JP6804983B2 - 材料を熱接触処理する装置及び方法及びそれにより製造された熱分解油 - Google Patents
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Description
熱分解区域内には第2の加熱手段が配置されていて、この第2の加熱手段によって、前コンディショニングされた材料を少なくとも350℃の温度に加熱することができる。更に、この熱分解区域内には返送手段が設けられていて、この返送手段により、(特にこの熱分解区域の下流部分で)生成された熱分解材料の固形分を少なくとも部分的に、熱分解区域の、前コンディショニング区域側の領域に(つまり熱分解区域の上流部分に)返送することができる。この返送手段は、この場合、固形分の返送を、直接の経路で(つまり「直接」)、つまり、この固形分が熱分解区域を離れることなくかつ特に前コンディショニング区域をもう一度通過することなく行うように構成されている。換言すると、「直接」とは、この返送手段が、一方で返送される材料と、及び他方で熱分解されるべき材料と直接接触することを意味する。
分離ユニット内で、最終的に得られた熱分解された材料の分離、つまり固体成分、液体成分及び気体成分への分離が行われる。
1つは、返送手段によって返送を行う方法パラメータの調節により(及び場合により付加的に、全体の装置の方法パラメータにより及び熱分解区域内の事象へのその影響により)、熱分解されるべき材料の熱分解区域中での滞留時間に、直接かつ簡単に影響を及ぼすことができることである。その他に、もちろんこの返送手段の形状によっても影響を及ぼすことができる。
もう1つは、少なくとも、熱分解された材料の固形分を熱分解区域の上流部分へ及び特に熱分解区域の始端部にまで直接返送することにより、生成したての熱分解された材料をまだ熱分解されていない前コンディショニングされた材料と即座に接触できることが保証されることである。生成したての熱分解された材料と前コンディショニングされた材料との接触は、本発明による方法で目的とする生成物スペクトルのために重要である。この方法及び上述の装置には、つまり、生成したての熱分解された材料が、その高められた表面積により(揮発相の脱ガスにより)及び前コンディショニングされた材料の熱分解のための触媒として作用し、かつ特にこの生成したての触媒が、生成され熱分解された材料の完全に変更された生成物スペクトルを引き起こすという知見が基礎となっている。特に、熱分解ガス中の明らかに高められた水素分が、極めて低い酸価の熱分解油を生成させかつ肥料又は土壌改良剤として適した固体熱分解生成物の獲得を達成することができる。
第2の運転状態では、前コンディショニングされた材料の熱分解区域内への送りを行わないか又は極めてわずかな程度で送りを行うことで、熱分解区域内の返送手段がその主目的を果たすことができ、かつ熱分解された材料は熱分解区域を通過して上流に戻し搬送される(つまり前コンディショニング区域側の、熱分解区域の領域内に)戻し搬送される。第1の運転状態と第2の運転状態とを、このために設けられた制御エレメントを用いた相応するサイクル制御により、得られる生成物スペクトルの最適化のために、熱分解区域中での熱分解品の滞留時間を正確に調節でき、かつ更に触媒(つまり熱分解された材料の固形分)と前コンディショニングされた材料との混合比も調節することができる。
A) 前コンディショニング
B) 熱分解
D) 分離
また、任意に、工程C)の後コンディショニングが含まれていてもよい。
DIN 51558-1: 1979-07による酸価、
DIN EN 15296による酸素含有率(計算値);
DIN EN 15104による炭素含有率、水素含有率及び窒素含有率、
DIN EN 14918による発熱量(qp、led)、
DIN EN 14775による灰分含有率、ただし815℃によるもの。
図1は、前コンディショニング区域20、熱分解区域30及び後コンディショニング区域40に区分される管型反応器を示す。熱分解区域30の上流部分は、「前コンディショニング区域20側の領域」32である。熱分解されるべき材料が、この反応器に、気密な供給領域10を介して供給され、前コンディショニング区域20内に配置されたコンベヤスクリュー21によってこの材料は熱分解区域内に運搬される。熱分解区域30内にはこの場合に返送手段31として返送フックが存在する。後コンディショニング区域40内では、またコンベヤスクリュー41が配置されている。コンベヤスクリュー21及び41並びに返送手段31は、これらの区域内に延びるシャフト61上に配置されている。加熱手段は図示されていない。反応器の縦軸は、水平面に対して15°の角度だけ傾斜している。この反応器の後方に分離ユニット50が配置されていて、この分離ユニット50は、気密な炭搬出部52と、気相から液相を分離するバイオディーゼルで運転される、導管53を介してこの炭搬出部52と接続するスプレー式吸収装置51と、熱分解水を油相と分離するための分離ユニット55とに区分される。気相は、出口54を介して捕集することができる。図2Aは、図1の詳細図を示す。ここには、シャフト61上に配置された4つの返送フック又は返送手段31を備えたシャフト61の部分図を示す。この返送フックは、シャフト上にオーバーラップして配置されているため、空いたシャフト部分は存在しない。2つの図示されていない他のフックがこのシャフト61の背面側に存在する。図2Bは、返送フック又は返送手段31の更に拡大された図を示す。
Claims (18)
- 少なくとも、
処理されるべき出発材料を供給するための供給領域(10)と、
前記出発材料から前コンディショニングされた材料を生成する前コンディショニング区域(20)と、
前記前コンディショニングされた材料から熱分解された材料を生成する熱分解区域(30)と、
得られた熱分解された材料を分離するための分離ユニット(50)とを備えた、材料を熱接触処理する装置において、
