JPH0768532B2

JPH0768532B2 - 多段炉床装置及び熱処理方法

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Publication number: JPH0768532B2
Application number: JP62289243A
Authority: JP
Inventors: コップルマンエドワード
Original assignee: ケイ − フューエルパートナーシップ
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1987-11-16
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: AU605201B2; GB8724666D0; US4728339A; HU203406B; DD292316A5; YU47272B; HUT48745A; DE3738665C2; DE3738665A1; YU203587A; FR2606786B1; CA1336766C; AU8131787A; JPS63150383A; FR2606786A1; ZA878135B; DD279722A5; TR24528A; GB2199397B; GB2199397A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明による多段炉床装置と処理方法とは、残留湿分を
含んだ有機質の炭素含有材料を、制御された圧力と高温
との下で処理し、それらを物理的及び（あるいは）化学
的に望み通りに変化させて、燃料として用いるのに適し
た反応生成物を作り出すのに広く適している。もつと詳
しくいうと、本発明は、供給原材料の中のかなりの量の
湿分すなわち水分を含んだ炭素含有材料を高温、高圧状
態にするための装置及び方法に関連しており、これによ
つて、固体状の反応生成物の残留湿分量が相当減少し、
さらに、有機質材料を熱的、化学的に再構成し、これに
改良された物理的特性を付与し、湿分のない乾燥状態で
の加熱価値を増加させることができる。

石油や天然ガスからなる従来のエネルギー源の欠点や費
用増大によつて、供給量が豊富な他のエネルギー源の研
究が行われてきており、これらには、亜炭、亜瀝青炭、
ピートのような繊維性材料、おがくずのような廃材にな
つた繊維性材料、樹皮、廃木材、伐採や製材作業から生
じる技材やチツプ材、綿の木の茎のような農業上の廃
材、堅果の殻、トウモロコシの皮、あるいはその類似
物、また都市型の固体状の廃パルプが含まれる。残念な
がら、そのような他の材料はその天然的な発生状態にお
いては、高エネルギー燃料として直接用いるには、多く
の理由から非効率的である。この理由により、湿分のな
い状態で加熱価値を増加させ、同時に天候や、輸送、貯
蔵に対する安定性を増加させることによつて、そのよう
な材料を燃料として用いるのにもつと適した形状に転換
させるための各種処理方法が提供されてきている。

そのような従来技術による装置と処理方法との代表的な
ものとしては、米国特許第4,052,168号に記載されたも
のがあり、これによると、亜炭が制御された熱処理によ
つて化学的に再構成されて、天候に対して安定かつ耐久
性のある質の向上した固体状の炭素含有生成物が提供さ
れ、また瀝青炭の加熱価値に近い70熱価値にまで増加さ
れる。また、米国特許第4,127,391号においては、従来
の石炭の洗浄作業が生じた廃棄される瀝青質の微粉が熱
処理されて、固体燃料として直接用いるのに適した固体
状に固まつたコークス状の生成物が提供される。また、
米国特許第4,129,420号においては、廃材の繊維性材料
のみならず、ピートのような天然の繊維性材料も、制御
された熱再構成法によつて質が向上され、固体燃料とし
て用いたり、あるいは燃料油のスラリーのような他の従
来の燃料との混合物として用いたりするのに適した、固
体状の炭素含有生成物あるいはコークス状の生成物が提
供される。前述の米国特許に記載されているような、そ
のような炭素含有の供給材料の質を向上させるための装
置及び処理方法は米国特許第4,126,519号に記載されて
おり、これによると、供給材料の液体状スラリーが傾斜
した反応チエンバーの中へ導入され、漸進的に加熱さ
れ、加熱価値の増加したほぼ乾燥した固体状の反応生成
物が形成される。この反応は制御された高圧、高温の下
で行われ、さらに望みの熱処理を達成するための滞留時
間を考慮して行われ、これは供給材料の中のほぼ全ての
湿分を蒸発させることや、少なくとも一部分の揮発性の
有機物質を蒸発させて、同時に制御された部分的な化学
的再構成あるい熱分解を行わせることを含んでいる。反
応は非酸化性雰囲気で行われ、固体状の反応生成物は、
その次に大気と接触しても燃焼あるいは品質低下せずに
放出できるような温度にまで冷却される。

前述した米国特許に記載されている処理方法及び装置
は、各種の炭素含有の供給原材料を満足的に処理して品
質の向上した固体状の反応生成物を生成することがわか
つているが、そのような湿つた炭素含有の各種の供給原
材料を連続的に熱処理する場合に、さらに効率性、融通
性、簡素性、制御容易性を有した装置及び処理方法が継
続的に必要とされ、それによつて、従来のエネルギー源
の代替エネルギーとしての高エネルギーの固体燃料に転
換、生成する場合にさらに経済性を提供しようとするも
のである。本発明は米国特許出願第683,591号明細書に
記載されるような装置及び処理方法における改良を含
み、有孔性の炉床構造を有していて、これによつて、高
温の流体が反応領域の中へ、供給材料と熱交換的になつ
て直接注入され、供給材料の加熱における効率を改良
し、それに応じて装置の容量も増加する。

発明の要約本発明の１つの実施例の装置の利点、長所は、複数個の
重ねられた環状炉床を収納したチエンバーを画定する圧
力容器を含む多段炉床装置によつて得られ、前記炉床は
乾燥領域あるいは予熱領域を画定するチエンバーの外周
へ向かつて、角度的に下方へ傾斜した一連の上部炉床を
有していて、そこでは供給材料中の湿分と化学的に結合
された水とが抽出される。前記上部炉床の下には、反応
領域を画定する一連の下部炉床が配置され、これは供給
材料と熱交換的な関係になつて高温流体を注入するため
の加熱装置を含み、供給材料中の少なくとも一部分の揮
発性物質を蒸発させて、揮発性の反応気体と、湿分のな
い状態で加熱価値の増大した固体状の反応生成物とを形
成するのに十分な時間周期の間で、供給材料を制御され
た超大気圧の下で、制御された高温にまで加熱する。反
応領域の中で形成された高温の反応気体は、乾燥領域の
中で供給材料と向流的になつて熱交換的な関係になつて
上方へ通過し、導入されてくる供給材料上でその凝縮性
部分を部分的に凝縮させ、蒸発潜熱の解放によつて供給
材料を予熱し、さらに、供給材料内の化学的に結合され
た水を解放し、この水は圧力下で角度的に傾斜した炉床
から、装置の外部の場所へ抽出される。

