JPS5845479B2 - セキタンノシヨリホウホウ オヨビ ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素質固体燃料、特に石炭から化学薬品と熱エ
ネルギーの両方を効率良くかつ低コストで導き出すため
の総合された系に関するものである。

本発明は更に従来に比べて低い温度および圧力で、入手
し易い反応原料を使用し、また環境に対して有害な副生
物を放出することなく温和な反応を可能にすることによ
りこのような固体燃料を処理する技術ならびに科学上の
顕著な進歩に関するものである。

炭素質固体燃料をもつと有効に利用したいという要求は
永い以前から政府部内外のエネルギー問題に関して認識
している人々の間の通り言葉になつており、また原油価
格の近年の急激な高騰と、燃料ならびに原料用としての
石油の押しつけられた不足および実際上の不足のため、
発電用、家庭燃料用および合成天然ガス製造用を含めて
すべての目的に対する炭素質燃料に対する関心が更に増
大している。

石炭転換プラントは建設せられており少なくとも現在の
石油経済下にあって若干の成功を収めている。

合衆国石炭調査局年次報告１９７３−７４（Ａｎｎｕａ
ｌ Ｒｅｐｏｒｔ １９７３−７Ｓｔａｔｅｓ ０ｆ
ｆｉｃｅ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ）：石炭
工業（Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） ： Ｕ、Ｓ
、Ｄｅｐａｒｔ−ｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒ
ｉｏｒ出版のＫｅｙ ｔ。

Ｃ１ｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙを参照されたい。

然しなから、設備資金を少なくシ、得られた熱エネルギ
ーと有用な炭化水素の生産性を高め、環境汚染を少なく
する方法として石炭転換の問題に溶液反応動力学を適用
することを前提とする研究は従来知られていない。

従来開示された石炭処理法を採用するに当っての最主要
な難点は炭化水素への転換の好適速度、熱の発生および
石炭残漬からの熱の回収の好適速度に関する知識が欠如
していること、および上記の二つの操作を促進し、各別
々の反応の相互に好影響をもたらすように、最適な熱交
換環状配管でこれらを総括するべき効果的な方法がない
ことであった。

この問題は最近までほとんど研究されなかったが、それ
は歴史的に提案されたこれらの方法が廉価な石炭や天然
ガスに対して計算上不経済で実施困難なように思われ、
社会の趨勢もこれらがコストに対して効果がないことを
黙視していたからであった。

然し最近、石油および天然ガス価格の暴騰に際してさえ
もこれらの方法が経済的に育ち得なかったことからこれ
らの方法にはもつと本窮的な非経済性があることが明ら
かになったのである。

本発明がなされたのは、広範で多大の研究費を要した石
炭の利用研究および応用の努力がこれまでごく一部分成
功したのみで熱交換上の難点をかかえ、環境汚染の点か
らも要注意であり、しかも尚化学薬品用および動力用に
石炭を効果的に利用する必要性が増大している背景に対
してなされたものである。

本発明は石炭処理実施上次の主要目的を有する。

（ａ） 予備反応、および溶融塩可溶化の調整ならび
に単相反応物質の使用を包含する技術により、石炭を相
対的に価格のより大きい石油化学製品への転換をより大
きい速度と完全な変化率で行なうこと。

（ｂ） 同じ単一反応物質を使用して石炭の低揮発性
部分より成る石炭残渣からの熱の発生を増大すること。

（ｃ）溶融塩反応媒体を以て（ａ） 、 （ｂ）の反応
間の熱伝達を更に良くすること。

（ｄ） 明確な中間媒体により反応（ｂ）と発電機用
水蒸気との間の熱伝達を更に良くすること。

（ｅ）（ａ）反応からの化学薬品の分離を更に良くする
こと。

（イ）設備費および運転費を一層小さくするため反応器
の設計を改善すること。

（鰺 大気および排水の汚染を防止するため灰分と液中
の酸性ガスの分離。

本文で゛炭素質固体燃料″なる語は永い年月に亘る植物
箱の圧縮および変質によって生成した物質を意味する。

これらの固体燃料は炭素を基体としすなわち゛炭素質″
であって、その起源、年令および分解状態の如何によっ
て多少の水素、窒素、酸素および硫黄ならびに種々の他
元素を含有しているから、これは゛燃料パであって、熱
を放出して酸化される。

すなわちこの語には石炭の種々の序列のものが含まれ、
これらは低級のものより高級のものまで石炭の級付けを
行ない、亜炭、亜瀝青炭、瀝青炭および無煙炭に分ける
。

本発明において取扱われる石炭は無煙炭よりも低い等級
のものである。

本発明は炭化水素と熱エネルギーを生成するため炭素質
固体燃料を連続的に処理する方法において、処理期間中
固体燃料を熔融した無機塩中に溶解状態に保つ工程と、
燃料を水素添加する条件下において熔融塩溶液中に水蒸
気を送入する工程と、最初に水素添加工程から生成する
揮発性炭化水素を熔融塩溶液から追い出した后燃料を酸
化する条件下において熔融塩溶液中に酸化性ガスを送入
する工程と、より成る。