前記前コンディショニング区域(20)内に、前記出発材料を少なくとも150℃の温度に加熱するための第1の加熱手段および前記出発材料を前記熱分解区域(30)に搬送するための運搬手段が設けられていて、かつ前記熱分解区域(30)内に、前記前コンディショニングされた材料を少なくとも350℃の温度に更に加熱するための第2の加熱手段及び更に前記熱分解区域(30)内に返送手段(31)が設けられていて、前記返送手段(31)によって、少なくとも熱分解された材料の固形分を、少なくとも部分的に、前記熱分解区域(30)の前記前コンディショニング区域(20)側の領域(32)内に直接返送可能である結果、前記返送手段(31)は、返送された材料とも、熱分解されるべき材料とも直接接触する、前記装置。 - 少なくとも、前記熱分解区域(30)の前記前コンディショニング区域(20)側の前記領域(32)内で、前記返送手段(31)は、熱分解された材料と前コンディショニングされた材料との混合を行うことができるように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記熱分解区域(30)内で、前記返送手段(31)は、前記熱分解区域内での熱分解されるべき材料の滞留時間に影響を及ぼすことができるように構成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
- 前記装置は、第1の運転状態及び第2の運転状態で運転可能であり、第1の運転状態では、前記前コンディショニングされた材料の送りを行い、かつ前記熱分解区域(30)内に存在する材料を主に前記分離ユニット(50)の方向に動かし、かつ第2の運転状態では主に、熱分解された材料を、前記熱分解区域(30)の前記前コンディショニング区域(20)側の前記領域(32)内へ返送することだけを行うことを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の装置。
- 前記供給領域(10)及び/又は前記前コンディショニング区域(20)内に不活性ガス導管が設けられていることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の装置。
- 前記前コンディショニング区域(20)と前記熱分解区域(30)とは相互に移行していて、1つの管型反応器内に配置されていることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の装置。
- 前記熱分解区域(30)と前記分離ユニット(50)との間に、前記熱分解された材料の仕上げを行うための後コンディショニング区域(40)が設けられていて、前記後コンディショニング区域(40)内には、前記熱分解された材料の少なくとも固形分の温度を上昇させるか又は保持するための第3の加熱手段が設けられていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の装置。
- 前記運搬手段は、コンベアスクリュー、又はベルトコンベアであることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の装置。
- 前記返送手段(31)はシャフト(61)及び/又は前記熱分解区域(30)の反応器内壁に配置されていることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の装置。
- 前記返送手段(31)は、バックミキシングするスクリューエレメント、反対方向に回転するスクリューエレメント、返送ウェブ及び/又は返送フックを含むことを特徴とする、請求項9に記載の装置。
- 前記熱分解区域(30)の縦軸は、水平面に対して0°〜45°の角度だけ傾斜していることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の装置。
- 次の工程:
A) 処理されるべき出発材料を少なくとも150℃の温度に加熱することにより、前コンディショニングされた材料を生成する、前コンディショニング区域(20)内で前記出発材料を前コンディショニングする工程、
B) 前記前コンディショニングされた材料を、250℃〜700℃の温度に加熱することにより、熱分解された材料を生成し、ここで、熱分解されるべき材料の熱分解区域(30)内での滞留時間は、1分〜1時間である、前記熱分解区域(30)内でほぼ酸素の不存在で前記前コンディショニングされた材料を熱分解する工程、
ここで、前記熱分解は、連続的に又は部分連続的に熱分解された材料を、返送手段(31)によって前記熱分解区域(30)の前記前コンディショニング区域(20)側の領域(32)内に直接返送し、少なくとも前記熱分解区域(30)の前記前コンディショニング区域(20)側の前記領域(32)内で前記熱分解された材料と前記前コンディショニングされた材料との混合を行うように行われ、かつ前記返送手段(31)は、返送された材料とも、熱分解されるべき材料とも直接接触し、
少なくとも、前記前コンディショニング区域(20)内に、前記出発材料を前記熱分解区域(30)に搬送するための運搬手段が設けられている、
D) 分離ユニット(50)内で前記熱分解された材料を分離する工程
を含む、材料を熱接触処理する方法。 - 工程B)を、第1の運転状態では、前記前コンディショニングされた材料の前記熱分解区域(30)への送りを行いかつ前記熱分解区域(30)内に存在する材料を主に前記分離ユニット(50)の方向へ動かし、かつ第2の運転状態では、前記前コンディショニングされた材料の前記熱分解区域(30)内への送りを行わず、かつ主に熱分解された材料の、前記熱分解区域(30)の前記前コンディショニング区域(20)側の前記領域(32)内への返送を行うように実施することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 工程B)と工程D)との間に、次の工程:C)後コンディショニング区域(40)中で350℃〜800℃の温度での、前記熱分解された材料の少なくとも固形分の後コンディショニングを実施することを特徴とする、請求項12又は13に記載の方法。
- 前記出発材料が、次の化学元素:亜鉛、鉄、白金、レニウム、クロム、銅、マンガン、ニッケル、チタン、アルミニウム、ケイ素の少なくとも1つを、単体の形、イオンの形又は結合した形で、少なくとも微量で含むことを特徴とする、請求項12から14までのいずれか1項に記載の方法。
- 出発材料として、10質量%より多い含水率を示す材料を使用することを特徴とする、請求項12から15までのいずれか1項に記載の方法。
- 工程B)において、前記熱分解区域(30)内で1〜10℃/sの加熱速度が調節されることを特徴とする、請求項12から16までのいずれか1項に記載の方法。
- 1mmより大きい平均粒子サイズを示す出発材料を使用することを特徴とする、請求項12から17までのいずれか1項に記載の方法。
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