JP5898234B2 - サーマルリアクタ - Google Patents

Description

本発明は、廃タイヤ、加硫残留物および廃プラスチック、ならびに類似製品の細粒の連続的な熱分解リサイクルのためのサーマルリアクタであって、前記サーマルリアクタは、上下に垂直に配置される供給部、中心加熱領域部および排出部を備える、サーマルリアクタに関する。

従来技術によれば、再利用の目的のための粒状の廃タイヤ、加硫残留物および廃プラスチックのリサイクルは、それらがまだ開発段階である場合、ほとんど回転管型リアクタ内、およびそれほど頻繁ではないが、流動（流動化）床リアクタ内または噴流床リアクタ内で実施されている。本明細書中で称される場合、シャフトまたは垂直リアクタは、ごみ固形燃料を生成するために、注ぐことができるバルク固体の加熱、焼結および冷却のため、または有機廃棄物の熱分解のための熱交換器として主に使用される。特許文献１から、高分子量の注ぐことができる架橋有機化合物から、特に廃タイヤ、シーリングプロファイルおよび他のプラスチック材料の細粒からの有価物質およびエネルギーの分割回収のための多段階のエネルギー自給型および連続的に作動する熱分解法、ならびに該方法を実施するための装置が知られている。上記による、注ぐことができる有機細粒のためのエネルギー自給型の連続的に作動する熱分解法を開発するために、重力測定法により、上部から底部まで垂直多段階熱分解リアクタを通して細粒を通過させることが提案されており、前記細粒は、３００〜１，２００℃の異なる範囲の値まで徐々に設定できるプロセス温度まで加熱され、熱分解される。油およびガス化合物は、熱分解蒸気の後の分画された凝縮により回収され、一方、熱分解ガスの下流のモーターベースの使用により、熱分解プロセスに必要なエネルギーが生成される。

国際公開第２０１０／１２７６６４ Ａ１号

本発明の目的は、このような種類の熱分解プロセスのための連続的に作動するサーマルリアクタを開発することであり、廃タイヤの細粒、加硫残留物および廃プラスチックは、追加のモータにより駆動される回転運搬および混合装置または空気圧を緩める装置を必要とせずに連続的な熱分解リサイクルに供され得る。

この目的は以下の本発明に係るサーマルリアクタにより達成される。サーマルリアクタは、上下に垂直に配置される供給部、中心加熱領域部、および排出部を備え、抽出パイプが、サーマルリアクタの中心加熱領域部の中心に配置され、抽出パイプの外側面が、形成される蒸発した短鎖炭化水素化合物を取り出すための複数の穴および／またはスリットを備え、抽出パイプは、上下に配置される円錐ベルを有し、抽出パイプから蒸発した炭化水素化合物を取り出すための手段が設けられ、リアクタの外側面の中心加熱領域部において複数の半径方向に配置された加熱プレートが設けられ、加熱プレートは上下に存在する加熱レベルに配置され、加熱プレートは相互にオフセットすることを特徴とする。

廃タイヤ、加硫残留物および廃プラスチックの物質の低い熱電導率にも関わらず、それらが均一の混合および加熱に供されるので、この種の垂直サーマルリアクタにおいて廃タイヤ、加硫残留物および廃プラスチックの細粒を連続的にリサイクルできることが本発明の範囲内に見出される。それらの物質は、低大気圧の酸素が欠乏した雰囲気中で上部から底部まで垂直リアクタを通り、短鎖の蒸気性炭化水素化物を熱分解し、有用な原材料である固体（コークス）にする。

材料は供給部を通してサーマルリアクタ内に供給される。中心加熱領域部において、形成される熱分解産物が固体に分割分離され、好ましくは５００℃から６００℃の温度で蒸発する。中心加熱領域部において蒸発した炭化水素化合物は、抽出され、後で異なる組成の油化合物および永久ガスから凝縮される。熱分解プロセスの間に形成されるコークス状の固体物質は、排出部において回収され、固体排出手段を介してサーマルリアクタから取り出される。短いおよび長い加熱プレートが、加熱レベル内に、１つの加熱レベルから隣接する加熱レベルまで両方交互に配置されることは本発明の範囲内である。

