JPS5913560B2 - 石炭と水とを炭化水素に転化する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ５ この発明の分野 この発明の分野は石炭を炭化水素に転化することに関す
る。

更に詳しくはこの発明は石炭および水を含む上記のよう
な転化に関する。先行技術の記載 １０先行技術による方法においてはスチームを石炭と一
段で或は他の段数で混合する。

石炭がスチームと反応すると石炭の一部は炭化水素通常
ＣＨ４に転化されるが、石炭の大部分は二酸化炭素に転
化し、これは大気中に放出された汚染問題１５の１因と
なる。代表的にはインスチチユート・オブ・ガス・テク
ノロジー（ ｌｎｓｔｉｕｔｅｏｆＧａｓＴｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ）によつて関発されたハイガス法〔Ｈｙｇａｓ
ｐｖｏｃｅｓｓ〕では石炭のもつとも活性部分は水素化
ガス化されて石炭の揮発性成分から２０誘導された水素
と共にメタンを生成し、前記部分より活性の低い部分は
スチームと反応して水素化ガス化のための付加的な水素
および二酸化炭素を生成する。この方法にエネルギーを
供給するために石炭を使用すると、石炭の浪費による損
失に加２５えて石炭の枯褐がある。先行技術の転化方法
は石炭の使用が効率的でないという欠点がある。先行技
術の教示による転化反応に対するエネルギーは石炭を燃
焼することによつて誘導され石炭と水とをメタンに転化
する代表的な化学反応は３０Ｃ＋０．１０２＋Ｏ、９Ｈ
２Ｏ→Ｏ、４５ＣＨ４＋Ｏ、５５Ｃ０２である。この反
応はシンタン（ＳＹＮＴＨＡＮＥ）法において生起する
。この場合には最高４５％の石炭が使用しうる炭化水素
に転化されるにすぎない。他のこの種の先行技術の転化
法は式３５Ｃ＋０．２５９０２＋Ｏ、７４２Ｈ２０→Ｏ
、３７１ＣＨ４＋Ｏ、６３０ＣＯ２によつて記述される
。

この場合には最高３７％のｏり、石炭がメタンに転化さ
れるにすぎない。

転化用のエネルギーが原子炉から得られる場合その反応
は代表的にはＣ＋Ｈ２Ｏ→０．５ＣＨ４＋０．５Ｃ０２
この場合には最高石炭の半分だけがメタンに転化される
にすぎない。

発明の目的及び概要 この発明の目的は石炭を炭化水素に転化するための先行
技術の方法の上述の欠点を解決し、炭化水素に転化され
た石炭の割分を最大となし、転化されることなしに消費
され、すなわち浪費される石炭の割合を最小となす、石
炭を炭化水素に転化する方法を提供するにある。

従つてこの発明は 石炭と水とを炭化水素へ転化する方法へ熱を供給するた
めの原子炉と、炭化水素を生成するための化学反応器と
を備えた装置中で石炭と水とを炭化水素へ転化する方法
において、水素との反応を容易にするために石炭を粉末
化し、粉末化石炭中に含まれる揮発性生成物を気化させ
て粉末化石炭から揮発性生成物を除き、次いで粉末化石
炭を流動化し、原子炉からの廃熱を使用して水を別個に
水素及び酸素に転化し、このように石炭から別個に転化
した水素の一部を流動化した石炭と反応させてガス状の
少くとも第１炭化水素生成物と残さ石炭生成物とを製造
し、原子炉からの廃熱を使用することによつて別個に転
化された前記酸素と前述の工程で造つた残さ石炭生成物
とを反応させて一酸化炭素を造り、この一酸化炭素を前
述の水素の他の部分と別個に反応させて更に炭化水素を
製造することからなる、石炭と水とを炭化水素に転化す
る方法に存する。

この発明によれば炭化水素に転化した石炭の割合は水を
石炭とは別個に水素および酸素の別個のバツチまたは流
れに分解すなわち転化し、次いでそのようにして得た水
素を石炭と反応させることによつて最大となされる。

水の転化によつて得られる酸素は一部を先行水素化反応
からの残さ石炭すなわち炭素（チヤ一）と反応させて一
酸化炭素を生成させ、これを更に水素と反応させて更に
炭化水素を生成させる。酸素はまたこの方法でメタノー
ル（ＣＨ３ＯＨ）を造るために使用され、過剰の酸素お
よび過剰の水素は販売される。酸素に対しては新しく問
題となつてきた下水の処理および製鋼のような工業に対
して多くの地域で大量に切迫した需要がある。吸熱反応
に対する需要および補助装置の需要を含む前記転化用の
エネルギーは比較的低価格の原子力エネルギー、好適に
は非常に高温のガス冷却した原子炉から誘導された原子
力エネルギーである。水は電気的或は熱化学的方法或は
電気的方法および熱化学的方法を組合わせた方法により
水素および酸素に転化される。

これらの方法は電解質として作動する或は触媒として作
動し、操作中に消費されない水以外の化学薬品を含有す
る。全体の反応は下記の通りである。Ｈ２０→Ｈ２＋１
０２ これはかなりのエネルギーを要求する吸熱反応で、この
エネルギーは原子炉により供給される。

石炭（炭素）および水素の反応はＣ＋２Ｈ２→ＣＨ４ である。

これはわずかに発熱反応であり、酸素と残さ石炭との間
の反応は２Ｃ＋０２→２Ｃ０ であり、この反応は発熱反応であり、この方法中の他の
目的のために熱を供給する。

一酸化炭素および水素の間の反応はＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ
４＋Ｈ２Ｏ で表わされ、発熱反応である。

