JPH07507593A - 有機廃物を処理するための方法及び装置 - 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】 埋め立てゴミ処理法におけるそして焼却による有機廃物の処分は、処分スペース の利用性の減少、強化された政府の規制、及び有害物質汚染の環境に与える衝撃 の公衆意識の増大のために益々困難な問題になった。

有害有機廃物の環境への放出は、空気及び水供給を汚染し、それによって影響さ れた住民の生活の質を落とす可能性がある。

有機廃物の処分の環境上の影響を最小にするためには、これらの廃物を、温和な 、そして好ましくは有用な物質に転換するための方法を開発しなければならない 。この必要性に答えて、有害有機廃物を適切に処理するための代わりの方法の開 発においてかなりの投資がなされた。最も見込みがある新しい方法の一つは、Ｂ ａｃｈ及びＮａｇｅｌに発行された米国特許第４，５７４．７１４号及び第４． ６０２，５７４号中に述べられている。毒性廃物を含む有機材料を破壊するため のＢａｃｈ／Ｎａｇｅ１方法は、溶融金属中での有機材料のその原子状成分への 分解並びにこれらの原子状成分の環境上受は入れられる生成物、例えば水素、− 酸化炭素及び／又は二酸化炭素カスへの改質を含む。

発明の要約 本発明は、水素及び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理して濃縮水素及び炭 素酸化物ガス流れを生成させるための方法及びシステムに関する。一つの実施態 様においては、水素及び炭素を含む有機廃物は、別の酸化剤の添加なしでそして 有機廃物を分解するのにそして水素ガスを発生させかつ溶融金属を炭化するのに 十分な条ｆ′ｉ下で、炭化反応器中に入れられた溶融金属中に導入される。炭化 された溶融金属は炭化反応器から脱炭素反応器に移される。酸化剤が脱炭素反応 器中の炭化された溶融金属中に導入されてその中に含まれる炭素を酸化し、それ によって溶融金属を脱炭素しそして炭素酸化物ガスの濃縮流れを発生させる。脱 炭素された溶融金属は次に脱炭素反応器から炭化反応器に向けられる。

濃縮炭素酸化物ガス流れ中の一酸化炭素に刻する二酸化炭素の量を顕著に増加さ せるために用いられる本発明の別の実施態様においては、有機廃物は、別の酸化 剤の添加なしでそして有機廃物を分解するのにそして水素ガスを発生させかつ溶 融金属を炭化するのに十分な条件下で、有機廃物を炭化反応器中に入れられた溶 融金属導入される。この実施態様においては、溶融金属は２つの不混和性金属を 含み、ここで、第一の不混和性金属は一酸化炭素を生成させる原子状炭素の酸化 のためのものよりも大きな酸化の自由エネルギーを有しそして第二の不混和性金 属は二酸化炭素を生成させる一酸化炭素の酸化のものよりも大きな酸化の自由エ ネルギーを有する。上で述べた第−及び第二の不混和性金属の自由エネルギーは 、運転条件で取られる。炭化された溶融金属は炭化反応器から脱炭素反応器に移 され、そして酸化剤が脱炭素反応器中の炭化された溶融金属中に導入されてその 中に含まれる炭素を酸化し、それによって溶融金属を脱炭素しそして増加した二 酸化炭素／−一酸化炭素モル比を有する炭素酸化物ガスの濃縮流れを発生させる 。脱炭素された溶融金属は次に脱炭素反応器から炭化反応器に向けられる。

本発明を実施するための装置は、溶融金属入口、溶融金属出口及び水素排ガス出 口を有する炭化反応器並びに有機廃物を炭化反応器中に入れられた溶融金属中に 向けるための有機廃物注入手段を含む。この装置は、溶融金属人口、溶融金属出 口及び炭素酸化物徘カス出口を有する脱炭素反応器、炭化された溶融金属を炭化 反応器から脱炭素反応器に向けそして次に溶融金属を脱炭素反応器から炭化反応 器に戻すための手段、並びに酸化剤を脱炭素反応器中に注入するための酸化剤注 入手段を更に含む。

本発明は、有機廃物を処理して水素ガスの濃縮流れ及び炭素酸化物ガス、例えば −酸化炭素又は二酸化炭素又は両方の別の濃縮流れを生成させる利点を有する。

濃縮水素及び／又は炭素酸化物ガス流れはしばしば望まれる。例えば、水素ガス の濃縮流れは、アンモニア又はオキソアルコールの合成においてそして水素化又 は脱硫プロセスにおいて特に有用である。水素はまた優れた゛クリーンな”又は “温室ガス（ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ　ｇａｓ）を含まない”燃料である。

図面の簡単な説明 図１は、本発明に従って溶融金属中の有機廃物から濃縮水素及び炭素酸化物ガス 流れを生成させるための一つのシステムの略図である。

図２は、本発明に従って溶融金属中の有機廃物から濃縮水素及び炭素酸化物ガス 流れを生成させるための第二の７ステムの略図である。

図３は、本発明に従って溶融金属中の有機廃物から濃縮水素及び炭素酸化物ガス 流れを同時に生成させるための第三のシステムの略図である。

図４は、本発明に従って溶融金属中の有機廃物から濃縮水素及び炭素酸化物カス 流れを同時に生成させるための第四のシステムの略図である。

図５は、ニッケル、鉄及び炭素の酸化のための、種々の温度での、自由エネルギ ーのプロットである。

発明の詳細な説明 ここで、本発明の方法及び装置の特徴及びその他の詳細を、添１寸する図面を参 照して更に特別に説明しそして請求の範囲中で指摘する。本発明の特定の実施態 様は例示のために示されそして本発明の限定としては示されないことが理解され るであろう。本発明の主な特徴は、本発明の範囲から離れることな（種々の実施 態様において用いることができる。　′本発明は、一般に、水素及び炭素を含む 有機廃物を溶融金属中で処理して別々に濃縮水素及び炭素酸化物ガス流れを生成 させるための方法及び装置に関する。本発明は、それらの教示が引用によって本 明細書中に組み込まれる米国特許第４，５７４．７１４号及び第４．　６０２． 　５７４号中で開示されたＢａｃｈ／Ｎａｇｅ＋方法の改善である。

