のほとんどが排出ガスと共に回転炉から流出するのでエネルギ効率に乏しいこと、典型的なエネルギ効率はプロセス全体の２０％よりも小さい、（ｃ）大幅な損失になりうる炭化水素の燃焼によって初期の有機材料を回収することができないことである。
【０００６】
固体から液体を分離する遠心分離器の使用は工業技術における一般的な方法である（例えば１９７３年マグローヒルブック社からのＲ．Ｈ．ペリー、Ｃ．Ｈ．キルトンによる化学工業ハンドブック第５版の１９−８７から１９−９８を参照されたい）。遠心分離器は汚物またはスラッジ内に含まれる炭化水素を処理するのに使用される（例えば、ＰＥアトキンスによる「遠心分離器と真空源と排出口と精留塔（ＦＳ）と充填センサとを有する装置によって、汚物または地下水に含まれる汚染炭化水素の清浄化であって、分離された液体が低剪断ポンプによりＦＳに供給される」と称する米国特許第６１４９３４５号明細書を参照されたい）。本願明細書においては、可変量の炭化水素および水を含む汚染物質を遠心分離器と呼ばれる回転式容器内に供給する。遠心分離器内においては遠心力により液体炭化水素とあらゆる水分とがスラッジ内に含まれる汚染物または汚染固形物から分離される。理想的にはこのようなプロセスによって汚物またはスラッジから炭化水素および水が存在しなくなり、そのような有機液体の回収ができなくなる。遠心分離器に関連づけられる問題は、炭化水素を完全に除去するのが不可能なことであり、処理後の汚物またはスラッジは典型的には５質量％（５重量％）よりも多い有機汚物をまだ含んでいる。
【０００７】
熱プラズマの使用は病院の廃棄物、産業残渣、および鋳造所からの再生アルミニウム（垢）など処理するための認知された方法である。このことに関連してＲ．Ｎ．スゼンテの文献（１９９５年のＡＩＰ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃ．　ｎ３４５　第４８７頁）を参照されたい。熱プラズマはアークによって得られて、一般的なガスを２００００℃のオーダまで加熱する。熱プラズマを発生させる装置は異なる形状を有しうるプラズマ用トーチ、例えば管状金属製電極または黒鉛製電極である。どちらの場合にも、アークはガスを加熱するために電極間に維持される。このような温度下においてはガスは部分的にイオン化されてプラズマと呼ばれる。プラズマは流出ガスとは異なる特性を有していて、高温が必要な際もしくは特定の化学反応または材料の物理的変更のためにイオン化形態が必要な際に採用されうる。熱プラズマを発生させる普通の方法は、冶金学的アーク炉に採用される交流に対して、直流電源により得られる。所定の残渣は特定の形式のプラズマ用システムとリアクタとを必要としている。残渣のためのプラズマ用プロセスは、残渣内に含まれる無機化合物を溶解させて有機化合物を酸化させるために普通は約１５００℃のプロセス温度を必要としていて、一酸化炭素と二酸化炭素と水とを生じさせる。
【０００８】
主要な発明に関して特に参照することによって、このプロセスが本発明の動作状況と熱転位機構に対する動作状況と熱転位機構とに関して複数の類似点を有しているので、アルミニウムの垢を熱プラズマ処理することに関する以下の明細書、１９９０年１０月２日にＧ．デューブ、Ｊ．Ｐ．フミ、Ｗ．スチーブンス、Ｓ．ラボイ等に発行された「プラズマ垢処理を用いた垢からの非鉄系金属の回収」と称する米国特許第４９６０４６０号明細書を開示する。アルミニウムの垢を処理するために、材料が回転炉内に供給され、回転炉のドアが閉鎖される。リアクタ内においては直流アークを発生させているプラズマ用トーチまたは黒鉛製電極が制御雰囲気を維持すると共に同一温度においてプロセスに必要なエネルギを供給するのに使用されている。プラズマ用トーチまたは黒鉛製電極は通常はリアクタの中心領域に配置されている。回収金属が酸化するのを避けるために、プロセスは基本的には非酸化雰囲気においてアルミニウムを垢から約７００℃にて溶融させることを含んでいる。溶融アルミニウム内において水分が水素に還元することが原因で酸化および爆発も生じうるので、水分はアルミニウムの垢内には存在していない。プロセスはバッチ方式で行われる。一端、垢に含まれるアルミニウムが溶解すると、リアクタを開放させ、液体金属を型に流込む。他の化合物、典型的には酸化アルミニウムがリアクタから除去されて、別の装填作用が行われる。このプロセスはアルミニウムの垢を処理するのに極めて適している。しかしながら、このプロセスは本質的にはバッチ方式であって排出ガスのための設備を有してなくて所望の分離のために７００℃において金属を溶かす材料はほとんどないので、このプロセスは本質的には他の形式の残渣のために使用されない。
