JPH07500050A - 熔融浴中の化学反応をコントロールする方法およびシステム - 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】 環境保護局（ＥＰＡ）は危険廃棄物の年間生成量が７００億ガロン以上に達する と推定している。危険廃棄物には有機材料、例えばポリ塩化ビフェニル、殺虫剤 、除草剤、都市ごみ、病原菌をを含む病院の廃棄物、バインド、インクおよび汚 染された溶媒、黒色廃液および爆発物が含まれる。無機性の廃棄物の例には鉄、 亜鉛、銅、鉛、マグネシウム、アルミニウム、クロムおよびカドミウムの酸化物 、種々の粉末金属製造残渣、および金属を含む汚泥が含まれる。

さらにＥＰＡは多（の通常の廃棄物、例えば電気器具工場から得られるペイント 汚泥、鍍金店から出るクロムまたはニッケルの残渣、化学工場におけるワニス、 絨穂および洗剤用の使用済み原料、ドライクリーニングされた衣類から出る溶媒 およびコンピュータから出る脱脂されたマイクロチップ、使用済みの時計用電池 から出る水銀、使い捨て煙草用ライターから出るブタン残渣、およびオープン・ クリーナーの缶から出る苛性アルカリ液を、毒性、燃焼性、腐食性または危険な 反応性をもつものとして分類を行っている。

このような廃棄物を廃棄する手段として埋め立て式廃棄物処理場は次第に利用で き享くなっている。適当な廃棄物処理場がない場合、危険な廃棄物は危−ない、 好ましくは有用な物質に変えなければならない。

従来から危険な廃棄物を処理する代替的な方法を開発するのに莫大な投資が行わ れて来た。危険な廃棄物を分解するために使用されて来た種々の型の反応器には 、例えば液体注入器、多重炉、多重反応室、流動ベッド、溶融塩および高効率型 のボイラー反応器が含まれる。しかし多くの反応器はガスを放出するが、このガ スは吸収させるか分解しなければならない。多くの場合これらのガスは燃焼させ るが、廃ガスが焔の温度に滞在する時間が短いために、このことは一般に遊離基 が生成する原因となる。

ロータリー・キルンは有機性の廃棄物を燃焼させる普通に用いられる型の反応器 である。ロータリー・キルン中における燃焼は高温の焔によって開始され、この 際有機性の廃棄物から反応種が生成し、次いでこれが酸化される。しかしロータ リー・キルン内部では混合が悪いので、酸化するための酸素と反応種とを接触さ せるのが困難なことが多い。従って反応種の分解速度が低下する可能性がある。

さらに反応材料をロータリー・キルンに供給される際、燃焼による熱は焔の先端 から遠いところで放出され、従って反応種を生成する初期段階に使用できる熱が 制限される。

タイタス（Ｔｉｔｕｓ）等の米国特許第３，８１２，６２０号には、都市ごみの ような「不均一な廃棄材料」を焼却する際に生成するガラスおよび種々の金属の 溶融した塊について記載されている。廃棄物中の種々の有機物は溶融した塊の中 で温度最高１０，０００°Ｆにおいて分解する。しかし分解した物質は溶融した 塊の中に導入される酸素と接触しないことが多い。

溶融塩性も公知であり、酸素層びに廃棄物を注入する苛性アルカリ洛中の溶媒お よび塩の消費量によって類別されている。しかしこのような浴は一般に熱分解で はなく化学反応によって廃棄物を分解する方法に限られている。例えば米国特許 第４，４４７．２６２号、同第４．２４６゜２５５号、および同第４．０１７， ２７１号参照。

高温、高圧において水を存在させ、有機性材料および酸素を反応させることによ り廃棄物を酸化する方法も廃棄物の他の処理法である。エイ・アール・ウィルヘ ルミ（Ａ、Ｒ，Ｗｉ　ｌｈｅ　１ｍ１）のケミカル・エンジニアリング・プログ レス（Ｃｈｅｍ、Ｅｎｇ、Ｐｒｏｇ、）誌７５巻４６〜５２頁（１９７９年）の 論文参照。しかし無機塩、炭および金属含有固体がこのような方法に用いられる 装置の壁に蓄積するので、蓄積された廃棄物を除去する必要があり、従って腐食 の原因となり、またこのような装置の操作容量および使用寿命が制限される。

従って現在において供給原料の化学反応をコントロールして上記の問題を最小限 度に抑制する方法およびシステムが必要とされている。

本発明の要約 本発明は供給原料組成物の化学反応をコントロールする新規方法およびシステム に関する。

本発明方法は供給原料を内部に溶融浴を含む反応器に入れ、該溶融浴の温度を供 給原料の少なくとも一部が化学反応するのに十分な温度にし、中間成分および原 子構成成分をつ（る方法である。中間成分の一部は反応器の中で生成する廃ガス と一緒になって、反応器から放出される。中間成分の少なくとも一部は放出され た廃ガスから分離され、中間流かつ（られる。この中間流は反応器ｐ中に入れら れ、中間流中の反応器に戻された中間成分を化学的に反＝ｂせ原子構成成分にす る。次いで原子構成成分の少な（とも一部を溶融浴の成分と発熱的に反応させる 。この発熱反応で発生した熱は供給原料組成物並びに中間成分の化学反応をさら に開始させ、供給原料成分の化学反応をコントロールする。

本発明のシステムは反応器および該反応器の中に含まれた溶融浴を含んでいる。

溶融浴によって供給原料組成物が化学反応を行う。供給原料を化学的に反応させ て中間成分および供給原料の原子構成成分を生成するのに十分な温度で、供給原 料を適当な装置により反応器に供給する。

適当な装置により反応器の中で廃ガスをつくり、これを中間成分の一部と一緒に して反応器から放出する。適当な装置により中間成分の少なくとも一部を反応器 から放出される廃ガスから分離し、中間流をつ（る。

この中間流を適当な装置により反応器に入れ、中間流中の反応器に戻された中間 成分を反応させて原子構成成分にし、さらに原子構成成分の少なくとも一部を溶 融浴の成分と発熱反応させる。この発熱反応で発生する熱を用いて供給原料およ び中間成分の化学反応をさらに開始させ、これによって供給原料の化学反応がコ ントロールされる。