本装置には中央部を延在した回転シヤフトが設けられ、
これは各々の炉床の上面の近くに配置された複数個の攪
拌アームを有し、これは、シヤフトの回転によつて、操
作され、供給材料を各々の炉床に沿つて半径方向の内側
及び外側へ交互に漸進的に移送させ、供給材料をひとつ
の炉床からその下にある次の炉床へカスケード的に下降
させることができる。好ましくは、装置の乾燥領域に
は、炉床及びその上にある攪拌アームの上に配置された
環状のバツフルが採用され、そのような炉床上の供給材
料の直ぐ近くの領域において、高温の反応気体の対向流
的な流れを画定し、供給材料と気体との間の接触と熱交
換とを強化する。

固体状の反応生成物は装置の底部から抽出され、適当な
冷却チエンバーに移送され、そこでは、大気と接触して
も逆効果をもたらさないようにして放出することのでき
る温度にまで冷却される。

本装置には、もし望みならば、反応装置の反応領域にお
ける燃焼及び加熱のために採用することのできる生成気
体として、圧力下で揮発性の反応気体を取出すために、
その上部に出口が設けられている。本装置の上部にはま
た入口が設けられており、これによつて、炭素含有の供
給原材料あるいはその混合物が適当な圧力ロツクを介し
て反応チエンバーの中へ導入され、また乾燥領域の最上
部の炉床上へ導入される。

本発明の他の満足的な実施例の装置によると、供給材料
の乾燥と予熱とは、多段炉床装置の外部に配置された第
一段のところで実施され、結果的に得られた予熱され、
部分的に脱水された供給材料は、その後、前述したよう
な複合多段炉床装置の下部からなる反応領域と類似した
反応領域を画定する多段炉床装置の中へ放出される。さ
らに、これら２つの実施例の装置においては、装置の最
適な運転効率を維持するために、環状バツフルの外部表
面から全ての湯あかを除去するために、ブラシのような
適当な清掃装置を採用することもできる。

本発明の処理方法においては、湿つた有機質の炭素含有
の供給材料は、反応領域から分離された、あるいはそれ
と一体結合された予熱領域の中へ導入され、そこでは供
給材料は反応気体の向流的な流れによつて約300゜Fから
約500゜F（約150℃から約260℃）の温度にまで予熱され
る。同時に、導入されてくる低温の供給材料上で凝縮す
る湿分と、それを加熱することによつて解放されてくる
湿分とが供給材料から放出され、圧力下でドレン装置を
通つて予熱領域から抽出される。部分的に脱水された状
態の供給材料は、予熱領域から反応領域を通つて下方へ
通過し、その中の少なくとも一部分の揮発性物質を蒸発
させて、気体相と固体状の反応生成物とを形成するため
に、一般的に約１分という短い時間から約１時間あるい
はそれ以上の長時間までの範囲の時間期の間で、約300p
siから約3000psi（約21kg/cm²から約210kg/cm²）あるい
はそれ以上までの圧力範囲の下で、約400゜Fから約1200
゜F（約200℃から約650℃）あるいはそれ以上の温度に
まで加熱される。

本発明の付加的な利点及び長所は、添付図面と特別な例
とに関連して、好的実施例の説明を読むと明らかになる
であろう。

好的実施例の説明添付図面を詳細に参照して、第１図から第３図までで最
もよくわかるように、本発明の１実施例に係る多段炉床
装置は、環状フランジ18によつて気密関係的に固定され
た、ドーム形の上部12と、円筒状の中央部14と、ドーム
形の下部16とからなる圧力容器10を有している。この装
置は、前記容器の中央部の下部フランジ18に連結された
迫台22に固定された一連の脚部20によつて、ほぼ直立位
置に支持されている。上部ドーム部12には、容器の内部
へ微粒子状の湿つた炭素含有の供給材料を導入するため
の、フランジ付き入口24が設けられている。この入口24
の近くには、前記導入された供給材料を反応室の外周部
へ直接的に案内するための傾斜バツフル26が設けられて
いる。前記上部12の反対側には、後でもつと詳しく説明
するように、反対室から加圧された揮発性の反応気体を
抜き取るために、フランジ付きの出口28が設けられてい
る。前記上部12の内部中心上には、下方向にぶら下つた
環状のボス30が形成されており、この中には回転シヤフ
ト34の上端を回転自在に支持するためのベアリング32が
配置されている。

前記回転シヤフト34は反応室の内部の中心を延在し、下
部16に形成された環状のボス36の中において、ベアリン
グ38及び流体密封のシール組立体40によつて、その下端
を回転自在に受け留められている。回転シヤフト34の外
側の突出部出端には段の付いたスタブシヤフト部分42が
形成されており、これはベアリング受け46の中に取付け
られたスラストベアリング44の中で、支持される関係に
なつて着座している。

前記回転シヤフト34に沿つて垂直方向に間隔をおいて、
複数個の半径方向に延在した攪拌アーム48がシヤフトに
固定され、半径方向に突出している。一般的には、予熱
領域あるいは乾燥領域においては、２本、３本あるいは
４本の攪拌アームを採用することができ、また反応領域
においては６本までの攪拌アームを採用することができ
る。代表的には、回転シヤフトに対して、各々の高さの
ところで、４本の攪拌アームが約90度間隔をおいて固定
されている。攪拌アーム48の下側には複数個の角度の付
いた攪拌歯50が固定され、またこの歯にはシヤフトの回
転に応じて、多段炉床に沿つて供給材料を半径方向内外
に移送するように角度がつけられている。