この発明の効果 この発明による方法は現在よりもかなり低い価格で水素
および酸素を造ることを意図するものである。

大量での代表的価格は現在水素は１００立方フイート（
２．８３ｍ３）当り３６セントで、酸素は１００立方フ
イート（２．８３ｍ３）当り１０セントである。また１
４００ガロン（５．３０ｍ３）のびん１ケ月当り１１．
５０ドルの賃貸料がある。この発明の方法においては現
在の価格条件の下で水素は１０００立方フイート（２８
．３ｍ３）当り１５セントで、酸素は１０００立方フイ
ート（２８．３ｍ゜）当り４セントで製造されることが
予想される。この発明の重要な利点はこの発明の実施に
おいては石炭を水素と反応させ、この石炭の水素化反応
からの残さ石炭を更に酸素と反応させることによつて石
炭が節約されることである。

単一の炭化水素生成物当り必要な石炭はこの発明の実施
においては減少し、この発明から下記の付加的な利益が
生ずる。（１）鉱山寿命または生産能力が増大する。

（２）先行技術の方法に対して利用できない鉱区がこの
発明の実施のために使用でき、鉱区が増大する。一
１ （３）灰分およびＣＯ２のような環境汚染物は百ないし
２／３まで減少できる。

（４）合成原油、パイプライン輸送品質のメタン、メタ
ノール、エチレンなどのような炭化水素のコストが著し
く低下する。

（５）加工装置における現場動力のコストが低下する。

発明の好適な実施例の記載 さてこの発明の好適な実施例の記載を添付図面について
例示する。

第１図は石炭および水を炭化水素に転化する装置を示し
、原子炉（給源）２１．熱交換装置２３およびＨ２Ｏ一
化学反応器２５を含む。

図に示すように、水がＨ２Ｏ一化学反応器２５に供給さ
れ、この反応器によつて水素および酸素に転化される。
第１図に示す装置はまたＨ２Ｏ一化学反応器２５からの
水素と石炭とを反応させて炭化水素を生産するための化
学反応器すなわちガス化器２７をも含む。具体性の点に
おいてこの装置は石炭および水素をメタンに転化すると
仮定する。またＣＯ化学反応器２９も含まれる。残さ石
炭すなわち炭素は化学反応器（ガス化器）２７からＣＯ
一化学反応器２９へ流れ、Ｈ２Ｏ一化学反応器２５から
供給される酸素と反応して一酸化炭素を生成する。装置
は酸性ガス除去装置３１を含む。化学反応器２７からの
メタンと水素および化学反応器２９からの一酸化炭素は
酸性ガス除去装置３１を通つてメタン化反応器３３中に
流入する。酸性ガス除去装置３１はそれが受入れるガス
混合物から主としてガス状硫黄化合物を除去するが、そ
れに加えて生成した二酸化炭素をも除去する。メタン化
反応器３３は石炭のメタン化を完結する。生成したメタ
ンは次いで乾燥装置３５を通り、分配のためのパイプラ
イン中に送られる。熱交換装置２３は第１図に示す装置
においては原子炉２１とＨ２Ｏ一化学反応器２５との間
に単純に介在するように示されている。

しかし実際の実施においてはＨ２Ｏ一化学反応器２５は
異なる温度で運転され且つ異なる量の熱量を必要とする
多数の構成装置を含むから熱交換装置２３の結合はより
複雑である。熱交換装置２３とＨ２Ｏ一化学反応器２５
との間の結合はこれらの多数の結合を表わすものである
。第２図に更に複雑な結合を示す。この図では原子炉２
１からの流体を、装置の残余の部分および化学処理装置
において直列および並列に連結した多数の各個の熱交換
基（第１３図および第１４図参照）を表わす化学処理装
置熱交換器４３から隔離する中間熱交換器４１を含む。
さらに、エネルギーは原子炉（給源）２１により石炭の
微粉化、その揮発性生成物の蒸発、流体の輸送、例えば
Ｃ＋Ｈ２化学反応器（ガス化器）２７における石炭の流
動床の生成および乾燥のような装置の補助機能に対して
供給される。

但しこのエネルギー供給用の連結装置は第１図には示し
ていない。第１図に示す装置の使用に際しては、石炭を
微粉化し、乾燥し、コンベア（図示せず）により、或は
ホッパにより、Ｃ＋Ｈ２一化学反応器２７中に供給する
。

ここでガス状生成物は石炭から蒸発して酸性ガス除去装
置３１に輸送される。ここに生じた炭素はＨ２Ｏ一化学
反応器２５からの水素と反応してメタンを生成し、得ら
れたメタンおよび過剰の水素は酸性ガス除去装置３１に
送られる。代表的には水素はＨ２Ｏ一化学反応器２５か
ら約２５０ｐｓｉ（１７．６ｋｇ／ＣＴｉｌ）の圧力で
供給される。この圧力はコンプレツサ（第１図では図示
せず）により３０００ｐｓｉ（２１１Ｋ９／ｄ）に増大
され、この一層高くなつた圧力でＣ＋Ｈ２化学反応器２
７に送られる。残さ炭素はＣＯ一化学反応器２９に送ら
れて、ここで一酸化炭素を生じ、これもまた酸性ガス除
去装置３１に送られる。熱およびエネルギー給源は原子
炉２１であり、この給源２１は１個またはそれ以上の、
好適にはガス一冷却型の原子炉を含み、それは約２００
０′Ｉ：′（１０９３炉Ｃ）の高温ガス、代表的には、
そして好適にはヘリウムを供給するが、アルゴソ或は窒
素さえものような他のガスを供給できる。原子炉２１．
中間熱交換器４１および化学処理装置の熱交換器４３間
を循環器４５および４７（第２図）によつて循環する加
熱用ガスの温度はそれぞれ第２図に示すとおりである。
原子炉２１においてはガスは約２２００でＦ（１２０４
２Ｃ）の最高温度に達するように企図される。水を酸素
および水素に転化するのに要する原子炉２１のエネルギ
ーは下記の通り計算できる。