本発明は多くの利点をもっている。供給原料の化学反応により中間成分、例えば 軽質炭化水素、並びに原子構成成分が生じる。原子構成成分の少なくとも一部は 溶融浴の他の成分、例えば酸素と反応し、比較的安定な成分、例えば水および二 酸化炭素を生成する。原子構成成分の発熱反応によって生じた熱は供給原料をさ らに反応させるのに十分である。

比較的揮発性をもった供給原料を溶融浴の上部に導入して化学反応させることが できる。揮発化し廃ガスと一緒に反応器から放出される中間成分の実質的な部分 は溶融浴に戻さ株に原子構成成分に変えるような化学反応を行った後、原子構成 成分と発蕪的に反応して比較的安定な化合物になる。

中間成分を廃ガスから溶融浴に戻すことによりシステム中における安定な化合物 への変化が一層完全になり、廃ガス中の毒性物質が大気中に放出される量を著し く減少させることができる。また溶融浴の内部の反応系、例えば水の脱水素反応 、または溶融浴の上方における水−ガスのシフト反応の定常状態の条件は、廃ガ スを洗滌する液として水を用いることによりコントロールすることができる。ま た中間成分および廃ガスの他の成分、例えば供給原料組成物の原子的構成成分を 反応器に戻し、溶融浴内部の反応をコントロールすることができる。反応性成分 を戻すことにより、システムに導入された供給原料のカロリー値を保持すること もできる。

溶融浴は混合しない金属を含み、相対的な溶解度および酸化の自由エネルギーに よって金属の組み合わせを選び、反応性成分の反応をコントロールして比較的安 定な化合物を得ることができる。化学的なエネルギー、質量のエネルギーおよび 熱的エネルギーは溶融浴の内部で変換され、多相系の溶融浴中の各相により規定 される条件において熱力学的に安定な化合物を生成し得る物理化学的環境をつく ることができる。

得られた化合物が多相反応系の各相中へ溶解する溶解度は高いので、これらの化 合物は、各相によりかなりの量が補集される。生成した多くの化合物は溶融浴の 上方に生じたガラス層から成るガラス状の浸出し得ない結晶学的なマトリックス の中に混入して廃棄することができる。従って有害な化合物がガスとして放出さ れる量を提言させることができる。

図面の簡単な説明 添付図面は本発明のシステムの一興体化例の模式図である。

次に本発明方法の特徴および他の詳細点を添付図面および添付特許請求の範囲を 参照しながら説明する。ここに示した本発明の特定の具体化例は例示のために示 されたものであり、本発明を限定するものではない。

本発明の原理的な特徴は本発明の範囲を逸脱することな（種々の具体化例に使用 することができる。

本発明は一般に溶融洛中において供給原料組成物の分解をコントロールする方法 およびシステムに関する。バッチ（Ｂ　ａ　ｃ　ｈ）等の米国特許第４，７５４ ．７１４号および同第４．６０２．５７４号には、ポリ塩化ビフェニルおよび他 の有機性の廃棄物を随時無機性の廃棄物と一緒にして分解する製鋼工場に使用さ れるような溶融金属浴が記載されている。

ナゼル（Ｎａｇｅｌ）の１９９０年７月２４日付けの米国特許願第０７１５５７ ．５６１号には、混合しない金属の溶融浴中において炭素含有材料から二酸化炭 素を生成させる方法およびシステムが記載されている。

米国特許第４，７５４，７１４号および同第４，６０２，５７４号、並びに米国 特許願第０７１５５７，５６１号は参照文献として添付した。

添付図面に示す本発明の一興体化例においては、システム１０は反応器１２を含 んでいる。適当な反応容器の例には当業界に公知のに−ＢＯＰ、Ｑ−ＢＯＰ、ア ルゴン−酸素脱炭素炉（ＡＯＤ）　、ＥＡＦ等が含まれる。反応器１２は上部１ ４および下部１６を有している。反応器１２の上部１４にある供給原料の入口１ ８は供給原料を反応器１２の中に導入するのに適した形をしているｉコ）廃ガス の出口２２は上部１４から延び、廃ガスを反応器１２の外部へと導くのに適した 形をしている。

羽口２８は冷却管３０、酸化剤入口管２４および供給原料入口管３５を含んでい る。冷却管３０は冷却剤源３４から反応器１２の方に延びている。酸化剤入り口 管２４は酸化剤源２６から反応器１２の下部１６へと延びている。酸化剤入口管 ２４は冷却剤管３０の内部の羽口の開口部３２の所に配置されている。供給原料 入口管３５は供給原料源３７から羽口２８へと延びている。供給原料入口管３５ は酸化剤入口管２４の内部の羽口の開口部３２の所に配置されている。羽口２８ にはポンプ３９が配置され、適当な供給原料を供給原料源３７から羽口の開口部 ３２を通って反応器１２へと通すようになっている。

羽口２８は適当な炭素含有ガスおよび酸化剤を反応器１２の中に一緒に且つ連続 的に導入できるような寸法と形状をもっている。しかし冷却剤および酸化剤を一 緒に且つ連続的に導入するのではな（、別々におよび／または間欠的に反応器１ ２の中に導入することができる。また反応器１２の中に２個以上の羽０２８を配 置することができ、また同心状の羽口または多重同心状の羽口を使用して供給原 料および酸化剤のような反応原料を別々に反応器１２に導入することもできる。

