JP2014528975A - 合成生成物を製造するための調節可能な普遍的方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、固形炭化水素および液状炭化水素から製造される混合物を、熱的作用、触媒作用および関連するプロセスの方法によって、ガス／蒸気混合物および炭質含有混合物に化学変換する方法、ならびに、プロセス工学的機構で、公知のジャケット加熱方式の、縦および横に配置された反応器と、コンベアおよびその他の器具とで構成されている装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、固形炭化水素および液状炭化水素から製造される混合物を、熱的作用、触媒作用およびその他のプロセスによって、ガス／蒸気混合物および炭質含有混合物に化学変換する方法および公知の設備を備える公知の構造、および本発明に従ったプロセス工学的機構で、公知のジャケット加熱方式の、縦および横に配置された反応器と、コンベアおよびその他の器具とで構成されている特別な適用のための調節可能な装備を備えた普遍的ユニットである装置に関する。

過去１０年間に、とりわけ環境法の改訂や、２００５年以降、強熱減量が５Ｍａ．％より大きい残留物の埋立が禁止されたことから、当技術分野において数多くの特許出願がなされた。

これらの特許は、高温および低温ガス化に関する。ガス化は、バイオマスまたは廃棄物を用いて行われる。

数人の起草者が、中温熱分解および溶融熱分解は、これまでのところ、現在積極的に利用可能な特定の残留物のニッチな適用や熱処理には十分に適しておらず、ゴミ焼却のような規模で用いられないだろうと説明している。熱分解に対する基本的なアプローチが解説されている。

熱分解とは、準化学量論的空気供給による有機物の完全な熱破壊のことをいう。この工程には、熱エネルギーの供給が必要である。一般に、熱分解ガスの形態でエネルギー源を発生させることが目的として追求されている。

公知の方法
−処理温度５００℃以下での乾留法、
−温度範囲５００〜８００℃での中温熱分解、
−８００〜１，５００℃の温度での溶融熱分解
が批判されている。

熱分解処理では、どの作業条件を選択するかにより、熱分解ガスまたは熱分解タールが発生する。熱分解ガスにはさまざまな成分が含まれ、たいていの方法では、約５０％の窒素も含まれる。下流工程で、ガスは熱エネルギーを発生させるために使用することができる。

熱分解は、例えば回転反応器、シャフト反応器または噴流床ガス化炉で行われる。

欠点は、材料を細かく砕き、部分燃焼させる必要があることである。その後、乾留ガスは次のガス変換器（クラッキング反応器、反応器）に送られ、そこで量の多い有機成分を再度分解することになる。ガス変換器で発生した分解ガスは、冷却後、ガス洗浄（Ｈ_２ＳＯ_４の結合のための酸段階と、ＨＣｌの結合のためのＮａＯＨを用いたアルカリ段階の２段階）で洗浄され、その工程でガス中の窒素の割合がごくわずかであれば、次の工程に送られる。

高温法で作業する設備は機能的ではなく、もはや稼働していないことが確認されている。

低温でのガス化によって作業できる方法もある。まず、中間生成物が生成される。発生するガスは、次のガス浄化システムに直接送られ、ここで洗浄される。しかし、このガス化で発生する混合ガスは、二酸化炭素値が高く、発熱量が小さい。この特性は十分に制御することができない。しかしながら、公知の技術の批判をするには、重要な前処理条件を明確にする必要がある。明らかとなるのは、原料の要件に加えて、工程の残留物に関する要件である。したがって、技術の選択は、そうした設備の全体的な状況においてのみ、検討することができる（非特許文献１）。起草者は、技術の基本的な概観も示し、また、先に、火格子および流動床技術について批判している。

例えば、固定床におけるシャフト反応器やガス化（例：Ｌｕｒｇｉ、ＭＦＵ、Ｇａｔｚｋｅ、Ｋｕｐｏｌ、２ＳＶ）が挙げられている。この場合、空気を供給しながらガス化が行われる。この方法を実施するには、高温に調節する。この方法により、リーンガスが発生する。通常、酸素を使用しなければならない。この方法では、褐炭の追加も前提条件となる。投入する廃棄材料をペレット状にする必要もある。こうした設備の大部分は、圧力をかけて作動させるため、材料供給装置に相応に高いコストがかかる（桶型タンクの装備、桶型タンク内での洗浄目的のための窒素の使用、断続的な材料の供給）。スラグ排出は、特別な装置を用いて、水を満たした容器内で流動的に行う。確実に温度制御することと連続的にガスを発生させることが不可能であることが批判されている。

回転ドラム反応器は、４００〜６００℃の温度で運転するように設計されている。しかし、短絡流であるため、あまり使用できない低発熱ガスしか発生しない。

噴流床ガス化炉を用いた方法では、固形物質、液状スラッジ、ガスおよび酸素が投入される。材料は霧化され、自由落下させて一部高温で燃焼させる。炭素酸化物と水素から成るリーンガスが生成される。ガス化するのに自由落下時間が十分足りるように、材料の粒子は微細でなければならない。ガスは水で冷却し、発生したスラグを、水を満たした槽に少量ずつ落とす。この反応は、通常、１，６００℃前後で圧力をかけて行う。この方法の特徴は、密閉した縦型反応器において燃焼室の管を冷却することである。この方法では、投入する材料の特性に特定の要件を作ることになる。

攪拌された固定床を備える横型反応器（Ｃｈｏｒｅｎ、フライベルク）を用いた方法では、材料の供給は、洗浄装置を備えた複数の遮断された桶型タンクと、横にして加熱した反応器に回転子で原料を供給し、一部ガス化した生成物をあふれ出させるために窒素で圧力を調整して行われる。材料の供給と排出は、スクリュー状の器具を用いて行われる。加熱は、酸素を用いた材料の部分燃焼によって行う。材料は、一部ガス化した充填物に投入して攪拌する。この段階の温度は５５０℃で、作動圧力は５ｂａｒである。この方法は、故障が起きやすいことがわかっている。

