JPH04501677A - 熱分解解毒反応器装置 - 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】 熱分解解毒反応器装置 本発明は熱分解解毒反応器装置に関する。より詳細には、本発明は改良反応器装 置、および危険かつ毒性の化合物と水とを反応させてかかる化合物の非常に高い 破壊度を達成するために上記装置を作動する方法に関する。

極めで高い程度の危険な毒性化合物の破壊は多くの種類の技術の目標である。危 険な毒性化合物は、非常に低い濃度でも環境に放出されると、人間や動物にとっ ての可能性のある健康上の危険を示す化合物である。危険な廃棄物は代表的には がかる危険か一つ毒性の化合物を含有している。これらの従来技術の装置のほと んどは基本的に、破壊を行うために毒性化合物の高温燃焼に頼っている焼却炉で ある。通常、このような酸化反応の結果、破壊される化合物と同じ位あるいはそ れよりも毒性である他の化合物が形成される。しかも、かかる反応は熱を発生し 、往々にして不安定であり、しばしば制御し難く、周囲圧力を越える圧力で作動 して、爆発、反応暴走、漏れまたは故障の場合に有害物を環境に排出する恐れを 生じる。

いわゆる熱分解解毒は、吸熱であり、遊離酸素の存在を回避する反応を利用する ことによって焼却法に固有の問題のほとんどを回避する。このような方法は出願 中の米国特許出願第０８９５７３号に述べられている。この方法では、危険かつ 毒性の化合物をガス化し、適当な反応器において遊離酸素の存在なしに化学量論 上過剰の水と高温で反応させる。この熱分解解毒法の結果、破壊度が９９．９％ と非常に高く、−酸化炭素、二酸化炭素、水素および水を含有する流出ガス流を 生じる。この反応は発熱反応より容易に制御され、爆発の恐れなしに、実質的に 大気圧またはそれ以下で行われ、その結果、安全性が高い。

熱分解解毒反応器装置は比較的新しい技術を示し、ている。本発明は、保守が比 較的低く、処理量が高い効率的な方法で高い破壊度を達成することができる上記 技術の改良を構成する。本発明の全体的な趣旨は当業者には添付図面と関連した 下記の説明から明らかになろう。

第１図は本発明により構成された熱分解解毒反応器装置の概略流れ図である。

第２図は本発明の装置に組み込まれた熱分解解毒反応器の横断面概略図である。

一般に、本発明の熱分解解毒反応器装置は危険な毒性の化合物を水と反応させて 高い破壊程度を達成する。この装置は解毒反応器を有しており、この反応器は中 央の高温コア領域およびこのコア領域に対して同軸に配置された低温の環部を有 している。コア領域を加熱するための手段が設けられている。コア領域での反応 のためにコア領域へ、次いで包囲環部ヘガス状毒性化合物の流れを循環するため の手段が設けられている。ガス状毒性化合物の流れがコア領域に入る前に化学量 論上過剰の水をガス状毒性化合物の流れに導入してコア領域で毒性化合物と反応 させる。ガス状毒性化合物の流れがコア領域に入る直前のガス状毒性化合物の流 れと環部を去る流出ガスの流れとの間に熱交換が生じる。

特に第１を参照すると、本発明の反応器装置が概略的に示されている。この装置 はから生じるガス状毒性化合物を処理するように作動する。供給装置１１は毒性 化合物をガス化するために任意の適当な構成のものでよい。しかしながら、供給 装置１１の好適な形態は出願中の米国特許出願第０９２０４１号に示され、述べ られているオートクレーブである。その装置では、毒性廃棄物のドラムをその外 側かつオートクレーブの内側を循環する熱分解解毒反応器からの高温のガス状流 出物によって加熱する。次いで１、高温のガス状流出物を液状の毒性廃棄物を収 容しているドラム自身へ循環させる。高温のガス状流出物の循環とともに、ドラ ムの加熱の結果、ドラムに収容された液状毒性廃棄物が蒸発し、いくらかガス化 する。次いで、このガスを解毒反応器への戻り用の供給装置源として使用する。

第１図では、供給装置１１は弁１５を有する導管１３を介して一次熱交換器１７ に連結されているものとして示されている。この−決然交換器１７は毒性ガスの 流れを高温度まで上昇させ、この高温度で毒性ガスの流れを解毒反応器１９に挿 入する。解毒反応器１９は高温反応室すなわちコア領域２２を構成する円筒形内 壁部２１を有している。この円筒形壁部２１から、これと同軸の第２の円筒形壁 部２３が間隔をへたてられている。壁部２１．２３間の間隔はコア領域２２に対 して同軸に配置された低温の環部２５を構成している。