この手段により、加熱プレートのオフセットした構成に起因して材料の十分な混合および均一な加熱がもたらされる。

本発明の好ましい改良は、加熱プレートが、サーマルリアクタの外側面において、対応してサイズ合わせされたスロット内に押され、そのスロットから取り外され得ることである。

これにより、不良プレートの迅速なメンテナンスおよび／または迅速な交換が可能となる。

加熱プレートは電気的に加熱され得ることが有益である。

これに関して、サーマルリアクタにおいて温度プロファイルを制御し、各加熱プレートの温度を個々に調節するための手段を設けることが有益である。

本発明の別の実施形態は、抽出パイプから蒸発した炭化水素化合物を取り出すための手段が、重縮合装置に接続される、短い蒸気排出パイプとして構成されることからなる。

本発明は図面を参照して以下に詳細に説明する。

図１は、触媒装置のない本発明に係るサーマルリアクタの長手方向の断面を示す。 図２は、図１に示すサーマルリアクタの上側部分の断面（Ａ−Ａ部）を示す。 図３は、オフセットした加熱プレートレベルの構成を有する、本発明に係るサーマルリアクタの巻かれていない外側面を示す。 図４およびＡ図は、電気的に加熱された熱交換器プレートおよびその詳細な図を示す。 図５は、触媒装置を含む、本発明に係るサーマルリアクタの長手方向の断面を示す。

本発明に係るサーマルリアクタ（１）は、一緒にフランジが付いた複数のパーツを含む垂直圧容器として構成される。その高温負荷のために、圧力容器は、完全に耐熱鋼または１．４８２８、１．４８４１、ＡＶＥＳＴＡ２５３ＭＡ、Ｎｉｃｒｏｆｅｒ４５ＴＭまたは同様の材料などの合金から作製される。

図１は、本発明に係るサーマルリアクタ（１）の長手方向断面を示し、基本設計原理を表す。上側から下側まで見ると、サーマルリアクタ（１）は中心円筒形加熱領域部（３）に隣接する面取りされた供給部（２）を特徴とし、次いでその中心円筒形加熱領域部（３）は面取りされた排出部（４）に隣接する。

熱分解技術に望ましくない、サーマルリアクタ（１）内への酸素の浸透を最小化するために、リアクタ（１）内および外への細粒の供給および排出が材料供給システム（２４）により行われる。それは好ましくは、容易に取り外し可能なロータを有する衝撃圧力耐性セル回転水路、周波数変換器により回転速度を調節する手段、不活性接続、およびバルク固体のための仕切り弁からなる。

細粒は、サーマルリアクタ（１）の上の細粒ホッパーから短い固体送り込みパイプ（６）を介して、サーマルリアクタ（１）内に供給される。材料分配器（１０）はリアクタ（１）の完全に円形の断面にわたって細粒を均一に分配する。材料の細粒のサイズおよび種類に応じて、充填層カラムがサーマルリアクタ（１）の内部を形成し、重力の結果としてサーマルリアクタ（１）を通して上部から底部まで移動する。細粒のカラムは、リアクタの円筒形の外側面（１４）、内蔵式コンポーネント（５）、リアクタ（１）の内部内に突出する、外側面（１４）に交互に取り付けられる長いおよび短い半径方向の加熱プレート（９）、およびリアクタ（１）における充填レベルにより規定される。

細粒のカラムは、加熱プレート（９）の半径方向の構成によるケーキのピースに似ている小さな部分および互いの上に配置される加熱レベルにおけるそのオフセットした構成に分割される。細粒の良好な混合、およびそれによるその均一な加熱は、１つのものに関して、長いおよび短い加熱プレート（９）のオフセットした構成により行われ、別のものに関して、変位および循環コンポーネントとして構成され、サーマルリアクタ（１）における細粒の速度プロファイルを一定にする、サーマルリアクタ（１）の加熱領域部（３）における内部の内臓式コンポーネント（５）により行われる。

