JP3332925B2 - 改質方法および装置 - Google Patents

改質方法および装置

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JP3332925B2 JP50826994A JP50826994A JP3332925B2 JP 3332925 B2 JP3332925 B2 JP 3332925B2 JP 50826994 A JP50826994 A JP 50826994A JP 50826994 A JP50826994 A JP 50826994A JP 3332925 B2 JP3332925 B2 JP 3332925B2
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    • C10B47/18—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with moving charge
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/02—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by distillation

Description

【発明の詳細な説明】 ［関連出願の引用］ 1993年８月20日に出願された米国特許出願第08/11029
0号は、1992年月17日に出願された、「REFORMING PROCE
SS AND APPARATUS」と題する米国特許出願第07/946939
号からの一部継続出願である。
［技術分野］ 本発明は、全般的には、化学改質装置および方法に関
し、詳細には、有機材料または無機材料、あるいはその
両方をより使用可能な異なる生成物に転化する熱解重合
プロセッサに関する。
［背景技術］ 廃棄材料を有用な生成物に転化する多数のシステムが
過去に提案されている。たとえば、以下に列挙した米国
特許は、有機廃棄材料を石油やガスなど有用な生成物に
転化するためのシステムを記載している。
番号 特許権所有者 日付 4108730 CHEN他 1978年８月22日 4175211 CHEN他 1979年11月20日 4118281 YAN 1978年10月３日 4935038 WOLF 1990年６月19日 4636318 BAKER 1987年１月13日 4842692 BAKER 1989年６月27日 4842728 BAKER 1989年６月27日 4923604 BAKER 1990年５月８日 さらに、米国特許第4203838号は、スラッジを処理す
るシステムを記載し、米国特許第4938876号は、石油、
ガス、および固体を分離するシステムを記載している。
本発明の全般的な目的は、有機材料（石炭または有機
廃棄物、あるいはその両方）や無機材料などの処理材料
を有用な石油、ガス、および固体に転化する改良された
プロセスを提供することである。
［発明の開示］ 一般に、第１の実施例では、本発明によるプロセッサ
は、処理材料を処理液体（水など）と混合してエマルシ
ョンまたはスラリーを形成する手段を備えるものとして
示されている。スラリーを加圧し加熱する手段が提供さ
れ、スラリーは次いで、圧力を迅速に、比較的低い値に
減少させ、温度をさらに増加させる手段に送られる。圧
力が急速に減少して温度が増加することによって、スラ
リーのある成分は揮発性ガスに転化し、スラリーの残り
の部分から分離する。前記残りの部分は固体の形でプロ
セッサから除去される。このガスは、それを様々なグレ
ードの石油など有用な液体として分離する１つまたは複
数の凝縮器に送られる。
第２の実施例では、処理材料を受け取って予熱する材
料取込み導管に接続されたホッパを含む、処理材料を他
の有用な生成物に転化するプロセッサおよび方法が開示
される。水など処理液体を受け取る液体取込み導管に個
別の液体タンクが接続されている。材料取込み導管およ
び液体取込み導管は、第１のスラリー導管内にスラリー
を流し込むために流動可能なスラリーを形成するように
処理材料を処理液体と混合する混合ジョイントおよびポ
ンプに接続されている。第１のスラリー導管は第１のリ
アクタに接続されている。
第１のリアクタは、スラリーを受け取り、スラリーを
第１の所定の温度まで加熱し、第１の圧力をスラリーに
加えるようになされている。第２のリアクタは、第１の
リアクタに接続され、スラリーを受け取り、スラリーに
加えられていた圧力を第２の所定の圧力まで減少させ、
スラリーを第２の所定の温度まで加熱し、スラリーを第
１の副産物および第２の副産物として改質するようにな
されている。第１の副産物を回収する第１の回収手段が
第２のリアクタに取り付けられている。第２の副産物を
回収して冷却し、第２の副産物を第３の副産物および第
４の副産物として分離する凝縮器も第２のリアクタに接
続されている。
本発明の他の利点および態様は、以下の図面の説明お
よび本発明の詳細な説明を読んだときに明らかになろ
う。
［図面の簡単な説明］ 本発明は、図面に関する以下の詳細な説明からよりよ
く理解されよう。
第１図は、本発明の第１の好ましい実施例によって構
成されたプロセッサを示す図である。
第２図は、本発滅の第２の好ましい実施例によって構
成されたプロセッサを示す図である。
第３図は、第２図の線３−３に沿って取った概略断面
図である。
第４図は、第２図の線４−４に沿って取った概略断面
図である。
第５図は、第２図の線５−５に沿って取った概略断面
図である。
第６図は、第２図の第１のリアクタの断面図である。
［発明の好ましい実施例］ 本発明では多数の異なる形の実施例が可能であるが、
本開示が、本発明の原則の例示とみなすべきものであ
り、本発明の広範囲の態様を、例示された実施例に限定
