JP4757443B2

JP4757443B2 - 粉粒状材料の酸化処理方法および酸化処理のための装置

Info

Publication number: JP4757443B2
Application number: JP2003543757A
Authority: JP
Inventors: ドクター・アキム・リード; マーチン・カンプマン; フランク・スプランチェル
Original assignee: ゲブリューダーレーディゲマシネンバウ−ゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング; ウェデコウムヴェルトテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: DE10156540A1; JP2005509056A

Description

本発明は、処理器(container) 内における粉粒状材料（bulk material)の酸化処理方法
、およびその処理器に接続されかつ酸素を酸素とオゾンとのガス混合物に前処理する前処
理部に関するものである。ここで、処理器に流れ込む該混合物は、被処理粉粒状材料と混
合され、そして処理器から流れ出るガス混合物は、もしそれがなおもオゾンを含むときは
、固形物を除去しかつ酸素に還元するためにその処理器の下流に設けられた装置内におい
て精製される。

そのような方法は、ＤＥ１９５１２４４８Ｃ２により知られるようになっている。当該
公知の方法によって、汚染された材料、特に土壌材料は、オゾンイオンでバッチ操作ミキ
サー内にて処理される結果、土壌中に存在する汚染物質が壊される。酸化可能な汚染物質
は、酸素、水または二酸化炭素のような環境的にフレンドリーな成分に分解される。土壌
材料を汚染している有機および無機の汚染物質は、その酸化性能がイオン化されていない
オゾン分子のそれよりも大きいオゾンイオンでの処理により壊される。同時に、ミキサー
内の汚染された土壌材料は、オゾンイオンが導入される間、激しく揺動される。

さらに、ドイツ公開公報４３０２０２０には、土壌中に析出した物質の酸化的破壊のた
めの方法が開示されている。この方法のために、土壌はオゾンを含む酸素で回転反応器内
にて処理される。
ＤＥ１９５１２４４８Ｃ２ドイツ公開公報４３０２０２０

本発明の目的は、酸素とオゾンとのガス混合物で処理することにより選択的に粉粒状材
料の製品特性を変えることにあり、その結果、酸素とオゾンとのガス混合物で処理された
粉粒状材料のｐＨは特定の値を有するようになる。

本発明によれば、この目的は次の事実によって達成される。すなわち、処理器内で処理
されるべき粉粒状材料は、酸素とオゾンとのガス混合物での処理の前および／または処理
の間に吸湿される結果、粉粒状材料の水分含量は被処理粉粒状材料の合計重量に対して４
０重量％以下とされる。

それと共に、本発明の方法は、酸素とオゾンとのガス混合物と被処理粉粒状材料との間
の反応の程度が、水分の付加によって選択的に制御されうるという特徴的な利点を有する
。粉粒状有機材料の酸化および／または鎖および／または環構造の開裂が水分の付加によ
って制御されるだけでなく、処理されるべきものであってかつ酸素とオゾンとのガス混合
物との処理のための出発点を形成する粉粒状材料のｐＨがまた特定される。粉粒状材料の
吸湿は、個々の粒子につき膨潤を起させるか液膜でコートさせ、それは、被処理粉粒状材
料に応じて、個々の要素グループの酸化に好都合に働く。被処理粉粒状材料に導入された
水分は、酸素とオゾンとのガス混合物と反応するか、粉粒状材料自身との反応を選択的に
サポートする。界面反応上のポジティブな効果があり、かつ粉粒状材料の個々の粒子は、
酸素とオゾンとのガス混合物との酸化のためにより受容性となる。反応を選択的に遂行す
ることが可能となる。