細粒が好ましくは電気的に加熱される加熱プレート（９）と強制される密接な接触のために、細流は、９５０℃まで調節できる反応温度まで無段階的に加熱され、熱的に分解されてもよい。反応温度は、材料の種類、細粒のサイズおよびそれらの熱伝導性に応じてプロセス制御システム（２１）により制御される。サーマルリアクタ（１）における温度プロファイルはリアクタ断面および完全な中心加熱領域部（３）の高さにわたって変化されてもよく、各加熱プレート（９）の温度は個々に調節されてもよい。

サーマルリアクタ（１）における細粒の充填レベルは、γ充填レベル測定および制御装置（１５）により計量され、制御される。特定の反応温度でのサーマルリアクタ（１）における細粒滞留時間、およびそれによる炭化水素化合物内の複数の結合が分解される程度
もまた、プロセス制御システム（２１）により自動的に決定され、制御される。

サーマルリアクタ（１）の中心内に挿入される中心の抽出パイプ（１１）は、その外側面において複数の穴および／またはスリットを有し、それらを通して、形成される蒸発した短鎖炭化水素化合物が取り出される。これらの蒸気流は固体の流れを横断する。すなわちそれらは直交流を形成する。細粒または細粉が出て行くことを防ぐために、抽出装置が上を覆い、円錐ベルにより遮蔽される。その円錐ベルは、抽出パイプ（１１）上に押され、上下に配置される、内部の内臓式コンポーネント（５）と称される。熱分解の間に形成される蒸気は、ベルの下側の開口部を通して抽出装置に到達し、装置を通して抽出パイプ（１１）に進入する。次いでそれらは、蒸気排出手段（８）を介して重縮合ユニット（２６）まで平均して−５０ｍｂａｒ〜−７５ｍｂａｒの負圧により運ばれ、それらは、異なる組成、粘度および発熱量の油化合物ならびに永久気体から凝縮する。

廃タイヤ細粒の熱分解から得た約４５〜５２ｗｔ％のコークス細粒の固体画分は、新規のタイヤ製造の間に添加される約７０〜９０％の純粋な炭素および約１０〜２５％の無機充填剤からなる。平均真発熱量ＮＣＶは約２３〜３０ＭＪ／ｋｇであり、平均ＢＥＴ表面積は約８０〜１２０ｍ^２／ｇである。コークス細粒は面取りした排出部（４）において回収され、材料供給システム（２３）と同じように構築されるが、室温まで冷却され、貯蔵装置において一時的に保存される水で冷却された冷却コイル（２５）に対して高温のために設計された、短い固体排出パイプ（７）および材料排出システム（２４）を介して供給される。

図２は、サーマルリアクタ（１）の内部の長いおよび短い加熱プレート（９．１、９．２）を含む、本発明に係る分配の原理を示す。サーマルリアクタ（１）の周囲における加熱プレート（９．１、９．２）の間の間隔ｔは、処理される粒状材料および細粒サイズの熱伝導率λにより決定される。

熱が浸透する最大深さを考慮すると、細粒層は１００ｍｍであり、サーマルリアクタ（１）の円周は４，８００ｍｍであり、必要な加熱プレートの数はｎ＝４８００ｍｍ：１００ｍｍ＝４８加熱プレートである。

２つの隣接するプレートの範囲を定める角度α_ｔはα_ｔ＝３６０°：４８加熱プレート＝７．５°である。

従って、設計原理は、２４の長いおよび２４の短い加熱プレート（９．１；９．２）が加熱レベルごとに必要とされることが決定される。加熱プレートの全体数および加熱容量は、熱交換のための一般的な設計規則に従って計算される。

