JP2012530810A - 高級炭化水素の低級炭化水素への転化のための熱接触分解 - Google Patents

Abstract

本明細書において、例えば、廃プラスチック、石油スラッジ、スロープオイル、植物油などの形態の高級炭化水素を、工業用および家庭用の様々な用途向けの燃料または原料として使用することができる低級炭化水素へ転化するための方法ならびに関連する装置およびシステムについて説明する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2009年6月19日に出願された米国仮特許出願第61／218,579号の恩典を主張するものであり、当該仮出願の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。

発明の分野
本発明は、概して、炭化水素の処理に関する。より詳細には、本発明は、例えば、廃プラスチック、石油スラッジ、スロープオイル、植物油、ファーネス油、食用油、ゴム製品などの形態の高級炭化水素の、工業用および家庭用の用途向けの様々な燃料または原料として使用することができる低級炭化水素への転化に関する。

背景
廃プラスチック、石油スラッジ、スロープオイル、および植物油を、低級炭化水素へと変換するために、熱分解および熱接触分解が使用されている。しかしながら、この転化を達成するために使用されるプロセスおよび装置の多くが、商業的に実施可能であるべき有用な最終生成物を効率的かつ経済的には製造できていない。

熱分解は、通常、化学結合が壊れて低級炭化水素が形成される最高約800℃までの高温に高級炭化水素を加熱するプロセスを意味する。このような高温の達成には、多量のエネルギーが関与する。通常、関与するエネルギーのコストは、製造された最終生成物の価格を上回る。熱分解のある特定の実践においては、当該高温を達成するための加熱媒体として溶融金属浴が使用される。しかしながら、溶融金属浴を使用してのこれら高温の達成は、コストおよびメンテナンスの点において非効率である場合が多い。その上、溶融金属浴の使用は、金属が時間と共に酸化する傾向を有する場合、職業上の健康被害を引き起こす。他の既存の実践においては、熱分解段階が実施され、その後に、高級炭化水素をより低級の炭化水素へと転化する触媒転化段階が行われる。しかしながら、そのような実践では、初期の熱分解段階の間の高温および多量のエネルギーの使用が負担となり続ける。

熱接触分解は、通常、一式の触媒の存在下で高級炭化水素を低級炭化水素へと転化するプロセスを意味し、したがって、当該プロセスは、熱分解において通常関連する温度より低い温度で実施することができる。高級炭化水素を低級炭化水素へと転化することができる商業的に実施可能なプラントに、熱接触分解を組み入れる試みがいくつか失敗している。2種以上の供給原料の取り扱い、当該プロセスの実質的な連続化、より低い分解温度での最適な収量のための一式の触媒の組成の特定、分解装置への供給原料の送達、分解装置からの残留物の除去、ならびに結果として得られる最終生成物の品質および量の調整、などの既存の実践が直面している多くの未解決の技術的課題が存在する。加えて、熱接触分解は、多くのプロセス設計上の課題、例えば、最適な熱伝達エリアを達成するための分解装置の設計、熱媒体の選択、供給原料の消費レベルに起因して通常バッチ処理モードにおいて生じる熱伝達エリアの未活用の回避または低減、不十分な熱伝達を引き起こし得る分解装置中の残留物の効果的な除去、ならびに分解装置の熱伝達表面上でのコークス生成の軽減などを生じさせる。これらの課題は、商業的に実施可能なプラントのために装置の規模を拡大する能力を妨げる。

本明細書において説明する熱接触分解のためのプロセスならびに関連する装置およびシステムを開発する必要性が生じるのは、このような背景によるものである。

概要
本発明のある特定の局面は、高級炭化水素を低級炭化水素へ転化するためのバッチプロセス、半連続プロセス、または実質的に連続するプロセスに関する。一態様において、当該プロセスは、（a）高級炭化水素の形態において供給原料を提供する工程ならびに少なくとも1種の固体原料および少なくとも1種の液体原料を含める工程ならびに当該供給原料を液相または半液相へ転化させる工程と、（b）当該供給原料の温度を所定のレベルに到らせる工程と、（c）当該供給原料の一般的な熱分解温度より低い温度において、第一の一式の触媒の存在下で当該供給原料を分解させる工程と、（d）分解された供給原料を気相へと蒸発させる工程と、（e）分解された供給原料を第二の一式の触媒の存在下で気相中で再構築することにより、再構築されたガス状生成物を生成する工程と、（f）当該再構築されたガス状生成物を凝縮して、所望の最終生成物を生成する工程と、（g）蒸発していない残留物および未分解の残留物を除去する工程とを含む。本発明の他の局面は、高級炭化水素の、低級炭化水素への転化を実施するための装置およびシステムに関する。

別の態様において、当該供給原料は、固体原料と液体原料との混合物を含む。

別の態様において、当該固体原料は、廃プラスチック、石油スラッジ、タールサンド、使用済みタイヤ、および石油残留物のうちの少なくとも1種を含み、ならびに当該液体原料は、使用済み油、植物油、ファーネス油、スロープオイル、重油、および精製残留油のうちの少なくとも1種を含む。

別の態様において、（c）における、供給原料を分解する工程は、薄膜式分解装置を使用して実施される。

別の態様において、当該薄膜式分解装置は、ワイピング、噴霧、流下膜、上昇膜、およびローラーメカニズムのうちの少なくとも1つを使用して、供給原料の薄膜を作り出す。

別の態様において、当該薄膜式分解装置は、供給原料と接触する表面上にコーティングされた形態において、第一の一式の触媒を含む。

別の態様において、当該薄膜式分解装置は、第一の一式の触媒と供給原料との間の増強された接触エリア、ならびに当該供給原料に対する熱伝達の向上を提供するように構成される。

別の態様において、当該薄膜式分解装置は、第一の一式の触媒と、熱伝達表面および供給原料の薄膜との実質的に連続する接触を提供するように構成される。

別の態様において、当該薄膜式分解装置は、気相中の分解された供給原料を取り出すためのメカニズムを備える。

別の態様において、（e）における、分解された供給原料を再構築する工程は、第二の一式の触媒を含む触媒コンバーターを用いて実施される。

別の態様において、当該供給原料は、湿気および不純物の除去、洗浄、溶解、ろ過、破壊、細切、引裂き、破砕、磨砕、および微粉砕のうちの少なくとも1つによって、事前調整される。

別の態様において、（a）における、当該供給原料を液相または半液相に転化する工程は、容器を使用して実施され、事前調整された当該供給原料が、圧力、重力、減圧、ポンプ、スクリューコンベヤ、およびベルトのうちの少なくとも1つによって当該容器へと移送される。

別の態様において、当該容器内の事前調整された供給原料は、加熱、溶解、乳化、および破壊のうちの少なくとも1つによって液相または半液相に転化される。

別の態様において、当該供給原料は、不活性ガスまたは不活性ガスの混合物でパージされる。

別の態様において、当該供給原料は、当該供給原料の反応性を向上させる材料によってパージされる。

別の態様において、望ましくない固体、液体、およびガスは、沈降、気化、および凝縮のうちの少なくとも1つによって、供給原料から除去される。

別の態様において、（a）における、当該供給原料を液相または半液相に転化する工程は、容器を使用して実施され、ならびに（c）における、当該供給原料を分解する工程は、薄膜式分解装置を使用して実施され、ならびに当該供給原料は、温度制御された加熱装置を介して、容器から薄膜式分解装置へと移送される。