本発明の一つの実施態様を図１中に図示する。この図においては、システム１０ は炭化反応器１２及び脱炭素反応器１４を含む。適切な反応器の例は、当該技術 においてアルゴン−酸素脱炭素炉（ＡＯＤ）　、ＢＯＦ、ＲＨ脱ガス器などとし て知られている適切に改造されたスチール製造容器を含む。炭化反応器１２の上 方部分から延びている水素排ガス出０１６は、炭化反応器１２からの濃縮水素排 ガス組成物を導くのに適切である。

有機廃物人口チューブ１８は、有機物質入口２０を含みそして炭化反応器１２の 下方部分から延びている。ライン２２は有機廃物ソース２４と有機物入口チュー ブ１８との間を延びている。ポンプ２６は、有機廃物を有機廃物ソース２４から 有機廃物入口チューブ１８を通ってそして炭化反応器１２中に入れられた溶融金 属中に向けるためにライン２２中に配置されている。

しかしながら、１よりも多い有機廃物チューブを、炭化反応器１２中への有機廃 物の導入のために炭化反応器」２の下方部分に配置することができることが理解 されるべきである。加えて、有機廃物は、口２８を通して、又はライン３０を通 して炭化反応器１２のトップ中に導入することができる。その他の手段、例えば 注入やり（ｌａｎｃｅ）（図示しない）もまた、有機廃物を炭化反応器１２中の 溶融金属中に導入するために用いることができる。

ボトム口開は噴出口３２は、炭化反応器１２の下方部分から延びていてそして炭 化反応器１２からの溶融金属の取り出しのために適切である。

炭化反応器１２中の物質は、当該技術において知られているようなその他の方法 によって取り出すこともできる。

誘導コイル３４は、炭化反応器１２中の金属を加熱するために炭化反応器１２の 下方部分に配置されている。その代わりに、炭化反応器１２はその他の適切な手 段によって、例えばオキシ燃料バーナー、電弧などによって加熱することもでき ることが理解されるべきである。

溶融金属３６は炭化反応器１２内に配置されている。一つの実施態様においては 、溶融金属３６は、炭化反応器１２の運転条件で、原子状炭素から一酸化炭素へ の転換のための自由エネルギーよりも大きい酸化の自由エネルギーを有する金属 を含んで成る。適切な金属の例は鉄、クロム及びマンガンを含む。溶融金属３６ はまた１よりも多い金属を含むことができる。例えば、溶融金属３６は混和性金 属、例えば鉄及びクロムの溶液を含むことがてきる。

適切な金属は、／ステムの運転条件未満の融点を有するものである。

例えば、炭化反応器１２を約１３００’Ｃ〜約１７００’Ｃの温度範囲で動かず ことが好ましい。

適切な金属はまた、有機廃物が分解されそして溶融金属が炭化されたようになる につれて金属からかなりの量の水素が発生されることを可能にするのに十分な炭 素溶解度を持たねばならない。かくして、約０．５重量％よりも大きい炭素溶解 度を有する金属が好ましく、そして約２重量％よりも大きい炭素溶解度を有する ものが特に好ましい。１よりも多い金属が用いられる場合には、少なくとも一つ の金属が上で述べた炭素溶解度を持たねばならない。

多くの場合には、炭化反応器１２及び脱炭素反応器１４中の溶融金属の粘度をこ れらの反応器の運転条件で約１０センチポアズ未満に保つこともまた好ましい。

溶融金属３６は、炭化反応器１２を適切な金属によって少なくとも部分的に満た すことによって生成される。次に、金属は、誘導コイル３４によって又はその他 の適切な手段（図示しない）によって適切な温度に加熱される。

炭素酸化物排ガス出口４０は、脱炭素反応器１４の上方部分から延びていてそし て脱炭素反応器１４中で発生した濃縮炭素酸化物排ガス組成物を収集手段（図示 しない）へ又はガスをベントするための手段へ導くために適切である。

羽口４２は、脱炭素反応器１４の下方部分１６に配置されている。羽口４２は、 酸化剤人口３４での別の酸化剤の注入のための酸化剤チューブ４４を含む。ライ ン４８は酸化剤チューブ４４と酸化剤ソース５０との間を延びている。しかしな がら、脱炭素反応器１４中への酸化剤の導入のために、１よりも多い酸化剤チュ ーブを脱炭素反応器１４の下方部分に配置することができることが理解されるべ きである。勿論、別の酸化剤を導入するためのその池の手段もまた、単独で又は 羽口４２と組み合わせて用いることができる。

ボトム口開は噴出口５２は、脱炭素反応器１４の下方部分から延びていてそして 脱炭素反応器１４からの溶融金属の取り出しのために適切である。

誘導コイル５４は、反応器１４中の炭化された金属を加熱するために脱炭素反応 器１４の下方部分に配置されている。脱炭素反応器１４は、勿論、その他の適切 な手段によって、例えばオキシ燃料バーナー、電弧などによって加熱することも できる。

脱炭素反応器１４中の溶融金属５６は、それが脱炭素反応器１４に向けられる前 に炭化反応器１２中で生成された炭化された溶融金属である。

炭化反応器１２と脱炭素反応器１４との間に配置された導管６０は、炭化された 溶融金属を炭化反応器１２から脱炭素反応器１４へ移すために用いられる。脱炭 素反応器１４と炭化反応器１２との間に配置された導管６２は、脱炭素された溶 融金属を脱炭素反応器１４から炭化反応器１２へ移すために用いられる。

炭化反応器１２のための適切な運転条例は、有機廃物を、例えば分解によって、 水素及び炭素を含むその成分に少なくとも部分的に転換するのに十分な温度を含 む。一般に、約１．３００〜約１．７０００Ｃの範囲の温度が適切である。