するものではないという理解の下に、本発明の好ましい
実施例を図面で図示し、かつ本明細書で詳細に説明す
る。
本発明によって構成されたプロセッサは、様々な有機
材料および無機材料を処理するために使用できるが、第
１の実施例の以下の説明は、処理される材料（処理材
料）が石炭であり、処理材料に混合される液体（処理液
体）が水である特定の例に関する。
第１の実施例を示す第１図を参照すると、処理材料の
小片（この特定の例では無煙炭ナゲット）は、粉砕機11
内に石炭を送り込むホッパ10に詰め込まれる。連続流動
システムでは、石炭の定常流がホッパに入るが、バッチ
・システムでは、個々別々の石炭が導入される。粉砕さ
れた石炭の細片は、石炭と水を混合して、石炭−水のエ
マルションまたは懸濁液を形成する乳化器12に移動す
る。水の量は、石炭の約50％ないし100％（質量・質量
比）でよい、水は、以下で説明するように再利用水を受
け取るチューブ13を介して乳化器内に送り込まれる。エ
マルションは、熱交換器のコイル18に接続されたパイプ
を介して混合物を排出する高圧ポンプ16のに接続された
導管またはパイプ14を通過する。コイル18は、以下でさ
らに説明する主凝縮器カラム19から熱を受け取り、エマ
ルションはさらに、加熱装置23のエンクロージャ22に据
え付けられたパイプ21を介して流れることによって加熱
される。パイプ21は、エンクロージャ22の上部に据え付
けられた熱交換器コイル24を含む。
ポンプ16の吐出口と、パイプ17と、コイル18と、パイ
プ21と、コイル24とを含むプロセッサの部分をシステム
の低温高圧（LTHP）部と呼ぶ。乳化器12では、石炭およ
び水は基本的に大気圧および大気温度であるが、コイル
24では、温度および圧力は約250℃および500psiないし7
00psi（相対圧力）に増加させることができる。LTHP部
中の圧力は、パイプ21の温度および容積の関数であり、
この部分で、石炭が、水に水和し、あるいは水で飽和す
る。エマルションの流量およびチューブの長さは、高圧
下での反応に十分な時間が与えられるようにプロセッサ
の高圧部で約20分のドエル・タイムが存在するように調
整すべきである。高圧によって、揮発性成分が溶解され
続け、溶液中に維持される。温度、圧力、流速、および
ドエル・タイムの動作パラメータは、長いドエル・タイ
ムおよび高い圧力が生成され、かつ粒子が懸濁するよう
に平衡させなければならない。
コイル24のアウトレットは、差圧調整器として動作す
る弁26に接続されている。弁26のアウトレット27は、圧
力がほぼ瞬間的に0psiから200psi（相対圧力）の間に低
減される膨張容器28内へ開放する。また、到着した材料
は迅速に、約350℃ないし500℃まで加熱される。容器28
を含むシステムの部分は、プロセッサの高温低圧（HTL
P）部と呼ぶことができる。圧力の急激な減少と温度の
急激な増加が相まって、スラリは固体および揮発性ガス
として分離する。このガスは、容器28の上端に接続され
たアウトレット・パイプ29を通過し、固体は、容器28の
底部に落下し、そこで、たとえば、オーガ31によって除
去される。プロセッサに石炭が送り込まれる場合、コー
クスが除去され、下部びん32に一時的に貯蔵される。
HTLP部の容器28は、エンクロージャ22内で容器28の底
部の周りに据え付けられたガス・バーナ33によって加熱
される。チューブ34は、プロセッサのガス生成物を受け
取り、バーナ33に送る。容器28およびバーナ33は、コイ
ル24およびパイプ21と共にエンクロージャ22に据え付け
られ、したがって、燃焼ガスがこれらの構成要素を加熱
する。バーナの排気ガスは、熱を最大限に利用するため
に、エンクロージャ22の煙突部36、煙突部を介して延び
るパイプ21を介して排出される。
アウトレット・パイプ29中のガスは、前述の主凝縮器
カラム19の内部に送られる。主凝縮器カラムでは、水お
よび油が、凝縮して、気相になる揮発性成分から分離す
るように、圧力および温度が調整される。調整は、エン
クロージャ22の煙突部36内に据え付けられた第１のコイ
ル41と、凝縮器カラム19を囲む第２のコイル42とを含む
熱交換器によって行われる。パイプ43は、２つのコイル
41および42を接続し、調整ポンプ44は、必要に応じて、
熱交換流体（油などを）をコイルを介して循環させて、
煙突部36からカラム19に熱を伝導する。
油および水はトラップ46を介して下向きにタンク47へ
移動し、そこで、重量の差のために自然に分離する。第
１のポンプ48およびチューブ49は、油を貯蔵タンク51へ
除去する。第２のポンプ52およびチューブ53は、水を除
去して、硫黄除去装置54および調整弁56を介して乳化器
12に送り、それによって水を再利用する。
比較的高温の揮発性ガスは、主凝縮器カラムまたは一
次凝縮器カラム19の上部61、上部61の周りで延びる熱交
換器コイル18を介して上向きに移動し、そのため、シス
テムのLTHP部中のスラリーは、カラム19から出るガスに
よって加熱される。主凝縮器カラム19の上端には、高温
の揮発性ガスを一連の二次凝縮器カラム63、64、65に送
るパイプ62が接続されている。ガスに二次カラムを通過
するにつれて、ガスの温度が減少して圧力が増加し、圧
力および温度は各凝縮器段で抽出される凝縮物を決定す
る。この特定の例では、ガスは第１段63に入る際に約大
気圧および180℃であり、灯油が生成され、タンク67に
抽出される。凝縮器ポンプ68が２つの段63および64を接
続しており、ガスは約大気圧および110℃で段64に入
り、トルエンが抽出され、タンク69に送られる。
他のポンプ71が段64および65を接続しており、ガス
は、大気圧および30℃で段65に入り、ガソリンがタンク
72に抽出される。
残りのガスは、最後の凝縮器段65から貯蔵タンク73に