【０００９】
発明の目的および概要
本発明の目的は、有毒または危険な化合物、例えば異なる炭化水素、石油、油、および／または殺生物剤、除草剤ならびに類似の有機化合物内に含まれる汚物および／またはスラッジを処理するプロセスおよび処理装置を提供すること、あるいは石油貯蔵タンクの底部に形成されたスラッジ内の炭化水素を除去するプロセスおよび処理装置を提供することであり、提案されるプロセスおよび処理装置は産業界において現在使用されているプロセスの問題点を克服するものである。
【００１０】
さらに特別には、本発明の目的は、炭化水素内に含まれる汚物および／またはスラッジを処理するためのプラズマ用プロセスおよび処理装置を提供することであり、本発明のプロセスおよび処理装置の技術的特徴により他のプロセスに勝る以下の利点が提供される。これら利点は同様な材料を処理する出願人により見いだされた。これら利点は、
（ａ）汚物またはスラッジ内の汚染物質を０．１質量％（０．１重量％）よりも少なくなるまで除去すること、
（ｂ）連続的なプロセス動作、
（ｃ）要求される場合に汚染物質を再生する能力があること、
（ｄ）プロセスの高いエネルギ効率、
（ｅ）処理されるべきガスが少量であること、である。
【００１１】
プラズマ用プロセスおよび処理装置の詳細な説明ならびに他のプロセスに勝る利点を説明する。
発明者により改良されたプラズマ用プロセスは、炭化水素を揮発させるために汚物またはスラッジに十分なエネルギを与えるプラズマ用システムを採用する。処理される物質内に含まれる全ての炭化水素を揮発させるために、提案されるプラズマ用プロセスの通常の動作温度は４００℃と９００℃との間にある。プラズマ用リアクタを流出した揮発化合物はコンデンサ内に収集される。汚物／スラッジを含む石油または油を処理する際には、コンデンサ内において炭化水素は液体炭化水素（油）の形態で回収される。汚染物質に含まれるあらゆる水分はプロセス時に揮発されてコンデンサ内に回収される。汚物またはスラッジはリアクタの一端からリアクタ内に連続的に供給され、同時に油を含んでいない汚物または残渣がリアクタの他端から除去される。炭化水素が酸化するのを妨げると共に揮発させてプラズマ用リアクタ外部にて炭化水素を凝縮した後に炭化水素を回収可能にするために、プラズマ用リアクタ内の雰囲気は中性であるかまたは還元される。
【００１２】
前述した残渣を処理するためのプラズマ用システムを使用することによる、通常の焼却プロセスに対する主な利点は以下のとおりである。（ａ）焼却時に採用される油またはガス用バーナにより生じる火炎よりもプラズマジェットはさらに高温である（プラズマジェットの場合は典型的には１５０００℃であり、油またはガス用バーナの場合は２０００℃）ので、エネルギ効率がさらに高く、それにより、エネルギ源および被加熱基材の温度に応じて定まる熱転移がプラズマ用プロセスにおいて極めて高く、プラズマ用プロセスのエネルギ効率が極めて高くなる。通常のガスまたは油用バーナの２０％程度のエネルギ効率と比較して、８０％以上の典型的なエネルギ効率はプラズマ用プロセスにより達成される。（ｂ）炭化水素汚染物質の回収が可能であり、このことは汚物またはスラッジが１０質量％（１０重量％）以上の炭化水素を含む場合のプロセスに対してかなりの長所である。（ｃ）油またはガス用バーナの燃焼時に生ずるガスの体積と比較してプラズマ用トーチは少量のガスによって動作するので、処理されるべき排出ガスの体積を大幅に低減できる。さらに揮発された有機化合物を含むプラズマ用プロセスの排出ガスを容易に凝縮でき、極めて少量の排出ガスが形成される結果となる。遠心プロセスと比較した場合に、前述した残渣を処理するためにプラズマ用システムを使用することによる主な利点は汚物またはスラッジからの汚染物質を完全に排除できることであり、このことは遠心プロセス後に残る５質量％（５重量％）の炭化水素に匹敵する。
【００１３】
