JP2024514408A - 炭素材料を熱分解するためのデバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

炭素材料（１５）を熱分解するためのデバイス（１００）は、内側の黒鉛ライニング（８）を有する非磁性壁（７）を備えた作業チャンバ（２）；炭素ベースの床（８４）内に挿入されるよう適合された、１つまたは複数の電極（１０、１１）；デバイスの外部の周りに巻かれたソレノイド（５１）であって、電圧が加えられたときに、炭素ベースの床（８４）が動かされるように、作業チャンバ（２）内に磁界を作り出すよう適合された、ソレノイド（５１）；気密部を備え、固体がデバイス（１００）を出るのを可能にするよう適合された、下部の固体出口（８３）；及び、気体物質が、炭素ベースの床（８５）を通過した後に出るのを可能にするよう適合された、下部の気体出口（３５）、を備える。本方法は、炭素含有材料（１５）を作業チャンバ（２）の中に取り入れるステップ；第１及び第２の電極（１０、１１）を使用して、空気が接近することなく、電流を炭素含有材料（１５）に通過させることによって炭素含有材料（１５）を加熱するステップ；この加熱によって生成された気体の熱分解生成物（１８）を集積、洗浄、及び解放するステップ、を含む。【選択図】図１

Description

本出願は、その内容の全体が本明細書に参照として組み込まれている、２０２１年３月８日に申請された米国仮特許出願第６３／１５８１２３号明細書の利益を主張する。

本発明は全体的に、廃棄物の処理及び再利用に関し、具体的には、炭素材料を熱分解するためのデバイス及び使用方法に関する。

人間及び動物の廃棄物の処理及び再利用は、現在早急な解決策を要する主な課題の１つである。様々な廃棄物のディーププロセッシングの技術は、既に存在しており、商業的に適用されている。しかしそれらの収益性を改善させるために、多くの廃棄物から高価値の生成物を生成することによって、それらの効率を向上させることが必要である。重要な要因は、廃棄物処理技術の環境フットプリント、ならびに最終的生成物の特性である。この関連で、炭素含有廃棄物から、純粋な合成気体を生成するための技術及び装備の開発、及び最大の経済効果を伴う高価値な生成物にするさらなる処理は、緊急かつ需要の高い仕事である。廃棄物を処理した結果得られた合成気体は、電気の生成、ならびに自動車燃料、プラスチック、肥料、及び他の高液状性生成物、の両方に使用することができる。

固体の埋め立てゴミ、及び木屑を利用する現在の技術は、空気中の酸素の存在下における格子上での燃焼に基づく。従来の処理における主な不利点は、ダイオキシン（酸化塩素有機化合物）、フラン（Ｃ４Ｈ４Ｏ）、フライアッシュの存在、及び不完全燃焼の生成物を構成することである。従来の熱分解は、廃棄気体の高価な中性化及び濾過の機構を必要とする。空気中には８０%の窒素が存在するので、廃棄気体のボリュームは大きい。同時に、有用な生成物として熱が生成され、それは熱交換ボイラの支援を用いて電気に、及び比較的低い効率（約２０%）の蒸気に、変換される。従来の熱分解において、廃棄物は、レトルトのスチール壁または連続加熱炉の壁を通して、熱分解中に生成された高温気体を用いて加熱される。廃棄物の熱伝導率は低いので、反応器のスチール壁を大幅に過熱する必要があり、それはバーンアウトをもたらし、頻繁な交換を必要とする。

バイオマスの迅速な熱分解の他の方法、及び炭化水素含有生成物が知られている。１つの先行技術例は、ロシア国特許出願公開第２５２４１１０号明細書であり、それは生材料を熱分解チャンバの中に取り入れること、ならびに、熱分解チャンバの内側に位置された加熱要素を使用し、材料を過熱して、得られた蒸気／気体の混合物及び固体生成物を、チャンバ壁の穴を通して取り出すこと、を開示している。ロシア国特許出願公開第２５２４１１０号明細書による熱分解は、加熱要素から伝達された熱パルスの連続によって実施される。この加熱要素は、電気パルスによっても加熱される。加熱要素は、そのボリュームが局地的な加熱セルに分割されるよう、熱分解チャンバに設置される。電子スイッチを伴う電流源は、加熱要素に電力を供給するために使用され、電気パルスの持続時間は０．１～１．０秒である。電気パルスの電力は、加熱要素の温度を４５０～５００℃まで上げるよう選択される。電気パルス間の時間間隔は、加熱要素の温度を２００～２５０℃まで冷却させるよう選択される。ロシア国特許出願公開第２１１７２１７号明細書において、炭素含有材料の熱分解方法は、融解スラグ槽に廃棄物を取り入れて加熱処理すること、ならびにその後スラグ及び融解金属、同様に煙道気体を分離すること、を含む。これら、及び他の先行技術における熱分解デバイスの不利点は、熱分解生成物が高い割合で有害不純物を含有することである。

必要とされるのは、熱分解生成物の有害不純物を減少させ、炭素含有廃棄物を比較的低温度（概ね８００～１２００℃）で処理することを可能にし、かつ生じた液体及び気体が流動床層を通過して、ＣＯ及びＨ２（合成気体）に分解されるよう構成された、デバイス及び方法である。

ロシア国特許出願公開第２５２４１１０号明細書 ロシア国特許出願公開第２１１７２１７号明細書

炭素含有材料を完全に熱分解するためのデバイス、及び方法を提示する。デバイス（本明細書では「炉」と言及することもある）及び方法は、熱分解生成物の有害不純物を減少させる。炭素含有材料（「炭素材料」）は、植物、動物、及び人間生活における廃棄物などの固体廃棄物、ならびに液体及び気体材料を含む。廃棄物は、一般廃棄物（ＭＳＷ）、ならびに固体の生活ゴミ及び産業廃棄物の有機部分と、野菜廃棄物と、動物廃棄物（肥料及び寝床用材料）と、家畜の死骸と、医療廃棄物と、都市下水路からのスラッジにおける有機部分と、を含み得る。

総括として、本方法は、炭素材料の流動床（コークス、石炭、木炭、黒鉛の破壊物）を通した、商用周波数の電流を通過させることから構成される。流動床の材料は、上方から来る原料を炭化させるのに十分な温度まで加熱され、次にそれは炉の下部分で取り出され、流動床の炭素材料層は、上方から来る炭化された生材料によって取り替えられる。このように、連続した熱分解処理が実施され、そこでは商用周波数の電流の電力が、低い伝導率の生材料に適用される。加熱が行われる流動床を通した気体透過率は、電流フローによるものであり、好ましくは融解及び自由燃焼アークは存在しない。本発明のデバイスにおいて、好ましくは炭素片の間でスパークする流動床層において、マイクロアークのみ存在する。加熱は、部分的に熱分解処理の間に構成された炭素片を通して、電流フローによって実施される。

生材料を炉の中に取り入れることは、封止された樋デバイスを通して実施され、形成された熱分解気体は、８００～１２００℃まで加熱された温度の、流動床の炭素材料層を通して濾過される。好ましくは生材料は、小塊の形態に粒状化されるか、またはウッドチップもしくはブリケットまで細かくされる。その結果、複雑な化合物は、所与の温度範囲において熱力学的に安定したもの（ＣＯ及びＨ２）に分解され、水は炭素と反応して、同じＣＯ及びＨ２となる。生材料の水分含有量を調整することによって、実際に全ての生成された炭素は、合成気体のレベルまで反応することになる条件を実現することが可能である。