炭化水素を生成する水素添加工程と、熱エネルギーを生
成する燃焼工程とは交互反復して同一の熔融塩中で新し
い燃料を追加しつつ行なわれる。

更に炭化水素気流は除去された炭化水素気流を交互に反
応させ、炭化水素気流から酸化炭素類および水素を除去
し、炭化水素気流中から揮発性ガスを消滅させ、残存す
る気流を、除去した炭化水素気流の膨張タービンによる
膨１脹によって得られたエネルギーで圧縮処理される。

更にまた、除去した炭化水素気流を水、液体または水蒸
気と熱交換させて、炭化水素気流の冷却を行ない、一般
的にはこれに引きつづいて炭化水素気流を交互反応させ
、また生成した水蒸気を水素添加用の熔融塩溶液中に送
入される水蒸気に加える。

本方法は更に熱エネルギー生成工程に先立って硫黄の水
素添加反応の排出物を熔融塩中から消滅させることおよ
び石炭または他の炭素質固体燃料残渣の熔融塩溶液中に
酸化性ガスまたは金属酸化物のような酸化剤を添加する
ことを企図している。

酸化性ガスは酸素または酸素外を多くした空気または空
気のような遊離酸素を含有している気体であっても良い
。

引き起こされる反応は熔融塩中に溶解している炭素質燃
料のほとんど完全な燃焼反応であることが望ましい。

得られた燃焼ガスはタービンと、燃焼ガスの膨張によっ
て発生するエネルギーを用いて圧縮した酸化用のガスに
より膨張される。

水素添加の方法の主なパラメーターは無機塩媒体を熔融
状態に保ち水素添加反応を行なうに十分な反応温度すな
わち代表的には約３００℃ないし５００℃の間の温度、
好ましくは２５０℃より低くなＫまたは６００℃より高
くない温度、大抵の場合においては３５０℃ないし４２
５℃が好ましい。

水素添加反応器内の圧力は代表的には１ないし２５気圧
、好ましくは１ないし１０気圧であって溶液から揮発性
物が不必要に分離することを制限するに十分なような圧
力である。

水素添加反応器内の滞留時間（反応器容積を反応器内を
通る反応物質の流速で割ったものとして定義される）は
、本明細書に記載した制御されている加熱処理によって
得られることが望まれかつその通りに達成されるべき凝
縮性炭化水素液が得られないで、石炭またはその他の炭
素質固体燃料が、好ましくない熱分解または他の分解的
還元によって気体やタールになることを防ぐために極め
て短い時間すなわち０．２ないし５秒程度である。

代表的な場合では燃料である反応原料すなわち石炭は水
素添加処理反応器中の塩中（ＭＡＦ 基準）約５ない
し３０重量％の濃度で存在し、また燃焼反応器では同じ
基準で約２ないし１０重量％の濃度で存在する。

溶解タールを酸化するための燃焼反応器内の他の条件は
温度については４００℃以上で約１０００℃以下、好ま
しくは６００ ないし９００℃、圧力については約１
ないし２５気圧、好ましくは３ないし１０気圧である。

活性水素 本明細書において活性水素は分子状でない水素であって
、これは熔融塩中に水蒸気を送入することおよび本明細
書に記載したように第一反応帯において大抵の場合に行
なわれている水素添加条件の下でのその解離によって第
一反応帯の内部自身で発生する。

熱伝達の状況 本発明の熱伝達の原理はプロセス全体の重要かつ必須の
部分を構成する。

酸化用ガスを予熱するための燃焼ガスからの熱の回収、
圧縮のエネルギーを回収するためのこれらの熱ガスの膨
張および燃焼帯の熔融塩を燃料の溶解に必要な燃焼熱の
一部と共に第一反応帯に再循環すること、および圧縮エ
ネルギーの回収のための第一反応帯の炭化水素気流の膨
張およびこの炭化水素気流と第一反応帯に引きつづき送
入されるべき水または水蒸気との熱交換についてはすべ
て前記の通りである。

これらの技術は本発明の熱伝達技術の一部の態様に過ぎ
ない。

そしてこれらの技術は此処に簡単に以下に記述する他の
態様と共に此処に開示した方法と、必然的に別々になっ
ている反応工程中および工程間における熱の取扱いにつ
いての試みに概して断片的に行なわれる従来既知の総合
化されていない固体燃料反応原料に関する諸提案との相
異点の主要部分を構成するものである。

熱と反応態様を全面体に均衡させることを追究している
方法においてさえも熔融塩の著しくすぐれている熱伝達
能力は本発明における程十分には利用されていない。

具体的に云うと、本発明においては本方法により発生し
た熱を経済的に最大の量まで回収するように取計られれ
ている一連の直接接触および間接接触熱交換を行なうこ
とが考えられている。