別の態様において、（c）における、当該供給原料を分解する工程は、薄膜式分解装置を使用して実施され、ならびに液体、固体、またはスラリーとして第一の一式の触媒を投入、注入、放出、供給すること、ならびに懸濁、保持、およびコーティングのうちの少なくとも1つによって、第一の一式の触媒は当該薄膜式分解装置に提供される。

別の態様において、当該第一の一式の触媒は、Na⁺、Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺、W⁶⁺、Mg²⁺、V²⁺、Cr³⁺、Sn⁴⁺、Zn²⁺、Ce⁴⁺、Li⁺、K⁺、Mo³⁺、Cu²⁺、Si⁴⁺、Cd²⁺、およびBa²⁺のケイ酸塩、酸化物、炭化物、水酸化物、および炭酸塩、Ag、Pt、およびAuの金属、天然および合成ゼオライト、フラー土、活性炭、上記の混合物、ならびに上記のナノ粒子または粉末より選択される。

別の態様において、当該薄膜式分解装置中の供給原料は、当該供給原料を分解しかつ当該分解された供給原料を蒸発させるのに十分なレベルまで、第一の一式の触媒の存在下で加熱される。

別の態様において、（c）における、当該供給原料を分解する工程は、薄膜式分解装置を使用して実施され、ならびに（g）における、未蒸発および未分解の残留物を除去する工程は、当該薄膜式分解装置内の残留物を、当該薄膜式分解装置の底部へと移送する工程を含む。

別の態様において、当該残留物は、当該薄膜式分解装置の底部から残留物受け入れ容器へと移送される。

別の態様において、当該残留物の少なくとも一部が、温度制御された装置を介して、残留物受け入れ容器から分離容器へと移送される。

別の態様において、（d）における、分解された供給原料を蒸発させる工程は、圧力および温度制御装置によって制御される。

別の態様において、（e）における、分解された供給原料を再構築する工程は、第二の一式の触媒を含む触媒コンバーターを使用して実施され、ならびに当該触媒コンバーターは、分解された供給原料の分子再構築のために構成される。

別の態様において、（c）における、供給原料を分解する工程は、薄膜式分解装置を使用して実施され、ならびに再構築されたガス状生成物の少なくとも一部は、薄膜式分解装置へと戻される。

別の態様において、第二の一式の触媒は、触媒コンバーターに提供される複数の触媒を含む。

別の態様において、液体、固体、またはスラリーとして第二の一式の触媒を投入、注入、放出、供給すること、ならびに懸濁、保持、およびコーティングのうちの少なくとも1つによって、第二の一式の触媒は当該触媒コンバーターに提供される。

別の態様において、当該第二の一式の触媒は、Na⁺、Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺、W⁶⁺、Mg²⁺、V²⁺、Cr³⁺、Sn⁴⁺、Zn²⁺、Ce⁴⁺、Li⁺、K⁺、Mo³⁺、Cu²⁺、Si⁴⁺、Cd²⁺、およびBa²⁺のケイ酸塩、酸化物、炭化物、水酸化物、および炭酸塩、Ag、Pt、およびAuの金属、天然および合成ゼオライト、フラー土、活性炭、上記の混合物、ならびに上記のナノ粒子または粉末より選択される。

別の態様において、（f）における、再構築されたガス状生成物を凝縮する工程は、制御された温度および圧力による凝縮によって所望の最終生成物の分離を達成するために、分留塔を使用して実施される。

別の態様において、当該所望の最終生成物は、一式の低級炭化水素を液体状態において含む。

別の態様において、当該所望の最終生成物は、一式の未凝縮ガスを含む。

別の態様において、より精密な分離のために、凝縮物の少なくとも一部が分留塔に戻される。

別の態様において、凝縮物の少なくとも一部は、温度制御された冷却装置を介して貯蔵容器に移送される。

別の態様において、未凝縮ガスは、洗浄装置を通される。

別の態様において、当該洗浄済みガスは、制御された温度および圧力において、貯蔵容器に移送される。

別の態様において、当該貯蔵容器は、圧力容器またはタンクを含む。

別の態様において、当該貯蔵容器は、制御装置によって所望の圧力および所望の温度に維持される。

別の態様において、洗浄済みガスの少なくとも一部は、貯蔵容器から燃焼装置へと移送される。

別の態様において、洗浄済みガスの少なくとも一部は、燃料として使用するために、貯蔵容器から加熱装置へと移送される。

本発明の態様は、以前からの未解決の多くの技術的課題に対処するものであり、
（1）一プロセスおよび一システムにおける、液体原料と固体原料との混合物を含む様々な供給原料の取り扱い、
（2）特定の炭化水素の一般的な熱分解温度よりも低い温度での熱接触分解の実施、
（3）混合物形態におけるものを含め、様々な供給原料の熱接触分解を達成することができる、実質的に連続するプロセスを実施するための装置およびシステムの実践、
（4）より高い熱伝達率およびより完全な熱伝達表面の活用を有すると同時に、3つの要素のすべて、すなわち、供給原料、熱伝達表面、および一式の触媒を近接して維持するプロセスを実施するための装置およびシステムの実践、
（5）望ましくない不純物および湿気の効率的な除去、
（6）制御された投入のための、供給原料の事前調整、
（7）供給原料の熱伝達容量の向上、
（8）以下の特徴の少なくとも1つを有する装置およびシステムの実践：
・分解装置への供給原料の、制御された実質的に連続する投入、
・分解装置のほとんどまたはすべての熱伝達表面の、実質的に連続する活用、
・熱伝達表面上での供給原料の最適な流量または流速の達成、
・分解装置からの実質的に連続した残留物の除去、
・低級炭化水素蒸気およびオフガスの、分解装置からの実質的に連続した除去、
・分解装置における制御された圧力および温度環境、
・分解装置において達成される高分解率、
・結果として得られる最終生成物の品質を向上させるための、分解された炭化水素の構造的改質、
・触媒転化の異なる段階における、異なる触媒組成物および触媒強度の提供
を含む、多くの利点を提供する。

本発明の他の局面および態様についても想到される。前述の概要および後述の詳細な説明は、本発明を任意の特定の態様に制限することを意図するものではく、単に、本発明のいくつかの態様について説明することを意図するものである。

本発明のいくつかの態様の特徴および目的をさらによく理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照されたい。

本発明の態様による、点線の四角で指示された4つの主要なサブシステムを含む熱接触分解システムの図式的概観。 本発明の態様に従って、供給原料の前処理および輸送に関連する作業を主に実施する、図1のサブシステム−S1の拡大図。 本発明の態様に従って、供給原料からの脱水および低級炭化水素の取り出しに関連する作業を主に実施する、図1のサブシステム−S2の拡大図。 本発明の態様に従って、熱接触分解および再構築に関連する作業を主に実施する、図1のサブシステム−S3の拡大図。 本発明の態様に従って、様々なカテゴリの燃料の分取、凝縮、および抽出に関連する作業を主に実施する、図1のサブシステム−S4の拡大図。 本発明に従って実践された薄膜式分解装置を示す。 本発明に従って実践された薄膜式分解装置を示す。 本発明に従って実践された薄膜式分解装置を示す。 本発明の態様に従って生成された燃料中の炭素鎖の長さの相対比率を示すガスクロマトグラムを示す。