シヤフト34とその上に攪拌アーム組立体とは、調節可能
な基礎54上に支持されたモータ52によつて回転され、前
記モータはその出力シヤフトに固定された駆動笠歯車56
を有し、これは前記回転シヤフトの下端部分に固定され
た被駆動笠歯車58と一定係合するように配置されてい
る。前記モータ52は、好ましくは、シヤフトの回転速度
を可変制御するために、可変連型のものである。

多段炉床装置内の温度の変化に応じて、シヤフトの縦方
向の膨張、収縮と、そこから突出している攪拌アームの
垂直位置の変化とを与えるために、前記基礎54とシヤフ
ト34の外側への突出端とは、流体によつて励起されるシ
リンダー62によつて助力された調節可能なジヤツキ60上
に配置され、基礎54の高さを選択的に変化させ、装置内
における炉床の上面に関する攪拌歯50の適当な位置を確
保する。

第１図に示された特定の装置に関していうと、装置の内
部は、上部の予熱領域あるいは脱水領域と下部の反応領
域とに分割されている。予熱領域は複数個の重ねられた
角度的に傾斜した環状の炉床64からなつており、これは
反応室の外周部に向かつて下方へ傾斜している。上部の
予熱領域には円筒状のライナー66が設けられていて、こ
れは中央部の壁14の内側で半径方向に隔置されていて、
これに対しては傾斜した前記炉床64が固定されている。
ライナー66の最上端には、ライナーと中央部の壁14との
間の環状空間に炭素含有の供給材料が入り込まないよう
にするために、外側へ傾斜した部分68が形成されてい
る。第１図で見て最も上部の炉床64はその外周部におい
てライナー66に連結され、回転シヤフト34に向かつて上
方、内部へ延在している。前記炉床64の末端部は下向き
に配置された円状のバツフル70になつており、これは供
給材料がその下にある環状炉床の内部を下向きに落下し
ていく環状シユートを画定している。最上部の炉床64の
下に配置された下向きに傾斜した環状炉床64は、ライナ
ー66に対してその角度的に隔置された間隔部において固
定され、かつブラケツト72によつて支持されている。こ
の第２の環状炉床64にはその外周部において複数個の孔
あるいは開口73が形成されており、その中を供給材料が
その下にある次の炉床へカスケード状に放出されてい
く。この装置においては、入口24を通して導入された湿
つた炭素含有の供給材料は、バツフル26によつて最上部
炉床64の外周部へ向けられ、その後で攪拌歯50によつて
上方、内側へ移動され、円状バツフル70の上の位置に到
達し、そこからその下に隔置されている炉床へ下向きに
落下していく。同様に、上から２番目の炉床上の攪拌歯
50は供給材料を炉床の上面に沿つて下向き外側へ効果的
に移送し、結果的にその外周部における孔73を通して放
出される。この供給材料は、第１図の矢印によつて示さ
れたように、内外交互にカスケード的に下方へ通過し続
けていき、結果的に下部の反応領域の中へ放出される。

供給材料は、その下方へのカスケード流の間に、加熱さ
れた揮発性の気体の上向きの対向流と接触し、一般的に
約200゜Fから約500゜F（約90℃から約260℃）の温度に
まで予熱される。供給材料と上向きの加熱気体とを確実
に密接に接触させるために、環状のバツフル71が、少な
くとも幾つかの角度的に傾斜した炉床64の上で、攪拌ア
ーム48の直上に配置され、そのような高温反応気体の、
環状炉床の上面に密接したところへの流れを画定し、供
給材料と熱交換的な関係になる。供給材料の予熱は、直
接的な熱交換のみならず、部分的には、導入されてくる
低温の供給材料の表面における蒸気のような、加熱され
た気体の凝縮可能な部分の凝縮によつて行われる。凝縮
された液体は、導入された供給材料内の遊離された化学
的に結合された水と同様に、角度的に傾斜した炉床に沿
つて下向き、外側へ排出され、炉床の最外端において環
状溝74を介して円状ライナーに連結された、炉床の外周
部において取出され、前記溝にはその入口端上にジヨン
ソンスクリーンのようなスクリーン76が設けられ、これ
は隣接する攪拌アーム上の最も外側の攪拌歯上における
スクレーパ要素あるいはワイヤブラシ77によつて連続的
にこすりつけられるようになつている。前記環状溝74
は、ライナー66と中央部の壁14との間の環状空間の中に
配置されたダウンカマー78と連通して配置され、前記液
体は、第１図に示したような、凝縮液出口80を通つて反
応容器から取出される。

予熱領域を上方へ通過していく冷却された反応気体は、
最終的にはフランジ付きの出口28を通つて、圧力容器の
上部12から取出される。

予熱され、かつ部分的に脱水された供給材料は、予熱領
域における最下部の炉床から、連続的に制御された加圧
状態のままで、反応領域における最上部の炉床82へ通過
し、さらに一般的に約400゜Fから約1200゜F（約200℃か
ら約650℃）の範囲か、あるいはそれ以上の温度にまで
加熱される。反応領域における環状の炉床82はほぼ水平
な位置、好ましくは構造上の理由から少し円錐形状にな
つて配置され、それらは、その外周部が中央部の内壁14
における円筒状の耐火ライナー84に対してほぼ密封関係
になるようにして配置されている。反応領域における攪
拌アーム48上の攪拌歯50もまた同様に、第１図の矢印に
よつて示されたように、供給材料を反応領域の中でカス
ケード的に、交互に半径方向内側及び半径方向外側に効
果的に移動させる。殆ど水分のなくなつた、温度上昇し
た固体の反応生成物は、最下部の炉床82の中心におい
て、円錐状のシユート86の中へ放出され、フランジ付き
の出口88を通つて圧力容器から取出される。

圧力容器からの熱損失をさらに減少させるために、円筒
状部分及び下部16には、当業界においてよく知られてい
る全てのタイプの断熱材90の外層が設けられている。さ
らに、好ましくは中央部には外部シエル92が設けられ、
その下における断熱材を保護する。