送られる。前述のチューブまたはパイプ34は、バーナ33
を作動させるためにタンク73からガスを受け取るように
接続されている。他のチューブ74は、チューブ34および
貯蔵タンク73に接続され、商用源（図示せず）から可燃
性ガスを受け取るように接続されている。この構成によ
って、商用源からのガスを使用してプロセッサを作動さ
せることができる。プロセッサが作動しガスの生成を開
始した後、商用源へのチューブ74をオフにし、プロセッ
サによって生成されるガスによってバーナ33を作動させ
ることができる。もちろん、プロセッサが、それ自体に
動力を供給するために使用できるよりも多くのガスを生
成する場合、余分のガスを抽出して市販することができ
る。
したがって、システムは、石炭を受け取り、汚染を発
生させずに、石炭を多数の価値ある生成物に転化する。
びん32中のコークスは、低汚染加熱の貴重な源である。
コークスの品質および純度は、加熱装置23中の温度の関
数であり、最も純粋なコークスは約500℃の高温で生成
される。装置54によって除去される硫黄も、商業価値を
もつことができ、容易51中の油はたとえば、加熱油とし
て使用することができる。
HTLP装置の後、石炭スラリーは化学的に改質され、も
はや最初の石炭の物理的属性をもたない。HTLP装置また
は容器28中の圧力は、主凝縮器カラムおよび一次凝集器
カラムで生成される液気生成物のタイプを決定する。た
とえば、低圧（約0psi相対圧力）では、芳香族炭化水素
を豊富に含有する軽油が生成される。より高い圧力（約
200psi相対圧力）では、アスファルテンを豊富に含有す
る重油が生成される。揮発は、装置23における入熱量の
結果であり、大部分の熱は、主凝縮器コイルへ流れる揮
発性ガスに含まれ、一部の熱は、コイル18に流れて、到
着する石炭スラリーを加熱する。ガスが主凝縮器カラム
19に沿って流れる速度は、容器28中の圧力によって決定
され、この圧力は、ポンプ弁26を使用してオペレータに
よって調整することができる。二次圧縮機段68、64、65
中の圧力は、ポンプ68および71を使用してオペレータに
よって制御することができる。圧力が高いと、揮発性ガ
ス成分を液化させるのに必要な温度が低くなり、したが
って、液化プロセスに必要な冷却用のエネルギーが少な
くて済む。
前記の特定の例は、石炭の改質に関するものである
が、温度および圧力を変化させることによって化学的に
他の生成物に改質できる他の有機材料または無機材料を
使用することができる。
他の例として、石炭の代わりに、大豆を使用すること
ができ、大豆は、飽和するまで水を吸収し続ける傾向が
あるので、LTHP装置において約100psi（相対圧力）より
も低い低圧力が必要になる。HTLP装置では、生産したい
石油の分子量を制御するために圧力を約0psiから200psi
（相対圧力）に調整することができる。システムの残り
の部分は基本的に、石炭に関して前記で説明したとおり
である。
石炭を処理する際、処理液体は、淡水でも、水と炭酸
カルシウム、ナトリウム、または水酸化カルシウムの溶
液でもよい。石炭以外の有機材料の場合、炭酸と水を使
用して酸ハイドロシスを使用することができる。プロセ
ッサを使用してHDPEプラスチックを油に転化すること
も、あるいは、プラスチックと石炭の50％質量・質量比
の混合物をコークスと油を生成するように処理すること
もできる。これによって、処理される石炭１トン当たり
に油が５バレルだけ増加する。
処理材料を加熱するガス・ヒータが開示されている
が、他の熱源を使用できることが明らかになろう。弁、
ポンプなどは、手動で、あるいはコンピュータ化された
自動制御によって操作することができる。
第２の実施例を示す第２図を参照すると、処理材料を
受け取るホッパ110が提供されている。処理材料は、無
機材料でも、有機材料でもよい。処理材料を受け取って
第１の材料ポンプ116aに送る材料取込み導管114がホッ
パ110に接続されている。第１の実施例と同様に、粉砕
機111を使用して大きな材料片をせん断、微粉砕、また
は粉砕することができる。従来型のストレーナ112をホ
ッパ110内に置き、あるいはホッパに隣接させて、大き
な材料片がシステムの導管に進入するのを防ぐことがで
きる。この材料取込み導管114内の処理材料は、重力ま
たはポンプ（図示せず）によって駆動される。
個別の液体貯蔵タンク147が処理液体を保持する。好
ましい処理液体は水である。しかし、処理液体は任意の
有機溶液であってよい。この例には、アルコール、トル
エン、塩化メチレン、ヘキサンが含まれる。この処理液
体は、重力または個別のポンプ（図示せず）によって液
体取込み導管113を介して第１の液体ポンプ116bに流れ
る。
処理材料は、第１の材料ポンプ116aによって第１のス
ラリー導管117にポンピングされる。同様に、処理液体
は、第１の液体ポンプ116bによって第１のスラリー導管
117にポンピングされる。２つのポンプは共に、モータM
3によって駆動される。第２図に示したように、２台の
ポンプ116と第１のスラリー導管117の間に混合ジョイン
ト117aが配設されている。具体的には、混合ジョイント
117aは、一方の取込み開口部が材料取込み導管114に接
続され、他方の取込み開口部が液体取込み導管113に接
続された２つの取込み開口部を有するＹ字形またはＴ字
形である。一方の吐出開口部は、第１のスラリー導管11
7に接続されている。この構成の結果、処理液体および
処理材料は、流動可能な液体材料スラリーまたはエマル
ションを形成するように混合または乳化され、ポンプに
よって圧力下に置かれる。２台のポンプ116a、116bでは
なく１台のポンプを使用することができ、かつ材料と液
体の混合を、それらがポンプに入る前に行うことができ
ることが認識されよう。