詳細な説明
定義
以下の定義は、本発明のいくつかの態様に関連して説明されるいくつかの局面に適用される。これらの定義は、同様に本明細書に対しても拡張され得る。

本明細書において使用される場合、単数用語である「ある（a）」、「ある（an）」、および「その（the）」は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、複数の指示対象を包含する。したがって、例えば、1つの対象についての言及は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、複数の対象を包含する。

本明細書において使用される場合、「一式」なる用語は、1つまたは複数の対象の集合を意味する。したがって、例えば、一式の対象は、単独の対象または複数の対象を包含し得る。一式における対象は、当該一式のメンバーと呼ばれ得る。一式における対象は、同じであっても、または異なっていてもよい。場合によって、一式における対象は、1つまたは複数の共通の特徴を共有し得る。

本明細書において使用される場合、「隣接」なる用語は、近傍にあるかまたは接していることを意味する。隣接する対象は、お互いに別々に離れていてもよく、またはお互いと実際にまたは直接的に接触していてもよい。場合によって、隣接する対象は、お互いに接続されていてもよく、またはお互いと一体的に形成されていてもよい。

本明細書において使用される場合、相対的用語、例えば、「内側」、「内部」、「外側」、「外部」、「上部」、「底部」、「前部」、「後部」、「上側」、「上向き」、「下側」、「下向き」、「垂直」、「垂直方向に」、「側部」、「側面」、「横方向に」、「上方」、および「下方」などは、例えば図面による、お互いに対しての一式の対象の方向を意味するが、製造または使用の際にこれらの対象の特定の方向を必要とするわけではない。

本明細書において使用される場合、「接続する」、「接続された」、および「接続」なる用語は、動作可能な連結または結合を意味する。接続されている対象は、お互いに直接的に連結されていてもよく、または、例えば、別の一式の対象を介するなどして、お互いに関接的に連結されていてもよい。

本明細書において使用される場合、「実質的に」および「実質的な」なる用語は、相当な程度または範囲を意味する。ある事象または状況と共に用いられる場合、当該用語は、当該事象または状況がまさに発生している事例、ならびに当該事象または状況が、例えば、本明細書において説明される態様の通常の許容レベルまたは変動などにおいて似たような様態で発生する事例を意味する。

本明細書において使用される場合、「炭化水素」なる用語は、アルカン、アルケン、アルキン、アレーン、またはそれらの組み合わせを意味する。「低級炭化水素」なる用語は、アルカン、アルケン、アルキン、アレーン、またはそれらの組み合わせの低級な形態を意味し、その一方で、「高級炭化水素」なる用語は、アルカン、アルケン、アルキン、アレーン、またはそれらの組み合わせの高級な形態を意味する。

本明細書において使用される場合、「アルカン」なる用語は、飽和炭化水素分子を意味する。「低級アルカン」なる用語は、1〜25個の炭素原子、例えば、8〜25個の炭素原子などを含むアルカンを意味し、その一方で、「高級アルカン」なる用語は、25個を超える炭素原子、例えば、25〜100個の炭素原子などを含むアルカンを意味する。「分岐鎖状アルカン」なる用語は、一式の分岐鎖を含むアルカンを意味し、その一方で、「非分岐鎖状アルカン」なる用語は、直鎖のアルカンを意味する。「シクロアルカン」なる用語は、一式の環構造、例えば、単環構造、あるいはビシクロまたはより多環式の構造などを含むアルカンを意味する。「ヘテロアルカン」なる用語は、一式のその炭素原子が、一式のヘテロ原子、例えば、N、Si、S、O、およびPなどによって置き換えられているアルカンを意味する。「置換アルカン」なる用語は、一式のその水素原子が一式の置換基で置き換えられたアルカンを意味し、その一方で、「非置換アルカン」なる用語は、そのような置き換えの無いアルカンを意味する。上記の用語の組み合わせは、特徴の組み合わせを有するアルカンを意味するためにも使用することができる。例えば、「分岐鎖状低級アルカン」なる用語は、1〜25個の炭素原子および一式の分岐鎖を有するアルカンを意味するために使用することができる。

本明細書において使用される場合、「アルケン」なる用語は、一式の炭素−炭素二重結合を含む不飽和炭化水素分子を意味する。「低級アルケン」なる用語は、2〜25個の炭素原子、例えば、8〜25個の炭素原子などを含むアルケンを意味し、その一方で、「高級アルケン」なる用語は、25個を超える炭素原子、例えば、25〜100個の炭素原子などを含むアルケンを意味する。「シクロアルケン」なる用語は、一式の環構造、例えば、単環構造、あるいはビシクロまたはより多環式の構造などを含むアルケンを意味する。「ヘテロアルケン」なる用語は、一式のその炭素原子が、一式のヘテロ原子、例えば、N、Si、S、O、およびPなどによって置き換えられているアルケンを意味する。「置換アルケン」なる用語は、一式のその水素原子が一式の置換基で置き換えられたアルケンを意味し、その一方で、「非置換アルケン」なる用語は、そのような置き換えの無いアルケンを意味する。上記の用語の組み合わせは、特徴の組み合わせを有するアルケンを意味するために使用することができる。例えば、「置換低級アルケン」なる用語は、2〜25個の炭素原子および一式の置換基を有するアルケンを意味するために使用することができる。

本明細書において使用される場合、「アルキン」なる用語は、一式の炭素−炭素三重結合を含む不飽和炭化水素分子を意味する。場合によって、アルキンは、一式の炭素−炭素二重結合も含んでいてもよい。「低級アルキン」なる用語は、2〜25個の炭素原子、例えば、8〜25個の炭素原子などを含むアルキンを意味し、その一方で、「高級アルキン」なる用語は、25個を超える炭素原子、例えば、25〜100個の炭素原子などを含むアルキンを意味する。「シクロアルキン」なる用語は、一式の環構造、例えば、単環構造、あるいはビシクロまたはより多環式の構造などを含むアルキンを意味する。「ヘテロアルキン」なる用語は、一式のその炭素原子が、一式のヘテロ原子、例えば、N、Si、S、O、およびPなど、によって置き換えられているアルキンを意味する。「置換アルキン」なる用語は、一式のその水素原子が一式の置換基で置き換えられたアルキンを意味し、その一方で、「非置換アルキン」なる用語は、そのような置き換えの無いアルキンを意味する。上記の用語の組み合わせは、特徴の組み合わせを有するアルキンを意味するために使用することができる。例えば、「置換低級アルキン」なる用語は、2〜25個の炭素原子および一式の置換基を有するアルキンを意味するために使用することができる。