すなわち、第一反応帯に送入せられろ水蒸気は、主とし
て第二反応帯から流出する燃焼の発熱によって加熱され
る熔融塩の熱で予熱される。

好ましい実施態様では第二反応帯からの流出物からの熱
を、金属のような比重の異る高比熱の非混合性液体へ伝
達することによって第二反応帯流出物から回収される。

この非混合性液として好ましいものは金属、最も好まし
いものは鉛またはその他の高比重、高比熱、低融点、の
不活性、非反応性の元素状または合金金属材料、錫、蒼
鉛およびそれらの合金である。

液体、便利なように熔融した鉛（後記のように）と熔融
塩とを混合し、合液を第一反応帯中を別々にすなわち逆
流的に通して、直接接触で熱交換するように他方の液中
に分散させることによって最大の熱伝達が達成される。

次に熔融した鉛を水蒸気と混合し、これらを別々にすな
わち逆流的に第二熱交換器内に通すことによって熔融塩
と水蒸気の間に熱交換が行なわれる。

鉛は循環使用される。

水蒸気はこの直接接触による熱交換により急激に加熱さ
れ通常のボイラーで発生した水蒸気と同様に発電タービ
ンに使用することができる。

他方この水蒸気発生装置の大きさおよび設備費は著しく
減少する。

本方法のこの面だけでも動力発生装置の設備費は著しい
低下を示す。

今記載したばかりの熔融塩熔融鉛と過熱蒸気の相互連結
による燃焼から動力発生タービンへの熱伝達の迅速性と
効率は、水蒸気タービンによる動力発生用の類似の他の
システムに比して私の知識の範囲ではすぐれており、今
后１０年の発電設備技術を革命的に変えるであろう。

特に嚢に記述した種々の低級炭を使用する環境的に清潔
な熱発生プロセスまたは原子核による熱エネルギーある
いは太陽エネルギー−次熱源と組合わせた時、大きい革
命を起すであろう。

第二にまた本発明の熱伝達のループを完成させるために
、第一反応帯用の水素添加用水蒸気は炭化水素気流の冷
却および凝縮の際に発生する水蒸気と合併し、必要に応
じ補給水蒸気と共に第一反応帯に供給して、溶融鉛で同
様に加熱してもよい。

また発電機のタービンで消費された水蒸気はこれを更Ｊ
？：、過熱するためｌこ鉛−水蒸気直接接触式の熱交換
器を通して再循環しても良い。

前記プロセス実施のための装置は、燃料の水素添加用第
一反応器、第一反応器中で揮発性炭化水素に変化されな
かった酸化用燃料用の第二反応器、熔融塩を再循環し第
一および第二反応器を連結する第一熱伝達環状配管、第
一環状配管と熱交換を行なう関係にある前記熔融金属の
ような熱伝達媒体を循環する第二熱伝達環状配管、第一
環状配管から第二環状配管を通って伝わる熱で水蒸気を
発生する第二環状配管と熱交換を行なう関係にある水蒸
気発生装置より成る、炭化水素、熱エネルギーおよび水
蒸気を製造するための炭素質固体燃料を連続的に処理す
る装置を包含している。

水蒸気発生装置の代表的な型式は水蒸気の環状配管であ
って、発電用水蒸気環状管および消費した水蒸気を再生
のために水蒸気発生装置へ戻す配管を含んでいても良い
。

熔融塩−熔融金属熱伝達および熔融金属−水蒸気熱伝達
の両者の側においては、塩−金属または金属−水蒸気を
熱交換の関係にあるそれぞれの環状配管に別々にすなわ
ち逆流的に通す方法が取られている。

塩−金属および金属−水蒸気媒体の組がそれらの間の熱
伝達をもつとも効率良くするため直接接触熱交換させる
のが代表的であり、好ましい方法である。

一層具体的に述べると本発明は第一反応器、すなわちそ
の中の反応原料の水素添加用第一反応器中に水蒸気を送
入する装置、第二反応器、すなわちその中の反応原料の
酸化のために酸化用ガスを第二反応器中に送入する装置
、第一および第二反応器を連結する循環用溶融塩環状配
管、すなわち反応原料を溶融塩環状配管に添加しその中
で適当に添加溶解し、これを第一反応器で還元し、残存
する反応原料を第二反応器内で燃焼する装置、第一反応
器からの炭化水素気流より成る水素添加生成物を回収す
る装置、および溶融塩環状配管からの熱を回収する装置
より成る炭化水素と熱エネルギーを同時に生成する、石
炭または類似の炭素質固体燃料反応原料の処理装置を提
供するものである。

本装置はまた水蒸気環状配管を含んでいても良く、この
場合熱回収装置は溶融塩環状配管と水蒸気環状配管と熱
交換を行なう関係にある熔融金属環状配管より成るであ
ろう。

更に本装置は第二反応器からの燃焼ガスを通して酸化用
ガスとの熱交換および酸化用ガスを圧縮してエネルギー
を生成するために膨張させる装置を含んでいる。

更にまた炭化水素気流回収装置は該気流を熱交換と膨張
により冷却して分別し得る液や蒸気にする装置より成立
っていても良い。

石炭の構造 次の所論においてはプロセスの供給原料として石炭が代
表的かつ例示的なものとして述べられている。

石炭は極めて複雑な重合性物質であり、同時に多数の炭
素鎖切片の豊富な資源であり、これをほとんどそのまま
に分離した場合には、原料物質および燃料として価値の
大きい資源となるであろう。