さらに、最新技術に属する以下の保護権（特許文献１ないし５）が公知である：

ドイツ特許第１００ ４７ ７８７号明細書 ドイツ特許第１００ ３３ ４５３号明細書 ドイツ特許第１００ ６５ ９２１号明細書 ドイツ特許第２００ ０１ ９２０号明細書 ドイツ特許第１００ １８ ２０１号明細書

Ｋｅｌｄｅｎｉｃｈ ｕｎｄ Ｍｒｏｔｚｅｋ，２００５；Ｄａｈｍｅｎ，２００７；Ｓｐｉｅｇｅｌｂｅｒｇ，２００８；Ｂｕｓｈ ｅｔ ａｌ．，２００９

説明された最新技術または付与された保護権の欠点は、記載されている方法では、発熱量の比較的小さいガスしか製造され得ないことである。これは、とりわけ、これらの方法が、プラスチック廃棄物およびその他の廃棄物の部分燃焼の原理に基づいているという事実による。その結果、均一性に欠け、発熱量が小さく、構成物が不均一で、ガスの質が悪く、有害物質が発生し、また、材料の準備が大いに必要となる。

本発明の目的は、合成生成物を製造するための普遍的方法を考案することである。

本発明の課題は、材料要件および製品要件から生じる立地条件に関して最低限のコストで方法の実施に適応可能な、合成生成物を製造するための調節可能な普遍的方法を実現することである。非常にさまざまな材料特性に対する適応性が必要なため、柔軟な工程管理が可能な方法および装置の特徴も前提として求められる。これは、方法を、連続的に、または循環して接続されている一続きのモジュールで実施することによって実現され、これらのモジュールは、記載される方法の特徴の範囲内で変更および需要に応じて交換することができる。特定のカップリングプロセスの手法により、プロセスのシーケンスはモジュールの修正をする場合でも保たれる。

本発明を、請求項１および２を実現する方法および装置として、以下に説明する。

固形炭化水素および液状炭化水素から製造される混合物を、熱的作用、触媒作用および関連するプロセスの方法によって、ガス／蒸気混合物および炭質含有物に化学変換する方法は、
− 主反応器、変換区画、二次反応器およびクラッキング反応器による物質の化学変換から成る工程順序「Ａ」、ならびに油の捕捉と前処理、有害物質成分の捕捉、炭（コークス）／油の捕捉及び分離、ガス洗浄、循環気化工程から成る工程順序「Ｂ」で、物質の混合と捕捉が実施され、その中で、工程順序「Ａ」で、主反応器内における炭化水素の多段階の解重合反応およびクラッキング反応、ならびに変換区画および二次反応器の中でその後のガス／蒸気反応が行われ、そして工程順序「Ｂ」で、製造された物質の分別凝縮、洗浄、分離、気化、混合および前処理が行われる。このときに製造された成分が、循環して１つまたは両方の工程順序の工程に送られる；
− 工程順序「Ａ」で、流し込む形で異方性混合物として供給される炭化水素に、主反応器での解重合反応およびクラッキング反応およびその後の変換区画および二次反応器での平衡反応が行われ、その中に炭質含有混合物、永久ガス水蒸気、炭素酸化物含有混合蒸気および有機蒸気成分を物質流として流入させ、それにより、工程順序「Ｂ」の、脂溶性物質と油の供給と関連して、間接的に供給された熱の作用下で、製品ガスと炭素が製造される；
− 製造された粒状の異方性混合物が機械的に分けられ、間接的に加熱された環状区域に入れられる、その中で異方性混合物はクラッキングの反応起こす、クラッキング反応は、主として粒子状の表面の優位性にとって代わり、異方性混合物の気化を促す。この気化は、下方に向けられた異方性混合物の物質流に置き換わる。この気化は、物質流を同心円状に生じさせる。この物質流は高い伝達エネルギー量を持っている。そして中心区域部（図１のｂ３）における上方に向かう質量流において、その中で、加熱された、流し込まれる粒子によって適温にされ、同時に伝熱によっても間接的に加熱され、脈動圧縮されたり緩められたりする。中心区域にある炭素はここで圧倒的な解重合が発生する。同時に、この部分でクラッキング、気化およびガス反応によって製造されたガス／蒸気混合物が、脂溶性物質を供給および混合しながら、環状区域で質量の流れる工程を橋渡しする。このプロセスは温度を押し上げることになる。高温になった物質流と一緒に、工程順序「Ａ」に入れられ、高温に調節された灰（コークス）床に流入され、その後、変換区画に送られ平衡反応が行われる。変換区画の中にある炭（コークス）床に有害物質を含む脂溶性物質が送り込まれる。これらの脂溶性物質は、油分離を伴う分離工程、炭（コークス）/水分離、および循環型蒸発器での分離工程と気化工程からなる工程順序「Ｂ」の中の下方流の中で発生する；
低沸点成分は、循環型蒸発器の中の分離工程と気化工程およびクラッキング反応器での触媒クラッキング工程を通して送られ、炭（コークス）／油分離器の分離工程から環状区域への物質流は下方に向けられた物質流として供給され、化学的に変換される；
− 部分的に変換された物質は、炭（コークス）床の物質の流れとして変換区画での変換における平衡反応の物質の流れとして下方に向けられる。その結果、炭（コークス）床および関連成分の作用下で、蒸気の中に断片として出てくる炭化水素が含まれたガス／蒸気混合物が製造され、この混合物が、二次反応器での二次反応工程に供給され、ここでガス平衡反応が行われ、製造された生ガスの中の混合物は、工程順序「Ｂ」の中にあるガス洗浄器へガス流として供給され、調整された物質流、またはガス流および有害物質を含むガス／蒸気混合物である蒸気成分とともに循環する物質流によって分割・凝結が行われる。
すなわち供給された物質流と伝熱によって、洗浄器内の洗浄媒体の温度によって分割・凝結が行われる；
− 主反応器の中心区域の工程における圧力の脈動は、上方に送られる質量流によって発生し、環状区域の気化工程によって増大される。さらに触媒クラッキング工程を通じて供給された炭（コークス）/油分離器内の分離工程の低沸点成分は、結果として異方性混合物の粒子表面における気化速度の増加を引き起こす；
− ガス/蒸気混合物内でのガス化反応は、カスケードに配置した変換区画や二次反応器内で複数の反応が行われる。即ち、複数の反応区域におけるガス／蒸気混合物内のガス化反応は、炭（コークス）床および送られた物質流を用いて、永久ガス、脂溶性物質および水蒸気を供給しながらガスの製造、脂溶性有害物質を化学変換し、高沸点炭化水素を化学変換させるための還元工程としてガス反応が行われる；
− 炭（コークス）/油分離内での分離工程が実行される。そこでは分離区域の上部が加熱される。そして同時に下部の区域では媒体の水平移送が行われる。重力作用の下で、固まった成分に対する異なる可解溶性物質が物質流の中に物質流の一部として炭の粒子が含まれている重油成分と共にガス洗浄器から送られてくる。そして水溶性有害物質、油、そして脂溶性有害物質が混合されている水性成分の物質流は、混合され、互いに溶かしあって、成分の量によって調整され分離され、相界面が整定される。その様な方法で低沸点油の成分は、水より重い油の成分は脂溶性物質と共に溶け込み、水溶性有害物質及び炭素の混じった水は他のものと分離され排出される。ここで水はここに含まれている塩分を吸収し排出される。そして固形成分はガス洗浄器へ別個に投入される。ここでは固形成分は異方性混合物に対する有害物質を含む水の水性成分の分離を行う為の緩衝剤として供給される。そして反応器の中での反応の中に戻される；
− 炭（コークス）／油分離器での分離工程の結果として炭化水素成分が脱塩素され、また粉炭（コークス）を固形物として含有する水より重いまたは水と同じ比重を持つ重い炭化水素成分がガス洗浄器から供給され、水より軽い有害物質ならびにキノン系およびフェノール系の形態の油と水の可溶化剤が、工程順序から供給された軽油成分とが混合され、可溶化剤の化学的還元のために、二次反応器での反応工程に送られる；
− 炭化水素成分の蒸留工程は、工程順序の中に入っているが、炭化水素成分を使用するために蒸気が取り除かれる；
− 主反応器の上部区域で、５００℃以下の温度で脱塩素が行われ、そこで発生する蒸気は、ガス洗浄に送られる有害物質を含有する水蒸気と一緒に取り除かれる；
− 炭質含有混合物は、炭（コークス）／油分離器で製造され、主反応器での解重合工程に、還元成分として送り込まれる。

