JPH05504165A - 炭素質原料を熱的分解する方法及びその方法を実施する反応装置 - 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】 本発明は、燃料又は化学品製造用の出発原料として工業的価値を有するガス、及 び固体又は溶融形状の無機成分を回収するためく炭素質原料を熱的に分解する方 法に関し、前記原料は室内に供給され、熱的分解は大気圧から約Ｘ５Ｏ−′−ル までの圧力及び５００〜１６００′Ｃの範囲の温度で行われる。本発明はまたこ の方法を実施するための装置にも関する◇ 石炭２石油及び天然ガスのような化石燃料を燃やすことは、動力及び熱の製造の 大部分を構成する。しかしながら泥炭やバイオマスのような非化石燃料も使用さ れ、後者の場合には原始林が木の伐採で残った。

製造はまた、上記した原料のガス化によって得られるガスの＠焼によることもで きる０ガス化は動力又は熱の製造では余分な段階を構成するけれども、この余分 な段階は、それを正当化する環境及び効率の観点から顕著な利点をも走らす。一 層効果的で競争力あるものとするガス化方法を最適化するために大きな努力がな されている。しかしながら原料をガス化する方法、すなわち化学量論以下の酸素 の添加による熱的分解を最適化する基準は、燃焼に適用できる基準とは顕著に異 なる０このことは、ガス化方法が、最適化が非常に困難な原料からの無機化学品 の回収を含ひときくも適応する。

ろる場合にｔ工、化学量論以下のＩ！ｌ！素の添加による原料の熱的分解は、汚 染物質となり、それにより深刻な環境問題を引き起こす代わりに回収さ几、再使 用さルることができ、しばしばｅｇ８する場合もある、無機入質のそのような化 学＠放物をもたらす。原料の有機部分は実質的にＣｏ、　ＣＯ２，Ｈ２及びＣＨ ４ｊｃガス化され、そルによシ実質的に得られる！ｉ！渣は、原料中の固体又は 溶融形状の無機成分からなる。

そのようなガス化では、ガス化されなかった炭素残虐が、反応時間、反応温度、 酸素／原料比及び供給技術のようないくつかの要因に基いた量で通常は得られる ◇ろまりにも低い化学量論的条件によるガス化では、反応温度は通常は、原料の 有機物質を燃料ガスく完全に転化するには不十分であり、このことは許容できな り大量の非ガス化炭素残虐の形成をもたらす。技術的には反応器の装置及び方法 の設計が、特に圧力、温度、反応時間、乱流及び原料の細分化について重要で６ るＯＩＩ’素／原料の低い比率は、完全燃焼方法と比べてより少ないカス発生を もたらし、それＫより反応帯域での乱流を高度に維持することを困難にする。粒 子を取囲む酸化空気及びガス状反応生成物の層流層の形成をともなう渡れ条件は 容易に生じ、上記ノラメーメの最適化は非常に困難に々る０ガス化室内の高い圧 力はガスぞ度を増加し、したがってカス化室内に活発なＬｌｆを達成する可能性 を一層制限させる。

したがってｊ＋！焼方法を最−４化する条件及びガス化方法を最適化する条件は 、非常に異なっている０燃暁は、燃料の有機成分の完全酸化を意味する。燃料の 燃焼は徂気のうる程度のＡ刺（よって必然的に生じ、したがって制限さルた、す なわち化学４ｉ２以下の空気の供給（カス化）又は全く空気の供給なしく熱分解 ）（ｐｙｒｏ　Ｉ−ｙｍｉｓ）によって生じる熱的分解（ｔｈｅｒｍａｌ　ｄｅ ｅｏｍｐｏｓｉ−ｔｊｏａ）とは本質的に異なる。後者の場合には熱は外部から 供給される。

本発明の目的は、熱的分解技術を改良することであり、そのため反応方法は可能 な４つとも低い化学量論的条件で強められ、かつそのときにガス岐、原料の有機 成分含有量を燃料又は化学工業用出発材料として工業的価値のあるカスに、もつ とも高い可能性のめる転化率で発生される。

