KR950013972B1 - 위험한 폐기물 반응기 시스템 - Google Patents

위험한 폐기물 반응기 시스템 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

위험한 폐기물 반응기 시스템
제 1 도는 본 발명에 포함되는 반응기 시스템의 개괄 도표이고 ,
제 2 도는 제 1 도의 반응기 시스템의 반응기 또는 열분해 제독기(detoxifier) 부분의 확대 단면 개괄도이고 ,
제 3 도는 본 발명에 따른 유기 화합물들의 한 대표적인 군의 분해시의 공정 조건들의 전형적인 세트를 나타내는 도표이다.
본 출원은 1986년 9월 3일에 출원된 미합중국 출원 일련번호 903,235의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 일반적으로 독성 폐기 생성물과 같은 유기 화합물들의 분해에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 유기 화합물 분해를 위한 개선된 방법 및 반응기 시스템에 관한 것이다.
여러가지 유형의 고온 반응기들이 독성 폐기 물질과 같은 유기 화합물들을 환경에 버리거나, 몇몇 경우에 재사용하기위해 더욱 허용될 수 있는 화합물로 전환시키기 위한 처리에서 사용된다. 그러한 반응기에서 사용되는 여러가지 공정들에는 열분해, 열리, 해리, 분해 및 연소가 포함된다.
유기 화합물들을 분해하기 위한 선행 기술의 방법 및 장치는 상기된 특정 기술의 공정 및 구조적인 면 둘다에 관해서 여러 심각한 문제들로 어려움을 안고 있다. 예를들면 여러 선행기술 반응기 시스템들은 반응 지역내에서의 반응물들의 비교적 짧은 체류 시간을 제공한다. 결과적으로, 그러한 반응기에서는 처리될 생성물들을 완전히 반응시키기 위해서 매우 높은 온도 및/또는 압력을 사용할 것을 필요로 한다. 높은 온도는 반응기 구조 요소들이 사용되는 높은 온도에서 약해지거나 반응성이 되기 때문에, 이들에 관해서 많은 문제들을 야기한다. 더우기 그러한 시스템에서의 에너지 요구량은 흔히 비교적 높은 공정 비용을 초래한다.
다량의 유기 물질을 처리해야하는 필요는 흔히 선행기술에서 매우 큰 반응기 시스템들의 구성을 필요로 했다. 그러한 대규모 반응기 시스템들은 비용 및 비교적 크기가 큼으로 인해 여러 적용들에 바람직하지 못하다.
본 발명의 목적은 유기 화합물들을 분해시키기 위한 개선된 방법 및 반응기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조성물들 처리를 위해 반응시 온도, 난류 및 체류 시간의 적절한 조합이 제공되는 유기 화합물들을 분해시키기 위한 방법 및 반응기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대기압보다 약간 낮은 압력에서 높은 열 효율로 작동될 수 있는 유기 화합물들을 분해하기 위한 방법 및 반응기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반응기 시스템의 요구되는 크기에 비해 높은 처리 용량을 갖는 유기 화합물들을 분해하기 위한 방법 및 반응기 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 비교적 안전하고 조절가능한 조건하에서 독성 폐기 물질들을 무해한 화합물로 가공할 수 있는 유기 폐기물을 분해할 수 있는 개선된 방법 및 반응기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 첨부된 도면들과 연결지어 생각할 때 다음의 상세한 설명으로 당업자에게 자명할 것이다 :
매우 일반적으로, 본 발명은 유기 화합물과 물의 혼합물을 기체 형태로 첫번째 반응 지역에 통과시킴으로 유기 화합물을 분해시킨다. 첫번째 반응 지역(바람직한 구체예에서, 포개진 환)은 온도 범위가 약 200℃-1400℃이다. 첫번째 반응 지역은 본질적으로 모든 기체 유기 화합물들과 물을 반응시키기에 충분한 첫번째 반응지역에서 체류시간을 제공하기 위해서 기체 혼합물에 유기적 흡착제 표면을 제공하는 미궁 통로를 갖는다. 첫번째 반응 지역으로부터 유출물을 유출물내에 남아 있는 유기 화합물들을 분해시키기 위해 약 750℃-1820℃ 범위의 온도인 두번째 반응 지역(바람직한 구체예에서, 코어)으로 통과시킨다. 물의 양을 조절하여 두 반응 지역에서 화학양론적 초과량을 제공한다.