例えば羽口２８を使用する代わりに、図示されていない第１の二重同心状の羽口 を通して供給原料を導入し、やはり図示されていない第２の二重同心状の羽口を 通して酸化剤を導入することができる。供給原料および酸化剤を別々に導入する 場合に用いるような二重同心状の羽口は反応器１２の中で近接して配置してもよ く、或いは互いに離して配置することもできる。さらに他の適当な装置、例えば 使い捨ての吹込み管（ランス）等を使用して供給原料を反応器１２に導入するこ とができる。−具体化例においては、ケイン−・イー・マックギーヴ７−　（Ｃ ａｓｅｙ　Ｅ、ＭｃＧｅｅｖｅｒ）およびクリストファー・ジェイ・ナゼル（Ｃ ｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ　Ｊ、Ｎａｇｅｌ）の「溶融浴中に溶解した原子構成成分 を生成させ酸化する方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　０ｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｓｓｏｌ ｖｅｄ　Ａｔｏｍｉｃ　Ｃｏｎ５ｔｉｔｕｅｎｔｓ　ｉｎａ　Ｍｏ１ｔｅｎ　Ｂ ａｔｈ）Ｊと題する米国特許明細書に記載されている。この米国特許明細書は参 考文献として添付した。

底に取付けられた吹出し口３６は下部１６から延び出しており、溶融浴の少なく とも一部を反応器１２から取出すのに適している。別の溶融浴を連続的にまたは 間欠的に除去する装置としてさらに別の抜取り口が備えられている。また当業界 に公知の他の方法で材料を取出すこともできる。例えば容器１２を回転させ、供 給原料入口１８から延びている図示されていない樋を使用して材料を取出すこと ができる。別法としてこの樋は図示されていない栓孔を通って反応器１２の中へ と延びていることもできる。

下部１６に誘導コイル３８を取り付け、反応器１２を加熱するか、または反応器 １２の内部に熱を発生させ始めるのに使用する。別法として反応器１２は他の適 当な装置、例えば酸素添加燃料燃焼器、電気アーク等によって加熱することがで きる。反応器１２にトラニオン４０を取り付け、反応器１２を動かすのに使用す る。反応器１２と廃ガス出口２２の間に密封材４２を配置し、密封材４２を破る ことなくトラニオン４０の周りに反応器１２を部分的に回卸させることができる 。別法として反応器１２はトラニオン４０または→封材４２を含まず、回転しな いものであることができる。

溶融浴４４は反応器１２の内部に配置されている。−具体化例においては、溶融 浴４４は酸化の自由エネルギーがシステム１０の操作条件において原子状の炭素 を一酸化炭素に変えるエネルギーをよりも大きい金属を含んでいる。成る例では 溶融浴４４は重量で約０．５〜約６％の量の炭素を含んでいる。溶融浴４４中の 炭素の量は例えば炭素および酸化剤を含む供給原料を溶融浴４４に導入する方法 ；溶融浴４４がら廃ガスを取り出す速度をコントロールする方法；シッテム１ｏ のシステム条件、例えば温度をコントロールする方法：溶融浴４４中の他の成分 の相対量をコントロールする方法などによって調節することができる。

溶融浴４４中の適当な金属としては鉄、クロム、マンガン、銅、ニッケル、コバ ルト等が含まれる。溶融浴４４は２種以上の金属を含むことができる。例えば溶 融浴４４は金属の溶液を含むことができる。また溶融浴４４は溶融した金属の酸 化物を含むことができる。米国特許願０７１５５７．５６１号に記載されている ように、溶融浴４４は２相以上の溶融金属を含んでいることができる。−具体化 例においては溶融浴４４は少なくとも１種の酸化物を含み、溶融した金属相を含 んでいないガラス相からつくられている。他の具体化例においてはこのガラス相 は少なくとも１種の塩を含んでいることができる。

溶融浴４４は第１の溶融金属相４６、および実質的に第１の金属相中に混合しな い第２の金属相４８を含んでいる。第１の溶融金属相４６および第２の溶融金属 相４８の両方は金属の溶液から成っていることができる。第２の溶融金属相４８ 中における原子状炭素の溶解度は第１の溶融金属相４６中の溶解度よりかなり低 くても良い。

第１の溶融金属相４６の酸化の゛自由エネルギーは、システム１０の操作条件に おいて、原子状炭素が酸化して一酸化炭素を生じるエネルギーよりも大きい。第 ２の溶融金属相４８の酸化の自由エネルギーは、システム１０の操作条件におい て、−酸化炭素が酸化して二酸化炭素になるエネルギーよりも大きい。従って原 子状の炭素の酸化はより完全に行われる。何故ならば第１の溶融金属相４６中で 原子状の炭素から生成する一酸化炭素は第２の溶融金属相において実質的に二酸 化炭素に変わるからである。

溶融浴４４は反応器１２を少なくとも部分的に適当な金属で満たすことによりつ くることができる。次いで誘導コイル３８を作動させるかまたは他の方法により 金属を適当な温度に加熱する。２種の混合しない金属を反応器１２に導入する場 合には、溶融すると金属は分離して第１の溶融金属相４６と第２の溶融金属相４ ８とを生じる。−具体化例においては、少なくとも一つの溶融金属相の粘度はシ ステム１０の操作条件において約１０センチポイズ以下である。他の具体化例に おいては、少なくとも一つの溶融金属相の粘度はシステム１０の操作条件におい て約３０ポイズ以下である。

システム１０の適当な操作条件には供給原料源３７から供給される供給原料を化 学的に反応させて少なくとも１種の中間成分を生じるのに十分な温度である。本 明細書において「中間成分」とは供給原料から生成し例えば原子構成成分に変わ るような化学反応をし、しかる後溶融浴４４の成分と発熱反応をする成分を意味 する。中間成分は例えば有機化合物または無機化合物であるこ六ができる。−具 体化例においては、溶融浴４４の操作条件には、溶融屑４４中における金属の酸 化のエネルギーを原子状の炭素が一酸化炭素に変わるエネルギーよりも大きくす るのに十分な温度が含まれる。溶融浴４４の温度はまた溶融浴４４により中間成 分中の炭素が原子状の炭素に変わるのに十分な温度である。

ガラス層５０は溶融浴４４の上に存在する。ガラス層５０は実質的に溶融浴４４ とは混合しない。別法としてシステム１０はガラス層５０を含んでいない。ガラ ス状５０は、操作条件において酸化の自由エネルギーが原子状の炭素が酸化して 一酸化炭素になる自由エネルギーよりも大きい金属の酸化物を少なくとも１種含 んでいる。