この目的に、原料の熱的分解が、原料の完全燃焼に化学量論的に必要な量以下の 量の酸素又は酸素含有ガスの供給々しに又は供給とともに、低周波数音にさらす 闇に行わルる本発明によって達成される口原料は適当に細分化された形状で供給 さｎる。導入部で述べられた５００〜１６００°Ｃの温度範囲は、室の出口での ガス温度に適用する。

低周波音にさらすことは、 （轟ン　粒子を取囲む層流層を破壊し、したがって実際の拡散制御反応方法のた めの新しい反応表面を絶えずつくり出す、発達し九マクロ及びミクロの乱流、（ ｂ）　もつとも遅い反応段階すなわち残存コークスのｉ＆終的酸化の強化、 （Ｃ）可能な最低温ｔでの最大の炭素転化、及び（ｄ）　可能ｉ最高エネルギー 含有量をもったカスの製造 のような数多くの：１１１ｉ値ある効果及び利点をもたらす。

本発明は、本発明による方法を実施するためのガス化反応装（の一実施態様を略 図的に示す添付の図面を参照しながら、以下１てさらに詳細に述べられる０例と して述べられる方法は、ｉ！！２素の供給が化学量論量より少ない熱的分解方法 についてである。

図面に関しては、符号ｌは、煉瓦張りされたガス化室２を含み、それの下に配置 さユた冷却室３を含む垂直なカス化反応装喧を指している。原料供給用管路４は 反応装置の頂部に接続さｎｌその人口５はガス化室内に配置されている。水蒸気 又はガス、例えば空気やは素ガスのような霧化媒体は、原料管′Ｅ＆４と結合さ れる管路２４を通って供給さル、そのため前ｇ＆２４は管、！８４と同じ点のオ リフィスで終る。反応ｈｊｔｌは、前記原料管路がそれを通過して延びる、突出 部分７によって閉じられる頂部−口６を備える０空気、酸素富化ガス又は純紮素 のような酸化性カス供給用管路８は、突出部分７のケースにＭｄさする。このカ スにあらかじめ定められた温度に適当に予熱されてもよい。ガス化室２は、冷却 室３内で終る出口１３を育する。生成さまたあらゆる化学ｓ′Ｑｔｓ排出用管路 １４は反２装ｆ１の底部に接続され、回収されたガス排出用管路１６に、冷却室 ３中の液面よシ上に位オする冷却室内の点で反応装置に接続される。管路１７は また、液体の追加及び生成された化学浴液の循環のために反応装置の底部部分に 接続される◎ 反応装置からのガスを冷却し、無機灰材料を分離する上記の方法は、考えられる いくつかの方法の一つにすぎない。

ガス化から得られ九ガスは、浄化段階に運ばれ、その後エネルギー発生用又は化 学工業２例えばアンモニア、メタノール、合成天然ガス製造の出発原料として使 用することができる＠ 不発明によれば、反応ｌｉｔはまた、入口５を通って噴射される霧化された原料 、存在するガス及び分解賂ｎた物質が低周波数音の影響を受けるように１ガス化 室２内に低周波数音を発生し、維持する音波発生手段１８を有する。図示された 実施態様では、前記音波発生手段は、その長さが発生された音の波長のＶ４が適 当で６る管状共鳴器１９、及び共鳴器の一端に配置さｎ１低周波数発生器を形成 する供給ユニット２０を有する。供給ユニツ）２０は、空気のような推進ガス供 給用管３ｇ２１に接続される０発生器は例えば、米国呑許第４，５９３，９６２ 号に記載された４類の、超低周波数音発生器から構成することができる。しかし ながら、どのような１類の低周波数音発生手段でも、本発明の目的用に使用する ことができる。共４器１９は９０′″の屈曲部２２を画いて拡散部２３内で終り 、拡散部２３は屈曲部２２と一緒に、Ｌ／４波長発生器に含まれる。

拡散部２３け、前記突出部７内に配置さル、突出部のケースによって囲まれる。

低周波数発生器は、図示された場所以外の他の場所、例えばガス化室２の側壁又 ｊ　は底部に配電することもできる。所望ならば反応装置は、ガス化室２内の異 なる点で低周波数音を供給する数個の音波発生器を備えて吃よい。