本発明の改良的な実施例に関していうと、反応領域内で
の供給材料の加熱は、反応領域における炉床82の有孔部
分を通る加熱された気体のような高温流体を注入するこ
とによつて行われる。この加熱気体は、反応領域内の供
給材料を望みの高温にまで加熱するのに適当な熱容量を
有した、どのような気体あるいは過熱蒸気であつてもよ
い。例えば前記加熱気体は、第１図に示したような気体
出口28を通つて装置から抽出された生成気体の燃焼から
生じたような、過熱蒸気であつてもよい。好ましくは、
前記加熱気体は少なくとも生成気体それ自身の一部を含
んでいてもよく、これは反応領域内の温度、圧力よりも
若干高い温度、圧力にまで再熱、再加圧され、反応室内
の炉床82上に配置された供給材料の中へ導入される。装
置から抽出された前記生成気体は、普通は、その中に含
まれている凝縮性の有機成分を抽出するための処理を受
け、その後でその湿分は除去され、再加圧後に適当な熱
交換器を通して処理されて、約1200゜F（約650℃）ある
いはそれ以上の温度にまで加熱される。通常は、反応領
域の中へ注入するための気体の加熱は、約1100゜Fから
約1150゜F（約590℃から約620℃）までの温度範囲にお
いて行われ、反応領域内の炉床上の供給材料を約800゜F
（約430℃）にまで加熱する。加熱気体の圧力は、普通
は、反応領域内の圧力よりも少し高い圧力、例えば、反
応領域内の圧力より約10psi（約0.7kg/cm²）だけ高い圧
力にまで加圧される。生成気体の再熱、あるいは、過熱
蒸気の再熱は、装置から回収された有機成分を含んだ生
成気体の余剰部分を利用することによつて行われる。回
収された生成気体を利用する方が、過熱蒸気を利用する
よりも好ましく、それは即ち、過熱蒸気は予熱領域にお
いて凝縮水を形成して余剰の量の凝縮水を抽出する必要
があるのに対し、回収された処理気体は最少量の凝縮水
しか生成しないからである。

また、反応領域内の供給材料の加熱は、補助的な加熱装
置、例えば、電気加熱装置や、熱交換の管束や、それと
類似のものによつて補足される。第１図に示したような
実施例に関していうと、補助的ならせん状の管束94が示
されており、これは耐火ライナー84の内壁に沿つて延在
し、またフランジ付きの入口98及びフランジ付きの出口
100に連結され、これらは二酸化炭素あるいはその類似
物のような熱移送流体の外部供給源と連結している。普
通は、反応領域における炉床82を介して直接的に注入さ
れる加熱流体の容積と温度とは、その中における供給材
料の温度を最適に制御するのに十分なものであるので、
そのような補助的な加熱装置は使用する必要がない。

本発明の好ましい実施例においては、反応領域における
有孔炉床82は各々が60度になつた６個のパイ形セグメン
ト95からなつていて、それらが組立てられて円形の炉床
を形成する。第２図及び第３図で最もわかるように、各
々のセグメント95は、直立状の環状フランジ97を有した
外部環状リム96を含み、前記フランジに対して放射線遮
へい99が、例えば、溶接によつて固定されるようになつ
ている。各々のセグメント95の内側部分には環状リム10
1が形成され、これに対して上部有孔壁102と下部壁103
とが溶接され、それらの間にはプレナムチエンバー104
が画定される。第２図に示したように、上部壁102の有
孔部分はセグメント95の表面の一部分にしか延在してい
ない。この有孔壁102の下側には多孔質の金属スクリー
ン105が設けられ、これは炉床の上面に配置された供給
材料が、プレナムチエンバー104の中へ入つていくこと
を防ぐようになつている。下部壁103には供給管106が連
結されており、これはプレナムチエンバーの内部へ加圧
された加熱気体を供給するために、プレナムチエンバー
を連通している。各々のセグメントに１本の供給管106
が設けられ、これはさらに、第１図に示したように、フ
ランジ付きの入口管108に連結された環状マニホルド107
に対して連結されている。前記多孔質スクリーン105の
下側には、第３図に示したように、前記供給管106と整
列した位置に、好ましくはバツフル109が固定され、上
部壁102の有孔部を介して均一な気体分布が得られるよ
うになつている。各々のパイ形セグメント95の上部壁に
は、交互の炉床において、好ましくは、開口113が設け
られていて、その上に配置された供給材料がその下にあ
る次の炉床へ前記開口を通つて下方へ落下していくこと
ができるようになつている。供給材料を半径方向内側へ
移送する炉床はそのような開口113を必要とせず、供給
材料は、上部炉床に関して前述したようにして、内側の
環状リム101の内側エツヂを越えて下方へ移送される。
第２図に示したように、外側の環状リム96には、好まし
くは、その外側エツヂに沿つてノツチ115が設けられ、
これは装置の内壁に沿つた垂直コラムと協動して、各セ
グメントを支持し、またセグメントを適当な角度位置に
保持するようになつている。

下部炉床82はほぼ水平位置に位置しているが、構造上の
関係で、若干上方に傾斜していて円錐形状になつている
ことが好ましく、この場合には組立体はより大きな強度
と剛性を有することになる。