ガラス層５０の中における炭素および一酸化炭素の溶解度は溶融浴４４の溶解度 よりも小さく、従って原子状の炭素および一酸化炭素を溶融浴４４の内部に保持 することができる。他の具体化例においては、ガラス層５０は溶融浴４４よりも 熱伝導度が小さい。従って溶融浴４４からの放射による熱の損失を、ガラス層５ ０が存在しない場合の放射による溶融浴４４からの熱の損失よりも著しく低くす ることができる。

ガラス層５０の適当な金属酸化物の例には二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジル コニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａ　Ｉ　２０３）　、酸化マグネシ ウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（Ｃａ　Ｏ）、シリカ（ＳｉＯ２）などが含ま れる。ガラス層５０の適当な成分の他の例としては、ハロゲン、硫黄、燐、重金 属等が含まれる。ガラス層５０は２種以上の金属酸化物を含むことができる。ガ ラス層５０は二つ以上の相を含むことができる。典型的にはガラス層５０は実質 的に液体であり、溶融浴４４からガラス層５０を横切って遊離基および他のガス が通過することができる。

ガラス層５０は適当な材料、例えば金属、金属酸化物、ハロゲン、硫黄、燐、重 金属、汚泥等をその貯鱗場所５２から入口管５４を通して溶融浴４４の中に導入 することによ−りつくることができる。供給原料２０の無機成分もガラス層５０ の中に含ませることができる。貯蔵場所５２から出た材料は当業界に公知の方法 により溶融浴４４の上部に送られるか溶融浴４４の中に注入される。これ゛らの 材料は例えばアルカリ金属陽イオンまたはアルカリ土類金属の陽イオンとの反応 によりシステム１０の操作条件における他の安定な化合物になる。このような安 定な反応生成物の例にはフッ化カルシウム（ＣａＦｚ）および燐酸マグネシウム （Ｍｇ　（ＰＯ４）　２）が含まれる。−具体化例においては、ガラス層５ｏは 約４０％の酸化カルシウム、約４０％の二酸化珪素および約２０％の酸化アルミ ニウムを含み、厚さは約５インチである。

供給原料は液体または固体の形で供給原料源３７から反応器１２へ送られる。供 給原料はライン３５、ライン５１および／またはライン５３を通して導入するこ とができる。一般に供給原料は有機成分、例えばアルケン、アルキン等を含んで いる。別法として供給原料は一体となった製品、例えば紙製品、板材、タイヤ、 石炭等として入口１８を通して反応器１２へ送られる。無機組成物も供給原料と して使用してシステム１０に導入し化学反応を行わせることができる。無機性の 供給原料の適当な例としては金属およびその酸化物、硫化物、およびハロゲン化 物が含まれるが、これだけに限定されない。供給原料は炭素の他に、他の原子構 成成分、例えば水素、ハロゲン化物、金属等を含んでいることができる。

反応器１２へ送られた供給原料は溶融浴４４と一緒になり、またガラス層５０と 一緒にすることができる。供給原料が溶融浴４４またはガラス層５０と接触する と、供給原料１供給原料中の成分の少なくとも一部が化学的に反応するのに十分 な条排下に置かれる。供給原料の化学反応により少なくとも１種の中間成分が生 成する。

供給原料、酸化剤、および冷却剤は羽口２８を通って溶融浴４４に導入される。

供給原料はまた供給原料源３７から導管５１を通って反応器１６へと導入される 。導管５１はガラス状の層５０の上方で供給原料を放出する。別法として導管５ １は溶融浴４４の内部に延び、溶融浴４４の表面下の点で供給原料を放出する。

供給原料は溶融浴４４の中で化学反応を行い、原子構成成分および少な（とも１ 種の中間成分を生成するのに適している。−具体化例においては、供給原料から 生じた少な（とも１種の原子構成成分は溶融浴４４と発熱的に反応する。例えば 原子構成成分は羽口２８を通って溶融浴４４に導入された酸化剤と反応すること ができる。

溶融浴４４に導入された酸化剤の一部はまた原子状の炭素および他の反応成分と 反応し、システム１０の操作条件において実質的に安定な一酸化炭素および二酸 化炭素を生成することができる。溶融浴４４に酸化剤が導入されると、溶融浴４ ４中の中間成分の少なくとも一部が酸化剤と発熱的に反応し、酸化物を生じるこ とができる。典型的にはシステム１０に導入された酸化剤対溶融浴４４中の発熱 的に反応する成分の酸化可能な部分の化学量論的な割合は約ｌ：ｌより大きい。

冷却剤、例えば適当な保護用のガスはシステム１０の操作条件下において反応器 １６の内部の羽０２８の近傍の領域を冷却するのに適している。適当な冷却剤の 例としては窒素ガス（Ｎ２）、水蒸気、メタン（ＣＨ４）、クロロベンゼン（Ｃ ６Ｈ５Ｃ］）等が含まれる。−具体化例においては、溶融浴４４に露出させてり ｃ＝ｂベンゼンを改質し、炭化水素の一部である遊離基と塩素遊離基にする。

ガス層５６がガラス層５０の上につくられる。−具体化例においてはガス層５６ は反応器１２の上部１４から廃ガスの出口２２を通って洗滌器８２へと延びてい る。システム１０の内部の反応区域には溶融浴４４、ガラス層５０およびガス層 ５６が含まれている。廃ガスは炭素性のガスを酸化することによってつくられ、 水素、水蒸気、−酸化炭素および二酸化炭素のような反応生成物を含んでいる。

廃ガスはまた溶融浴４４の中で原子構成成分に分解する前に捕捉されたまたは揮 発した少なくとも１種の中間成分を含んでいる。しかしガス層５６の条件はガス 層５６中に少なくとも１種の中間成分を生成するのに適している。

−具体化例においては、ガス層５６は酸化剤源２６から第２の酸化剤入口管５７ を通って上部１４へと送られる酸素のような１種の酸化剤を含んでいる。溶融浴 ４４およびガラス層５０の中で生じた原子構成成分はガス層５６の中の酸化剤、 またはガス層５６を通る有機または無機化合物と反応する。溶融浴４４の内部に 生じた炭素性のガス、例えば−酸化炭素および二酸化炭素は気泡として溶融浴４ ４から外に出る。第２の酸化剤入口管５７を通して酸化剤を反応器１２に導入す る速度は、溶融金属反応器１２の中の酸化剤の分圧が溶融浴４４の中の原子状の 炭素の実質的な部分が酸化されるのに十分な圧力に保たれる速度である。