高温コア領域２２を加熱するための手段が設けられている。図示の実施例では、 これらの手段は複数の細長い抵抗加熱要素２７である。要素２７は繊維状酸化ア ルミニウムのような適当なセラミック構造物であるのがよい支持ディスク２９か ら下方に延びている。このディスク２９は断熱材の密な構造上支持ディスクによ 。

り反応器コア２２から断熱されている。コア２２の温度を高い充分な程度まで上 昇させるために第１図に示さない適当な電気接続を抵抗加熱要素に対して行う。

円筒形壁部２３内の圧力が過剰である場合、破裂ディスク３３が破壊して圧力を ベント管３５を通して除去する。

ガス状毒性化合物の流入する流れは後述するように適当に連結された入口ダクト ３７を経て中央の反応器コア領域に入る。コア領域を上方に流れた後、ガスは環 部２５を経て反応器１９の底部に戻り、そこでガスは導管３９を経て熱交換器１ ７へ戻される。

導管３９は、当業界で知られているように処分し得る溜まった固形物を排出する ための適当な固形物トラップ４１を有している。

導管３９からの流出ガスは熱交換器１７を通り、次いで導管４３を経て他の熱交 換器４５まで流れる。この熱交換器は、後述のように熱交換が起こる２つの更に 他の熱交換器４７．４８と直列に連結されている。熱交換器４５は導管５１を介 して熱交換器４７に連結されており、熱交換器４７は導管５３を介して熱交換器 ４９に連結されている。タービン５５が設けられており、反応器流出物が熱交換 器４９から導管５７を経てこのタービン５５へ流れる。タービン５５は装置用の 駆動力を出力し、タービン５５の出力は任意に、導管５９を介して適当なスフラ ッパ−６１に伝達されるか、あるいは吸収塔８５へまっすぐに差し向けられる。

タービン５５の流れ制御のために弁５８を有するバイパスループ５６が設けられ ている。任意のスフラッパ−６１の構成は当業者に周知な技術に従えばよい。ス フラッパーは通常、危険かつ毒性の化合物がハロゲンをかなりの量含有している ときに選択自由なものとして付設される。

タービン５５の後、存在するなら、任意のスフラッパ−６１を通過後、流出物は 導管６３を経て吸収塔６５へ流れる。吸収塔６５は任意の適当な構成のものでよ い。しかしながら、図示の実施例では、吸収塔６５は一対の活性炭床６７と、ア ルコア＆コアスタル社から市販されている（ＳＥＬＥＸＳＯＲＢ）　（商標）の ような適当な材料の一対の活性アルミナ床６９とを有している。

プレナム７１の出口がＴ連結部７３に連結されており、そこから流れが導管７５ を通って熱交換器４９に戻るまで上方に続く。

導管７５からの流れは熱交換器４９から導管７７を経て熱交換器４７まで、そし て熱交換器４７から導管７９を経て熱交換器４５まで続けられる。かくして、熱 交換器４５．４７．４９において、熱交換器１７から導管４３を経て出る高温流 出物と、吸収塔６５から導管７５を経てさる低温流出物との間で熱交換が起こる 。適当な制御流量を保つために、導管７５はベンチュリ流量計部分８１を備えて いる。

熱交換器４５を去った後、より冷たい流出物は導管８３を経て１部分８５へ流れ る。この１部分８５は弁８７を介して弁１５と熱交換器１７との間の導管１３の 他の１部分８９に連結されている。１部分８５の他の脚部は弁９１を経てベンチ ュリ流量計部分９５を有する導管９３を介して触媒コンバータ９７に連結されて いる。

触媒コンバータ９７は流出物中の一酸化炭素、ハロゲン、メタン等をさほど有害 でない二酸化炭素および水に変換するのに適した任意の構成のものでよい。好適 な実施例は自動車型の双触媒１６１を収容した外側環状部分１６０を有している 。触媒コンバータ９７には、空気入口ベント９９が弁１０１を介して設けられて いる。排出ガスが放出される前にこの排出ガスから一酸化炭素、ハロゲン、メタ ン等を除去するために、１部分７３から導管１０３及び弁１０５を経て外側環状 触媒部分１６０への入口が設けられている。処理済みのガスを触媒コンバータ９ ７からベンチュリ部分１０９を経て放出するためのベント１０７が設けられてい る。

