JP2015521100A - 出発材料をガス化および/または精製するための反応装置および方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、出発材料(12)をガス化および/または精製するための、特にプラスチック材料(12)を解重合するための反応装置に関し、該反応装置は、出発材料(12)、特にプラスチック材料(12)を収容するための反応容器(14)と、反応容器(14)に設けられており、かつ、溶融金属の溶融温度(TSchmelz)を有する液体金属物質を含む溶融金属(26)と、該溶融金属(26)に少なくとも部分的に入った多数の充填要素(25)と、反応容器(14)内の出発材料(12)を加熱するためのヒータ、特に誘導ヒータ(18)と、を具備する。本発明によれば、反応容器(14)に接続されており、溶融金属(26)の少なくとも一部分を前記反応容器(14)から除去するためにおよび溶融金属(26)を反応容器(14)に戻すために形成されており、かつ、溶融金属(26)を搬送するための搬送装置(64)を有し、該搬送装置(64)は、溶融金属(26)をガス圧(p)の印加によって搬送することができる増圧ユニット(60)を有してなる溶融金属中間貯蔵装置(52)が規定されている。【選択図】 図1

Description

本発明は、出発材料をガス化および/または精製するための、特にプラスチック材料を解重合するための反応装置に関し、該反応装置は、(a)出発材料、特にプラスチック材料を収容するための反応容器と、(b)反応容器に設けられており、かつ、溶融金属の溶融温度を有する液体金属物質を含む溶融金属と、該溶融金属に少なくとも部分的に入った多数の充填要素と、(d)反応容器内の出発材料を加熱するためのヒータ、特に誘導ヒータと、を具備する。更に、本発明は、このような反応装置を動作するための方法に関する。
このような反応装置および対応の装置は、特許文献1から公知であり、かつ、容易に再利用することができるように、プラスチック材料を解重合するために、使用される。
特許文献2は、有機出発材料を連続的に熱分解するための装置を記載する。有機出発材料は、約480℃の温度を有するスズ浴を通って搬送される。このことによって、熱分解吸熱反応が誘発される。動作中にスズ浴の中での液位の低下を回避するために、場合によっては固形物と共に、反応装置から搬送された金属を、金属戻し手段によって、反応装置に搬送することができる。この装置は、同様に、追加の金属を外部から供給するために、開口部を有する。
ガス化および解重合の最中に、充填要素に張りつく残留物質が残る。従って、規則的な時間間隔で充填要素を精製することは通常必要である。充填要素の除去は、従来の反応装置では、面倒である。
WO2010/130404 DE 10 2010 002 704 A1
本発明の課題は、充填要素の精製を容易にすることである。
本発明は、問題を、反応容器に接続されており、溶融金属の少なくとも一部分を反応容器から除去するためにおよび溶融金属を反応容器に戻すために形成されており、かつ、溶融金属を搬送するための搬送装置を有し、該搬送装置は、溶融金属をガス圧の印加によって搬送することができる増圧ユニットを有してなる溶融金属中間貯蔵装置を具備する、本発明に係わる反応装置によって、解決する。更に、本発明は、問題を、以下の工程、すなわち、(i)溶融金属上に浮かんでいる残留物資が、オーバフロー手段に達するように、溶融金属の溶融金属レベルを上昇させること、(ii)オーバフロー手段によって残留物質を除去すること、および(iii)溶融金属の溶融金属レベルを低下させること、を有する、このような反応装置を動作させるための方法によって、解決する。
本発明の利点は、反応装置の少数の構成要素のみが溶融金属と接触することである。ポンプの使用とは異なり、硬い金属により構成要素は損傷を受けることはない。更に、溶融金属中間貯蔵装置の単純な構造は有利である。何故ならば、溶融金属を搬送するために必要なエネルギを、ガス圧によって加えることができるからである。