そのために本発明は石炭を酸化炭素類やタールに変化し
ないような温和な反応条件を用い、ただし反応物質が水
素添加中もまた酸化中も熔融塩を溶媒とし石炭重合物を
溶質とする単−相で行なわれるようにして反応速度を早
くしている。

なお、水素添加反応は炭化水素が生成する最適点を超え
ては行なわれない。

すなわち適当な温度と圧力が使用せられ、石炭分子中の
比較的反応性の部分だけが石炭重合物から遊離して反応
するように行なわれ、揮発される、すなわち代表的な石
炭原料中の５０ないし８５重量％は比較的反応性が大き
いが、これよりも反応性の小さい抵抗性の大きい石炭部
分はこれを揮発性炭化水素に変化する試みを行なわず溶
液中に止めて第二反応器内で燃やすのである。

然しなからとの温度、圧力変化率を緩和する方法は既知
の不均一系表面反応と対照的に、溶液反応速度が極めて
太きいため石炭を完全利用し生産性が大きい。

その上地の石炭処理法よりもガソリン溜升が相対的に大
である点でもすぐれている。

その上塩溶液中の複雑な石炭重合物の易動性のために該
分子の炭素鎖がねじれていても分子の反応性の高い部分
を攻撃し易くなる。

更に石炭重合物分子の膨潤溶解は鉱物性物質や有機硫黄
化合物のような夾雑不純物を本方法の適当な点において
容易に分離するに役立つ。

プロセスの概観 本プロセスの概観は第１図に示す通りである。

反応原料は石炭、水蒸気および空気である。

反応の母体は熔融塩であり、反応生成物は石炭よりの生
成物の一部上として炭化水素と動力発生のような他の工
程用に取り出すためおよび反応原料として循環するため
の水蒸気という形になっている熱エネルギーである。

本プロセスは大離把に分けると前述のような炭素質固体
燃料のいづれか特に瀝青炭および亜瀝青炭を原料とする
原料石炭供給工程■と、供給した石炭を磨砕混合ポンプ
中で添加混合する等の方法で溶解作用をする熔融塩と混
合を行なう石炭溶解工程■とより成る。

熔融環系 熔融塩は無機イオン性の塩であって反応温度範囲２００
ないし５００℃の間の融点を有している。

塩の混合物は特に共融混合物の利点を活用するため使用
することがある。

代表的な塩はハロゲン化物たとえばアルカリ金属、アル
カリ士金属第■族、第■族、第Ｖ族、第■族および第■
族の金属、特にカリウム、リチウム、ナトリウム、ベリ
ラム、バリウム、カドミウム、亜鉛、カルシウム、鉛、
ストロンチウム、コバルト、蒼鉛、錫、銅、鉄、チタン
、マンガン、水銀、およびマグネシウムの弗化物、塩化
物、沃化物、および臭化物である。

また、アルカリ金属の水酸化物および炭酸塩はそれらの
塩の前駆体であるので単独でまたは前記の塩または適当
な融点を有する他の塩との混合物として使用することが
できる。

水素添加処理 熔融塩中の石炭は工程■で水蒸気で水素添加処理される
。

反応は熔融溶液中で行なわれるから圧力は余り狭い範囲
に限定されないが、適当に大気圧以上の圧力の方が反応
生成物の処理を容易にするため特に好ましく、そのため
ｌないし２５気圧の圧力が用いられ、蒸発を最適状態に
調節するためには１ないし１０気圧の圧力が好適である
。

どのような特定の操作理論にも拘束されたくはないので
あるが、熔融塩−溶解石炭は反応器の工程■内で、石炭
重合物網目構造を膨潤させ溶媒和した熔融塩中の溶液中
に水蒸気を押しこむことによって水素添加分解されると
信ぜられている。

これは重合物の二次元的層の間および層間の隣接してい
る比較的安定な芳香族構造の間の架橋結合−〇−および
−８−をいちじるしく歪ませる。

水蒸気はイオン性の無機塩すなわち極性の大きい塩中で
解離し、著しく反応性となって活性の非分子状水素を生
成し、これが高度の歪を受けている結合を攻撃しこれを
分裂させる。

この反応を総括すると次式のようになる。

塩 石炭＋Ｈ２０−）ＣＯ２＋ＨＣ（力気＋液体）沸点＜３
００℃＋Ｈ２Ｓ十多環式芳香族 （沸点＞３００℃） ＋灰分（鉱物質） 灰分およびＨ２Ｓは適宜の技術で除去される。

石炭の炭化水素部分は更に処理され、本プロセスの工程
■において所望の炭化水素が得られる。

一方なお熔融塩溶液中に存在する低揮発性の多環式芳香
族化合物は工程Ｖへ送られ、ここで空気またはその他の
たとえば遊離酸素を含有している酸化用ガスが添加され
燃焼を起しこのようにして熱を発生する。