水分は、少なくともバッチで、流動可能で流れうる粉粒状材料挙動を保つ程度まで、被
処理粉粒状材料に加えられる。被処理粉粒状材料はミキサー中で強く動かされる結果、湿
らせられまたは特定の水分含量を有する粉粒状材料粒子は、ミキサー中に導入された酸素
とオゾンとのガス混合物との最も可能性のある接触を達成し、所望の反応が行われる。澱
粉、ココア片、カオリンまたはメカニカルウッドパルプの如き被処理粉粒状材料は、酸素
とオゾンとのガス混合物との処理の前および／または処理の間に、所望の方法で反応を行
うために要求される程度において、湿らせられる。本発明の方法により、ｐＨの変化（た
とえば澱粉のケースにおいては５．５から３．０への変化）が、非常に効率的に、選択的
に、かつ１分〜６０分というような非常に短時間の間にもたらせられ、親水性が増加され
、温度機能としての溶解性挙動が変化され（たとえば低減され）、そして溶液中の一定の
固形分含量での粘度の低下のような粘度変化が達成される。被処理粉粒状材料は、異なる
ミキシングエレメントによってミキサー内で動かされる。そして同時に、混合コンテナは
、多くの場合、水平に、垂直面に角度をもって、あるいは垂直になるように、並べられる
。本発明の方法は、バッチ操作、半連続操作および連続操作にとって適当である。

他の粉粒状材料のために、酸素とオゾンとのガス混合物に対する被処理粉粒状材料の製
品のセンシティビティ（感受性）は、酸素とオゾンとのガス混合物との処理の前におよび
／または処理の間の水分の程度によって強められまたは弱められる。アルコール基は選択
的に酸基に変換され、処理された最終製品は、もし所望なら、より極性にされ、あるいは
天然材料中に生じる化合物は酸化される。その結果、本発明の方法で処理された粉粒状商
品は、より少ない色調となり、そして高濃度での溶液においてもより低い粘度を有する。
たとえば粉粒状材料中に存在する微生物は、酸素とオゾンとのガス混合物との処理の前お
よび／または処理の間の水分含量に応じて不活性化されうる。本発明の方法は、オゾンの
広範な反応が、処理器内で確かにされたこの大きな気−固交換によって確かにされるとい
う事実により、特色づけられる。粉粒状材料および本プロセスの遂行に応じて、被処理粉
粒状材料中を通過するオゾンの７０〜１００％が反応する結果、廃ガス中のオゾンの比率
は（それは該ガスが大気を汚染することなしにリリースされる前に酸素に還元されなけれ
ばならないが）、非常に少量となる。

本発明の方法のさらなる発展において、被処理粉粒状材料は、酸素とオゾンとのガス混
合物との処理の前および／または処理の間に、冷却または加熱される。

これは、被処理粉粒状材料の温度が、反応の期間中選択的に変えられるという利点を持
つ。その結果、所望の方法でプロセスを遂行することが容易になり、反応の効率が改良さ
れ、そして反応の選択的ステップが好都合となる。発熱反応のケースにおいては、被処理
粉粒状材料の反応温度は、酸素とオゾンとのガス混合物との処理の間、粉粒状材料を冷却
することによって一定に保たれる。

本発明の方法のさらなる発展において、被処理粉粒状材料は、水で、または酢酸あるい
は水酸化ナトリウムの溶液のような水溶液で吸湿される。

これは、反応のかなりのステップが、酸素とオゾンとのガス混合物との処理の間、好都
合となりまたは遅らせることができるという利点を持つ。異なる製品特性が、もし、たと
えば澱粉の酸素とオゾンとのガス混合物との処理がｐＨ５．５でまたはｐＨ７で開始され
るならば、あるいはもし酸素とオゾンとのガス混合物との処理の前に澱粉の膨潤が変えら
れるならば、達成される。

本発明の方法と共に、被処理粉粒状材料の天然材料の部分および／または粉粒状材料自
体が、酸化および／または解重合される。これは、酸素とオゾンとのガス混合物で処理さ
れた粉粒状材料が、未処理の粉粒状材料を特徴づけるものではない新しい製品特性を有す
るという利点を持つ。たとえば、本発明の方法により処理される粉粒状材料は、たとえば
低温における完全な溶解性を要求される応用プロセスに使用されうる。