本明細書の枠内では、反応装置は、特に、熱触媒型の解重合反応装置を意味する。反応装置は、供給されたポリマーを熱的におよび/または触媒式に解重合し、および/または出発材料より低い融点または沸点を有する物質に分解するために形成された反応装置を意味する。反応装置は、プラスチック材料の精製のために形成されていてもよい。反応装置内の温度を、不純物が分解されるが、プラスチック材料は影響を受けないように、選択することは好ましい。
ヒータは、反応容器内のプラスチック材料に熱エネルギを供給するために形成されているあらゆる装置を意味する。このことは、間接的に充填要素を介して、好ましくは誘導ヒータにより行なうことができる。
反応容器が、ガス化および/または精製される出発材料を含むことは好ましい。この出発材料は、反応温度を有し、該反応温度より上では、出発材料は、少なくとも部分的に解重合および/または蒸発する。該出発材料は、炭化温度を有し、出発材料は、少なくとも部分的に炭化し、溶融金属の溶融温度は、反応温度より上であり、炭化温度より下である。ここでは、反応温度は、特に、その温度を越えれば出発材料が一時間以内に少なくとも25質量%ガス化されるような温度を意味する。
炭化温度は、特に、その温度を越えれば出発材料の少なくとも3質量%が一日の反応時間で炭化した状態で残っているような温度を意味する。このことは、出発材料が、適切な温度で、固体であり、従って、反応装置から固体で取り出さねばならないことを意味する。
溶融金属の溶融金属温度は、反応温度より上かつ炭化温度より下であって、特に、350℃と600℃の間にあることは好ましい。
搬送装置は、特に、溶融金属を全体的にまたは部分的に反応容器から除去することができ、かつ、搬送容器に戻すことができるあらゆる装置を意味する。
増圧ユニットは、特に、溶融金属を反応容器から運び出しおよび/または反応容器に運び入れることができるほどに高い圧力下にあるガスを放射するために用いる装置を意味する。増圧ユニットは、例えば、圧縮ガス貯蔵装置およびガスボンベを有してもよい。しかし、増圧ユニットが、搬送のために使用されるガスを圧縮するために用いるポンプを有することも可能である。更に、増圧ユニットが、ガスの発生下で互いに反応する2つの化学物質を含むことも考えられる。
特に、溶融金属は、ウッドメタル、リポウィツ合金、ニュートン合金、リヒテンベルグ合金、および/またはガリウムおよびインジウムを含む合金からなる。溶融金属は、通常、立方センチメートル当たり少なくとも9グラムの密度を有する。それ故に、出発材料は、強力な浮力を受ける。金属材料の溶融温度は、特に少なくとも300℃である。溶融温度が高々600℃であることは好ましい。
溶融金属中間貯蔵装置が、反応容器から離隔されている溶融金属容器を有することは好ましい。この溶融金属容器は、該容器が溶融金属と反応せず、かつ、溶融金属によって腐蝕されないように形成されている。
反応装置が、反応容器出中央に設けられた除去管を有することは好ましい。除去管を通って、溶融金属上に浮かんでいる残留物質を除去することができる。除去管は、特に強磁性の管材料を有する。残留物質は、例えば、出発材料の有機不純物または無機不純物、あるいは反応容器を通過した後に、完全にガス化されている反応生成物であってもよい。
このような残留物質は、しばしば、出発材料より高い溶融温度を有するので、除去管が、周りの溶融金属よりも暖かいことは、有利である。このことを、除去管が強磁性であることによって、達成することができる。特に、壁材は、壁材のキュリー温度を有してもよい。このキュリー温度は、反応容器の壁材キュリー温度および/または充填要素の充填要素キュリー温度とは、少なくとも10ケルビンだけ異なる。特には、管材のキュリー温度は、壁材キュリー温度および/または充填要素キュリー温度よりも高くてもよい。
好ましい実施の形態によれば、溶融金属容器は、溶融金属を少なくとも部分的に溶融金属容器に排出することができるように、少なくとも部分的に反応容器の下方に設けられている。かようにして、溶融金属を、反応容器から容易に除去することができる。