汚物またはスラッジを処理するために補助的な処理装置を含む提案されたプロセスは、アルミニウムの垢を処理するのに使用される現存のプラズマ用プロセスと比較して以下の相違点または利点を有している。（ａ）提案されたプロセスおよび装置は汚染物質を連続的に供給できると共に清浄物質を除去できる。このことはアルミニウムの垢用プロセスによっては達成できない。（ｂ）提案されたプロセスにおいては、汚染物質は揮発されてガスの形態でリアクタから連続的に流出する。これに対し、アルミニウムの垢用プラズマプロセスにおいては、バッチサイクルの終了まで材料はリアクタ内に残る。（ｃ）汚染物質から炭化水素を回収するために、提案されたプロセスにおいてはリアクタから流出するガスは凝縮される。（ｄ）アルミニウムの垢用プラズマプロセスにおいては少量のガスが発生する。通常はガスはリアクタ内からプロセス時に除去されず、続いて処理もされない。
【００１４】
添付図面を参照することによって、炭化水素化合物に含まれる汚物またはスラッジを熱プラズマにより処理するために前述したプロセスのために使用される装置の概要を説明する。
装置は供給システム１と、静的（非駆動式）リアクタ２と、内部機構部、例えば残渣をリアクタ内部に搬入するための回転スクリュ３と、直流アークを維持する黒鉛製電極からなるプラズマ用システム４とを含んでいる。チューブ６または揮発した化合物を除去するための他の手段が供給システム１の同一端部に設けられている。揮発した化合物はプラズマ用リアクタの外部に位置するコンデンサ７を通過する。リアクタからの排出ガスを除去してコンデンサに通過させるために一般的なファンまたはブロワが使用される。炭化水素から清浄にされた物質が重力により出口８を通って除去され、ゲート弁９または同様な部材によって空気がリアクタ内に進入するのを妨げると共に清浄化された物質がサイロ１０内に収集される。
【００１５】
図面によって以下のプロセスを理解することができる。炭化水素を含む物質がプラズマ用リアクタ２内に供給される。プラズマ用リアクタ２内においては物質は７００℃のオーダまで加熱され、結果的に残渣内の炭化水素および含まれうる水が揮発する。石油、油または同様の炭化水素に含まれる汚物またはスラッジを処理するときに、価値のある炭化水素を回収するために流出ガスをコンデンサに通過させる。リアクタを通過するときに汚染物質内の有機汚物が大幅に減少し、汚染物質はリアクタから除去するための出口シュートに到達すると完全に清浄になる。
【００１６】
汚物またはスラッジに含まれる有機物を処理する処理装置はアルミニウムの垢を処理するのに使用される前述した装置に対して複数の基本的な相違点を有している。これら相違点を以下に特に指摘する。（ａ）提案した処理装置は静的な容器であって、物質をリアクタ内部に搬入するための可動式担持装置を含んでいる。これに対して、アルミニウムの垢を処理する処理装置はリアクタ内に可動部品を備えていない回転式容器を含んでいる。（ｂ）提案した処理装置は汚染物質を連続的に供給すると共に清浄化された物質を連続的に移動させるための連続式供給装置を含んでいる。対照的にアルミニウムの垢用の装置はバッチ処理方式である。（ｃ）提案した処理装置は排出ガス用び排出パイプ、コンデンサおよび／またはガス清浄システムを含んでいる。これに対しアルミニウムの垢を処理するのに使用される装置は動作時にガスを除去すると共に処理するための手段を有していない。
【００１７】
特許請求の範囲に記載される範囲、方法および対象物に維持しつつ、本発明の多数の詳細部分を変更できることは明らかである。例えば、前述した搬送システムは回転スクリュを有しているが、これは可能性のある動作特徴部の一つである。変更可能な実施形態は振動コンベヤを含んでいる。同様に、プロセスを実行するための適切な装置がプラズマ用システムを固定式容器の一端に有することも開示されうる。細長状リアクタの場合には、必要なプロセスエネルギを形成するために一つ以上のプラズマトーチまたは一対以上の黒鉛製電極を設置することができる。
【００１８】
提案した処理装置の試作品は提案したプロセスを改良するために形成された。石油または油内に５質量％（５重量％）から９０質量％（９０重量％）が前述した形態のリアクタに類似のプラズマ用リアクタ内に供給された。リアクタの一端に配置された黒鉛製電極の間に発生される直流アークを使用することによりプラズマ用リアクタ内の温度は約７００℃に維持された。汚染物質は前述したリアクタの反対側の端部に供給された。清浄化された物質はリアクタから除去され、排出ガスはコンデンサを通過して大気に解放される。物質はプロセスの前後において解析された。独立式解析研究所（（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｏ　Ｂａｕｅｒ−ａｂｂｏ　Ｓ／Ｃ　Ｌｔｄａ、Ｒ．ａｑｕｉｎｉｎｏｓ、Ｓａｏ　Ｐａｕｌｌｏ、Ｓ．Ｐ．、Ｂｒａｚｉｌ、ｅｍａｉｌ：ｂａｕｅｒ＠ｆａｌｃａｏｂａｕｅｒ．ｃｏｍ．ｂｒ））による解析の結果は、汚物内の有機化合物の初期配合または初期内容にかかわらず、プラズマプロセス後の清浄化材料に含まれる有機化合物は０．０５％よりも少なく、このことは汚物をほとんど含んでいないと考えられる。炭化水素は試験時にリアクタ外部のコンデンサ内に回収されて異なる適用例に再利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