反応器１２の内部における反応の実質的な部分は反応区域の内部で起こる。供給 原料から生じる原子構成部分の発熱反応、例えば原子状炭素と酸化剤との反応に よる一酸化炭素および二酸化炭素の生成、およびフッ化カルシウムのような無機 成分を生じる他の発熱反応により、反応区域中で供給原料およびその成分が化学 蒜応するための熱が生成する。

反応区域における発熱反応により１出される熱はシステム１０の外部から運び込 まれることもできる。−具体化例においては、下部１６からコイル５８へと熱が 伝えられる。コイル５８は絶縁物６０で被覆され、水または液体金属のような適 当な伝熱媒体を含んでいる。伝熱媒体はコイル５８を通って循環し、溶融層４４ から動力発生装置６２へ熱を伝える。適当な動力発生装置の一例は蒸気タービン である。

反応器１２の中で発生した廃ガスは反応区域から廃ガスの出口２２を通って熱交 換器６４へと伝えられる。熱交換器６４は反応器１２から放出される廃ガスを冷 却する任意の熱交換器であることができる。適当な熱交換器の例には水冷式フー ド、外皮および管から成る熱交換器等がある。

廃ガスは熱交換器の廃ガス入口６６を通って熱交換器６４へと導かれ、次いで熱 交換器の廃ガス出口６８を通って出て行（。廃ガスはそれを熱交換器６４の廃ガ ス側７０へ通し、次いで適当な冷却用の媒体を熱交換器６４の冷却用媒体側７２ に通すことにより冷却される。適当な冷却用媒体の例には例えば水、エチレング リコール、エチルベンゼン、アルコール等が含まれる。

冷却用媒体は適当な装置、例えば冷却用媒体源７４と熱交換器６４との間に配置 されたポンプ７８を用いて冷却用媒体源７４から熱交換器６４の冷却用媒体入口 アロへと送られる。冷却用媒体は熱交換器６４の冷却用媒体側７２に通され、こ れによって廃ガスを冷却し、次いで冷却用媒体出口８０を通って熱交換器６４の 外に出る。冷却用媒体は冷却された廃ガスから液体組成物が生成するの崗適した 温度に廃ガスを冷却するのに十分な速度で熱交換器６４の中を通される。−具体 化例においては、廃ガスを約５００℃以下の温度まで冷却する。分子量が約１０ ０〜１０００の高分子量ポリ芳香族化合物が存在するような他の具体化例におい ては、廃ガスを約２００°Ｃ以下まで冷却する。

廃ガスは熱交換器の廃ガス出口６８から廃ガスから生じる中間生成物の少な（と も一部を除去するのに十分な条件下に廃ガスを置くため適当な分離装置へと送ら れる。−具体化例においては、この分離装置は洗滌器８２である。システム１ｏ に使用される適当な洗滌器は例えば湿式ベンツリ管洗滌器等である。廃ガスは洗 滌器の廃ガス人口８４に送られた後、洗滌器８２を通って洗滌器の廃ガス出口８ ６へと通される。

洗滌器用の液体８８は洗滌液源９０から適当な装置、例えば重力または図示され ていないポンプを用い洗滌器８２へと送られる。洗滌液８８は廃ガスと接触し、 溶融層４４に戻される廃ガスの少なくとも１種の成分を洗滌液８８で捕捉させる のに適した任意の液体であることができる。

適当な洗滌液の例としては水、有機溶媒等が含まれる。洗滌液８８は混合物また は溶液、例えば異なった有機溶媒の溶液；水と１種またはそれ以上の有機溶媒の 混合物；または液体と固体との混合物であることができる。洗滌液８８に含ませ ることができる固体の例としては例えば原子状の炭素に変えられ後溶融浴４４の 中で酸化して一酸化炭素または二酸化炭素にされる炭素分含有廃棄物であること ができる。

洗滌液８８は廃ガスから得られる中間成分の少なくとも一部を除去するのに適し た温度で洗滌器８２に導入される。−具体化例においては洗滌液８８は約５０℃ 以下の温度である。大気圧下の沸点が約１００°Ｃ以上の高沸点の洗滌媒質を用 いる他の具体化例においては、洗滌液８８の温度は約１５０℃以下である。別法 とＬＪ″Ｃ洗滌器洗滌器上２洗滌液８８は熱交換器により廃ガスおよび中間成分 をさらに冷却することな（十分に冷却することができる。

反応器１６から放出される廃ガスから成分を分離するために別の分離装置を使用 することができる。例えばいずれも図示されていない適当なサイクロン分離器、 および適当な噴霧乾燥機を熱交換器６４と洗滌器８２との間に配置することがで きる。サイクロン分離器は廃ガスから層状の粒子を分離するのに使用することが できる。噴霧乾燥機は例えばハロゲン化物を廃ガスから分離するのに用いること ができる。また洗滌器８２から放出される廃ガスを大気圧へ放出する前に処理す ることができる。

例えば図示されていない適当な静電式沈澱器を通して廃ガス中の荷電粒子を分離 することができる。次いで廃ガスを図示されていない適当な活性炭を用いるバッ グハウス（ｂａｇｈｏｕｓｅ）またはフィルターを通し、残った粒子を除去する 。

廃ガスを洗滌液８８で洗滌することにより液体組成物９２が生じる。

液体組成物９２は洗滌器８２から反応器１２へと送られる。市具体化例において は、液体組成物９２はポンプ９６によりパイプ９４を通って供給原料入り口管３ ５へと圧送される。適当なポンプの例としては遠心ポンプ、排気ポンプ等が含ま れる。このようにして液体組成物９２を供給原料と一緒にし、羽口２８を通して 溶融層４４へ導入する。他の具体化例においては、液体組成物９２をポンプ９９ により導管５１へ送る。このようにして液体組成物９２を供給原料と一緒にし、 反応器１２の中および溶融層の」二に導入する。導管５１が溶融層４４の表面の 下に延びている具体化例においては、導管５］の中の液体組成物９２は溶融層４ ４へと送られる。