増圧ユニットが、溶融金属を反応容器へ押し戻すことができるように、溶融金属容器内の圧力、特に、ガス圧を増加させるために、設置されていることは、特に有利である。この工程では、溶融金属を直接に反応容器へ押し戻すことができることは、可能ではあるが、必要ではない。溶融金属中間貯蔵装置が、第2の溶融金属容器、または溶融金属を運び移すことができる相手方である複数の溶融金属容器を有することも可能である。溶融金属容器が、溶融金属を加熱することができるヒータを有することは、可能ではあるが、必要ではない。通常は、金属容器内での溶融金属の滞留時間は、溶融金属が固化しないほどに短い。
溶融金属中間貯蔵装置は、溶融金属容器を有し、該溶融金属容器は、溶融金属を前記溶融金属容器に排出させることができるように、まず部分的に、反応容器の上方に設けられている。この場合、増圧ユニットが、溶融金属を溶融金属容器へ押し込むことができるように、溶融金属容器内の圧力を増加させるために、設置されていることは、特に有利である。しかしながら、溶融金属中間貯蔵装置が2つの溶融金属容器を有し、一方の溶融金属容器は、溶融金属を反応容器からこの第1の溶融金属容器へ排出することができるように、設けられており、溶融金属中間貯蔵装置が少なくとも1つの第2の溶融金属容器を有し、該溶融金属容器から、溶融金属を反応容器へ排出することができることも可能である。この場合、第1の溶融金属容器内のガス圧を増加させるための増圧ユニットは、溶融金属を、ガス圧によって、下方の溶融金属容器から、上方の溶融金属容器へ押すことができるために、形成されている。
少なくとも一方の溶融金属容器の体積が、溶融金属を完全に収容するために、形成されていることは有利ではあるが、必要ではない。
以下、添付した図面を参照して本発明を詳述する。
第1の実施の形態に記載の、本発明に係わる方法を実施するための本発明に係わる反応装置を示す。 本発明に係わる方法を実施するための本発明に係わる反応装置の第2の実施の形態を示す。
図1は、プラスチック材料12、特にポリオレフィンポリマーの形態の出発材料をガス化するための、本発明に係わる反応装置10を示す。該反応装置は、プラスチック材料12を加熱するための、例えば実質的にシリンダ状の反応容器14を有する。プラスチック材料は、押出機16を介してプラスチック材料14に導入される。
反応装置10は、ヒータ、例えば誘導ヒータ18を有する。該ヒータは、複数のコイル20.1,20.2,....20.4を有する。これらのコイルによって、交番磁界を、反応容器14の内部空間22に発生させる。コイル20(小数点以下の数値を有しない参照符号は、物体自体を表わす)は、交流電流をコイルに印加する図示しない電源ユニットに接続されている。交流電流の周波数fは、4ないし50kHzの範囲にある。より高い周波数は可能であるが、しかし、いわゆる表皮効果増加をもたらす。このことは、望ましくない。
反応容器14の内部空間22には、減速装置24が設けられている。該減速装置によって、液化されたプラスチック材料12の流れを、反応容器14の中で遅くすることができる。減速装置24は、内部空間22の中で可動に設けられた、強磁性材料からなる多数の充填要素25.1,25.2、..を有する。これらの充填要素は、本件では、球半径Rを有する球によって形成されている。球半径Rは、例えば、0.5と50ミリメートルの間であってもよい。
強磁性の故に、充填要素25は、誘導ヒータ18によって加熱され、従って、反応容器14内にありかつ液体金属からなる溶融金属26を加熱する。充填要素25のような物体が、強磁性材料から形成されているという表現は、常に、この物体が23℃の室温で強磁性を有することを意味する。
溶融金属26は、TSchmelz=高々300℃の融点を有し、かつ、充填高さHfuellまで反応容器14の中へ注入されている。溶融金属26は、プラスチック材料と共に、充填要素25の隙間を埋める。溶融金属26は、通常、立方センチメートル当たり少なくとも9グラムの密度を有する。それ故に、プラスチック材料12は、強力な浮力を受ける。この浮力によって、プラスチック材料12は加速される。充填要素25は、この加速を弱める。