熱は本プロセスの工程■において熔融塩と熱交換を行な
い外部使用または循環用水蒸気として回収され、一方熔
融塩は再使用するため工程■へ戻される。

本方法の詳細な説明 水素添加処理一工程工ないし■ 特に第２図に関連して述べると、石炭または他の炭素質
固体燃料の反応原料は工程■において図示されていない
コンベヤーおよび整粒装置から配管１０に従って送入さ
れ、配管１２によって添加された任意の特殊目的の添加
物と共に工程■へ送られる。

工程■は１４で示すホッパーフィーダー付溶解装置であ
って、石炭添加物および溶融塩環状配管１６から送られ
る熔融塩はその中で適当な剪断力で混合され分散状態と
して溶液−スラリー均一混合物としてポンプで配管１８
を経て工程■へ送られる。

工程■は水素添加処理反応器２０より成り、該反応器中
で配管２２の水蒸気は水冷帯３２で熱交換した水蒸気、
発熱燃焼反応器３０で適当に加熱せられた水蒸気、配管
水蒸気環状管２４および補給水蒸気配管２５中の必要な
補給水蒸気より成り、混合せられて、分解反応器または
水素添加処理反応器２０中へ反応器中へ向流的に送入さ
れる。

水素添加処理理論 重合物性の石炭は主としてＣ−Ｃ結合で架橋された芳香
族環状構造であるが、同時に酸素原子、硫黄原子、硫化
物、二硫化物、および水素結合による架橋結合をも持っ
ている。

メタンおよびその同族体の脂肪族炭化水素を包含する広
範囲の種々の低分子量の物質が多量に吸着、夾雑または
溶解あるいは共有結合力によってゆるい重合物の網状組
織全体に不規則に分配されている。

９００℃ないし１０００℃で行なわれる従来既知の任意
のコークス化法の実施中に熱分解が起って熱分解生成物
が生成する。

これは一般的に低分子量のガスと、芳香族環状混合物よ
り成立っている。

石炭構造の側鎖であるかまたは隙間中に夾雑している比
較的長鎖の脂肪族分子部分（芳香族環よりも熱的に不安
定なもの）は熱分解され、すなわちより小さい分子に分
解されるか環化されて一層安定な芳香族環構造になる。

脂肪族炭化水素が当初から大量に存在していることは石
炭を６００℃以下で蒸溜すると溜出分のかなり大量の部
分が脂肪族炭化水素より成立っていることから知ること
ができる。

たとえばＲｉｃｈｔｅｒのＴｅｘｔｂｏｏｋｏｆ Ｏｒ
ｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｐ、 ４４６ （１
９３８゜Ｊｏｈｎ Ｗｉ Ｉｅｙ ａｎｄ ５ｏｎｓ社
出版）を参黒されたい。

石炭から液状炭化水素を得る方法として溶剤抽出法およ
び／または水素添加法に基く方法が提案されており、こ
れは出来るだけ多いパーセントで石炭反応原料を多環式
芳香族化合物、たとえばアンスラセン油、テトラリンま
たはそれらの類似の誘導体に溶解する。

脂肪族化合物の抽出后または抽出中にこれらの分子は極
めて高い圧力、たとえば５０ないし３００気圧の水素圧
力で水素添加されるが、この高圧処理は極めてコストが
かかる。

これと対照的に本方法によれば石炭の溶解は水素添加処
理反応器２０中でコークス化温度よりも遥に低温で熔融
塩中に溶解して行なわれる。

更にまた特定の理論に拘束されることなく考えて、熔融
塩の電場の極めて高いイオン化強度のため共鳴芳香族環
構造を不安定にしてその分裂が容易になるものと考えら
れている。

次に水蒸気が系中に送入されると、水蒸気はＨ＋、ＯＨ
−およびＨで表わされる活性非イオン性、非分子状水素
を含む活性種に解離する。

不安定になった環の分裂片はもちろん解離した水蒸気中
の活性種との附加反応および／または分解反応を極めて
受は易い。

これはＣ６ないしＣ１４の中分子量の脂肪族炭化水素お
よび酸化炭索類混合物を高収率で生成するが、これらは
いづれも芳香族化合物および水蒸気よりも熔融塩基体へ
の溶解度が小さい。

揮発した炭化水素の熔融塩に対する溶解度が水素添加条
件およびかなり高い圧力では余り大きくないことについ
てはたとえばＷａｔｋｉｎｓの米国特許第２，７６８，
９３５号等を参照されたい。

溶解度が小さい生成物を大部分追出すことによって水素
添加反応は急速に完結する方向に進められる。

工程■の反応は塩中に一定量の最少限の熱含量を必要と
し、これは工程Ｖにおける塩の加熱によって必要量が保
たれる。

従つて本方法においては工程■は断熱反応として行なわ
れ、その唯一の熱収入は基体である塩の熱含量からの熱
であるように考慮されている。

炭化水素生成物の熱処理一工程■ 本方法の溶融塩加熱段階、工程Ｖを説明する前に工程■
において発生した炭化水素の回収、すなわち反応器２０
についてここで考える方が適当であろう。