触媒コンバータ９７からの流出流れは空気酸化反応からの発生熱により加熱され 、加熱流出ガスを供給装置へ戻すための導管を経て供給装置１１へ送られる。高 温ガスを導管９３から触媒コンバータ９７を通して流す目的は触媒を４００℃（ ６５０°Ｆ）のその停止温度より高く保つためである。先に述べたように、触媒 コンバータ９７から回収された熱を使用して供給装置にある液状の毒性化合物を 速い速度で揮発させるのに流出ガスを使用し得る。

先に述べたように、本発明の熱分解解毒反応器装置は熱分解解毒反応のために反 応器に化学量論上過剰の水を用いる。この目的で、水を装置に注入するための二 つの交互手段が設けられている。

第１の手段はタービン５５とスフラッパ−６１との間で導管５９に位置決めされ た弁１５５を有する水入口導管１５３である。

水を装置に加えるための第２の入口位置は入口導管１５７及び弁１５９を経て設 けられている。

第１図に示す装置の作動中、反応器１９からの高温流出ガスとともに同伴される ガス状の毒性化合物が供給装置１１により生じられ、導管１３および弁１５を経 て一次熱交換器１７へ送られる。

そこで、ガスの流れは更に反応器１９からのガス状流出物との熱交換により加熱 される。次いで、ガスの流れは導管を経て反応器１９へ送られる。水を導管１５ ３（または１５７）および弁ｌ５５（またはｌ５９）を通してガスの流れに導入 する。代表的には、この水は高温過熱蒸気の形態である。水をタービン５５の冷 却コイル（図示せず）、次いで後述の反応器タレット（第１図）の冷却コイル、 次に導管１５３に導入することによって過熱蒸気を生じることができる。

毒性化合物は高温コア領域２２に入ると、後述のように破壊される。高温コア領 域２２からの流出物は次いで断熱ディスク３１の下の空間で円筒体２Ｉの上縁部 の上方を流れて環部２５にはいる。環部２５を通る流れは下方であり、そこで集 められ、導管３９を経て熱交換器１７へ循環される。次いで、流出物は３つの二 次熱交換器４５．４７．４９を通り、導管４３．５１．５３を経て導管５７へ送 られ、そこでタービン５５９次いで導管５９を通って任意のスフラッパ−６１へ 循環される。流出ガスは任意のスフラッパ−６１を去ると、毒性化合物のいずれ もの残留分子をさらに除去するために導管６３通って吸収塔６５へ循環される。

流出ガスはプレナｊ、７１およびＴ連結部７３を経て吸収塔６５を去ると、導管 ７５を経て熱交換器４９．４７．４５を通って戻されて導管７５から導管８３へ の流出ガスの温度を上昇させる。

代表的な作動では、弁８７を閉じ、弁９１を開けて流出物を導管９３および触媒 コンバータ９７の中央の熱交換パイプを通して流す。この触媒コンバータ９７で 、ガスが二酸化炭素及び水（蒸気）に転化され、熱が発生され、この熱により導 管１１１内のガスを更に加熱する。いずれの過剰の熱もベント１０７を通して排 出される。次いで、導管ｔｉｔ内の加熱ガスは供給装置１１内の代表的には液状 の毒性化合物を更に加熱してガス化するために導管１１１を経て供給装置ｌ】に 戻される。

弁８７．１５により、流出物が熱交換器４５から供給装置１１を迂回して直接、 熱交換器１７へ再循環される。この構成は始動および稼働停止時に利用される。

弁１０５を開（と、吸収塔６５からのきれいな解毒された流出物の一部が直接、 外側に排出される。

装置内の作動温度は所望の破壊度および被処理物の種類に応じて変化し、代表的 な作動温度は次の如くである。

導管３９　１８５０　°Ｆ 導管３７　１２７５　°Ｆ 導管４３　１２１５　°Ｆ 導管５１　９３５　°Ｆ 導管５３　６６５　°Ｆ 導管５７　４００　°Ｆ 導管５９　４００　°Ｆ 導管７５　２００　°Ｆ 導管８３　９５０　°Ｆ 装置内、特に反応器１９自身内、の圧力は一般には、大気圧近くあるいはそれよ りわずかに低く保たれる。導管３７内の圧力は代表的には水柱−３８，１ａｎ（ −１５インチ）　（−０，５ｐｓｉ）であり、導管３９内の圧力は代表的には水 柱−７６，１ａｎ（−３０インチ）（−１，０ｐｓｉ）である。タービン５５前 後の圧力降下は代表的には水柱＋９６．２ａｏ（＋３８インチ）乃至−１４２， ２ａｎ（−５６インチ）である。