이제 더욱 특히 본 발명의 방법을 참고로 할 때, 본 발명은 유기 화합물들 분해에 관한 선행 기술에서 가장 흔히 사용된 방법들과는 다르다. 대부분의 선행 기술들과는 달리, 본 발명은 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소를 형성하기 위해 물로 유기 화합물의 해리 반응을 야기하도록 반응시에 화학양론적으로 초과량의 물을 사용한다. 대부분의 선행기술 반응들은 유기 화합물이 연소될 연료와, 즉 고온에서 공기(산소)와 혼합되어 이산화탄소 및 물을 생성하는 불꽃 연소 반응을 기초로 한다. 이러한 유형의 반응과 관련된 문제점은 높은 온도 및 높은 열 제거를 필요로 하는 것에 덧붙여서, 이 반응은 바람직하지 못한 부반응들과 재조합물(PICS 또는 불완전 연소의 생성물)을 형성하여 이들이 유출물과 함께 환경에 독성 화합물들의 방출을 초래 할 수 있다는 것이다.
본 발명의 방법에 따라 사용된 반응 유형의 이점은 반응이 흡열적이라는 것이다. 이것은 반응시 열이 방출되지 않기 때문에 안정되고 안전하며 따라서 반응기 구조 부품들이 연소법의 경우에서와 같이, 반응이 발열적인 것보다 더욱 낮은 온도에서 유지된다. 필요에 따라, 본 발명의 방법은 투입 기체 혼합물에 공기 및/또는 산소를 첨가함으로 몇몇 산화 반응과 동시에 조작 할 수 있다. 도입되는 공기의 양을 조절함으로, 근본적인 열중화와 같은 방법을 조작하는 것이 가능하다.
유기 화합물들 및 물의 기체 혼합물이 통과하는 첫번째 반응 지역을 약 200℃-1400℃의 온도 범위로 유지시킨다.
이 범위중 낮은 온도는 첫번째 반응 지역에 도입되는 기체의 온도에 의존할 것이다. 이 범위중 높은 온도는 반응기 구조 그 자체와 구조 요소들의 열 제한에 의존할 것이다. 아래에 설명되는 바와같이 그 안쪽으로부터 가열된 환을 갖는 첫번째 반응 지역에서, 첫번째 반응 지역의 외부 표면으로부터 복사되고 대류된 열의 양은 그 조작 온도 범위에 영향을 미칠 것이다. 바람직한 구체예에서, 첫번째 반응 지역은 기체가 외부부분에서 먼저 아래로 흐르고 다음에 동축 내부 부분에서 위로 흐르는 포개진 환이다.
본 발명에 따라, 첫번째 반응 지역은 미궁 통로를 통해 흐르는 기체 혼합물에 유기적 흡착제 표면들을 제공하는 미궁 통로를 갖는다. 유기적 흡착제 표면이란 첫번째 반응 지역을 통해 흐르는 유기 기체 화합물들을 흡수하는 표면을 의미하는 것으로 이로서 그러한 화합물들을 그 안에서 완전히 반응하도록 그 지역내에 유지시킴으로 그들의 역학을 증진시키고 그들의 유동 속도를 낮출 수 있다. 미궁 통로, 즉, 그를 통과하는 기체들에 구불구불하고 높은 난류적 유동을 생성하는 통로를 사요함으로 기체가 충분히 혼합되고 따라서 그안의 유기 화합물들을 흡수제 표면에 충분히 노출시키는 것이 확정된다.
본 발명에 따라, 미궁 통로 및 흡수제 표면들은 실질적으로 모든 기체 유기 화합물들이 첫번째 반응 지역내에서 물과 반응하도록 첫번째 반응 지역내에서의 충분한 온도, 난류 혼합 및 체류 시간을 제공하기 위해 선택된다. 본질적으로 모든 유기 화합물이란 99%를 초과하는, 바람직하게는 99.99%를 초과하는 양이 반응된 것을 의미한다. 바람직하게는, 적절한 난류 및 표면면적을 확정하기 위해서, 첫번째 반응 지역내의 공극 부피를 첫번째 반응 지역의 총 부피의 약 30%-약 90%가 되도록 선택한다. 바람직하게는, 공극 부피는 총 부피의 약 75%이다. 아래에 설명되는 바와같이, 공극 부피 및 구불구불한 통로는 상기 특성들을 제공하기에 적당한 형상을 갖는 입자 물질을 선택함으로 제공된다.