第２図に関連して、主として水素添加処理反応器２０で
発生した炭化水素と酸化炭素類より成る石炭生成物部分
は配管２８に沿って、必要な場合には配管２８１に沿っ
て熔融塩または炭化水素相中の硫黄を除去した后交互反
応器３１すなわち工程Ｖへ送られる。

配管２８の内容物は主として水素添加処理反応器２０か
らの揮発性物質であってこれらは約３００ないし５００
℃の間の温度で得られ４００℃が代表的である。

また３ないし１０気圧の圧力で行なわれる。

これらのガス類は本方法の特定の実施態様中に記載され
ているような合成ガス用としての水素とＣＯ２の含有量
を増加するため交互反応器３１中で交互反応が行なわれ
る。

また配管２８中の蒸気とガスは工程■と概称されている
回収帯へ送ら札ここで水冷帯３２中での水冷（生成した
水蒸気は水蒸気環状配管２４を経て水素添加処理反応器
２０へ循環される）および分別によって種々の炭化水素
が分離せられ回収される。

説明園によれば炭化水素蒸気だけがターボ膨張機によっ
て膨張せられ熱エネルギーを放出し急激に冷却して最終
的には凝縮分別帯３４中で凝縮する。

この際炭化水素は通常液状Ｃ６＋である。

この溜升は凝縮分別帯３４の間の種々の段階で回収され
る。

すなわち、重い溜升Ｃ１ｏ−Ｃ２ｏは配管３６中に、中
溜升炭化水素ｃ６Ｃ１４は配管３８中に、複素脂肪族溜
升やＲ−Ｘで総括される種々の溜升（Ｘは水酸基、窒素
、硫黄または類似の異原子または異種基）を含む水醇液
は配管４０中に回収される。

軽い溜升は蒸気のターボ膨１脹のエネルギー等で圧縮さ
れ、分離帯４２でＨ２Ｓ等の酸性ガス分離処理を行ない
、更に分別帯４４中で分別される。

その際非凝縮性ガスは配管４６を通って除去され所望の
炭化水素Ｃ１−Ｃ６が配管４８中に回収される。

残渣の燃焼一工程Ｖ 揮発性炭化水素のみを分離した熔融塩基体に説明を戻す
と、これは発熱燃焼反応器３０より成る工程Ｖへ、配管
５０によって送られる。

図に示したように空気、その他の遊離酸素を含有してい
る酸化用ガスが配管５２を経て向流式に燃焼反応器３０
中に送入される。

配管５４からの供給空気は効率を良くするためにターボ
圧縮機５６によって予備圧縮され、配管６２中の発熱燃
焼反応器３０から流出する燃焼ガスと熱交換器５８およ
び６０中で逐次加熱される。

タービン膨張ｆｉｅＪ中の燃焼ガスのターボ膨張もター
ボ圧縮機５６の運転のため補助的に用いられる。

燃焼の実施 石炭残渣または残溜石炭と総称され、水素添加水素添加
処理反応器２０への供給石炭の１５ないし５０重量％の
比較的非揮発性物である多環式芳香族分子および石炭截
片のような低揮発性物′は発熱燃焼反応器３０中で十分
混合され熔融塩に溶解される。

炭素質石炭残渣は配管５２による酸化用ガスの添加によ
り酸化され、燃焼熱が塩中に放出されると共に、すなわ
ち流入温度４００℃から９００−１０００℃まで熔融塩
の温度を高める。

このように反応熱の大部分は通常の燃焼装置でのように
配管６２中の排ガス中に含まれないで、熔融塩の顕熱に
含まれる。

燃焼理論 熔融塩中への石炭の溶解度は理論的観点から前記の通り
である。

然し石炭が溶解している時の燃焼速度が従来既知の通常
の石炭燃焼装置と異って表面積により制約されるもので
ないことは重要な事柄である。

発熱燃焼反応器３０においては、燃焼速度は表面積に無
関係であって空気−熔融塩基の相互分散の程度に主とし
て支配される函数である。

熱交換環状管一工程■ 熔融塩中に保持されている熱の利用が本発明の重要な部
分を構成する。

前述のように、熔融塩が溶融塩環状管１６．２８．５０
中の水素添加処理反応器２０へ循環され、その中で一般
的に吸熱的な反応の主要熱源となる。

それにもかかわらず発熱燃焼反応器３０において放出さ
れる熱量は水素添加反応を維持するに必要な量よりも遥
かに大きい。

従って過熱された塩を更に有利に応用することが本発明
の別の重要部分を構成する。

この点に関連して代表的な石炭燃焼排ガスが前記の塩基
とはぼ同程度の比熱すなわち約０．２ｃａＡ７ｙ℃であ
ることに注意したい。

然し排ガスは明らかに熔融塩よりも比重が遥かに小さく
実際熔融塩の比重の１０−３倍程度である。

従って熔融塩は排ガスよりも著しくすぐれた熱交換剤で
ある。

この原理は熱回収工程、本方法の工程■に実際的に応用
されている。

第２図に関連して、溶融塩環状管１６゜２８．５０中の
熔融塩が第１直接接触熱交換器１２において他の熱交換
媒体と熱交換することが見られるであろう。

第１直接接触熱交換器１２は共に混り合わずかつ不活性
の熔融塩およびこれと異る比重、すなわちより大なる比
重を有する液状熱交換媒体、好適なものとしては鉛のよ
うな熔融金属を、逆流的にまたは他の差動的流動技術の
ような均一混合によって溶融塩環状管１６，２８゜５０
からの塩の熱含量を最高度に利用する。