第２図を参照すると、熱分解解毒反応器の特定構成が示されている。第１図と関 連して述べたように、反応器１９は高温コア領域２２および低温環状プレナム２ ５を構成するように配置された内側およぶ外側の同軸円筒体２１．２３を有して いる。コア領域の加熱は細長い加熱要素２７により行われる。反応器の上端はジ ルカー社から市販されている密な断熱ディスク３１により流れ浸食されないよう に保護されたセラミック断熱板２９　（これもジルカー社から市販されている） によって閉じられている。加熱要素２７は板２９の上に設けられた適当な構成の 複数の電気取付具１１３により支持されている。反応器の上部分は頂板１１７に より覆われたタレット頂閉鎖体１１５により包囲されている。タレット頂壁部お よび頂板の内側には、タービン５５冷却コイル（図示せず）からの水の循環から 出来る蒸気の過熱のために銅冷却コイル１１９が配置されている。過熱要素用の 織製電気ケーブル１２１が適当な電気通し部１２３によりタレット頂部１１５に 通されている。

反応器は円筒体２１．２３と同軸の３１６−Ｌステンレス鋼（または任意の適当 な合金）脱外容器１２５内に包囲されている。

この容器の下端部は、中央開口部１２９と、環部２５から出る複数の周間口部１ ３１とを有する３２１ステンレス鋼（または任意の他の適当な合金）板１２７に よって閉じられている。板１２７の表面には、鋳造可能なアルミナ製の基部１３ ３が支持されている。

この基部はボート１２９．１３１と整合された開口部を有している。ボート１２ ９と整合された開口部は流入ガスの高められた流れ分散を行うために１３４でフ レアになっている。ポート１２９は導管３７に連結されており（第１図）、ポー ト１３１は導管３９にマニホールド連結されている（第１図）。代表的には、出 口ボート１３１は４つ設けられている。

ステンレス鋼容器１２５はバブコック＆ウィルコック社から市販されているカオ ウール（ＫＡＯＷＯＯＬ）　（商標）のような適当な断熱材製の壁部により任意 に取り囲まれている。セラミック管２３とステンレス鋼壁部１２５との中間には 、軽量のアルミナ繊維層１３９が配置されている。セラミック管２１の内面はボ ルト社（ドイツ）から市販されている不透過性のムライト（商標）製の管１４１ によって保護されている。高温コア領域２１には、シルカ社から市販されている 複数の網状発泡体の高多孔性セラミックディスク１４３が充填されている。これ らのディスクは基部１３３の上の領域に積み重ねられており、ディスク１４３に は、過熱要素を受け入れ、同時に支持するための通路が設けられている。高温コ ア領域２２における適当なガスの流れの混合および滞留時間を与えるために、所 望に応じてセラミックディスク１４３に他の通路を設けてもよい。高温コア領域 ２２の温度を監視するために、その中央で熱電対管１４９が下方に延びている。

板２９．３１を通るアルミナ管１４９内には、適当な熱電対１５１、代表的には 二重接合プラチナ−ロジウム熱電対が設けられている。

導管３７から反応器１９へ循環する流入ガスはポート１２９から入り、セラミッ クディスクを通って上方に流れる。高温コア領域２２において、これらのガスは （毒性化合物と過熱蒸気とカリ反応して実質的に一酸化炭素および水素を形成す るよう混合され、加熱される。これらのガスは板３１の下の円筒体２１の上縁部 の上方で高温コア領域をでる。次いで、流出ガスはさらにの反応がある程度起こ る環状プレナム２５を通って下方に循環する。次に、流出ガスはボート１３１か ら出て、先に述べたように導管３９へ送られる。

上記の本発明の反応器装置の特定の利点は、反応器からの流出ガスの蒸気が非常 に高温であり、したがって、かなりの熱を供給装置に送り出すことが可能である という点である。ガスが供給装置１１から導管１３を通る際のいずれの炭素質付 着物は、熱交換器１７において高温に達した結果、蒸気ガス化する。また、反応 器供給ガスと流出ガスとを熱交換するのに熱交換器１７を使用することは反応器 内の灰又は炭素質付着物の問題いずれをも除去するのに役立つ。このような付着 物はトラップ４１により容易に除去し得、これにより反応器内の内部邪魔板をし ばしば清浄する必要が回避される。