このようにして液体組成物９２の中の中間成分は廃ガスから溶融層４４へと戻さ れる。次いで中間成分の実質的な部分は化学的に反応してその原子構成成分にな り、この原子構成成分は後で酸化剤または溶融層４４の他の成分と発熱反応し、 システム１０の操作条件下で実質的に安定な化合物を生じる。これによってシス テム１０の中の化学反応がコントロールされる。

該中間成分は適当な洗滌液８８を用いることにより廃ガスから選択的に除去され る。例えば洗滌液８８は比較的高分子量の中間成分、例えば溶融層４４中で石炭 のような固体の炭素材料を反応させた際に蒸発した軽質油（例えば１分子当たり ３個より多い炭素原子を含むもの）を廃ガスから選択的に補集する有機溶媒を含 むことができる。洗滌液８８および軽質油は液体組成物となり、これは反応器１ ２の下部１６に圧入される。別法として液体組成物中の洗滌液を反応器１２に送 る前に適当な方法で濃縮する。液体組成物を濃縮する適当な方法の一つは、洗滌 液の大部分を蒸発させるのに十分な条件下に液体組成物を置く方法である。次に 濃縮された液体組成物を反応器１２へ送る。

次に有機溶媒および軽質油を化学反応させて個々の原子構成成分にする。原子構 成成分、例えば原子状の炭素を次に実質的に酸化してもっと安定な生成物、例え ば−酸化炭素および二酸化炭素にする。−酸化炭素および二酸化炭素は廃ガスと して溶融層４４からガス層５６へと逃げ出し、これは熱交換器６４および洗滌器 ８２を通ってシステム１０の外に導かれる。固体の炭素性材料から生じた他の炭 素性化合物（例えば１分子当たり３個以下の炭素原子を含む′嚇の）はガス状の 合成燃料となり、これはシステム１０から放出される。

別法として液体組成物９２の少なくとも一部はポンプ１００により洗滌器８２か らライン！：１４およびライン１０１を通って反応器１０２へと送られる。反応 器１０２の中には溶融層１０４が配置されている。−興体化例においては、溶融 溜４４は中間成分が反応するような、例えばシステム１０の操作条件下で中間成 分をその原始構成成分にし、次いでこれを酸化するような適当な溶融金属相を少 なくとも１種含んでいる。この溶融金属相の適当な金属の例としては溶融溜４４ をつ（るのに適した金属が含まれる。−具体化例においては、溶融溜１０４は溶 融溜４４と同じ組成を有し、中間成分の少なくとも一部を反応させてそれを原子 構成成分に変え、次いでこの原子構成成分の少なくとも一部が溶融溜１０４と反 応して供給原料の化学反応をコントロールするのに十分な温度をもっている。原 子構成成分と溶融溜１０４の成分との反応は発熱反応または吸熱反応のいずれで あることもできる。

液体組成物９２は適当な方法および装置、例えば供給原料および液体組成物９２ を反応器１２へ送るのに適した方法および装置により反応器１０２へと送られる 。典型的には供給原料および液体組成物は図示されていない羽口を通して溶融溜 １０４へと注入される。酸化剤は酸化剤源２６からライン１０６および図示され ていない羽口を通して浴１０４へ送られる。冷却剤は冷却剤源３４からライン１ ０８を通り、それぞれの羽口を通る供給原料および酸化剤と共に溶融溜１０４に 注入される。

別法として、反応器１２で発生した廃ガスは先ず洗滌器８２を通ることなく熱交 換器６４から反応器１０２へと送られる。例えば廃ガスは熱交換器６４と反応器 １０２との面１延びたライン１１０を通って反応器１０２へと送られる。また廃 がオ龜タービン１１１を通り、ライン１１０で減圧して反応器１０２へと送るこ ともできる。

溶融溜１０４の上方で廃ガスが発生する。この廃ガスは例えば溶融溜１０４にお ける発熱反応の生成物、有機および無機の遊離基、および中間成分を含んでいる ことができる。この廃ガスはライン１１２を通して洗滌器８２へと運ばれる。こ の廃ガスを反応器１２および廃ガス出口２２に付随した反応区域に送ることもで きる。随時廃ガスの成分を回収した後大気中に放出するのに適した他の方法によ りこの廃ガスを処理することができる。−具体化例においては、廃ガスを図示さ れていない他の熱交換器および洗滌器へ送り、廃ガスから成分を除去し、除去さ れた成分を図示されていない他の反応器へ導入することもできる。

本発明の他の具体化例においては、供給原料は都市廃棄物、例えば廃棄された自 動車のタイヤを含んでいる。都市廃棄物を化学反応させ、ガラス層５０および溶 融溜４４により吸収し、ここで中間成分の一部を原子状の炭素に変える。原子状 の炭素に変える前に、中間成分の一部を反応器１２の中で蒸発させるか、または 廃ガスで捕捉することもできる。

酸化剤を導入して原子状の炭素を少なくとも部分的に酸化して炭素性のガス、例 えば−酸化炭素および二酸化炭素にする。毒性物質を含む無機性の反応性成分お よび他の反応性成分、例えば硫黄化合物は蒸発させるか、または粒子として廃ガ ス中に捕捉することができる。

廃ガスの反応性成分、例えば無機化合物は洗滌液８８で捕捉して液体組成物９２ にする極性および無極性の媒質を含んでいることができる。

これを洗滌器８２から反応器１２へ送って溶融溜４４へと運び、ガラス層５０に よって洗滌すること力＜、する。都市廃棄物中の金属は溶融溜４４に吸収される 。都市廃棄物中の、盛属酸化物はガラス層５０の中に捕捉させることができる。