첫번째 반응 지역내의 생성물들을 본질적으로 모두 반응시키는 것을 확정하기 위해서, 기체 혼합물에 첨가되는 물의 양은 화학양론적으로 같거나 초과되어야 한다. 이 말은 몰대 몰로 물의 양이 기체 혼합물에 존재하는 유기 화합물 100%와 결합하는데 필요한 것보다 더 큰 것을 의미한다. 바람직한 범위는 화학양론의 100%-200%인데 그 이유는 200% 보다 크면 작업 온도를 바람직하지 못하게 감소시키는 경향이 있기 때문이다. 최적의 백분율은 화학양론의 약 131%, 즉 화학양론 초과 31%라는 것이 발견되었다. 이 수준의 물은 최적의 온도를 유지하면서 첫번째 반응 지역내에서의 CO2형성과 유기화합물들의 소요의 본질적인 반응을 확정한다.
첫번째 반응 지역내에서의 반응후, 첫번째 반응 지역으로부터의 유출물을 더욱 반응시키기 위해서 두번째 반응 지역에 통과시킨다.
두번째 반응 지역의 온도는 약 750℃-약 1820℃의 온도 범위로 첫번째 반응 지역보다 더 높다. 두번째 반응 지역에서, 잔존 유기 화합물들이 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소로 분해된다. 임의의 산소를 기체 혼합물에 첨가할때, 반응 생성물에는 물이 포함될 것이다. 첫번째 반응 지역의 경우에서와 같이, 두번째 반응지역내의 물의 양은 두번째 반응 지역내에서 화학양론적으로 동일하도록 또는 초과되도록 조절한다. 두번째 반응 지역내로 들어가는 유기 화합물들의 수준이 비교적 낮고 두번째 반응 지역의 온도가 더 높기 때문에 유기 화합물들의 전체 및 총 반응이 적어도 99.99% 및 전형적으로 더 높은 수준으로 되는 것이 확정된다.
완전한 반응을 더욱 확정하기 위해서, 두번째 반응 지역내의 기체들의 체류 시간은 첫번째 반응 지역에서의 체류 시간과 거의 동일하게 한다. 이를 시행하기 위해서, 두번째 반응 지역의 유동 단면은 이에 의해 유동 기체들의 체류 시간을 높이기 위해서 첫번째 반응 지역보다 본질적으로 더 크게 하여야 한다.
바람직하게는, 두번째 반응 지역의 유동 단면은 첫번째 반응 지역의 약 2배이다.
본 발명에 따라, 열을 반응기, 직접적으로 두번째 반응 지역에 도입시킨다. 첫번째 반응 지역은 그를 둘러싸고 그와 동축인 두번째 반응 지역 옆에 위치한 환이다. 결과적으로 두번째 반응 지역내의 열은 첫번째 반응 지역에 복사되고 전도되어 이를 가열시킨다.
첫번째 반응 지역에 도입되는 기체 혼합물의 유동 속도는 바람직하게는 약 2㎏/분-약 8㎏/분이다.
물 및/또는 산소 대 유기화합물의 정확한 유동 속도는 물론 내포된 화학의 화학양론에 의해 결정될 것이다. 첫번째 반응 지역에 도입되는 기체 혼합물의 유동 속도는 바람직하게는 분해될 특정 화합물에 따라 약 19㎥/분-약3.5㎥/분이다. 전형적으로, 주어진 온도에 대해서, 분자가 크면 소요의 반응을 수행하기 위해서 더욱 긴 반응 시간과 더욱 높은 온도를 필요로 한다.
이제 제 1 도를 참고로 하여, 본 발명에 포함되는 반응기 시스템의 전형적인 배치를 나타냈다. 제 1 도의 시스템에는, 이 시스템과 연관된 다수의 금속 드럼들(11,12,13 및 14)이 나타나 있다.
그러나 본 발명의 시스템과 본 발명의 방법은 하나의 드럼 또는 다른 콘테이너 또는 분해될 유기 물질의 원 또는 다수의 그러한 원들과 연결지어 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
제 1 도에 나타낸 바와같이, 각각의 드럼은 이방향성 유동 동축 도관(16,17,18 및 19)을 통해 각각 아래에 상세히 기술되는 열분해 제독기(detoxifier)에 연결된다. 각각의 도관은 중앙관과 함께 동축으로 뻗어있는 환 단면의 바깥쪽관과 중앙관을 갖는다. 각각의 드럼내로의 유동은 접속기들(21)을 통해 이루어진 한편 드럼으로부터 바깥쪽으로의 유동은 접속기들(23)을 통해 이루어진다. 드럼으로부 바깥쪽으로의 유동은 동축 도관들(16-19)의 안쪽관을 통해 이루어지는 한편, 드럼안으로의 고온 증기 및 기체들의 유동은 도관의 바깥쪽환 단면 관을 통해 이루어진다. 동축 도관들(16,17,18 및 19)의 바깥쪽 관을 접속기(21)에 연결시키기 위해서 익스텐션(25)을 제공한다. 안쪽 관들을 접속기(23)에 연결시킨다.