必要に応じて、溶融金属３６はガラス状又はスラグ層６４を持つことができる。

溶融金属３６の上に配置されているガラス状層６４は溶融金属３Ｇと実質的に不 混和性である。ガラス状層６４は、溶融金属３６のものよりも低い熱伝導度を持 つことができる。溶融金属からの放射熱損失は、それによって、ガラス状層が存 在しない溶融金属からの放射熱損失よりもかなり下に減少させることができる。

脱炭素反応器１４は、類似のガラス法相、脱炭素ガラス状層６６を持つことがで きる。

典型的には、カラス状層６４又は６６は、運転条件で、原子状炭素から一酸化炭 素への転換のもの未満である酸化の自由エネルギーを有する少なくとも一種の金 属酸化物を含む。この例は酸化カルシウム（Ｃａ　Ｏ）である。ガラス状層６４ はまた、ハロゲン、例えば塩素又はフッ素を洗い落としてハロゲン化水素ガス、 例えば塩化水素の生成を防止するための適切な化合物を含んで良い。

広い範囲の有機廃物が本発明による処理のために適切である。適切な有機廃物の 例は、水素含有炭素質物質、例えばオイル又は、窒素、硫黄、酸素などを含む有 機化合物を含有する廃物である。有機廃物は無機化合物を含んでも良いことが理 解されるべきである。炭素及び水素に加えて、有機廃物はその他の原子状成分、 例えばハロゲン、金属などを含んで良い。有機廃物は無水である必要はない。し かしながら、有機廃物中の有意の量の水は、水を酸化剤として作用せしめ、それ によって濃縮水素ガスの生成に干渉する可能性がある。濃縮水素ガスの製造のた めには、好ましい有機廃物は、比較的高い水素含量を有する炭素質廃物、例えば プロパン、ブタンなどを含んでいる。濃縮炭素酸化物ガスの製造のためには、好 ましい有機廃物は、比較的低い水素含量を有するを含む炭素質廃物、例えばター ル、オイル、オレフィンなどを含む。

有機廃物は、ポンプ２６によって有機廃物ソース２４がらライン２２を通って向 けられそして有機廃物チューブ１８を通って溶融金属３６中に注入される。有機 廃物は、固体又は、液体内に溶解され又は懸濁された固体有機廃物成分を含むこ とができる流体で良い。その代わりに、有機廃物の固体粒子が不活性ガス、例え ばアルゴン中にせ濁されていて良い。

溶融金属３６中に向けられた有機廃物は、炭素、水素及びその他の原子状成分に 転換される。原子状水素は脱炭素反応器１２中で結合して水素を発生させる。そ の中に入れられた溶融金属３６は同時に炭化される。

”炭化する”という術語は、本明細書中で使用される時には、別に添加される酸 化剤による酸化に起因する溶融金属からの炭素の何ら実質的な損失なしで、溶融 金属中に含まれる炭素の全体量を増加させる溶融金属への原子状炭素の添加を意 味する。勿論、有機廃物は１以上の酸化剤を含んで良いがこれらは別に添加され る酸化剤とは考えられないことが理解される。

発生した水素ガスは、例えば拡散、泡立ち又はその他の手段によって溶融金属３ ６を通って移動する。少なくとも一部の水素は、溶融金属３６の水素排ガス出口 １６に近い部分に移動して濃縮水素ガス流れを生成させる。濃縮水素ガス流れと は、この術語が本明細書中で使用される時には、ガス流れ中の全部の水素及び炭 素酸化物を基にして、ガス流れ中に含まれる水素のモル分率が、有機廃物の同時 の組み合わせられた分解及び酸化のためにＢａｃｈ／Ｎａｇｅｌによって米国特 許第４．５７４゜７１４号及び第４．６０２．５７４号中で開示された典型的な 方法において一般に製造されるものよりも大きいガス流れを意味する。水素のモ ル分率は、ガス流れ中に含まれる水素のモルと炭素酸化物ガスのモルの和に対す るカス流れ中に含まれる水素のモルの比である。

炭化された溶融金属３６中に溶解された炭素の濃度は、好ましくは、溶融金属３ ６の温度での炭素に関する飽和点未満の量に限定される。溶融鉄に関しては、原 子状炭素の濃度は、好ましくは、１．８００℃では、約５重量％未満の濃度に限 定される。溶融金属３６がコバルトである場合には、炭素の飽和点は、１，４０ ０°Ｃでの約３重量％〜１，８００℃での約４．３重量％の範囲にある。同様に 、マンガンに関しては、炭素の飽和点は、１．４００℃での約８重量％〜１．８ ００℃での約８．５重量％の範囲にある。クロムに関しては、炭素の飽和点は、 １．　８００℃での約１１重量％〜２，０００℃での約１５重量％の範囲にある 。

溶融金属中に含まれる炭素が、溶融金属が炭素によって飽和されているので、不 溶性になる場合には、炭素のこの不溶性の部分は、濃縮水素ガス流れ中に伴出さ れそしてそれによって水素排ガス出口１６を通って溶融金属から除去されて良い 。これが起きる場合には、当該技術において知られた適切な装置を使用して水素 ガス流れから伴出された炭素粉末を分離することができる。適切な装置の例は、 サイクロン分離機又はバグハウス（ｂａｇｈｏｕｓｅ）フィルターを含む。

炭化された溶融金属３６は、炭化反応器１２から導管６０を通って脱炭素反応器 １４に移される。別の酸化剤が、酸化剤ソース５０からライン４８を通って向け られそして酸化剤チューブ４４を通って脱炭素反応器１４中の炭化された溶融金 属５６中に注入される。適切な酸化剤の例は、酸素、空気、酸化鉄などを含み、 そして好ましい酸化剤は酸素ガスである。

