JPH0743604U - 制御された化学反応を行わせる反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最小の設備投資、比較的高い綜合熱力学的効
率、優秀な封じ込めと耐久性、建設と運転の綜合的な単
純性、最小の所要空間の装置を提供する。 【構成】 （イ）収納容器と；（ロ）収納容器の中に水
平に位置され、区分されない長い薄い壁のコイル管であ
って、コイル管を通る流入液体の破棄物の流れをふさい
だり遅くさせるため選ばれた流れの率でそこを通る反応
物を含む流入液体廃棄物の流れを流すためのコイル管
と，（ハ）反応物がコイル管の中で反応して反応生成物
を形成するように、液体廃棄物の流れの温度が予め定め
られた温度以下のときは液体破棄物の流れに熱を加え、
液体廃棄物の流れの温度が予め定められた温度以上のと
きは液体廃棄物の流れから熱を取去ることによって反応
物を含む流入液体廃棄物の流れの温度をコントロ−ルす
る熱交換媒体を受け入れるように適合されている収納容
器と，（ニ）コイル管から流れ出る熱せられた液体と反
応生成物を受け入れる手段と，からなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、一般的に化学反応を惹起こすための装置に関するものである。特に 本考案は水相酸化反応を含む化学反応を実施するための装置に関するものである 。

【０００２】

【従来の技術】

物質の化学組成は種々の条件の下で変化を受ける。これらの条件としては、特 定の反応体の存在、反応体の濃度、反応体の温度と圧力、及び反応器の性質があ る。物質の環境を正確に制御することにより、所望の化学反応を予め選定された 反応速度でもたらし特定の生成物を生ぜしめることができる。従って、便利な経 済的な反応装置系の開発は化学プロセス技術の重要な目標である。

【０００３】 多くの酸化反応が液体媒体中で誘起される。そのような反応の一つは水相酸化 すなわち、"湿式酸化（ｗｅｔ oｘｉｄａｔｉｏｎ）”である。可燃物の湿式酸 化には、発火するに充分な高温度、反応体間の接触を促進するための実質的な混 合、湿式酸化反応を惹起こすために充分な時間を必要とする。可燃物の湿式酸化 は発熱反応であり、それにより可成りの熱が発生する。

【０００４】 若干のプロセスでは、発熱反応で遊離された熱が可燃物の自己発火温度を維持 するに用いられる。 従って、湿式酸化プロセスは自立性のものとなりうる。

【０００５】 可燃物の湿式酸化は都市廃棄物の処理に於て重要な反応となってきた。種々の 処理方式が工夫されているが、その多くのものは限られた成功を得ているに過ぎ ない。一つの例外は都市の汚泥の地下すなわち“穴の中（ｄｏｗｎーｈｏｌｅ） ”湿式酸化である。

【０００６】 本考案と同じ譲受人に譲渡された、又参考のため一部は本明細書に合体されて いる、ＭｃＧｒｅｗに与えられた米国特許第４．２７２．３８３号は、初めて成 功したものとして知られている、都市廃棄物の湿式酸化のための穴中垂直管反応 方式の原理を公開している。この廃棄物処理装置は、地中約１６１０ｍの深さま で垂直に延在している同軸のパイプすなわち管の一組より成る反応器を含む。該 パイプの一組は、希釈された都市廃棄物が流入廃棄物流として注入される流入通 路と流出通路とを形成している。

【０００７】 注入された廃棄物は反応器内に流入して、可成りの流体圧を及ぼす静水圧柱を 形成する。流入廃棄物流の温度は該流が反応器に流入したとき加熱手段により高 められる。下方へ流れる汚泥廃棄物流中に圧縮空気を注入し、好適にはテイラー 型（Ｔａｙｌｏｒーｔｙｐｅ）の気泡を形成させる。

【０００８】 反応体（可燃物と酸素）の濃度は勿論充分なものとして、約３０５乃至１８３ ０ｍの深さに、廃棄物の湿式酸化が自立性になる反応帯が設けられる。

【０００９】 反応体に於ける温度は一般に約２６０°乃至３１６°Ｃである。沸騰は静水圧 柱の及ぼす流体圧により防止される。反応帯に熱を加え又は除去するために熱交 換ジャケットを備えることができる。ＭｃＧｒｅｗの特許では、内の同軸パイプ を囲む熱交換ジャケットの内へ加熱油又は他の熱交換用流体をポンプ輸送して反 応帯の温度を制御することにより、反応の温度は制御される。

【００１０】 このプロセスは、都市廃棄物と反応生成物が反応器内を常に動いているような 連続法で通常は行われる。従って、反応帯中で可燃物を実質的に完全に酸化する ためには、廃棄物流体の流量を反応体の濃度と共に制御しまければならない。

【００１１】 次に、反応生成物は、共軸の管によって形成されている大体環状をなしている 。流出通路を通って動く。本明細書の後段で更に完全に理解されるように、廃棄 物処理方式の成功の程度の大体を決めてしまうのは、反応器を通る反応体のフロ ーパターンである。

【００１２】 都市廃棄物湿式酸化の既知の地上方式は限られた成功を得たに過ぎなかった。 従って、大体に於て、湿式酸化方式は、沈降、脱水、乾燥、焼却等の如き廃棄物 処理方法に代わることがなかった。

【００１３】 従来の地上方式は、大きなエネルギー需要と廃棄物を迅速に処理することの不 可能性の故に、及び破棄物の不完全な酸化の故に、非効率的である。その上、既 知の地上方式の設備は構築するにも運転するにも維持するにも高経費である。

【００１４】 これらの事情に就いては、例えば（Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ）に与えられた米国特 許第２．６６５．２４９号及びＨｕｅｓｌｅその他に与えられた米国特許第２． ９３２．６１３号を参照すべきである。

【００１５】

【考案が解決しょうとする課題】

前述の型の連続湿式酸化反応を行わせる任意の連続湿式酸化反応装置又は方法 が適当なものであるかどうかは、該方法又は装置によって与えられる、蒸気部分 及び液体部分の滞留時間と流速の安定性とを包含する流れの形態すなわちコロー パターンによって一部は定まる。従って、湿式酸化又は類似の反応が実際に行わ れる、及び物質移動が容易になるように反応体をよく混合させる方法及び装置を 提供することが望ましい。液体及び蒸気の両部分の相対的滞留時間が反応過程を 補うような湿式酸化方法及び装置を提供することも又望ましい。更に、反応体と 生成体の安定な流量を生ずるような湿式酸化方法及び装置を提供することも望ま しい。本考案はこれら及び他の目的を完遂する装置を提供するものである。

【００１６】 本考案の処理装置は、最小の設備投資、比較的高い綜合熱力学的効率、優秀な 封じ込めと耐久性、建設と運転の綜合的な単純性、最小の所要空間を特徴とする 、装置を提供するものである。その上に本考案は、定常的な機械的撹拌と可成り の敷地面積を要する慣例の大規模圧力容器を必要としない、高温高圧で化学反応 を促進する新規な装置を提供するものである。更に本考案は、現在の地上での廃 棄物処理に伴う、環境問題、過剰な必要エネルギーの問題、保守の問題等の多数 を解決するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】

本考案を要約すれば、促進される化学反応を行わせるための本考案の反応方式 は、その基本的構成成分として長いコイル管を含む。流入廃棄物流又は他の第一 の反応体はコイル管を通るように向けられ、第二の反応体が流入廃棄物流に加え られる。