드럼(11-14)으로부터 도관(16-19)의 반대편 끝은 익스텐션(29)을 통해 모두 유입 도관(27)에 연결된 중앙 관을 갖는다. 관(31)은 아래에 설명되는 이유들로 인해서 동축 도관들(16-19) 각각의 바깥쪽 관에 연결된다. 보통 폐쇄 밸브(33)는 관(31)과 유입 도관(27)을 분리시킨다.
드럼들(11-14)의 함유물을 휘발시키기 위해서, 드럼들을 임의의 적당한 수단으로 가열한다. 예시된 구체예에서, 다수의 코일들(35)을 갖는 저항 가열기가 드럼(11)의 주위에 나타나 있다. 고온 기체들이 드럼으로 흘러들어가는 것과 함께 가열기(35)는 드럼 함유물의 온도를 소요의 수준까지 상승시킨다.
나타나 있지는 않으나 유사한 가열기들을 다른 드럼들에도 제공할 수 있다. 아래에 기술된 터빈 송풍기의 작용과 함께 드럼들의 함유물을 휘발시키면 휘발된 함유물들이 도관들(16-19)의 중앙관을 통해, 익스텐션(29)을 통해 유입 도관(27)을 통과한다.
물을 드럼안으로의 또한 드럼으로부터의 유동 기채내의 증기로서 드럼들(11-14)의 휘발된 함유물과 혼합시킨다.
증기는 아래에 설명되는 반응기 제독기(45)에 첨가되는 물의 결과로 존재한다. 따라서 형성된 증기는 작동될 드럼에 따라 도관들(16-19) 각각의 바깥쪽 환을 통과하여 드럼내의 유기 물질위의 공간에 들어간다. 이 공간에서 증기는 휘발된 유기물질과 혼합되고 동축 도관(16)의 중앙관과 익스텐선(29) 및 도관(27)을 통해 올라가서 반응기 또는 열분해 제독기(45)로 들어간다. 기술된 동축 도관 배열을 사용함으로, 드럼으로부터 휘발된 유기 화합물을 옮기는 중앙관의 벽들을 관을 막을 수 있는 응축, 탄소화, 침전 및 결정화를 방지하기에 충분히 높게 유지시킨다.
열분해 제독기(45)의 내부 구조는 아래에 상세히 기술한다. 열분해 제독기(45)로부터의 유출물은 배출 조립체(47)를 통해 도관(49)으로 들어간다. 미리 결정된 안정성 수준을 넘는 도관(49)의 압력에 대한 파괴를 나타내는 안정성 파열 디스크(51)를 배출구 (47)와 벤트 튜우브(55)를 연결하는 관(53)에 끼워 넣는다. 관(49)은 열분해 제독기(45)의 배출구 (47)로부터 기체-대-기체 열 교환기(43)를 연결시킨다.
배출구 조립체(47)는 열분해 제독기(45)로부터 나온 임의의 미세한 분진을 제거하기 위해서 내부 사이클론 분리기(나타나 있지 않음)를 포함할 수 있다.
기체-대-기체 열 교환기(43)는 열분해 제독기(45)로부터 나오는 기체로부터 도관(40)으로 들어가는 기체로 열교환을 시키기 위해 작용하는 임의의 적당한 디자인일 수 있다.
그러한 기체로 열교환 시킨후, 도관(49)를 통과하는 유출물은 기체-대-기체 열 교환기(43)를 통해 도관(57)으로 들어가고 이는 적당한 구조물의 솔버탑(Sorber tower) (59)으로 인도된다. 솔버 탑(59)은 도관(57)을 통해 흐르는 임의의 잔존 불순물을 흡수하기 위한 적당한 흡착 물질을 포함할 수 있다.
