JPH03502202A - 有機材料の熱分解 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 有機材料の熱分解 技術分野 本発明は有機材料の分解蒸溜（即ち熱分解）に関し、特に（それに限定されるも のではないカリ廃棄タイヤ材料または類似のゴム化合物の熱分解に関する。

背景技術 マイクロ波を用いた有機廃棄物の熱分解方法が米国特許第３，８４３．４５７号 明細書に開示されている。この方法では、工業的または家庭の有機廃棄物を粉砕 し、かつこの粉砕された固体材料に大気圧より実質的に低い圧力のガス流内に約 １秒の接触触媒時間でマイクロ波放射を行う。

このガス流及び粉砕固体材料は、ガスと該固体材料との相互作用を最大にすると いう観点から、平行にマイクロ波領域内を通過する。

廃棄タイヤ材料のマイクロ波破壊は、例えば日本国特許出願第７６／４７１９２ 〜３号（特願昭５１−４７１９２〜３号）、第７７／２６５５３号（特願昭５２ −２６５５３号）、第８２／３４９１号（特願昭５７−３４９１号）（以上審査 済）及び日本国特許出願第５２／３６７２号（特願昭５２−３６７２号）及び第 ５１／１２３２８７号（特願昭５ｌ−ｉ２３２８７号）（以上未審査）の各明細 書に開示されている。これらの明細書には実験室レベルの規模での方法が開示さ れており、少量のゴム廃棄物にマイクロ波放射を行って、該ゴムを完全に分解し てカーボンブラックと炭化水素（ガス状または液状）を製するようになっている 。これらの文献には、マイクロ波熱分解の基本的思想を商業的方法に転換し得る 方法についての記載が全くされていない。

より最近の文献では、米国特許第４，６４７，４４３号明細書に、熱分解チャコ ールを生成するようにタイヤ材料に放射加熱を行い、かつ次にこのチャコールに マイクロ波放射を行って該チャコールから揮発性炭化水素を除去することによっ てカーボンブラックを生成する廃棄タイヤ材料の熱分解方法が開示されている。

この方法の欠点は、タイヤ材料の放射加熱が比較的非効率的な熱伝達を含むこと である。米国特許第４，６４７゜４４３号明細書の教示内容とは対照的に、本願 発明者は、マイクロ波による完全な熱分解より以前に熱分解をすることなくタイ ヤ材料（及びその他の有機材料）を予備加熱すると有利であることを見出した。

即ち、タイヤ材料または他の有機材料を予め部分的に熱分解した場合には、マイ クロ波誘導熱分解が減殺されることが分っている（これは熱分解に於て生成され る元素状炭素（ｅ　１　ｅｍｅｎ　ｔ　ａ　１ｃａｒｂｏｎ）の絶縁効果が理由 であると思われる）。このために、上記した米国特許は、放射加熱段階に於て熱 分解が実質的に完了するようにするべきであることを教示していると思われる。

本願発明者は、米国特許第４．６４７，４４３号明細書の教示内容と対比的に、 マイクロ波誘導熱分解より以前に予備加熱段階に於ける熱分解を完全に避けるこ とが有利であることを見出した。

発明の開示 本発明による方法によれば、廃棄タイヤ材料及び他のゴム化合物に加えて他の有 機材料のマイクロ波熱分解を商業的な分解蒸溜方法として実施することができる 。

従って、本発明によれば、 （ａ）有機材料を実質的に元素状炭素に熱分解することなく高温ガス流を用いて 予備加熱する過程と、Ｃｂ”）大気圧以上で実質的に無酸素ガスの雰囲気にある マイクロ波放射領域に予備加熱した前記有機材料を直接送出する過程と、 （ｃ）前記予備加熱有機材料を前記マイクロ波放射領域内で充分な電力のマイク ロ波放射を用いて充分な時間に亘って熱分解させ、それによってより極性の高い 化学結合の分裂に加えて前記有機材料の炭素−炭素結合に実質的に分裂を生じさ せ、それによって炭素原子を含む固体分裂生成物及びガス状副産物を生成する過 程と、 （ｄ）前記マイクロ波放射領域の下流で前記固体分裂生成物を収集する過程と、 （ｅ）前記予備加熱を生じさせるべく前記ガス状副産物の少なくとも一部分を前 記高温ガス流に再循環させる過程とからなることを特徴とする有機材料の分解蒸 溜方法が提供される。

