JP3309251B2 - 有機物質のコントロールした還元のための方法および装置 - Google Patents
有機物質のコントロールした還元のための方法および装置Info
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Description
する方法および装置に関する。
しい多数の場合が存在する。このような要求は、原料の
加工において、例えば、オイルシェールからの油の抽出
において、あるいは廃棄物の処理において生ずることが
ある。
るであろう。これは製品の有用な寿命が完結しためであ
ることがある。例えば、非常に大きい量の消耗したタイ
ヤが存在する。廃棄物は、また、通常の工業的方法から
発生する。それらの例は製油所のスラッジおよびパルプ
ミルの流出物である。都市の下水および厨芥は大量の有
機廃棄物の他の源である。
を処理せよということを命令する。例えば、都市の下水
の場合において、廃棄物は健康および環境に危険であ
り、そしてその毒性を中和しなくてはならない。タイヤ
の場合において、とくにタイヤの主要な成分である油お
よびカーボンブラックの非常に実質的な量の再循環が強
調される。
による処理はそれ自体環境汚染の問題に導くことがあ
る。
および再循環の方法が絶えず要求されている。
おいて、非常に広い範囲の有機物質に適用可能な方法お
よび装置においてマイクロ波のエネルギーを使用するこ
とに関する。
クロ波のエネルギーが以前に使用されたことを、出願人
は知らない。Tillittへのカナダ国特許第1,150,432号
(1983年12月13日発行)は、嵩のある物質、例えば、穀
物の乾燥におけるマイクロ波のエネルギーの使用を示唆
している。この特許は前述の還元の問題に対して助けを
提供しない。
月31日発行)は、多数の波源の使用を示唆しているが、
これらは異なる周波数のマイクロ波を得るために使用さ
れる。均一なまたは好ましい分布のパターンについての
示唆あるいはそれをつくることの示唆は存在しない。
79年4月10日発行)は、前の参考文献に記載されている
方法と多少異なる方法を記載しているが、マイクロ波の
エネルギーに関して同一の物質を含有する。
(1980年11月18日発行)は、同一のマイクロ波発生器を
記載している。
日発行)は、反応器の両端における1対のマイクロ波発
生器の使用を示している。反射した波の非常に非効率的
使用は、このマイクロ波の応用の基礎である。
効率よい使用を取り扱っていないが、種々の商業的に入
手可能なマイクロ波発生システムに単に組み込まれた。
に、再循環の目的でそして種々の加工の目的出マイクロ
波のエネルギーで処理できることが決定された。
イクロ波放射に暴露することからなる、有機物質をコン
トロールして非熱分解的に還元する方法を提供する。
鎖の分子を還元性雰囲気中でマイクロ波放射に暴露する
ことからなる、前記分子を非熱分解的に破壊する方法を
提供する。
質を前記チャンバーの中に供給する手段、前記チャンバ
ーの中の少なくとも1つのマイクロ波発生器、前記チャ
ンバーから気体の生成物を取り出す手段、および前記チ
ャンバーから固体の残留物を取り出す手段からなる、マ
イクロ波放射により有機物質をコントロールして非熱分
解的に還元する装置が提供される。
および放物線形導波管を概略的に図解する。
の適用のためのパターンを図解する。
このような態様に限定することを意図しないことを理解
すべきである。反対に、添付される請求の範囲により規
定される本発明の精神および範囲内に包含されうるすべ
ての変更、変化および同等の態様をカバーすることを意
図する。
参照数字で示されている。
の有機物質に適用することができる。マイクロ波のエネ
ルギーは、より長い鎖の分子の中のより弱い分子の結合
を切断してより簡単な形態にすると信じられる。これは
事実上解重合法である。この方法をコントロールして有
機物質の熱分解を回避する。
ホッパー10の中に、あるいは特定の供給物質に適当な同
様な手段の中に供給する。
チャンバー14の中に供給する。この物質をマグネトロン
16からのマイクロ波のエネルギーで照射する。
一般に油および硫黄に凝縮させる。
ー14を出る。次いで、これらの生成物は、例えば、篩22