３作の場合には、添付図面の第４図における流れ図を特
に参照すると、適当な湿つた炭素含有の供給材料が貯蔵
ホツパー110から圧力をかけられた状態で、適当な圧力
ロツク111を通つて、圧力容器10の入口24の中へ導入さ
れる。この湿つた供給原材料は、前述したようにして、
上部予熱領域112を通つて下方へ移送され、上方へ移動
してくる加熱気体と接触して熱交換し、第１図に関連し
て前述したように、前記供給原料を一般的に約200゜Fか
ら約500゜F（約90℃から約260℃）の範囲内の温度にま
で予熱する。その後、この予熱され、部分的に脱水され
た供給材料は、多段炉床装置の下部反応領域114の中へ
下降し、ここで一般的に約400゜から約1200゜F（約200
℃から約650℃）の範囲内の高温にまで加熱され、有機
質の揮発性成分及び熱分解反応生成物だけではなく、ほ
ぼ全ての残留湿分の蒸発によつて、制御された熱的再構
成あるいは部分的な熱分解が行われる。装置内の圧力は
一般的に約300psiから約3000psi（約21kg/cm²から約210
kg/cm²）の範囲内に制御され、これは採用される供給材
料のタイプに応じて、また望みの最終的な固体状の反応
生成物を生成するのに望ましい熱的再構成に応じて画定
される。装置の予熱領域及び反応領域における環状炉床
の数は、一般的に約１分間という短い時間から約１時間
あるいはそれより長い時間までの範囲にあるような、反
応領域内での材料の滞留時間を提供するのに望ましい処
理時間に応じて調節される。結果的に得られる格上げさ
れた固体状の反応生成物は、装置の下部における生成物
出口88から放出され、冷却器116の中で、固体状の反応
生成物が大気と接触しても燃焼したりあるいは逆効果に
なつたりすることなく放出することができる温度にま
で、さらに冷却される。一般的に、固体状の反応生成物
の冷却は、約500゜F（約260℃）以下の温度、さらに一
般的には、約300゜F（約150℃）以下の温度にまで行う
のが適している。生成物の出口88からの放出管には、ま
た圧力ロツク118が設けられていて、反応生成物は装置
から圧力が喪失するのを防ぐためにこの圧力ロツクの中
を通過する。

供給材料から発生する揮発性気体と、反応領域の中へ注
入される加熱された気体との混合物からなる冷却された
気体は、反応容器の上端からフランジ付き出口28から取
出され、さらに減圧弁120を通つてコンデンサー122へ導
かれる。コンデンサー122においては、気体の内の有機
性部分及び凝縮性部分とが凝縮され、副産物の凝縮液と
して抽出される。前記気体の非凝縮性部分は取出され
て、その内の全てあるいは一部分は、反応領域における
加熱要求を補助するために用いることができる。同様
に、予熱領域において反応容器から抽出される液体部分
は、適当な減圧弁124を通して取出され、排水として抽
出される。この排水はしばしば価値のある溶存性の有機
成分を含有し、それを抽出するためにさらに別の処理を
することもでき、あるいは、そのような溶存性の有機成
分を含む排水を直接使用して、細末化された反応生成物
の部分を含んだ水性スラリーを形成し、それを反応容器
から離れた場所へ容易に移送することもできる。

第４図におけるコンデンサー122からの冷却された生成
気体は、ポンプ130によつて装置内の圧力より少し高い
圧力にまで加圧することができ、その後でこの気体は熱
交換器あるいは炉132の中で望みの高温にまで加熱さ
れ、その後で幾つかのフランジ付きの入口を通つてマニ
ホルド107（第２図及び第３図参照）へ導入され、反応
領域における有孔炉床を通して注入される。供給材料の
性質に応じて、生成気体の燃料としての価値は、加熱処
理のために十分であつたり、あるいはそうでなかつたり
する。しかしながら生成された全ての気体は、循環気体
の充填分が蓄積された後では、加熱処理に利用すること
ができる。過熱蒸気が装置の中への注入に使用される時
には、全ての生成気体は直ちに蒸気発生器における燃料
源として用いることができる。この点に関して、予熱領
域から回収された排水の全てあるいは部分は、反応領域
への注入のための過熱蒸気の生成に用いることができ
る。

さらに、第４図の流れ図は、反応領域114の外周部にお
ける熱交換部分を通して流体熱移送媒体を再循環させる
ための補助加熱装置を図式的に示している。図示したよ
うに、外周部熱交換部分は、熱交換器あるいは炉128を
通して熱移送流体を循環させるためのポンプ126を含
み、これは前記流体を再加熱して、反応領域内の管束の
中へ放出する。

今まで図示し、記述してきた多段炉床反応装置及びその
プロセスは、特に、炭素含有材料あるいは今まで記述し
てきたような一般型のそのような材料の混合物を処理す
るようになつており、これらは一般的に、それらの供給
時の原材料状態においては、比較的高い湿分を有してい
ることを特徴とする。この明細書の中で用いられている
“炭素含有”という言葉は、農業上及び林業上の作業に
おいて発生する廃材のみならず、炭素分が豊富で自然に
発生する沈積物からなる材料として定義される。代表的
には、そのような材料には、亜瀝青炭、亜炭、ピート、
おがくずのような廃材になつた繊維性材料、樹皮、廃木
材、伐採や製材作業から生じる技材やチツプ材、綿の木
の茎のような農業上の廃材、堅果の殻、トウモロコシの
皮、米がら、あるいはその類似物、また重量で約50％以
下の水分、典型的には重量で約25％以下の水分を含有し
た、ガラス状及び金属状の汚染物を除去した、都市型の
固体状の廃パルプが含まれる。ここで記述したような多
段炉床反応装置及びプロセスは、特に、米国特許第4,05
2,168号、第4,126,519号、第4,129,420号、第4,127,391
号、及び第4,477,257号の中で記載されているような状
態及び処理パラメータの下で、そのような繊維性材料を
処理し、質を向上させるために適している。

反応装置の各種領域における特定の温度、採用される圧
力、及び幾つかの領域内における供給材料の滞留時間
は、繊維性の供給材料の必要な熱的な高級化及び（ある
いは）化学的な再構成を行うために、その最初の湿分含
有量や、全体的な化学構造及びその炭素含有量、また回
収された固体の反応生成物の望みの特性に応じて変化さ
せることができる。従つて、反応装置の予熱領域は、室
温状態で入つてくる供給材料を、一般的に約200゜Fから
約500゜F（約90℃から約260℃）の範囲の高温にまで予
熱するように制御することができ、その後で反応領域へ
入ると、さらに約1200゜F（約650℃）あるいはそれ以上
の温度にまで加熱される。反応装置内の圧力もまた約30
0psigから約3000psig（約21kg/cm²gから約210kg/cm²g）
の範囲内で、また典型的には約600psigから約1500psig
（約42kg/cm²gから約105kg/cm²g）の範囲内で変化させ
ることができる。

