JPS5944347B2 - 有機炭素質物質を加圧下で熱処理するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に有機炭素質物質を高温かつ加圧下で処理す
る方法であって、送給材料を加熱し、所望の反応を行な
うために用いられるエネルギのほとんどを回収するよう
になし、該処理方法を実施するに際して効率及び経済性
を向上するようにした方法に関するものである。

本発明が適用しうる処理方法の代表的なものに天然産出
の各種有機炭素質物質の乾燥工程がある。

例えばビートを乾燥してビートからほとんどの水分を除
去する工程、例えば褐炭の如き亜れきせい炭を熱処理し
て褐炭を固体燃料としてより適したものにする工程、有
機炭素質物質を熱分解温度に迄加熱して活性化処理して
活性炭又は活性炭素を生産する工程、炭素質送給物質を
高温で熱分解させて該物質に熱クラツクを発生させるか
及び／又は熱劣下させて該物質を燃料ガス及びその類い
の如きガス状生成物に転換させる工程等が挙げられる。

前述の処理工程すなわちプロセスの各々は、高温の制御
温度下で加熱させかつある時間周囲環境を調整して所望
の熱処理を行う。

褐炭の如き亜れきせい炭を品質精選する場合には、加熱
操作は制御圧力下で行なわれ、これによって褐炭の水分
の殆んどが抽出されるばかりでなく褐炭の構造が制御さ
れた形態で再構成される。

有機炭素質送給材料の熱処理においてこれまで用いられ
てきた処理工程装置及び処理工程技術には、導入及び／
又は発生したエネルギーが効率的に利用出来ないという
問題、工程を実施するのに複数個の連結ユニットを用い
る必要があり、装置のための資本支出が太き（なりプラ
ントスペースの使用効率が悪くなるという問題、このよ
うな工程を連続的に行なうのに困難かつ複雑な制御機器
が必要とされる問題、送給材料取入口及び生成物排出口
に装置のための充分なシールを設けるのが困難であると
いう問題、このような装置類を異なる温度及び／又は圧
力で他の材料を処理するのに用いようとした場合のフレ
キシビリティ及び多様性の欠如という問題などの諸問題
が存在していた。

本発明の方法及び装置は従来技術の装置及び手法により
生ずる問題点及び不具合の多くを克服するためのもので
、構造が簡単で、耐久性に富み、異なる送給材料を異な
る温度及び／又は圧力で処理し異なる製品を生産するこ
とができる用途の多様性及び適用容易性を備えた一体的
プロセスユニットを用いたものである。

本発明の装置の更に特徴とするところは熱エネルギの利
用及び回収が簡単に制御出来、効率に優れているので操
作の経済性及び資源の節約が得られるという点である。

本発明の利点は特にその装置の特徴によれば、処理すべ
き粒子状の送給材料の供給物を間欠的又は連続的に導入
して液体と混合してスラリ又は湿潤反応物質が形成され
る貯蔵チャンバを含む反応システムにより得られる。

湿潤反応物質を使用するということば熱処理を高圧下で
行ないそれにより貯蔵チャンバ内での材料の加圧を容易
にしなげればならない場合に特に有利である。

前記湿潤反応物質又は送給材料は前記貯蔵チャンバから
上端部取入口と上端部取出口を備えた搬送チャンバ内へ
と移送される。

搬送チャンバ内の液体のレベルは該チャンバの取入口端
と取出口端との間の適当な作動レベルに維持されており
、該チャンバの前記液体レベル下にある下側部分はガス
密シールセクションを形成しており、又上側部分は送給
材料の排水を行ない該材料が取出口から排出される前に
その予熱を行なうための排出セクションを形成している
。

反応チャンバはその取入口端が前記搬送チャンバ内の取
出口と連通しており、よって予熱した送給材料が供給さ
れる。

送給材料は反応チャンバにおいて所望の温度に迄更に加
熱されるが、この加熱時間は凝縮性部分及びほぼ非凝縮
性部分からなる気相を提している該材料内の揮発性物質
の少なくとも一部分を気化させることを含む該材料の所
望の熱処理を行なうに十分な時間間隔とされる。

前記気相は送給材料の流れと対向流をなす方向に反応チ
ャンバから連続的に引き出され、該材料と接触熱交換を
行ない、凝縮性部分を徐々に凝縮させながらその際の回
収気化潜熱により送給材料を予熱せしめる。