廃ガス中の毒性物質を液体組成物９２の中で溶融溜４４に戻した後、システム１ ０から廃ガスとして放出する。

本発明のさらに他の具体化例においては、供給原料は揮発性の毒性をもった有機 化合物を含む容器を含有しており、これをライン１８を通して反応器１２へと導 入する。この容器およびその内容物は溶融溜４４およびガラス層５０により化学 的に反応する。毒性をもった有機性廃棄物中の有機化合物の少な（とも一部は蒸 発した後、廃ガスと一緒に洗滌器８２へ送られ、洗滌液８８によって凝縮する。

蒸発した毒性有機化合物はここで廃ガスから除去された後、廃ガスはシステム１ ０から放出され、液体組成物９２は溶融溜４４へ戻され、炭素を含んだ供給原料 ２０通して化学的に反応し、得られた原子状の炭素は酸化剤と発熱反応して一酸 化炭素および二酸化炭素を生じる。

原子状の炭素の他に、炭素を含むガスの他の中間成分の成分も生成することがで きる。このようの他に構成成分は溶融溜４４またはガラス層５０の中に少なくと も部分的に溶解する。溶融溜４４およびガラス層５０の中に溶解した各原子構成 成分の相対量はその相対的な溶解度に依存している。この構成成分は溶融溜４４ およびガラス層５０の中で他の中間成分と発熱反応して熱を発生し、システム１ ０の操作条件下で安定な反応生成物を生じる。また３重項の一酸化炭素を含む遊 離基は供給原料または吸熱性のガスから他の遊離基を生成するのに寄与すること ができる。

別法として、溶融溜４４およびフンス層５０に実質的に溶解しない原子状の炭素 以外の構成成分を生成本命ることもできる。このような構成成分は溶融溜４４お よびガラス層５０の中を移動し、ガラス層５０の上にあるガス層５６に達する。

第２の酸化剤入口管５７を通してガス層５６の中に導入された酸化剤がこの構成 成分に接触し、この構成成分と少なくとも部分的に反応してガス状の酸化物を生 じることができる。このガス状の酸化物は廃ガス出口２２を通って溶融金属反応 器１２から除去される。洗滌器８２の所でガス状の酸化物を廃ガスから選択的に 取り出し、液体組成物９２と共に溶融溜４４またはガラス層５０へ戻し、溶融溜 ４４またはガラス層５０の中で反応させるか、またはその中に取り込むことがで きる。

反応器１２は適当な材料、例えば当業界に公知の材料でつくられる。

熱交換器６４は廃ガスの温度において腐食および熱的意力に耐える適当な材料か らつくられる。溶融金属反応器１２から出る廃ガスの温度は典型的には約１５０ ００Ｃ以上である。洗滌器８２は使用条件下において廃ガスまたは洗滌液による 腐食に耐える適当な材料からつ（られる。