スラリーは、ポンプ116a、116bを通過した後、加圧さ
れる。この圧力は、事前に確立することができ、ポンプ
116a、116bと２つの吐出弁170、126との相互作用と、ポ
ンプと弁の間のスラリーの温度によって制御される。
システムを介して流れる材料、エマルション、スラリ
ー、液体およびガスの加熱または冷却を助けるために、
様々な熱伝導技法が使用される。たとえば、第２図に示
したシステムには、３つの熱交換器が組み込まれている
（第３、４、５図では概略的に示されている）。第１の
スラリー導管117を介して流れる処理材料は、同心外部
パイプ173（蒸気導管の第２の枝）において逆方向に流
れる蒸気の形の液体によって予熱される。この逆流熱伝
導技法または逆流熱交換技法を第３図に示す。
スラリーはさらに、同心外部パイプ177（吐出導管の
第２の枝）において逆方向に流れる高温の油生成物また
は蒸気油の形の液体によって予熱される。この逆流熱交
換器を第４図に示す。したがって、２つの熱交換器は第
１のスラリー導管117に沿って直列である。
スラリーは、加圧下で、第１のスラリー導管117内で
第１のリアクタ120へ移動する。この第１のリアクタ120
は、スラリーを受け取り、それを第１の所定の温度まで
加熱すると共にそれに第１の圧力を加える。
第１のリアクタが、スラリーを、第１のスラリー導管
で得られたスラリーの温度よりも高い温度まで加熱する
ことも、第１のスラリー導管で得られたスラリーと同じ
温度まで加熱することもあることに留意されたい。
第６図に詳細に示した第１のリアクタ120は、取込み
端部118と、吐出端部121と、取込み端部から吐出端部へ
スラリを移動する内部手段とを有する円筒形シェル220
である。スラリーを移動する手段は、内部ねじまたはオ
ーガ221である。このオーガは、取り付けられた螺旋状
羽根223を含む中央軸222を有する。軸222は、ボルト留
めされた端部ピース225および端部226で支えられた端部
ブラケット223によって第１の円筒形リアクタ内で支え
られている。ねじまたはオーガは、その一端に取り付け
られた外部モータM1によって駆動される。
内容物を加熱するために、第１のリアクタ120の円筒
形シェル220の周りに螺旋状ヒータ線127などの外部加熱
手段が巻かれている。リアクタ内の熱損失を防ぎ、リア
クタ120の外部に位置する人間および物体に対する怪我
または損傷を防ぐために、加熱線127およびシェル220の
周りに絶縁層228が置かれている。
内部オーガが示されているが、第１の実施例（第１
図）の熱交換器コイル24およびバーナ33と同様に、チュ
ーブ熱交換器およびバーナを使用することができる。
第１のリアクタ120の上部位置にある吐出端部121に
は、第１のリアクタからの蒸気の流れを制御できるよう
にする開口部および逃がし弁170がある。この蒸気は、
水と汚染物質とから成り、逃がし弁170を流れ、蒸気導
管171の第１の枝に入る。もちろん、逃がし弁を第１の
リアクタから離間し、かつ第１のリアクタに接続された
蒸気導管の第１の枝内に配設することができることが認
識されよう。
遠心式分離器などの分離器172は、この蒸気導管の第
１の枝171に沿ってかつ前記枝内に位置決めされてい
る。この分離器172は、重量の大きな材料および汚染物
質を蒸気から分離する。したがって、より純粋な形の蒸
気は、蒸気導管171の第１の枝内を前進して、蒸気導管1
73に接続された第２の枝へ進む。第３図に示したよう
に、蒸気導管173の第２の枝は、第１のスラリー導管117
と同心であり、前記導管に平行である。これらの同心導
管117、173内の流れは逆である。その結果、第２図で分
かるように、第１のスラリー導管117で左から右へ流れ
るスラリーは、蒸気導管173の外部の第２の枝で右から
左へ流れる蒸気によって加熱される。同時に、蒸気は、
逆流する冷却器スラリーによって冷却される。
蒸気は、第２の枝173から蒸気導管174の第３の枝に流
れ込み、この枝を通過して、処理液体を保持する個別の
液体貯蔵タンク147に流れ込む。第３の枝174は、処理材
料を加熱または予熱するためにホッパ110を通過するよ
うに設計されている。
この設計によって、処理液体は、システムを介して再
利用される。
第１のリアクタ120の吐出端部121には、第１のリアク
タから第２のリアクタ128へのスラリの流量を制御でき
るようにする第２の流量弁126もある。この第２の流量
弁126は、第１の流量弁である逃がし弁170と同期させる
ことが好ましい。２つの弁126、170は、共に開放及び閉
鎖する。
第２のスラリー導管122は、２基のリアクタ120、128
を接続し、リアクタ間の流量を制御する第２の流量弁12
6がこのスラリー導管に配設されている。第２の流量弁1
26は、差圧調整器として動作する。
ポンプ116と、第１のスラリー導管117と、第１のリア
クタ120と、第２のスラリー導管122と、流量弁126とを
含むプロセッサのこの部分を低温高圧（LTHP）部と呼ぶ
ことができる。第１の実施例と同様に、システムのLTHP
部中の圧力は、第１のリアクタ120の温度および容積の
関数である。処理材料が、処理液体に水和し、あるいは
処理液体で飽和するのは、システムのこのLTHP部であ
る。
スラリーまたはエマルションの流量は、第１のリアク
タの長さ、またはオーガ用のモータM1のモータ速度によ
って制御することができる。流量は、加圧下でのハイド
ロシス反応に十分なドエル・タイムを与えるのに十分な
ものでなければならない。この場合も、第１の実施例と
同様に、LTHP部の高圧によって、炭化水素などの揮発性
成分が有機材料の溶液中で溶解され続ける。温度、圧
力、流速、およびドエル・タイムの動作パラメータは、
適切な飽和または水和がもたらさせるように平衡させな
ければならない。
スラリーは、加圧下で、第２のスラリー導管122内で