公知の設備を備える公知の構造、および機構で、公知のジャケット加熱方式の、縦および横に配置された反応器と、コンベアおよびその他の器具とで構成されている装置は、
− 縦型の主反応器は、高温区域の中で断面積の縮小と、その後の断面積の拡大を示す。反応器の下部および上部を連結する管区画が設けられ、その中に、反応器の上下部分を繋ぐ偏心した縦型のスクリューが貫通している。このスクリューは、反応器の上下部分で、それぞれ１つの管状のレジスタに取り囲まれていて、このレジスタは、区域内の反応室空間を分けておりジャケット加熱室に繋がっている。
− 反応器の上下部分に接続された外側の加熱ジャケット室にある、主反応器のもう１つの管状レジスタは反応器の上下部分を橋渡しする。
− 主反応器の上部の部屋は下側が解放されたU字型をした構造体で、外部区域と内部区域に分けられている。また、主反応器の材料供給管が、内部区域の上部と連結するように設けられている。
− クラッキング反応器から来る物質流の媒体接続ノズルと、分離器の炭質含有混合物用の媒体接続ノズルが反応器上部に、また、炭（コークス）／油分離器および循環型蒸発器からの配管の媒体接続ノズルが、反応器下部に接続している。
− 主反応器の反応器上部に、脱塩素区域が設けられ、ここには異方性混合物の供給用の媒体接続ノズルと、有害物質を含む蒸気の除去用の媒体接続ノズルを有している。
− スクリュ−が結合された横型反応器、変換区画および１つまたは複数の二次反応器が主反応器の下部反応室部分に下方に向かう流れに沿って繋げられている。
− 炭（コークス）／油分離器は、部屋の全ての下に回転するスクリューが設けられた部屋の形をした容器であり、この容器は上部が加熱され、部屋と器具の壁との間の媒体を接続するために部屋の中間に攪拌機が取り付けられている。
このとき、排出口の高さはガス洗浄から来る配管の管の方向に高くなるように接続ノズルが設けられている。
− 炭（コークス）／油分離器が、少なくとも１つのガス洗浄器、および二段目のガス洗浄器の分離器とも繋がっている。そして器具は媒体の流れに沿った工程の流になるように機能的に配置されている。