この本発明による方法は、後述するように連続方法として運転することができる 。

多分、廃棄ゴム材料の連続的マイクロ波処理を含む方法は周知であると言ってよ く、例えばゴムの脱硫（即ち分子構造に於ける炭素−炭素結合ではなく炭素−硫 黄結合の分裂）に関する米国特許第４，１０４．２０５号及び第４゜１２９．７ ６８号明細書を参照することができる。英国特許第２．０２８．８３５号及び第 １，５１３，６５６号明細書も同様にマイクロ波照射を用いたゴム化合物の脱硫 に関するものである。これらのいずれの文献にも、炭素−炭素結合の実質的破壊 を目的に本発明による方法に於て使用される条件の使用を暗示する記載は全くさ れていない。

本発明の成る実施例では、ガス状の副産物を再循環させて上述したガス流として 機能させると好都合である。また、油または他の液体の性状の生成物を収集して 、適当な位置で少くとも前記方法に投入されるエネルギの一部分を提供する燃料 として使用すると好都合である。

本発明による方法は米国特許第３，８４３，４５７号明細書に開示されている方 法と全く対照的である。この米国特許明細書では、有機材料を含む固体廃棄物か ら価値ある製品を再生するために、廃棄物に対して減圧下で２００℃以下でマイ クロ波放射を行うべきことが示唆されている。

この理由は、前記米国特許権者が考えている廃棄物材料が、その分子の断片（ｆ ｒａｇｍｅｎｔ）がマイクロ波放射によってイオン化されるイオン化ガスと反応 するような炭水化物からなるからであると考られる。

本発明による方法では、分解蒸溜を受ける材料が炭化水素材料または炭水化物材 料のような主に炭素−炭素結合を含むようなものである。このような材料の例に は、天然または合成ゴム化合物、柑橘類の果皮やオリーブの廃産物または例えば やし殻のような木の実の殻等の農産物の廃棄材料、及び汚物、スラリーまたは類 似物のような動物の廃物等が含まれる。一般にこれらの有機材料は、生成される 固体の分裂生成物が主として元素状炭素からなるようなものである。

成る実施例、特に熱分解される材料がゴム化合物であるような場合には、本発明 による方法でマイクロ波放射を受ける有機材料が炭素充填材を含んでいると好都 合である。

本発明に従って熱分解された廃棄タイヤ材料は、バルク状であるかまたは例えば 切り刻まれた形状や粉末状の細かく分割された形状であってよい。このような材 料には、炭素充填材に加えて、有機繊維強化材及び／または例えば鋼線のような 金属ワイヤ強化材を含むことができる。有機繊維材料が使用された場合には、そ れは一般にマイクロ波放射領域に於て実質的に炭化される。金属ワイヤ強化材を 使用した場合には、後者のワイヤは実質的にマイクロ波放射による影響を受けず 、従って固体分裂生成物と共に収集される。

本発明による方法では、マイクロ波放射を受ける前にガス流を用いて廃棄材料を 少なくとも２５０℃（例えば３００℃乃至５００℃）の温度に予備加熱すると好 都合である。

特に、予備加熱段階及びマイクロ波放射段階が共に、その中を有機材料が連続的 にコンベアに載せられて通過する容器（熱的に絶縁されかつ適当な圧力定格を有 すると好都合である）内で実行されると好都合である。

一般に、予備加熱領域の中で前記有機材料を前進させ、予備加熱された前記有機 材料を前記マイクロ波放射領域に送出し、かつ前記マイクロ波放射領域の中で前 記予備加熱有機材料を前進させるために、同じコンベアが使用される。

このようなコンベアは、例えばステンレス鋼または類似物からなる無端ベルトで ある。

一般に、予備加熱領域及びマイクロ波領域が、それぞれ各領域への酸素含有ガス の流入を実質的に防止できるように、有機材料の供給のため及び該材料から固体 分裂生成物を除去するためのパージロックを有すると好都合である。

