JP2012509247A - 固体有機材料を炭素または活性炭に変換するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)部分酸化のもとでの垂直レトルトまたは回転窯のいずれかにおける固体有機材料(すなわち原料)の炭化は、かなり不安定であり、発熱反応により工程を制御することが難しい点。
(b)このようなタイプの炭化は、原料の性質や品質が様々であるために自動化できず、作業者の技および経験頼みになる点。
(c)固体有機材料の部分酸化は、非常に扱いづらい毒性ガスの広範囲の放出をもたらす点;
(d)完成品(すなわち炭素)に対する原材料の収率が高く、常に一定ではない点。
(e)炭素の灰の含有量が高く(部分酸化での材料の処理のため)、炭素製品の低品質および低物理的強度をもたらす点。
(f)固体有機材料から活性炭素への直接変換は、発熱状態で非常に難しい点。
・乾燥: 乾燥とは、材料が材料の性質および種類によって圧力釜の中で1〜5気圧で180℃〜220℃、好ましくは200℃のスチーム温度にさらされる工程である。
・シーズニング: シーズニングとは、主に、材料が材料の性質および種類によって圧力釜の中で5〜10気圧で150℃〜250℃のスチーム温度で材料内の水分または含水量の除去のためである。
・熱分解: 熱分解とは、材料が材料の性質および種類によって450℃〜750℃の温度の高温スチームで分子結合を分解することによって熱分解にさらされる工程である。空気圧は、圧力釜内で1〜5気圧であろう。
・ガス化: ガス化は、高発熱量を有する材料が、より長い処理時間の間、450℃〜750℃の範囲の温度に超高温スチームの温度と、1気圧〜5気圧の圧力との組み合わせにさらされる工程である。それにより、圧力下で生じる反応ガスが、再生可能燃料として利用され得る。
・炭化: 炭化は、材料が、600℃〜750℃の範囲の温度の超高温スチームによる高温と、1気圧から3気圧の分圧にさらされ、それにより、有機材料において存在する揮発性物質を運び出す。
1.有孔または無孔回転ドラムの回転数(RPM)
2.スチームまたは超高温スチームの気圧
3.スチームまたは超高温スチームの温度
4.工程の性質およびタイプによって決まる処理時間または継続時間
5.ガスまたはスチームあるいは超高温スチームの流速
6.圧力釜の圧力または温度
7.ガスまたは流体入力の性質(スチームまたは超高温スチーム以外のガスまたは流体)
8.材料の性質、量、またはタイプ(有機または無機、固体または半固体)
無孔回転ドラムの口は、錐状である必要はない。装置のサイズは処理される固体有機材料の量に関連する。設置される弁、ゲージ、表示機の数は、装置のサイズによる。固体有機材料を炭素または活性炭素へ変換する方法および装置は、廃棄物処理産業においても使用される。
従って、本発明は開示した実施形態またはその詳細に限定されるものではなく、本願は、添付する特許請求の範囲によって定義される本発明の要旨および範囲内の全ての変形および/または別の実施形態を含む。
2 圧力釜の保護被覆断熱
3 回転ドラム(錘状口を有し、有孔または無孔)
4 密封皿状端
5 回転シャフト
6 回転シャフトに結合されるベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータ
7 スチーム超高温ヒータ(非一体部品)
8 入口弁
9 ノズルまたは弁と適合する供給パイプ
10 付属品と一緒に圧力釜全体を傾けるための傾斜または回転支持体
11 円筒状ローラ
12 圧力釜の開口または閉口扉端
13 供給または除去ポート
14 連結シュート
15 圧力安全弁
16 ガス排出パイプ
17 ガス排出のための出口弁
18 ガス処理ユニット(分離ユニット)
19 圧力計
20 温度計
Claims (41)
- (a) 傾斜または回転支持体上に支持される付属部品とともに、断熱を有する圧力釜を上向きに傾斜させるステップと、
(b) 処理される前記固体材料を、連結シュートを介して供給または除去ポート通じて前記圧力釜に収納される有孔または無孔回転ドラム内に供給し、かつ前記有孔または無孔回転ドラムの持続的な回転を維持した上で供給するステップと、
(c) 前記有孔または無孔回転ドラムが前記固体有機材料で一杯に充填された際に、前記圧力釜を水平位置に再配置するステップと、
(d) 前記圧力釜の内部の全雰囲気が完全に除去されるまで、前記圧力釜の内部にガスまたはスチームを供給するステップと、
(e) 450℃〜750℃に範囲の温度の超高温スチームを、入口弁を介して、かつノズルまたは弁と適合する供給パイプを通じて前記有孔または無孔回転ドラム内に持続的に供給し、それにより、前記超高温スチームが前記固体有機材料との直接的な接触する状態になり、それにより、前記固体有機材料との前記超高温スチームの反応が、完全に無酸素吸熱状態下で、かつ1気圧〜5気圧の範囲の圧力で処理されるステップと、