工程順序「Ａ」を示す図である。 工程順序「Ｂ」を示す図である。

固形および液状の炭化水素から製造される混合物を、熱的作用、触媒作用および関連するプロセスの方法によって、ガス／蒸気混合物および炭質含有混合物に化学変換する方法は、
主反応器、変換区画、二次反応器およびクラッキング反応器における工程から成る工程順序「Ａ」と、物質の化学変換ならびに油の捕捉と調整、有害物質成分の捕捉、炭（コークス）／油の分離、ガス洗浄、循環気化の工程から成る工程順序「Ｂ」で、物質の混合と分離が実施される。
その中で、工程順序「Ａ」で、炭化水素は主反応器で多段階の解重合反応およびクラッキング反応、ならびに変換区画および二次反応器でその後のガス／蒸気反応が行われ、工程順序「Ｂ」で製造された物質の分別凝縮、洗浄、分離、気化、混合および調整が行われる。また、製造された成分は循環して１つまたは両方の工程順序の工程に送られる；
炭化水素は異方性混合物として工程順序「A」に供給され、解重合反応およびクラッキング反応、並びに平衡反応が実施される。その中で、炭質含有混合物、永久ガス、水蒸気、炭素酸化物含有混合蒸気および有機蒸気成分を流入させ、それにより、工程順序「Ｂ」からの脂溶性物質と油の供給と共に間接的に供給された熱の作用下で、製品ガスと炭素が製造される。
そのために、物質流と混合された異方性混合物は、間接的に加熱された環状区域に供給され、その中で、下方に向けられた物質流の中で異方性混合物の成分の粒子表面に主として生じるクラッキング反応の作用の下で、同心円状に向けられた、伝達エネルギー量の高い物質流の発生下で気化が生じる。
その様にして、中心区域の上方に向かう物質流、それは流し込まれる加熱された粒子によって適温にされ、同時に伝熱によっても間接的に加熱され、脈動圧縮され緩和された流れの中に炭素が一緒に供給され、主として解重合が生じる。同時に、この部分でクラッキング、気化およびガス反応によって製造されたガス／蒸気混合物が環状区域で工程の橋渡しを行い、物質の流は高温を上昇させ、物質流と一緒に物質を供給および混合しながら、さらに追加される有害物質を含む脂溶性物質は、下方に向けられた工程順序「Ｂ」の分離工程の中で集積され、炭（コークス）床に流入され平衡反応が行われる。

さまざまな工程と触媒クラッキング工程で製造された低沸点成分は、環状区域の物質流、およびそれと共に下方に向けられた物質流として、供給され、化学的に変換されるが、
主反応器での工程の中心付近では、脈動は低沸点物質の供給による情報に向かう物質の流が引き金となって発生する。環状区域における粒子の気化速度を増加させるために、永久ガスの供給と炭（コークス）の変換物質と共にガス／蒸気の混合体の反応が行われ、ガスの製造のために工程順序「Ｂ」からの脂溶性物質および蒸気がガスの製造のために取り出される。そしてガス反応は、還元工程として行われる。

分離区域上部で加熱し、同時に分離区域下部で媒体を水平に移送し低沸点油成分の流れを作る工程順序「Ｂ」の分離工程を実施し、水より重い油成分、水溶性有害物質および炭素を含む水を製造し、同時に媒体量の調整、ならびにキノイドおよびフェノール系有害物質を含む油成分および溶解化剤の回収のための相界面の調整が行われ、炭化水素成分は脱塩素反応をし、そして炭（コークス）ダストが遊離する。

方法は、さらに、
反応工程の図１に従った工程順序「Ａ」において、
− クラッキング反応および解重合反応、
− 変換反応および触媒反応、
− 平衡反応および水性ガスシフト反応、
− 無機物を用いた触媒反応、
が、連続して行われる。
また、主反応器Ｒ１、変換区域Ｒ２／１４、二次反応器Ｒ３および物質の化学変換の為のクラッキング反応器Ｃでは部分的に重複した反応工程が行われ、それは次の反応で変換され得るような定まった特性を形成できるよう、プラスチックなどの高分子量物質の分解、および小分子を分裂させるための多段階の解重合およびクラッキング反応が実施される。
その後、還元およびメタン生成を実現できるように、変換区画Ｒ２／１４で、ガス／蒸気反応と共に工程が実施される。

次に、蒸気と炭素と共に次の工程での物質の生産をしやすくするために二次反応器Ｒ３の中で更なるガス／蒸気平衡反応が行われ、化学反応の工程特性を通して定義された混合ガスが製造される。
さらに、図２に従った工程順序「Ｂ」において製造された物質に、分別凝縮、洗浄、分離、気化および混合を実施する。その際、有害物質が回路に蓄積しないよう、有害物質を分離、置換、および排出するために、製造された特定の成分に、回路において、１つまたは両方の工程順序の工程が行われる。

図２に従った工程順序「B」で構成される工程は、
− 分離器Ａ１
− 無機物を含む水の分離器Ａ２
− 炭（コークス）／油分離器Ｆ
− ガス洗浄器Ｇ１
− ガス洗浄器Ｇ２
− ガス洗浄器Ｇ３
− 循環型蒸発器における工程Ｖ
− 分離器Ｚ
で、物質の分離、混合および捕捉が実施される。

工程順序「Ａ」では、異方性混合物ａ１は、流し込む形で炭質含有混合物に供給され、さらに、
水蒸気ｙ１、
炭素酸化物含有混合蒸気ｚ２、
永久ガスｚ１、
炭質含有混合物ｊ１、
脂溶性物質ｒ、ｓ、ｔ、
有機蒸気成分ｋ、
油ｘ、
炭素ｖおよび
製品混合ガスｕ
が、本発明に従った場所で流入され、
さらに、間接的な熱供給が、熱モジュールＷ１、Ｗ２、Ｗ３によって、加熱工程で実施される。

製造された粒状の異方性混合物は機械的に分けられ、そして下方に向けられた物質流ｂ１は、環状区域Ｅにおいて間接的に加熱される、その中で、下方に向けられた物質流ｂ１における異方性混合物の成分の主に粒子表面で生じるクラッキング反応および気化の作用、ならびに同心円状に向けられた物質流ｂ２と合わされて、単位当たりの高いエネルギー量が中心区域に移行する。