本発明による方法で使用されるガス流（マイクロ波放射領域に於ける有機材料の 送りに関して向流方向または同一方向に供給される）には、更に分解蒸溜のガス 状生成物の少なくとも一部分に加えて、別個に供給される炭化水素または窒素の ような不活性ガスを含むことができる。このガス流は、（好適にはガスの精製後 に）マイクロ波放射領域に連続的に再循環させることができ、かつ成る実施例（ 例えばマイクロ波電力入力を最小にすることが望ましい場合）では、マイクロ波 放射領域に入る際の温度が少なくとも２５０℃（例えば３００〜５００℃）であ る。

本発明による方法で使用されるマイクロ波放射は、低ギガＨｚ周波数範囲（例え ば約２．４ギガＨｚ）であってよい。マイクロ波放射相の持続時間は一般に約１ ５乃至６０分である。これは熱分解される材料の性質に大きく依存する。

図面の簡単な説明 添付図面に於て、 第１図は、本発明による熱分解方法の第１実施例を示す概略図であり、かつ 第２図は、本発明による方法の第２実施例をより詳細に示すフロー図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図に於て、切り刻まれた廃棄ゴム材料が充填されるフィードホッパ１を示し ている。ホッパ１の基部に向けて、上側ゲート４ａと下側４ｂとからなり、かつ 前記ゴム材料が絶縁容器５に充填される際に空気の流入を防止しまたは少なくと も最小にするように操作可能なパージロック３が設けられている。

前記ゴム材料は、ホッパ１から充填されると振動フィーダ・スプレッダ６に落下 し、それによってベルト式コンベア８の駆動端部７に送られ、そこで所定の厚さ の層状に好適に広げられる。図示されるように、コンベア８の駆動端部７は容器 ５の予備加熱領域９に配置されている。予備加熱領域９では、前記切断ゴム材料 が一般に３００℃〜５００℃の範囲内の成る温度まで加熱される。

予備加熱領域９の下流は、複数のマイクロ波発生源１１ａ〜ｌｌｃを有するマイ クロ波放射領域１０である。これらマイクロ波発生源は、全て実質的に同じ出力 を有するもの、または例えば予備加熱領域９からの距離と共に漸次出力が増加す るような遷移電力出力を有するようにすることができる。マイクロ波領域１０は マイクロ波シールド１２によって予備加熱領域９から分離されている。更に同様 のシールド１３がコンベア８の下流に設けられている。更に下流には、上側ゲー ト１５ａと下側ゲート１５ｂとからなる第２のパージロック１４が設けられてい る。この第２パージロツク１４へは、コンベア８の下流端から固体物が直接送ら れ、そこから生成された固体物が収集される。

容器５には、更に矢印Ａ、Ｂ、ＣＳＤの向きに流れる高温循環ガスのためのガス 取入口１６と該ガスのためのガス吐出口１７とが設けられている。このガスの供 給は、そのガスの容器５内に於ける圧力が大気圧以上であるように制御される。

第１図示の実施例では、ガス取入口１６とガス吐出口１７とが、マイクロ波放射 領域１０及び予備加熱領域９を前記ガスが向流方向に流れるように配設されてい る。

第２図には、廃棄タイヤ材料１８がシュレッダ２０に供給され、かつ粉砕された 前記材料がフィードコンベア２２によってホッパ２４に送られ（寸法の大きい材 料は１０２５を介してシュレッダ２０に循環される）、次に一連の３個のパージ ロックゲート２７を有するパージチャンバ２６を介して耐熱コンベア３０を有す る反応器２６へと送られ、その中を通過する。コンベア３０は、予備加熱領域と して機能する反応器２８の第１の上流端３２から、前記タイヤ材料が元素状炭素 を含む分裂生成物に熱分解されるマイクロ波発生源３６を設けた第２の下流端３ ４まで延在している。

この分裂生成物は反応器２８の下流端３４から一連の３個のパージロックゲート ３９を有する別のパージチャンバ３８を通過してクラッシュローラ４０を介して 磁選領域４０に送られ、そこからスクラップ鉄が出口４２で収集される。その他 の熱分解材料は冷却ゾーン４４を通過してその下流側４６で収集される。