得られた凝縮液体は送給材料から排水されて、搬送チャ
ンバの下側部分内液体と混合される。

残りの非凝縮性ガス状部分は前記液体作動レベルおよび
搬送チャンバ取出口の上方に位置する搬送チャンバ内ガ
ス取出口を通って引き出される。

反応チャンバからの反応生成物は冷却されて、該年成物
と接触する液体を気化させることにより該生成物内のか
なりの熱量が回収され、この気化作用により付加的な凝
縮性気相が形成され、これが送給材料に対して対向流を
なしながら通過して行く。

冷却された反応生成物は収納チャンバ内に搬送され、こ
こから所望に応じて連続的に又は間欠的に除去される。

本発明はその方法の特徴として、炭素質送給材料が液体
と混合されて搬送チャンバ中を上向きに搬送されて行（
プロセスを提供しているが、該チャンバは予め決められ
た内部液体レベルを備えており、該レベルは送給材料が
、搬送チャンバ内を上向きに移動するにつれて液体を徐
々に排水し、又該材料上に凝縮性蒸気を凝縮させるばか
りでなく高温ニおいて非凝縮性ガスと接触することによ
って予熱されるようになっている。

予熱された送給材料を更に加熱する作用は熱反応チャン
バ内で行なわれ、該材料は乾燥、熱再構成、熱分解及び
／又はガス化の如き所望の反応を行なうための所定滞留
時間だけ熱反応チャンバ内に保持され、か（て蒸気を発
生しなから送給材料と対向流をなしかつこれと接触熱交
換作用を行ない搬送される。

得られた反応生成物はこれと接触する液体を気化させる
ことにより冷却処理した後反応チャンバから連続的に除
去される。

前記液体との接触の際凝縮可能相が形成され、該相も又
反応炉自体内に発生した気相とともに進入して（る送給
材料の予熱を行ないながら除去される。

得られた反応生成物は収納チャンバ内に導入され、そこ
から間欠的に又は連続的に除去される。

好ましい方法実施例によれば、前記反応生成物は加圧下
で押出しすることにより連続的に除去されており、この
押出し操作により固体生成物が得られるばかりでな（シ
ステムの出口端におけるシールが確保される。

本発明のその他の利点は付図と関連して説明される好ま
しい実施例により明らかとなるであろう。

付図について言及すると、第１図には本発明に係る有機
炭素質物質の熱処理装置が示されており、該装置は貯蔵
ホッパ１０を有している。

ホッパ１０は粒子状炭素質送給材料が充填されるように
してあり、盲フランジ１４で閉じられ、シールされたフ
ランジ付上側取入口端１２が形成されている。

貯蔵ホッパ１０の下側部分にはフランジ１０が装着され
ており、該フランジ１６は搬送チャンバ２６を画成して
いるある角度で傾斜した容器２４の下側端部と連通すべ
（配置された取入口２２を画成しているパイプすなわち
導管２０に接続されたフランジ１８とシール関係で支持
されている。

搬送チャンバ２６は全体的に円形の横断面輪郭をしてお
り、その全長に沿って同一直径をなしている。

ねじ型式のコンベア即ちオーガ２８が前記搬送チャンバ
のほぼ全長にわたり延びており、その上側端部において
端部キャンプ３０により回転支持されている。

キャンプ３０は容器２４の上側端部にボルト結合されて
おり、その下側端部においてはフランジ３４上のシール
及び軸支組立体３２に支持されており、フランジ３４は
、容器２４の下端に結合されたフランジ３６にシール関
係を保持してしつかりボルト結合されている。

ねじコンベ７２８の中心シャフト３８はシール及び軸受
組立体３２から突出し、継手４０を介してこれを制御速
度で回転させるために可変速電動モータ４２に接続され
ている。

本装置が高圧力のもとで作動される時には粒子状送給材
料は内部圧力の損失を防止するための１個又は複数個の
ロックホッパ（図示せず）を介して貯蔵ホッパ１０内へ
と導入される。