さらに、主に解重合Ｄが生じる中心区域の上方に送られる質量流ｂ３が、先に加熱された粒子とともに加熱され、同時に内部レジスタ１５によって間接的に熱伝達が行われ、脈動圧縮、緩和される。
下方に向けられた物質流ｂ１および物質流ｃ２は、それは外部レジスタを通して行われ熱モジュールＷ１によって間接的な熱供給が行われる、混合され、その際、物質流ｃ２が解重合工程を橋渡しする。
これらの区域で（クラッキング、気化およびガス反応によって）製造されたガス／蒸気混合物ｄは、物質流として、変換区画Ｒ２／１４での変換工程に送られる。

下方に向けられた物質流ｂ１および物質流ｃ２を伴う物質は、炭（コークス）床の炭素ｃ１を含む送られる物質流、すなわち変換区画Ｒ２／１４における平衡反応の中に供給される。
高温に調節された炭（コークス）床における炭素ｃ１を含む送られる物質流は、熱モジュールＷ２内で加熱しながら、平衡反応が行われる。
その中で、有害物質を含む脂溶性物質ｒ、ｓ、ｔは、この炭（コークス）床へ流入される。この物質は油分離器Ａ１、炭（コークス）／油分離器Ｆおよび循環型蒸発器Ｖによる分離および気化工程からなる分離工程へ供給される。

循環型蒸発器Ｖでの分離工程と気化工程、およびクラッキング反応器Ｃでの触媒クラッキング工程を通じて送られた低沸点成分ｍは、炭（コークス）／油分離器Ｆから、環状区域Ｅの有機蒸気成分ｋ、およびそれと一緒に下方に向けられた物質流ｂ１として供給され、化学的に変換される。

カスケードに配置した複数の反応区域におけるガス／蒸気混合物ｄ内のガス反応が、変換区域Ｒ２／１４および炭（コークス）床での二次反応において、炭素ｃ１を含む、送られた物質流と一緒に、永久ガスｚ１、脂溶性物質ｒ、ｓ、ｔおよび有害物質および酸素供給体である水蒸気ｙ１を供給しながら、ガス製造、脂溶性有害物質の化学変換および高沸点炭化水素の化学変換のために実施され、また、ガス反応が行われる。
その結果、変換区域Ｒ２／１４および二次反応器Ｒ３における反応区域の炭（コークス）床において、ガス／蒸気混合物ｄの成分から、蒸気状の炭化水素を含むガス流ｅが製造される。
これが、工程順序「Ｂ」のガス洗浄器Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に供給され、その中で、ガス流ｅ、ｆ１、ｆ２が洗浄され、また、物質流の溢流ｑおよび熱モジュールＷ５の熱排出によって行われる、洗浄器の洗浄媒体の温度の調節によって、蒸気成分が分別凝縮される。
クラッキング反応器Ｃでの触媒クラッキング工程を通じて送られた、分離工程の低沸点成分ｍが、環状区域Ｅの炭（コークス）／油分離器Ｆにおいて、主反応器Ｒ１から供給された有機蒸気成分ｋが、異方性混合物ａ１の粒子表面における気化速度の上昇が引き起こされる。
炭（コークス）／油分離器Ｆにおける分離工程が、分離器区域上部の熱モジュールＷ５を加熱し、同時に分離器区域下部で媒体を水平に送ることで、重力作用および、ガス洗浄器Ｇ１の凝縮成分ｇの各物質の溶解度の違いの作用により、重い油成分、および一緒に供給された炭（コークス）成分、および水性成分の水溶性有害物質ｎを含む物質流とその中に含まれる油ｘと脂溶性有害物質とともに、互いに混合され、互いに溶け合い、さらに、その後、媒体量の調整および相境界の生成と調整によって、低沸点成分ｍである油ｘ、油ｘに溶けにくく、有害物質を含む軽い油ｘ、および脂溶性物質ｓである炭（コークス）懸濁液、および炭質含有混合物である炭（コークス）を含む水ｊ２、および有害物質と炭素を含む水ｊ４の物質流が互いから分離し、排出され、このとき、水が塩を受け入れ、排出され、続いて、固形成分から別々にガス洗浄器Ｇ１に送られ、炭質含有混合物ｊ１である固形成分が、異方性混合物ａ１に供給され、脂溶性物質ｓである液状の有機成分が、二次反応器Ｒ３での反応に送り戻されるように分離される。
炭（コークス）／油分離器Ｆにおける分離工程によって炭化水素成分が脱塩素され、粉炭（コークス）である固形物を含有する、水と同じ比重の、ガス洗浄器から供給された重い炭化水素成分と、水より軽く、有害物質ならびにキノン系およびフェノール系の形態の油と水の可溶化剤に含まれる、工程順序「Ｂ」から供給された軽い油成分とが混合され、二次反応器Ｒ３での反応工程に送られる。
工程順序「Ｂ」に炭化水素成分の蒸留工程が統合され、この炭化水素成分が使用のために排出される。
中心区域の上部範囲で、５００℃未満の温度で、いくつかの条件下で脱塩素が行われ、そのときに発生する蒸気が、水蒸気ｙ１内で一緒にガス洗浄に送られるように開発される。

装置についてさらに詳細に記載する。

ガス発生は、変換Ｒ１、Ｒ２および二次反応器Ｒ３を含む主反応器ならびに周辺装備で構成される。

主反応器Ｒ１において、投入した使用材料の、ガスまたは蒸気状の炭化水素において部分的な化学変換が行われる。そのために、主反応器Ｒ１において、クラッキング反応、解重合反応、ガス反応が行われる。

主反応器Ｒ１は、部屋が設けられた反応器側壁１、加熱ジャケット２、駆動ヨーク４を備えた内蔵スクリュー攪拌機３、および反応器側壁６を備える、下部高温室１１に接続され水平に傾けられた変換区域Ｒ２／１４、加熱ジャケット室５、駆動ヨーク７０を備えるスクリュー７で構成され、変換区域Ｒ２／１４が傾けられている。