도관(61)은 솔버탐(59)으로부터의 유출물을 예시된 시스템에서 유동시키기위한 주요 운동력을 제공하는 터빈 송풍기(63)에 보낸다. 터빈 송풍기(63)의 배출구로부터 도관(65)과 조절 밸브(67)을 통해 기체-대-기체 열교환기(43)로 들어가고 여기서 도관(49)으로부터의 기체에 의해 가열된다. 보통 폐쇄 밸브(69)는 벤트(55)를 거쳐 터빈 송풍기(63)를 통해 솔버탐(59)의 배출물을 배기시킨다. 압력 가제(71)는 솔버 탑(59)을 가로지르는 압력을 감시하기 위해 연결되어있다.
반응기에 필요한 양의 물을 첨가하기 위해서, 가압 수원(37)을 열분해 제독기(45)상의 증기 유입 부분(44)에 연결하는 수 도관(41)을 제공한다. 도관(41)을 통한 물 흐름을 가열시켜 도관의 코일 지역(76 및 77)에서 증기를 형성한다. 이 코일 지역들은 열 분해 제독기(45)로부터의 고온 유출물이 흐르는 도관(57 및 61) 주위에 형성시킨다. 더나아가 도관(4)1을 통해 흐르는 물에 열이 흡수되는 것은 열분해 제동기(45)의 바깥쪽 표면을 감싸는 다수의 코일들(78)에 의해 성취된다. 따라서, 물이 포트(44)를 통해 열분해 제독기(45)로 들어가는 시간까지, 초가열된 증기 형태로 가열되고 유입 도관(27)을 통해 열분해 제독기로 들어가는 기체와 혼합된다.
적절한 조절 장치(73)에 의해 공정을 조절할 수 있다. 여러가지 유형의 컴퓨터를 사용하는 조절 장치들이 이 기술분야에 잘 알려져 있고 따라서 조절 장치(73)는 다욱 상세히 기술하지 않을 것이다. 조절 장치(73)의 작동은 적절한 컴퓨터 감시기(75)와 터치스크린으로부터 조절된다.
제 1 도에 예시된 시스템 작동시에, 각각의 드럼들(11-14)은 동시에 각각의 도관들(16-19)을 통해 시스템에 연결된다. 각각의 드럼의 적당한 확인 코드 판독 시스템과 연결되어 있고 나타나 있지 않은 적당한 연동장치를 사용하여, 드럼 함유물이 조절 장치(73)에 적절히 투입되고 작동이 인식될때까지 드럼이 시스템에 연결되지 않을 것을 확정할 수 있다.
이제 제 2 도를 참고로 하여, 반응기 또는 열분해 제독기(45)의 내부의 상세한 것을 단면으로 나타냈다. 열분해 제독기(45)는 반응기의 순서성을 유지하기 위해서 상기한 비교적 높은 조작 온도에서 충분한 구조적 강도를 갖는 물질의 바깥쪽 실린더형벽(73)을 포함한다. 바람직하게는, 물질은 열분해 제독기의 세로 또는 축 크기가 약 1.8m이고 벽의 내부 직경이 약 43㎝인 경우 두께 4-8㎜의 유형 316-L 스테인레스 스틸 튜빙이다. 분해기 또는 반응기의 아래쪽 끝은 벽의 바깥쪽으로 방사상으로 뻗어있는 플랜지(77) 수단과 적당한 장착 볼트(79)에 의해 실린더형 벽(73)에 붙어있는 원형 플레이트(75)로 밀폐되어있다. 플랜지(77)과 유사한 플랜지(81)가 실린더형 벽(77)의 위쪽 끝에 제공되어 있고 원형 플래이트(83)는 볼트(85)에 의해 그위에 죄어져 있다. 장착 고리(87)가 볼트(85)에 의해 붙어있고, 플래이트(83)와 플랜지(81)사이에 끼워져있다. 도관(27) (제 1 도)은 실린더형 벽(73)의 윗쪽 끝 근처에 위치한 포트(89)를 통해 열분해 제독기(45)의 내부와 연결된다.
실린더형 벽(91)은 고리(87)로부터 뻗어있고 바람직하게는 그와 통합되어있다. 이벽은 벽(73)과 동축이며 실린더형 벽(73)의 길이의 약20%로 고리(87)로부터 아래로 뻗어있다. 실린더형 벽(93)은 실린더형 벽(91)과 실린더형벽(73) 사이에 있고 이들과 동축이다. 실린더형 벽(93)은 실린더형 벽(73) 내 아래로 뻗어있고 실린더형 벽(73)의 총 축길이의 약 5-10%로 플래이트(75)위의 길이에서 끝난다. 바람직하게는, 고리(87), 플래이트(75 및 83), 실린더형 벽(91) 및 실린더형 벽(93)의 물질은 실린더형 벽(73)의 물질, 즉, 316-L 스테인레스 스틸 튜빙과 동일하다. 길이 1.8m 의 열분해 제독기에 대해서는, 이 요소들의 두께가 바람직하게는 내부 직경 약 24㎝의 벽(91)과 내부 직경 33.9㎝의 벽(93)에 대해서 거의 4-8㎜이다.