反応容器14内には、プラスチック材料12が徐々に分解してなる反応温度Tより高い温度Tが支配的である。この工程で、上昇するガス気泡28が形成される。溶融金属26は、分解過程に対し触媒効果を有することができる。それ故に、反応装置10が、熱触媒解重合反応装置であり得る。押出機16によって反応装置に供給されるプラスチック材料12は、好ましくは反応容器14の底部に設けられた入口開口部30を通って、内部空間22に達する。
減速装置24は、保持装置、例えば、フレームに張り渡された格子を有してもよい。格子の網目は、充填要素25が上へ通り抜けることができないほどに小さい。しかし、これは必要ではない。通常は、充填要素25は、十分に大きい減速効果を達成するためには、十分である。充填要素25の、本件では球の分布は、図1では、略示されているのみである。
浮力の故に、充填要素25の一部分は、溶融金属26上に浮かんでおり、他部分は、更に上に位置している充填要素25によって、溶融金属26の中へ押圧される。更に、充填要素25は、一定の半径Rで図1に示されている。充填要素が可変の半径を有し、ただし、半径Rが例えば上方へ減少することも可能である。
図1は、更に、反応容器14の中央に設けられた除去管36を示す。この除去管によって、溶融金属に浮いている残留物質38を除去することができる。除去管36は、本件では、反応容器14の長手方向軸線Lに同軸に延びている。残留物質38は、例えば、プラスチック材料12のおよび/または必要な場合には、反応装置に供給された触媒32の不純物である。該触媒を、プラスチック材料12と共に反応装置に供給することができる。
除去管36は、管材料のキュリー温度TC,36を有する強磁性の管材料からなることができる。このことによって、除去管36がTC,36に加熱されるのは、誘導ヒータ18が、十分に高い電力で動作される場合である。管材料のキュリー温度TC,36は、例えば、充填要素のキュリー温度TC,25,1に対応してもよい。しかしまた、この温度は、これより低くても、高くてもよい。しかしまた、除去管36が、非強磁性材料から、例えばチタンまたは非強磁性鋼から構成されていても、可能である。
反応容器14は、少なくとも、内部空間22に向いた面では、壁材から構成されている。壁材は、強磁性であってもよく、例えば鉄または強磁性鋼であってもよい。その代わりに、壁材は非磁性であってもよい。壁材が強磁性であるときは、壁材は、壁材のキュリー温度TC,14を有する。このキュリー温度は、充填要素のキュリー温度TC,25よりも低くてよい。この場合、反応容器14の壁部は、動作中は、充填要素25よりも冷たい。
除去管36は、汚染物質除去装置40の一部である。プラスチック材料12の典型的な不純物、例えば砂は、溶融金属26よりも低い密度を有するので、不純物は、浮遊しており、不純物を上で除去することができる。汚染物質除去装置40は、更に、沈降タンク48を有する。該沈降タンクには、残留物質38が集まる。残留物質38は、無機材料のほかに、まだ完全には解重合されない有機材料を含んでもよい。有機材料は、無機材料上に浮いており、底部側で、再循環導管50を通って反応容器14へ戻され得る。反応装置10は、更に、凝縮器44に通じており、かつ発生したガスを除去するガス除去手段42を有する。この凝縮器44から出る液体材料は、コレクタ46に達する。前記反応装置を、出発材料として、プラスチック材料の代わりに、例えば廃油で作動させることができ、かつ、前処理のために使用することができる。
図1は、溶融金属容器54を有する溶融金属中間貯蔵装置52を具備する。溶融金属中間貯蔵装置52は、除去導管56を介して、反応容器の底面で、反応容器14に接続されている。バルブ58を開くことによって、溶融金属26を、実質的に完全に排出することができる。このことは、溶融金属26の一定の残量が、反応容器14に残っていること、しかし、該残量が、全溶融金属のごく一部のみであり、例えば5%未満であることを意味する。