により、種々のグループに分離される。カーボンブラッ
クは、通常、これらの生成物の実質的部分を構成するで
あろう。他のものは、例えば、タイヤの還元において鋼
を含むであろう。
質について、その物質の初期の分析後に選択される。い
くつかの種類の分析を異なる対象について実施すること
が望ましい。
波のチャンバーおよび供給器の手段をその物質に適合さ
せることを考慮して実施することができる。例えば、タ
イヤのトロイド状の形状は、例えば、圧縮されたプラス
チックのスクラップの立方体と、異なる供給器およびチ
ャンバーの設計を示唆する。
施して、その組成を決定する。例えば、本質的にPVCと
してカテゴリー化することができる物質の処理におい
て、増量剤および存在しうる他のこのような成分の量を
知りたいであろう。
生成物、各このような存在の期待できる量、および生成
物が得られる順序に関する情報を提供するであろう。
施してこの方法のエネルギーの要求量を決定する。処理
物質の単位当たりの要求量が決定され、そして処理すべ
き物質の体積が知れると、合計のエネルギーの要求量を
計算することができる。
おける種々の段階のための装置の設計および方法の条件
を最適化することができる。
区域は供給配置である。
方法は連続的であることが非常に好ましい。したがっ
て、マイクロ波のチャンバーを密閉しなくてはならない
ので、供給装置はこの要件を満足しなくてはならない。
種々の供給物質について有用な1つのこのような供給装
置の設計は、ピストンおよびシリンダーの配置である。
固体の供給物について、供給ホッパーをシリンダー状供
給導管の1端の上にかつそれに向かって配置させて、供
給物質を導管に送出す。次いでピストンを利用して物質
を導管に沿ってマイクロ波のチャンバーに向けて動か
す。供給物質により供給導管の中に形成された連続的プ
ラグは、マイクロ波のチャンバーへの入口を密閉する働
きをする。
2の好ましい装置は、エンドレスベルトのコンベヤーの
形態である。ベルトの材料はマイクロ波に対して透過性
でなくてはならず、そしてそれ自体使用条件下に破壊し
てはならない。
または2以上のステンレス鋼のスクリューコンベヤーか
らなる。
ロ波のチャンバーへの入口に導入することができる。
波のチャンバーからの固体の出口において必要である。
クロ波のチャンバーそれ自体の形状である。
チャンバーの物理的特性に影響を及ぼすであろう。
物理的特性および利用する供給装置の型に基づいて選択
されるであろう。
する場合、円筒形チャンバーを選択することができる。
エンドレスベルトのコンベヤーを利用する場合、長方形
の断面のチャンバーは一般に好ましいであろう。
とすることにより、また、全体の形状は影響を受ける。
断面を決定すると、他の因子が最適化の目的にある役割
を演ずるようになる。
適用のために前以て決定することができるか、あるいは
この方法を実施する過程においてコントロールすること
ができる。所定の適用について、目的は処理する物質の
質量の単位当たりに適用されるエネルギーにより最も効
率よい操作を得ることであり、常に論ずる種々の方法の
拘束に従う。
する方法は、一般に、因子の釣り合いにより確立され
る。合理的時間に反応を開始し、次いで所望の順序で物
質から所望の生成物を得るために十分なエネルギーを供
給するために、適用するエネルギーを適当にコントロー
ルしなくてはならない。こうして、基本的マイクロ波の
発生は、単一のマグネトロンからよりむしろ多数の小型
の波発生器から得ることができる。波発生器からの出力
は連続的であり、過渡的に変動するか、あるいは他の方
法で変化することができる。発生するマイクロ波の強さ
は、発生器への電力の入力を変化させることによって変
化させることができる。
マイクロ波発生器からなる4つの横方向の列を含むこと
ができる。
質量単位当たりに供給されるエネルギーは、マイクロ波
への物質の暴露時間、すなわち、物質の滞留時間により
影響を受けるであろう。この時点におけるエネルギー因
子は、再び、チャンバーの形状寸法に関して考慮しなく
てはならない。こうして、滞留時間は処理されている物
質の供給速度により直接影響を受けるようにすることが
できるが、同様に、チャンバーの長さを変化させること