図３において、リアクタの外側面（１４）は、加熱レベルにおいて加熱プレート（９．１；９．２）についてのオフセットした構成原理を示すために巻かれていない。加熱プレート（９．１，９．２）のオフセットした構成が明確に見られ得る。水平の熱交換器プレート（９．．９ｎ）の間の間隔ｔおよび垂直の加熱レベルの間の間隔の両方ならびにそれらのオフセットした配置は、処理される細粒のサイズおよび種類に応じて構成され、それにより、非常に高レベルの効率がもたらされるので、外側面（１４）に対して半径方向に取り付けられた電気的に加熱された熱交換器プレート（９．．９ｎ）の構成および構造は、細粒への最適な熱伝導をもたらす。

図４は、加熱プレート（９．１；９．２）をリアクタの外側面（１４）に取り付ける方法を示す。加熱プレート（９．１，９．２）は、サーマルリアクタ（１）の外側面（１４）内に対応してサイズ合わせされたスロット内に挿入され、メンテナンス目的または交換のためにサーマルリアクタ（１）の外側面（１４）から再び個々に取り出されてもよい。

図５は、本発明に係るサーマルリアクタ（１）を示し、蒸発した炭化水素についてのさらなる触媒処理の可能性を提示する。原則として、サーマルリアクタ（１）のアセンブリおよび構造は図１のものと同様である。相違は、排出部（４）が、加熱プレート（９）のさらなる列がその中に適合されるように修飾されているだけであり、それにより、形成される蒸気について６００℃の温度を保証する。排出部（４．１）において、触媒のための充填層フィルタ（２２）が示され、蒸気が形成される点において、蒸気は触媒細粒と直接接触する。蒸気分解プロセスに必要な温度はプロセス制御システムにより制御される。これに関して、約５５０℃の最低温度および少なくとも５０ｍｂａｒの負圧が維持されることが重要である。

一部の蒸気成分は、プラントにおいて形成される超微細粉末と一緒に約４５０℃〜５００℃の温度で既に凝縮し始めるので、炭化する傾向が生じ、重縮合ユニット（２６）に通じる蒸気ラインが詰まる危険性がある。全体に高温で構成される電気的に加熱される加熱マットまたは加熱ワイヤは、これらの発生に対するさらなる保護手段として有用である。

ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３／Ｆｅ_２Ｏ_３およびゼオライトなどの石油化学産業において一般に使用される混合触媒は、充填層フィルタ（２２）のための触媒として適切であることが証明されている。

強度に関連した理由のため、および操作状態におけるかなりの線膨張のために、リアクタ（１）は、ブラケット（１７）を、加熱領域（３）の上部において、その引っ張り強さが最大になる点において支持することによって懸吊される。

本発明によれば、サーマルリアクタ（１）は、フランジが付いた形態で操作され、プロセス部分に細分割される。このように操作されるサーマルリアクタ（１）は、処理される製品に関して、より速い製造、修復および交換の可能性、輸送およびアセンブリの間の良好な操作ならびに高い程度の柔軟性、容量増加および性質の変更の事象の容易な補正ならびに所望の最終製品の割合などの工業的および技術的利点を与える。

サーマルリアクタ（１）の構造設計は本発明において意図的に非常に簡単に維持され、メンテナンスを容易にし、上側リアクタ部（２）におけるマンホール（１２）および下側リアクタ部（４）におけるマンホール（１３）などの実際の特徴により、ならびに内部の内蔵式コンポーネント（５）、材料分配器（１０）および中心抽出パイプ（１１）を除去するのが容易なように設計することにより修復されるように構成された。

サーマルリアクタ自体は環境に優しく、残留物がなく、エネルギー自給型のリサイクルプロセスであり、細粒のサイズおよび処理される材料の種類に関して高レベルの技術的柔軟性、容量増加および性質の変更の事象の容易な補正ならびに最終製品の割合の利点がある。