完全な熱分解方法は縦型シャフト炉で実施され、その上部分において、整合変成器を通して産業用電力供給装置に接続された、１つ以上の黒鉛電極が存在する。炉の縦穴は、黒鉛ブロックで並べられ、断熱を構成する。炉本体は、場合によっては水冷却が考えられるスチールで作られる。炉の下部分において、熱分解の灰残渣を取り出すための抽出スクリュー、及び合成気体の出口のための開口部が存在する。

炉本体の材料は非磁性スチールで作られ、黒鉛電極の下方ゾーンにおける炉の円筒形シェルの外側には、ソレノイドコイルが存在し、それを通して直流が流される。この電流によって作り出された一定の磁界と、処理された材料を流れる商用周波数の電流との相互作用は、処理されている材料に機械的振動をもたらし、それは、停滞ゾーンのない、合成気体のより良好な貫入に貢献し、炉全体の均一な加熱を確実にするのに役立つ。熱分解の結果、合成気体は、１：１に近いモル比で形成される。この気体の一部は、発電機を用いて電気に変換され、プラント自体の要求（約２０%の合成気体のボリューム）を満たし、残りの気体は、追加の電力を生成するか、またはフィッシャートロプシュ合成気体の生成物を生成するか、のいずれかに使用される。

したがって、本発明のデバイス及び方法は、高品質の合成気体を得るために、大気中の酸素に接近することなく、炭素含有廃棄物を概ね８００～１２００℃の温度まで加熱する。その一方で、重金属（鉛、水銀、カドミウムなど）は金属状態まで還元され、ダイオキシン及びフランなどの有毒生成物は最小量で形成されて、灰残渣によって吸収される。

合成気体（ＣＯ＋Ｈ２）の品質は、以下のパラメータすなわち：ＣＯに対するＨ２のモル比、外部からのバラスト気体（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、ＣＨ４、及び他の揮発性炭化水素）の存在、で判断される。十分に純粋な合成気体からのみ、高品質な生成物（燃料、アルコール、肥料）がさらに合成され、電気及び熱を生成するための燃料として使用することができる。

本発明の熱分解方法は、小塊形態の原料を、気密性出入口を通して処理ゾーンまで供給するステップと、３００～３５０℃の温度まで加熱されたときに、対流熱伝導を介して原料を炭化するステップと、原料を８００～１２００℃まで加熱しながら、商用周波数の電流を、炭化した原料を通して流すステップと、形成された気体及び水蒸気を、流動床の加熱された炭素残留物における気体透過層を通して濾過するステップと、解放された気体及び灰残渣を分離するステップと、を含む。この場合、炭素粒子の振動及び混合は、それらを通したフローによって実施される。好ましくは、磁界を伴う商用周波数の交流電流が、炉の胴体の外側でソレノイドによって作り出される。この電流は、少なくとも１つの黒鉛電極を使用して供給され、電力周波数電流は、交流または整流されたものとすることができる。

以下でさらに詳細に説明するように、デバイスは、上部分に設定された生材料を供給するための気密性樋部と、少なくとも１つの黒鉛電極を伴うカバーと、冷却された炉本体から断熱された、黒鉛の炉の縦穴と、灰残渣を取り出して混合気体を解放するためのゾーンと、を備える。電力変圧器及びソレノイドは、電力フローの黒鉛電極領域の外側に設定される。

炉の始動は、いくつかの方法で実施することができる。最も便利なものは、最初に粒状の（塊が混ざった）炭素材料（コークス、黒鉛、木炭）を、流動床層としての黒鉛電極端部の高さよりも上まで、冷えた炉の中に取り入れ、作動する電極に電圧を加え、電流を用いて炉の内容物を加熱し、樋デバイスを通して原料を供給して、取り出し抽出スクリューの動作中に、小塊の炭素材料を、新たに形成されたコークスの残留物と取り替えることである。

小塊の炭素材料の加熱は、抵抗によって実施され、その一方で数千度の温度が、互いに接触した粒子の境界で発生する場合があり、固体と気体物質との間の境界における、これらの温度の存在は、合成気体への、より完璧な熱分解生成物の分解、及びより効果的な水蒸気と炭素との反応、をもたらす。

固体の生材料の熱分解に追加して、提案される熱分解方法は、天然気体、石油精製廃棄物、及び他の有機物質など、液体及び気体の両方の生成物を加熱することが可能である。天然気体は、炉の上部分に気体を供給することによって、大気中の酸素が接近することなく加熱され、炉には炭素材料が取り入れられ、炭素材料を介して電流は流れる。電流によって加熱された、この炭素材料の流動床は、天然気体を水素及びカーボンブラックに分解する。カーボンブラックは、小塊の炭素材料の再循環を用いて炉から除去され、同様に、水素フローによって運び去られた細粒子形態のものは、機械式濾過器において、炉の外側で水素から分離される。この処理は、二酸化炭素を形成することなく、水素を天然気体から得るのを可能にする。すなわち「グリーン」水素として知られるものを作る。供給気体の約７５重量%である、得られたカーボンブラックは、様々な用途を伴う価値のある原料である。

追加として、本方法を使用するときに、蒸気と反応することによって、天然気体を改良することが可能であり、蒸気は炉の上部分にも供給される。小塊の炭素材料の粒子間における、マイクロアーク放電の存在、ならびに炭素粒子を流れ抜ける高密度電流の存在は、触媒効果を有し、蒸気改良の平均温度を低減させて、反応の完全性及び合成気体の収量を増加させる。したがって、従来の高価な処理である、天然気体から硫黄を予め除去することは、不要である。この処理における硫黄は、炭素と反応して二硫化炭素を形成し、それは合成気体とは非常に異なる特性であり、改良処理後に分離される。合成気体は、フィッシャートロプシュ処理のために使用され、合成炭化水素を生成する。

燃料オイル及び他の石油精製廃棄物など、液化炭化水素を使用するとき、それらを炉で蒸発温度まで加熱した後、それらを、蒸気を用いて分解及び反応させる処理は、天然気体を用いたものと同じ方法で進行する。

改良処理を構成するとき、小塊の炭素材料は、下部の取り出し抽出スクリュー及び気密部を通した再取り入れの動作、ならびに小塊の炭素材料が気体透過性の格子上にあるとき、の双方で循環することができる。この格子は水冷式とすることができる。

炭素材料を熱分解するためのデバイスはベースを備え、その上で作業チャンバは設定される。作業チャンバはハウジングを備え、ハウジングの上端部と、ハウジングの下端部と、ハウジングの内面と、ハウジングの外面と、を伴う。ハウジングは、ハウジングの内面に位置された黒鉛ライニングを備える。カバーは、ハウジングの上端部の一部であるか、またはハウジングの上端部に隣接して取り付けられる。第１及び第２の電極は、カバーを通して、またはカバーに隣接して設定され、電源に接続される。第１及び第２の電極は、処理ゾーンにおける作業チャンバの内側に位置される。処理ゾーンは取り入れゲートも含み、それは、炭素材料を取り入れるためのゾーンに隣接し、かつハウジングの上端部領域においてハウジングに連結される。デバイスは、取り出しスクリューも含む。取り出しスクリューは、熱分解生成物を取り出すためのゾーンを伴う、熱分解生成物を取り出すためのモジュールの一部とし得る。これらは、ハウジングの下端部において、ハウジングに接続される。