ができそして照射下の質量はマイクロ波のチャンバーの
容量を変化させることによって変化させることができ
る。
して所定の発生器からの波の収束のために放物線形導波
管が開発された。1系列の導波管を1系列の波発生器と
ともに使用してオーバーラップする系列のマイクロ波を
形成して、物質に適用されるエネルギーの量を非常によ
くコントロールすることができる。
影響を与えるので、表面温度をモニターし、そしてマイ
クロ波発生器への電力の入力を必要に応じて調節して最
適な表面温度得ることが高度に好ましい。こうして、物
質がマイクロ波のチャンバーを通して動いて反応が進行
するとき、最適な表面温度を物質するために、より少な
いエネルギー入力を必要とするので、下流のマイクロ波
発生器はより低い動力の入力で操作することができる。
かを予測する手段として、マイクロ波のチャンバー内の
物質の内部温度をモニターすることが有用である。マイ
クロ波のチャンバーは好ましくは大気圧よりわずかに高
い圧力に保持される。この圧力は気体の生成物の取り出
しを促進する。
が発見された。したがって、この方法が開始されそして
チャンバーの中に供給された最初の物質が実質的に破壊
された時点に進行した後、この方法はいっそう効率よく
進行することが発見された。それに関して、この方法は
還元性雰囲気中で実施しなくてはならず、そして還元性
気体の濃度は物質が破壊するにつれて増加する。追加の
還元性気体の存在は物質のそれ以上の破壊を、とくにそ
の表面において、促進する傾向があると論理づけられ
る。
て、波発生器を還元性雰囲気から隔離することが好まし
いことがある。水平のマイクロ波透過性、気体不透過性
のバリヤーは1つの解決法であり、チャンバーの上部お
よび底部の両者は共鳴する。
あることがある。還元性気体の目的は、可能な突発的結
果を伴う開始の間のそうでなければ起こり得る酸化を減
衰させることである。不活性気体、例えば、窒素をまた
使用できるが、任意の適合性の還元性気体を使用する。
還元性気体を添加することは一般に不必要であるが、あ
る場合においてその可能性が存在ことに注意すべきであ
る。
た。こうして、タイヤの場合において入力物質にカーボ
ンブラックを添加することは、物質からの油の発生をよ
り低い温度においていっそう急速にする。
それ以上の外部の因子がしばしば存在する。本発明によ
る装置を収容するためのプラント内の利用可能な物理的
空間はしばしば制限されるので、コントロール可能な因
子のすべてはその制限に直面して釣り合わせなくてはな
らない。この空間の考慮の重要性は、ある設備が実質的
な全長を有することがあるという事実により強調され
る。例えば、30〜60フィートの長さは普通であろう。
で接続されたモジュールを利用することである。これは
いくつかの利点を有する。これらの例は単一のモジュー
ルを除去しかつ置換して修復を実施し、これにより操業
停止を回避できることである。他の利点はより小さいモ
ジュールの製作および取り扱いが容易であることにあ
る。好ましいモジュールは全長が約6フィートである。
通常プラントの特定の位置のために、ユーザーのコント
ロールを越えることがある。
られる。気体の物質は、マイクロ波のチャンバー上の1
または2以上のアスピレーターを利用して回収される。
固体の生成物はマイクロ波のチャンバーの出口を通して
運搬される残留物の形態である。
る。これに関して、排気装置を加熱して早期の凝縮を防
止することが必要であることがある。
ク、および供給物の中に存在した種々の無機物質からな
る。例えば、タイヤから得られる種々の油およびカーボ
ンブラックに加えて、残留物は鋼、シリカなどの成分を
含むであろう。
から125gの固体の残留物を生成した。この残留物は、合
計3.159gの次の元素および化合物を含有する、ほとんど
完全にカーボンブラックであった:As;Ba;B;Cd;Cr;Pb;S
e;U;NO2+NO3;NO2;Ag;Hg;CN(F);F。
り、3〜4バレルの油、575〜700ポンドのカーボンブラ
ック、85〜100ポンドの鋼および70〜80ポンドの繊維を
生ずるであろう。
るための好ましい装置を図解する。
般に、物質を通るマイクロ波のエネルギーの非常に非均