【００１８】 この反応方式は、希薄な有機質廃棄物より成る流入廃棄物流を、空気又は純酸 素を廃棄物流に注入することにより、湿式酸化するに用いることができる。

【００１９】 一実施態様に於て、コイル管は、熱交換流体で満された一連の相次ぐ区画室に 区分された収納容器内に位置する。各区画室内の流体は、該流体中に浸没された コイル管に対して異った水準面の高さを持つように調節されることができる。更 に、熱交換流体は、コイル管内の廃棄物流に化学反応を起させる起動温度に加熱 されることができる。それに代わって、コイル管内反応が自発的に行われるよう になった後は熱交換流体から熱を引き出すことになる。

【００２０】 本考案の反応方式で希薄な有機質廃棄物を処理する場合は、流入廃棄物液体流 を、約７０ー１４０kg/cm²の圧力でコイル管中にポンプ輸送し、これに空気又は 酸素の如き気体を加える。気体と液体の流量は、二相系廃棄物流が栓流又はピス トン流れとなってコイル管を流れるように設定される。それにより反応体が緊密 に混合する結果となる。反応体はコイル内で廃棄物流の酸化をもたらす温度に加 熱される。この温度は一般に約１４９°と３１６°Ｃの間にある。このようにす ると、高温と高圧と廃棄物流の二相栓流の組合せ条件の下にコイル内で反応が起 こる。しかしながら、本考案の反応方式は、塩素化炭化水素、シアン化物、有機 質及び無機質のフエノール化合物、ポリマー質芳香族化合物等の毒性のある産業 廃棄物を破壊するに特に適したものである。

【００２１】 しかしながら、本考案の反応方式は、化学的な酸化還元が主題ではない、液体 に懸濁された種々の化学薬品又は固体の処理にも用いうることが了解されるであ ろう。従って好適な温度及び圧力は、企図される反応によって定まる。

【００２２】 この方式は、薄壁の反応容器、すなわちコイル管の利点を与える。コイルの長 さの故に、所望量の酸化が起こるのに必要な反応体の反応帯での滞留時間が与え られる。反応に必要な高温高圧の条件は薄壁の管内に封じ込められている。この 種の反応は通常は厚い壁の圧力容器内で行われるから、このことは予期されなか ったことである。後により完全に記載されるように、反応が約３１６°Ｃの温度 と約１４０kg/cm²の圧力で進行し流速が毎秒約１５２．５cmである場合、典型的 な装置の管の直径は約５．０８cmであり、壁の厚さは約０．６５cmとなるであろ う。この特徴点は、装置の設備投資を可成り低下させるものであり、装置を移転 可能につくることができる。

【００２３】 更に、反応体がコイル管を通って栓流すなわちピストン流れをすることにより 化学反応体の混合は改良される。何故と言うに、液体がコイルの内表面上を螺旋 をなして進行しようとして液体中に二次的な流れを誘起する傾向をコイルの曲率 が与え、それによって液体がより緊密に気相と混合するからである。

【００２４】 螺旋状管の曲率は二重螺旋の形の二次的な流れを流体中に誘起し、気相はコイ ルの“頂点”に向って流れ、次いでそこから気体の塊又は気体栓が底部の方へ連 行されてゆく、従って緊密な徹底的な混合が行われる。加うるに、コイル管によ って提供される反応器は、同じ温度、圧力範囲で運転される既知の反応器に比較 して、直径が数分の一と小さいから、反応体が酸化反応を免かれる可能性は非常 に小さくて酸化過程の効能は改善され、反応体はコイル管内によく封じ込まれて いるから環境問題の起こる可能性は最小になる。

【００２５】 又本考案によれば、コイル管の相次ぐ部分にわたって温度勾配を与えることが できる。収納容器が区画室に分けられている実施態様では、各区画室内の熱交換 流体の温度を調節して、コイル管の各部内で起こる反応の速度を詳細に制御する ことができる。液体の熱交換流体を用いる場合には、各区画室内に於て浸没コイ ルからの流体の水準面の高さを調節することもできる。

【００２６】 このことも又、各区画室内のコイル部分に働く各部からの温度の勾配の結果と して該部分に於ける化学反応に影響する。

【００２７】 コイル管として前述のものに代わる管中管（ｔｕｂｅ ｉｎ ｔｕｂｅ）の設 計のものでは、流入二相廃棄物流は内管を通り、内管の外周縁と外方の共軸の管 の内周縁の間に形成された環の内を通って帰る。この設計では、内管内の廃棄物 流と外管内の帰り流の間に向流による熱交換が行われることができる。従って、 収納容器内の熱交換流体を必要としないこともありうる。この代替の設計のもの は、熱の注入又は除去を必要としない自立操作点に於ける又はその近くで反応体 を処理するに特に用いられる。反応体の濃度は、廃棄物流が内管内を進行するに つれてある量の化学反応と熱の放出が起こるように、予め定められる。反応体が 内管と外管の間の環中を帰る際にも化学反応は続行され、反応熱は内管を通って 流れる後から流入した廃棄物流を加熱する。加うるに、区画室化された収納容器 によって与えられる反応速度が数段の段階で変化しているものであるのに対して 、管中管の設計のものは温度が一様な勾配で変化していることによる反応速度の 変化を示す。

【００２８】 長いコイル管を反応容器として用いることにより、複数個の反応体注入点と抽 出点をコイルの経路に沿って設けることが可能になる。気体、液体又は固体の反 応体をコイル管の長さに沿った複数個の点で加えることができ、気体、液体又は 固体を種々の点から抽出することができる。例えば、廃棄物流の温度が反応によ って上昇したとき、複数個の注入点で新しい反応体を加えることが許される。

【００２９】 コイル管の長さ方向の中間点で気体又は固体の反応生成物を抽出することによ り、例えば抽出点の下流で廃棄物流の流速を減少させ、それにより残りの反応体 の滞留時間を増加させることができる。

【００３０】 長さが約１６１０ｍあるコイル管は、高温高圧下の反応体流が外気中に逃散す る点に於て環境衛生上優秀な容器である。更に、長いコイル管は、連続的な熱の 入力、自立的運転、連続的な熱の抽出のできる、温度制御に非常に適したもので ある。収納容器中にあってコイル管を取囲む熱交換流体としては、蒸気、液体又 は気体熱交換流体がある。更に、反応温度を与えるに必要な起動熱は、コイル管 に直接水蒸気を注入することにより便利に与えられる。コイル管、特に管中管で 複数個の注入点を備えた設計のものは、温度制御は反応体の濃度を変化させるこ とにより遂行しうるから、熱の入力又は抽出の必要のない自立運動ができる。

【００３１】 本考案に従えば、その実施態様に於て、側部が実質的に垂直であり大体に於て “楕円形”又は“卵形”の部分、すなわち輪奈を持った蛇行管の形の導路を含ん だ反応装置が提供される。

【００３２】 本考案の大体楕円形の部分又は輪奈になった糸の部分は、最大の部分又は最大 の直径が垂直であるように位置する。すなわち、楕円形又は輪奈の主軸は垂直の 位置にある。反応コイルのこの形は、予期以上に優秀な反応体の物質移動及び伝 熱を与え、反応装置を通る反応体のサージングを減退させ、混和を改善し、反応 混合物の液相及び蒸気相の最適の滞留時間を与え、以下の記載により更に完全に 了解される他の利点を提供する。本考案の反応方式は、可燃物を含む都市廃棄物 の湿式酸化に特に適するものである。しかしながら、本考案の方法と装置は他の 化学反応にも利用することができる。