熱分解生成物を取り出すためのモジュールが、モジュール本体の形態で作られ、モジュール本体の上端部、モジュール本体の下部分、及びモジュール本体の内部分、を伴うという選択肢が存在する。この場合、取り出しオーガが、モジュール本体の下部分に設定される。熱分解生成物を取り出すためのモジュールは、モジュール本体の上端部領域に位置され、かつモジュール本体の内部分とベースに隣接したリングとの間の空洞によって形成された、気体の熱分解生成物を集積するための集積器を含む。気体の熱分解生成物を集積するための集積器は、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュールに接続され、かつリングに作られた格子を有する。

冷却モジュールが、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュールの中に挿入される変形も存在する。

真空モジュールが、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュールの中に導入される変形も存在する。

気体の熱分解生成物の組成分析器が、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュールの中に導入されるという、変形も存在する。

作業チャンバが、ワッシャの形態で作られたベースによって、熱分解生成物を取り出すためのモジュールに接続され、そこにハウジングがハウジングの下端部によって接続され、モジュール本体がモジュール本体の上端部によって接続され、かつベースがラックによって重量センサに取り付けられるという、選択肢も存在する。

第３の電極がデバイスの中に挿入され、かつ電源に接続されるという、変形も存在する。

ソレノイドが、ハウジングの外面に位置されるという、変形も存在する。

電極の機械的振動のためのモジュールが、デバイスの中に導入されるという、変形も存在する。

第２の駆動部を伴い、ハウジングに連結された、作業チャンバの機械的振動モジュールが、デバイスの中に導入されるという、変形も存在する。

水蒸気供給モジュールがデバイスの中に導入され、ハウジングの上端部領域に設定されるという、変形も存在する。

第３の駆動部を伴う混合モジュールが、デバイスの中に挿入され、熱分解生成物を取り出すためのモジュールに設定されるという、変形も存在する。

熱電対モジュールが、デバイスの中に挿入され、処理ゾーンの第１のハウジングに設定されるという、変形も存在する。

炭素含有材料を作業チャンバの中に取り入れることと、第１の電極及び第２の電極を使用して電流を炭素含有材料に流すときに、空気が接近することなく炭素含有材料を加熱処理することと、気体の熱分解生成物を集積、洗浄、及び中和させることと、固体の熱分解生成物を取り出すことと、を含んだ、炭素含有材料を熱分解する方法の特定の実施形態において、炭素含有材料の温度処理は、炭素含有材料の気体透過率を維持しながら、炭素含有材料の融解温度を超過しない温度で実施される。その一方で、気体の熱分解生成物の集積は、それらを、熱分解生成物を取り出すためのモジュールを通過させた後に実施される。

熱分解を磁界で行うという、変形が存在する。

直流電流が、第１の電極と第２の電極との間の電流として使用されるという、変形も存在する。

特定の実施形態において、交流電流が、第１の電極と第２の電極との間の電流として使用される。

別の実施形態において、電力周波数の交流電流が、第１の電極と第２の電極との間で使用される。

特定の実施形態において、炭素含有材料の熱処理中に、それらの第１の機械的振動が、交流電流と磁界との相互作用によって作り出される。

特定の実施形態において、炭素含有材料の熱処理中に、それらの第２の機械的振動が、第１の電極及び第２の電極の振動によって作り出される。

特定の実施形態において、炭素含有材料の熱処理中に、それらの第３の機械的振動が、作業チャンバのボリュームの共鳴周波数における音響振動を供給することによって、作り出される。

本明細書で説明するように、１つの電極及び炉の黒鉛の縦穴、または２つもしくは３つの電極が存在する場合がある。追加として、電極間に交流電流または直流電流が存在する場合がある。電極間に直流電流を伴う実施形態において、好ましくはソレノイド電流は交流である。この配置は、渦電流のためにデバイスで損失が生じる場合があるので、最も効率的な配置は、三相交流電流を伴う３つの電極及びソレノイドのための直流電流を有する配置である。ソレノイドにおける直流電流、及び非磁性材料で作られた筐体を伴い、一定の磁界における誘導損失がなく、かつ渦損失もない。交流三相電流が電極を流れ抜けるとき、異なる相の電流は、互いに相互作用して振動が発生する。外部の一定の磁界は、この効果を強める。相互作用は、隣接した相の電流のみで生じるのではなく、ソレノイドにおける一定の磁界でも生じる。三相電流は、移動する電磁波の特性を有し、相が連続して変化するとき、移動する波の回転方向は、反対方向に変化する。流動床を使用するとき、振動の存在及び床全体の遅い回転は、均一の加熱及び温度場の均等化を保証し、それは停滞ゾーンに対処するための重要な条件であり、より良好な気体透過率を保証する。振動は、流動床の研磨特性から形成された熱分解炭素から、電極を洗浄するためにも役立つ。追加として、三相電力システムの使用は、ＡＣネットワークにおける負荷の均衡を保つのを可能にし、より高い電力密度を提供する。

特定の実施形態において、気体の熱分解生成物の浄化及び中性化は、それらを処理された炭素材料に通過させることによって実施される。

特定の実施形態において、炭素含有材料の水分含有量は、水蒸気を炭素含有材料の取り入れゾーンに供給することによって制御される。

特定の実施形態において、固体の熱分解生成物は、熱分解生成物の排出ゾーンにおいて混合される。

特定の実施形態において、電極には交流電流が供給され、ソレノイドには直流電流が供給される。

特定の実施形態において、入口及び出口は、二重の樋門を備える。

特定の実施形態において、電極は、作業チャンバ内で軸方向に位置付けられる。

特定の実施形態において、ソレノイドは、チャンバの反応ゾーンに隣接して位置付けられる。

特定の実施形態において、オーガスクリューは炉の下に位置付けられ、床の下の材料残留分を引き出す。

特定の実施形態において、合成気体は下部の気体出口を通して出る。

特定の実施形態において、デバイスは、水注入デバイスを備える。

特定の実施形態において、デバイスは、荷重センサを有するフレームを備える。

特定の実施形態において、磁界は振動する。

特定の実施形態において、外部の水ジャケットが、炉を冷却するよう適合される。

特定の実施形態において、プラズマ化学反応（ＰＥＣＲ）が、反応ゾーン全体で生じ、それによって床の流動化は、粒子間のスパークを開始する電気経路を作り出して遮断し、発生気体が床を通過する際に、小さいプラズマフィールドが、発生気体の化学結合に直接作用する。

本方法の特定の実施形態において、原料は木材であるか、またはゴミ固形化燃料すなわちＲＤＦ（段ボール、プラスチック、皮、紙、木片、及び他の家庭ゴミ）の形態の廃棄物であり、それは当初は非伝導性である。これらの廃棄物は、デバイスの上部ゾーンから加熱され、電流は底部において炭素を流れ抜け（初めに流動床、次に炭素自体を流れ抜け）、徐々に廃棄物自体は炭化され、所望の温度（概ね８００～１２００℃）まで加熱された炭素導電体となる。