一的分布に導く方法で単に物質を照射することによって
物質を加熱する技術を利用することにおいて、非常に非
効率的であった。このような場合における結果は、物質
のある部分が処理下にありそして他の部分が過熱される
ことである。
を受け取ることを確実にするために、大量のエネルギー
の消耗が起こる。
マイクロ波の特定のパターンは他のパターンより非常に
効率的であることがある。普通に使用されている照射ア
プローチでは、このような変化するパターンは入手可能
である。
クロ波を分布させるために種々の導波管を使用すること
において存在した。例えば、いくつかの導波管は細長く
かつ線状ではない通路を有し、そして処理すべき物質の
部位に到達する弱い波のみを生じた。
の間の干渉の問題のために、分布の問題に対する実際的
ではない解決法であるという見解がいくつかの製造業者
により堅固に保持されてきている。第2図および第3図
の装置はこれらの問題を取り扱う。
面または導波管36からなる、本発明によるマイクロ波発
生装置30を図解する。この装置30はマイクロ波のチャン
バー40の壁38に取り付けらていることが示されている。
反射表面36の外側端42は壁38と同一平面に取り付けられ
ている。反射表面36の端42により定められる開口はセラ
ミックプレート44によりカバーされている。
うに設計することができるが、好ましい場合において、
実質的に放物線形であって実質的に円形の区域の波の適
用を提供する。反射表面36の上部37は好ましくは平らで
ある。これはユニットの容易な取り付けを可能とする
が、また、放物線形の焦点またはその付近にアンテナ34
を位置させる。
の特定の配置との組み合わせにより調節できる。引き続
いて、パターンの焦点は好ましくはアンテナ34の配置の
調節により調節することができる。アンテナ34は好まし
くはリフレクター36に軸方向の約1インチの移動で調節
可能である。
アンテナ34と反射表面36との組み合わせを調節してマイ
クロ波のわずかに焦点をはずれた適用を提供し、こうし
てマイクロ波の適用区域の直径が反射表面36の端42の直
径より大きくする。
である。
て所望のオーバーラップするパターン46を形成し、その
区域は列の発生器30の外側のもの47を通る線45により定
められる。この立体配置において、チャンバー40の中の
物質48にマイクロ波のエネルギーの合理的に均一な分布
を提供するマイクロ波の雲が事実上生成する。
のハウジング52の中に取り付けられている温度センサー
50を有する。センサー50は引き続いてコンダクター51に
よりコントローラー54に接続され、このコントローラー
54は、センサー50が限界温度を記録したとき、コンダク
ター53を経てマグネトロン32のスイッチを切り、そして
プリセットした時間後にマグネトロン32にスイッチを入
れる。
処理されているとき、例えば、タイヤの開口した中央部
分が装置の下を通過するときのように、装置30の下に物
質が時々存在しないことがある。その場合において、チ
ャンバー40の底壁56から反射した波は、センサー50がマ
グネトロンを停止する信号をコントローラー54に送る点
まで、装置30を加熱するであろう。タイヤの場合におい
て、タイヤの開いた区域が装置30を通過するために要求
される時間に関係する前以て決定した時間が経過した
後、マグネトロン32はスイッチを入れられる。
という組み合わせられた効果を有する。
場合において、車のタイヤの還元のために、構成を高度
に変化させることができるが、1系列の10モジュールの
トンネルを直列に使用して、長さ約60フィートおよび約
10インチ×36インチの断面をもつ長方形のトンネルを形
成することができる。好ましい態様において、2つのこ
のような60フィートのトンネルはタイヤの還元プラント
において使用されるであろう。1系列の12のオーバーラ
ップするマグネトロンを、第3図に示すように、各モジ
ュールにおいて使用できる。各マグネトロンは2450MHz
の波長において1.5キロワットの電力を有することがで
きる。
の圧力および約350℃の最大温度において実施されるで
あろう。センサー50は典型的には約70℃の温度において
マグネトロンのスイッチを切る。