本明細書において使用される場合、「アレーン」なる用語は、芳香族炭化水素分子を意味する。「低級アレーン」なる用語は、5〜25個の炭素原子、例えば、8〜25個の炭素原子などを含むアレーンを意味し、その一方で、「高級アレーン」なる用語は、25個を超える炭素原子、例えば、25〜100個の炭素原子などを含むアレーンを意味する。「単環式アレーン」なる用語は、単一の芳香族環構造を含むアレーンを意味し、その一方で、「多環式アレーン」なる用語は、二環以上の芳香族環構造、例えば、炭素−炭素結合を介して結合されているかまたは一緒に縮合している2つ以上の芳香族環構造を含むアレーンを意味する。「ヘテロアレーン」なる用語は、一式のその炭素原子が、一式のヘテロ原子、例えば、N、Si、S、O、およびPなどによって置き換えられているアレーンを意味する。「置換アレーン」なる用語は、一式のその水素原子が一式の置換基で置き換えられたアレーンを意味し、その一方で、「非置換アレーン」なる用語は、そのような置き換えの無いアレーンを意味する。上記の用語の組み合わせは、特徴の組み合わせを有するアレーンを意味するために使用することができる。例えば、「単環式低級アレーン」なる用語は、5〜25個の炭素原子および単一の芳香族環構造を有するアレーンを意味するために使用することができる。

高級炭化水素の低級炭化水素への転化のためのプロセスの概要
例えば、廃プラスチック、石油スラッジ、スロープオイル、植物油などの形態の高級炭化水素の、低級炭化水素への転化のためのプロセスの説明は、以下の通りである。当該低級炭化水素は、液体、ガス、固体、またはそれらの組み合わせの形態において生成され得、ならびに様々な用途、例えば、工業用の用途のための原料、工業用および家庭用の用途のための燃料、および石油関連製品の原料などに使用することができる。有利には、当該プロセスは、改善された効率およびスループットのために、ひいては、当該プロセスを、商業的に実施可能なプラントにおける実践にとって好適にするために、実質的に連続する方式において実施することができる。しかしながら、当該プロセスはバッチ式または半連続的な方式において実施することができるということも想到される。

一態様において、当該プロセスは、以下の操作によって実施される。ある特定の以下の操作は、省略したり、組み合わせたり、細分したり、順序を変えたりしてもよいということは理解されるべきである。

一操作において、一式の原料を含む供給原料が供給され、ならびにさらなる処理にとって好適とするために、例えば、湿気および不純物の除去、溶解、ろ過、破壊、細切、裂き、破砕、磨砕、微粉砕、染色、加熱もしくは冷却、圧力の制御、ガス、液体、または固体によるパージ、あるいはそれらの組み合わせによって事前調整される。事前調整の前または後の供給原料は、液体、スラリー、固体塊、ブロック、シート、片、粉末、微粒子、フレーク、ガス、またはそれらの組み合わせの形態において、高級炭化水素を含み得る。ある特定の実践において、当該供給原料は、少なくとも1種の固体原料および少なくとも1種の液体原料を含む。当該固体原料は、廃プラスチック、石油スラッジ、タールサンド、使用済みタイヤ、ゴム製品、石油残留物、またはそれらの組み合わせを含んでよく、ならびに当該液体原料は、使用済み油、植物油、ファーネス油、スロープオイル、重油、精製残留油、合成油、食用油、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。事前調整は、（a）湿気および不純物、例えば、金属、砂、泥、粘土、および木などの除去、（b）供給原料の粘度の低下および流動性の向上、（c）供給原料の熱伝導性の向上、ならびに、（d）熱伝達の向上のための、供給原料の有効表面エリアの改良、のうちの1つまたは複数を達成するために実施される。

別の操作において、当該事前調整された供給原料は、溶融容器または溶融室と呼ばれ得る容器へ、圧力の適用、重力の適用、減圧の適用、ポンプ、スクリューコンベヤ、ベルト、磁気装置、振動装置、それらの組み合わせ、または搬送のための任意の他のメカニズムによって搬送される。供給原料の搬送は、所望のスループットおよび溶融容器中の供給原料の所望のレベルを達成するように制御することができる。これは、機械的、電気的、空気圧式、水圧式、電子光学的、またはそれらの組み合わせであり得る制御装置を使用して達成することができる。当該溶融容器は、撹拌、加熱、冷却、フラッシング、散布、またはそれらの組み合わせを達成するためのメカニズムを備え得る。当該溶融容器は、材料の再循環、蒸発、凝縮、還流、またはそれらの組み合わせを達成するためのメカニズムも備え得る。当該溶融容器は、様々な形状、例えば、円形、円錐形、長方形、正方形、円筒形、環形、管形、ジャケット付き、またはそれらの組み合わせを有し得る。当該溶融容器における撹拌は、様々なメカニズム、例えば、機械的、電気的、空気圧式、水圧式、またはそれらの組み合わせなどのメカニズムによって達成することができる。当該溶融容器は、単一の容器、あるいは相互接続されているかまたは独立して使用される複数の容器を含み得る。

別の操作において、当該供給原料は、例えば、加熱、溶解、乳化、破壊、パージ、またはそれらの組み合わせによって液相または半液相へ転化するために、あるいはその粘度を減じるために、溶融容器中で処理される。ある特定の実践において、当該供給原料は、少なくとも1種の固体原料および少なくとも1種の液体原料を含み、当該固体原料は、例えば、およそ大気圧で、約150℃〜約250℃、または約175℃〜約225℃の範囲の温度などにおいて、加熱された形態で液体原料に溶解または併合される。溶解は、（a）供給原料の粘度の低下および流動性の向上、（b）供給原料の熱伝導性の向上、ならびに（c）熱伝達の向上のための、供給原料の有効表面エリアの改良、のうちの1つまたは複数を達成するために実施される。結果として得られる所望の比率の固体／液体混合物は、液体または液体スラリーを生じさせ、これは、制御された実質的に連続する方式におけるその後の処理のために、循環状態に維持され、送達され得る。

別の操作において、当該供給原料は、酸素を溶融容器から実質的に除去しかつ置換するために、窒素または別の不活性ガスによって、あるいは不活性ガスの混合物によってパージされる。代替としてまたは併せて、当該供給原料は、その後の熱接触分解に関連して、当該供給原料の反応性を向上させるために、好適な材料、例えば、好適なガスまたは液体などによってパージされる。パージは、注入、ブローイング、バブリング、ミキシング、またはそれらの組み合わせによって達成することができる。

別の操作において、例えば、固体、液体、ガス、またはそれらの組み合わせの形態などの、望ましくない材料は、圧力および温度の制御された環境において、好適なメカニズム、例えば、沈降、気化、凝縮、ろ過、化学反応、合体、吸着、またはそれらの組み合わせにより、供給原料から除去される。圧力制御された環境は、制御装置と共に、例えば、送風機、減圧ポンプ、またはそれらの組み合わせによって達成することができる。温度制御された環境は、制御装置と共に、例えば、長管形蒸発器、凝縮器、放熱器、またはそれらの組み合わせによって達成することができる。

別の操作において、当該供給原料は、温度制御された加熱装置を介して、溶融容器から、分解容器または分解室と呼ばれ得る分解装置へ搬送される。当該分解装置への搬送は、制御装置と共に、例えば、直接的または関節的熱交換器によって達成することができる。液体または液体スラリー形態における当該供給原料は、熱交換器中で循環状態に維持され、制御された実質的に連続する方式において、分解装置へ送達され得る。循環状態のこの液体または液体スラリーは、望ましくは、乱流ゾーン中に維持され、この場合、レイノズル数は、効率的な熱伝達のために、ならびにホットスポットおよび炭化水素の局所的炭化を防ぐかまたは低減するために、約5,000〜約20,000、または約8,000〜約15,000の範囲である。この乱流ゾーンは、熱交換器を通る供給原料の速度または流量を測定し、かつ様々な供給原料組成物および関連する温度範囲をまとめた粘度および密度のデータを使用することにより、達成することができる。当該流量は、例えば、流量計などによって測定することができ、ならびにポンプの速度制御によって制御することができる。