第２のリアクタ128へ迅速に移動する。この第２のリア
クタ128は、スラリーを受け取り、スラリーに加えられ
る圧力を、第１のリアクタの第１の圧力から第２のより
低い圧力に減少させ、かつスラリーを第１のリアクタの
第１の所定の温度から第２の所定の温度まで加熱する。
第２のリアクタ128を含むシステムのこの部分は、プロ
セッサの高温低圧（HTLP）部と呼ぶことができる。第２
のリアクタ内での圧力の急激な減少と温度の急激な増加
が相まって、スラリは、固体から成る第１の副産物と、
揮発性ガスと液体油（炭化水素）とから成る少なくとも
１つの第２の副産物として改質する。
高温であり、かつ第１のリアクタで加圧されていたス
ラリーが、より高温であるがより圧力の低い第２のリア
クタに移動するので、スラリーは、第２の流量弁が開放
されたときに爆発的な膨張を受ける。
第２のリアクタ128は、第１のリアクタ120と同様に構
成されている。この第２のリアクタは、取込み端部127
と、吐出端部129と、取込み端部から吐出端部へスラリ
を移動する内部手段とを有する円筒形シェルである。ス
ラリーを移動する手段はやはり、内部ねじまたはオーガ
であることが好ましい。ねじまたはオーガは、その一端
に取り付けられた外部モータM2によって駆動される。
第１のリアクタと同様に、内容物を加熱するために、
第２のリアクタ128の円筒形シェルの周りに螺旋状ヒー
タ線など外部加熱手段が巻かれている。リアクタ内の熱
損失を低減し、リアクタの外部に位置する人間および物
体に対する怪我または損傷を防ぐために、加熱線上に絶
縁層が置かれている。
スラリーまたはエマルションの流量は、第２のリアク
タの長さ、またはオーガ用のモータM2のモータ速度によ
って制御することができる。流量は、反応または改質に
十分なドエル・タイムを与えるのに十分なものでなけれ
ばならない。温度、圧力、流速、およびドエル・タイム
の動作パラメータは、この反応または改質がもたらさせ
るように平衡させなければならない。
リアクタの底部にある吐出端部129には、リアクタ128
の底部に落下する固体に落下を継続させ、かつこの固体
を個別の固体貯蔵設備132に除去することができるよう
にする開口部および底部パイプ175がある。また、第２
のリアクタ128の上部位置にある吐出端部129には、蒸気
油（揮発性ガスおよび流体）が第２のリアクタに逃げら
れるようにする開口部および吐出導管176がある。この
蒸気油は、吐出導管176の第１の枝を通過して吐出導管1
77の第２の枝に流れ込む。
第４図に示したように、第２の吐出枝177は、第１の
スラリー導管117と同心であり前記導管に平行である。
これらの同心導管177、117内の流れは逆である。その結
果、第２図で分かるように、第１のスラリー導管117で
ほぼ上向きにスラリーは、吐出導管の第２の枝でほぼ下
向きに流れる蒸気油によって加熱される。同時に、蒸気
油は、逆流する冷却器スラリーによって冷却される。
この蒸気油は、吐出導管177の第２の枝から吐出導管1
78の第３の枝に流れ込む。この第３の枝内178内に吐出
弁179が配設されている。
したがって、システムにおける第２の流量弁126と吐
出弁179の間の圧力は同じになる。蒸気油は吐出導管の
第２および第３の枝177、178にある間、圧力および温度
は、水などの処理液体と油が、凝縮して、気相になる揮
発性成分から分離するように調整される。
揮発性ガスは、本発明の第１の実施例で示したよう
に、必要に応じて、燃焼させることも、さらに凝縮させ
ることも、分離することもできる。
吐出導管の第３の枝178を流れる処理液体および油
は、第３の熱交換器を通過する。たとえば、水やグリコ
ールなど個別の冷却液を冷却液チャンバ183に貯蔵し
て、吐出導管178の第３の枝中の蒸気油に隣接し、ある
いは同心でかつ逆向きの冷却液パイプ181、182を介して
輸送することができる。逆流の概略を第５図に示す。
第３の枝または吐出導管178中の処理液体および油は
続いて、重力分離器に流れ込み、そこで、従来型の手段
によって石油と処理液体が分離される。処理液体は、分
離器180の下部開口部を通過し、液体タンク147に接続さ
れた戻りパイプ181に入り、システムを介して再利用さ
れる。油は、分離器180の個別の開口部を通過し、油フ
ィルタ183が配設された油パイプ182に入り、貯蔵油タン
ク184に進む。
すべての蒸気を除去するために通気システムが設けら
れている。この通気システムは、液体タンク通気パイプ
193、油タンク通気パイプ192、および分離器通気パイプ
191に接続され、かつそれらから蒸気が送られてくる一
次通気パイプ190を備えている。インライン一方向パイ
プ194によって、蒸気の逆流とタンクの汚染が防がれ
る。一次通気パイプ190は、アキュムレータ196、接続パ
イプ197、および貯蔵タンク198に接続された第２の枝パ
イプ195に蒸気を送り込む。
前述のシステムは完全に自動化することができる。温
度、圧力、ドエル・タイム、および弁は、制御パネルか
ら手動で制御することも、あるいはコンピュータによっ
て自動的に制御することもできる。
このプロセスは、無機処理材料と共に使用することも
できる。たとえば、処理材料が酸化第一鉄（Fe2O3）で
あり、処理液体が水である場合、上述のシステムを使用
して、蒸気（H2OおよびO2）と、融解された純粋な鉄と
を生成することができる。蒸気は、両方のリアクタから
導く必要がある。
石炭を脱硫するには、石炭を処理材料として使用する
ことができる。２基のリアクタではなく３基のリアクタ
を使用する。石炭を飽和させる２基の第１のリアクタが
あり、そのうちの第１のリアクタは水を処理液体として
使用し、第２のリアクタは第１のリアクタに直列接続さ
れ、過酸化水素などの酸化剤（１％ないし３％）を使用
する。