２重ロックホッパが用いられる場合、一方のロックホッ
パは反応器に送給している間、他方のロックホッパは送
給材料を再充填するようにされる。

再充填サイクルは次の４工程からなっている。

（１）第１のロックホッパ（流体で充満しているが粒子
状送給材料は充填されている）を弁の手段で反応炉から
遮断する工程。

（２）空のロックホッパ内の流体圧力を大気圧へと減圧
する工程。

（３）空のロックホッパに粒子状送給材料を充填し内部
流体の大部分と入れ換える工程。

（４）圧力逃がし弁を閉じ、流体圧を圧力ポンプ４４を
介して反応炉の流体圧力に迄上昇させる・工程。

前記流体は基本的に非圧縮性のためシステムの圧力を増
大させる仕事量は無視しうろことに注目されたい。

第１図に例示された特定の実施例においては、貯蔵ホッ
パ１０は大量の送給材を充填した後これをフランジ１４
を介してホッパ内にシールさせるようにされている。

ホッパと反応炉との間には遮断弁が無いので、ホッパの
圧力は実質的に反応器圧力に等しい。

操作の間、粒子状物質が除去される間液体を送給ホッパ
内に注入して搬送チャンバ２６内の液体のレベルを所望
の作動領域内に保持することが出来る。

すなわち第１図に例示されている圧力ポンプ４４、貯蔵
およびサージタンク４６及び流量制御弁４８を含んだ液
体供給システムを介して所望の圧力の液体を導入するこ
とにより以上の液体注入が達成される。

ポンプ４４はパイプ２０内の継手５０に接続された流量
制御弁４８との関連で作動され、第１図５２で示す液体
のレベルを予め選択した作動範囲内に保持するよう作動
する。

搬送チャンバ２６内の液体作動レベル５２は例えば液体
レベルゲージ（図示せず）を容器２４の内側と連通して
配置された下側タップ５４及び上側タップ５５に接続す
ることによって自動的又は視認的に監視することが出来
る。

かくてこれらのゲージによりそれぞれ最低液面レベル及
び最大液面レベルの検出が可能となる。

流量制御弁４８は作動液体レベルの変動に応動して液体
レベルを作業中実質的に一定に保持せしめるよう作動す
る。

貯蔵ホッパ１０内に導入されて該ホッパの加圧を行ない
かつ内部の粒子状有機送給材料とともに液体スラリを形
成するための前記液体は通常水から構成されているが、
本装置内を支配している圧力及び温度状態において気化
し、凝縮することのできる他の液体で構成することも可
能である。

通常処理された型式の有機送給材料はその内部に様様な
量の湿気を含んでおり、よって水を使用するならば送給
材料自体によって導入される水量を補足する程度の水量
を与えれば良く、送給材料と得られる生成物との間の熱
伝達効果を高めるので、本システム内に導入される熱の
回収に際して最適の効果が得られる。

第１図に例示された構成においては、粒子状炭素質送給
材料は貯蔵ホッパの取出口を通って下向きに移動し、パ
イプ２０及び取入口２２を通って搬送チャンバの下側部
分内へと移動し、該チャンバにおいて前記材料はねじコ
ンベア２８にからみこんで、上方に運ばれる。

送給材料がその内部に含まれる液体の作動レベル５２の
上方に運ばれると、送給材料から液体が徐々に排水され
、さらに上方に運ばれて乾燥され搬送チャンバの上側端
部内に形成された取出口５１より排出される。

容器２４にはその取入口と取出口の中間の搬送チャンバ
の最大液体作動レベルより上方の位置にガス取出口５６
が設けられている。

前記ガス取出口はパイプ５８を有しており、該パイプは
搬送チャンバの内部から非凝縮性ガスを排出するための
圧力制御弁６０に接続されている。

搬送チャンバとパイプ５８の内部との連通は複数個の穴
すなわちポート６２によってなされており、これらのポ
ートは第２図に示す如く、パイプ５８によって取囲まれ
た領域内において容器の壁中に設けられている。

前記送給材料は搬送チャンバ内の液体作動レベル５２を
通って上向きに搬送されるにつれて排水されるだけでな
く、反応器６６の上側端部に固定されたフランジコネク
タ６４を通り搬送チャンバの上側端部に進入してくる気
相の対向流によって予熱もされている。