【００３３】

【作用】

コイル又は部分を円形ではなく、“楕円形”にすることにより、穴中垂直反応 装置の実質的に垂直な降下管の部分によりよく近似させたことになる。垂直は降 下部分では、最小密度の成分である蒸気相は、液相の下向きの流れに抵抗し、か くして反応体間の混合と接触をよりよくする。この液体の下向きの流れに対する 蒸気相の抵抗は又降下管部分に於ける蒸気相の滞留時間を増大せしめるものであ る。

【００３４】 降下管部分に於ける反応体の混合の増進と蒸気相の滞留時間の増大は、酸素と 酸化可能な廃棄物成分との間の物質移動を大きくして、より効率的な湿式酸化反 応を提供するものである。

【００３５】 楕円形管の上向きに延びた部分すなわち上昇管部分は更に利点を与える。気相 は上昇管部分を液体より速い速度で上昇し、固体は重力の影響の故に長く遅く動 く。

【００３６】 この結果、懸濁固体が気泡の影響の下に“脈動”するから、よりよき混和と伝 熱が得られる。反応体の流れが大体水平な管部分、すなわち“ループ”の頂部の ベンド及び底部のベンドの管部分は短く小さくされている。これらの大体水平の 部分は、液体と気相の大きな層化を惹起こして、物質移動の速度を減少させ系全 体を通して反応体のサージングに寄与するが故に、系の効率を低下させるものと 信ぜられる。従って、本考案の系の物質移動特性と流れの安定性に予期せざる改 良をもたらすものである。

【００３７】 本明細書で用いる“楕円形”は、“楕円面”が閉じているか開いているかに無 関係に反応管の形を意味する。すなわち、管状の反応器は、上昇管部分と降下管 部分をなしている大体垂直な両側部分と、大体水平な部分を持つ。従って管は蛇 行管の形又はコイルの形にある。

【００３８】 本考案の大体楕円のコイル又は蛇行管形に形成された導管は、単一管でもよく 、代りに一般に中心の腔すなわち流入通路と、それを取巻く環状の流出通路を形 成する共軸管の組合せでもよい。一般的に、共軸の管は、両管の間の圧力の差が 小さいが故に内管の壁の厚さは比較的薄くてもよく伝熱が改善される点に於て、 追力の利点を持つ。ベンド又は曲りに於ける装置の“コイル強度（Ｃｏｉｌ ｓ ｔｒｅｎｇｔｈ）”は廃棄物処理間に生ずる約１４０kg/cm²を越える内圧に抵抗 する能力を増加させる。又、反応装置の曲線部分は、“二重螺旋”の形をとるも のと信ぜられる二次的な流れを反応体中に誘起する。この二次的な流れは追加的 に反応体を混合し、従って更に湿式酸化反応を促進する。前述の如く、装置の実 質的に垂直な部分は流入降下管部分と流出上昇管部分を形づくっている。管中の 反応に於て望ましいピストン流れ及び栓流は、円周形コイルの装置より高度にこ れらの垂直流入流部分で得られる。

【００３９】 本考案のこの好適実施態様は、本考案の楕円形コイル反応装置を部分的又は完 全に取巻く熱交換器の性質の収納容器を持つことができる。

【００４０】 又、この収納容器は、それぞれに反応装置の１個又は２個以上の輪奈が位置す る一連の室に区分することができる。収納容器は、収納された反応コイルの部分 に熱を伝導し、又はそれらから熱を除くための油又は水の如き熱交換媒体を補給 されていてもよく、あるいは炉を用いてもよい。起動時に熱交換媒体より熱を反 応コイルを供給し、次いで一応自立性の発熱反応が確立された後は反応コイルか ら熱を抽出することができる。

【００４１】 本考案の楕円形反応コイル又は蛇行管と関連して、都市廃棄物の如き可燃物を 含む液体が、本考案の楕円形コイル又は蛇行管反応装置を通して流入廃棄物流と して流される方法が提供される。空気、酸素富化空気又は純酸素の如き有効酸素 の源が廃棄物に加えられる。酸素を加えられた廃棄物流の温度と圧力は、反応装 置内で自立性の発熱湿式酸化反応が生ずるまでに、高められる。反応生成物は、 流出廃棄物流として反応装置から流出する。湿式酸化反応は、垂直の上昇管部分 及び降下管部分の両者でピストン流れと栓流をつくり、コイルの曲線部分で反応 体の二次的な流れをつくることによって、最適化される。蒸気相の滞留時間はコ イル反応装置の実質的に垂直な降下管部分中で増加される。

【００４２】 系全体にわたる反応体のサージングは、コイル組合せの大体水平な部分を短く することにより又実質的に垂直な上昇管部分と降下管部分を備えることにより、 最小にされる。処理量率（ｔｕｒｎ ｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ）の幅も増加してい て、それにより円周形コイル反応装置の場合より低い処理量も、より高い処理量 の成就できる。

【００４３】 本考案の好適“楕円形蛇行管”実施態様を、炉又は分解装置中に閉じ込めるこ とができる。その場合、楕円形蛇行管は炉の囲いに沿って延在し、例えば輻射加 熱器によって加熱される。加熱装置は、円筒形囲い中のコイル巻きした部分の如 き、予備加熱部を含むことができる。

【００４４】 加熱器に用いる燃料は、別の反応で廃棄物から生じたメタンの如き気体であっ てもよい。

【００４５】 可燃物と酸素の濃度及び系に加えられる又は系から引出される熱量は、廃棄物 の完全酸化に必要な時間の規制、反応コイルの長さ全体にわたる種々の点に於け る反応温度の制御を含む総合的な廃棄物反応を規制するように、制御されること ができる。本考案の共軸管の組合せに於ては、流入通路と熱交換関係にあり流入 廃棄物流を更に加熱する、流出通路すなわち環状通路中でも反応が続行されるよ うに、反応を制御することができる。

【００４６】 本考案のこれら及び他の利点及び特徴は、本願の次の記載と請求の範囲の記載 と添付図面の説明からより完全に理解されるであろう。

【００４７】

【実施例】

本考案の好適実施態様を以下に詳細に説明する。 本考案の地上反応装置１０の概略図が図１に示されている。流入廃棄物流すな わち第一の反応体が、導管１２、熱交換器１４、導管１６を通して収納容器２０ 内の長いコイル管１８に向けられる。

【００４８】 第二の反応体は導管２２を通して流入廃棄物流に加えることができる。若し希 薄な有機質廃棄物よりなる流入廃棄物を湿式酸化するために反応装置１０を使用 しょうと望むならば、典型的には空気又は純酸素が導管２２を通して廃棄物流に 注入される。

【００４９】 図１に示された如く、収納容器２０は一連の相次ぐ区画室を形成するように区 画される。こられの区画室は熱交換流体２４によって殆ど満たされている。流体 ２４は貯蔵器２６から導管２８を通して収納容器２０の区画室内にポンプ輸送さ れる。

【００５０】 導管２８中の弁３０を閉じ弁３２、３４を開くことにより、流体２４は導管３ ６を経て熱交換器３８に向けられそこでコイル管１８内の廃棄物流内に反応が起 こり起動温度に加熱される。加熱された流体２４は熱交換器３８を離れ導管４０ を通り、導管２８を通して収納容器２４に返される。代りに、コイル管１８内の 反応が自立性になった後は、流体２４から熱を抽出することが必要になるであろ う。その場合には、流体２４を所望の温度に冷却するために流体２４は導管４４ 中に挿入された熱交換器を通して循環されることができる。