ここにＮＨは水転化操作の熱効率であり、上記計算式に
おいては係数「２」はＣＨ４ｌモル中に水素２モルがあ
るから含まれるのである。１日当り５００Ｘ１０６ＳＣ
Ｆ〔標準状態の下での立方フイール、（１４．１５７５
×１０６ｍ３）〕のＣＨ４を製造する場合には原子炉２
１の能力は０．２１９２×５００×１０原４５６７？メ
ガワツト １０ｎ０×２４ＮＴ１Ｎ，， である。

もし熱効率が約５０％であると９１３４メガワツトが必
要となり、６０％の熱効率に対しては７６１２メガワツ
トが必要となる。原子力委員会（ＡＥＣ）によつて現在
許可されている原子炉に対する熱定格は３８００メガワ
ツトである。エネルギーは水の転化に必要であるだけで
なく、補助機能に対しても必要であるから、如何なる場
合にも３基の原子炉が必要となろう。熱およびエネルギ
ー給源（原子炉）２１の代表的原子炉４８（第３図〜第
７図）は圧力容器５１を含む。

圧力容器５１内に炉心障壁５３があり、炉心障壁内の中
央に可動性燃料単位５５がある。各単位５５は上部およ
び底部にある可動性中性子反射材プロツク５９と共に燃
料要素５７（第５図）を含有する減速材プロツク５６（
第６図）の棒状物から成る。燃料単位５５は固定中性子
反射材６１によつて炉心障壁５３内に包囲され、反射材
６１のまわりに冷却されたスレート片６３および断熱材
６５がある。炉心要素５５，５９，６１は炉心支持板５
７上に載置されている。原子炉の停止、スクラムおよび
運転に対する反応度の調節は各棒状物（単位）５５を貫
通する制御棒６７によつて行われる。制御棒６７が最下
位まで落ちると、それらは支持板５７の上の細孔板６８
を通り抜けて衝撃吸収材７０とかみ合う。制御棒６７は
圧力容器５１を通り抜けるそれぞれの１駆動軸７３によ
る駆動装置７１を，駆動するように結合される。出口空
間７５から炉心によつて加熱された冷却用ガスが排出さ
れるが、この排出空間７５は障壁５３に固定され且つ障
壁５３から延びる出口空間内張り７７によつて規定され
ている。圧力容器５１の内面障盤５３およびそれから延
びている内張り７７によつて限定された環状の容積７９
は支持板５７と圧力容器５１の底部８２の間の入口空間
８０と連通している。炉心５５−５９−６１の上に炉心
体積とほぼ等しい出口空間７５を形成する空間があり、
燃料補給用の空間を提供している。燃料取扱い装置８３
が停止中原子炉の保守のために３個の出入口（図示せず
）を通つて空間７５中に設置される。圧力容器５１の周
辺のまわりに等間隔で説置された多数（普通は３個）の
燃料移動キヤスク８５がある。炉心から選定された燃料
単位または反射材棒状物の取出しは燃料単位または反射
材棒状物を燃料取扱い装置８３の高さに持上げる制御棒
駆動装置７１によつて達成される。燃料取扱い装置は次
いで燃料単位５５を３個の燃料移動キヤスク８５の１つ
に移動させる。原子炉４８上の孔９１は内管９３と外管
９５とから成る同心導管である。

原子炉４８から排出される高温度ガスは内管９３を通り
、原子炉４８に戻る低温度ガスは外管９５と内管９３と
の間の環状路を通る。ガスの流れは矢印で示されるら低
温度ガスは炉心入口空間８０に入る前に圧力容器５１の
環状路Ｔ９を通過する。この特長は低炉心入口温度と共
に複雑な圧力容器冷却用回路系および絶縁に対する必要
な最小となす。出口空間内張り７７および内管（排出導
管）９３並びに制御棒７３は流入ガスで冷却される。更
に孔９１は低炉心圧力降下にさらされるに過ぎず、且つ
主要構造部材ではないから長寿命運転のための安全とい
う高価な利点が得られる。最高のストレスがかかる原子
炉４８の諸部分は流入ガスにより冷却される。原子炉か
らの排出ガスは約１９５０′Ｆ（１０６５℃）の温度で
、８００〜１０００ｐｓｉ（５６．２〜７０，３１＜ｇ
／ＣＴｉｉ）の圧力にある。原子炉４８の基礎構造の燃
料粒子は代表的には約４４０ミクロンの直径をもつビー
ド１０１である。このビード１０１は下記の同心円の成
分から成る。ビード１０１の塊を黒鉛およびアルコール
結合剤と充分に混合し、中空円筒状物５７（第５図）に
押出し成形する。