超低周波数音の高い反射能力は、広い空間を単一の超低周波数音発生器からの音 で満たすことができる。

音のｉになる場所は生ぜず、音のレベルは変化せずに残シ、同時にカス化室のあ らゆる部分に生ずる。反応装置は、全システム（共鳴管及びガス化室）を、温度 及び圧力の変化のような操作条件が変化した場合でも共鳴状態に維持する制御装 ｆ（図示せず）を有する。

超低周波数音は、周期的な加圧及び減圧によって、ガス及びガス中（浮遊する粒 子を振動させ、したがって粒子を取囲む層流状ガス層を破壊し、それだより、低 周波数音の影響からもたらされるミクロな乱流同様に十分に発達したマクロな乱 流のために、浮遊粒子とそルを取囲むガスとの間の接触を著しく増加できる。し たがって祈しい攻撃点が、化学反応のために常にっくら１ている。

低周波数音の使用は、低周波数音手段による反応物質の改良された輸送を含む、 上述のガス化システム（本質的な改良を与える。炭素及び他の有機物質を含む原 料粒子に近づく酸素分子の速度は、各粒子表面にもっとも近い層流状ガス層での 工数抵抗に依存する。したがって反応率は、本発明の方法によって発生されるｊ −流中の活発な乱流によって増大される。ガス化方法（′ｃおけるもつともゆっ くりした段階は、残存コークスの！Ｉｋ終ブ化でろる◇この段Ｉｖはまた、粒子 を取囲む層流状ガス層流を通るｆＲＸ及び水蒸気分子の輸送によって制・禰され る。ガス相中の反応物はしたがって、それを取囲むガスの層を通って成長するコ ークス粒子内を通過しなければならない。したがって炭素転化率は、上述した方 法を用いて改良される。したがって上に述べたことは、明らか１ｃｍ素の供給が 化学量論以下、すなわちガス化の場合に適応する。

熱的分解は、原料の完全な酸化に化学量論的に必要な貴以下の童の機素又は酸素 富化ガスの制御された供給の間に、上述された装置内で行われる。この酸素の１ は、完全酸化のために化学量論的に必要な酸素量の約２０〜８０−３好ましくは 約３０〜６０嘩に相当する。

その代わシに熱約分解は、熱分解（ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）として、すなわち酸素 の添加なしに行われる。反応装置内の圧力は、大気圧から１５０バール（絶対圧 ）、好ましくは１５〜３５バール（絶対圧）でｂる〇 得られた無機成分は、熱切に分解された原料の種類により、工業的価値のある化 学品からなるか、又はそれらを含むことができる。そのような原料の一例は、パ ルプ製造からの廃液でｂる。例えばセルロース工業で得らルる硫酸塩廃液のカス 化時には、１機物質及び無機物質の両方が回収され、すなわら硫酸塩蒸解時（放 出された木材リグニンはエネルギー富化ガスの形で回収され、また蒸解化学剤は す）　ＩＪウム化合物及びイオウ化合物の形で回収さｎる。イオウは硫化物の形 で回収され、工程は、廃液をガス化するのに用いられる方法に依存する温度範囲 内で特に化学ｆ論的に低い（還元）条件を必要とする。５００〜８００°Ｃの温 オ範囲内で操業し、ナトリウムは固体状でＮａ２ＣＯ３を形成し、イオウはガス 状で発生されるＨ２Ｓを形成することを実質的に含む乾式法、８００〜１０００ ’″Ｃの温度範囲内で操業し、Ｎａ　２Ｃ：０５及びＮａ２Ｓの４触手滴が、小 量の［２８を含むガスと同様に形成さ几ることを含むｆ触法、及び１０００〜１ ５００　”Ｃの温度範囲内で操業し、無機材料をＮａ２Ｓ及びＮａＯＨの形状で の活性らる蒸解化学剤に直接ｉｅ臭する非力さ化容触法が現在らる◎回収された 化学剤はバルブ製造方法ＩＣ再使用される。