前記気相は反応炉内で炭素質物質を加熱する際発生する
各種の有機質揮発性物質からなる実質的に非凝縮性部分
と、反応炉内で炭素質物質を最終乾燥する除虫ずる水の
如き液体並びに圧力ポンプ６８を通って反応炉の下側部
分内の継手γ０内に導入されて炭素質反応生成物質を冷
却するのに用いられる液体からなる凝縮可能相部分から
構成されている。

反応炉から流出する廃ガス物質の温度は反応領域におい
て炭素質送給材料が加熱される特定の温度に従って様々
な値をとる。

気相が上方に運ばれる送給材料のコラムと接触すると、
前記非凝縮性ガス状部分及び凝縮性ガス状部分からかな
りの熱が移送され、気化熱が供給される送給材料に放出
されることにより前記材料は予熱される。

従って、ガス取出口５６から排出される気相は全部とは
言わないまでも殆んどが非凝縮性ガス状部分からなるも
のであり、このガス状部分から大部分の熱が抽出され、
その結果供給送給材料の予熱という形態で熱反応炉内に
発生した熱エネルギーは実質的に完全に回収される。

本発明の特徴的方法によれば、送給材料内に含まれるか
なりの量の、低ナトリウム又は低カリウム生成物を生ず
るアルカリ金属塩が除去されるために、炭素質状送給材
料の品質向上が更に促進されるということが判明した。

現在の所、この効果が得られる具体的なメカニズムは完
全に判明している訳ではないが、この効果は炭酸を発生
する二酸化炭素の分圧の存在のもとて予熱セクションに
供給される低温供給固体上に蒸気が凝縮する結果による
ものと考えられている。

前記二酸化炭素成分は反応炉の熱反応領域において炭素
質送給材料から発生し、反応炉の予熱領域中を通る対向
流の気相の一部をなしている。

従って炭酸水溶液は、送給材料内に存在するアルカリ金
属とイオン交換反応を行ないこのような汚染金属成分の
少な（とも一部分を抽出すなわち分離しうる水素イオン
を含んでいる。

例えば褐炭精選の如き特定の状況においては、前記炭素
溶液は炭素質固体送給材料内に存在する陽イオンとイオ
ン交換反応を行ないうる水素イオンを含んでいる。

一般的に言ってに十及びＮａ十の如く一価の正電荷を含
む陽イオンは炭酸溶液内においては容易にＨ＋イオンと
置換する。

これに対してＣａ＋十又はＭｇ＋十の如き多価陽イオン
は簡単には置換しにくい。

従って、褐炭の場合には炭酸は炭素質物質からナトリウ
ム陽イオンを優先的に追い出して酸からの水素イオンで
置換せしめる。

カリウムを含む繊維質送給材料の場合には、酸からの水
素イオンと交換される主な成分はカリウム陽イオンであ
る。

前述の理論は予起せぬ結果が生じることの説明をしたも
のであり、これ自体は本発明の一部を構成するものでは
ない。

熱反応炉６６は例えば耐熱ステンレス鋼の如き耐熱物質
又は金属からなる直立管状部材γ２を有しており、該部
分はその全長にわたって実質的に一様な直径を有してお
り、例えば溶接により上側フランジ７４からフランジコ
ネクタ６４へと、又下側フランジγ６から収納チャンバ
に固定されたフランジ７８へと接続されている。

管状部材γ２及びその内部を下方に移動する炭素質送給
材料の加熱は電気抵抗巻線８２によって行なわれており
、該巻線上には絶縁材料の層８４が設けられて熱損失を
最小にしている。

前述した如く、管状部材の下側部分には継手１０が設げ
られており、該継手より液体がポンプ６８を経て導入さ
れており、その結果反応炉内に形成された他のガス状成
分と混じり合って上向きに移動する凝縮可能気相へと該
液体を転換することにより反応炉生成物の冷却が行なわ
れる。

反応炉中における炭素質物質の下方移動は重力により行
なわれており、その速度はチューブ８８内に回転可能に
装着され、シール９０を介して可変速電動モータ９２に
駆動接続されたねじコンベア８６を介して制御されてい
る。

コンベア８６０回転速度の増大又は減少に応じて、反応
炉の高温領域内における炭素質物質の停留時間が変化し
、ねじコンベア２８に接続されたモータ４２の回転速度
と関連させることにより送給材料の必要な熱処理が行な
われる。