本方法の特定の実施形態において、デバイスにはコークス片が取り入れられ、電流はこれらの片を流れ抜け、デバイスの内部ボリュームを加熱して、天然気体及び水蒸気の混合物が上方から来る。その結果、天然気体及び水蒸気の、最初の気体生成物は、Ｈ２＋ＣＯまたは合成気体に分解し、その一方でコークスの固定床は、まだ格子上に横たわる。炉は、重量センサによって周期的に再積載される。

本方法の特定の実施形態において、入口における原料は天然気体であり、出口においてカーボンブラック及び水素、すなわち気体及び固体物質が存在する。デバイスの作業容量を保つために、水素は連続的に解放され、コークスは、流動床に蓄積されたカーボンブラックと共に取り出される。次にコークスはカーボンブラックから分離され、必要な量だけデバイスの中に戻される。

好ましい実施形態に従った、熱分解炉及び使用方法の概念図である。 真空モジュールを伴う、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュールを示す図である。 気体の熱分解生成物の組成分析器を伴う、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュールを示す図である。 別の実施形態に従った、３つの電極を伴う変形のデバイスである。 １つの偏心器を伴う、電極の機械的振動モジュールを示す図である。 別の実施形態による、２つの偏心器を伴う、電極の機械的振動モジュールを示す図である。 別の実施形態による、２つの偏心器を伴う、電極の機械的振動モジュールを示す図である。 作業チャンバの機械的振動モジュールを示す図である。 混合モジュールを示す図である。 制御ユニットを伴う機能モジュールの接続を示す図である。 本方法の実行の主な段階を示す図である。

図１を参照すると、好ましい実施形態による、炭素材料を熱分解するためのデバイスが示される。本明細書で使用される用語「１つ（「ａ」または「ａｎ」）」は、１つまたは２つ以上を意味するものとする。用語「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」は、２つ、または３つ以上を意味するものとする。用語「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」は、２番目以降と定義される。用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び／または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、オープンエンド（例えば「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」）である。本明細書で使用される用語「または（ｏｒ）」は、包括的、または任意の１つもしくは任意の組み合わせ、と解釈するべきである。したがって、「Ａ、ＢまたはＣ」は、以下すなわち「Ａ；Ｂ；Ｃ；Ａ及びＢ；Ａ及びＣ；Ｂ及びＣ；Ａ，Ｂ及びＣ」の内、任意のものを意味する。この定義の例外は、要素、機能、ステップ、または作用の組み合わせが、本質的にある程度互いに排他的であるときに、生じることになる。

本文献全体で、「１つの実施形態」、「特定の実施形態」、「実施形態」、または類似の用語に対する参照は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、または特性は、本開示における少なくとも１つの実施形態に含まれる。したがって、本明細書全体の様々な箇所における、このようなフレーズの現出は、全てが必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、非限定で、１つまたは複数の実施形態において、任意の好適な方法で組み合わされ得る。詳細な説明が、限定ではなく例として、本発明の原理を示す。本説明は、当業者が本発明を利用することを明確に可能にし、本発明のいくつかの実施形態、適合、変形、代替、及び使用を説明し、現在本発明を実施する最良のモードとして信じられているものを含む。

全体的に図面を参照すると、好ましい実施形態における、炭素材料を熱分解するためのデバイス１００は、一般に作業チャンバ２が上に設定されたベース１を備え、上端部４、下端部５、内面６、及び非磁性（例えばステンレススチール）の壁７、を伴うハウジング３を含む。作業チャンバは、壁７の内面６に位置された黒鉛ライニング８を備える。カバー９は、上端部４に取り付けられる。チャンバ２内には、電源１２に電気接続された１つまたは複数の電極１０、１１が存在し、これらの電極は、処理／反応ゾーン１３の中に延びる。炭素原料は、取り入れゲート１４の中に取り入れられる。好ましくは固体の炭素材料は、小塊の形態に粒状化されるか、またはウッドチップもしくはブリケットまで細かくされる。気体生成物及び固体生成物は、炉の下端部で出る。ソレノイド５１は、このユニットを囲む。

動作において、コークス、石炭、木炭、または黒鉛粒子などの炭素ベースの材料である床８４は、電極１０、１１の下端部よりも上方の高さで、チャンバ２内に位置付けられ、それによって電極１０、１１の一部は、炭素ベースの床に埋め込まれる。電極１０、１１が電圧を加えられたとき、炭素ベースの床８４は、電極１０、１１とチャンバ２の黒鉛ライニング８との間で抵抗性導体材として作用し、事前に決められた温度（概ね１０００℃）に達する。ソレノイド５１は、電圧を加えられたときに、チャンバ２内に磁界を作り出す。炭素原料は、取り入れゲートを通してチャンバの中に導入される。取り入れゲートは、外部の空気（窒素及び酸素）がチャンバに入るのを防止するために気密部を備える。炭素原料１５は、加熱された炭素ベースの床８４によってチャンバ２内で加熱され、炭素原料を、炭素固体（コークス、木炭など）、ＣＯＨ２（合成気体）、ミネラル、及び他の成分に分解する。固体が気密性出口８３を通して出るとき、床８４は、たった今分解された原料と置き換わり、それによって一定レベルの床８４が維持される。ソレノイド５１によって作り出された磁界は、床８４材料の煽動／運動をもたらす。床８４の、この磁気的に誘導された運動は、床８４全体における一定の温度を実現するのに役立つ。気体は、床８４を通して下方に移動し、ユニットの下端部で出る。したがって、加熱が行われる流動床８４を通した気体透過率は、電流フローによるものであり、好ましくは融解及び自由燃焼アークは存在しない。本発明のデバイス１００において、好ましくは炭素片の間でスパークする炭素ベースの流動床８４層において、マイクロアークのみ存在する。加熱は、部分的に熱分解処理の間に構成された炭素片を通して、電流フローによって実施される。

ユニットによって生成された合成気体は、ユニットへ電力を提供するよう、または上述の生成物を生成するための原料として使用することができる。有利には、熱分解処理が、酸素の供給なしに実施されるため、廃棄物における塩素含有成分は、毒性のあるダイオキシンを形成しない。むしろ、塩素は灰残渣の酸化物によって結合されて塩化物となる。

好ましい実施形態のベース１及びハウジング３は、１２Ｘ１８Ｈ１０Ｔのステンレススチールで作られる。好ましい実施形態の黒鉛ライニング８は、グレードＧＭ３の黒鉛で作られる。好ましい実施形態の作業チャンバ２は、第１の電極１０及び第２の電極１１を備え、それらはカバー９に設定され、電源１２に接続され、かつ処理ゾーン１３における作業チャンバ２の内側に位置される。第１の電極１０及び第２の電極１１は、径５０～１００ｍｍの黒鉛ロッドの形態で作ることができる。例えばＥＴＴＳＰ １００００／１０の変換器及び制御キャビネットを、電源１２として使用することができる。第１の電極１０及び第２の電極１１は、例えば絶縁体（図示せず）によって、関連の電気絶縁を使用して、カバー９に設定される。取り入れゲートウェイ１４は、炭素材料の取り入れゾーン１５に連結され、ハウジングの上端部領域４でハウジング３と結合される。特定の実施形態の取り入れゲートウェイ１４には、交互に開く第１及び第２の摺動ゲート（図示せず）が装備される。作業チャンバ２は、取り出しスクリュー１６も含む。好ましい実施形態において、熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７は、熱分解生成物を取り出すためのゾーン１８内に位置付けられ、ハウジング３の下端部領域５でハウジング３に接続される。この接続は、ボルト接続を使用してベース１を通して実施することができる。この場合、取り出しスクリュー１６は、熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７に位置される。

熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７は、モジュール本体の上端部２１、モジュール本体の下部分２２、及びモジュール本体の内部分２３を伴う、モジュール本体２０の形態で作られる。モジュール本体２０は、１２Ｘ１８Ｈ１０Ｔで作ることができる。モジュール本体の下部分２２において、取り出しオーガ１６が設定される。熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７は、モジュール本体の上端部２１領域に位置され、かつモジュール本体の内部分２３とベース１に隣接したリング３１との間の空洞によって形成された、気体の熱分解生成物を集積するための集積器３０を含む。気体の熱分解生成物を集積するための集積器３０は、リング３１に作られた格子３２を含む。好ましい実施形態の格子３２は、径５～１５ｍｍの貫通開口部、及び５０～８０%の穴開き領域を伴う、穴開きシリンダを備える。気体の熱分解生成物を集積するための集積器３０は、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュール３５に接続され、それは一般に別個のユニットであり、別の使用のために、気体の熱分解生成物の調製を提供する。

１つの実施形態において、管状の熱交換器である冷却モジュール３６は、熱分解気体出口３５内に位置付けられる。

好ましい実施形態において、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュール３５は、圧縮機を含んだ真空モジュール３７（図２）を備える。

図３を参照すると、特定の実施形態において、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュール３５は、従来の市販のクロマトグラフなどの、気体の熱分解生成物の組成分析器３８を備える。

作業チャンバ２（図１）と、熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７との接続は、ワッシャの形態（平坦な環状構成）で作られたベース１によって実施することができ、そこにハウジング３が、ハウジングの下端部５で接続され、かつモジュール本体２０が、モジュール本体の上端部２１によって接続される。ワッシャの形態で作られたベース１と、ハウジングの下端部５及びモジュール本体の上端部２１との接続は、溶接によって実施することができる。ベース１は、ロードセル４２におけるラック４１によって取り付けられる。好ましい実施形態において、ロードセル４２は歪みゲージ（タイプＴＥＮＳＯ－Ｍ ＭＶ１５０－Ｓ３－１５Ｔ）である。

１つの実施形態において、第３の電極５０（図４）は、デバイス１００の中に挿入され、かつ電源１２に接続される。第３の電極５０は、径５０～１００ｍｍの黒鉛ロッドの形態で作ることができる。この場合、電源１２は、例えばＥＴＣＰ１００００／１０の三相電力供給装置である。

１つの実施形態において、第１のハウジング３の外面７において、内径４～１６ｍｍの銅管のコイルであるソレノイド５１（図１）が存在する。この場合、銅パイプは冷却剤供給部及び排出モジュール（図示せず）に接続される。

いくつかの実施形態において、デバイス１００は、電極の機械的振動モジュール５３を備える。

１つの実施形態において、電極の機械的振動モジュール５３は、第１の駆動部５４（図５）を含み、その第１の軸５５において、第１の偏心器５６が固定される。周波数変換器を伴う誘導モータを、第１の駆動部５４として使用することができる。この場合、第１の電極１１及び第２の電極１２は、プレート５７によって、第１の偏心器５６との相互作用で接続される。第１の電極１１及び第２の電極１２の、カバー９への設定は、ステンレススチールの蛇腹とすることができる弾性要素５８によって、実施することができる。第１の偏心器５６に対するプレート５７の一定の押圧は、コイルバネの形態で作ることができる第１のバネ要素５９によって、もたらすことができる。

第２のバージョンにおいて、電極１１及び１２に固定されたプレート５７（図６）上で、第１の軸５５に固定された第１の偏心器５６を伴う２つの第１の駆動部５４を、設定することができる。この実施形態において、第１の偏心器５６は、プレート５７に接触しない。プレート５７は、圧縮バネの形態とすることができる第２のバネ要素６０上の、カバー９に取り付けることができる。第１の電極１１及び第２の電極１２の、カバー９への設定は、弾性要素５８によって実施することができる。第１の駆動部５４として、（例えばＪＳＣ Ｙａｒｏｓｌａｖｌ Ｐｌａｎｔ Ｋｒａｓｎｙ Ｍａｙａｋ社によって製造されたＩＶＦ－２０－５０など）市販の振動モータを使用することも可能である。

第３の実施形態において、第１の電極１１及び第２の電極１２に固定されたプレート５７（図７）には、第１の軸５５に固定された第１の偏心器５６を伴う２つの第１のアクチュエータ５４を装備することができる。この実施形態において、第１の偏心器５６は、プレート５７に接触しない。プレート５７は、３つの第２のバネ要素６０におけるカバー９に取り付けることができる。第１の電極１１及び第２の電極１２の、カバー９への設定は、ステンレススチールの蛇腹とすることができる弾性要素５８によって、実施することができる。

作業チャンバの機械的振動モジュール６１（図８）が、第２の駆動部６２を伴うデバイス１００の中に挿入されてハウジング３に連結されるという、変形が存在する。第２の駆動部６２は、ハウジング３に固定される。第２の軸６３において、第２の偏心器６４は、可能な相互作用でプッシャ６５に装着される。プッシャ６５は、弾性膜６６と結合される。第２の駆動部６２として、誘導モータを使用することができる。弾性膜６６は、第１のハウジング３に設定されたホルダ６７に固定することができる。この場合、弾性膜は、寸法１００～２００ｍｍで厚さ０．２～０．５ｍｍの、スチールバネで作ることができる。

水蒸気供給モジュール６８（図１）がデバイス１００の中に導入され、第１のハウジング３における第１のハウジングの上端部領域４に設定されるという、変形が存在する。蒸気供給モジュール６８を、蒸気生成器として構成することができる。

混合モジュール７０がデバイス１００の中に導入され、熱分解生成物を取り出すためのモジュール１５に設定され、例えば旋回器７３を有する第３の軸７２に第３の駆動部７１（図９）の形態で作られるという、変形が存在する。第３の駆動部７１は、グランドパッキンなど、封止要素７４を使用して第２のハウジング２０に取り付けられる。

作業チャンバ２には、ナイフ膜として使用できる安全弁７６が装備される。

熱電対モジュール７８が、デバイス１００（図１）の中に挿入され、処理ゾーン１３の第１のハウジング３に設定されるという、変形が存在する。第１のハウジングの本体６に機械的に固定された熱電対のセットを、熱電対モジュールとして使用することができる。

１つの実施形態において、取り出しオーガ１６は、オープントップパイプ８２に位置された螺旋軸８１に結合された周波数変換器８０を伴う、ギア駆動部と、関連付けられた圧縮機及び取り出しモジュール８３と、を含み得る。

本方法の好ましい実施形態における炭素含有材料を熱分解する方法は、以下のように実行される。例えば固体の家庭ゴミ、木屑、食品廃棄物、動物の廃棄物、及び家畜などの炭素材料の、作業チャンバ２への取り入れを実施する。炭素材料は、第１の摺動ゲートを開放し、かつ第２の摺動ゲートを閉鎖して（図示せず）取り入れ係止部１４に配置される。その後、第１の摺動ゲートは閉鎖され、第２の摺動ゲートは解放されて、炭素材料は取り出される。これは、空気が作業チャンバ２に入るのを防止するために必要である。その後、炭素含有材料の熱処理は、第１の電極１０及び第２の電極１１を使用して、電流を炭素含有材料に通過させることによって、空気が接近することなく実施される。