炭化された溶融金属５６中への別の酸化剤の導入は、溶融金属５６が脱炭素され るので、濃縮炭素酸化物ガス流れの発生を結果としてもたらす。濃縮炭素酸化物 ガス流れとは、この術語が本明細書中で使用される時には、全部の水素及び炭素 酸化物ガスを基にして、ガス流れ中に含まれる炭素酸化物ガスのモル分率が、有 機廃物の同時の組み合わせられた分解及び酸化のためにＢａｃｈ／Ｎａｇｅｌに よって米国特許第４，５７４．７１４号及び第４，６０２，５７４号中で開示さ れた典型的な方法において一般に製造されるものよりも大きいガス流れを意味す る。炭素酸化物ガスのモル分率は、ガス流れ中に含まれる水素のモルと炭素酸化 物ガスのモルの和に対するガス流れ中に含まれる炭素酸化物のモルの比である。

濃縮炭素酸化物ガス流れは、炭素酸化物排ガス出口４０を通って脱炭素反応器１ ４から取り出される。それは収集しても又はベントしても良い。

脱炭素された溶融金属５６は、導管６２を経由して炭化反応器１２に戻される。

炭化反応器１２に戻された脱炭素された溶融金属５６は、本方法を続けるために 別の酸化剤の添加なして追加の有機廃物を反応器１２に添加して、前に議論した ように、反応器１２中で炭化される。示さないけれども、溶融金属の望ましい循 環を達成するためにポンプを用いることができる。

システム１０は、好ましくは、排ガス取り出しを容易にするために大気圧で又は 真空下で運転される。

反応器１４中の炭素酸化物排ガス中の一酸化炭素対二酸化炭素の比は、多数の技 術によって調節することができる。その一つは、−または複数の金属の選択を含 む。例えば、鉄は一酸化炭素を製造する傾向があり、一方ニッケル又はマンガン のような金属は増加した量の二酸化炭素を製造する傾向がある。

Ｎａｇｅｌに発行された米国特許第５．１７７．３０４号（１９９３年１月５日 ）は、不混和性金属の溶融洛中の炭素質物質からの二酸化炭素の生成を増加させ るための方法及びシステムを開示している。この特許の教示は引用によって本明 細書中に組み込まれる。その中で教示されたように、増加した量の二酸化炭素は 、２つの不混和性溶融金属を有し、第一のものは原子状炭素の一酸化炭素への酸 化に関するものよりも大きな酸化の自由エネルギーを有し、そして第二のものは 一酸化炭素の二酸化炭素への酸化に関するものよりも大きな酸化の自由エネルギ ーを有する溶融金属浴から製造することができる。

反応器１４からの排ガス中の一酸化炭素対二酸化炭素のモル比はまた、反応器１ ４に関する他の運転条件に影響され得る。例えば、酸化剤の導入の速度、温度、 溶融金属５６の炭化の程度などがこの比に影響すると予期され得る。

本発明を実施するための装置の代わりの実施態様を図２中に図示する。

そこでは、システム１００は、その中に配置された溶融金属１０４を有する溶融 金属反応器１０２を有する。炭化反応器１０６は溶融金属反応器１０２中に配置 されている。溶融金属反応器１０２は、酸化剤入口１０８、ボトム口開は噴出口 １１０及び炭素酸化物排ガス出口１１２を有する。

炭化反応器１０６は、炭化反応器人口１１４、炭化反応器出口１１６及び水素排 カス出口１１８を有する。炭化反応器人口１１４及び炭化反応器出口１１６は、 それぞれ、炭化反応器入口チューブ１２０及び炭化反応器出口チューブ１２２に 接続されている。炭化反応器入口チューブ１２０及び炭化反応器出口チューブ１ ２２は、入口チューブ１２０及び出口チューブ１２２の一部が溶融金属反応器１ ０２中の溶融金属１０４の表面の下に沈められるほど十分な長さのものである。

炭素及び水素を有する有機廃物は、炭化反応器１０６内に入れられた溶融金属１ １５中に有機廃物を導入するために炭化反応器入口チューブ１２０に配置されて いる注入手段１２４によって導入される。注入手段１２４は、有機廃物ソース１ ２６、ライン１２８及び入口チューブ１３０を含む。有機廃物が入口チューブ１ ３０を通って導入されると、それは分解されて水素ガスを発生し、それによって 濃縮水素ガスの別の流れを生成させるが、これは次に炭化反応器１０６に含まれ る水素排ガス出口１１８を通って向けられることができる。炭素は、溶融金属１ １５中に溶解されて炭化された溶融金属を生成させる。水素ガスが水素排ガス出 口１１８に移動するので、溶融金属１１５を通る水素カスのこの動きはそれを循 環せしめる。溶融金属１１５は、炭化反応器人口１１４から炭化反応器１０６を 通って炭化反応器出口１１６へ循環し、そして出口チューブ１２２を通って反応 器１０２中に入れられた溶融金属に戻るように動く。

酸化剤は、注入手段１３６によって反応器１０２中に入れられた炭化された溶融 金属中に導入される。注入手段１３６は、酸化剤ソース１４０、ライン１４２及 び酸化剤チューブ１４４を含む。酸化剤が入口１０８を通って導入されると、炭 素酸化物ガスが生成され、そして反応器１０２中の溶融金属が脱炭素される。

発生した炭素酸化物ガスが溶融金属１０４を通って炭素酸化物排ガス出口１１２ に移動するので、炭素酸化物カスのこの動きは、溶融金属を炭化反応器出口１１ ６から溶融金属１０４を通って炭化反応器人口１１４へ循環せしめ、それによっ て脱炭素された溶融金属を炭化反応器１０６に返す。

システム１００は、溶融金属の望ましい循環を引き起こすために種々の圧力で運 転することができる。一般に、炭化反応器１０６中の圧力は、溶融金属の望まし い循環を促進するために、溶融金属反応器１０２中の圧力よりも低い。