本発明による他の満足のゆく実施例装置においては、第
５図で最もよくわかるように、別の装置が示されてい
て、予熱領域は傾斜したチエンバー134によつて画定さ
れ、これはその上部出口端をフランジ136を介して、反
応領域を画定する多段炉床装置140のフランジ付きの入
口138に連結させるようにして配置されている。前記チ
エンバー134の下端部には入口142が設けられており、こ
れを通して湿分を含んだ炭素含有の供給材料が入り込
み、加圧された状態で、スクリユー型の供給装置あるい
はロツクホツパー144を通して、チエンバーの下端へ移
送される。この炭素含有の供給材料は加圧された状態
で、チエンバーの長手方向に延在したスクリユーコンベ
ア146によつて、チエンバー134の中を上方へ移送され
る。スクリユーコンベアの上端は、チエンバーの上端に
ボルト締めされた端部キヤツプ148によつて軸が受けら
れており、またその下端は、チエンバーの下端にボルト
締めされたフランジ上に取付けられたシールとベアリン
グの組立体150によつて軸が受けられている。前記スク
リユーコンベア146の突出した端部シヤフトは、カツプ
リング152によつて可変性電動モータ154に連結されてい
る。

前記チエンバー134の上端には、予め設定された過剰圧
力において反応装置から圧力を解放するためのラプチヤ
ーデイスクあるいは他の適当な安全弁を取付けられるよ
うになつた、フランジ付きの出口156が設けられてい
る。傾斜したチエンバーの下端には、チエンバー134の
壁の中におけるジヨンソン型のスクリーンのような適当
な多孔性のスクリーンによつて連結された第２のフラン
ジ付きの出口158が設けられていて、このスクリーンを
介して非凝縮性の気体が装置から放出される。前記フラ
ンジ付きの出口158は、第４図に示したようにして、弁1
20に連結され、また生成気体の処理、回収装置に連結さ
れている。

傾斜したチエンバー134の中を上方へ送給されてくる炭
素含有の材料を予熱し、部分的に脱水する操作は、フラ
ンジ付きの入口138を通つて多段炉床反応装置140の外部
へ放出される高温の揮発性気体の対向流に応答して行わ
れる。第１図に関連して記述した実施例の場合には、供
給材料の予熱は、直接的な熱交換のみならず、蒸気のよ
うな加熱気体の凝縮部分を低温で導入される供給材料の
表面上において凝集させることによつても部分的に行わ
れる。供給材料の予熱は、一般的に約200゜Fから約500
゜F（約90℃から約260℃）の温度にまで行われる。予熱
操作の間に遊離された凝縮液や、化学的に結合した水分
や、またチエンバー134内の炭素含有材料の固まりは下
方へ流出し、第４図に関連して以前に記述したように、
廃水処理及び回収のための適当な弁124を備えた開口160
を通してチエンバーの下部から抽出される。前記開口16
0に近いチエンバー134の壁には、供給材料の内の固体部
分の流出を最少にするために、ジヨンソンスクリーンの
ような適当な有孔スクリーンが設けられている。

第５図に示したように多段炉床装置140は第１図に示し
た装置と類似の構造を有しているが、異なつているの
は、この装置の内部が反応領域を画定していて、第１図
に示したような上部予熱部分における角度的に傾斜した
炉床64は採用していないという点である。反応装置140
も類似の構造になつていて、環状のフランジ166によつ
て、気体漏れのない密封関係になつて、円形円筒状の中
央部164に連結されたドーム形の上部162を有している。
ドーム形部分162の内側中心部分には、環状のボス168が
形成されており、ベアリング170を受留め、この中で回
転シヤフト172の上端が軸を受けられていて、第１図に
関して前述したのと同様に、複数個の攪拌アーム174が
取付けられている。各々の攪拌アームには複数個の角度
的に配置された攪拌歯176が設けられ、供給材料を複数
個の垂直方向に隔置された炉床178に亘つて、半径方向
内側及び外側に移送する。

今までの装置に関していうと、角度的に傾斜したチエン
バー134の上端から放出された、予熱され、部分的に脱
水された供給材料は、フランジ付きの入口138を通つて
反応装置の中へ入り、これにはシユート180が設けられ
ていて、最上部の炉床178に対して供給材料を分配す
る。攪拌アームの回転に応じて、供給材料は、前述した
ように、また第５図の矢印で示したようにして、カスケ
ード状に交互になつて降下していく。反応装置140の下
部は第１図に示したものとほぼ同一であり、特別な説明
はしないことにする。第１図に示した駆動装置と支持装
置も、装置140を支持するために満足的に使用すること
ができる。

第１図の装置の場合と同様に、第５図の装置140には円
筒状のライナー182が設けられ、これが反応領域の内壁
を画定し、これと壁部164との間に外側の断熱材の層184
が設けられている。同様に、この壁部とドーム形上部と
の外面には、熱損失を最少にするために断熱材の層186
を設けてもよい。

第５図に示した実施例においては、炉床178は第１図に
関して前述したものと類似の構造をしており、これは第
２図及び第３図においてもつと完全に示されている。反
応領域における供給材料の加熱操作は、制御された温
度、圧力の加熱気体の直接注入によつて行われ、さらに
第１図に示したらせん状の管束94のような補助的、選択
的な加熱装置によつて補足してもよい。

長期間の運転後には、望ましくないタールや他の物質
が、第１図及び第５図に示した装置の内面上に蓄積する
かもしれない。そのような場合には、供給材料をそれ以
上導入するのを一旦停止して、最後の生成物が出口を通
つていつた後に、装置の中へ空気を入れて、蓄積してい
る炭素含有の沈積物を酸化させて除去することにより、
装置の内部を清掃することができる。

第５図に示した装置に関していうと、装置140にはま
た、好ましくは、ドーム形上部にフランジ付きの出口19
4を設けてもよく、これは、チエンバー134の出口156に
おけると同様に、適当なラプチヤーデイスクあるいは安
全弁に連結されるようになつている。

第５図に示した装置に関する運転条件は、第１図の装置
に関して前述したのとほぼ同様であつて、質の向上し
た、化学的に再構成され、部分的に熱分解された生成物
を作り出す。