別の操作において、一式の触媒は、例えば、分解装置への投入によって、または任意の他のメカニズムにより触媒を分解装置で利用可能にすることによって、分解装置に供給される。例えば、当該触媒は、液体、固体、もしくはスラリーとしての注入、放出、または供給、あるいは分解装置内での懸濁または保持、分解装置の任意の1つまたは複数の表面へのコーティング、あるいはそれらの組み合わせによって、分解装置に提供することができる。熱接触分解にとって好適な触媒の例としては、Na⁺、Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺、W⁶⁺、Mg²⁺、V²⁺、Cr³⁺、Sn⁴⁺、Zn²⁺、Ce⁴⁺、Li⁺、K⁺、Mo³⁺、Cu²⁺、Si⁴⁺、Cd²⁺、およびBa²⁺のケイ酸塩、酸化物、炭化物、水酸化物、および炭酸塩、Ag、Pt、およびAuの金属、遷移金属、天然および合成ゼオライト、フラー土、活性炭、上記の混合物、ならびに上記のナノ粒子または粉末が挙げられる。ある特定の実践では、触媒の望ましい量は、分解装置に収容されている供給原料の量に対して、約0.05重量％〜約10重量％、または約0.1重量％〜約3重量％の範囲であり得る。例えば、重量または体積による当該触媒の特定の組み合わせを選択することによって、ならびに当該触媒の特定の化学組成および粉末、塊、細粒、溶滴、ナノ粒子、コーティングなどの形態における特定の形状を選択することによって、当該触媒が選択され得る。ある特定の実践のための、当該触媒の望ましい組成および比率は、以下の通りである：約5〜45重量％の一式のケイ酸塩、約0〜45重量％の一式のゼオライト、約0〜15重量％の一式の遷移金属、約0〜10重量％の一式の金属炭化物、約0〜55重量％の一式の金属酸化物、約0〜15重量％の一式の金属水酸化物、ならびに約0〜55重量％の一式の金属炭酸塩。

別の操作において、当該供給原料は、分解装置内で、かつ触媒の存在下で、当該供給原料を分解しかつ結果として生じた生成物を蒸発させるのに十分なレベルまで加熱される。有利には、加熱は、当該供給原料の一般的な熱分解温度よりも低い温度、例えば、約275℃〜約500℃、または約325℃〜約425℃の範囲の温度で、およそ大気圧において実施することができる。加熱は、制御装置と共に、加熱媒体または熱源、例えば、閉じた循環における溶融塩、電気加熱、熱油システム（または任意の他の熱液体システム）、蒸気、燃焼ガス、誘導加熱、マイクロ波、またはそれらの組み合わせなどを使用することによる、分解装置への熱供給を伴い得る。

別の操作において、分解装置における未熱分解および未蒸発の残留物は、例えば、重力、ワイピング、らせん錐、回転式エアロックバルブ、スクリューコンベヤ、またはそれらの組み合わせによって、当該分解装置の底部へと搬送される。制御装置と共に、例えば、熱交換器、放熱器、またはそれらの組み合わせを使用して当該残留物を加熱または冷却することによって温度制御された装置を介して、当該残留物が分解装置から残留物受け入れ容器へと搬送され、次いで、残留物受け入れ容器から分離貯蔵容器へと搬送される。

別の操作において、分解され蒸発された供給原料は、所望の生成物へ分子再構築するために、分解装置から触媒コンバーターへと搬送される。当該分解され蒸発された供給原料の触媒コンバーターへの搬送は、制御装置と共に、例えば、ダクト、パイプ、もしくはチューブによる吸気、または圧力、あるいはそれらの組み合わせによって達成することができる。例えば、当該触媒コンバーターへの投入によって、または任意の他のメカニズムにより当該触媒を当該触媒コンバーターにおいて利用可能にするなどによって、一式の触媒が当該触媒コンバーターに提供される。例えば、当該触媒は、液体、固体、もしくはスラリーとしての注入、放出、または供給、あるいは触媒コンバーター内での懸濁または保持、触媒コンバーターの任意の表面へのコーティング、あるいはそれらの組み合わせによって、触媒コンバーターに提供され得る。分子再構築にとって好適な触媒の例としては、Na⁺、Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺、W⁶⁺、Mg²⁺、V²⁺、Cr³⁺、Sn⁴⁺、Zn²⁺、Ce⁴⁺、Li⁺、K⁺、Mo³⁺、Cu²⁺、Si⁴⁺、Cd²⁺、およびBa²⁺のケイ酸塩、酸化物、炭化物、水酸化物、および炭酸塩、Ag、Pt、およびAuの金属、ならびに遷移金属、天然および合成ゼオライト、フラー土、活性炭、上記の混合物、ならびに上記のナノ粒子または粉末が挙げられる。残留している任意の未構築炭化水素または重質炭化水素は、さらなる分解のために、当該分解装置へと戻され得る。

別の操作において、結果として得られる再構築されたガス状の生成物は、制御された温度および圧力による凝縮によって所望の最終生成物を分離するために、触媒コンバーターから分留塔へと搬送される。ガス状の当該再構築された生成物は、炭化水素蒸気と、追加的な水蒸気または追加的な液体およびガスとを含み得る。ある特定の実践では、結果として得られる凝縮物の一部を、より精密な分離のために、例えば、分留塔から得ることができる様々な凝縮物を還流するなどによって分留塔へと戻してもよく、または所望の留分を達成するために、任意の他の液体を分留塔へと戻してもよい。

別の操作において、当該凝縮物は、例えば、当該凝縮物を移送のために所望のレベルまでサブ冷却し、安全な条件下で当該凝縮物を貯蔵するなどによって、温度制御された冷却装置を介して、貯蔵容器または貯蔵室へ搬送される。搬送は、制御装置と共に、例えば、熱交換器、放熱器、またはそれらの組み合わせを使用することにより達成することができる。

別の操作において、オフガスを含み得る未凝縮ガスが、洗浄装置を通される。結果として得られる洗浄済みガスは、次に、制御装置と共に、例えば、圧力調整バルブ、圧力制御バルブ、大気放出板、またはそれらの組み合わせを使用するなどして制御された温度および圧力により、貯蔵容器または貯蔵室へ搬送される。当該貯蔵容器は、圧力容器または圧力タンクを含み得、これらは、制御装置によって所望の圧力および所望の温度に維持される。貯蔵容器からの過剰なガスは、燃焼装置へ放出され得る。ある特定の実践では、所望の量のガスを、例えば、上記で説明したある特定の操作に関連して、制御された条件下で、燃料として使用するために貯蔵容器から加熱装置へ搬送することができる。所望の量のガスの搬送は、制御装置と共に、例えば、圧力調整バルブ、排気管列、調速機、またはそれらの組み合わせを使用して制御された温度および圧力により達成することができる。

高級炭化水素の低級炭化水素への転化ための装置およびシステム
高級炭化水素を低級炭化水素へと転化するための様々な熱接触分解システムの1つを図1〜図5に示しており、本発明の態様に従って、以下において説明する。