さらに、本発明の方法の１バージョンにおいて、被処理粉粒状材料は、処理器内で酸素
とオゾンとのガス混合物と１バール以上の圧力下に混合される。これは、被処理粉粒状材
料中のオゾンのより大きな変換がなされるという利点を有する。

有利には、被処理粉粒状材料の酸化および／または解重合は、処理器内に流れ込みある
いは処理器から流れ出るガス混合物中のオゾンの比率が連続的にまたは特定のタイムイン
タバルで決定されて、制御されおよび／または規制された条件下に遂行される。このこと
は、ガス混合物中のオゾンの比率が被処理粉粒状材料との反応にとって最も可能性のある
方法で利用されるという利点を持ち、そして同時に、処理される材料が所望の特定の製品
特性を有するように、処理時間が決定される。

有利には、酸素とオゾンとのガス混合物で処理される粉粒状材料のために特定される製
品特性は、粉粒状材料の水分含量を決定することにより、制御および／または規制される
。このことは、粉粒状材料の酸素とオゾンとのガス混合物との処理が、簡単なプロセスパ
ラメーターを決定することによってモニターされかつチェックされるという利点を有する
。

酸素とオゾンとのガス混合物中のオゾン濃度および／または処理器中の酸素とオゾンと
のガス混合物の滞留時間のバリエーション（変動の程度）は、さらなるプロセスパラメー
ターである。

このことは、被処理粉粒状材料の製品センシティビティが一般に考慮に入れられ、かつ
オゾンに対する粉粒状材料の製品センシティビティが特に考慮に入れられるという利点を
有する。製品の品質は改良され、そして処理に必要とされるオゾン量が最適化すなわち最
小化される。

もし処理器が１０〜８０体積％の程度まで満たされるときに操作されるならば、特に利
点が大きい。これは、被処理粉粒状材料が処理器内で強く動かされる結果、均質で均一な
吸湿のために要求される個々の粒子の位置的変化が、酸素とオゾンとのガス混合物との接
触と同様に、保証されるからである。液体およびガスが、被処理粉粒状材料と強く交換さ
れる限り、使用される液体およびガスの量が最小化され、かつ固体−ガス間の反応時間が
短くされる。

好ましくは、被処理粉粒状材料の酸化および／または解重合は、バッチでおよび／また
は連続的に操作されるすき型ミキサー内で遂行される。これは、被処理粉粒状材料が、こ
れらの機械内で、ブラストロック内で、同様に機械的に生成される流動床で、あるいは混
合される材料場（リング）内で動かされるという利点を有する。これらの機械内において
、粉粒状材料は、一方では均質かつ均一に吸湿され、他方では酸素とオゾンとのガス混合
物で処理される。

もし酸素とオゾンとのガス混合物と、水または水溶液からなる液体とが、処理器の低部
において同時にあるいは被処理粉粒状材料中にオフセット時間で導入されるならば、それ
は特に効率的である。これは、酸素とオゾンとのガス混合物と同様に液体が、被処理粉粒
状材料との強い接触をもたらすという利点を有するからである。濃度の点での局所的増加
は確実に避けることができ、そしてより大きな集塊もまた排除される。

好都合なことには、酸化および／または解重合後の最終製品は、処理器中で所望の最終
水分含量にまで乾燥される。これは、特定の残存水分含量を持つ特定の最終製品となるた
めには、酸素とオゾンとのガス混合物で処理された粉粒状材料を乾燥するためにさらなる
装置が要求されないという利点を有する。同様に、目的とする最終製品の粒度分布は、処
理器内に可動に搭載されたミキシングエレメントを種々変更させることによって、および
／または処理器内で高速で回転する付加的なミキシング、カッティングおよび／またはア
グロメレーティング（集塊）エレメントによって、達成されるからである。これは、本発
明の方法およびそこで好適に使用される機械類と協同して、広範囲の製品バリエーション
が達成されるという利点を有する。