さらに、気体の熱分解生成物の集積、浄化、及び中性化、ならびに固体の熱分解生成物の取り出しが実施される。独特の特徴として、炭素含有材料の熱処理は、８００～１２００℃で、炭素含有材料の融点を超過しない温度で実施され、その一方で炭素含有材料の気体透過率を維持する。電極１０及び１１の下部分において、電流フローによって、８００～１２００℃の温度に達する。新たに供給された炭素材料は、熱伝導によって熱くなり始める。温度が１００～３００℃に達したとき、炭素含有材料の部分的な炭化が生じる。取り出しスクリュー１６は、熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７において連続的に動作するという事実によって、炭化した炭素材料は連続して下降し、電流は新たに供給された炭素材料に再び流れ始め、処理は継続して進む。

熱分解を開始するために、例えばコークスなど導電性の炭素含有材料が初めに取り入れられ、炭素含有材料を電流が通過して加熱され、別の炭素含有材料が供給される。

この場合、気体の熱分解生成物の集積は、それらを、熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７に通過させた後に実施される。

熱分解が、１０～１００ｍＴの範囲で、ソレノイド５１によって作り出された磁界で生じる変形が存在する。

５０～５０，０００Ａの範囲の直流電流が、第１の電極１０と第２の電極１１との間の電流として使用されるという、選択肢が存在する。

５０～５０，０００Ａの範囲で、周波数が１０～１０００Ｈｚの交流電流が、第１の電極１０と第２の電極１１との間の電流として使用されるという、選択肢が存在する。

５０～５０，０００Ａの範囲の、商用周波数の交流電流が、第１の電極１０と第２の電極１１との間の電流として使用されるという、選択肢が存在する。

炭素含有材料の熱処理中に、炭素含有材料の第１の機械的振動が、処理される炭素含有材料を流れ抜ける交流電流と、ソレノイドの磁界との相互作用によって作り出されるという、選択肢が存在する。

１つの電極１１、１２及びデバイス１００の黒鉛の縦穴、または２つもしくは３つの電極１１、１２が存在する場合がある。追加として、電極１１、１２間に交流電流または直流電流が存在する場合がある。電極１１、１２間に直流電流を伴う実施形態において、好ましくはソレノイド電流は交流である。この配置は、渦電流のためにデバイス１００本体で損失が生じる場合があるので、最も効率的な配置は、三相交流電流及びソレノイド５１のための直流電流を伴う、３つの電極１１、１２を有する配置である。ソレノイド５１における直流電流、及び非磁性材料で作られた筐体を伴い、一定の磁界における誘導損失がなく、かつ渦損失もない。交流三相電流が電極１１、１２を流れ抜けるとき、異なる相の電流は、互いに相互作用して振動が発生する。外部の一定の磁界は、この効果を強める。相互作用は、隣接した相の電流のみで生じるのではなく、ソレノイド５１における一定の磁界でも生じる。三相電流は、移動する電磁波の特性を有し、相のシーケンスが変化するとき、移動する波の回転方向は、反対方向に変化する。流動床を使用するとき、振動の存在及び床全体の遅い回転は、均一の加熱及び温度場の均等化を保証し、それは停滞ゾーンに対処するための重要な条件であり、より良好な気体透過率を保証する。振動は、流動床の研磨特性を使用することで形成された熱分解炭素から、電極１１、１２を洗浄するためにも役立つ。追加として、三相電力システムの使用は、ＡＣネットワークにおける負荷の均衡を保つのを可能にし、より高い電力密度を提供する。

炭素含有材料の熱処理中に、炭素含有材料の第２の機械的振動が、第１の電極１０及び第２の電極１１の振動によって作り出されるという、選択肢が存在する。炭素含有材料の熱処理中に、炭素含有材料の第３の機械的振動が、１０～１００Ｈｚの範囲で、作業チャンバ２のボリュームの共鳴周波数で、作業チャンバの機械的振動モジュール６１からの音響振動の供給によって作り出されるという、選択肢が存在する。

気体の熱分解生成物の浄化及び中性化が、それらを、吸着特性を有する、処理された炭素含有材料に通過させることによって実施されるという、選択肢が存在する。

炭素含有材料の水分含有量が、炭素含有材料の取り入れゾーン１５に水蒸気を供給することによって調整されるという、選択肢が存在する。気体の熱分解生成物の収量は、８００～１２００℃での、水蒸気と炭素との反応によって増加する。

熱分解生成物の排出ゾーン１８における固体の熱分解生成物は、気体透過率を増加させるために混合されるという、変形が存在する。

熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７が、デバイス１００の中に導入され、ハウジングの下端部領域５においてハウジング３に接続されること、及び取り出しスクリュー１６が熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７に位置されることは、気体の熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、全ての得られた気体の熱分解生成物が、処理ゾーン１３で形成された灰残渣及び残留炭素物質から成る、固定の熱分解生成物を通過するためである。塩素、塩化水素、硫黄、フッ素などの、気体の熱分解生成物の有害不純物は、熱分解し、金属酸化物である灰残渣と反応し、さらに残留炭素物質で吸収される。

熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７が、モジュール本体の上端部２１、モジュール本体の下部分２２、モジュール本体の内部分２３を伴う、モジュール本体２０の形態で作られ、その一方で取り出しスクリュー１６がモジュール本体の下部分２２に設定されること、熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７が、モジュール本体の上端部２１に位置され、かつモジュール本体の内部分２３とベース１に隣接したリング３１との間の空洞によって形成された、気体の熱分解生成物を集積するための集積器３０を含むこと、ならびに、気体の熱分解生成物を集積するための集積器３０が、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュール３５に接続され、かつリング３１に作られた格子３２を有すること、によって、熱分解生成物の有害不純物を減少させる。それは、例えば塩素、塩化水素、硫黄、フッ素などの有害不純物が熱分解し、金属酸化物である灰残渣と反応し、さらに残留炭素物質で吸収されるためである。

冷却モジュール３６が、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュール３５の中に導入されることによって、熱分解生成物の有害不純物を減少させる。それは、合成気体（ＣＯ及びＨ２の混合物）を含んだ、気体の熱分解生成物の圧力が減少し、それがその後の気体処理のための装備の選択を簡略化するためである。

真空モジュール３７が、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュール３５の中に導入されることで、熱分解生成物の有害不純物を減少させる。それは、圧力の減少が、第１のハウジングの上端部領域４における圧力を減少させるため、及び気体の熱分解生成物の除去を簡略化するためである。

気体の熱分解生成物の組成分析器３８が、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュール３５の中に導入されることで、技術的パラメータの監視の可能性をもたらし、技術的処理を最適化するのを可能にする。

作業チャンバ２と熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７との接続が、ワッシャの形態で作られたベース１によって実施され、そこにハウジング３がハウジングの下端部５によって接続され、モジュール本体２０がモジュール本体の上端部２１によって接続され、かつベース１がロードセル４２に設定されたラック４１によって接続されることで、デバイス１００の設定／分解及び保守点検の簡略化をもたらし、重量センサ４２は、炉の内側における生材料の質量を監視することによって、熱分解処理の制御を最適化するのを可能にする。