(f) 前記超高温スチームと前記固体有機材料との間の均一で直接的な接触を確実にするために回転シャフトに結合するベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータにより前記有孔または無孔回転ドラムを定速で回転させるステップであって、前記有孔または無孔回転ドラムを1RPM〜10RPMの範囲の回転において持続するステップと、
(g) 生成された反応ガスを、出口弁を介しガス排出パイプを通じて前記圧力釜からガス処理ユニットへ移すステップと、
(h) 処理が完了した処理された材料、すなわち炭素または活性炭素を、前記有孔または無孔回転ドラムの継続的回転を継続した上で、前記圧力釜を下向きに傾斜させることによって、連結シュートを介し、かつ前記供給または除去ポートを通じて前記有孔または無孔回転ドラムから降ろすステップと、
を備えることを特徴とする固体有機材料を炭素または活性炭素へ変換するために方法。 - 前記ステップ(a)において、前記圧力釜がその付属品とともに180°の水平位置から30°〜60°の範囲で上向きに傾斜され、かつステップ(C)において、前記圧力釜が180°の角度に再配置されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(d)において、前記ガスまたはスチームが120℃〜200℃の温度で供給されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(e)において、450℃〜750℃の範囲の温度の前記超高温スチームが、前記入口弁を介して、かつ前記ノズルまたは弁と適合する供給パイプを介して前記有孔または無孔回転ドラム内に供給されることを特徴とする請求項1に記載に方法。
- 前記ステップ(b)、(f)および(h)において、前記有孔または無孔回転ドラムが、1RPM〜10RPMの範囲で定速回転されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 全ての前記ステップが、各表示機を用いて前記圧力と前記温度とを管理することによって制御されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記炭素または活性炭素の処理効率および量が、前記有孔または無孔回転ドラムの回転数、前記ガスまたはスチームあるいは超高温スチームの圧力または温度、前記ガスまたはスチームあるいは超高温スチームの流速、および、完全に無酸素吸熱状態下での処理時間または期間を変化することによって管理されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 上下への傾斜動作のための傾斜または回転支持体上に水平に取り付けられた圧力釜と、
前記圧力釜の内部に収納された錐状口を有する有孔回転ドラムと、
前記圧力釜の一端に取り付けられた密封皿状端と、
前記密封皿上端の中心に取り付けられる回転シャフトであって、前記回転シャフトの回転数は1〜10RPMであり、前記ギヤモータの速度あるいは前記プーリまたはチェーン・スプロケットの寸法を変化することにより制御される回転シャフトと、
プーリまたはチェーン・スプロケットを介して前記回転シャフトに結合されたベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータと、
450℃〜750℃の温度で超高温スチームを生成するためのスチーム超高温ヒータであって、それにより、前記固体有機材料との前記超高温スチームの反応が、完全に無酸素吸熱状態下になり、当該装置内で維持される圧力が1気圧〜5気圧になる、スチーム超高温ヒータと、
前記超高温スチームを制御するための前記密封皿状端に適合する少なくとも1つの入口弁と、
前記有孔回転ドラムの全長の下方に位置するノズルまたは弁を有する少なくとも1つの供給パイプと、
前記圧力釜内で自由に回転できるように中央に配置された前記有孔回転ドラムの前記錐状口端を支持し、保持するための少なくとも1つの円筒状ローラと、
前記有孔回転ドラム内へまたは前記有孔回転ドラムから前記固体有機材料を供給または除去するための前記圧力釜の他端に位置する開口または閉口扉端と、
前記有孔回転ドラム内へまたは前記有孔回転ドラムから前記固体有機材料を供給または除去するための前記開口または閉口扉端上の中央に位置する供給または除去ポートと、
前記固体有機材料の供給または除去中に前記有孔回転ドラムの自由回転を容易にするための前記有孔回転ドラムの前記錐状口より小さな直径を有する連結シュートと、
作動中に蓄積される過度な圧力から当該装置を保護するための、前記圧力釜上に取り付けられる少なくとも1つの気圧安全弁と、
前記圧力釜から発生する反応ガスの流出のための、前記密封皿状端上に適合するガス排出パイプと、
前記固体有機材料の処理中に発生する反応ガスの圧力および流れを制御するために、前記ガス排出パイプに適合する少なくとも1つの出口弁と、
発生した反応ガスを処理するガス処理ユニットと、
前記圧力釜内の圧力レベルを表示する、前記圧力釜の外壁上に取り付けられる少なくとも1つの気圧計と、