本発明の別の代わりの実施態様を図３中に図示する。そこでは、システム２００ は、その中に配置された溶融金属２０４を有する溶融金属容器２０２を有する。

炭化反応器２０６及び脱炭素反応器２０８は、溶融金属容器２０２内に配置され ている。

炭化反応器２０６は、炭化反応器入口２１０、炭化反応器出口２１２及び水素排 ガス出口２１４を有する。炭化反応器入口２１０及び炭化反応器出口２１２は、 それぞれ、炭化反応器入口チューブ２１６及び炭化反応器出口チューブ２１８に 接続されている。炭化反応器入口チューブ２１６及び炭化反応器出口チューブ２ １８は、入口チューブ２１６及び出口チューブ２１８の一部が溶融金属容器２０ ２中の溶融金属２０４０表面の下に沈められるほど十分な長さのものである。

炭素及び水素を含む有機廃物は、炭化反応器２０６内に入れられた溶融金属２１ １中に有機廃物を導入するために炭化反応器入口チューブ２１６に配置されてい る注入手段２２０によって導入される。注入手段２２０は、有機廃物ソース２２ ２、ライン２２４及び入口チューブ２２６を含む。有機廃物が入口チューブ２２ ６を通って導入されると、それは分解されて水素ガスを発生し、それによって濃 縮水素ガス流れを生成させるが、これは次に水素排ガス出口２１４を通って向け られることができる。同時に炭素は、溶融金属２１１中に溶解されて炭化された 溶融金属を生成させる。溶融金属２１１を通る水素ガスのこの動きは、炭化反応 器入口２１０から炭化反応器２０６を通って炭化反応器出口２１２への循環を引 き起こす。かくして、溶融金属は、容器２０２からそれが炭化される反応器２０ ６中へそして容器２０２へ戻って流れる。

脱炭素反応器２０８は、溶融金属入口２３２、出口２３４及び炭素酸化物排ガス 出口２３６を有する。入口２３２及び出口２３４は、それぞれ、脱炭素反応器入 口チューブ２３８及び脱炭素反応器出口チューブ２４０に接続されている。入口 チューブ２３８及び出口チューブ２４０は、入口チューブ２３８及び出口チュー ブ２４０の一部が溶融金属容器２０２中の溶融金属２０４の表面の下に沈められ るほど十分な長さのものである。

酸化剤は、酸化剤ソース２４４、ライン２４６及び酸化剤チューブ２４８を含む 注入手段２４２によって導入される。酸化剤が注入されると、炭素酸化物カスが 生成され、そして溶融金属２３３が溶融金属を脱炭素反応器人口２３２から脱炭 素反応器２０８を通って脱炭素反応器出口２３４へそして容器２０２中の溶融金 属２０４へ戻して循環せしめる。

システム２００は、溶融金属の望ましい循環を引き起こすために種々の圧力で運 転することができる。好ましくは、炭化反応器２０６及び脱炭素反応器２０８中 の圧力は、望ましい循環を促進するために、溶融金属容器２０２中の圧力よりも 低い。

本発明のなお別の代わりの実施態様を図４中に示す。そこでは、システム３００ は、溶融金属３０４及びカラス状層３０８を含む溶融金属容器３０２を有する。

邪魔板３１０が溶融金属容器３０２内に配置されている。邪魔板３１０は実質的 に溶融金属３０４中に延びて炭化反応器領域３１２及び脱炭素反応器領域３１４ を規定し、これによって、本質的にすべての水素ガスは炭化反応器領域３１２中 で生成され一方脱炭素反応器領域３１４への水素ガスの実質的な損失を許さず、 そしてこれによって、本質的にすべての炭素酸化物ガスは脱炭素反応器領域３１ ４中で生成され一方炭化反応器領域３１２への炭素酸化物ガスの実質的な損失を 許さない。炭化反応器領域３１２は水素ガス領域３１６を有し、そして脱炭素反 応器領域は炭素酸化物ガス領域３１８を有する。溶融金属３０４による以外は、 水素ガス領域３１６と炭素酸化物ガス領域３１８との間に連絡はない。

水素排ガス出口３２０は炭化反応器領域３１２中の溶融金属３０４の表面の上に あり、そして炭素酸化物排ガス出口３２２は脱炭素領域３１４中の溶融金属３０ ４０表面の上にある。

有機廃物チューブ３２４は、有機廃物入口３２６を含みそして、溶融金属３０４ 中への実質的に垂直な方向での有機廃物入口３２６における有機廃物の注入のた めに炭化反応器領域３１２の下方部分に位置付けられている。注入された有機廃 物は流れの場を形成し、これは炭化反応器領域３１２中に実質的に留まって、脱 炭素反応器領域３１４への水素ガスの実質的な損失を許さない。ライン３２８は 、有機廃物ソース３３０と有機廃物チューブ３２４との間に延びている。ポンプ ３３２が、有機供給物を有機廃物ソース３３０から有機物質入口３２６へ向ける ためにライン３２８中に配置されている。

酸化剤チューブ３３４は、溶融金属３０４中への実質的に垂直な方向での酸化剤 入口３３Ｇにおける別の酸化剤の注入のために脱炭素反応器領域３１４の上方部 分に配置されている。酸化剤は流れの場を形成し、これは脱炭素反応器領域３１ ４中に本質的に留まって、炭化反応器領域３１２への炭素酸化物ガスの実質的な 損失を許さない。第二の酸化剤チューブ３３５は、実質的に垂直な方向で酸化剤 を注入するための付加的な注入サイトとして脱炭素反応器領域３１４の下方部分 に配置されているが、この注入によって溶融金属容器３０２のボ１−ムからの流 れの場が形成され、この流れはまた脱炭素反応器領域３１４中に本質的に留まり 、炭化反応器領域３１２への炭素酸化物ガスの実質的な損失を許さない。