この中空円筒状物（燃料）５７は外径（０Ｄ）１．１イ
ンチ（２７．９ｍ１Ｌ）内径（ＩＤ）０．５インチ（１
２．７ｍ７１Ｌ）、長さ（Ｌ）５３．５インチ（１３５
．９（１−JモV１）である。減速材プロツク５６〔Ｈ＝
１３７．２（５４インチ）、ＤｌＯ６．７ｃｒｌＬ（４
２インチ）、ｄ１＝１５．２ｃｒｒＬ（６インチ）、Ｄ
２−２７．９ｍ１Ｌ（１．１インチ）Ｐ３３ｍ７７！、
ｄ１の孔９９６個〕において中空円筒状物５７は黒鉛ス
リーブ１１３間に挿入される。ビード１０１は核分裂生
成物を保持する。押出成形中および次後の使用中のそれ
らの破損は最小であり、その結果放射性物質による冷却
ガスの汚染は最小となる。原子炉冷却ガスは燃料容素の
表面上に直接通過し、こうして燃料５７および冷却剤間
の温度差を最小となし、より低い温度の燃料が所望の温
度の冷却剤に対して要求される。

代表的にはこの発明の実施においては２２６００Ｆ（１
２３８のＣ）の公称最高燃料温度が１９５『Ｆ（１０６
５℃）の冷却剤温度を生ずるのに充分である。燃料要素
が間接的に冷却される場合には冷却剤を１４００′Ｆ（
７６０℃）の温度にするのに２５０『Ｆｉ２７５『Ｆ（
１３７ｒＣ〜１５１『Ｃ）の最高燃料温度が必要である
。第８図に示す代表的中間熱交換器４１（第２図）は鐘
形端部１２３および１２５を備えた円筒状圧力容器１２
１を含む。

前記容器内にチユーブシート１２９および１３１上に支
持された多数のチユーブ１２７がある。上部鐘形端部１
２３は孔１３３を持ち、そこから同軸導管１３５および
１３７が延びている。内側導管１３７と上部チユーブシ
ート１２９の間に支持された鐘形殼１３９はこの鐘形殼
１３９と鐘形端部１２３との間の環状容積１３８を規定
し、鐘形端部１２３と平行で且つ同軸である。少くとも
１個の側面口１４１が圧力容器１２１内に延びている。
この側面出入口１４１は同軸外側導管１４３および内側
導管１４５を含み、第３図の原子炉４８の外管９５およ
び内管９３とそれぞれ同じ太さをもつ。内側導管１４５
は圧力容器１２１の孔１４１と同軸の殼１４７および１
４９に連結している。殼１４７の部分はチユーブシート
１２９と内側導管１４５の上側の部分との間に延びてい
る。殼１４９の部分は内側導管１４５の下側の部分から
懸吊され、チユーブ１２７と１４９との間に狭隘路１５
１を規定する。外側導管１４３に隣接して同軸の殼１５
３があり、これはリツプ１５７により外側導管１４３に
連結している蛇腹１５５に結合している。蛇腹１５５は
リツプ１５７により外側導管１４３に接続している。蛇
腹１５５は側面口１４１と同軸の他の殼の１５９および
１６１の部分と結合している。殼の上側部分である１５
９はチユーブシート１２９および殼１５３の上側部分と
、の間に支持されている。殼の下側部分である１６１は
蛇腹１６３に連結し、殼１５３と下部チユーブシート１
３１との間に支持されている。更に別の支持体が部材１
６１と側面口１４１の下縁との間に延びる一般に斜切頭
の形状をなす穿孔リツプ１６５によつて与えられる。環
状容積１３８は外側導管１４３および殼１５３との間の
環状容積１６７、殼部材１６１と圧力容器１２１との間
に壌状容積１６９およびチユーブ１２７とに連通してい
る。

これらの容積１３８，１６７および１６９によつて形成
される空間はリツプ１５７により閉鎖される。矢印１７
１により示すように、この方法からの冷却されたガス〔
４５００Ｆ（２３２かＣ）〕は導管１３５と１３７との
間に環状容積環状容積１３８を通り下方に向つてチユー
ブ１２７へ至り、次いでこのチユーブを上方に向つて流
れる。矢印１７３によつて示すように、原子炉４８から
の熱ガス〔１９５０′Ｆ（１０６５℃）〕は内部導管１
４５を通り、冷却されたガス〔４５０内Ｆ′（２３２を
Ｃ）と向流的に環状容積１５１を流下し″、次いで６０
０′Ｆ（３１６℃）〕に冷却され、矢印１７５によつて
示すように内部導管１４５と殼１５３との間の環状空間
を通つて原子炉４８に戻る。向流により加熱されたガス
〔１８５『Ｆ（１０１０℃）〕はチーブ１２７から内部
導管１３７を通つて矢印１７７により示すようにこの方
法の化学処理に流れる。蛇腹１５５と１６３およびリツ
プ１６５は熱ガス間の温度差によつて生ずる歪みを吸収
する。原子炉からのガスは、その流れを矢印１７３およ
び１７５によつて示すように、熱交換器４１により矢印
１７７および１７１により示すこの方法の化学処理のガ
スとは完全に隔離されてる。代表的には多数の熱交換器
４１が並列な運転されてこの方法の化学処理に使用する
ために充分な熱ガスを生ずる。代表的な場合には全部で
５９５００本の熱交換チユーブ１２７が中央間に約０．
８２インチ（２０．８７ＩＬｍ）間隔で配置され、６９
８００平方フイート（６４８４イ）の熱伝導表面積を提
供する。原子炉４８と中間熱交換器４１との間のガスは
第９図の導管１８０のような同軸の導管中を流れる。

循環器（第２図）４５は外側導管１８２中に分岐設置さ
れる。外側導管１８２と内側導管１８４とが過度に応力
を受けることを避けるためにオリフイス１８６が循環器
４５への導管１８８間に挿入設置され、矢印１９０によ
り示すように後方への漏洩を制限し相対的移動を可能と
なし、歪の蓄積を最小となす。代表的化学処理熱交換器
４３（第２図）は殼化アルミニウム床１８３を含む容器
１８１（第１０図）を含む。