前記から、熱解重合プロセッサ（TDP）と呼ぶことの
できる新規の改良されたプロセッサが提供されたことが
明らかであるはずである。このプロセッサは、様々な材
料を有用で価値ある生成物に転化するように操作するこ
とができる。たとえば、普通なら環境問題を発生させる
ごみ、木の葉、草などのものを有用な生成物に転化し、
それによって、ごみ埋立地および焼却炉を不要にするこ
とができる。このプロセッサは、単一の家庭用の小型の
装置や、市町村や大規模な病院で使用する大型の装置な
ど、様々な寸法で構成することができる。
以下のことは、本発明の第２の実施例を使用する特定
の例である。
第１の例 ホッパ110内に置いた処理材料のタイプ：大部分は有機
物 ホッパ110中の材料の温度:30℃から150℃ ホッパ110と第１の材料ポンプ116aの間の材料取込み導
管114中の材料の温度:150℃ ホッパ110と第１の材料ポンプ116aの間の材料取込み導
管114中の材料の圧力:0psi（ATM） タンク147中の水の圧力:30℃から90℃ タンク147中の水の圧力:0psi ポンプ116と第１のリアクタ120の間の第１のスラリー導
管117中のスラリーの温度:150℃から250℃ ポンプ116と第１のリアクタ120の間の第１のスラリー導
管117中のスラリーの圧力:150psiから600psi 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間のスラリーの温度:150℃から250℃ 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間のスラリーの圧力:150psiから600psi 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間をスラリーが移動する時間:10分から15分 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間のスラリーの温度:300℃から500℃ 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間のスラリーの圧力:0psiから200psi 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間をスラリーが移動する時間:10分から15分 弁179の後の吐出導管178の第３の枝中の蒸気油の温度:3
0℃ 弁179の後の吐出導管178の第３の枝中の蒸気油の圧力:0
psiから20インチHg プロセスによって生成される固体のタイプ：炭素（純
粋） プロセスによって生成される液体のタイプ：非常に軽質
な粘度の原油（５−30炭素）（ハイ・グレード・クラッ
キング・ストック）／（＃３ないし＃４ディーゼル燃
料） プロセスによって生成されるガスのタイプ:1−５炭素を
有する混合物（メタン−ペンタン） 第２の例 ホッパ110内に置いた処理材料のタイプ：トリグリセリ
ド（脂肪） ホッパ110中の材料の温度:150℃ ホッパ110と第１の材料ポンプ116aの間の材料取込み導
管114中の材料の温度:150℃ ホッパ110と第１の材料ポンプ116aの間の材料取込み導
管114中の材料の圧力:0psi（ATM） タンク147中の水の圧力:30℃から90℃ タンク147中の水の圧力:0psi ポンプ116と第１のリアクタ120の間の第１のスラリー導
管117中のスラリーの温度：少なくとも150℃ ポンプ116と第１のリアクタ120の間の第１のスラリー導
管117中のスラリーの圧力:200psi 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間のスラリーの温度:200℃ 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間のスラリーの圧力:200psi 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間をスラリーが移動する時間:15分 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間のスラリーの温度:400℃ 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間のスラリーの圧力:100psi 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間をスラリーが移動する時間:15分 弁179の後の吐出導管178の第３の枝中の蒸気油の温度:3
0℃ 弁179の後の吐出導管178の第３の枝中の蒸気油の圧力:0
psi プロセスによって生成される固体のタイプ：コークス プロセスによって生成される液体のタイプ：非常に軽質
の粘度の原油（５−30炭素）（ハイ・グレード・クラッ
キング・ストック）／（＃３ないし＃４ディーゼル燃
料） プロセスによって生成されるガスのタイプ:1−５炭素を
有する混合物（メタン−ペンタン） 第３の例 ホッパ110内に置いた処理材料のタイプ：石炭 ホッパ110中の材料の温度:30℃ ホッパ110と第１の材料ポンプ116aの間の材料取込み導
管114中の材料の温度:30℃から150℃ ホッパ110と第１の材料ポンプ116aの間の材料取込み導
管114中の材料の圧力:0psi（ATM） タンク147中の水の圧力:30℃ タンク147中の水の圧力:0psi ポンプ116と第１のリアクタ120の間の第１のスラリー導
管117中のスラリーの温度:200℃ ポンプ116と第１のリアクタ120の間の第１のスラリー導