前記圧力釜内のガスまたはスチームもしくは超高温スチーム、あるいは反応ガスの温度を表示する、前記圧力釜の外壁上に取り付けられる少なくとも1つの温度計と、
を備える固体有機材料を炭素または活性炭素へ変換するための装置。 - 前記密封皿状端、および開口または閉口扉端を含む前記圧力釜の外面が、熱損失および外部損傷を防ぐまたは低減するための保護被覆を有する高密度断熱で包まれまたは覆われていることを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記有孔回転ドラムが、前記圧力釜内で自由に回転できるように一端が密封され前記回転シャフトに結合し、かつ他端が円筒状ローラ上に支持された状態で水平に取り付けられ、また前記有孔回転ドラムが、有孔シートまたはメッシュで作られた、円筒状に形成されたドラムであることを特徴とする請求項9に記載の装置。
- 前記有孔回転ドラムと前記圧力釜との間の管状空間が最小限保持され、前記有孔回転ドラムの一端が密封され、かつ前記回転シャフトに接続または結合されており、前記有孔回転ドラムの前記錐状口端の他端は、前記有孔回転ドラム内へまたは前記有孔回転ドラムから前記固体有機材料の供給または除去のためのものであることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記圧力釜の前記密封皿状端の中央に収納される前記回転シャフトの外側端が、前記ベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータに結合され、前記回転シャフトの内側端が、前記有孔回転ドラムの前記密封端に結合され、また、前記回転シャフトのグランドは、高圧下であってもガスまたはスチームもしくは超高温スチーム、あるいは反応ガスの漏れを防ぐように密封されており、また、前記回転シャフトは、前記固体有機材料の処理中に焼き付きを防ぐために冷却機構によって持続的に冷却されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記密封皿状端は、前記ベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータ、前記入口弁、前記出口弁、前記気圧計、および前記温度計を収納することを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記スチーム超高温ヒータおよびガス処理ユニットは、当該装置の一体部品でないことを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記スチーム超高温ヒータから発生する前記超高温スチームは、前記圧力釜内の前記有孔回転ドラム全長の下方に配置された前記供給パイプを通じて、その後、ノズルまたは弁を通じて流れ、前記供給パイプ内の前記ノズルまたは前記弁は、前記有孔回転ドラムの全長を通じて同一の温度および圧力で前記超高温スチームの均一な分配をもたらすように構成されており、前記超高温スチームが前記有孔回転ドラム内の処理中に前記固体有機材料に直接接触する状態なることを特徴とする請求項14の記載の装置。
- 当該装置は、前記傾斜または回転支持体上に取り付けられ、前記有孔回転ドラム内に前記固体有機材料を供給するために、前記圧力釜が、前記圧力釜の前記扉または前記供給または除去ポートが開口位置の状態で180°の水平位置から30°〜60°の範囲で上向きに傾斜され、また、前記固体有機材料の処理中は、前記有孔回転ドラムを有する前記圧力釜は180°の水平位置で保持され、また、前記固体有機材料を除去するために、前記圧力釜全体が180°の水平位置から30°〜60°の範囲で下向きに傾斜されることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 前記円筒状ローラが、前記有孔回転ドラムの円滑な回転を確実にするために固体有機材料を有する前記有孔回転ドラムの負荷を分散しバランスを取るように前記圧力釜の前記内壁に適合することを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記開口または閉口扉が、より小さなサイズの前記固体有機材料の供給または除去するために中央に連結シュートを有する供給または除去ポートを有し、前記有孔回転ドラムの前記錐状口端は、より大きなサイズの前記固体有機材料の供給または除去するためのものであることを特徴とする請求項9に記載の装置。