この容器は熱交換器４１からの熱ガス〔１８５００Ｆ（
１０１０℃）〕用の導入導管１８５および熱交換基４１
へ戻る冷却されたガス〔４５『Ｆ（２１８℃）〕に対す
る排出導管１８７を備える。これらの導管１８５および
１８７は弁ＡおよびＢにより調節され、これらの弁は容
器１２１（第８図）の内部導管１３７および外部導管１
３５にそれぞれ連結されている。この容器１８１は容器
１８１中で加熱されるべき流体に対する導入導管１９１
および排出導管１９３を備える。水を水素および酸素に
転化する方法に依存してこの流体はＣａＢｒ２およびＨ
ｌ或は硫酸のような種々の化学薬品を伴つた水である。
導管１９１および１９３は弁ＣおよびＤによつて制御さ
れる。また弁Ｅによつて調節される減圧導管１９５があ
る。熱交換器４３を使用する際には弁Ｃ，ＤおよびＥは
最初閉鎖され、弁ＡおよびＢは開かれて熱ガス（１８５
００Ｆ）が容器１８１に入ることを可能となす。

Ａｌ２Ｏ３床１８３が所望の温度に達した後で弁Ａおよ
びＢを閉じ、また弁ＣおよびＤも閉じたままとなし、弁
Ｅを開いてガスを清浄化工程中容器１８１からガス捕集
器に排出させ、そこからそれを熱交換器４１に戻す。次
に弁Ｅを閉じ、弁ＡおよびＢを閉じたままとし、弁Ｃお
よびＤを開いて処理されるべき流体が容器１８１に入つ
て所定のように加熱されることを可能となす。化学処理
が完了した後で弁ＣおよびＤを閉じ、弁ＡおよびＢを閉
じたままとなし、弁Ｅを開いて新しい処理サイクルを行
う前に更に別の清浄化工程を実施する。第１１図に示す
複合装置中で第１０図に示した装置中と同じようにして
水を水素と酸素とに転化する。

代表的には上述したように毎分６７００ガロン（２５ｍ
′）の転化に対して、および他の目的の装置に対して、
効率５０％と仮定して１１，０００メガワツトを供給で
きる原子炉給源２１が要求される。この発明により処理
する前に石炭をＣＯＥＤ装置２０１中でＣＯＥＤ処理に
付する。微粉砕し乾燥した石炭は熱分解され、その揮発
性生成物が誘導される。この処理に要する熱は処理下の
比較的少割合量の石炭を酸化することによつて生産され
る。この目的のためには酸素が化学反応器２５から供給
される。ＣＯＥＤ装置２０１に対するエネルギーは代り
に原子炉によつて供給してもよい。ＣＯＥＤ装置２０１
から誘導された油は代りに原子炉２１によつて供給する
ことができる。ＣＯＥＤ装置２０１から誘導される油は
Ｈ２Ｏ一化学反応器２５からの水素により合成原油（炭
化水素）（Ｓｙｎｃｒｕｄｅ）化学反応器２０３中で処
理され、使用のために捕集される。ＣＯＥＤ装置２０１
からの炭素はＣ＋Ｈ２化学反応器２７中で処理される。
酸性ガス（Ｈ２Ｓ）は生産される生成物から酸性ガス除
去装置３１によつて除去され、ここに得られたガスはメ
タン化反応器３３中でメタン化され、乾燥されて、パイ
プラインにより輸送される。ＣＯＥＤ装置２０１からの
ガスは同様に装置３１および３３により処理され、パイ
プラインにより輸送される。残さ炭素および酸素を反応
することにより一酸化炭素がＣＯ一化学反応器２９中で
生産される。酸性ガス除去装置２０５により酸性ガス（
ＣＯＳ）除去後に、このＣＯはメタノール化学反応器２
０７中で水素と反応してメタノールを生ずる。石炭およ
び生成物の代表的な量はそれらの流れを示す矢印と共に
第１１図に示す。

Ｔ／ＳＤは１日運転すなわち１日２４時間当りのトンを
表わす。こうして代表的には２４時間当り石炭３１，３
００トンが装置２０１中で処理される。Ｂ／ＳＤは１日
運転当りのバレルを表わす。ＭＭＳＣＦ／ＳＤ）は１日
運転当り百万標準立方フイート、すなわち１日２４時間
当り標準温度および圧力の状態の下での立方フイートを
意味する。

Ｍ／Ｈは１時間当りのポンドーモルを意味する。工業的
には水素は過去において電解により生産された。

代表的な方法には水性ガスシフト法、スチーム−イン法
およびスチームリフアリング法である。これらの方法は
化石燃料を必要とするから好ましくない。電解法は制限
があり、従つて、ブレツヒエル（Ｂｒｅｃｈｅｒ）の出
願に開示された熱化学方法または水を酸素と水素に転化
すなわち分解するために熱化方法と電解法との組合わせ
が好適である。下記の第１表ないし第５表は種々の方法
による水の転化に関する関連データを示す。上述の表に
おいて下部に付加した記号は下記の意味をもつ。（ｌ｝
・・・・・・・・液体 （９）・・・・・・・・・ガス （ｓ）・・・・・・・・・個体 （Ａ９）・・・・・・水溶液 △Ｈ＝内部エネルギーの変化で、もしエネルギーが増加
すれば正で、エネルギーが減少すれば負である。