最初に図2を参照すると、液体炭化水素原料は、貯蔵タンクまたはコンテナ1に貯蔵されており、水平方向の可変速コンベアによって、固体炭化水素原料が貯蔵ビンまたはストックパイル3から粉砕機4へ移される。粉砕機4は、大きすぎるサイズの固体を、所望のサイズ、例えば、数センチメートルまたは数ミリメートルのオーダーなどへ減少させる。次に、傾斜チェーンコンベヤ5が、サイズ減少された固体材料を粉砕機4からホッパー6へと搬送する。空圧式のコンベヤではなく、機械式のコンベヤを使用しているので、粉塵に関連する問題は最小限に抑えられることが予想される。さらに、粉砕機4に付随する集塵機によって、さらに無塵または低塵操作を確実にすることができる。図示されている態様では、ポンプ2は、流量制御装置FCVを介して、貯蔵タンク1から、蒸気−液体分離室としての役割を果たす滞留容器7へと当該液体材料を搬送する。

図2および図4に示されているように、容器7は、外部管状垂直熱交換器9と共に、上昇膜型の長管再循環蒸発器を形成する。再循環ポンプ8は、当該液体材料が、ホットスポットがほとんど無いかまたは全く無い状態で、熱の効率的な伝達のために適切な速度で、管を通って実質的に不変に循環されることを確実にする。当該液体材料は、熱油加熱器38によって発生され、ポンプ39により熱交換器9のシェル側を通って循環される熱い熱油によって約240℃の温度に加熱される。しかしながら、当該温度は、固体材料および液体材料のタイプに応じて変動してもよく、かつ温度制御バルブTCVを使用することにより調整することができる。熱油加熱器38のための主要熱源は、図5に図示されている容器29に貯蔵されたオフガスであり、任意により、別の供給源からの燃料によって補われる。当該オフガスは、任意の補助の燃料と共に、バーナー31Bによって熱油加熱器38中へ燃焼される。

長管再循環蒸発器は、液体炭化水素のホットプールを作り出し、サイズ減少された固体原料が、流量制御装置FCVを介して容器7中に導入され、当該固体材料は、液体炭化水素のホットプールと併合されて、実質的にその中に溶解する。所望の比率のこの固体／液体混合物は、液体または液体スラリーを生じ、これらは、循環ポンプ8を介して熱交換器9および容器7を通って循環状態に維持され得る。この液体または液体スラリーの粘度は、熱伝達を高めるために当該熱交換器9を通過するその流量または速度が乱流領域にあるように維持される。所望の粘度を維持するために、この液体または液体スラリーの温度および組成は、制御装置TCVによって自動的に調整される。当該熱交換器9において所望の乱流を維持するために、再循環ポンプ8の容量が速度制御によって調節され得る。固体／液体の比率、温度、および再循環ポンプ8の容量調節に対する制御は、熱接触分解を開始するための、供給原料の望ましい事前調整を提供する。

図3を参照すると、容器7において実質的に酸素不含の雰囲気を維持するために、コンテナ44からの不活性ガスまたは不活性ガスの混合物が、ポンプ45によって容器7中へ搬送される。ポンプ輸送の速度は、制御装置（図示されず）によって制御される。不活性ガスの添加は、酸化を避けるかまたは低減するために、プロセスの開始時または開始時付近において行うのが望ましい。コンテナ46中の反応性のガスまたは液体は、異なるタイプの炭化水素の分解を促進するために、ポンプ47により適切な量で容器7中へと搬送される。

水蒸気およびC1〜C13の範囲の炭素鎖分布を有する炭化水素の蒸気が、容器7から放出され、凝縮器10において冷却される。C4より短い軽質留分のガスまたは非凝縮性のガスは、焼却装置16に接続されたリフラックスドラム11において分離され、これらのガスは、燃焼されるか、ボトリングされるか、または加熱器のための燃料として使用される。水およびC5〜C13の間の炭素鎖分布を有する炭化水素を含む凝縮された液体は、ポンプ12によって容器13へと搬送され、そこで、密度の違いにより分離される。次いで、分離された留分は、それぞれの貯蔵タンク14および15に搬送される。

図4を参照すると、約240℃である未蒸発の液体は、炭素鎖分布がC14〜C50の範囲またはそれ以上である高級留分を主に含んでおり、当該液体は、熱交換器17を通されて熱い熱油により約340℃に加熱される。しかしながら、当該温度は、炭化水素の種類およびそれらの相対比率に応じて変動してもよい。

熱交換器17を出る液体または液体スラリーは、流量制御装置FCVを使用する、制御された実質的に連続する方式で、分解装置18へと搬送される。分解装置18は、予備加熱された液体炭化水素の、分解装置18の熱伝達表面上への均一な移送を確実にする回転装置を備えるなど、多くの有利な特徴を有するように設計される。分解装置18の設計は、一式の触媒および熱伝達表面と緊密に接触している、液体または液体スラリー供給原料の非常に薄くて実質的に連続する膜を作り出すことにより、微視的レベルでの分解を可能にし、それにより、当該薄膜において効率的な方式で、熱接触分解が生じる。例えば、当該液体または液体スラリー供給原料の薄膜は、約10nm〜約5mmの範囲、約100nm〜約1mmの範囲、または約1μm〜約1mmの範囲の厚さを有し得る。それと併せて、分解装置18へと導入される追加の液体または液体スラリー供給原料による微視的レベルでの分解のために、熱伝達表面が実質的に連続して更新されるように、未分解残留物が分解装置18の底部へと搬送される。そのような方式において、分解装置18の当該設計は、複数の分解装置を切り替える必要が無く、または予備の分解装置を使用せずに、固体および液体炭化水素の混合物の実質的に連続する分解を可能にする。

分解装置18の様々な実践のうちの1つが、図6Aおよび図6Bに示されており、本発明の態様に従って、以下において説明する。

図6Aおよび図6Bに示されている分解装置18は、薄膜式分解装置であり、ブレードアセンブリとも呼ばれ得る回転式ファンのような構造62を収容するジャケット付き容器またはハウジング65を含む。当該ブレードアセンブリ62は、ローターの一部であり、当該ローターは、ローターシャフト59、トップディスク60、一式のワイピングブレード63、およびフラッシュガード64も含む。当該ローターは、ギヤボックス52、カプラー54、およびメカニカルシール55を介してローターシャフト59に連結されたモーター51によって駆動される。ハウジング53は、カプラー54およびシール55を囲っている。トッププレートまたは蓋56は、ジャケット付き容器65に上部カバーを提供する。図示されている態様の一局面において、ブレードアセンブリ62は、ファン状構造を得るために特定の配向、間隔、量のビームを有する実質的に円形状の、チャンネル／角ビームのアセンブリを含む。ブレードアセンブリ62の目的の1つは、供給原料の触媒促進分解の間に形成された蒸気に対して吸気を提供することにあり、当該吸気は、ジャケット付き容器65の内部表面上ならびにジャケット付き容器65とブレードアセンブリ62との間の環状領域において生じる。ブレードアセンブリ62はさらに、特定の材料、サイズ、形状、および数において実践されるワイピングブレード63を収容する。ワイピングブレード63は、ブレードアセンブリ62の回転によって生じる向心力の下で、（ジャケット付き容器65の上部と底部との間に延びる軸に対して）半径方向に自由に摺動することができる。回転の間、ワイピングブレード63には、ジャケット付き容器65の内部表面方向に力が加えられる。そのような方式において、ワイピングブレード63は、ジャケット付き容器65の内部表面上に飛び散った供給原料の液滴を、実質的に連続してワイプすることができる。圧力下でのブレード63のこのワイピング動作は、ジャケット付き容器65の内部表面上の供給原料の薄膜を維持する。