실린더형 벽(95)은 플래이트(75)상에 지지되고 그로부터 위로 뻗어있다. 실린더형 벽(95)은 실린더형 벽(91)의 직경과 본질적으로 동일하고 이와함께 동축 배열되어있다. 실린더형 벽(95)은 실린더형 벽(73)의 총길이의 약 5%-약 10%로 높이의 그 사이의 공간을 남기기 위해서 실린더형 벽(91)의 종단아래에서 일정거리를 단절시키는 길이이다.
바람직하게는, 실린더형 벽(95)을 구성하는 물질을 알루미나와 산화티탄의 혼합물 또는 알루미나와 같은 세라믹 물질이다.
거의 1㎝의 벽 두께를 갖는 멀라이트(TM) 튜빙이 약 33.9㎝의 벽(93)의 내부 직경과 약 1.8㎝ 길이의 반응기내의 실린더형 벽(95)에 만족스러운 물질이다. 튜빙을 위한 다른 적당한 세라믹 물질에는 비코르(TM) 및 라이로 세람(TM)이 있다.
상기 배열의 결과는 중앙 반응실(97)이 동축 반응실(99)로 둘러싸여 있으며 동축 반응실(99)은 두개의 부반응실, 바깥쪽 부반응실(101)과 안쪽 부 반응실(103)로 분리된다.
포트(89)를 통해 반응기로 들어가는 기체는 바깥쪽 환(101)을 통해 아래로 통과하고, 플래이트(75)와 실린더(93)의 아래쪽 끝사이의 간격을 통과하고, 안쪽 환(103)을 통해 위로 통과하고, 실린더형 벽(95)의 윗쪽 끝과 실린더형 벽(91)의 아래쪽 끝사이의 간격을 통과하고 중앙 반응실(97)을 통해 아래로 통과하여 플래이트(75)의 포트(47)를 통해 배출된다.
부반응실(101 및 103)으로 구성된 환 또는 바깥쪽 동축 반응실(99)은 105로 나타낸 입자 세라믹 물질로 본질적으로 채워져있다. 이 물질은 기체가 바깥쪽 환(101) 및 안쪽 환(103)을 통해 흐를수 있도록 미궁 통로를 제공하기 위한 크기와 배열로 선택된다. 덧붙여서, 이 물질의 배열과 크기는 물질에 의해 점령된 공간에 소요의 공극 부피를 제공할 수 있도록 선택된다.
이 물질은 포트(89)까지 뻗기에 충분한 양으로 존재하여 유동물을 고르게 분포시킬 수 있도록 바깥쪽 환(101)의 꼭대기에 빈 환 공간을 남긴다. 유사하게, 내부환(103)에 있는 물질의 양은 실린더형 벽(95)의 윗쪽 모서리 바로 아래까지 뻗어서 저온의 상부 플랜지 플레이트와 전기 공급로를 유지시키는 목적의 내부 환(103)의 윗쪽 끝에 공간(109)을 남게한다. 바람직하게 사용되는 세라믹 물질은 직경 1/2인 치의 래시그 고리 형태이다. 구형 또는 다른 형상 입자들의 산화알루미늄도 사용할 수 있다. 이 물질은 기체유동에 노출되는 큰 고온 표면적 뿐만아니라 난류를 제공하여 화학 역학과 흡수를 높이고 이로써 반응실내의 탄화수소의 체류시간이 높아진다. 이는 상기 반응을 수행하기 위한 소요의 역학과 보유 시간을 제공한다.
열분해 제독기(45)는 다수의 길쭉한 U-형 머리핀 형태 루프들인 전기 저항 가열 요소들(111)로 가열한다. 가열 요소들(111)은 반응실의 길이에 적어도 절반의 거리로 반응실안에서 아래로 뻗어있다. 가열기들을 세라믹 장착 정착물(113)로 플래이트(83)에 장착시킨다. 장착물(113)에는 임의의 적당한 열저항 단열 물질, 예를들면, 석영, 알루미나, 이규화 몰리브덴, 아크롬산 란탄, 및 이붕소화 란탄이 있다. 전기 가열기(111)용 전력은 플래이트의 윗쪽 표면(83)에 장착된 전기공급로(115)를 통해 제공된다. 또한 복사 차폐물(116)은 정착물(113) 바로 아래에 제공된다. 가열 요소들위에 공정 밀폐를 양호하게 하여 열손실을 더욱 감소시키기 위해서 금속 뚜껑에 (나타나 있지 않음)을 제공할 수 있다.