【００５１】 容器２０の各区画室内の流体の水準は、弁４２のいずれかを操作して流体２４ を導管４４を通して貯蔵器２６に排出させることにより、選択的に制御される。 更に、若し流体２４が沸点に達したとすれば、加圧蒸気をいずれかの圧力安全管 路４６を過して逃がす、あるいは該蒸気を系に返すための凝縮器に循環させるこ とができる。

【００５２】 図１に示された熱交換流体２４は液体であるが、気体のまたは蒸気の熱交換流 体も用いることができる。若し気体状の熱交換流体が用いられるものとすれば、 貯蔵器２６のところで系にフアン又は送風機を結合する。

【００５３】 廃棄物流はコイル管１８内で反応した後、導管４８を通って分離器５０に至る 。そこで蒸気流出物は導管５２を通って排出され、流体流出物は導管５４を通っ て熱交換器１４中に排出される。液体流出物が熱交換器１４を通るにつれて、該 液体の温度は該熱交換器を通過している流入廃棄物流の加熱又は冷却に利用され る。

【００５４】 反応装置１０中で希薄な有機質廃棄物を処理する場合には、流入液体廃棄物流 を約８４ー１４００kg/cm²の圧力でコイル管１８にポンプ輸送し、空気又は酸素 の如き気体を導管２２を通して添加する。気体と液体の流速は、コイル管１８を 通して二相廃棄物流のピストン流れ又は栓流が起こりそれにより反応体の緊密な 混合が結果するように、設定する。コイル１８内で反応体は廃棄物流の酸化が起 こる温度に加熱される。この温度は一般に約１４９°と３１６°Ｃの間にある。 このようにして、コイル１８内の反応は、高圧、高温、廃棄物流の栓流の組合せ 条件下に起こる。

【００５５】 この装置は薄壁の反応容器の利点を与える。 すなわち、コイル１８は、コイルに巻かれた長さの故に、所望量の酸化が起こ るに必要な滞留時間を、反応帯中の反応体に提供する。反応に必要な高温高圧条 件は薄壁の管内に封じ込められている。このことは、通常この種の反応は非常に 厚い壁の圧力容器内で行われるが故に、予め期待されていないかった。この特徴 点は、施設のための投資を可成り低下させるものである。更に、コイル管すなわ ち反応器１８を通しての反応体の栓流又はピストン流れは、コイルの曲率が液体 中に二次的な流れを誘起する傾向があり液体はコイルの内表面上を螺旋状に進行 しそれにより気相とより緊密に混合するが故に、化学反応体の混合の改善を与え る。その上、コイル管１８の提供する反応容器は、同じ圧力温度範囲で操作され る既知の反応器に比較して、直径が数分の一と小さいから、反応体が酸化反応を 受けないで通過する可能性は殆どない。従って酸化反応の効率は改善される。

【００５６】 ここに公開された反応装置の流体力学から了解されるように、ピストン流れ又 は栓流を保証するに充分な速度での液体、気体及び固体の共存の流れは、湿式酸 化の如き化学反応に於て重要な成分間の緊密な混合を提供する。低速度から中程 度の速度では気泡流からチャーンフロー（Ｃｈｕｒｎ Ｆｌｏｗ）になる。質量 流量はより高いと、流れはそれぞれピストン流れと栓流になる。本考案の最も好 適な方法と装置では、液体と懸濁固体が分離した際立った気体の栓によって分離 される。このことは、混合し戻しを誘起し、液相と気相の間により緊密な脈動的 な接触を与える。更に高い速度では栓流が起こる。管の曲り又は曲率は相を分離 させるように働く。

【００５７】 曲りは気泡の融合を惹起こして栓を形成させ環状流中で連行された液滴を分離 させることができる。又好敵実施態様のコイルの曲率は、流体中に二重螺旋の形 の二次的な流れを誘起する。

【００５８】 前述の如く、液体は内表面上を流れに連行される。このようにして水平コイル は、栓流の場合、液相と気相の間の徹底的に緊密な接触を与え、他方比較的高速 度の移動を許す。

【００５９】 前記の如く、反応コイルは薄い壁でつくられることが好適である。先行技術と して公開されている地上の加圧反応容器では、該加圧容器は反応の圧力と容器内 の圧力の変化に耐えるために約１５．２cmの壁の厚さを持つ。工業的に実施しう る回分型の反応を行わせるには、反応器の直径は約１．８３乃至３．０５ｍであ ろう。 一例として、本考案のコイル管反応管は、約２８８°Ｃで約１４０kg/cm²の圧 力の下の毎秒約０．３０５乃至２．４４ｍの流れに適合させるとき、約５．０８ cmの直径と持つことになろう。管の内直径は約２．５４cm以下でもよく、約１５ ．２cmにも達し、その間好適栓流又はピストン流れが維持されることが了解され るであろう。

【００６０】 一典型的反応では、気相は約３０容積％を占め反応温度は約２６０°乃至３１ ６°Ｃであり、圧力は約１４０kg/cm²である。管にはニッケル又はチタニウム合 金の継目なし管が好適である。例えば外径約６．０３cmのニッケル合金継目なし 管で内直径約４．５７cmのものすなわち壁の厚さ約０．７２９cmのものが適当で ある。上に特定された温度、圧力で、毎秒０．４５８乃至２４４ｍの流速で栓流 が維持されるであろう。

【００６１】 図１を再び見ると、本考案はコイル管１８の長さ方向の相次ぐ部分で温度が異 なる勾配を与えることができることが示されている。収納容器２０は区画室化さ れているから、各区画室内の熱交換流体２４の温度は、希望に従って順序に低く なっていることも順序に高くなっていることもできる。

【００６２】 このようにすることにより、コイル管１８の各部分内で起こる反応の速度を細 かく制御することができる。更に、各区画室内の流体２４の水準面の浸没された コイル１８よりの高さを異った値になるように調節することができる。この高さ の調節は、各区画室内でコイル部分に働く外部からの温度の勾配が異なることに なる結果、化学反応速度に影響を及ぼすことになる。

【００６３】 図２、図３は、コイル管１８として、大体共軸の二本の管５６、５８を用いる 管中管の設計のものを代りに用いることを示す。廃棄物流の向流の流れが許され るように、管５６の末端（すなわち第２図で右方に見られる管５６の端）は、閉 じられた管５８の末端から内方へ間隔を置いて位置している。二相流入廃棄物流 は、内管５６を通り、内管５６の外周縁と共軸すなわち内管を囲む外管５８の内 周縁との間に形成された環管内を返える。

【００６４】 このことにより、管５６内の廃棄物流と管５８内の返流との間に向流熱交換が できる。

【００６５】 従って、熱交換流体は不必要になるであろう。この設計のものは、収納容器２ ０内での熱の入力又は除去が必要となれない自立操作温度又はその付近で反応体 を操作するに、特に用いられる。

【００６６】 例えば、廃棄物流が管５６の末端に達するまでの時間内に予定量の化学反応と 反応熱が生ずるように、内管５６を通る反応体の濃度を予め設定することができ る。次いで管５６と５８の間の環中を反応体が返ってゆくときも化学反応は続行 され、それにより、返りつつある廃棄物流中で発生した反応熱は管５６を通って 入ってくる廃棄物流を加熱するように伝熱されることができる。更に管中管の設 計は、第１図に関して説明された区画室化された収納容器によって与えられる反 応速度がより階段的になる型に比較して、反応速度の勾配がより一様になった反 応をさせる。