続けて図6Aおよび図6Bを参照すると、溶融された供給原料または液化された供給原料は、一式のノズル58を介してジャケット付き容器65中へ送達される。この液体または半液体供給原料は、V字形ノッチを備える側壁を有するトップディスク60上に落とされる。当該供給原料は、向心力の下で、スピリングメカニズムまたはスプラッシングメカニズムにより、これらのV字形ノッチを通ってジャケット付き容器65の内部表面上に送達される。これらのV字形ノッチの代わりに、もしくはV字形ノッチと併用して、様々な他の設計、例えば、スロット、スリット、穴などを使用することができる。当該供給原料が、ひとたびジャケット付き容器65の内部表面上に被着されると、ワイピングブレード63によって、概ね上向き方向に、実質的に連続的にワイプされる。ワイピングブレード63の様々な実践を、本発明の態様に従って、図6Cに示している。理解され得るように、当該ワイピングブレード63は、概して、上向き方向の溝を有しており、これらの溝は、重力に反して概ね上向きに、例えば、約0〜約90度、約5〜約50度、約10〜約45度の範囲の角度で、または水平面に対して他の正の角度方向に、供給原料を広げることができる。図6Cに図示されている実践は、一例として提供されるものであり、様々な他の実践についても想到されるということは、理解されるべきである。

再び図6Aおよび図6Bを参照すると、ジャケット付き容器65における供給原料の滞留時間および反応時間は、様々な因子、例えば、ロータースピード、供給原料の投入速度、溝の設計、ブレードアセンブリ62の設計などによって制御することができる。フラッシュガード64は、触媒促進分解の間に形成された任意の固体残留物、例えば、ジャケット付き容器65の内部表面上に形成された炭素微粒子などが、ローターの環状領域へと搬送される得られた分解蒸気相を汚染するのを抑制または防止する。この蒸気は、一式の蒸気放出口61を通り、次いでノズル57を通って上昇する。分解の間に形成される固体または半固体残留物は、ジャケット付き容器65の底部プレートへ落ち、当該底部プレートは、当該残留物がジャケット付き容器65の一方の端部へと流動することを可能にする傾斜角を有する。当該端部では、実質的に継続して当該残留物を除去するために、当該残留物が、好適なメカニズム、例えば、スクリューコンベヤなどによって搬送される。図6Aに図示されているように、ジャケット付き容器65は、その底部に皿形の端部も備えており、これは、傾斜した底部プレートの下方に環状領域を提供し、かつ当該残留物が所望の温度において搬送されることを維持するためのさらなる加熱媒体も備える。

再び図4を参照すると、一式の触媒が、例えばポンプなどを介する実質的に連続する投入により、分解装置18に提供されるか、または分解装置において利用可能となる。投入は、流量制御装置による制御された方式で達成され得る。所望の一式の触媒により、分解装置18の内部表面のコーティングが提供される。ある特定の実践では、熱伝達表面と回転装置（または、噴霧、流下膜、上昇膜、ローラーメカニズム、あるいは薄膜の形成および未分解残留物の底部方向への搬送のために使用される任意の他のメカニズム）のどちらかまたはその両方を、一式の触媒によりコーティングしてもよい。分解装置18の設計の別の局面において、液体または液体スラリーから炭化水素の様々な分解留分までの移送の間中、一式の触媒が利用可能となり得、かつ特定の位置での分解された炭化水素の組成に応じて、分解装置18内の異なる位置で、触媒の組成および相対比率を変えることができ、その結果、より高い分解収率を達成することができる。例えば、上部に対して底部において触媒のある特定の1種の投入または量を多くすることにより、触媒の組成および相対比率を、上部から底部へと変えることができる。

分解装置18は、実質的に酸素および他の大気ガスを排除するために、窒素（または任意の他の不活性ガス）ブランケッティング下に維持される。したがって、分解装置18は、実質的に酸化ガスでパージされ、かつ圧力制御される。熱接触分解を達成するために、当該分解装置18は、硝酸カリウム、亜硝酸カリウム、および硝酸ナトリウムの水溶性無機塩の共融混合物を含み得る溶融塩加熱媒体により、約400℃〜約420℃の範囲に加熱される。当該加熱媒体は、加熱器40から供給され、ポンプ41により閉循環路内で循環される。加熱器40のための主要な熱源は、容器29に貯蔵されるオフガスであり、これは、図5に図示されており、任意で、他の供給源からの燃料によって補われる。当該オフガスは、任意の補助燃料と共に、バーナー31Aによって加熱器40中へ燃焼される。ダンプタンク42は、溶融塩の貯蔵のために備えられており、初期の始動時および停止時に、熱油加熱器38からの熱油を使用して加熱コイルによって加熱される。ポンプ43は、始動時に溶融塩を加熱器40へと搬送する。

ガス状形態の分解された炭化水素は、以下で詳細に説明するような分子再構築のために搬送される。残留物および不純物は、分解装置18の熱伝達表面から実質的に連続して除去され、分解装置18の底部から、半固体またはスラリーの形態で回収される。これらの残留物は、熱交換器32で冷却され、受け入れ器35へと搬送され、次いで、ポンプ36によりコンテナ37へと搬送される。代替としてまたは併せて、これらの残留物は、スクリューコンベヤ33により受け入れ器34へと搬送される。

分解装置18で使用される触媒は、典型的には、C25より長い炭素鎖の分解を促進し、結果としてられる分解された材料は、温度制御バルブおよび制御装置によって所望の温度に維持される触媒コンバーターまたは改質器19を通過する。触媒コンバーター19は、短い炭素鎖、例えば、C6より短い炭素鎖などを改質するための一式の触媒を含む。併用して操作することにより、分解装置18および触媒コンバーター19は、C8〜C25の長さの炭素鎖を有する燃料組成物を生成することができる。結果として得られる炭化水素分子の大部分が、1分子あたり16個の炭素原子を有し得、ならびに商業的に許容可能な燃料、例えば、商業的に許容可能なディーゼル燃料などの基準を満たし得る。

次に図5を参照すると、触媒コンバーター19を出る蒸気は、分留塔20へと搬送され、ここで以下の最終生成物の4つの流れが分離される：（1）C1〜C4の範囲の炭素鎖分布を有する非改質留分またはオフガスのガス流（C5〜C7の範囲の炭素鎖分布を有する炭化水素は、この流れまたは以下で説明する別の流れに含まれ得るか、あるいは別個の流れとして分離される）、（2）概ねガソリン（ペトロール）またはケロシンと同じである、C8〜C13の範囲の炭素鎖分布を有する燃料、（3）概ねディーゼルと同じである、C14〜C20の範囲の炭素鎖分布を有し、およそC16にピークを有する燃料、ならびに（4）C20〜C25の範囲の炭素鎖分布を有する重質燃料。