プロセスの主要ステップのブロック図であり、以下のパートを含んでいる。
Ａは、残渣を静的な（非駆動時）リアクタに連続的に供給することであり、
Ｂは、非酸化性雰囲気においてプラズマ用システムによって残渣を４００℃から９００℃の間まで加熱することであり、
Ｃは、初期に残渣内に存在していた炭化水素と含まれうる水とを揮発させて、結果的に得られるガスを連続的に除去することであり、
Ｄは、リアクタの外方に位置する容器（コンデンサ）内で廃棄蒸気を凝縮させること、あるいは蒸気を燃焼させてエネルギを発生させることであり、
Ｅは、炭化水素から分離した固体材料を除去することである。
【図２】
改良式プロセスを行うために提案された装置の側面図である。
【図３】
図２に示される装置の正面図である。

Claims (6)

1. 炭化水素化合物、例えば石油、油、殺生物剤、除草剤および類似の化合物に含まれる汚物および／またはスラッジを処理するためのプロセスおよび処理装置において、
   有機化合物の揮発が生ずるまで汚染物質を加熱するためのプラズマ用プロセスを含み、静的リアクタ内において動作温度を４００℃および９００℃の間に維持しており、
   さらに、
   前記リアクタ内の雰囲気を制御するためのプラズマ用プロセスを含み、価値のある原材料を処理および回収するために前記リアクタ内の前記雰囲気が還元されるかまたは中性にされ、
   さらに、
   汚染物質を連続的に供給可能にして、除染された物質を連続的に除去可能にすると共に排出ガスを前記プロセスから連続的に除去可能にするためのプラズマ用プロセスと、
   要求される場合に前記プロセス時に揮発する価値のある原材料を前記リアクタから別個の容器に回収できるプラズマ用プロセスとを含み、
   さらに、
   材料をリアクタに通過させるための回転式スクリュを含む可動式搬送部とプロセス用エネルギを形成するためにプラズマ用トーチまたは一対の黒鉛製電極を含むプラズマ用システムとを備えたリアクタとを具備する装置と、
   前記リアクタ内に汚染材料を連続的に供給する供給手段、すなわち回転式スクリュコンベヤを含む供給システムと、
   前記リアクタから清浄化した材料を連続的に除去するための除去手段とを含み、前記除去システムは外気の前記リアクタ内への進入または前記プロセスにより発生した蒸気の外部への漏洩を妨げるための弁を含む封止容器を具備しており、
   さらに、
   前記リアクタからの排出ガスを連続的に除去するガス除去手段を含み、該ガス除去手段は前記リアクタからの排出パイプを具備しており、
   さらに、
   前記流出ガスを凝集して価値のある原材料を回収する凝集回収手段を含み、該凝集回収手段は一つまたは複数のコンデンサを具備している、プロセスおよび処理装置。
2. 前記汚物またはスラッジの前記有機汚物を回収する要求が存在しない場合または前記炭化水素を燃焼させることによりエネルギを発生させることが望まれる場合には、前記流出ガスが前記リアクタの外部に在る別個の容器内で燃焼されて、前記コンデンサを通過するかまたは前記コンデンサを通過しないようにした請求項１に記載の処理プロセス。
3. 一つ以上の前記プラズマトーチまたは一対以上の前記黒鉛製電極が設けられている請求項１に記載の処理装置。
4. 前記リアクタ内の前記搬送装置が振動式ベッドか、コンベヤベルトかまたはパドルを含む回転軸かを含む請求項１に記載の処理装置。
5. コンデンサが設けられておらず、ガスはエネルギを発生させるためかまたは排出される前に燃焼されるようにした請求項１に記載の処理装置。
6. 前記除去システムが封止式回転スクリュまたは搬送装置の他の部材により構成される請求項１に記載の処理装置。

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