- 前記供給または除去ポートは、前記固体有機材料が流れ通る、前記有孔回転ドラムの前記錐状口端に繋がるまたは連結する格納可能な連結シュートを有し、前記供給または除去ポートの前記扉が、高温高圧に耐えるように設計され、かつ漏れを完全に防ぐ密封機構を有することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記連結シュートが、格納可能タイプであり、前記有孔回転ドラムの前記供給または除去ポートと前記錐状口端との間の繋がりを容易にし、前記固体有機材料の供給または除去中は前記連結シュートへ繋げられることを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 前記圧力釜、前記有孔回転ドラム、前記回転シャフト、および前記連結シュートの形状が円筒状であることを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記圧力釜、前記有孔回転ドラム、前記密封皿状端、前記円筒状ローラ、前記開口または閉口扉、および前記連結シュートが、高温および高圧に耐えるように、非腐食性で、耐熱、耐酸および耐薬品性の内層を有する、軟鋼またはステンレス鋼の肉厚金属で作られることを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記回転シャフトが、硬化した軟鋼またはステンレス鋼で作られることを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記有孔回転ドラムの孔のサイズは、処理される前記固体有機材料の性質およびタイプに応じて変化し、当該装置のサイズは、処理される前記個体有機材料の量に応じて変化することを特著とする請求項22に記載の装置。
- 上下への傾斜動作のための傾斜または回転支持体上に水平に取り付けられた圧力釜と、
前記圧力釜の内部に収納された錐状口を有する無孔回転ドラムと、
前記圧力釜の一端に取り付けられた密封皿状端と、
前記密封皿上端の中心に取り付けられる回転シャフトであって、前記回転シャフトの回転数は1〜10RPMであり、前記ギヤモータの速度あるいは前記プーリまたはチェーン・スプロケットの寸法を変化することにより制御される回転シャフトと、
プーリまたはチェーン・スプロケットを介して前記回転シャフトに結合された、ベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータと、
450℃〜750℃の温度で超高温スチームを生成するためのスチーム超高温ヒータであって、それにより、前記固体有機材料との前記超高温スチームの反応が、完全に無酸素吸熱状態下になり、当該装置内で維持される圧力が1気圧〜5気圧になるスチーム超高温ヒータと、
前記超高温スチームを制御するための前記密封皿状端に適合する少なくとも1つの入口弁と、
前記回転シャフトの中央に配置される前記無孔回転ドラム内のノズルまたは弁を有し、前記無孔回転ドラム内の全長に亘って延長する少なくとも1つの供給パイプであって、前記回転シャフト内の前記供給パイプが前記回転シャフトへの熱伝導を防ぐように断熱され、静止している少なくとも1つの供給パイプと、
前記圧力釜内で自由に回転できるように中央に配置された前記無孔回転ドラムの前記錐状口端を支持し、保持するための少なくとも1つの円筒状ローラと、
前記無孔回転ドラム内へまたは前記無孔回転ドラムから前記固体有機材料を供給または除去するための前記圧力釜の他端における開口または閉口扉端と、
前記有孔回転ドラム内へまたは前記有孔回転ドラムから前記固体有機材料を供給または除去するための前記開口または閉口扉端上の中央に位置する供給または除去ポートと、
前記固体有機材料の供給または除去中に前記無孔回転ドラムの自由回転を容易にするための前記無孔回転ドラムの前記錐状口より小さな直径を有する連結シュートと、
作動中に蓄積される過度な圧力から当該装置を保護するための、前記圧力釜上に取り付けられる少なくとも1つの気圧安全弁と、
前記圧力釜から発生する反応ガスの流出のための、前記密封皿状端上に適合するガス排出パイプと、
前記固体有機材料の処理中に発生する反応ガスの圧力および流れを制御するための、前記ガス排出パイプに適合する少なくとも1つの出口弁と、
発生した反応ガスを処理するガス処理ユニットと、
前記圧力釜内の圧力レベルを表示する、前記圧力釜の外壁上に取り付けられる少なくとも1つの気圧計と、
前記圧力釜内のガスまたはスチームもしくは超高温スチーム、あるいは反応ガスの温度を表示する、前記圧力釜の外壁上に取り付けられる少なくとも1つの温度計と、
を備える固体有機材料を炭素または活性炭素へ変換するための装置。 - 前記密封皿状端、および前記開口または閉口扉端を含む前記圧力釜の外面が、熱損失および外部損傷を防ぐまたは低減するための保護被覆を有する高密度断熱で包まれまたは覆われていることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記無孔回転ドラムが、前記圧力釜内で自由に回転できるように一端が密封され前記回転シャフトに結合され、かつ他端が円筒状ローラ上に支持された状態で水平または垂直に取り付けられ、また、前記無孔回転ドラムが、有孔シートで作られた、円筒状に形成されたドラムであることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 前記無孔回転ドラムと前記圧力釜との間の管状空間が、最小限保持され、前記無孔回転ドラムの一端が密封され、かつ前記回転シャフトに接続または結合されており、前記無孔回転ドラムの前記錐状口端の他端は、前記無孔回転ドラム内へまたは前記無孔回転ドラムから前記固体有機材料の供給または除去するためのものであることを特徴とする請求項27に記載の装置。