比較テストでは、熱的分解がまず２０Ｈｚの周波数をもった低周波数音にさらす ことなしに、久いでそれ、・こさらして、上に述べた設計の反応装置内で実施さ れた。

他の実施態様では、反応条件は同一、すなわち温度９１０　”Ｃ、圧力０．５バ ールの過圧、原料は同じやシ方で霧化された濃縮黒液であった。述べられた周波 数の低周波数音へさらすことは、炭素変換程度の１１１改善、及び発生さルたガ ス中のエネルギー量の８−増加が組合さｔ′した結果をもたらした。追加され虎 テストは、同じ炭素変換程度及び発生されたガス中のエネルギー量が、ガス化が 低周波数音にさらして実施され九とき、そのような音なしてのガス化に対して７ ５＠Ｃ低い反応温度で達成された０ 要　約　書 燃料又は化学品製造用の山元ｉＪＬ科として工業的価１直を可するガス、及び固 体及び／又は溶融形状の無機成分を回収するために炭素質原料を熱的に分解する 方法が、この方法を実施する反応装菫とともに述べられる。

原料は反応装置の室内に供給され、熱的分解は大気圧力ラ約Ｌ５０バールまでの 圧力及び５００〜１６００’Ｃ）範囲の温度で行われる。本発明によれば熱的分 解は、原料の完全燃焼に化学量論的に必要な量以下の量の＠素又は酸素含有ガス の供給なしに又は供給とともに、低周波数音にさらす間に行わルる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．燃料又は化学品製造用出発原料として工業的価値を有するガス、及び固体又 は溶融形状の無機成分を回収するために炭素質原料を熱的に分解し、前記原料は 室内に供給され、熱的分解は大気圧から約１５０バールまでの圧力及び５００〜 １６００℃の範囲の温度で行われる方法において、熱的分解が、原料の完全燃焼 に化学量論的に必要な量以下の量の酸素又は酸素含有ガスの供給なしに又は供給 とともに、低周波数音にさらす間に行われることを特徴とする方法。
2. ２．低周波数音が、高くとも１５０Ｈｚ、好ましくは高くとも４０Ｈｚ、もつと も好ましくは高くとも２０Ｈｚの周波数を有すすることを特徴とする請求の範囲 第１項記載の方法。
3. ３．酸素又は酸素含有ガスが、原料の完全燃焼のための化学量論量の約２０〜８ ０％、好ましくは３０〜６０％と対応する量で供給されることを特徴とする請求 の範囲第１項又は第ま２項記載の方法。
4. ４．低周波数音が、原料の供給位置と密接た関連で供給されることを特徴とする 請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の方法。
5. ５．低周波数音が、少なくとも一つの音波発生手段（１８）により発生されるこ とを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の方法。
6. ６．原料及び酸化性ガスのいずれか又は両方が、所定温度まで予熱されることを 特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の方法。
7. ７．用いられる原料が、硫酸パルプ製造からの、又は亜硫酸パルプ製造の残渣産 物からのナトリウム及びイオウを含有する残渣産物からなる廃液であることを特 徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の方法。
8. ８．燃料又は化学品製造用出発原料として工業的価値を有するガス、及び固体又 は溶融形状の無機成分を回収するために炭素質原料を熱的に分解し、前記原料は 室内に供給され、熱的分解は大気圧から約１５０バールまでの圧力及び５００〜 １６００℃の範囲の温度で行われる請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１ 項に記載の方法を実施する反応装置において、少なくとも一つの音波発生手段（ １８）が、反応装置内に低周波数音を発生させるために配置されることを特徴と する装置。
9. ９．音波発生手段（１８）が、高くとも１５０Ｈｚ、好ましくは高くとも４０Ｈ ｚ、もつとも好ましくは高くとも２０Ｈｚの周波数の音波を発生させるために配 置されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の反応装置。
10. １０．音波発生手段（１８）が、原料の供給位置と密接な関連で反応装置に低周 波数音を供給するために配置されることを特徴とする請求の範囲第８項又は第９ 項に記載の反応装置。
11. １１．低周波数音が、少くとも一つの音波発生手段（１８）によつて発生される ことを特徴とする請求の範囲第８項ないし第１０項のいずれか１項に記載の反応 装置。