△Ｆ＝△Ｗ＝圧力の下で体積を変化させるような工程中
になした仕事Ｔ ＝絶対温度 △Ｓ＝エントロピー変化 △Ｈ−△Ｆ＝Ｔ△Ｓ 第１２図はこの発明により原子炉給源からのエネルギー
が水転化装置で使用される態様を示す。

原子炉給源２１は水転化装置２３１．石炭転化装置２３
５および発電装置２３７にエネルギーを供給する。後者
のタービンはこれを原子炉４８（第３図）からのガスで
直接駆動してもよい。未使用水素および酸素が水転化装
置２３１から引き出される。この装置からの水素および
石炭は反応に使用されて石炭転化装置２３５中で炭化水
素が製造される。石炭転化装置２３５中で使用するため
の電力および他の目的に使用するための電力は発電装置
から得られる。第１３図は原子炉給源２１からエネルギ
ーが如何にこの発明による装置に分配されるかを示す。

この装置において動力は高出力スチームタービン２４１
および低出力抽出スチームタービン２４３により誘導さ
れる。原子炉給源２１は緊急冷却熱放出装置２４５およ
び緊急冷却循環器２４７を備える。原子炉給源２１から
の冷却用ガスは中間熱交換器４１の第１通路２４９を通
つて循環器４５により循環される。第１通路２４９から
の排出ガスは第１精製清浄化装置２５１を経て原子炉給
源２１に通る。第２循環器２５３は中間熱交換器４１の
第２通路２５５からの熱ガスを過熱器２６３、スチーム
発生器２６５および供給水子熱器２６７の第１通路２５
７，２５９および２６１を通して、および処理ガス熱交
換器２７１をも通して循環させる。供給水ポンプ２７２
は予熱供給水を供給水子熱器２６７の第２通路２７３か
らスチーム発生器２６５の第２通路２７５を通して輸送
し、ここに生じたスチームをタービン２４１および２４
３に送る。タービン２４３は低温度プロセス２７７にエ
ネルギーを供給する。付加的な供給水が給源２７９から
供給される。供給水の分析は分析器２８１によつて連続
的に行われる。タービン２４１からの過熱されたスチー
ムは過熱器２６３の第２通路２８３を通つて高温度プロ
セス２８５に供給される。高温度化学処理器２８７で処
理された物質は循環器２９１により熱交換器２７１の第
２通路２８９を通して循環される。第１４図は特殊方法
と呼ばれ、第５表に示すブレツヒエル（Ｂｒｅｃｈｅｒ
）の出願に開示された方法により水を水素および酸素に
転化するための装置を示す。

この装置は電解器３００、中間熱交換器４１ａおよび４
１ｂ（これらは第２図の中間熱交換器４１と同じように
作用し、且つ供給を受ける）、酸予熱器３１１、酸蒸発
器３１３、硫酸分解装置３０５、廃熱回収装置３５８お
よび蒸気一液体分離装置３０７を含む。電解器３００は
電解槽装置３０１および直流発電機３２５を含む。

電解槽装置３０１では特殊方法の反応（ＡＹ５行われ、
水素およびＨ２ＳＯ４（Ａ９）を生ずる。水素は使用の
ために輸送される。Ｈ２ＳＯ４は蒸発装置３０３に送ら
れて特殊方法の反応（ｂ）が行われ、且つＨ２ＳＯ４を
蒸発させる。この蒸発装置３０３は酸予熱器３１１およ
び酸蒸発器３１３を含む。この蒸発装置を運転するエネ
ルギーは中間熱交換器４１ａの第２通路３１５から誘導
される。この第２通路からのガスはコンプレツサ３１７
により圧縮される。圧縮されたガスは通路３１５を通り
、ガスタービン３１９（これはコンプレツサ３１７を駆
動する）中で膨張する。ガスタービン３１９から酸蒸発
器３１３および酸予熱器３１１の第１通路３２１および
３２３を流れてコンプレツサ３１７に戻る。ガスタービ
ン３１９はまた直流発電機３２５をも駆動し、この直流
発電機は電解槽装置３０１へエネルギーを供給する。こ
のガス回路における各成分装置を出入するガスの温度は
第１５図の工程図に示される。酸分解装置３０５は分解
反応器３３７および３３９を含む。

廃熱回収装置３５８は交流発電機３５９を駆動するター
ビン３６３および付属するスチーム発生器３５７、供給
水子熱器３４３およびコンデンサ３６５を含む。蒸気一
液体分Ｊｄ離装置、３０７は蒸気一液体分離器３４９，
３７９，３９５および４０１、熱交換器３７３、冷却器
３７７、冷却器３８５およびコンプレツサ３８３，３９
１および３９７を含む。

蒸発装置３０３からの脱水され蒸発されたＨ２ＳＯ４は
酸蒸発器３１３の第２通路３３１、酸分解装置３０５の
分解反応器３３７および３３９を通つて輸送され、ここ
で特殊方法の反応（ｃ穎５行われる。

水、ＳＯ２および０２を含む生成物は分解反応器３３７
の第１通路３４０、供給水子熱器３４３の第１通路３４
１、冷却器３４７の第１通路３４５を通つて蒸気一液体
分離装置３０７の蒸気一液体分離器３４９に入り、ここ
でＳＯ２は圧力下に液化する。エネルギーは中間熱交換
器４１ｂから分解反応器３３７および３３９に供給され
る。

この熱交換器の第１通路３５１からのガス（Ｈｅ）は分
解反応器３３９の第１通路３５３、廃熱回収装置３５８
のスチーム発生器３５７の第１通路３５５を通つて第１
通路３５１に戻る。スチーム発生器３５７の第２通路３
６１はタービン３６３にスチームを供給し、タービン３
６３からの排出物はコンデンサ３６５および供給水子熱
器３４３の第２通路３６７を通る。