補正音の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成６年１月２６日

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）供給原料の少なくとも一部を化学的に反応させるのに十分な温度をも った熔融浴が配置されている反応器の中に供給原料を送り、これによって中間成 分および原子構成成分を生成させ、該中間成分の一部を反応器中で生じた廃ガス と一緒にして反応器から放出させ、（ｂ）該中間成分の少なくとも一部を廃ガス から分離して中間流をつくり、 （ｃ）該中間流を反応器に送って中間流の中の反応器に戻された中間成分を化学 的に反応させて原子構成成分にし、該原子構成成分の少なくとも一部を熔融浴の 成分と発熱的に反応させ、この際該発熱反応にによって発生した熱を用いて供給 原料の反応および中間成分の反応をさらに開始させ、このようにして供給原料の 化学反応をコントロールする工程から成ることを特徴とする方法。
2. ２．該供給原料を反応器の上部において反応器に供給することを特徴とする請求 の範囲１記載の方法。
3. ３．該廃ガスを洗滌液で洗滌することにより該中間成分を放出される廃ガスから 分離することを特徴とする請求の範囲２記載の方法。
4. ４．該洗滌液は無極性の化合物を含むことを特徴とする請求の範囲３記載の方法 。
5. ５．該洗滌液はさらに極性化合物を含むことを特徴とする請求の範囲４記載の方 法。
6. ６．該無極性化合物は有機化合物を含むことを特徴とする請求の範囲５記載の方 法。
7. ７．該極性化合物は水を含むことを特徴とする請求の範囲６記載の方法。
8. ８．（ａ）供給原料の少なくとも一部を化学的に反応させるのに十分な温度をも った第１の熔融浴が内部に配置された第１の反応器に供給原料を送り、これによ って中間成分と原子構成成分とを生成させ、該中間成分の一部を第１の反応器中 で生じた廃ガスと一緒にし、廃ガスと共に第１の反応器から放出させ、 （ｂ）該中間成分の少なくとも一部を、該中間成分を化学的に反応させるのに十 分な温度をもった第２の熔融浴が内部に配置された第２の反応器に送り、これに よって該中間成分の少なくとも一部を反応させて原子構成成分を生成させ、また 該原子構成成分の少なくとも一部を熔融浴の成分と反応させ、このようにして供 給原料の化学反応をコントロールすることを特徴とする供給原料の化学反応をコ ントロールする方法。
9. ９．さらに（ａ）第１の反応器から放出される廃ガスから中間成分の少なくとも 一部を分離して中間流をつくり、（ｂ）該中間流の少なくとも一部を第２の反応 器に送って該中間成分の少なくとも一部を化学的に反応させて原子構成成分にす る工程を含むことを特徴とする請求の範囲８記載の方法。
10. １０．さらに、中間流の一部を第１の反応器に送り、中間流の中で第１の反応器 に戻される中間成分を化学的に反応させて原子構成成分にし、しかる後該原子構 成成分の少なくとも一部を該第１の熔融浴の成分と発熱反応させ、これによって 該発熱反応により発生した熱を用いて供給原料および中間成分の化学反応をさら に開始させ、こようにして供給原料の化学反応をコントロールする工程を含むこ とを特徴とする請求の範囲９記載の方法。
11. １１．（ａ）反応器、 （ｂ）供給原料を化学的に反応させるために反応器の中に配置された熔融浴、 （ｃ）供給原料を化学的に反応させて中間成分と供給原料の原子構成成分とを生 成させるのに十分な温度で供給原料を反応器に送る装置、（ｄ）反応器の中で廃 ガスをつくり、これを中間成分の一部と一緒にして反応器から放出させる装置、 （ｅ）中間成分の少なくとも一部を反応器から放出される廃ガスから分離して中 間流をつくる装置、 （ｆ）該中間流を反応器に送り、中間流中の反応器に戻された中間成分を化学的 に反応させて原子構成成分にし、しかる後該原子構成成分の少なくとも一部を熔 融浴の成分と発熱的に反応させ、この発熱反応で発生した熱を用いて供給原料お よび中間成分の化学反応をさらに開始させ、このようにして供給原料の化学反応 をコントロールする装置から成ることを特徴とする供給原料の供給原料の化学反 応をコントロールするシステム。
12. １２．熔融浴はガラス層を含んでいることを特徴とする請求の範囲１１記載のシ ステム。
13. １３．ガラス層は少なくとも１種の金属酸化物を含んでいることを特徴とする請 求の範囲１２記載のシステム。
14. １４．ガラス層は少なくとも１種の塩を含んでいることを特徴とする請求の範囲 １２記載のシステム。
15. １５．熔融浴は少なくとも１種の熔融金属相を含んでいることを特徴とする請求 の範囲１１記載のシステム。
16. １６．熔融浴はさらに熔融金属相の上部にあるガラス相を含んでいることを特徴 とする請求の範囲１５記載のシステム。
17. １７．中間成分を廃ガスから分離する前に放出される廃ガスおよび中間成分を冷 却する装置をさらに含んでいることを特徴とする請求の範囲１６記載のシステム 。
18. １８．廃ガスおよび中間成分を冷却する装置はフード装置を含んでいることを特 徴とする請求の範囲１７記載のシステム。
19. １９．（ａ）第１の反応器、 （ｂ）該反応器の中に配置された該供給原料を化学的に反応させる第１の熔融浴 、 （ｃ）供給原料を化学的に反応させて中間成分および供給原料の原子構成成分を 生成させるのに十分な温度で供給原料を該第１の熔融浴に送る装置、 （ｄ）第１の反応器の中で廃ガスをつくり、これを中間成分の一部と一緒にして 第１の反応器から放出させる装置、（ｅ）第２の反応器、 （ｆ）該第２の反応器の中に配置された中間成分を化学的に反応させる第２の熔 融浴、 （ｇ）該中間成分を該第２の反応器に送り、該反応器に送られた中間成分を化学 的に反応させて原子構成成分にし、しかる後該原子構成成分の少なくとも一部を 第２の熔融浴の成分と反応させ、このようにして供給原料の化学反応をコントロ ールする装置から成ることを特徴とする供給原料の化学反応をコントロールする システム。
20. ２０．該中間流を第２の反応器に送る装置はタービンを含んでいることを特徴と する請求の範囲１９記載のシステム。
21. ２１．（ａ）第１の反応器から放出される廃ガスを中間成分の少なくとも一部か ら分離して中間流をつくる装置、および（ｂ）該中間流を第２の反応器に送り、 該反応器に送られた中間成分を化学的に反応させて原子構成成分にし、しかる後 該原子構成成分の少なくとも一部を第２の熔融浴の成分と化学的に反応させる装 置をさらに含むことを特徴とする請求の範囲１９記載のシステム。
22. ２２．該中間流の一部を第１の反応器に送り、中間流の中の第１の反応器に戻さ れた中間成分を化学的に反応させて原子構成成分にし、しかる後談原子構成成分 の少なくとも一部を第１の熔融浴の成分と発熱的に反応させ、該発熱反応によっ て発生する熱を用いて供給原料および中間成分の化学反応をさらに開始させ、こ のようにして供給原料の化学反応をコントロールする装置をさらに含んでいるこ とを特徴とする請求の範囲２１記載のシステム。
23. ２３．第２の熔融浴はガラス相を含んでいることを特徴とする請求の範囲２２記 載のシステム。
24. ２４．該ガラス相は少なくとも１種の金属酸化物を含んでいることを特徴とする 請求の範囲２３記載のシステム。
25. ２５．該ガラス相は少なくとも１種の塩を含んて、ることを特徴とする請求の範 囲２３記載のシステム。
26. ２６．該第２の熔融浴は少なくとも１種の熔融金属相を含んでいることを特徴と する請求の範囲２２記載のシステム。
27. ２７．該第２の熔融浴はさらに該第２の熔融浴の熔融金属相の上方にあるガラス 相を含んでいることを特徴とする請求の範囲２６記載のシステム。
28. ２８．供給原料の少なくとも一部を化学的に反応させるに充分な温度をもった熔 融浴が内部に配置された反応器の中に供給原料を送り、このようにして中間成分 および原子構成成分を生成させ、該中間成分の一部を反応器の中で生じた廃ガス と一緒にし、廃ガスと共に反応器から放出させる供給原料を化学的に反応させる 方法において、中間成分の少なくとも一部を廃ガスから分離して中間流をつくり 、該中間流を反応器に送り、中間流中の反応器に戻される中間成分を化学的に反 応させて原子構成成分にし、しかる後該原子構成成分の少なくとも一部を熔融金 属浴の成分と発熱的に反応させ、該発熱反応により発生する熱を用いて供給原料 および中間成分の化学反応をさらに開始させ、このようにして供給原料の化学反 応をコントロールすることを特徴とする改良法。
29. ２９．供給原料の少なくとも一部を化学的に反応させるに充分な温度をもった熔 融浴が内部に配置された反応器の中に供給原料を送り、このようにして中間成分 および原子構成成分を生成させ、該中間成分の一部を反応器の中で生じた廃ガス と一緒にし、廃ガスと共に反応器から放出させる供給原料を化学的に反応させる 方法において、中間成分の少なくとも一部を廃ガスから、内部に第２の熔融浴を 有する第２の反応器に送り、第２の反応器中の中間成分を化学的に反応させて原 子構成成分を生成させ、しかる後該原子構成成分を第２の熔融浴の成分と反応さ せ、このようにして供給原料の化学反応をコントロールすることを特徴とする改 良法。