本発明のさらなる利点および可能な応用は、例として１つの可能な方法を示している次
の図面の記述から浮かび上がる。

本発明の方法のための高度にダイアグラム化したフローダイアグラムには、１０でラベ
ルされかつ粉粒状材料の酸化的処理を意図する装置の構造が示されている。被処理粉粒状
材料１１は、製品入口コネクティングピース１４上から矢印１３の方向に、すき型ミキサ
ー１２内にもたらされる。その上にミキシングエレメント１６（本ケースではすき型ブレ
ード）が搭載されているミキシングシャフト１５は、すき型ミキサー１２の内部を貫通し
ている。ミキシングエレメント１６は、被処理粉粒状材料１１がミキシングスペース内で
いかなる死角もなしに完全に動きうるような方法で、ミキシングシャフト１５上に搭載さ
れている。ミキシングエレメント１６は、ミキサーシャフト１５により矢印１７の方向に
回転され、それ故、処理されるべきでありかつすき型ミキサー１２内にある粉粒状材料１
１中に、コンスタントに浸漬される。

すき型ミキサー１２内において被処理粉粒状材料１１は、液体添加デバイス１８によっ
て吸湿される。導入されるべき液体をスプレーするノズル付きランスが、しばしば液体添
加デバイス１８として使われる。考慮下にある装置のために、液体が製品分配エレメント
１９の領域中にスプレーされる。このエレメント１９は、高速で回転され、そして供給さ
れる液体が均質かつ均一にかつ被処理粉粒状材料１１中に集塊を形成することなしに分配
されることを確かにする。製品分配エレメント１９は、ミキサーシャフト１５と同様に、
モーター、もし必要なら介挿されるトランスミッションによって、駆動される。

酸素とオゾンとのガス混合物２０は、水分を担った被処理粉粒状材料１１中に、フィー
ドパイプ２２を通り過ぎて矢印２１の方向に導入される。酸素とオゾンとのガス混合物は
、たとえば酸素シリンダーから供給されるオゾン発生器２３内で、生成される。酸素とオ
ゾンとのガス混合物中のオゾンガスの比率は、第１ガス濃度測定デバイス２４において測
定され、その結果、被処理粉粒状材料１１はすき型ミキサー１２内で選択的に処理される
。さらに、酸素とオゾンとのガス混合物がすき型ミキサー１２中に流れ込むときの体積フ
ロー速度が決定される。被処理粉粒状材料１１は、酸素とオゾンとのガス混合物での処理
によって得られる所望の製品特性が達成されるまで、すき型ミキサー１２内で処理される
。圧力測定デバイス２５は、すき型ミキサー１２中のプロセス圧が決定されかつコントロ
ールされるように、すき型ミキサー１２の内部で直接に接続される廃ガスパイプライン２
６に提供される。すき型ミキサー１２は、可動に、そして本ケースにおいては被処理粉粒
状材料１１を大気圧に比し高められた圧力または低められた圧力において強く混合するよ
うに、設計される。さらに、すき型ミキサー１２は、被処理粉粒状材料１１が酸素とオゾ
ンとのガス混合物で処理される限りにおいて、オゾンが環境中に逃げないように設計され
る。

流れ出る酸素とオゾンとのガス混合物は、ダストを分離するためのサイクロンまたはフ
ィルターのようなデバイス（図示はしていないが）付きの廃ガスパイプライン２６中で、
第２ガス濃度測定デバイス２７によって検出される。廃ガス中に存在するオゾンの比率は
、第２ガス濃度測定デバイス２７において決定される。第２ガス濃度測定デバイス２７に
おいて決定されたオゾンは、還元ユニット２８において酸素に還元される。第３ガス濃度
測定デバイス２９は、ガス流が今やオゾンフリーであるかどうかを再びチェックするため
に使われる。もしガス流が今やオゾンフリーであるならば、それは矢印３０の方向に大気
中に放出される。プラント周りにおいて増加するオゾン値を検出することが可能ないくつ
かのオゾンモニタリングセンサーが、プラント１０周りに配置される。もしプラント周り
の大気中のオゾンの最大の特定濃度を越えたならば、オゾン発生器２３はスイッチオフさ
れ、トラブルシグナルが点灯する。