本発明の装置の他の利点は、ガスの適切な混合を行うのにセラミックコーキング またはラッシングリング、セラミック球、または池の同様な材料の必要が無くな ることである。所望の予熱および混合は熱交換器１７内で行われ、更に高温コア 領域自身内のセラミックディスクによって行われる。

従って、本発明が危険な毒性化合物を反応させるための改良熱分解解毒反応器装 置を提供することがわかるであろう。この装置は効率的で、コンパクトで、かつ 作動容易である。本発明の他の利点は当業者には以上の説明から明らかになるで あろう。以上の説明および添付図面から、当業者には、ここに示しかつ説明した ちの以外に、本発明の種々の変更例が明らかになろう。このような変更例は添付 の請求の範囲に入るものである。

ＦＩＧ２ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８）

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．危険かつ毒性の化合物を反応させるための熱分解解毒反応器装置において、 中央の高温コア領域、及び該コア領域に対して同軸に配置された低温環部を有す る解毒反応器と、上記コア領域を加熱するための手段と、ガス状の毒性化合物の 流れを反応のために上記コア領域へ、次いで上記環部へ循環するための手段と、 上記コア領域における毒性化合物との反応のために、上記コア領域に入る前のガ ス状毒性化合物の流れの中に化学量論上過剰の水を導入するための手段と、上記 コア領域に入る直前のガス状毒性化合物の流れと上記環部を去る流出ガスの流れ とを熱交換するための一次熱交換手段とを備えたことを特徴とする熱分解解毒反 応器装置。
2. ２．上記水導入手段は水を上記一次熱交換手段と上記コア領域との間に導入する ように装置に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の反応器装置 。
3. ３．上記水導入手段は水を上記一次熱交換手段の前にガス状の毒性化合物の流れ に導入するように装置に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の 反応器装置。
4. ４．供給装置を備え、上記反応器からの流出ガスの少なくともいくらかは上記供 給装置に循環され、ガス状毒性化合物と混合されて上記反応器に循環されること を特徴とする請求項１に記載の反応器装置。
5. ５．上記一次熱交換手段を去った直後の流出ガスの流れと、上記反応器に循環さ れる前の流出ガスの流れとを熱交換するための二次熱交換手段を備えたことを特 徴とする請求項４に記載の反応器装置。
6. ６．上記二次熱交換手段と上記供給装置との間に触媒コンバータ手段を備えたこ とを特徴とする請求項５に記載の反応器装置。
7. ７．上記反応器内の圧力を実質的に大気圧に或いはそれより低く保つための手段 を備えたことを特徴とする請求項１に記載の反応器装置。
8. ８．上記反応器は上記コア領域にガスの実質的な微混合を生じるのに十分なガス の分散流れを与えるためのセラミック手段を上記コア領域に有することを特徴と する請求項１に記載の反応器装置。
9. ９．上記コア領域を加熱するための上記手段は上記コア領域を軸方向に延びる複 数の細長い抵抗ヒータを有し、上記セラミック手段は上記ヒータを支持するよう に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の反応器装置。
10. １０．記一次熱交換手段は上記環部内に位置決めされていることを特徴とする請 求項１に記載の反応器装置。
11. １１．中央の高温コア領域と、該コア領域に対して同軸に配置された低温環部と を有する解毒反応器を備えた熱分解解毒反応器装置を作動する方法において、上 記コア領域を、そこにおける毒性化合物の分解のために十分な温度まで加熱し、 ガス状毒性化合物の流れを反応のために上記コア領域へ、次いで上記環部へ循環 し、上記コア領域に入る前のガス状毒性化合物の流れの中に化学量論上過剰の水 を導入して上記コア領域で毒性化合物と反応させ、上記コア領域に入る直前のガ ス状毒性化合物の流れと、蒸気環部を去る流出ガスの流れとを熱交換することを 特徴とする方法。
12. １２．水をコア領域と上記熱交換工程が行われる位置との間で装置に導入するこ とを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. １３．水を上記熱交換工程か行われる位置の前でガス状毒性廃棄物に導入するこ とを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. １４．上記反応器からの流出ガスのうちの少なくともいくらかを上記反応器への 循環のためにガス状毒性化合物の源に戻すことを特徴とする請求項１１に記載の 方法。
15. １５．反応器内の圧力を実質的に大気圧に或いはそれより低く保つことを特徴と する請求項１１に記載の方法。