반응실(97) 바닥에 입자 물질(105)와 유사하거나 동일한 세라믹 구조물 또는 입자 물질의 일정 부피를 제공한다. 세라믹 물질의 양은 반응실(97) 길이의 약 5%-15%를 점령하고 가열요소들과 접촉하고 있지 않게한다. 반응실(97)로부터 나온 벤트(47)를 통과하는 고온 기체들은 세라믹 물질(117)을 가열한다.
이 보유된 열은 더욱 큰 열 효율을 위해 환(99)의 아래쪽 끝에서 세라믹 물질에 전달되어 열 회복기 및 조절된 기체 냉각 시스템으로 작용한다. 반응실(97)내의 열도 실린더(95)를 가열하고 복사되어 환 반응 지역(99)내의 세락믹 입자 물질에 열 전달된다. 중앙 반응실의 유동 단면은 소요의 체류시간을 제공하기 위해서 환(101)과 환(103)의 약 두배이다.
열분해 제독기(45)의 조작시, 기체성 유기 화합물과 증기(및 가능하게는 산소)의 혼합물을 포트(89)를 통해 반응기에 공급하고 바깥쪽 환(101)안의 물질위에서 아래로 통과시키고 환(103)안의 물질을 통해 위로 보낸다. 이 지역에서, 탄화수소를 상기 반응을 생성하기에 충분한 시간동안 입자물질의 고온 흡착제 표면상에 유지시킨다. 덧붙여서, 입자 물질의 배열은 유기 화합물들이 반응을 수행하기 위해 증기 및 표면과 접촉하는 것을 확정하고 혼합을 충분히 하기 위해 충분한 난류를 제공한다. 유기 화합물의 분해는 기체가 실린더형 벽(91)과 실린더형 벽(95)사이의 간격을 통해 중앙 반응기(97)로 들어가는 시간까지 적어도 약 99%이다.
반응실(97)에서, 기체는 이들의 가장높은 온도에 도달하고 이는 유기 화합물들의 반응을 완료(적어도 99.99%)시켜 최종적인 비교적 무해한 유출물을 생산한다. 이후에 유출물은 상기한 바와같은 처리를 위해 포트(47)로부터 나온다.
이제 제 3 도을 참고로 하여, 반응기내의 온도 변화를 나타내는 그래프를 나타냈다. 덧붙여서, 드럼 원에서 측정된 일산화탄소의 양도 나타냈다. 측정된 모든 매개변수들은 본질적으로 모두 시클로헥사논으로 구성된 유기 폐기물에 대해 시간에 관하여 도시하였다.
코어 또는 반응실(97)의 온도는 1600℉(785℉)바로 아래부터 약 1850℉(1010℃)까지 변하는 것을 볼 수 있다. 바깥쪽 벽의 온도는 세개의 서로 다른 장소, 벽(95)와 벽(109)사이의 간격의 대략의 수준에서 높은 위치, 벽(93)의 아래쪽 끝근처의 낮은 수준 및 상기 두지점의 거의 절반인 중간 수준에서 측정하여 나타냈다. 최종적으로, 일산화탄소의 수준은 드럼의 함유물이 가열에 의해 휘발됨에 따라 작동 시작직후에 본질적으로 증가한다는 것이 나타났다. 일산화탄소 수준은 점차적으로 떨어져 작업후 2 1/2시간에 최종적으로 0에 도달한다. 일산화탄소의 0수준을 감지함으로 드럼 함유물으 가공 완료를 결정할 수 있다.
초과량의 물을 첨가함으로 일산화탄소의 수준을 본질적으로 낮추고 벤트 기체의 환경적 조절을 용이하게 할 수 있다. 제 4 도는 초과량의 물이 일산화탄소를 감소시키는데 신속한 효과를 갖는다는 것을 나타낸다. 오른편 등급은 일산화탄소 퍼센트를 나타내는 한편 다른 선들은 왼편 등급의 온도에 관한 것이다.