主反応器Ｒ１は、以下の部品で構成される：
・継手１７を備える投入部位８
・反応器混合室９
・高温領域１０
・高温室１１
・バーナ１３を備えた加熱ジャケット室１２
・変換区域Ｒ２／１４
・内部レジスタ１５
・伝熱レジスタ１６。

主反応器Ｒ１は、ふたに同心円状に取り付けた、スクリュー攪拌機３を駆動するための駆動ヨーク４と、物質流のための多数の流入口を備える。反応室で構成される反応器側壁１全体が加熱ジャケット２で加熱される。

反応器混合室９および高温室１１は円錐形で、それによって形成される高温領域１０によって分けられる。各小部屋内に、熱モジュールＷ１と連結された伝熱のための内部レジスタ１５がある。これを通って熱い排気ガスが送られる。反応器混合室９は、反応空間と連結された加熱ジャケット室１２を通して設けられた伝熱レジスタ１６を通じて橋渡しされる。これを用いて、主反応器の上部から生成ガスが変換区域Ｒ２／１４に送られ、加熱される。高温室１１および伝熱レジスタ１６は、水平に傾けられた変換区域Ｒ２／１４に通じている。反応器混合室９は、バーナ１３が装備された熱モジュールＷ１で取り囲まれている。内蔵スクリュー攪拌機３は、一続きのシャフトで、各駆動ヨーク４および反対側の端に取り付けられている。

主反応器は、永久ガスｚ１および炭素酸化物含有混合蒸気ｚ２などの炭化水素を供給するための流入口、ならびにクラッキングシステムから有機蒸気成分ｋを供給するための流入口を備える。さらに主反応器は、投入部位８から配管を介して第２のガス洗浄器Ｇ２に排気を排出するための、有害物質を含有する蒸気ｊ３のための流入口を備える。主反応器は断熱ジャケット１９で取り囲まれている。

以下に、材料供給について説明する。投入材料は、例えばスクリュー攪拌機３などの上流装備から、主反応器Ｒ１の投入部位８に流入される。これを通って、反応器混合室９に入る。反応器混合室９の領域において、高温領域１０および高温室１１では、平衡反応による連続的な物質交換がなされている。下方に向けられた物質流ｂ１は、環状区域Ｅにおいて高温領域に送られ、上方に送られる質量流ｂ３は、スクリュー攪拌機３によって、混合室での解重合Ｄの際に、材料と混合するために、投入部位８から上に送られる。スクリュー回転のサイクルは、恒常的な圧力変化をもたらし、また、同心円状に向けられた物質流ｂ２と関連して、熱媒体である材料を利用することで、反応器混合室９の中心範囲における反応を促す。このとき、スクリュー回転の速度とサイクルによって、反応工程を、粒径、物質の違い、ガス化速度の違いなど、材料特性の違いに適合させる。

内部レジスタ１５およびバーナ１３を含む高温領域１０の形態が、同心円状に向けられた物質流ｂ２の、単位当たりのエネルギー量を最大限に増幅する。クラッキング反応が進行し、ガス平衡反応が引き起こされるように、高温室１１は、断面を拡大することで、十分な容積およびそれに伴う材料の十分な滞留時間を生ぜしめる。

横型変換区域Ｒ２／１４では、すでに部分的に変換された物質流がさらに送られる。この反応区域では、炭（コークス）床を通じて、ガス反応および変換反応が、炭化水素の還元によって行われる。このとき、材料の変換の程度は増す。材料は、この区域で、駆動を備えるスクリュー７によって双方向に送られる。変換区域Ｒ２／１４の排出管を通じて、残った固形物の流れが、二次反応器Ｒ３に達する。

ガスの動きは以下のように進行する。

主反応器Ｒ１のさまざまな区域で、工程パラメータがそれぞれ異なるため、また、混合物の変換の程度がそれぞれ異なるため、化学反応がさまざまに進行する。均一かつ要件に応じた質のガスを製造するため、縦型の区域のガスは、上から、伝熱レジスタ１６を通じて送られ、加熱され、再度統合され、変換区域Ｒ２／１４に送られる。変換区域Ｒ２／１４にある炭（コークス）床上で、上部で発生したガスが変換反応に加わる。ガス流全体は、その後、同様に、排出管を通じて二次反応器Ｒ３に移動する。

反応器の圧力は、ガス洗浄器Ｇ３でのガス洗浄の工程の範囲において、ある圧力範囲に調整することで、一定に保たれる。

クラッキング反応器Ｃでの炭化水素のクラッキングは、以下の通り行われる。

クラッキング反応器Ｃは、被覆され加熱された管状の器具で、その中に流し込まれる触媒がある。これはゼオライトから成る。クラッキング反応器Ｃには、低沸点の炭化水素の油含有蒸気ｌが、特に、設備で製造された芳香族分子との混合物として、循環型蒸発器Ｖから供給される。ガス化剤として有機蒸気成分ｋ）を、主反応器Ｒ１の反応器混合室９の環状区域Ｅ上部に送った後、ガス蒸気反応を生じさせるために、炭化水素、特に低沸点物質は、適温にされ、一部、クラッキング反応器Ｃにおいて、芳香族分子を分解するために、化学的に変換される。炭化水素は、反応器混合室９の流し込まれる固形物のガス／蒸気混合物ｄにおいて、ここで一緒に送られる炭素粒子で還元される。それにより、ガス化剤である有機蒸気成分ｋの供給を調節することで、反応およびそれに伴って製造されるガス量が調節できる。

以下に、二次反応器について記載する。

二次反応器Ｒ３では、反応器内容物を逆混合し、その他の成分を供給することによって、このときに減少する炭化水素の化学変換が行われ、この炭化水素は上流器具から送られる。滞留時間によって、材料の固形粒子の完全な変換も行われる。このとき、主反応器Ｒ１から流入した生ガスすべても、縦型の二次反応器Ｒ３の反応器内容物または高温領域の炭（コークス）床を貫流する。それにより、変換反応の反応時間が増大し、反応器の構造によって、生ガスの短絡流が妨げられる。