分留塔20の上部から出るオフガスは、熱交換器25によって冷却され、洗浄機26を通って搬送され、ここで、当該ガスは、アルカリ溶液または苛性溶液で洗浄され、ポンプ27によって循環される。冷却され洗浄されたガスは、次に、ポンプ28によって搬送され、貯水容器29に貯蔵される。圧力制御バルブPCVは、貯水容器29の圧力を調整し、過剰なガスを燃焼装置30へと放出する。貯水容器29は、バーナー31Aおよび31Bのための燃料源としても機能し、これについては、図4を参照して前述で説明した。

図5を参照すると、他の燃料流が、それぞれの凝縮器21A、21B、および21Cで凝縮され、次いで、それぞれの還流容器22A、22B、および22Cへと搬送される。各流れにおける凝縮物の一部は、分留塔20へと還流し戻されるが、その一方で、残りの蒸溜液（塔頂留出物）は、ポンプ23A、23B、および23Cによって補助されて、貯蔵タンク24A、24B、および24Cへ搬送される。分留塔20は、4つの流れまたは留分を生成するように図示されているが、程度の差はあれ、流れは、特定の用途に応じて集められて貯蔵され得る。

実験室での分析は、結果として得られる燃料が、商業的に許容可能な燃料の基準、例えば、C16分子にピークが出現する炭素鎖分布の点などに一致していることを示している。当該燃料の引火点は、約18℃〜約60℃の範囲であり得、ならびに当該燃料をブレンドすることにより、望ましい引火点を有する様々な工業的燃料を得ることができる。

使用される原料の分子構造は原料のタイプによって変わり得るので、場合によって、結果として得られる燃料の特徴は、当該原料のタイプに応じて変わり得る。ある場合において、10重量％の廃油、40重量％の高密度ポリエチレン（HDPE）、および40重量％の低密度ポリエチレン（LDPE）の混合物から、結果として、（およそ）重量％で表された表1の結果を有する生成物が得られる。図7は、結果として得られる生成物のガスクロマトグラムを示している。
（表１）

本発明について、それらの特定の態様を参照しながら説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を為すことができ、同等物で置き換えることができることは、当業者によって理解されるはずである。さらに、本発明の目的、趣旨、および範囲に、特定の状況、材料、物質の組成、方法、プロセスを適合させるために、多くの改変を行うことができる。このような改変の全ては、本明細書に添付される特許請求の範囲内であることが意図される。特に、本明細書において開示される方法について、特定の順序で実施される特定の操作を参照しながら説明してきたが、本発明の教示から逸脱することなく、同等の方法を形成するために、これらの操作を組み合わせたり、細分したり、順序を変えたりすることができるということは理解されるであろう。したがって、本明細書において具体的に示されない限り、操作の順序およびグループ化は、本発明の制限ではない。

Claims (20)

1. 高級炭化水素を低級炭化水素へと転化するための方法であって、
   少なくとも1種の固体原料および少なくとも1種の液体原料の形態において高級炭化水素を含む供給原料を供給する工程、
   該供給原料を液体および液体スラリーのうちの少なくとも1つに転化する工程、
   分解された供給原料を気相において生成するために、第一の一式の触媒の存在下および275℃〜500℃の範囲の温度で該供給原料を分解する工程であって、該供給原料を分解する工程が、該供給原料の薄膜を形成する工程を含む、工程、
   分解された供給原料を第二の一式の触媒の存在下で再構築して、再構築されたガス状生成物を生成する工程、および
   該再構築されたガス状生成物を凝縮して、低級炭化水素を含む所望の最終生成物を生成する工程
   を含む、方法。
2. 供給原料を転化する工程が、加熱された形態において、固体原料を液体原料と併合する工程を含む、請求項1記載の方法。
3. 固体原料を液体原料と併合する工程が、150℃〜250℃の範囲の温度で実施される、請求項2記載の方法。
4. 供給原料を転化する工程が溶融容器を使用して実施され、該供給原料の分解が分解装置を使用して実施される、前記方法であって、
   該溶融容器から該分解装置へ熱交換器を介して該供給原料を移送する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
5. 供給原料を移送する工程が、該供給原料を乱流ゾーンに維持する工程を含む、請求項4記載の方法。
6. 乱流ゾーン中の供給原料が、5,000〜20,000の範囲のレイノズル数を有する、請求項5記載の方法。
7. 供給原料を分解する工程が、325℃〜425℃の範囲の温度で実施される、請求項1記載の方法。
8. 供給原料を分解する工程が、薄膜式分解装置を使用して実施される、請求項1記載の方法。
9. 供給原料を分解する工程が、該薄膜式分解装置の熱伝達表面に隣接して該供給原料の薄膜を形成するために薄膜式分解装置を作動させる工程を含む、請求項8記載の方法。
10. 薄膜式分解装置が回転装置を含み、該薄膜式分解装置を作動させる工程が、供給原料の薄膜を形成しかつ該薄膜式分解装置から未分解の残留物を除去するために該回転装置を作動させる工程を含む、請求項9記載の方法。
11. 薄膜式分解装置が、熱伝達表面に隣接してコーティングされた形態において第一の一式の触媒を含む、請求項9記載の方法。
12. 再構築されたガス状生成物の少なくとも一部が、薄膜式分解装置に戻される、請求項8記載の方法。
13. 分解された供給原料を再構築する工程が、第二の一式の触媒を含む触媒コンバーターを使用して実施される、請求項1記載の方法。
14. 再構築されたガス状生成物を凝縮する工程が、所望の最終生成物を分離するために分留塔を使用して実施される、請求項1記載の方法。
15. 上部、底部、および内部表面を備えるジャケット付き容器と、
    該ジャケット付き容器内に収容され、かつ該ジャケット付き容器の該内部表面に隣接するワイピングブレードを含む、ブレードアセンブリと、
    該ブレードアセンブリに接続され、かつ該ブレードアセンブリを回転するように構成されたモーターと
    を備える、高級炭化水素を低級炭化水素へと転化するための分解装置であって、
    該ジャケット付き容器が、該ジャケット付き容器の上部に隣接して供給原料を受け入れるように構成され、かつ該ワイピングブレードが、該ブレードアセンブリの回転時に、該ジャケット付き容器の該内部表面に隣接して該供給原料の薄膜を形成するために該供給原料を広げるように構成される、分解装置。
16. ワイピングブレードが、ブレードアセンブリの回転時に、ジャケット付き容器の内部表面を半径方向に摺動するように構成される、請求項15記載の分解装置。
17. ワイピングブレードが、ブレードアセンブリの回転時に、概ね上向き方向に供給原料を広げるように構成される、請求項15記載の分解装置。
18. ワイピングブレードの少なくとも1つが、水平面に対して正の角度方向を有する溝を含む、請求項17記載の分解装置。
19. ジャケット付き容器が、該ジャケット付き容器の内部表面に隣接するコーティングをさらに含み、かつ該コーティングが、供給原料の分解を促進するための一式の触媒を含む、請求項15記載の分解装置。
20. 分解された供給原料が該ジャケット付き容器の上部に隣接して取り出され、かつ未分解の残留物が該ジャケット付き容器の底部に隣接して取り出されるように、ジャケット付き容器が構成される、請求項15記載の分解装置。

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