- 前記圧力釜の前記密封皿状端の中央に収納される前記回転シャフトの外側端が、前記ベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータに結合され、前記回転シャフトの内側端が、前記無孔回転ドラムの前記密封端に結合され、また、前記回転シャフトのグランドは、高圧下であってもガスまたはスチームもしくは超高温スチーム、あるいは反応ガスの漏れを防ぐように密封されており、また、前記回転シャフトは、前記固体有機材料の処理中に焼き付きを防ぐために冷却機構によって持続的に冷却されることを特徴とする請求項28に記載の装置。
- 前記密封皿状端は、前記ベルトまたはチェーン駆動を有するギヤモータ、前記入口弁、前記出口弁、前記気圧計、および前記温度計を収納することを特徴とする請求項29に記載の装置。
- 前記スチーム超高温ヒータおよびガス処理ユニットは、当該装置の一体部品でないことを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記スチーム超高温ヒータから発生する前記超高温スチームは、前記圧力釜内の前記供給パイプを通じて、その後、ノズルまたは弁を通じて流れ、前記供給パイプ内の前記ノズルまたは前記弁は、前記無孔回転ドラムの全長を通じて同一の温度および圧力で超高温スチームの均一な分配をもたらすように構成されており、前記超高温スチームが前記無孔回転ドラム内の処理中に前記固体有機材料に直接接触する状態なることを特徴とする請求項31の記載の装置。
- 当該装置は、前記傾斜または回転支持体上に取り付けられ、前記無孔回転ドラム内に前記固体有機材料を供給するために、前記圧力釜が、前記圧力釜の前記扉または前記供給または除去ポートが開口位置の状態で180°の水平位置または90°の垂直位置から30°〜60°の範囲で上向きに傾斜され、また、前記固体有機材料の処理中は、前記無孔回転ドラムを有する前記圧力釜は、処理される材料の性質およびタイプに応じて180°の水平位置または90°の垂直位置に保持され、また、前記固体有機材料を除去するために、前記圧力釜全体が180°の水平位置または90°の垂直位置から30°〜60°の範囲で下向きに傾斜されることを特徴とする請求項32に記載の装置。
- 前記円筒状ローラが、前記有孔回転ドラムの円滑な回転を確実にするために固体有機材料を有する前記無孔回転ドラムの負荷を分散しバランスを取るように前記圧力釜の前記内壁に適合することを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記開口または閉口扉が、より小さなサイズの前記固体有機材料の供給または除去するために中央に連結シュートを有する供給または除去ポートを有し、前記無孔回転ドラムの前記錐状口端は、より大きなサイズの前記固体有機材料の供給または除去するためのものであることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 前記供給または除去ポートは、固体有機材料が流れ通る、前記無孔回転ドラムの前記錐状口端に繋がるまたは連結する格納可能な連結シュートを有し、前記供給または除去ポートの前記扉が、高温高圧に耐えるように設計され、かつ漏れを完全に防ぐ密封機構を有することを特徴とする請求項35に記載の装置。
- 前記連結シュートが、前記供給または除去ポート内に格納され、それにより、反応ガスが前記無孔回転ドラムから流れ出し、次いで前記ガス排出パイプを通じて圧力釜から排出されることを特徴とする請求項36に記載の装置。
- 前記圧力釜、前記無孔回転ドラム、前記回転シャフト、および前記連結シュートの形状が円筒状であることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記圧力釜、前記無孔回転ドラム、前記密封皿状端、前記円筒状ローラ、前記開口または閉口扉、および前記連結シュートが、高温および高圧に耐えるように、非腐食性で、耐熱、耐酸および耐薬品性の内層を有する、軟鋼またはステンレス鋼の肉厚金属で作られることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記回転シャフトが、硬化した軟鋼またはステンレス鋼で作られることを特徴とする請求項38に記載の装置。
- 前記供給パイプが、前記無孔回転ドラムの全長を通じて延長する、または、処理される前記個体有機材料の性質、タイプ、または量に応じて前記無孔回転ドラムの入口点で制限されることを特徴とする請求項25に記載の装置。
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