溶融金属中間貯蔵装置52は、更に、本件にはガスボンベ62およびガスバルブ63を有する増圧ユニット60を具備する。ガスバルブ63は、溶融金属容器54内の圧力pを調整することができるように、図示しない制御ユニットによって電子的に制御可能である。
本件では、増圧ユニット60は、除去導管56と共に、搬送装置64を形成する。本発明に係わる方法を実施するためには、まず、充填高さHfuellによって定められている溶融金属レベルを、例えば、押出機16によってプラスチック材料12の増加した流れを反応容器14に搬送することによって、上昇させる。その代わりに、液体金属材料を溶融金属容器54から除去導管56を通って反応容器14へ押し出すように、増圧ユニット60を動作させる。
その結果として、溶融金属レベルHfuellは上昇し、溶融金属26上に浮いている残留物質38が、本件では除去管36によって形成されているオーバフロー手段に達する。次に、溶融金属26の溶融金属レベルを、例えば、溶融金属容器54内の圧力pが低下するように、吐出バルブ66を開放することによって、低下させる。バルブ58が開かれているとき、溶融金属26の一部が溶融金属容器54に流入する。
本発明に係わる方法は、更に、溶融金属26、すなわち、溶融金属全部または溶融金属の一部を、反応容器14から溶融金属中間貯蔵装置52へ、特に溶融金属容器54へ搬送することによって、実施される。このことは、バルブ54を開くことによって行なわれる。溶融金属容器54内のガス圧pは、反応容器14の底部における溶融金属26の圧力p26よりも小さい。次に、充填要素25を除去かつ精製し、あるいは、除去することなく、反応容器14内で精製する。次に、溶融金属26を、溶融金属容器から反応容器14に戻すのは、吐出バルブ66を閉じ、かつ、バルブ58を開いたままにし、溶融金属容器54にガス圧を供給することによって、である。溶融金属が所定の溶融金属レベルに達するとき、バルブ58を閉じる。
図2は、本発明に係わる反応装置10の他の実施の形態を示す。該反応装置において、溶融金属26を反応容器14に排出できるように、溶融金属容器54は、反応容器14の上方に設けられている。増圧ユニット60は、ガスバルブ68を開放することによって、反応容器14内の圧力p14を増加させるために、設置されていることが、更に認められる。ガスバルブ68を開放することよって、更に、溶融金属容器54にガス圧を供給することができる。それ故に、溶融金属容器54内に存在する溶融金属26を、ガス圧pの印加によって、反応容器14に完全に搬送することができる。
10 反応装置
12 プラスチック材料
14 反応容器
16 押出機
18 誘導ヒータ
20 コイル
22 内部空間
24 減速装置
25 充填要素
26 溶融金属
28 ガス気泡
30 入口開口部
32 触媒
34 外壁
36 除去管/オーバフロー手段
38 残留物質
40 汚染物質除去装置
42 ガス除去手段
44 凝縮器
46 コレクタ
48 沈降タンク
50 再循環導管
52 溶融金属中間貯蔵装置
54 溶融金属容器
56 排出導管
58 バルブ
60 増圧ユニット
62 ガスボンベ
63 ガスバルブ
64 搬送装置
66 吐出バルブ
68 ガスバルブ
X 磁化率
f 周波数
p ガス圧
L 長手方向軸線
R 球半径
fuell 充填高さ
Schmelz 溶融金属の溶融温度

Claims (8)

  1. 出発材料(12)をガス化および/または精製するための、特にプラスチック材料(12)解重合するための反応装置であって、
    (a)前記出発材料(12)、特にプラスチック材料(12)を収容するための反応容器(14)と、
    (b)-前記反応容器(14)に設けられており、かつ、
    -溶融金属の溶融温度(TSchmelz)を有する液体金属物質を含む
    溶融金属(26)と、
    (c)該溶融金属(26)に少なくとも部分的に入った多数の充填要素(25)と、
    (d)前記反応容器(14)内の前記出発材料(12)を加熱するためのヒータ、特に誘導ヒータ(18)と、
    を有してなる反応装置において、
    (e)溶融金属中間貯蔵装置(52)を具備し、該溶融金属中間貯蔵装置は、