二次反応器Ｒ３は以下の器具部分で構成される：
・ドーム２１を備えるガス室２０
・縦型コンベア２３を備える高温室２２
・内側レジスタ２５および外側レジスタ２４
・コンベア２７を備える変換区域２６
・加熱ジャケット室および燃焼室２８。

ガス室２０と高温室２２は、二次反応器Ｒ３の縦型部分に配置されている。変換区域２６は、高温室２２の下の水平に傾けられた部分にある。加熱ジャケット５は、反応室を取り囲んでいる。高温室２２は円錐形の容器として設けられている。変換区域Ｒ２／１４のスクリュー７は、二次反応器Ｒ３のガス室２０を通り抜けて延びている。

二次反応器Ｒ３の器具部分は、バーナ１３が装備された燃焼室２８とともに加熱ジャケット室で取り囲まれている。二次反応器Ｒ３は、加熱ジャケット室および燃焼室２８と連結された内部レジスタ１５を備える。このレジスタを通って、熱い排気ガスが送られる。レジスタは、反応を促し、伝熱面積を拡大するのに供される。

高温室２２は、ガス室２０の下に配置され、筒状の容器として設けられている。高温室２２と外側レジスタ２４は、水平に傾けられた変換区域２６に通じている。内蔵コンベア２７は、駆動のシャフトと連結されて設置されている。二次反応器Ｒ３は、工程順序「Ｂ」、すなわちガス洗浄からの成分を供給する流入口を備える。

二次反応器Ｒ３のガス移動は、以下のように行われる。生ガスは、まず、主反応器Ｒ１の変換区域Ｒ２／１４から、二次反応器Ｒ３の高温室２２に送られる。生ガスの第２の部分集合は、二次反応器Ｒ３の化学変換によって、水蒸気ｙ１および脂溶性物質ｒ、ｓ、ｔを供給しながら製造される。ガスの全量が、二次反応器Ｒ３のガス室２０およびドーム２１を通って、工程順序「Ｂ」の第１のガス洗浄器Ｇ１に流れ込む。

工程順序「Ｂ」は、ガス洗浄器Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、油分離器Ａ１および分離器Ａ２、分離器Ｚ、循環型蒸発器Ｖおよび炭（コークス）／油分離器Ｆで構成される。

炭（コークス）／油分離器Ｆは、重力分離器であり、その中で、液状成分がさまざまなレベルに分けられる。炭（コークス）／油分離器Ｆは、複数の小部屋に分けられ、設備が設けられている。炭（コークス）／油分離器Ｆの床には、沈下する固定層をスクリューが連続的に排出する。

媒体の流れを以下に記載する。

ガス洗浄器Ｇ１から、２つの部分流が流され、炭（コークス）／油分離器Ｆに供給される。この中で、まず油ｘと低沸点物質が分離される。

低沸点成分ｍおよび混合物を、有害物質および炭素ｊ２を含む水から分離した後、炭（コークス）／油分離器Ｆの中間室に残った媒体は、主に水から成る。これが、有害物質ｊ４を含む水として排出される。有害物質および炭素ｊ２を含む水は、分離器Ｚを介してガス洗浄器Ｇ１に供給される。低沸点成分ｍは、循環型蒸発器Ｖに移動する。循環型蒸発器Ｖから、さまざまな部分流が排出される。より軽い成分がクラッキング反応器Ｃに送られる。より重い成分は、主反応器Ｒ１および二次反応器Ｒ３の変換区域Ｒ２／１４に、永久ガスｚ１、脂溶性物質ｒとして供給され、そこで、炭（コークス）床においてさらに変換される。

生ガスは、ガス流ｅとして、ガス洗浄器Ｇ１に、さらに続いてガス洗浄器Ｇ２およびＧ３に流入され、洗浄される。これが、生成ガス流からのタール、油および炭（コークス）の分離、ならびに生成ガス流の１５０℃未満への冷却に供される。さらに、残った脂肪族化合物および有害物質の、生成ガス流からの分離に供される。各洗浄器を通って、製造された液状媒体が流れる。二相流によって物質交換が行われる。

油分離器Ａ１および分離器Ａ２が、ガス洗浄に統合され、この分離で、洗浄器媒体から有機成分が分離される。

さらに、設備の２つの適用例を説明する。

本方法の実施は、工程順序「Ａ」で構成され、プラスチック廃棄物３０％、ゴム廃棄物３０％、建設混合廃棄物１０％、鉱物および水２０％から成る異方性混合物を供給しながらの、解重合およびクラッキング反応ならびにその後の平衡反応の実施を含み、このとき、反応可能な物質の５５％が変換され、その結果、下流の平衡工程およびガス／蒸気反応工程で、蒸気成分の３０％以下が変換される。このために、炭素ｖに、水素含有混合ガス、例えば水蒸気ｙ１、および有機蒸気成分ｋが、物質流として供給される。工程は、間接的に供給された熱ｗ１の作用下で、熱モジュールＷ１、Ｗ２、Ｗ３で行われる。さらに、工程順序「Ｂ」から脂溶性物質ｒ、ｓ、ｔの形態で生じる成分が供給される。本方法を用いて、５００〜６５０℃の作動温度で、生成混合ガスｕが４８％、芳香族有機液体の油ｘが１２％および炭素ｖが２５％製造される。残りは、生じた排水ｐである。