【００６７】 次に図４を見ると、そこでは再びコイル管１８を内に入れた収納容器２０が示 されている。前述の場合と同様に熱交換流体２４中にコイル１８は浸漬されてい るが、流体２４は加圧の下に器２０内に含まれている。工程の操作を起動させる にはポンプ６０により流体２４を導管６２を通して加熱器６４に送る。次いで流 体は加熱された状態で導管６６を通って収納容器２０に返る。

【００６８】 流体２４の温度を上昇させるに、代りに加熱コイル６８又はジャケットは水蒸 気の直径注入を用いることもできる。

【００６９】 コイル管内で反応体より生じた熱によって反応系が自立的に進行し始めた後は 、加熱器６４又は加熱コイル６８を用いる必要はない。実際には弁７０と７５を 閉じ弁７２と７３を開いて流体２４を冷却器７４を通してポンプ輸送し冷却した 流体を容器２０に返すことにより、流体２４から熱を除去することが必要であろ う。

【００７０】 図５では、収納容器２０内の流体２４の上の蒸気空間７８の圧力を確立するた めに圧力制御弁７６が用いられている。コイル管内の反応体の反応熱は流体２４ に沸騰を起こし、流体上の空間７８に保たれている蒸気の圧力を増加させるであ ろう。

【００７１】 圧力が過大になったときには、弁７６が過剰の蒸気を導管８０を通して凝縮器 ８２中に逃がし、凝縮された流体は導管８４を通って容器２０に返るであろう。

【００７２】 図６は、凝縮器又は熱交換器８６を追加された反応装置１０を示す。該熱交換 器では、それぞれ導管４８、１６を通る流出流と流入流の間に熱の交換がある。 蒸気流出流中の水蒸気の量が減少するから、更に小さい蒸気処理装置の使用が可 能になる。又、導管４９内の液体の温度が低下するから、分離器５０、弁８７、 熱交換器１４の大きさと経費を可成り減少させる。

【００７３】 図７に示された如く、反応器として長井コイル管１８を使うと、コイル管の経 路に沿って複数個の反応体の注入点及び抽出点を設けることができる。気体、液 体、固体の反応体を、注入点８８、９０の如きコイル管１８の長さに沿う複数個 の点で加えることができる。加うるに、気体、液体、固体を９２と９４の如き種 々の点で抽出することができる。例えば廃棄物流の温度が反応によって上昇した とき、複数個の注入点で新たな反応体を加えることが許されて、それにより反応 の総合的な容量と効率が改善される。コイル管の長さの中間点で気体又は固体反 応生成物を抽出することにより、例えば抽出点の下流での廃棄物流の速度が減少 し、それにより残留反応体の滞留時間が増大する。

【００７４】 長さが約１６０９ｍあるコイル管１８は、高温高圧下の反応混合物流に対する 優秀な容器となり、反応混合物が雰囲気中へ逃散することを防止する。更に、長 いコイル管は前述の如く温度制御に非常に適したものであり、連続的な熱の入力 、自立的な操作、連続的な熱の抽出が許される。

【００７５】 収納容器２０でコイル管１８を囲む熱交換流体は、蒸気、液体又は気体の熱交 換流体でありうる。加うるに、反応温度を提供するに必要な起動の熱は、便利に はコイル管１８中に直接水蒸気を注入して加えることができる。水蒸気注入は反 応体がコイル管１８に入る前に行ってもよい。

【００７６】 コイル管１８、図２、図３に示された管中管の設計のもの、及び図７に示され た複数個の注入点及び抽出点を持つ設計のものは、反応体の濃度を変化させるこ とにより温度制御を行いうるから、熱入力又は熱抽出の必要なしに、自立操作を 可能にする。

【００７７】 次に添付図面の図８を見ると、本考案の他の実施態様として、本考案の“楕円 形”反応装置１２０が略図で示されている。該装置は導管１２２を含み、該導管 は一連の大体楕円形の部分すなわちループ１２４を形成している。ループの１個 は図９に示されている。

【００７８】 各ループ１２４は実質的に垂直な上昇管部分１２６及びそれに相当する実質的 に垂直な降下管部分１２８を備えている。各ループ１２４の形は大体楕円又は擬 似楕円と見做すことができるが、部分１２６と１２８は本考案の所望のフローパ ターンと滞留時間を得るには実質的に垂直であることが好適である。更に各ルー プ１２４の形が楕円であるが故に、図９では簡単に２個だけが示されている曲線 部分１３０の長さを最小にすることにより、反応体が水平に流れる部分が最小に される。後に本考案の方法の説明の際に明らかになるように、コイル反応気１２ ０の実質的に垂直な上昇管部分１２６と降下管部分１２８と曲線部分１３０とは 反応体の混合を増進させるものである。曲線部分１３０はループのベンドの強さ によって、コイル反応管１２０の構造的全一性を増大させる。

【００７９】 導管１２２は、約０．９５３乃至約１５．２cm、好適には約０．９５３乃至約 ５．０８cmの内直径の管であることが好ましい。本考案の改良反応効率により、 より小さい空間でより大量の廃棄物の処理ができる。ある種の用途では、内直径 が前記好適範囲の外にある導管１２２の使用が望まれることもあろう。導管１２ ２をコイルに形成することにより増大した強度に基づいて、導管１２２の壁は普 通の管状反応装置より薄くされている。

【００８０】 導管１２２は、行わせようとする反応の詳細な性質、導管１２２の容積、導管 １２２がつくられている材質の強度に従って、約０．０７６乃至約０．６３５cm の厚さの壁を持つことになる。導管１２２をつくるに適した材質としてはステン レス鋼、及びある種のチタニウム合金がある。他の適当な材質も当業者には明ら かであろう。継目なしニッケル又はチタニウム合金鋼管は耐食性が優秀であるが 故に特に有用である。

【００８１】 楕円の主要な直径すなわち長軸が実質的に垂直になるように反応コイル１２０ が配向されていることが重要である。第９図に寸法“Ｈ”で示された各ループの 高さは、好適には約１．５３乃至約６．１０ｍ、最も好適には約１．８３乃至３ ．０５ｍである。

【００８２】 約１．２２ｍより小さい垂直部分は本発明の有利な効果を殆ど持たないものと 実験が証明している。上昇管部分１２６と降下管部分１２８はそれぞれ、各ルー プ１２４の全高さの約７５％以上をなす。この値は、本考案の有利なフローパタ ーン、滞留時間、サ−ジングの制御を得るに、又降下管部分が乾燥状態になるこ とを防止するに必要である。曲線部分１３０は実質的に流れを絞り又は閉塞を起 こすような鋭いベインドなしで、水平流を殆どなくするに必要な程短くあるべき である。

【００８３】 従って、図９に寸法、“Ｌ”と示された各曲線部分１３０の長さは、好適には 約０．６１０ｍより小さくなければならない。本考案の原理が忠実に守られる限 り、他の寸法は適当なものでよい。

【００８４】 導管１２２の長さは、ここでも、行われる反応の型及び熱、反応時間の如き反 応のパラメーターによって支配される。都市廃棄物を湿式酸化で処理するには、 導管１２２は好適には約３０５ｍ乃至約１８３０ｍの長さを持つ。この長さは、 受容しうる混相流の流速でコイル１２２中で大量のスラッジが実質的に完全に酸 化されることを保証する。反応コイル１２０をなすループ１２４の数は、前述の ループ１２４の寸法を導管１２２の長さによって支配される。反応コイル１２０ は地上の反応装置として企図されたものであり、そのようなものとして比較的移 動させ易いものであるが、反応コイル１２０を地下に置くことは有利であろう。 なおループ１２４の垂直方向は維持して設置することは勿論のことである。