第３の電極５０が、デバイス１００の中に挿入され、電源１２に接続されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、デバイス１００の電力を増加させ、かつ電気ネットワークの負荷の均衡を保つ三相電源を接続するのを、可能にするためである。

ソレノイド５１が、第１のハウジング３の外面７に位置されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、ソレノイド５１によって作り出された一定の磁界を伴う、電極からワークピースを通して流れる電力周波数電力が、相互作用するときに、ワークピースの機械的振動が生じ、それが材料の熱処理の均一性を向上させ、処理ゾーン１３の気体透過率を増加させるためである。

電極の機械的振動モジュール５３が、デバイス１００の中に導入されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、処理された材料の熱処理の均一性が向上され、処理ゾーン１３の気体透過率が増加されるためである。

第２の駆動部６２を伴う作業チャンバの機械的振動モジュール６１が、デバイス１００の中に導入され、第１のハウジング３に連結されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、処理されている材料の機械的振動が、作業チャンバ２の内部ボリュームの共鳴周波数で生じ、それが処理された材料の熱処理の均一性を向上され、処理ゾーン１３の気体透過率を増加させるためである。

水蒸気供給モジュール６８が、デバイス１００の中に導入され、第１のハウジング３における第１のハウジングの上端部４領域に設定されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、処理ゾーン１３における残留炭素が水蒸気と反応して、気体の熱分解生成物において合成気体（ＣＯ及びＨ２の混合物）を形成し、それが処理のエネルギー効率及び合成気体の収量を増加させるためである。

熱分解生成物の排出モジュール１５に設定された混合モジュール７０が、デバイス１００の中に導入されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、処理された材料の熱処理の均一性が向上され、処理ゾーン１３の気体透過率が増加されるためである。

処理ゾーン１３における第１のハウジング３に設定された熱電対モジュール７８が、デバイス１００の中に導入されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、処理ゾーン１３のパラメータを制御することが可能となり、それが熱分解処理を最適化するのを可能にするためである。

炭素含有材料の熱処理が、炭素含有材料の融解温度を超過しない温度で実施され、その一方で炭素含有材料の気体透過率を維持することで、気体の熱分解生成物が、取り出しゾーンに自由に入るようにする。この場合、気体の熱分解生成物の集積は、それらが熱分解生成物を取り出すためのモジュール１７を通過した後に実施される。

熱分解が磁界で生じることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、電極から処理された材料を通して流れる電力周波数電流が、ソレノイド５１によって作り出された一定の磁界と相互作用したときに、処理された材料の機械的振動が生じ、それが材料の熱処理の均一性を向上させ、処理ゾーン１３の気体透過率を増加させるためである。

直流電流が、第１の電極１０と第２の電極１１との間の電流として使用され、ソレノイドの交番磁界を伴うことで、炭素含有材料の効果的な機械的振動を提供する。

交流電流が、第１の電極１０と第２の電極１１との間の電流として使用され、ソレノイドの一定の磁界を伴うことで、炭素含有材料の効果的な機械的振動を提供する。

商用周波数の交流電流が、第１の電極１０と第２の電極１１との間の電流として使用されることで、高価な発電機を使用しないため、本方法の実行の簡略化をもたらす。

炭素含有材料の熱処理中に、炭素含有材料の第１の機械的振動が、炭素含有材料を流れ抜ける交流電流と、ソレノイドの一定の磁界との相互作用によって作り出されることで、気体透過率の増加、及び気体の熱分解生成物の引き出しの簡略化をもたらす。

炭素含有材料の熱処理中に、炭素含有材料の第２の機械的振動が、第１の電極１０及び第２の電極１１の振動によって作り出されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、処理された材料の熱処理の均一性及び処理ゾーン１３の気体透過率が向上されるためである。

炭素含有材料の熱処理中に、炭素含有材料の第３の機械的振動が、作業チャンバ２のボリュームにおける共鳴周波数の音響振動を供給することによって作り出されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、作業チャンバ２の内側ボリュームの共鳴周波数において、処理された材料の機械的振動が、処理された材料の熱処理の均一性を向上させ、処理ゾーン１３の気体透過率を増加させるためである。

気体の熱分解生成物の浄化及び解毒が、それらを処理された炭素含有材料に通すことによって実施されることで、塩素、塩化水素、二酸化硫黄気体の形態である有害な気体の不純物が、固体の熱分解生成物で見られる金属酸化物と反応し、これらの気体の不揮発性化合物への結合と、さらにそれらの炭素の表面への吸着と、をもたらす。

炭素含有材料の水分含有量が、水蒸気を炭素含有材料の取り入れゾーン１５に供給することによって調整されることで、熱分解生成物の有害不純物の減少をもたらす。それは、処理ゾーン１３における残留炭素が水蒸気と反応して、気体の熱分解生成物において合成気体（ＣＯ及びＨ２の混合物）を形成し、それが処理のエネルギー効率及び合成気体の収量を増加させるためである。

熱分解生成物排出ゾーン１８における固体の熱分解生成物が混合されることで、処理された材料の気体透過率の増加、及び処理された材料の熱処理における均一性の向上をもたらす。

本方法の特定の実施形態において、原料は木材であるか、またはゴミ固形化燃料すなわちＲＤＦ（段ボール、プラスチック、皮、紙、木片、及び他の家庭ゴミ）の形態の廃棄物であり、それは当初は非伝導性である。これらの廃棄物は、デバイス１００の上部ゾーンから加熱され、電流は底部において炭素を流れ抜け（初めに流動床、次に炭素自体を流れ抜け）、徐々に廃棄物自体は炭化され、所望の温度（概ね８００～１２００℃）まで加熱された炭素導電体となる。

本方法の特定の実施形態において、デバイス１００にはコークス片が取り入れられ、電流はこれらの片を流れ抜け、デバイス１００の内部ボリュームを加熱して、天然気体及び水蒸気の混合物が上方から来る。その結果、天然気体及び水蒸気の、当初の気体生成物は、Ｈ２＋ＣＯまたは合成気体に分解し、その一方でコークスの固定床は、まだ格子上に横たわる。炉が所定の重量であることを重量センサが示したとき、炉は周期的に再積載される。

本方法の特定の実施形態において、入口における原料は天然気体であり、出口においてカーボンブラック及び水素、すなわち気体及び固体が存在する。デバイス１００の作業容量を保つために、水素は連続的に解放され、コークスは、流動床に蓄積したカーボンブラックと共に取り出される。次にコークスは、カーボンブラックから分離され、必要な量だけデバイス１００の中に戻される。

本発明の好ましい実施形態であると現在考えられることを、例示かつ説明したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変化及び変更が成され、かつ同等物がそれらの要素に交換され得ることを理解されたい。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図された最良のモードとして開示された、特定の実施形態に限定されないが、本発明は、本開示の範囲内に収まる全ての実施形態を含むよう意図される。

Claims (36)