反応器２８内に大気圧超圧力で無酸素雰囲気が確保されるように、窒素が線路４ ８．５０を介して各パージチャンバ２６．３８に供給される。

反応器２８には更にガス循環回路が設けられており、入口５２を介して反応器２ ８の下流端３４の上流側にガスが供給され、マイクロ波領域の下流にある出口５ ４から排出されるようになっている。出口５４から出た前記ガスは急冷クーラ５ ６へと送られ、かつ次に急冷カラム５８に送られる。

後者即ち急冷カラム５８からの滓が再循環オイルポンプ６０、フィルタ６２及び オイルクーラ６４を介して急冷クーラ５６の上部６６へ再循環され、フィルタ６ ２からの流れの一部は蒸気７０が供給されるストリッパ６８へ送られる。ストリ ッパ６８からの滓がオイルポンプ７２及び熱交換器７３を介して貯留タンク７． ４に送られる。ストリッパ６８からの揮発物が急冷カラム５８に再循環される。

急冷カラム５８からの揮発物が熱交換器７６を介してデカンタ７８に送られ、そ こで流出液８０（処分）、液体８２（貯留タンクからのオイルと混合するために ポンプ８４を介して貯留タンク８６に送られる）及びガス８８に分離される。

前記ガスの一部分がブローワ９０及びガスヒータ９２を介して人口５２へ再循環 される。前記ガスの残余部分が９４で引き出されて発電または類似の目的に使用 される。（第２図に於て、ｒｃＷＪは各熱交換器への冷却水の供給を表す。） 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８）　　　　　　（ｆ平成２年５月１１日 特許庁長官　　吉　１）文毅　殿 １、特許出願の表示　　　ＰＣＴ／ＧＢ８８１００９７９−２、発明の名称　　 　有機材料の熱分解３、特許出願人 住　所　　イギリス国・エセックス・ロンフォード・ライズパーク・キャンベル クローズ・ウィンウッズ・アッシュウッド（番地ない 氏名　　ホーランド、ケネス・マイケル国籍　イギリス国 ４、代理人 居　所　　〒１０２　　東京都千代田区飯田橋１−ｓ−ｅ　　渋滞ビル電舌　２ Ｂ２−１７６１ ６、添付書類の目録 請求の範囲 １、有機材料の分解蒸溜方法であって、（ａ）前記有機材料を実質的に元素状炭 素に熱分解することなく高温ガス流を用いて予備加熱する過程と、（ｂ）実質的 に無酸素ガスの雰囲気にあるマイクロ波放射領域に予備加熱した前記有機材料を 送出する過程と、（ｃ）前記予備加熱有機材料を前記マイクロ波放射領域内で充 分な電力のマイクロ波放射を用いて充分な時間に亘って熱分解させ、それによっ てより極性の高い化学結合の分裂に加えて前記有機材料の炭素−炭素結合に実質 的に分裂を生じさせ、それによって炭素原子を含む固体分裂生成物及びガス状副 産物を生成する過程と、 （ｄ）前記マイクロ波放射領域の下流で前記固体分裂生成物を収集する過程とか らなり、 前記予備加熱有機材料を大気圧より高い前記雰囲気にある前記マイクロ波放射領 域に直接供給し、かつ前記予備加熱を生じさせるべく前記ガス状副産物の少なく とも一部分を前記高温ガス流に再循環させることを特徴とする有機材料の分解蒸 溜方法。

２、同一のフィード手段を用いて前記有機材料を前記予備加熱領域の中で前進さ せ、予備加熱した前記有機材料を前記マイクロ波放射領域に送り、かつ前記有機 材料を前記マイクロ波放射領域の中で前進させることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の有機材料の分解蒸溜方法。

３、前記予備加熱領域及び前記マイクロ波放射領域が、それぞれに各領域へ酸素 含有ガスを流入させることなく前記固体材料を供給しまたは除去するためのパー ジロックを有することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の有機 材料の分解蒸溜方法。

４、前記ガス流が、実質的に全体として前記有機材料の送り方向と逆方向に通過 するガス状副産物からなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいず れかに記載の有機材料の分解蒸溜方法。

５、前記ガス流が、該ガス流と前記有機材料とが前記マイクロ波放射領域の中を 同一方向に通過するように再循環される前記ガス状副産物の少なくとも一部分か らなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の有機材 料の分解蒸溜方法。