【００８５】 添付図面の図１０を見ると、本考案の反応装置１３２が示されている。この装 置では、例えば希釈された都市廃棄物流の如き加圧流入廃棄物流が管路１３４中 に注入され、例えばガス加熱器又は電熱加熱器である加熱手段１３６を通して流 れる。流入廃棄物流は、湿式酸化の際の酸素との反応の速度を実質的に増加させ る約１４９°Ｃの温度、に加熱される。

【００８６】 加熱された廃棄物流は、加熱手段より出たとき、管路１３８を通して、前述の 如く垂直になった大体楕円形の構造である反応コイル１４０に向けられる。熱エ ネルギーを保存するために、管路１３８を熱絶縁することが望ましい。

【００８７】 加熱された液体廃棄物流が管路１３８を流れるとき、有効酸素の源が気体補給 管路１４２を経て補給される。酸素は湿式酸化系の第二の反応体であり、液体廃 棄物流の可燃部分は第一の反応体である。一般に酸素の補給が反応速度を支配す る。従って、廃棄物流に導入される酸素の量を増加させ又は減少させて反応を規 制することができる。空気、純酸素、又は酸素富化空気のすべては有効酸素の源 として適当である。ある種の応用の場合には、補給管路１４２を通してではなく 、一つの注入座で又は複数個の注入座で液体廃棄物流中に注入することが好適で あろう。

【００８８】 図１０に示された如く、反応コイル１４０は収納容器１４４中に位置する。該 収納容器は複数個の分離した室を持ち、各区画室は反応コイル１４０の唯１個の ループを含んでいることが示されている。

【００８９】 各区画室内に１個より多いループが保たれている他の配置も適当なことがある 。これらに代わる特別な配置（図示されていない）では、反応コイルの上昇管部 分は第一の区画室の組中に置かれ、降下管部分は第二の区画室の組中に置かれる 。このようにして反応の制御を増進させることが、ある種の例では望ましいであ ろう。

【００９０】 収納容器１４４は、湿式酸化発熱反応を行っている液体流と、貯蔵器１４８か ら導管１５０を通して収納容器１４４中にポンプ輸送される熱交換媒体１４６の 間に熱交換が起こるように備えられている。

【００９１】 希望する場合には、弁１５２を閉じ弁１５４と１５６を開き、それにより熱交 換媒体１４６を導管１５８を通して熱交換器１６０に向け、次いで導管１６２を 経て導管１５０中に返すことにより、熱交換媒体１４６を加熱することができる 。ある種の場合にはこれに代わるものとして、湿式酸化発熱反応の間に反応コイ ル４０から熱交換媒体１４６が得た熱を、該媒体から除去することが必要又は望 ましいであろう。この除去は本考案の装置では若干の方法によって遂行できる。

【００９２】 それらには、熱交換媒体の流れの方向を遂にする方法、貯蔵器１４８と協力す る熱交換器（図示されていない）を設ける方法が含まれる。熱交換媒体は導管１ ４９を通して貯蔵器１４８に返されることができる。

【００９３】 収納容器１４４内の熱交換媒体１４６の量又は水準面は、本実施態様で収納容 器１４４の各区画室内の熱交換媒体１４６の水準面を選択的制御するように設け られた弁１６４によって、規制することができる。圧力安全弁１６６も設けられ 、この図では収納容器１４４の上端に示されている。圧力安全弁１６６は、若し 熱交換媒体１４６が操作間に沸騰したものとすると主ずる蒸気を逃す。熱交換媒 体１４６としては、油の如き液体があるが、気体の媒体も可能である。

【００９４】 熱交換媒体１４６が気体又は蒸気である場合には、貯蔵器１４８はフアン又は 送風機を含むことになる。

【００９５】 希釈された廃棄物流は好適には約１０５乃至１５４kg/cm²の圧力で反応コイル １４０中にポンプ輸送されることが好ましい。前述の如く、有効酸素の源は液体 廃棄物流の中へ補給管路１４２を通して注入される。

【００９６】 この場合空気も使用に適当であるが、純酸素又は酸素富化気体が好適である。 液体廃棄物流中の酸素の濃度の増加は、湿式酸化反応の速度を増加させる。湿式 酸化反応が進行するにつれて、液体廃棄物流の温度はコイル１４０の内部で約２ ６０°乃至３７１°Ｃに上昇する。充分な可燃物と酸素が存在し両反応体の間に 適当な接触がある限り、この温度で湿式酸化反応は自立性になる。従って、その 時から反応コイル１４０から熱交換媒体１４６により熱が抽出できる。液体廃棄 物流が始めて反応コイル１４０に入ってくるとき該液体に熱を加え、次に反応コ イル１４０の末端付近で熱を抽出するために、収納容器１４４の区画室を利用す ることが望ましい。可燃性廃棄物の濃度、液体廃棄物流に加えられる酸素の濃度 、反応コイルを通る反応体のフローパターン及び速度、及び反応体の温度のすべ てが、廃棄物流が反応コイル１４０を離れるまでに廃棄物が実質的に完全に反応 するように、規制される。温度が約３７１°Ｃより高く圧力が絶対圧約２２４kg /cm²を越える“超限界”状態で反応を操作することも可能である。特殊な産業廃 棄物の処理の如き、本考案の反応装置の特殊な使用の場合には、超限界状態での 反応も好適であろう。

【００９７】 反応コイル１４０内で廃棄物流が実質的に完全に反応した後は、反応生成物は 反応コイル１４０より流れ出て導管１６８を通り分離器１７０に至る。

【００９８】 ここで、反応生成物すなわち廃棄物流出流は分離されて液体流と小容積の無害 の圧を与える。

【００９９】 なお高温にある液体流は導管１７２を流れて加熱手段１３６に至り、流入廃棄 物流を加熱するに使用される。この液体流は又流入廃棄物流を希釈するに使用さ れてもよい。湿式酸化反応した流出流の酸素要求量は実質的に減少している。

【０１００】 前に詳細に説明した如く大体楕円形の反応コイル１４０は湿式酸化反応による 液体廃棄物の処理に重要な利点を持つ。気体補給管路１４２を通して液体廃棄物 中に空気又は酸素を注入する際に液体廃棄物の流れと注入気体は、反応コイル１ ４０中にピストン流れ又は栓流をうるように、制御される。当業者に理解される ように、このピストン流れ又は栓流は蒸気相を液体相の相対速度の関数である。 ピストン流れ又は栓流は、良好な混合を与え従って反応体の物質移動を改善する が故に望ましい。すなわち、酸素と可燃物の間によりよい接触が得られる。本考 案に関しては、このピストン流れ又は栓流とそれらによって増進される物質移動 とは、反応コイル１４０の大体楕円形の性質によって一層強調される。

【０１０１】 図８から図１０に於て、気体と液体の混合物が上昇管部分１２６を通るとき、 該部分の垂直な形によって蒸気相は上昇管部分を迅速に運動することが許される 。曲線部分１３０では、曲った反応コイル壁の上を混合物が運動する結果二重螺 旋の形の二次的な流れが誘起される。水平流れの長さを最小にすることにより、 さもなければ起こるべき二相の層形成の傾向が大いに減退する。反応コイル１４ ０中で液相と蒸気相がよりよく層化すれば、反応体間の物質移動はより少なくな ることを了解すべきである。