すき型ミキサー１２は、被処理粉粒状材料１１で満たされ、すき型ミキサー１２内には
フリースペース（自由空間）３１が残るようになる。その中において、被処理粉粒状材料
１１が動かされまたは投げ上げられる結果、すき型ミキサー１２のミキシングスペース内
での粒子の良い動きが可能となる。そのような動きによって、固体、液体および気体間の
材料の良い交換が確かにされる。
酸素とオゾンとのガス混合物２０での全処理時間の間、被処理粉粒状材料１１の製品温
度が、温度センサー３２を用いて検出される。ジャケット加熱または冷却３３が、粉粒状
材料１１が加熱されまたは冷却される方法により、すき型ミキサー１２に備えつけられる
。被処理粉粒状材料１１の所望の酸化または解重合が終了したとき、製品は、すき型ミキ
サー１２から矢印３５の方向に製品排出コネクティングピース３４を経て移動される。こ
れに先立ち、すき型ミキサー１２中の処理された粉粒状材料１１は、所定の残存水分含量
になるまで乾燥される。

被処理粉粒状材料１１は、本発明の方法により、バッチであるいは連続的に処理される
。もし粉粒状材料１１が本発明の方法により連続的に処理されるならば、それは、一端に
おいてこの目的のために備えつけられたすき型ミキサー１２中に流れ込み、そして他端に
おいてすき型ミキサー１２を流れ出る。すき型ミキサー１２から連続的に流れ出る粉粒状
材料は、所望の製品特性を持ち、そして意図された程度にまで酸化または解重合される。
すき型ミキサー１２に製品を供給しそしてすき型ミキサー１２から生成物を排出するため
のユニットは、被処理粉粒状材料が、すき型ミキサー１２からの酸素とオゾンとのガス混
合物が逃げることなしに供給されかつ排出されるように設計される。

粉粒状材料は、次のような事実により、処理器内で酸化的に処理される。すなわち、被
処理粉粒状材料は、処理器内に移され、かつそこで、それが酸素とオゾンとのガス混合物
で処理され、かつ目的の最終製品が特定のｐＨまたは特定の溶解性または特定の極性また
は特定の溶解性挙動および／または粒度分布を持つように、水または水溶液で調湿される
。粉粒状材料は、本発明の方法により酸素とオゾンとのガス混合物中の最小量のオゾンで
非常に効率的に酸化される結果、オゾンの有効量の７０〜１００％が反応する。