湿つた木材の供給材料の質を向上させるための、第５図
に示した実施例に関する多段炉床装置の典型的な運転の
例を次に記述する。第５図を参照すると、湿つた木材の
供給材料は、大気圧、約60゜F（約16℃）の状態で入口1
42に入る。湿つた木材はロツクホツパー144を通り、815
psi（57.1kg/cm²）、約65゜F（約18℃）の状態で傾斜チ
エンバー134の下端の中へ導入される。前記供給材料は
スクリユーコンベアによつてチエンバー134の中を上方
へ移送され、反応装置140からの加熱気体と向流的に接
触する。約400゜F（約200℃）、約820psi（約57kg/c
m²）に予熱された木材は、反応装置の入口138の中へ移
送される。約170゜F（約77℃）、約815psi（約57.1kg/c
m²）になつた生成気体は、チエンバー134のフランジ付
き出口158から取出され、他方廃水は、約400゜F（約200
゜F）、815psi（57.1kg/cm²）で、ドレン孔160から取出
される。

予熱された供給材料はさらに、多段炉床装置140の中で
高温の注入気体によつて、それがカスケード状に反応領
域の中を下降していく間に、750゜F（400℃）というよ
うな望みの高温にまで加熱され、またこの高温気体は上
方へ通過し、予熱チエンバー134の中を向流的に移送さ
れる。結果として熱的に質が向上した固体状の生成物
は、さらに約200゜F（約90℃）以下の温度にまで冷却さ
れ、その後、大気圧の状態で適当なロツクホツパーを介
して移送される。