このタービンは交流発電機３６３を１駆動し、この発電
機は必要な場所に補助電力を供給する。蒸気一液体分離
器３４９の液相は水およびＨ２ＳＯ４（これは電解槽３
０１に戻される）を生成する少量のＳＯ３を含有する。

蒸気一液体分離器３４９からのＳＯ２および０２は熱交
換器３７３の第１通路３７１、冷却器３７７の第２通路
３７５を通つて他の蒸気一液体分離器３７９に入る。冷
却器３７７の第１通路３８１は冷却器３８５を通つてコ
ンプレツサ３８３からの冷却用ガスを供給され、圧縮ガ
スは水で冷却される。この圧縮されたガスは第１通路３
８１中で膨張する。蒸気一液体分離器３７９のＳＯ２お
よび０２はコンプレツサ３９１により圧縮され、冷却器
３７７の第２通路３９３を通つて蒸気一液体分離器３９
５に入る。

前記分離器３９５からのガスはコンプレツサ３９７によ
り圧縮され、冷却器３７７の他の第２通路３９９を通つ
て蒸気一液体分離器４０１に入る。ＳＯ２は蒸気一液体
分離器３７９、３９５および４０１中で液化して、ＳＯ
２捕集器４０３に送られ、そこから熱交換器３７３の第
２通路４０５を通つて電解槽３０１に戻る。第１５図は
熱量および他のパラメータを示す。