６、前記ガス流が別個に供給される炭化水素または窒素を更に含むことを特徴と する請求の範囲第４項または第５項に記載の有機材料の分解蒸溜方法。

７、前記マイクロ波放射領域からの液体副産物が燃焼され、かつその結果得られ る熱エネルギを少なくともその一部分として前記有機材料の分解蒸溜方法に投入 されるエネルギに使用することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいず れかに記載の有機材料の分解蒸溜方法。

８、前記有機材料が主に炭化水素及び／または炭水化物材料からなることを特徴 とする請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の有機材料の分解蒸溜方法 。

９．前記有機材料が、好適には炭素充填剤を含むゴム化合物からなることを特徴 とする請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の有機材料の分解蒸溜方法 。

１０、前記有機材料が動植物から得られる廃棄物からなることを特徴とする請求 の範囲第８項に記載の有機材料の分解蒸溜方法。

手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 ＰＣＴ／ＧＢ８８１００９７９ ２、発明の名称 有機材料の熱分解 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 氏　名　　　　　ホーランド、ケネス・マイケル４、代理人 居　所　　〒１０２　　東京都千代田区飯田橋１−８−６渋澤ビル　　電話　３ ２６２−１７６１（図面については、内容に変更なし） 国際調査報告 国際調査報告　　　ＧＢ　８８００９７９

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．有機材料の分解蒸溜方法であって、（ａ）前記有機材料を実質的に元素状炭 素に熱分解することなく高温ガス流を用いて予備加熱する過程と、（ｂ）大気圧 以上で実質的に無酸素ガスの雰囲気にあるマイクロ波放射領域に予備加熱した前 記有機材料を直接送出する過程と、 （ｃ）前記予備加熱有機材料を前記マイクロ波放射領域内で充分な電力のマイク ロ波放射を用いて充分な時間に亘って熱分解させ、それによってより極性の高い 化学結合の分裂に加えて前記有機材料の炭素−炭素結合に実質的に分裂を生じさ せ、それによって炭素原子を含む固体分裂生成物及びガス状副産物を生成する過 程と、 （ｄ）前記マイクロ波放射領域の下流で前記固体分裂生成物を収集する過程と、 （ｅ）前記予備加熱を生じさせるべく前記ガス状副産物の少なくとも一部分を前 記高温ガス流に再循環させる過程とからなることを特徴とする有機材料の分解蒸 溜方法。
2. ２．同一のフィード手段を用いて前記有機材料を前記予備加熱領域の中で前進さ せ、予備加熱した前記有機材料を前記マイクロ波放射領域に送り、かつ前記有機 材料を前記マイクロ波放射領域の中で前進させることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の有機材料の分解蒸溜方法。
3. ３．前記予備加熱領域及び前記マイクロ波放射領域が、それぞれに各領域へ酸素 含有ガスを流入させることなく前記固体材料を供給しまたは除去するためのパー ジロックを有することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の有機 材料の分解蒸溜方法。
4. ４．前記ガス流が、実質的に全体として前記有機材料の送り方向と逆方向に通過 するガス状副産物からなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいず れかに記載の有機材料の分解蒸溜方法。
5. ５．前記ガス流が、該ガス流と前記有機材料とが前記マイクロ波放射領域の中を 同一方向に通過するように再循環される前記ガス状副産物の少なくとも一部分か らなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の有機材 料の分解蒸溜方法。
6. ６．前記ガス流が別個に供給される炭化水素または窒素を更に含むことを特徴と する請求の範囲第４項または第５項に記載の有機材料の分解蒸溜方法。
7. ７．前記マイクロ波放射領域からの液体副産物が燃焼され、かつその結果得られ る熱エネルギを少なくともその一部分として前記有機材料の分解蒸溜方法に投入 されるエネルギに使用することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいず れかに記載の有機材料の分解蒸溜方法。
8. ８．前記有機材料が主に炭化水素及び／または炭水化物材料からなることを特徴 とする請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の有機材料の分解蒸溜方法 。
9. ９．前記有機材料が、好適には炭素充填剤を含むゴム化合物からなることを特徴 とする請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の有機材料の分解蒸溜方法 。
10. １０．前記有機材料が動植物から得られる廃棄物からなることを特徴とする請求 の範囲第８項に記載の有機材料の分解蒸溜方法。