管117中のスラリーの圧力:600psi 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間のスラリーの温度:250℃ 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間のスラリーの圧力:600psi 第１のリアクタ120（弁126）の取込み端部118と吐出端
部121の間をスラリーが移動する時間:15分 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間のスラリーの温度:500℃ 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間のスラリーの圧力:100psi 第２のリアクタ128の取込み端部127（弁126）と吐出端
部129の間をスラリーが移動する時間:15分 弁179の後の吐出導管178の第３の枝中の蒸気油の温度:3
0℃ 弁179の後の吐出導管178の第３の枝中の蒸気油の圧力:0
psi プロセスによって生成される固体のタイプ：炭素（純
粋） プロセスによって生成される液体のタイプ：非常に軽質
な粘度の原油（５−30炭素）（ハイ・グレード・クラッ
キング・ストック）／（＃３ないし＃４ディーゼル燃
料） プロセスによって生成されるガスのタイプ:1−５炭素を
有する混合物（メタン−ペンタン） 特定の実施例を図示し説明したが、本発明の趣旨から
著しく逸脱することなく多数の修正が構想され、保護の
範囲は、添付の請求の範囲の範囲によって限定されるだ
けである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B09B 3/00 - 5/00 C10G 1/00 - 75/04 C02F 11/00 - 11/20 B01J 19/00 - 19/32

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】処理材料を他の有用な生成物に転化するプ
    ロセッサにおいて、処理材料を受け取うようになされた
    第１のレセプタクル手段（10、110）と、処理液体を受
    け取るようになされた第２のレセプタクル手段（47、14
    7）と、処理材料を前記処理液体と混合して流動可能な
    スラリーを形成するミキサ手段（10、12、14、113、11
    4、117a、117）と、前記ミキサ手段（10、12、14、11
    6、117）に接続され、前記スラリーを受け取り、第１の
    所定の温度まで加熱し、前記スラリーに第１の圧力を加
    えるようになされた、第１システム手段（16、17、18、
    21、24、26、120）とを含み、前記第１システム手段（1
    6、17、18、21、24、26、120）に接続され、前記スラリ
    ーを受け取り、それに加えられている圧力を前記第１の
    圧力から、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に減少
    させ、前記第１の所定の温度から第２の所定の温度まで
    前記スラリーを加熱し、前記スラリーを第１の副産物お
    よび第２の副産物として改質する第２システム手段（2
    6、27、28、128）と、前記第２システム手段（26、27、
    28、128）から前記第１の副産物を受け取る第１の回収
    手段（28、31、32、175、132）と、前記第２システム手
    段（26、27、28、128）から前記第２の副産物を受け取
    る第２の回収手段（29、19、176、177、178、180、18
    2、184）とを特徴とするプロセッサ。
  2. 【請求項２】前記ミキサ手段（10、12、14）がミキサ
    （10、12、14）であり、前記第１システム手段（16、1
    7、18、21、24、26）が、一端（17）で前記ミキサ（1
    0、12、14）に接続され、第１の端部にポンプ（16）を
    有し、かつ第２の端部（24）に弁（26）を有し、前記ス
    ラリーを受け取り、加熱し、それに加えられている圧力
    を増加させるようになされた導管（17、18、21、24）で
    あることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプロセ
    ッサ。
  3. 【請求項３】前記第２システム手段（26、27、28）が、
    前記導管（24、26）の前記第２の端部に接続され、前記
    スラリーを受け取り、前記スラリーに加えられている圧
    力を減少させるようになされ、前記スラリーを加熱して
    第１の副産物および第２の副産物として改質する加熱手
    段（33、22）を有する膨張容器（28）であることを特徴
    とする請求範囲第２項に記載のプロセッサ。
  4. 【請求項４】前記第２の回収手段（29、19）が、前記膨
    張容器（28）に接続され、前記第２の副産物を受け取
    り、冷却し、前記２の副産物に加えられている前記圧力
    を増加させ、前記第２の副産物を第３の副産物（67）お
    よび第４の副産物として分離するようになされた、一次
    凝縮器（29、19）と、前記一次凝縮器（29、19）から前
    記第４の副産物を受け取る第３の回収手段（61、62、6
    3）とを含むことを特徴とする請求の範囲第３項に記載
    のプロセッサ。
  5. 【請求項５】前記第３の回収手段（61、62、63）が、前
    記一次凝縮器（29、19）に接続され、前記第３の副産物
    を受け取り、前記第３の副産物に加えられている前記圧
    力を増加させ、前記第３の副産物を冷却して第５の副産
    物および第６の副産物として分離するようになされた、
    二次凝縮器（63）と、前記二次凝縮器（63）から前記第
    ６の副産物を回収する第４の回収手段（67）とを含むこ