炭素質物質の反応炉内レベルはフランジコネクタ６４内
に装着された周知の市販タイプの適当なレベル指示装置
９３によって検出及び／又は監視することが出来る。

反応生成物はコンベア８６により水平方向に搬送され、
重力によりホッパ９４内へと落下する。

このホッパ９４は反応生成物を間欠的に取出すための１
個又は複数個のロックホッパに接続するのが便利である
。

付図の第３図に示す別の実施例によれば、反応炉からの
生成物は第１図の場合の間欠的取出しとは逆に連続的に
抽出されている。

同様の部品にはダッシュ記号を付して示した第３図にお
いて、反応炉の下側端部のフランジ７６′はフランジ７
８′に接続されており、該フランジγ８１は押出し器９
６への取入口を形成している収納チャンバ８０′に接続
されている。

押出し器９６′はその取出口端部にテーパ状押出しオリ
フィス１００を形成した管状ハウジング９８を有してい
る。

ねじ型式コンベア８６’は管状ハウジング９８内に回転
支持されており、シール９０／を経て前述の態様及び目
的で可変速電動モータ９２′に駆動結合されている。

第３図に例示した修整構造によれば、押出し器９６に供
給される熱反応生成物は殆んど穴がない程度に圧密され
、仮想線１０２で示される棒状の形態で押出される。

押出しオリフィス中を通過する際反応生成物が受ける高
圧力の故にシステムの内部から圧力が逃げるのを防止し
ている自己完結シールが得られている。

第１図乃至第３図に説明した構造により、乾燥、あるい
は湿潤状態にある粒子状有機炭素質送給材料は液体成分
の蒸気圧及び装置の構造上の制限に応じて大気圧程度の
低圧から２１０気圧あるいはそれ以上の高圧迄の圧力に
おいて乾燥効果を得るための数百度の温度から前記送給
材料を熱分解しほぼ完全に気化するための１０９３℃程
度の温度又はそれ以上の温度で処理することかできる。

供給される送給材料に対して反応炉内に気相の対向流を
発生させる操作は反応炉の生成物取出口端８０とガス取
出口５６との間に圧力勾配を誘起させることにより達成
される。

例示の意味で第４図の流れ図を参照し、第１図に示す装
置を用いた亜れきせい炭の有益燃料への品質向上プロセ
スを以下に説明する。

採掘されたばかりの、例えば褐炭の如き粒子状亜れきせ
い炭が加圧状態で送給ホッパ１０内に導入される。

米国中北部用特に北及び南ダコタ及びワイオミングに分
布する堆積物中に見出されるタイプの褐炭は典型的には
約２０％から４０％の水分を含有しており、従って予め
乾燥させる必要は無い。

何故ならば前記褐炭を加圧する目的で褐炭には水が混合
されるからである。

粒子状褐炭は搬送チャンバの下側端部内に連続的に導入
され、典型的には１０４、３ ｋｇ／ｃｔＡの圧力及び
約１６℃の温度にある。

湿潤状態の粒子状褐炭は上向きに搬送され、第４図に示
す如く液体レベル５２で規定される界面を越えて通過す
る。

作動液体レベルを越えて送給褐炭材料が通過すると、該
材料の排水が行われ、該材料が予熱領域の上側部分へと
搬送するにつれて気相の対向流と接触するのに対応して
該材料の予熱が行なわれる。

典型的に言えば前記予熱領域における圧力はｉ ０４．
、３ ｋｇ／ｃｒＡであり、前記液体作動レベル直上に
おける温度は約３８℃である。

予熱領域内の空隙は気相で充填され、該相は作動液体レ
ベル近くにおいては反応炉の反応領域内に発生したか又
は凝縮性及び非凝縮性ガスの気体状混合相を供給するた
めにシステムに故意に添加された実質的に非凝縮性ガス
から構成されている。

前記非凝縮性気相は第４図に例示する如く、特定例では
１０４．３ ｋｇ／ｃ７７ｆの圧力にセットされている
適当な圧力逃し及び流量制御用弁を経て除去される。

作動液体レベル付近及び直上の予熱領域における気相は
非凝縮性ガス及び蒸気の混合物から構成されており、該
混合物においては蒸気の分圧はこの特定位置における反
応炉の温度と均衡状態にある。