このような基準に合致した他の金属または材料を使用し
てもよい。

熱の伝達は熔融金属が第１直接接触式熱交換器γ２の内
部で熔融金属と関連して流れるかまたはその中を通る熔
融塩中を流れるに伴なってほとんど瞬間的に行なわれる
。

その后、水素添加反応器に必要な十分の熱をなお含有し
ている熔融塩は水素添加処理反応器２０へ送られる。

このように加熱された熔融金属は熔融金属環状管γ６中
の配管７４によって第２・直接接触熱交換器γ８へ送ら
れる。

そこで水蒸気は逆流的またはその他の均密混合差動流動
技術によって熔融金属と直接接触し、再び超急速加熱熱
伝達を行なう。

過熱水蒸気は配管８０を通って蒸気タービン８２等へ、
本工程内から外部へ供給され、ここで発電に使用され、
所望により動力用水蒸気環状管８４を通って循環される
。

実施例 混合塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリ、および
塩化マグネシウムより成り、３７５ ないし４００℃の
間の熔融条件まで加熱された熔融環系が第２図に示され
ている系の溶融塩環状管１６中を循環する。

適当に予備粉砕した瀝青炭型の石炭がコンベヤーと重量
計測組合わせ装置（図示していない）を経て原料炭仕込
配管１０を通って工程■に送入され、工程田中の熔融塩
に添加混合される。

ここで石炭は塩添加混合物中で更に粉砕され単−相均一
液になるまで溶解される。

これは配管１８を通って水素添加処理反応器２０へ送ら
れる。

水素添加処理反応器２０において、溶解せられた石炭は
熔融塩中に溶解しているＨ２Ｏによって、揮発性炭化水
素（゛合成石油”）、ＣＯ２および少量の水素、溶液中
に残っている多環式芳香族残渣に水素添加分解される。

揮発性炭化水素（合成石油）の低沸点部分は溶融塩環状
管２８，２９を経て工程■へ供給され、鞘部、脱硫、お
よび高カロリーガス、ＬＰＧナフサ、ガソリン、軽油、
ジーゼル燃料溜升、および清潔な燃料油製品となる。

石炭残渣の熔融塩廖液は溶融塩環状管５０を経て工程Ｖ
中の発熱燃焼反応器３０へ送られる。

石炭残渣は比の点で燃やされる。

熱の発生を望む場合には空気のような酸化用ガスが別に
熔融塩−燃料中に送られ、残溜燃料を酸化し熔融塩を９
００−ｉｏｏｏ’ｃに加熱する。

配管６２中の排ガスはその熱量を熱交換器５８．６０で
抽出され、またターボ圧縮機５６．タービン膨張機６４
を使用して冷却される。

溶融塩環状管１６の反応器３０を下方に流れる流れ中の
熔融塩の熱含量は第１および第２直接接触（流体と混合
する）熱交換器γ２゜７８の二重カスケードによって工
程■中で抽出される。

ここに該熱交換器γ２．γ８はその含有する塩から液状
金属への熱量を水蒸気に伝達し水蒸気取出し口８０で外
部使用のための水蒸気を生成する。

蒸気タービンの運転はこの生成物の特色ある熱機関的利
用であって、水蒸気は環状管８４内を連続的に循環する
。

その熱量を熔融金属環状管γ６へ与えた熔融塩は約３７
５ないし４００℃で溶解工程■へ、溶融塩環状管１６を
経由して再循環される。

次に本発明の実施態様を要約する。

（１）水蒸気を燃料の水素添加条件下において炭素質固
体燃料の該熔融塩溶液中に送入することをも包含する前
記特許請求の範囲第１項記載の方法。

（２）該熔融塩廖液から揮発性炭化水素を追出すことお
よび燃料の酸化条件下において該揮発性炭化水素を含ま
ない熔融塩溶液中に酸化性気体を送入することをも包含
する前記特許請求の範囲第１項記載の方法。

（３）同一の熔融塩中に新しく燃料を追加しながら炭化
水素生成工程と熱エネルギー生成工程を交互にかつ反復
実施することより成る前記特許請求の範囲第１項記載の
方法。

（４）相連続する熱エネルギー生成の各工程の前におい
て該熔融塩から炭化水素気流を除去すること、および相
連続する炭化水素生成工程の前において該熔融塩から熱
エネルギーを除去することをも包含する前記第（１）項
に記載する方法。