ライン３３８は、別の酸化剤チューブ３３４と酸化剤ソース３４０との間に延び ている。別の酸化剤の導入のための一つの又は両方の場所を用いることができる 。

ボトム口開は噴出口３４２は、溶融金属容器３０２の下方部分から延びていてそ して溶融金属容器３０２からの溶融金属の取り出しのために適切である。

有機廃物は、有機廃物を分解するのに十分な条件下で炭化反応器領域３１２中の 溶融金属３０４中に導入される。水素カスが発生され、一方領域３１２中で溶融 金属が炭化される。邪魔板３１０は、有機廃物の水素及び炭素への分解を許し、 −力説炭素反応器領域３１４中への水素の実質的な損失を許さないように十分に 溶融金属３０４中に延びている。

炭素は同時に溶融金属中に溶解する。炭化反応器領域３１２中への有機廃物の注 入は、溶解された炭素を溶融金属３０４のいたるところに分配するのに十分な溶 融金属３０４における循環を引き起こすことができる。

濃縮水素カスは、炭化反応器領域３１２から水素ガス領域３１６を通って水素カ ス排カス出口３２０へ取り出される。

酸化剤は、脱炭素反応器領域３１４中の溶融金属３０４中へ、その中に含まれる 炭素を酸化しそれによって炭素酸化物ガスの濃縮流れを生成させる条件下で、導 入される。邪魔板３１０はまた、溶解された炭素の炭素酸化物ガスへの酸化を許 すが一方酸化剤の炭化反応器領域３１２中への実質的な損失を許さないように十 分に溶融金属３０４中に延びている。溶解された炭素は酸化され、それによって 溶融金属を脱炭素しそして濃縮炭素酸化物ガス流れを生成させる。濃縮炭素酸化 物ガス流れは、炭素酸化物排ガス出口を通って脱炭素反応器領域３１４から取り 出される。発生する炭素酸化物ガスは、脱炭素された溶融金属を炭化反応器領域 ３１２に戻すのに十分な溶融浴３０４の循環を引き起こす。

例示Ｉ 水素及び炭素を有する有機化合物、例えばブタンを含む有機廃物を、図１中に示 すようにして、システムの炭化反応器中に供給する。システム中の溶融金属は１ ８００℃の温度での鉄である。有機廃物は溶融金属中で炭素及び水素の原子状成 分を生成させ、濃縮水素ガス流れを生成させそして溶融鉄を炭化する水素の分解 によって炭素からの水素の分離を引き起こす。水素カスは水素排カス出口を通っ て反応器から取り出される。

炭化された溶融鉄は脱炭素反応器に向１プられるが、そこで次に酸化剤、酸素ガ スがシステム中の炭化された溶融鉄に添加される。炭素と酸化剤との反応は、溶 融金属中の鉄の酸化に優先して起きる。何故ならば、図５中に見ることができる ように、炭素の酸化の自由エネルギー（曲線１）は運転温度で鉄のもの（曲線２ ）よりも小さいからである。炭素は酸化鉄又は二酸化炭素よりも優先的に一酸化 炭素を生成させる。何故ならば、二酸化炭素への炭素の酸化の自由エネルギー（ 曲線３）は、−酸化炭素を生成させる炭素に関する酸化の自由エネルギー（曲線 １）よりも大きい鉄の酸化の自由エネルギー（曲線２）よりも大きいからである 。酸素カスは溶融金属に連続的に添加される。−酸化炭素は炭素酸化物排カス出 口脱炭素反応器を通って溶融金属から分離され、それは次に炭素酸化物収集タン ク（図示しない）に向けられても良く、又は大気にベントされても良い。脱炭素 された金属は炭化反応器に連続的に返される。

例示■ 例示Ｉと似ｆこ反応器構造において、水素及び炭素を有する有機化合物例えばブ タンを含む有機廃物を炭化反応器の溶融金属中に供給する。しかしながら、溶融 金属は１．８００℃の温度でのニッケルである。有機廃物は溶融金属中で炭素及 び水素の原子状成分を生成させ、濃縮水素ガス流れを生成させそして溶融ニッケ ルを炭化する水素の分解によって炭素からの水素の分離を引き起こす。水素ガス は、水素排カス出口を通って反応器から取り出される。

炭化された溶融ニッケルは、脱炭素反応器に向けられるが、そこで次に酸化剤、 酸素ガスが炭化されたニッケルに添加される。炭素と酸化剤との反応は、溶融金 属中のニッケルの酸化に優先して起きる。何故ならば、図５中に見ることができ るように、炭素の酸化の自由エネルギー（曲線１）は、溶融ニッケルの温度でニ ッケルのもの（曲＃ｉ＋４）よりも小さいからである。炭素は一酸化炭素と二酸 化炭素の混合物を生成させる。

何故ならば、二酸化炭素（曲線３）を生成させるそして一酸化炭素（曲線１）を 生成させる酸化の自由エネルギーは両方とも、ニッケルの酸化の自由エネルギー よりも小さいからである。酸素ガスは、炭化された溶融金属にそれを脱炭素する ために連続的に添加される。炭素酸化物カスは炭素酸化物排ガス出口を通って溶 融金属から分離され、それは次に炭素酸化物収集タンク（図示しない）に向けら れても良く、又は大気にベントされても良い。脱炭素された金属は連続的に炭化 反応器に返される。

本明細書中で述べられた方法及び装置は、濃縮水素及び炭素酸化物ガス流れの同 時の発生を可能にする。しかしながら、いくつかの実施態様においては、同時の 発生は必要ではなくそしである場合には引き続く発生が好ましい可能性がある。

Ｕ） （”Ｏｌ０ＬＬＩ／ｒ）（）　９ 国際調査報告 、　−ＰＣＴ／ｕｓ　９３１０５４４５国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＰＴ、　Ｓ Ｅ）、ＧＡ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　Ｍ Ｌ、　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ 、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、 　ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ。