本発明の方法のためのフローダイアグラムである。

Claims

処理器(container) 内における粉粒状材料（bulk material)の酸化処理と、その処理器に接続されかつ酸素を酸素とオゾンとのガス混合物に前処理する前処理部とにかかるものであって、
前記の処理器に流れ込むガス混合物は前記の被処理粉粒状材料と混合されること、そして前記の処理器から流れ出るガス混合物であってかつなおもオゾンを含むガス混合物は、ダストを除去しかつ酸素に還元するために前記の処理器の下流に設けられたデバイス内において精製されること、
ここで、前記の処理器中で処理される前記の粉粒状材料は、酸素とオゾンとの混合物との処理の前および／または処理の間にその粉粒状材料が流動可能な挙動を保つ程度にまで湿らせられ、その結果、粉粒状材料の水分含量が被処理粉粒状材料の合計重量に対して４０重量％以下であるようにされること、
そして、その酸化および／または解重合後の最終製品が、前記の処理器内において所望の最終水分含量にまで乾燥されること、そのときの乾燥は該処理器に接続された廃ガスパイプラインからのガス流の放出によりなされること、
を特徴とする粉粒状材料の酸化処理方法。
被処理粉粒状材料が、酸素とオゾンとのガス混合物との処理の前および／または処理の間に冷却または加熱されることを特徴とする請求項１記載の方法。
被処理粉粒状材料が、水または水溶液で湿らせられることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
被処理粉粒状材料中の天然材料部分および被処理粉粒状材料そのものが、酸化されおよび／または解重合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
被処理粉粒状材料が、処理器内で、１バール以上の圧力下に酸素とオゾンとのガス混合物と混合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
被処理粉粒状材料の酸化および／または解重合が、処理器内に流れ込みまたは処理器から流れ出るガス混合物中のオゾンの比率が連続的にまたは所定のタイムインタバルで決定されて、制御および／または規制されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
酸素とオゾンとのガス混合物での処理によって粉粒状材料中に具現される製品の性質が、該粉粒状材料の水分含量を決定することによって制御および／または規制されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
処理器内に流れ込む酸素とオゾンとのガス混合物中のオゾンの濃度、および／または処理器内における酸素とオゾンとのガス混合物の滞留時間が、変化されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
処理器が製品にて１０〜８０体積％の範囲で満たされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
被処理粉粒状材料の酸化および／または解重合がバッチでまたは連続的に働くすき型ミキサー中で遂行されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
酸素とオゾンとのガス混合物と、水または水溶液からなる液体とが、処理器の低部において、同時にまたは異なる時間に、被処理粉粒状材料中にもたらされることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
目的の最終製品の粒度分布が、処理器内に可動に搭載されたミキシングエレメントを変更することによって、および／または、処理器内で付加的に高速で回転するミキシング、カッティングおよび／またはアグロメレーティング（集塊）エレメントによって、達成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
処理器(container) 内における粉粒状材料（bulk material)の酸化処理、および、その処理器に接続されかつ酸素を酸素とオゾンとのガス混合物に前処理する前処理部にかかるものであって、
前記の処理器に流れ込むガス混合物は前記の被処理粉粒状材料と混合されること、そして前記の処理器から流れ出るガス混合物であってかつオゾンを含まないガス混合物は、ダストを除去するために前記の処理器の下流に設けられたデバイス内において精製されること、
ここで、前記の処理器中で処理される前記の粉粒状材料は、酸素とオゾンとの混合物との処理の前および／または処理の間にその粉粒状材料が流動可能な挙動を保つ程度にまで湿らせられ、その結果、粉粒状材料の水分含量が被処理粉粒状材料の合計重量に対して４０重量％以下であるようにされること、
そして、その酸化および／または解重合後の最終製品が、前記の処理器内において所望の最終水分含量にまで乾燥されること、そのときの乾燥は該処理器に接続された廃ガスパイプラインからのガス流の放出によりなされること、
を特徴とする粉粒状材料の酸化処理方法。
粉粒状材料の酸化処理のための装置であって、
・粉粒状材料の酸化処理のための処理器を備え、かつ、
・酸素を酸素とオゾンとのガス混合物に変換するために該処理器に接続される前処理部を備え、
・その処理器は、該処理器中に流れ込むガス混合物を被処理粉粒状材料と混合するため
に、ミキサーとして備えられ、
・該処理器の下流側には、ガス混合物中のダストが除去された後に、処理器から流れ出るガス混合物中になお含まれるオゾンを酸素に還元するためのデバイスを備えていること、
前記の装置は、酸素とオゾンとのガス混合物との処理の前および／または処理の間に前記処理器中で処理される粉粒状材料を吸湿するための手段からなり、その結果、該粉粒状材料の水分含量が、被処理粉粒状材料の合計重量に基いて４０重量％以下の値に調整されること、および、
その酸化および／または解重合後における最終製品が、前記の処理器内において所望の最終水分含量にまで乾燥されること、
を特徴とする粉粒状材料の酸化処理のための装置。