1. 炭素材料を熱分解するためのデバイスであって、内部の黒鉛ライニングを有する非磁性壁を含んだ、作業チャンバと、
   前記作業チャンバ内に位置付けられ、かつ炭素材料を含んだ炭素ベースの床内に挿入されるよう適合された、１つまたは複数の電極であって、
   前記炭素ベースの床は、前記電極と前記黒鉛ライニングとの間の抵抗性導電材料として作用するよう構成及び配置され、それによって前記床は、前記電極が電源によって電圧が加えられたときに、前記電極によって加熱されるよう適合された、
   １つまたは複数の電極と、
   ソレノイドであって、前記作業チャンバ内に磁界を作り出し、それによって前記ソレノイドに電圧が加えられたときに、前記炭素ベースの床が動かされるよう適合された、ソレノイドと、
   気密部を含んだ原料入口であって、前記原料入口は、炭素材料を含んだ原料が、前記デバイスの外部から空気を導入することなく、前記作業チャンバの中に導入されるよう適合された、原料入口と、
   気密部を含み、固体が前記デバイスを出るのを可能にするよう適合された、固体出口と、
   気体物質が、前記炭素ベースの床を通り抜けた後に前記デバイスを出るよう適合された、気体出口と、
   を備える、炭素材料を熱分解するためのデバイス。
2. 前記電極には交流電流が供給され、前記ソレノイドには直流電流が供給される、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
3. 前記入口及び前記出口は、二重の樋門を備える、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
4. 前記電極は、前記作業チャンバ内で軸方向に位置付けられる、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
5. 前記ソレノイドは、デバイスの外側に巻かれ、前記チャンバの反応ゾーンに隣接して位置付けられる、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
6. 前記炭素ベースの床の下における材料残留物を引き出すための、前記作業チャンバの下に位置付けられたオーガスクリューをさらに備える、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
7. 前記気体出口は、前記炭素ベースの床の高さより下に位置付けられ、合成気体は前記気体出口を通して出る、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
8. 水が前記作業チャンバの中に導入されるよう構成及び配置された、水注入デバイスをさらに備える、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
9. 荷重センサを含んだフレームをさらに備える、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
10. 前記磁界は振動する、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
11. 前記デバイスを冷却するよう適合された外部の水ジャケットをさらに備える、請求項１に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
12. 前記床の流動化は、粒子間のスパークを始める電気経路を作り出し、遮断するようプラズマ化学反応（ＰＥＣＲ）が反応ゾーン全体で生じ、それによって小さいプラズマフィールドが、前記炭素ベースの床を通過する発生気体の化学結合に直接作用する、請求項５に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
13. 炭素材料を熱分解するためのデバイスであって、
    作業チャンバが設定されたベースを備え、
    前記作業チャンバはハウジングを備え、前記ハウジングは、上端部、下端部、内面、及び外面を備え、
    前記ハウジングは、前記内面に位置された黒鉛ライニングを備え、
    前記上端部はカバーを備え、
    前記デバイスは第１及び第２の電極をさらに備え、前記第１及び第２の電極の各々は、前記カバーに隣接して設定され、かつ電源に接続され、
    前記第１及び第２の電極は、処理ゾーン内で前記作業チャンバの内側に位置され、
    前記作業チャンバは、前記上端部に隣接して位置付けられた、取り入れゲートを備え、
    前記デバイスは、熱分解生成物を取り出すためのモジュールをさらに備え、熱分解生成物を取り出すための前記モジュールは、前記ハウジングの下端部に位置付けられ、前記熱分解生成物を取り出すための前記モジュールは、取り出しスクリューを備える、
    炭素材料を熱分解するためのデバイス。
14. 熱分解生成物を取り出すための前記モジュールは、モジュール本体を備え、前記モジュール本体は上部分、下部分、及び内部分を備え、
    前記下部分は取り出しスクリューを備え、
    熱分解生成物を取り出すための前記モジュールは、気体の熱分解生成物を集積するための集積器をさらに備え、気体の熱分解生成物を集積するための前記集積器は、前記上端部に位置され、かつ前記内部分と前記ベースに隣接して位置付けられたリングとの間の空洞によって形成され、前記リングはグリッドを備え、
    気体の熱分解生成物を集積するための前記集積器は、気体の熱分解生成物を解放するためのモジュールに接続される、
    請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
15. 気体の熱分解生成物を解放するための前記モジュールは、冷却モジュールをさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
16. 気体の熱分解生成物を解放するための前記モジュールは、真空モジュールをさらに備える、請求項１５に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
17. 気体の熱分解生成物を解放するための前記モジュールは、気体の熱分解生成物の組成分析器を備える、請求項１６に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
18. 前記ベースは、平坦な円環体構成を備え、前記作業チャンバを、熱分解生成物を取り出すための前記モジュールに接続し、それによって前記ハウジング下端部は、前記モジュール本体の上部分に接続され、前記ベースは支材によってロードセルに取り付けられる、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
19. 前記作業チャンバ内に挿入され、かつ前記電源に接続された、第３の電極をさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
20. 前記ハウジングの外面に位置されたソレノイドをさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
21. 機械的振動モジュールをさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
22. 前記作業チャンバのハウジングと連結された、機械的振動モジュールさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
23. 前記作業チャンバのハウジングの前記上端部に位置付けられた、水蒸気供給モジュールをさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
24. 熱分解生成物を取り出すための前記モジュールは、混合モジュールをさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
25. 前記処理ゾーンで前記第１のハウジングに設定された、熱電対モジュールをさらに備える、請求項１３に記載の炭素材料を熱分解するためのデバイス。
26. 炭素含有材料を熱分解するための方法であって、
    炭素含有材料を作業チャンバの中に取り入れるステップと、
    第１及び第２の電極を使用し、空気が接近することなく電流を炭素含有材料に流すことによって、炭素含有材料を加熱するステップと、
    加熱する前記ステップによって生成された気体の熱分解生成物を集積、洗浄、及び解放するステップと、
    加熱する前記ステップによって生成された、固体の熱分解生成物を取り出すステップと、
    を含み、
    炭素含有材料を加熱する前記ステップは、炭素含有材料の融点を超過しない温度で実施され、その一方で炭素含有材料の気体透過率を維持し、
    気体の熱分解生成物を解放する前記ステップは、熱分解生成物を取り出すためのモジュールに、気体の熱分解生成物を通過させた後に実施される、方法。
27. 熱分解は磁界で生じる、請求項２６に記載の方法。
28. 直流電流が、前記第１と第２の電極間の電流を生成するために使用される、請求項２６に記載の方法。
29. 交流電流が、前記第１と第２の電極間の電流を生成するために使用される、請求項２６に記載の方法。
30. 商用周波数の交流電流が、前記第１と第２の電極間の電流を生成するために使用される、請求項２６に記載の方法。
31. 炭素含有材料を加熱する前記ステップ中に、交流電流と磁界との相互作用によって、機械的振動が作り出される、請求項２７に記載の方法。
32. 炭素含有材料を加熱する前記ステップは、前記第１及び第２の電極の振動によって、機械的振動を作り出す、請求項２６に記載の方法。
33. 炭素含有材料を加熱する前記ステップ中に、作業チャンバのボリュームの共鳴周波数で音響振動を供給することによって、機械的振動が作り出される、請求項２６に記載の方法。
34. 気体の熱分解生成物の浄化及び中性化は、気体の熱分解生成物を、処理された炭素含有材料に通過させることによって実施される、請求項２６に記載の方法。
35. 炭素含有材料の水分含有量は、炭素含有材料の取り入れゾーンに水蒸気を供給することによって調節される、請求項２６に記載の方法。
36. 固体の熱分解生成物は、熱分解生成物の排出ゾーンにおいて混合される、請求項２６に記載の方法。

Images