ＳＫ、ＵＡ、ＵＳ、ＶＮ （７２）発明者　マクギーバー、ケイシイ・イーアメリカ合衆国マサチュセツツ 州０２３３９ハノーバー・ミルプルツクウェイ８

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．水素及び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理して濃縮水素及び炭素酸化 物ガス流れを生成させるための方法であって、ａ）別の酸化剤の添加なしでそし て有機廃物を分解するのにそして水素ガスを発生させかつ溶融金属を炭化するの に十分な条件下で、有機廃物を炭化反応器中に入れられた溶融金属中に導入する ステップ、ｂ）炭化された溶融金属を炭化反応器から脱炭素反応器に向けるステ ップ、 ｃ）酸化剤を脱炭素反応器中の炭化された溶融金属中に導入してその中に含まれ る炭素を酸化し、それによって該溶融金属を脱炭素しそして炭素酸化物ガスの濃 縮流れを発生させるステップ、及びｄ）脱炭素された溶融金属を脱炭素反応器か ら炭化反応器に向けるステップ を含んで成る方法。
2. ２．濃縮炭素酸化物ガス流れが一酸化炭素を含んで成る、請求の範囲１記載の方 法。
3. ３．溶融金属が鉄を含んで成る、請求の範囲２記載の方法。
4. ４．別の酸化剤が酸素ガスを含んで成る、請求の範囲３記載の方法。
5. ５．溶融金属が、同じ条件下で溶融鉄中で製造されるものと比較して顕著に増加 した二酸化炭素／一酸化炭素のモル比を与えるように選択される、請求の範囲１ 記載の方法。
6. ６．溶融金属がマンガンを含んで成る、請求の範囲５記載の方法。
7. ７．溶融金属が２つの不混和性金属を含んで成りここで、運転条件で、第一の不 混和性金属は一酸化炭素を生成させる原子状炭素の酸化のためのものよりも大き な酸化の自由エネルギーを有しそして第二の不混和性金属は二酸化炭素を生成さ せる一酸化炭素の酸化のためのものよりも大きな酸化の自由エネルギーを有する 、請求の範囲５記載の方法。
8. ８．第一の溶融金属が鉄を含んで成りそして第二の溶融金属が銅を含んで成る、 請求の範囲７記載の方法。
9. ９．水素及び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理して濃縮水素及び炭素酸化 物ガス流れ（ここで、該炭素酸化物ガスは同じ条件下で溶融鉄中で製造されるも のと比較して顕著に増加した二酸化炭素／一酸化炭素のモル比を有する）を生成 させるための方法であって、ａ）別の酸化剤の添加なしでそして有機廃物を分解 するのにそして水素ガスを発生させかつ溶融金属を炭化するのに十分な条件下で 、有機廃物を炭化反応器中に入れられた溶融金属（ここで、該溶融金属は２つの 不混和性金属を含んで成りここで、運転条件で、第一の不混和性金属は一酸化炭 素を生成させる原子状炭素の酸化のものよりも大きな酸化の自由エネルギーを有 しそして第二の不混和性金属は二酸化炭素を生成させる一酸化炭素の酸化のもの よりも、溶融金属の条件で、大きな酸化の自由エネルギーを有する）中に導入す るステップ、ｂ）炭化された溶融金属を炭化反応器から脱炭素反応器に向けるス テップ、 ｃ）酸化剤を脱炭素反応器中の炭化された溶融金属中に導入してその中に含まれ る炭素を酸化し、それによって該溶融金属を脱炭素しそして、同じ条件下で溶融 鉄中で製造されるものと比較して顕著に増加した二酸化炭素／一酸化炭素のモル 比を有する炭素酸化物ガスの濃縮流れを生成させるステップ、及び ｄ）脱炭素された溶融金属を脱炭素反応器から炭化反応器に向けるステップ を含んで成る方法。
10. １０．水素及び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理して濃縮水素及び炭素酸 化物ガス流れを生成させるための方法であって、ａ）別の酸化剤の添加なしでそ して有機廃物を分解するのにそして水素ガスを発生させかつ溶融鉄を炭化するの に十分な条件下で、有機廃物を炭化反応器中に入れられた溶融鉄中に導入するス テップ、ｂ）炭化された溶融鉄を炭化反応器から脱炭素反応器に向けるステップ 、 ｃ）酸素ガスを脱炭素反応器中の炭化された溶融鉄中に導入してその中に含まれ る炭素を酸化し、それによって該溶融金属を脱炭素しそして一酸化炭素ガスの濃 縮流れを発生させるステップ、及びｄ）脱炭素された溶融鉄を脱炭素反応器から 炭化反応器に向けるステップ を含んで成る方法。
11. １１．水素及び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理して濃縮水素及び炭素酸 化物ガス流れを同時に生成させるための方法であって、ａ）別の酸化剤の添加な しでそして有機廃物を分解するのにそして水素ガスを発生させかつ溶融金属を炭 化するのに十分な条件下で、有機廃物を炭化反応器中に入れられた溶融金属中に 導入するステップ、ｂ）炭化された溶融金属を炭化反応器から脱炭素反応器に向 け、そして一方ステップ（ａ）を継続するステップ、ｃ）酸化剤を脱炭素反応器 中の炭化された溶融金属中に導入してその中に含まれる炭素を酸化し、それによ って該溶融金属を脱炭素しそして炭素酸化物ガスの濃縮流れを発生させるステッ プ、ｄ）脱炭素された溶融金属を脱炭素反応器から炭化反応器に向け、そして一 方ステップ（ｃ）を継続するステップを含んで成る方法。
12. １２．濃縮炭素酸化物ガス流れが一酸化炭素を含んで成る、請求の範囲１１記載 の方法。
13. １３．溶融金属が鉄を含んで成る、請求の範囲１２記載の方法。
14. １４．別の酸化剤が酸素ガスを含んで成る、請求の範囲１３記載の方法。