    -前記反応容器(14)に接続されており、
    -前記溶融金属(26)の少なくとも一部分を前記反応容器(14)から除去するためにおよび前記溶融金属(26)を前記反応容器(14)に戻すために形成されており、
    -前記溶融金属(26)を搬送するための搬送装置(64)を有し、
    -該搬送装置(64)は、前記溶融金属(26)をガス圧(p)の印加によって搬送することができる増圧ユニット(60)を有する、ことを特徴とする反応装置。
  2. 前記溶融金属中間貯蔵装置(52)は、溶融金属容器(54)を有し、該溶融金属容器は、前記溶融金属を少なくとも一部分前記溶融金属容器(54)に排出させることができるように、前記反応容器(14)の下方に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
  3. 前記増圧ユニット(60)は、前記溶融金属(26)が前記反応容器(14)へ押し戻すことができるように、前記溶融金属容器(54)内の圧力、特に、ガス圧(p)を増加させるために、設置されていることを特徴とする請求項2に記載の反応装置。
  4. 前記溶融金属中間貯蔵装置(52)は、溶融金属容器(54)を有し、該溶融金属容器は、前記溶融金属(26)を前記反応容器(14)に排出させることができるように、前記反応容器(14)の上方に設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の反応装置。
  5. 前記増圧ユニット(60)は、前記溶融金属(26)を前記溶融金属容器(54)へ押し込むことができるように、前記溶融金属容器(54)内の圧力、特にガス圧(p)を増加させるために、設置されていることを特徴とする請求項4に記載の反応装置。
  6. 出発材料(12)をガス化および/または精製するための、特にプラスチック材料(12)を解重合するための反応装置(10)を動作させるための方法であって、前記反応装置は、
    (a)前記出発材料(12)、特に前記プラスチック材料(12)を収容するための反応容器(14)と、
    (b)-前記反応容器(14)に設けられており、かつ、
    -溶融金属の溶融温度(TSchmelz)を有する液体金属物質を含む
    溶融金属(26)と、
    (c)特に強磁性材料からなる多数の充填要素(25)と、
    (d)前記反応容器(14)内の前記出発材料(12)を加熱するためのヒータ、特に誘導ヒータ(18)と、
    (e)溶融金属中間貯蔵装置(52)と、
    を具備し、該溶融金属中間貯蔵装置は、
    -前記反応容器(14)に接続されており、
    -溶融金属(26)を搬送するための搬送装置(64)を有し、
    -該搬送装置(64)は増圧ユニット(60)を有し、
    以下の工程、すなわち、
    (i)前記溶融金属(26)上に浮いている残残留物質(38)がオーバフロー手段に達するように、前記溶融金属(26)の溶融金属レベル(Hfuell)を上昇させること、
    (ii)前記残留物質を前記オーバフロー手段(36)を介して除去すること、
    (iii)前記溶融金属(26)の溶融金属レベルを低下させること、を有する。
  7. 以下の工程、すなわち、
    (i)溶融金属(26)を前記反応容器(14)から前記溶融金属中間貯蔵装置(52)に搬送すること、
    (ii)溶融金属(26)を前記溶融金属中間貯蔵装置(52)から前記反応容器(14)に搬送すること、
    (iii)ただし、工程(i)および/または工程(ii)でガス圧(p)によって搬送を行なうこと、
    を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の反応装置(10)を動作させる方法。
  8. 溶融金属の温度が350℃ないし600℃であることを特徴とする請求項6または7に記載の方法。
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