３０〜４５ＭＪ／ｍ^３の真発熱量ｎ．ｃ．ｖ．および６０の平均メタン数を有する永久ガスが、ガスモータ／発電機、通常、コジェネレーション装置においてガスを電気に変換することによる自給エネルギー型供給の目的のために使用され得る。８０〜１２０ｍ^２／ｇの平均ＢＥＴ表面積ならびに約２３〜３０ＨＪ／ｋｇおよび約１０〜２５ｗｔ％の無機充填剤の平均真発熱量値ｎ．ｃ．ｖを有する、細粒および煤の形態の約４５〜５２ｗｔ％の純粋な炭素からなる固体物質が、再利用のためにタイヤおよび／またはゴム業界に供給され得る。

サーマルリアクタ（１）および重縮合装置（２６）における熱分解の間、広範囲の熱分解オイル画分が、石油精製所、プラスチック、塗料またはゴム産業、加熱オイルまたは燃料の生産者ならびにさらなる処理のためのカーボンブラック製造者に供給され得る。

１ サーマルリアクタ
２ 供給部
３ 中心加熱領域部
４ 排出部
５ 内部の内蔵式コンポーネント
６ 短い固体送り込みパイプ
７ 短い固体排出パイプ
８ 蒸気排出手段
９ 加熱プレート
１０ 材料分配器
１１ 中心の蒸気抽出パイプ
１２ 上側マンホール
１３ 下側マンホール
１４ 円筒形の外側面
１５ 充填レベル測定および制御装置
１６ 不活性接続
１７ 支持ブラケット
１８ 温度、圧力および酸素含有量のための測定および制御装置
１９ 触媒供給部
２０ 触媒排出部
２１ 記憶されたプログラム制御装置（ＳＰＣ）を有するプロセス制御システム（ＰＣＳ）
２２ 充填層フィルタ
２３ 固体供給システム
２４ 固体排出システム
２５ 冷却コイル
２６ 重縮合装置

Claims (6)

1. 廃タイヤ、加硫残留物および廃プラスチックならびに類似製品の細粒の連続的な熱分解リサイクルのためのサーマルリアクタであって、
   前記サーマルリアクタ（１）は、上下に垂直に配置される供給部（２）、中心加熱領域部（３）、および排出部（４）を備え、
   抽出パイプ（１１）が、前記サーマルリアクタ（１）の前記中心加熱領域部（３）の中心に配置され、前記抽出パイプの外側面が、形成される蒸発した短鎖炭化水素化合物を取り出すための複数の穴および／またはスリットを備え、前記抽出パイプ（１１）は、上下に配置される円錐ベル（５）を有し、前記抽出パイプ（１１）から蒸発した炭化水素化合物を取り出すための手段（８）が設けられ、
   前記リアクタの外側面（１４）が、前記中心加熱領域部（３）において複数の半径方向に配置された加熱プレート（９）を備え、前記加熱プレートは上下に存在する加熱レベルに配置され、前記加熱プレートは相互にオフセットすることを特徴とする、サーマルリアクタ。
2. 短いおよび長い加熱プレート（９）が、加熱レベル内に１つの加熱レベルから隣接する加熱レベルまで両方交互に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のサーマルリアクタ。
3. 前記加熱プレート（９）が、前記サーマルリアクタ（１）の前記外側面（１４）の対応して寸法決めされたスロット内に押され、かつ、前記スロットから引き抜かれることができることを特徴とする、請求項１に記載のサーマルリアクタ。
4. 前記加熱プレート（９）が、電気的に加熱され得ることを特徴とする、請求項１に記載のサーマルリアクタ。
5. 前記サーマルリアクタ（１）において温度プロファイルを制御し、各加熱プレート（９）の温度を個々に調節するための手段（２１）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のサーマルリアクタ。
6. 前記抽出パイプ（１１）から前記蒸発した炭化水素化合物を取り出すための前記手段（８）が、短い蒸気排出パイプ（８）として構成され、重縮合装置（２６）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のサーマルリアクタ。

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