（５）該酸化性気体が酸素より成ることを特徴とする前
記第（２）項に記載する方法。

（６）該酸化性気体が空気であることを特徴とする前記
第（５）項に記載する方法。

（７）該熔融塩中に溶解している炭素質燃料のほとんど
完全な燃焼反応を行なうことをも含む前記第（２）項に
記載する方法。

（８）燃料の酸化条件が４００℃ないし１０００℃の間
の反応温度および１ないし２５気圧の圧力であることを
特徴とする前記第（２）項に記載する方法っ （９）水素添加条件が３００℃ないし５００ ’Ｃの間
の反応温度および工ないし１０気圧の圧力であることを
特徴とする前記第（１）項に記載する方法。

αＯ）活性水素が該第−反応帯に送入された水蒸気から
、該反応帯中の直接その場で発生することを特徴とする
特許 方法。

ａυ 該第二反応帯流出熔融塩から比重が異なり、かつ
大きい比熱を有し、非混合性の不活性液体熱交換媒体へ
熱を伝達することより成る前記特許請求の範囲第１項記
載の方法。

（１２） 該液状媒体が金属であることを特徴とする
前記第（１順に記載する方法。

（１３）該金属が鉛であることを特徴とする前記第（１
２）項に記載する方法。

αａ 該第二反応帯流出熔融塩および該金属が相互に逆
流方向に通過することを特徴とする前記第（Ｌｌ）項に
記載する方法。

０５）該熱交換媒体から水蒸気へ熱を伝達することをも
含む前記第ｌｌ１）項にする方法っ α６）該熱交換装置から動力発生帯へ、水蒸気を通すこ
とをも含む前記第α９項に記載する方法。

【図面の簡単な説明】

第１図二本方法の操作と熱伝達との関係を示す概略模式
図。 第２図二本方法の詳細模式図。１０：原料炭仕込配管、
１６：溶融塩環状管、２０：水素添加処理反応器、２２
：水蒸気管、２４：水蒸気環状管、２５：補給水蒸気配
管、２８：溶融塩環状管、３０：発熱燃焼反応器、３１
二交互反応器、３２：水冷帯、３４：凝縮分別帯、３６
，３Ｂ，４０ ：配管、４２：分離帯、４４：分別帯、
４６：配管、４８：配管、５０：溶融塩環状管、５２，
５４：配管、５６：ターボ圧縮機、５８，６０二熱交換
器、６２：配管、６４：タービン膨脂機、１０：水蒸気
取出し口、１２：第１直接接触熱交換器、γ４：配管、
１６：熔融金属環状管、γ８：第２直接接触熱交換器、
８０：水蒸気取出し口、８２：蒸気タービン、８４：水
蒸気環状管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素質固体燃料を連続的に処理して炭化水素と熱エ
   ネルギーを生成する方法において、石炭または同様の炭
   素質固体燃料反応物５ないし３０重量％より成る熔融塩
   溶液を第一反応帯に送入し、該反応物を０．２ないし約
   ５秒間、該反応物の比較的反応性の大きい５０ないし８
   ５重量％の部分を水素添加するに十分な水素添加条件下
   において該反応帯中で解離した水蒸気から発生する活性
   水素と接触させ、塩の温度を３５０ないし４２５℃の間
   、圧力を３ないし１０気圧の間とし、生成した炭化水素
   より成る気流を反応帯上部より分離し、該気流を処理し
   て該炭化水素を回収すること、該反応物中の未反応で揮
   発性の小さい１５ないし５０重量％の部分が２ないし１
   ０％を構成している第一反応帯流出物を第二反応帯中に
   通し、酸化性気体を６００ないし９００℃の間の温度、
   ３ないし１０気圧の圧力、かつ該未反応をほとんど完全
   に酸化して燃焼熱を該熔融塩中に放出させるに十分な燃
   焼条件下において該反応帯中の溶液中に送入すること、
   該第二反応帯の上部から燃焼ガスを抜き、燃焼により加
   熱された熔融塩の第二反応帯流出物を第一反応帯に戻し
   、新しい反応物をこれに追加し、水素添加と燃焼のサイ
   クルを反復することを特徴とする炭化水素と熱エネルギ
   ーの両方を生成するための炭素質固体燃料の処理方法っ ２ 第一反応器およびその内蔵する反応物質を水素添加
   するためこれに水蒸気を送入する装置、第二反応器およ
   びその内蔵する反応物質を酸化するためこれに酸化性気
   体を送入する装置、該第−反応器と該第二反応器を連絡
   する再循環熔融塩の環状配管および該反応物質を該環状
   配管の熔融塩に添加してその中にこれを溶解し、これを
   該第−反応器内で水素添化し、また該第二反応器内に残
   存する反応物質を燃焼する装置、該第−反応器から炭化
   水素気流より成る水素添加生成物を回収する装置、およ
   び該熔融塩の環状配管から熱を回収する装置より成る炭
   化水素と熱エネルギーを共に製造するための石炭または
   類似の炭素質固体燃料の処理装置。