本方法の実施において、製造された粒状の異方性混合物が機械的に分けられるが、このとき、間接的に加熱された環状区域Ｅにおいて、その中で、下方に向けられた物質流ｂ１における異方性混合物の成分の主に粒子表面で生じるクラッキング反応の作用下で、同心円状に向けられた物質流ｂ２の発生下で、混合物の４０％の気化が行われ、また、この同心円状に向けられた物質流ｂ２の作用下で、算出された、移行する単位当たりのエネルギー量４５ｋＷｈ／ｍ^２で、ジャケット表面積によって、反応が、６２０℃の温度に調節された堆積物において、同時に圧縮および緩和された中心区域の脈動があるとき、スクリュー攪拌機３による６０パルス／ｈの脈動で、製品ガスが生成され、これが、ガス洗浄工程後に、工程順序「Ｂ」において、３０〜３２％の高いメタン含有率、また同時に約２５％の水素含有率を示すようになされる。このとき、間接的な加熱Ｗ３ ｗ３によって橋渡しされた物質流ｃ２の温度は８５０℃を示す。

ガス組成の分析は、例えば以下のように示される：

１ 反応器側壁
２ 加熱ジャケット
３ スクリュー攪拌機
４ 駆動ヨーク
５ 加熱ジャケット
６ 反応器側壁
７ スクリュー
８ 投入部位
９ 反応器混合室
１０ 高温領域
１１ 高温室
１２ 加熱ジャケット室
１３ バーナ
１５ 内部レジスタ
１６ 伝熱レジスタ
１７ 継手
１９ 断熱ジャケット
２０ ガス室
２１ ドーム
２２ 高温室
２３ コンベア
２４ 外側レジスタ
２５ 内側レジスタ
２６ 変換区画
２７ コンベア
２８ 加熱ジャケット室および燃焼室
７０ 駆動ヨーク
Ａ 工程順序
Ａ１ 油分離器
Ａ２ 分離器
Ｂ 工程順序
Ｃ クラッキング反応器
Ｄ 解重合
Ｅ 環状区域
Ｆ 炭（コークス）／油分離器
Ｇ１ ガス洗浄器
Ｇ２ ガス洗浄器
Ｇ３ ガス洗浄器
Ｒ１ 主反応器
Ｒ２／１４ 変換区画
Ｒ３ 二次反応器
Ｖ 循環型蒸発器
Ｗ１ 熱
Ｗ２ 熱
Ｗ３ 熱
Ｗ５ 熱
Ｚ 分離器
ａ１ 異方性混合物
ａ２ 油含有材料
ｂ１ 下方に向けられた物質流
ｂ２ 同心円状に向けられた物質流
ｂ３ 上方に送られる質量流
ｃ１ 炭素を含む、送られる物質流
ｃ２ 物質流
ｄ ガス／蒸気混合物
ｅ ガス流
ｆ１ ガス流
ｆ２ ガス流
ｇ 凝縮成分
ｈ 凝縮成分
ｉ 凝縮成分
ｊ１ 炭質含有混合物
ｊ２ 有害物質と炭素を含む水
ｊ３ 有害物質を含有する蒸気
ｊ４ 有害物質を含む水
ｋ 有機蒸気成分
ｌ 油含有蒸気
ｍ 低沸点成分
ｎ 水溶性有害物質を含む物質流
ｏ 水溶性有害物質を含む物質流
ｐ 排水
ｑ 物質流の溢流
ｒ 脂溶性物質
ｓ 脂溶性物質
ｔ 脂溶性物質
ｕ 生成混合ガス
ｖ 炭素
ｗ１ 間接的に供給された熱
ｗ２ 間接的に供給された熱
ｗ３ 間接的な加熱Ｗ３
ｘ 油
ｙ１ 水蒸気
ｙ２ 物質流
ｚ１ 永久ガス
ｚ２ 炭素酸化物含有蒸気混合物

Claims (2)

1. 固形炭化水素および液状炭化水素から製造される合成生成物から、熱的作用、触媒作用および工業的プロセスの方法によって、ガス／蒸気混合物および炭質含有物質を製造する普遍的方法であって、
   主反応器、変換区域、二次反応器およびクラッキング反応器における工程から成る工程順序「Ａ」で、物質の化学変換が、ならびに、油の捕捉と前処理、有害物質成分の捕捉、炭（コークス）／油の捕捉及び分離、ガス洗浄、循環気化の工程から成る工程順序「Ｂ」で、物質の混合および捕捉が実施され、
   その中で、工程順序「Ａ」で、炭化水素に主反応器で多段階の解重合反応およびクラッキング反応、ならびに変換区域および二次反応器でその後のガス／蒸気反応が行われ、ならびに工程順序「Ｂ」で、製造された物質の分別凝縮、洗浄、分離、気化、混合および前処理が行われ、このとき、製造された成分が、循環して１つまたは両方の工程順序の工程に送られ、
   − このとき、工程順序「Ａ」の主反応器において、異方性混合物が、流し込む形で炭質含有混合物に供給され、さらに、炭質含有混合物、永久ガス、水蒸気、炭素酸化物含有混合蒸気、有機蒸気成分が流入されて、工程順序「Ｂ」において得られた脂溶性物質と油を供給しながら間接的な熱供給を行う影響下で平衡反応が生じることを特徴とする方法。
2. 主反応器（Ｒ１）が、高温区域（Ｄ）において断面積縮小（１０）と、それに続いて断面積拡大（１１）を示し、そのために、主反応器（Ｒ）の反応器下部および上部を連結する管が設けられ、その中を、偏心した縦型のスクリュー攪拌機（３）が通り抜け、このスクリューが、反応器の上下部分で、それぞれ１つの管状のレジスタに取り囲まれ、主反応器（Ｒ１）のもう１つの管レジスタが、反応器の上下部分を橋渡し、主反応器（Ｒ１）の反応器上部に脱塩素空間が設けられ、また、主反応器（Ｒ１）の反応器下部の下流に、スクリュー（７）が統合された横型の変換区域（Ｒ２／１４）および１つまたは複数の二次反応器（Ｒ３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の方法における反応器。
   

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