熱量は分解した水１グラムモル当りキロカロリーである
。Ｑは分解した水１モル当りおよび生成した水素２グラ
ムモル当りの所要熱サイクルである。硫酸濃度は重量％
（Ｗ／Ｏ）であり、ガス流量は１分間当り分解した水１
モル当りの立方フイート（Ｃｆｍ）である。第１５図は
流れ回路中に含まれるポンプおよび他の成分装置を示し
てない。この発明の好適な実施例および具体化について
記載したが、その改変が行いうることは云うまでもない
。この発明は先行技術の精神により制限することが必要
である場合以外に制限を受けるべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による方法を示す工程プロツク図、第
２図は第１図に示す方法で使用する装置の原子炉、熱伝
導装置および化学反応加工装置の関係を示す図、第３図
はこの発明による方法で使用する装置に含まれる代表的
原子炉の一部外壁破断透視図、第４図は第３図に示す原
子炉に含まれる燃料要素の粒子を構成するビードの断面
図、第５図は第３図に示す原子炉の燃料要素の透視図、
第６図は第３図に示す原子炉の燃料要素を含む減速剤プ
ロツクの透視図、第７図は第６図に示す減速剤プロツク
のサークルにおける部分の断面の部分図、第８図は第１
図に示す方法で使用する装置の中間熱交換器の立面断面
図、第９図は第１図に示す装置の熱伝導管の概略部分図
、第１０図は第１図に示す方法で使用する装置に含まれ
る代表的化学反応加工装置の概略断面図、第１１図はこ
の発明の実施において多数の生成物を生産するためのこ
の発明による装置の工程プロツク図、第１２図はこの発
明による方法で使用する装置の異種の装置間の共動状態
を示すプロツク図、第１３図はこの発明による代表的エ
ネルギー伝達装置の図、第１４図はこの発明の実施にお
いて水を水素および酸素に転化するための転化反応器の
工程概略図、および第１５図は第１４図における工程図
における消費熱量および温度および流れの成分を示す第
１４図と同様な工程概略図である。 図中、２１・・・・・・原子炉（給源）、２３・・・・
・・熱交換器、２５・・・・・・Ｈ２Ｏ一化学反応器、
２７・・・・・・（ＣＺＵ＋Ｈ２）化学反応器（ガス化
器）、２９・・・・・・ＣＯ一化学反応器、３１・・・
・・・酸性ガス除去装置、３３・・・・・・メタン化反
応器、３５・・・・・・乾燥装置、４１・・・・・・中
間熱交換器、４３′−・・・・・化学処理装置熱交換器
、４５・・・・・・循環器、４７・・・・・・循環器、
４８・・・・・・原子炉、５１・・・・・・圧力容器、
５３・・・・・・炉心障壁、５５・・・・・・燃料単位
、５６・・・・・・減速材プロツク、５７・・・・・・
燃料要素、５９・・・・・・中性子反射材プロツク、６
１・・・・・・中性子反射材、６３・・・・・・スレー
ト板、６５・・・・・・断熱材、６７・・・・・・制御
棒、６８・・・・・・細孔板、７０・・・・・・衝撃吸
収材、７１・・・・・・駆動装置、７３・・・・・・駆
動軸、７５・・・・・・出口空間、７７・・・・・・出
口空間内張り（内張り）、７９・・・・・・環状容積、
８０・・・・・・入口空間、８３・・・・・・燃料取扱
装置、８５・・・・・・燃料移動キヤスク、９１・・・
・・・孔、９３・・・・・・内管、９５・・・・・・外
管、１０１・・・・・・ビード（原子炉基礎構造粒子）
、１０３・・・・・・（ビードの）核、１０５・・・・
・・（ビードの）緩衝用殼、１０７・・・・・・（ビー
ドの）内殼、１０９・・・・・・（ビードの）中間殼、
１１１・・・・・・（ビードの）外殼、１２１・・・・
・・（中間熱交換器４１の）圧力容器、１２３・・・・
・・鐘形端部、１２５・・・・・・鐘形端部、１２７・
・・・・・チユーブ、１２９・・・・・・チユーブシー
ト、１３１・・・・・・チユーブシート、１３３・・・
・・・孔、１３５・・・・・・同軸導管、１３７・・・
・・・同軸導管、１３８・・・・・・環状容積、１３９
・・・・・・鐘形殼、１４１・・・・・・側面口、１４
３・・・・・・同軸外側導管、１４５・・・・・・同軸
内側導管、１４７，１４９・・・・・・同軸殼、１５１
・・・・・・挾隘路、１５３・・・・・・殼、１５５・
・・・・・蛇腹、１５７・・・・・・リツプ、１５９，
１６１・・・・・・同軸殼、１６３・・・・・・蛇腹、
１６５・・・・・・（穿孔）リツプ、１６７・・・・・
・環状容積、１８０・・・・・・原子炉一中間熱交換器
間）導管、１８２・・・・・・外側導管、１８４・．・
・・・内側導管、１８８・・・・・・導管、１８３・・
・・・・酸化アルミニウム床、１８１・・・・・・容器
、１８５・・・・・・導入導管、１８７・・・・・・排
出導管、１９１・・・・・・導入導管、１９３・・・・
・・排出導管、１９５・・・・・・減圧導管、２０１・
・・・・・ＣＯＥＤ装置、２０３・・・・・・合成原油
（炭化水素）化学反応器、２０５・・・・・・酸性ガス
除去装置、２０７・・・・・・メタノール化学反応器、
２３１・・・・・・水転化装置、２３５・・・・・石炭
転化装置、２３７・・・・・・発電装置、２４１・・・
・・・高出力スチームタービン、２４３・・・・・・低
出力抽出スチームタービン、２４５・・・・・・緊急熱
放出装置、２４７・・・・・・緊急冷却循環器、２４９
・・・・・・第１通路、２５１・・・・・・精製清浄化
装置、２５３・・・・・・第２循環器、２５５・・・・
・・第２通路、２５７，２５９，２６１・・・・・・第
１通路、２６３・・・・・・過熱器、２６５・・・・・
・スチーム発生器、２６７・・・・・・供給水子熱器、
２６９・・・・・・第１通路、２７１・・・・・・化学
処理ガス熱交換器、２７３・・・・・・第２通路、２７
５・・・・・・第２通路、２７７・・・・・・低温度プ
ロセス、２７９・・・・・・（供給水）給源、２８１・
・・・・・分析器、２８３・・・・・・第２通路、２８
５・・・・・・高温度プロセス、２８７・・・・・・高
温度化学処理装置、２８９・・・・・・第２通路、２９
１・・・・・・循環器、３００・・・・・・電解器、３
０１・・・・・・電解槽装置、３０３・・・・・・（硫
酸）蒸発装置、３０５・・・・・・硫酸分解装置、３０
７・・・・・・蒸気一液体分離装置、３１１・・・・・
・酸予熱器、３１３・・・・・・酸蒸発器、３１５・・
・・・・第２通路、３１７・・・・・・コンプレツサ、
３１９・・・・・・ガスタービン、３２１・・・・・・
第１通路、３２３・・・・・・第１通路、３２５・・・
・・・直流発電機、３３１・・・・・・第２通路、３３
３・・・・・・、３３５・・・ 、３３７・・
・・・・分解反応器、３３９・・・・・・分解反応器、
３４０・・・・・・第１通路、３４１・・・・・・第１
通路、３４３・・・・・・供給水子熱器、３４５・・・
・・・第１通路、３４７・・・・・・冷却器、３４９・
・・・・・蒸気一液体分離器、３５１・・・・・・第１
通路、３５３・・・・・・第１通路、３５５・・・・・
・第１通路、３５７・・・・・・スチーム発生器、３５
８・・・・・・廃熱回収装置、３６１・・・・・・第２
通路、３６３・・・・・・スチームタービン、３６５・
・・・・・コンデンサ、３６７・・・・・・第２通路、
３６９・・・・・・交流発電機、３７１・・・・・・第
１通路、３７３・・・・・・熱交換器、３７５・・・・
・・第２通路、３７７・・・・・・冷却器、３７９・・
・・・・蒸気液体分離器、２８３・・・・・・コンプレ
ツサ、３８５・・・・・・冷却器、３９１・・・・・・
コンプレツサ、３９５・・・・・・蒸気一液体分離器、
３９７・・・・・・コンプレツサ、４０１・・・・・・
蒸気一液体分離器、ＳＯ２４Ｏ３・・・・・・補集器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 石炭と水とを炭化水素へ転化する方法へ熱を供給す
   るための原子炉と、炭化水素を生成するための化学反応
   器とを備えた装置中で石炭と水とを炭化水素へ転化する
   方法において、水素との反応を容易にするために石炭を
   粉末化し、粉末化石炭中に含まれる揮発性生成物を気化
   させて粉末化石炭から揮発性生成物を除き、次いで粉末
   化石炭を流動化し、原子炉からの廃熱を使用して水を別
   個に水素及び酸素に転化し、このように石炭から別個に
   転化した水素の一部を流動化した石炭と反応させてガス
   状の少くとも第１炭化水素生成物と残さ石炭生成物とを
   製造し、原子炉からの廃熱を使用することによつて別個
   に転化された前記酸素と前述の工程で造つた残さ石炭生
   成物とを反応させて一酸化炭素を造り、この一酸化炭素
   を前述の水素の他の部分と別個に反応させて更に炭化水
   素を製造することからなる、石炭と水とを炭化水素に転
   化する方法。