【０１０２】 反応体の間の物質移動のこの改善に加うるに相の層化の減退は、反応コイル１ ４０全体にわたりサージングを減少させる。最も重要なことには、蒸気相は液相 より密度が小さいので液相中で“浮ぶ”従って降下管部分１２８中で下向きの液 相の流れに抵抗する。この抵抗が蒸気と液体の接触と混合を増進させ、従って物 質移動を増加させ、更に酸化反応を促進する。加うるに、反応コイル１４０の降 下管部分１２８の垂直な形は蒸気相の滞留時間を増加させる結果となる。蒸気は 上昇するから、降下管部分ではより長時間滞留する。その結果物質移動は増加し 、注入された酸素はよりよく利用される。

【０１０３】 終りに、降下管部分１２８を約１．２２ｍより大きい長さとすることにより、 降下管部分が乾いてしまうことが阻止される。さもないと物質移動の起こる領域 を減少させ、又望ましからぬ自然発火を惹起こすことにもなる。前述の如く、上 昇管部分も又混合と伝熱を改善する。気相は上昇管部分で液体より速い速度で上 昇する。流体廃棄物流が固体を含む場合には、懸濁固体は上昇管部分では重力の 影響の故により遅い速度で移動する。

【０１０４】 従って三種の別々の流速のものが導入されたとき、混合と伝熱がよりよくなる 結果となる。更に、反応体の組成によっては、懸濁固体が気体の気泡の影響の下 に上昇管部分で、“脈動”する。このことは、流体流が希釈された都市スラッジ と酸素又は酸素富化気体よりなる都市スラッジの処理の場合に、特に実際に起こ ることが見出された。

【０１０５】 次に添付図面の図１１には、代わりの反応コイルとして共軸管の配置が示され ている。この場合反応コイル１４０は外管１７６の内に共軸に配置された内管１ ７４を含む。矢印で示されているように、流入廃棄物流は内管１７４の腔内に流 入し、湿式酸化反応生成物すなわち流出廃棄物流は、外管１７６によってつくら れた環管の中を流入流とは反対の方向に通過する。伝熱される熱量は、内管１２ ４を形成するに用いた材質の熱伝導性によって左右される。第１２図には、反応 コイル１４０の末端が断面で示されている。この図の矢印は、反応生成物が内管 １７４を出て外管１７６で画される環管に入ることを示す。

【０１０６】 図１３では、図１１、図１２に示された共軸管の組合せを含む本考案の廃棄物 反応装置が略図で示されている。この場合も又、希釈された液体廃棄物流は管路 １３４を通って加熱手段１３６に流入する。該加熱手段内で液体廃棄物流の温度 は上昇させられ、湿式酸化反応を促進するようにされる。

【０１０７】 加熱された液体廃棄物流が管路１３８を流れる際に、酸素又は他の含酸素気体 が、気体補給管路１４２を通して前に説明したように反応コイル１４０内で物質 移動が盛んになるような速度で、液体廃棄物流中に注入される。次いで、酸素を 添加された廃棄物流は、本考案のこの実施態様では前述の如く共軸の管中管の組 合せである反応コイル１４０に流入する。第１３図では、反応コイル１４０は、 流入廃棄物流と実質的に反応を完了した流出流との相対的な流れの方向を示すの みの線図で示されている。

【０１０８】 実際には、反応コイル１４０は図８乃至図１０に示されたものと同じ楕円形の 形を持つ。次いで湿式酸化反応流出物は反応コイル１４０から出て導管１６８を 通る。

【０１０９】 流出流はここでも分離器１７０に流入して、清澄化、濃縮化、脱水等を受ける 。次に添付図面の図１４を見ると、反応コイル１４０の経路に沿って複数個の反 応体注入点及び抽出点を持った、本考案の廃棄物反応装置の一実施態様が示され ている。気体、液体、固体の反応体をこれらの複数個の注入点１７８、１８０で 加えて、湿式酸化反応をより正確に制御できる。抽出点１８２、１８４により希 望の場合に反応コイルから物質を取出すことができる。自立性になった発熱湿式 酸化反応によって供給される熱をより良く利用するために、複数個のこれらの注 入点から新たな反応体を添加できる。

【０１１０】 すなわち、熱せられていない廃棄物を、反応温度が高い点で反応コイル１４０ に直接に加えることができる。

【０１１１】 この実施態様では、熱交換媒体１４６により反応コイル１４０より抽出された 熱も流入廃棄物を加熱するに用いうることを指摘して置かねばならない。抽出の 座１８２、１８４で反応生成物を抽出することにより、該抽出座の下流で廃棄物 流の速度を減少させることができ、それにより残りの反応体の滞留時間を増加さ せる。

【０１１２】 図５は、本考案の反応装置の“楕円形蛇行管”の実施態様を示す。反応装置１ ９０は、実質的に垂直な上昇管降下管部分１９２と、その間を連結する大体水平 な管部分１９４より成る。楕円形蛇行管実施態様１９０は、図１６、１７図に示 されたような炉の囲い又は分解装置内に閉込められた反応装置に特に適する。

【０１１３】 図１６、１７図に略図で示された分解装置はチムニー１９８を持つ炉の囲い１ ９６より成る。囲い１９６は鋼で補強された炉用煉瓦の如き従来の炉材で形成す ることができる。反応装置のここに公開される実施態様は、チムニー１９８内に 円形コイル２００の形の予備加熱手段を持つ。液体中の固体懸濁液の形の廃棄物 液体は入口２０２より入る。本考案の方法と装置は単一の“反応体”を処理する にも利用できるが、前述の如く、一般的に本考案の方法は希釈された都市スラッ ジと酸素の如き二種類の反応体を含む。前述の如く、酸素又は酸素を含む気体の 如き気体反応体が、入口２０２で液体廃棄物中に加えられる、或は反応体流中に 加えられる。

【０１１４】 以下の記載から理解されるように、炉１９６内で加熱された空気はチムニー１ ９８を通って逃散し、コイル２００中の反応体を予備加熱する。次に、予備加熱 された反応体は管２０４を通って、炉１９６の下部にある楕円形蛇行管反応器部 分１９０に与えられる。図に示された如く、蛇行管は炉の囲いに沿って２回回っ て延在し、その垂直に延びた部分１９２は、第１６図に示されている如く、略図 で示された輻射加熱器２０６に曝されるために、水平方向に互いに喰い違った位 置を取るように置かれている。輻射加熱器２０６は、メタンバーナーの如き普通 のバーナーであってもよい。

【０１１５】 メタンは石油の好気性ポリツシング装置からの流出物を処理することによって 得られる。次いで、処理された廃棄物は出口２０８を経て反応装置から取出され る。容易に了解されるように管装置の内で反応体が加熱される好適温度は反応の 種類に従って定められる。前述の如く、廃棄物は好適には約２０５°乃至３１６ °Ｃの流度に加熱される。楕円形蛇行管１９０の寸法は、前記コイル実施態様と 同じである。すなわち、垂直部分は約１．５３乃至６．１０ｍ、好適には約１． ８３乃至３．０５ｍであり、これに対して水平部分１９４は約０．６１ｍ以下で あろう。容易に了解されるように垂直な上昇管及び降下管部分、両部分を連結す る大体水平な端部を含めて反応器の長さは、反応装置内で行われる反応によって 異なる。

【０１１６】 多くの用途では、反応装置は少なくとも約３０５ｍの長さであろう。しかしな がら、都市のスラッジの処理に於ては、反応装置は少なくとも約１２２０乃至１ ５２５ｍの長さでなければならない。 以上に本考案を説明してきたが、ここに公開された本考案に請求の範囲内で種 々の変法を行いうることは了解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】区画室化された収納容器を含む本考案の反応装
置の概略図である。