15. １５．溶融金属が、同じ条件下で溶融鉄中で製造されるものと比較して顕著に増 加した二酸化炭素／一酸化炭素のモル比を与えるように選択される、請求の範囲 １１記載の方法。
16. １６．溶融金属がマンガンを含んで成る、請求の範囲１５記載の方法。
17. １７．溶融金属が２つの不混和性金属を含んで成りここで、運転条件で、第一の 不混和性金属は一酸化炭素を生成させる原子状炭素の酸化のためのものよりも大 きな酸化の自由エネルギーを有しそして第二の不混和性金属は二酸化炭素を生成 させる一酸化炭素の酸化のためのものよりも大きな酸化の自由エネルギーを有す る、請求の範囲１５記載の方法。
18. １８．第一の溶融金属が鉄を含んで成りそして第二の溶融金属が銅を含んで成る 、請求の範囲１７記載の方法。
19. １９．水素及び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理して同時に濃縮水素及び 炭素酸化物ガス流れを生成させるための方法であって、ａ）別の酸化剤の添加な しでそして有機廃物を分解するのにそして水素ガスを発生させかつ溶融金属を炭 化するのに十分な条件下で、有機廃物を炭化反応器中に入れられた溶融金属（こ こで、該溶融金属は、該炭化反応器のための運転条件で少なくとも約０．５重量 ％の炭素溶解度を有する）中に導入するステップ、 ｂ）炭化された溶融金属を炭化反応器から脱炭素反応器に向けるステップ、 ｃ）酸化剤を脱炭素反応器中の炭化された溶融金属中に導入してその中に含まれ る炭素を酸化し、それによって該溶融金属を脱炭素しそして炭素酸化物ガスの濃 縮流れを発生させるステップ、及びｄ）脱炭素された溶融金属を脱炭素反応器か ら炭化反応器に向けるステップ を含んで成る方法。
20. ２０．水素及び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理して同時に濃縮水素及び 炭素酸化物ガス流れを生成させるための方法であって、ａ）有機廃物を分解する のにそして水素ガスを発生させかつ溶融金属を炭化するのに十分な条件下で、有 機廃物を反応容器中に入れられた溶融金属中に実質的に垂直な方向で導入するス テップ（ここで、該容器は、該反応器内の内部空間を炭化ゾーンと脱炭素ゾーン に分離するのに十分に溶融金属中に延びる、該反応器内に配置された邪魔板を有 し、そして該邪魔板は、本質的にすべての水素ガスが炭化ゾーン中で生成される ことを許すが、一方脱炭素ゾーン中への水素の実質的な損失を許さず、そして本 質的にすべての炭素酸化物ガスが脱炭素ゾーン中で生成されることを許すが、一 方炭化ゾーンヘの炭素酸化物ガスの実質的な損失を許さない）、 ｂ）炭化された溶融金属を炭化ゾーンから脱炭素ゾーンに向けるステップ、及び ｃ）酸化剤を該脱炭素ゾーン中に入れられた溶融金属中に実質的に垂直な方向で 導入してその中に含まれる炭素を酸化し、それによって該溶融金属を脱炭素しそ して炭素酸化物ガスの濃縮流れを発生させるステップ を含んで成る方法。
21. ２１．濃縮水素ガス流れ及び濃縮炭素酸化物ガス流れの生成のために水素及び炭 素を含む有機廃物を溶融金属中で処理するための装置であって、 ａ）溶融金属入口、溶融金属出口及び水素排ガス出口を有する炭化反応器、 ｂ）有機廃物を該炭化反応器中に入れられた溶融金属中に向けるための有機廃物 注入手段、 ｃ）溶融金属入口、溶融金属出口及び炭素酸化物排ガス出口を有する脱炭素反応 器、 ｄ）酸化剤を脱炭素反応器中に注入するための酸化剤注入手段、ｅ）炭化された 溶融金属を該炭化反応器から該脱炭素反応器に向けるための手段、並びに ｆ）溶融金属を該脱炭素反応器から該炭化反応器に戻すための手段を有して成る 装置。
22. ２２．炭化反応器が実質的に脱炭素反応器内に配置されている、請求の範囲２１ 記載の装置。
23. ２３．炭化反応器及び脱炭素反応器が溶融金属浴を有するための溶融金属容器内 に実質的に配置されている、請求の範囲２１記載の装置。
24. ２４．炭化反応器が溶融金属容器から溶融金属を受けるための手段及び溶融金属 を溶融金属容器に導くための手段を有する、請求の範囲２３記載の装置。
25. ２５．脱炭素反応器が溶融金属容器から溶融金属を受けるための手段及び溶融金 属を溶融金属容器に導くための手段を有する、請求の範囲２４記載の装置。
26. ２６．有機廃物注入手段が実質的に垂直である、請求の範囲２５記載の装置。
27. ２７．酸化剤注入手段が実質的に垂直である、請求の範囲２６記載の装置。
28. ２８．濃縮水素ガス流れ及び濃縮炭素酸化物ガス流れの同時生成のために水素及 び炭素を含む有機廃物を溶融金属中で処理するための装置であって、 ａ）溶融金属を入れるために適切な反応容器、ｂ）該反応器内の内部空間を炭化 ゾーンと脱炭素ゾーンに分離するのに十分に溶融金属中に延びる、該反応器内に 配置された邪魔板（ここで、該邪魔板は、本質的にすべての水素ガスが炭化ゾー ン中で生成されることを許すが、一方脱炭素ゾーン中への水素の実質的な損失を 許さず、そして本質的にすべての炭素酸化物ガスが脱炭素ゾーン中で生成される ことを許すが、一方炭化ゾーンヘの炭素酸化物ガスの実質的な損失を許さない） 、 ｃ）有機廃物を該炭化ゾーン中に入れられた溶融金属中に実質的に垂直な方向で 注入する（これによって、有機廃物の流れの場は本質的に炭化ゾーン中に留まる ）ための手段、及びｄ）酸化剤を該脱炭素ゾーン中に入れられた溶融金属中に実 質的に垂直な方向で注入する（これによって、酸化剤の流れの場は本質的に脱炭 素ゾーン中に留まる）ための手段 を有して成る装置。