    とを特徴とする請求の範囲第４項に記載のプロセッサ。
  6. 【請求項６】前記膨張容器（28）が、バーナ・アセンブ
    リ（33）によって加熱され、前記バーナ・アセンブリ
    （33）に供給されるガスが、前記気体副産物（73）のう
    ちの１つであり、前記第１の導管（17、18、21、24）
    が、前記膨張容器（22、36、41、43、42、44）および前
    記一次凝縮器（19、61）から放出される熱によって加熱
    されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のプロ
    セッサ。
  7. 【請求項７】前記処理液体が水であることを特徴とする
    請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のプ
    ロセッサ。
  8. 【請求項８】前記第１システム手段（120）が第１のリ
    アクタ（120）であり、前記第２システム手段（128）
    が、前記第１のリアクタ（120）に接続された第２のリ
    アクタ（128）であることを特徴とする請求の範囲第１
    項に記載のプロセッサ。
  9. 【請求項９】前記第２の回収手段（176、177、178、18
    0、182、184）が、前記第２のリアクタ（128）に接続さ
    れ、前記第２の副産物を受け取り、冷却して、前記第２
    の副産物を第３の副産物および第４の副産物として分離
    するようになされた、凝縮器（183、181、182）を含む
    ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載のプロセッ
    サ。
  10. 【請求項１０】前記第１のレセプタクル手段（110）
    が、材料取込み導管（114）に接続されたホッパ（110）
    であり、前記ホッパ（110）が、処理材料を予熱するよ
    うになされ、前記第２のレセプタクル手段（147）が、
    液体取込み導管（174）に接続された液体タンクである
    ことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のプロセッ
    サ。
  11. 【請求項１１】前記ミキサ手段（113、114、117a、11
    7）が、それぞれ、前記材料取込み導管（114）と前記液
    体取込み導管（113）のうちの一方に接続された、２つ
    の取込み開口部と、第１のスラリー導管（117）に接続
    された１つの吐出開口部とを有する混合ジョイント（11
    7a）であることを特徴とする請求の範囲第10項に記載の
    プロセッサ。
  12. 【請求項１２】各前記リアクタ（120、128）が、取込み
    端部（118、127）と、吐出端部（121、129）と、前記ス
    ラリーを前記取込み端部（118、127）から前記吐出端部
    （121、129）へ移動する手段（221、222、223）とを有
    し、かつ各前記リアクタ（120、128）が、外部熱源（22
    7）によって加熱されることを特徴とする請求の範囲第1
    1項に記載のプロセッサ。
  13. 【請求項１３】各前記リアクタ（120、128）が、円筒形
    シェル（220）であり、前記スラリーを前記取込み端部
    から前記吐出端部へ移動する各前記手段が、内部オーガ
    （221、222、223）であり、各前記加熱手段が、前記円
    筒形シェル（220）の周りに巻かれたヒータ（227）であ
    ることを特徴とする請求の範囲第12項に記載のプロセッ
    サ。
  14. 【請求項１４】前記処理液体が水であることを特徴とす
    る請求の範囲第８項から第13項のいずれか一項に記載の
    プロセッサ。
  15. 【請求項１５】処理材料を他の有用な生成物に転化する
    方法において、処理材料を処理液体と混合して流動可能
    なスラリーを形成するステップと、前記スラリーをリア
    クタに移送するステップと、前記スラリーが前記第１の
    リアクタ中にある間に、第１の所定の温度まで前記スラ
    リーを加熱し、かつ第１の圧力を前記スラリーに加える
    ステップとを含み、前記スラリーに加えられている圧力
    を前記第１の圧力から、前記第１の圧力よりも低い第２
    の圧力に減少させ、前記第１の所定の温度から第２の所
    定の温度まで前記スラリーを加熱し、前記スラリーを第
    １の副産物および第２の副産物として改質するステップ
    と、前記第１の副産物を回収するステップを特徴とする
    方法。
  16. 【請求項１６】前記第２の副産物を冷却するステップ
    と、前記第２の副産物を第３の副産物および第４の副産
    物として分離するステップを特徴とする請求の範囲第15
    項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記移送が、前記スラリーをポンピング
    し、同時に、プロセスから得られた少なくとも１つの加
    熱された流体で前記スラリーを予熱することによって行
    われることを特徴とする請求の範囲第15項または第16項
    に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記第２の副産物に対する前記圧力を増
    加させ、同時に、前記第２の副産物を冷却して、別々の
    成分を生成することを特徴とする請求の範囲第15項から
    第17項のいずれか一項に記載の方法。
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