【図２】コイル管として管中管の設計のものを含む反応
装置の概略図である。

【図３】コイル管の管中管の形のものの透視部分図であ
る。

【図４】熱交換流体が加圧下に収納容器内に封じ込めら
れている反応装置の概略図である。

【図５】収納容器内で熱交換流体の上にある蒸気空間の
圧力を確立するための圧力制御を含む反応装置の概略図
である。

【図６】流出流を流入流の間で熱交換をさせるための付
加凝縮器又は熱交換器の概略図である。

【図７】コイル管の径路に沿って複数個の反応体の注入
点又は抽出点のある反応装置の概略図である。

【図８】本考案の反応コイルの概略図である。

【図９】本考案の単一の垂直コイルの略図である。

【図１０】区画室化された収納容器を含む本考案の反応
装置の概略図である。

【図１１】本考案の共軸管組合せの実施態様を示す透視
部分図である。

【図１２】本考案の共軸管組合せ実施態様の末端を断面
で示した側面図である。

【図１３】共軸管の組合せを持つ本考案の反応装置の概
略図である。

【図１４】反応体及び生成体の導入及び抽出のための複
数個の座が反応コイルの長さに沿って設けられた。本考
案の反応装置の概略図である。

【図１５】本考案の楕円形蛇行管の実施態様を示す側面
略図である。

【図１６】楕円形蛇行管の形の反応器を用いた反応装置
の側面略図である。

【図１７】図１６に示された反応装置の上面図である。

【符号の説明】

１０ 地上反応装置 １４ 熱交換器 １８ コイル管 ２０ 収納容器 ２４ 熱交換流体 ２６ 貯蔵器 ３８ 熱交換器 ４６ 圧力安全管路 ５０ 分離器 ５６ 内管 ５８ 外管 ６４ 加熱管 ７４ 冷却器 ７６ 圧力制御弁 ７８ 蒸気空間 ８２ 凝縮器 ８６ 熱交換器 ８８、９０ 注入点 ９２、９４ 抽出点 １２０ 楕円形反応装置 １２２ 導管 １２４ ループ １２６ 垂直上昇管部分 １２８ 垂直降下管部分 １３０ 曲線部分 １３６ 加熱器 １４０ 楕円形反応コイル １４４ 収納容器 １４６ 熱交換媒体 １４８ 貯蔵器 １６０ 熱交換器 １６６ 圧力安全弁 １７０ 分離器 １７４ 内管 １７６ 外管 １７８、１８０ 注入点 １８２、１８４ 抽出点 １９０ 楕円形蛇行管反応装置 １９２ 上昇管降下管部分 １９４ 水平管部分 １９６ 炉の囲い １９８ チムニー ２００ 円形コイル ２０６ 輻射加熱器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 フランシス マイケル フエラロ アメリカ合衆国 コロラド州 80234 ウ エストミンスター ウイヴアス ウエイ 11614 (72)考案者 フランクリン バージヤー カールソン アメリカ合衆国 コロラド州 80020 ブ ルームフイールド フリント ウエイ 975 (72)考案者 ハーマン ウオルター ピーターシエツク アメリカ合衆国 コロラド州 80302 ロ ングモント フオーテイーンス アヴエニ ユウ 2201

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 破棄物処理装置において、 （イ） 収納容器と； （ロ） 収納容器の中に水平に位置され、区分されない
   長い薄い壁のコイル管であって、コイル管を通る流入液
   体の破棄物の流れをふさいだり遅くさせるため選ばれた
   流れの率でそこを通る反応物を含む流入液体廃棄物の流
   れを流すためのコイル管と， （ハ） 反応物がコイル管の中で反応して反応生成物を
   形成するように、液体廃棄物の流れの温度が予め定めら
   れた温度以下のときは液体破棄物の流れに熱を加え、液
   体廃棄物の流れの温度が予め定められた温度以上のとき
   は液体廃棄物の流れから熱を取去ることによって反応物
   を含む流入液体廃棄物の流れの温度をコントロ−ルする
   熱交換媒体を受け入れるように適合されている収納容器
   と， （ニ） コイル管から流れ出る熱せられた液体と反応生
   成物を受け入れる手段と， を特徴とする制御された化学反応を行わせる反応装置。
2. 【請求項２】 液体部分から蒸発部分を分離するための
   セパレ−タ−を含む、コイル管から流れ出す液体と反応
   生成物を受け入れるための手段があることを特徴とする
   請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 収納容器は一連の区画室を含みこの中に
   コイル管の部分が存在し、ここにおいて液体の廃棄物の
   流れの温度をコントロ−ルする媒体はコイルの夫々の部
   分の中の温度のコントロ−ルを与えて、コイルの長さを
   横切って連続する部分に適用される異なった温度の勾配
   を可能とすることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 夫々の区画の中でコイル管に作用する異
   なった温度勾配を確立するため夫々の区画の中で熱交換
   流体のレベルを選択的に調整するための手段があること
   を特徴とする請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 コイル管は同心に配設された内側のチュ
   −ブと外側のチュ−ブを含み、内側のチュ−ブは外側の
   チュ−ブの内側に位置され、流入する液体廃棄物の流れ
   が内側のチュ−ブを通って第１の方向に流れ、内側のチ
   ュ−ブの外周と外側のチュ−ブの内周の間に形成される
   環の中を第２の反対の方向に液体廃棄物の流れを戻すこ
   とを許し、発熱化学反応が液体廃棄物の流れが第１の方
   向に流れるときに起り、その後、液体廃棄物の流れが第
   ２の方向に流れるときに引続くように液体廃棄物中の反
   応物の濃度をコントロ−ルする手段があり、ここにおい
   て液体廃棄物の流れが第２の方向に流れるとき、液体廃
   棄物の流れの中の化学反応によって起された熱は第１の
   方向に流れる液体廃棄物の流れを加熱するために用いら
   れることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 流れがコイル管に入る前に液体廃棄物に
   ガスを加えるためにコイル管と液体の連通の手段があ
   り、且つ薄い壁のコイル管を通って液体廃棄物の２次の
   流れをひき起す流れの率で高温高圧の下で液体廃棄物の
   流れを指向させる手段とがあるので、液体はコイルの内
   側の壁の上をうず巻状に移動し、ここで液体とガスの間
   の完全な混合が与えられることを特徴とする請求項１記
   載の装置。
7. 【請求項７】 温度コントロ−ル手段は液体の流れの温
   度を当該コイルの中で１７７°Ｃと３１６°Ｃの間(３
   ５０°Ｆと６００°Ｆの間)に保つための手段と流体の
   流れの圧力を８２７４から１３７９０ＫＰａ（１２００
   から２０００ＰＳＩ）の範囲内に維持するための手段を
   含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 収納容器は又、コイル管の中の流体の廃
   棄物の流れの中の自ら発生する反応温度に反応物の間に
   化学反応を起させる出発点の温度に熱交換流体を加熱す
   る手段と、後に化学反応が自ら発生するようになった後
   は熱交換流体から熱を抽出するための手段とを含むこと
   を特徴とする請求項１記載の装置。
9. 【請求項９】 温度コントロ−ル手段はコイル管を出発
   点の温度に熱するため、コイル管に蒸気を噴射する手段
   を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
10. 【請求項１０】 超臨界条件において反応を起させるこ
    とを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。