ここで開示された本発明の好適実施例は前述した目的を
満足させるためによく考えられているが、本発明が、添
付した特許請求の範囲における適正な範囲あるいは公正
な意味を逸脱することなしに、修正、変更、変化させる
ことができることについて認めることができるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好的実施例に関して構成された多段炉
床装置の垂直方向の断面図、第２図は第１図に示した装
置の横方向の水平断面図で、直接的に加熱流体を注入す
るための有孔炉床の配置を示すために反応領域の部分を
示しており、第３図は第２図に示した環状の炉床と、そ
の有孔上面と連結して配置された流体プレナムとの断片
的垂直断面図、第４図は炭素含有の供給材料の熱処理に
関連した、装置と幾つかのプロセス流との概略流れ図、
第５図は本発明の他の実施例に関する、反応領域から分
離された予熱、乾燥部分を有した、多段炉床装置の、部
分断面的な断片的側面図である。 10……圧力容器、24……入口装置、 28……出口装置、48……攪拌装置、 64……上部炉床、71……バツフル、 80……ドレン装置、82……下部炉床、 94……加熱装置、95……相互適合部分、 102……上面、104……プレナム、 105……金属スクリーン、106……供給装置、 134……チエンバー、140……多段炉床、 142……入口、146……コンベア装置、 156……出口装置、160……ドレン装置、 174……攪拌装置、178……炉床。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力下で有機質の炭素含有材料を熱処理す
るための多段炉床装置において、複数個の重ねられた環
状の炉床を収納するチエンバーを画定する圧力容器であ
つて、前記炉床は前記チエンバーの外周部に向かつて、
角度的に下方へ傾斜した一連の上部炉床と、その下にお
いて隔置された一連の下部炉床とからなつている、その
圧力容器と、圧力下で湿つた炭素含有の供給材料を最上
部の炉床上へ導入するための、前記容器の上部における
入口装置と、供給材料をひとつの炉床からその下にある
次の炉床へカスケード的に下降させるために、供給材料
を各々の炉床に沿つて半径方向に内側及び外側へ交互に
移送させるために、各々の炉床上に配置された攪拌装置
と、圧力下で揮発性気体を前記チエンバーから取出すた
めの、前記容器の上部における出口装置と、揮発性気体
を供給材料の近くで上方への対向流として方向づけ、そ
れらと熱交換関係にさせるための、上部炉床と攪拌装置
との上に配置されたバツフル装置と、炉床上の全ての液
体を圧力下で前記チエンバーから取出すための、前記上
部炉床と連通して配置されたドレン装置と、供給材料中
の少なくとも一部分の揮発性物質を蒸発させて、揮発性
気体と反応生成物とを形成するのに十分な時間周期の間
で、下部炉床上の供給材料を高温にまで加熱するため
に、下部炉床の領域に配置された前記チエンバー内の加
熱装置であつて、前記加熱装置は前記炉床上で供給材料
と接触させるように加熱気体を放出するために、プレナ
ムを連通して配置された有孔上面を形成された少なくと
も１つの前記下部炉床と、制御された高温と前記チエン
バー内の圧力より高い圧力の下で、加熱気体を前記プレ
ナムへ供給するための供給装置と、反応生成物を前記チ
エンバーから圧力下で取出すための、前記容器の下部に
おける放出装置とからなつているその加熱装置とを含む
多段炉床装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、さらに前記ドレン装置を清掃するために、前記攪拌
装置と関連を清掃するために、前記攪拌装置と関連した
清掃装置を含む多段炉床装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、前記下部炉床はその上面の少なくとも一部分におい
て有孔面を形成された複数個の相互適合部分を含む多段
炉床装置。
【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、前記下部炉床には、複数個の貫通孔を有する上壁
と、供給材料が前記プレナム内へ入るのを防ぐために、
その下面に配置された多孔質の金属スクリーンとからな
る有孔面を形成されている多段炉床装置。
【請求項５】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、前記加熱装置はさらに、前記下部炉床によつて導入
される加熱気体によつて、供給材料の加熱を補足するた
めに、前記チエンバー内の補助熱移送装置を含む多段炉
床装置。
【請求項６】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、さらに前記攪拌装置を前記上部炉床及び下部炉床の
上面に関して垂直方向に移動させるために、調節可能的
に前記攪拌装置を支持するための装置を含む多段炉床装
置。
【請求項７】圧力下で有機質の炭素含有材料を熱処理す
るための装置において、圧力下で供給材料を受留めるた
めの、一端における入口と、予熱された供給材料を放出
するための、他端における出口とを有する予熱チエンバ
ーと、前記チエンバーの中を前記入口から前記出口へ送
給するためのコンベア装置と、チエンバー内の全ての液
体を圧力下で前記チエンバーから取出すための前記チエ
ンバーにおけるドレン装置と、揮発性気体を圧力下で前
記チエンバーから、前記出口とは離隔した位置におい
て、取出すための、前記チエンバーの上部における出口
装置と、複数個の重ねられた環状の炉床を収納した圧力
容器からなる多段炉床と、予熱された供給材料を圧力下
で最上部の炉床上へ導入するための、前記チエンバーの
前記出口と連通して配置された、前記容器の上部におけ
る入口装置と、供給材料をひとつの炉床からその下にあ
る次の炉床へカスケード的に下降させるために、供給材
料を各々の炉床に沿つて半径方向に内側及び外側へ交互
に移送させるために、各々の炉床上に配置された攪拌装
置と、供給材料中の少なくとも一部分の揮発性物質を蒸
発させて、揮発性気体と反応生成物とを形成するのに十
分な時間周期の間で、前記炉床上の供給材料を高温にま
で漸進的に加熱するための、前記容器内の加熱装置であ
つて、前記加熱装置は前記炉床上で供給材料と接触させ
るように加熱気体を放出するために、プレナムと連通し
て配置された有孔上面を形成された少なくとも１つの前
記下部炉床と、制御された高温と前記容器内の圧力より
高い圧力の下で、加熱気体を前記プレナムへ供給するた
めの供給装置と、揮発性気体を前記容器及び前記予熱チ
エンバーを通つて上方へ向かつて、前記出口装置へ向か
う供給材料の動きに対して向流的に向かわせるための装
置と、反応生成物を前記反応装置から圧力下で取出すた
めの、前記容器の下部における放出装置とからなつてい
る、その加熱装置とを含む熱処理装置。
【請求項８】特許請求の範囲第７項記載の装置におい
て、前記チエンバー内の前記コンベア装置はスクリユー
型のコンベアからなつている熱処理装置。
【請求項９】特許請求の範囲第７項記載の装置におい
て、前記加熱装置は前記下部炉床によつて導入される加
熱気体によつて、供給材料の加熱を補足するために、前
記容器内の補助熱移送装置を含む熱処理装置。
【請求項１０】特許請求の範囲第７項記載の装置におい
て、前記炉床はその上面の少なくとも一部分において有
孔面を形成された複数個の相互適合部分を含む熱処理装
置。
【請求項１１】特許請求の範囲第７項記載の装置におい
て、前記炉床には、複数個の貫通孔を有する上壁と、供
給材料が前記プレナム内へ入るのを防ぐために、その下
面に配置された多孔質の金属スクリーンとからなる有孔
面を形成されている熱処理装置。
【請求項１２】特許請求の範囲第７項記載の装置におい
て、さらに、前記攪拌装置を前記炉床の上面に関して、
垂直方向に移動させるために、調節可能的に前記攪拌装
置を支持するための装置を含む熱処理装置。
【請求項１３】圧力下で湿つた有機質の炭素含有材料を
熱処理するための方法において、（ａ）圧力下で処理しようとしている湿つた炭素含有
供給材料を、複数個の重ねられた環状の炉床を収納する
圧力容器であつて、前記炉床は前記容器の外周部に向か
つて、角度的に下方へ傾斜した一連の上部炉床と、その
下において隔置された一連の下部炉床とからなつてい
る、その圧力容器を含む多段炉床装置の中へ導入するこ
とと、（ｂ）供給材料を最上部の炉床上へ沈積させ、供給材
料をひとつの炉床からその下にある次の炉床へカスケー
ド的に下降させるために、供給材料を各々の炉床に沿つ
て半径方向に内側及び外側へ交互に移送させることと、（ｃ）上部炉床上の供給材料を約200゜Fから約500゜F
（約93℃から約260℃）の温度にまで予熱するために、
供給材料を加熱された揮発性気体の対向流と接触させる
ことと、（ｄ）供給材料中で解放された湿分から生じた液体を
上部炉床から放出し、揮発性気体中の凝縮性液体を圧力
下で前記容器の内部から放出させることと、（ｅ）加熱気体を注入して、供給材料中の少なくとも
一部分の揮発性物質を蒸発させて、揮発性気体と固体状
の反応生成物とを形成するのに十分な時間周期の間で、
少なくとも幾つかの下部炉床上の供給材料と熱交換的に
接触させることによつて、下部炉床上の予熱された供給
材料を高温にまで加熱することと、（ｆ）残留している反応気体を前記容器の上部から取
出し、固体状の反応生成物を圧力下で、前記容器の下部
から放出すること、とを含む熱処理方法。
【請求項１４】圧力下で湿つた炭素含有材料を熱処理す
るための方法において、（ａ）圧力下で処理しようとしている湿つた炭素含有
供給材料を予熱チエンバーの中へ導入し、供給材料を加
熱された揮発性気体との向流的な熱交換接触によつて、
約200゜から約500゜の温度にまで予熱することと、（ｂ）予熱チエンバーの中で形成された全ての液体
を、圧力下で前記チエンバーから抽出することと、（ｃ）予熱された供給材料を、複数個の重ねられた環
状炉床を収納している圧力容器からなる多段炉床装置の
中へ、圧力下で導入することと、（ｄ）予熱された供給材料を最上部の炉床上へ分配
し、供給材料をひとつの炉床からその下にある次の炉床
へカスケード的に下降させるために、供給材料を各々の
炉床に沿つて半径方向に内側及び外側へ交互に移送させ
ることと、（ｅ）加熱気体を注入して、供給材料中の少なくとも
一部分の揮発性物質を蒸発させて、揮発性気体と固体状
の反応生成物とを形成するのに十分な時間周期の間で、
少なくとも幾つかの環状炉床上の供給材料と熱交換的に
接触させることによつて、前記装置内の供給材料を高温
にまで加熱することと、（ｆ）加熱された揮発性の反応気体を、供給材料とは
対向流の方向に、圧力容器の中を移送させ、前記予熱チ
エンバーの中へ移送させることと、（ｇ）固体状の反応生成物を圧力下で前記装置から放
出することと、を含む熱処理方法。