約7 1/2インチ〜7 3/4インチの直径を有する。上部
の区画17は典型的には約3 1/8インチの幅を有し、そ
してリフレクターの深さは約2 1/2インチである。
いタイヤのプラントにおいて、3フィート/分で走行す
るコンベヤー上の連続的タイヤ供給速度は約60フィート
とのトンネルについて約20分の滞留時間および1,440本
のタイヤ/24時間の処理能力を与えるであろう。
目に値する。気体の生成物は、約No.2ディーゼル燃料の
コンシテンシーの油の狭いバンド、ならびに別々に凝縮
される元素状硫黄から成る。
クロ波に基づく方法を包含する他の廃棄物の還元法にお
いて普通の排出物の問題を回避する。
Claims (13)
- 【請求項1】有機物質の調節された非熱分解的還元方法
であって、 該物質をマイクロ波のチャンバ内に連続的に供給するこ
と; 前記チャンバ内に一連のマイクロ波発生器によりマイク
ロ波を発生させ; 前記発生器からマイクロ波エネルギーを還元雰囲気内に
おいて関連するマイクロ波リフレクターにアンテナによ
り伝送すること; 前記マイクロ波エネルギーを前記それぞれのリフレクタ
ーから所定のパターンで収束すること;および 前記リフレクターを前記所定のパターンをオーバーラッ
プして、前記チャンバを横断して実質的に均一なマイク
ロ波適用領域を提供すること; さらに前記材料のマイクロ波エネルギーへの暴露の程度
をコントロールすること;および 前記チャンバからガス状生成物および固体残滓を連続的
に除去することを含む方法。 - 【請求項2】前記リフレクターがパラボラ状である請求
項1の方法。 - 【請求項3】前記それぞれの所定のパターンが実質的に
円形である請求項1の方法。 - 【請求項4】前記材料をモジュール形状に相互結合した
一連の前記チャンバを通して供給する請求項1の方法。 - 【請求項5】前記アンテナの位置を対応する前記リフレ
クターに対して調節することにより前記パターンを調節
することをさらに含む請求項1の方法。 - 【請求項6】マイクロ波エネルギーを有機物質に適用す
ることにより該有機物質の調節された非熱分解的還元を
行うための装置であって、 マイクロ波チャンバ(14,40); 前記チャンバ(14,40)と関連した一連のマイクロ波発
生器(16,32); それぞれの前記発生器(16,32)と関連し前記発生器(1
6,32)からのマイクロ波を伝送するためのアンテナ; それぞれの前記アンテナ(34)と関連し前記アンテナ
(34)からのマイクロ波を受け、かつ前記マイクロ波を
所定のパターンで前記有機物質(48)上に収束するため
のリフレクター(36);および 有機物質を前記チャンバ(14,40)内に連続的に供給
し、固体物質およびガス状物質を前記チャンバ(14,4
0)から除去する手段; を備え、そして前記所定のパターンが前記チャンバ(1
4,40)を横断してマイクロ波の実質的に均一な適用を提
供する装置。 - 【請求項7】それぞれの前記リフレクター(36)がパラ
ボラ形状である請求項6の装置。 - 【請求項8】それぞれの前記リフレクター(36)が前記
有機物質(48)上にマイクロ波の円形パターンを反射す
る請求項7の装置。 - 【請求項9】それぞれの前記円形パターンがそれぞれ隣
接する前記パターンとオーバーラップして前記有機物質
の実質的に完全な被覆領域を提供する装置。 - 【請求項10】それぞれの前記円形パターンの直径が前
記関連するリフレクター(36)の直径よりもわずかに大
きい請求項9の装置。 - 【請求項11】前記チャンバ(14,40)が平坦な上壁(3
8)を備え、それぞれの前記リフレクター(36)が解放
面を有し、かつそれぞれの前記リフレクター(36)が前
記上壁(38)上に載置され、前記解放面が前記上壁(3
8)の面と実質的に同一面である請求項6の装置。 - 【請求項12】それぞれの前記解放面にわたってセラミ
ックプレート(4)を備える請求項11の装置。 - 【請求項13】それぞれの前記アンテナ(34)が関連し
たリフレクター(36)に関して調節可能であり、それに
より前記パターンを調節する請求項6の装置。
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