다음 실시예들은 본 발명의 조작을 더욱 잘 설명하기 위해 주어진 것이다. 이들은 단지 아래에 주어진 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
화학양론의 131%로 물을 첨가하고, 5개의 55겔론 드럼/일의 속도로 처리된 C8H10및 CH3OH(크실렌 및 메탄올) 동일부의 혼합물은 다음의 물질 유동조건하(㎏/분으로)에서 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소로 99.99%보다 더 많이 전환되었다.
Figure kpo00001
[실시예 Ⅱ]
CH3OH 및 Cℓ3C-CH의 동일부 혼합물에 대해 속도를 5/드럼/일로 놓고 파운드/분의 다음의 물질 유동 조건들을 결정한다. 화학양론적 양의 물을 사용한다. 결과는 99.99%보다 더 많이 이산화탄소, 수소 및 염화수소로 전환되었다.
Figure kpo00002
[실시예 Ⅲ]
메탄올 및 크실렌 동일 부에 대해 속도를 5드럼/일로 놓고 다음 조건들을 이산화탄소 및 수소로 99.99%가 전환되도록 관찰한다. 화학적양론적 양의 물을 사용한다.
Figure kpo00003
따라서 본 발명은 유기 화합물들 분해를 위한 개선된 방법 및 장치를 제공함을 알 수 있다. 유기 화합물들은 99.99% 보다 더 좋은 파괴 수준으로 이산화탄소, 일산화탄소, 물 및 수소로 전환되었다. 높은 열 효율은 비교적 작은 크기의 반응기내의 높은 통과율로 얻어진다. 벤트 기체내에 발암 물질을 생산하는 불꽃연소 반응내의 자유 라디칼 화학 부 반응들이 제거된다. 이 시스템은 값비싼 고성능 압축기나 중벽 고압력 용기없이 근본적으로 대기압에서 조작한다. 장비의 폐기물 취급 부품들은 파이핑 또는 장비가 샐 경우에 폐기물이 바깥으로 새는 것을 방지하기 위해서 대기압보다 낮은 압력에서 조작한다.
벤트 기체는 화학적 제조의 공급원료로서 또는 보일러나 연로로서 작은 기체 엔진 또는 터빈내의 동력 회수를 위해 합성 연료 기체로 사용될 수 있다.
여기에 기술되고 나타낸 것들에 첨가하여 본 발명의 여러 변경들은 상기 설명으로부터 당업자에 자명할것이다. 그러한 변경들은 첨부된 청구범위의 범위내이다.

Claims (9)

  1. 유기 화합물 및 물의 기체 혼합물을, 실질적으로 모든 기체 유기 화합물과 물을 반응시키기에 충분한 첫번째 반응 지역내에서의 체류 시간을 제공하기 위해서 기체 혼합물에 유기적으로 흡착제 표면을 제공하는 미궁통로를 갖는, 온도 범위가 약 200℃-1400℃인 첫번째 반응 지역에 통과시키고, 상기 첫번째 반응 지역으로부터의 유출물을 유출물내에 남아 있는 유기 화합물들을 분해하기 위해서 온도 범위가 약 750℃-1820℃인 두번째 반응 지역에 통과시키고, 상기 반응 지역들 각각에서 상기 기체 혼합물내의 물의 양을 화학양론의 100%-200%로 유지시키는 것으로 구성되는, 유기 화합물들의 분해방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 두번째 반응 지역을 상기 첫번째 반응 지역보다 더 높은 온도에서 유지시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 반응 지역이, 약 150℃-약1100℃의 온도 범위를 갖는 첫번째 부-지역과 약1000℃-약1700℃의 온도 범위를 갖고 상기 첫번째 부-지역 보다 더 고온인 두번째 부-지역을 포함하는 적어도 두개의 서로 다른 온도 범위들로 유지되는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기체 혼합물내의 물의 양이 화학양론의 약 131%인 방법.
  5. 제 1 항에 잇어서, 상기 첫번째 반응 지역내의 공극 부피가 상기 지역의 총 부피의 약 30%-약 90%인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 반응 지역내의 공급 부피가 총 부피의 약 75%인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 기체 혼합물이 약 2㎏/분-약8㎏/분의 속도로 첫번째 반응 지역에 도입되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 유기 화합물이 액체이고 액체 유기 화합물이 첫번째 반응 지역내로 통과하기 전에 먼저 휘발되는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 산소가, 그안의 반응들이 실질적으로 열 중화를 유지하기에 충분한 양으로, 상기 반응 지역들중 적어도 하나에 도입되는 방법.
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