褐炭充填物が更に上方に移動すると充填物は搬送チャン
バの上側端部における高圧側セクションから排出ガス付
近の低圧側セクションへ流れる対向流気相内の凝縮性蒸
気の凝縮作用により更に予熱される。

予熱領域の上側部分における平均圧力は約１０４．３
ｋｇ／ｒｓｔ （ゲージ圧）であり、気相の組成は上方
に移動する低温送給材料の表面上に蒸気が徐々に凝縮し
ながらガス排出口に向けて下方に気相が移動するにつれ
て徐々に変化して行く。

粒子状流れに対してガスを対向して流すのに必要とされ
る圧力勾配はガス取出口の圧力と生成物取出口８０にお
ける温度を制御することによって保持される。

この特定の例においては、もしガス取出口圧力を１０４
．３ｋｇ／ｃｆＡの圧力にセットした場合取出口８０に
おける温度を冷却水の噴射により３１４℃以上の温度に
制御しなげればならない。

３１４℃になると飽和蒸気の平衡圧力は１０５ｋｇ／ｌ
ｓｔ （ゲージ圧）であり、生成物取出口とガス取出口
の間の圧力差は０．７ｋｇ／ｃｒＡである。

任意の具体例における実際の圧力差はガス流量及び粒子
床を通るガス流に対する抵抗の関数であることを理解す
べきである。

生成物ホッパと全ての近接表面がシステム圧力における
飽和蒸気の平衡温度（１０５ｋｇ／ｃｍ（ゲージ圧）で
３１４℃）にある限りにおいては圧力差は容易に制御す
ることが出来る。

生成物取出口８０において生成された蒸気はそれが反応
炉中な上方に流れるに従って過熱され、高温領域内で生
成された非凝縮性ガスによって希釈される。

これらの高温ガスは前記高温領域直上の下向きに流れる
粒子状材料と熱交換を行ない冷却される。

ガスがガス取出口に向けて流れ続けるにつれて、該ガス
はかなりの熱を失なってより低温になり、予熱領域のあ
る地点において温度がガス流内の蒸気分圧における飽和
蒸気の平衡温度に到達する。

この地点からガス取出口にかげて、流動ガスの組成は、
蒸気がより低温の供給褐炭上に除徐に凝縮するにつれて
変化し続ける。

この予熱領域において、前記圧力勾配は非凝縮性ガスの
逆流に対抗し、その結果非凝縮性ガスについては濃度勾
配が維持される。

この濃度勾配は予熱領域の低温端部において１００％の
非凝縮性ガスに近付き、加熱領域内ではガスと蒸気の混
合物となり、システムの冷却領域では実質的に１００％
の凝縮性ガスすなわち蒸気となる。

予熱された褐炭が予熱領域の上側端部から反応領域の上
側端部内へと搬送される際、反応炉内への固体流量の制
御をし易くするためにある程度の空隙領域を設けること
が好まれる。

前記固体は反応炉の上側端部に進入すると、所望の高温
度に迄加熱されるが、必要な熱入力は反応炉壁中を通っ
て失なわれ◆熱損失と、システムから抽出される。

精選生成物ならびにガスに関してシステムから抽出され
る熱損失とに比例する。

反応炉内の圧力は約１０４．６５ ｋｇ／ｃｒＡであり
温度は約５１０℃である。

反応領域内の気相は過熱蒸気の状態にある凝縮性ガスと
結合して発生した実質的に非凝縮性のガスの混合物から
なる。

精選褐炭生成物はそれが反応領域を下方に向けて通過す
るにつれて１０５ｋｇ／ｃｒＡゲージ圧又はそれ以上の
圧力の水を噴射することにより冷却される。

尚水の噴射は反応炉取出口端部の圧力を約１０５ ｋｇ
／ｃｒＡゲージ圧に保持するに十分な流量に制御される
。

冷却領域において発生する飽和蒸気の平衡温度は３１４
℃であり、冷却された生成物も相当する温度にある。

冷却生成物はその後第１図及び第３図に例示した装置の
いづれかに従って、シールされ１０５ ｋｇ／ｌｓｔの
同一圧力の蒸気で加圧された適当なロックホッパ中を搬
送される。

前述の記載から明らかなる如（、前述の構造においては
本装置の高温端と低温端の間には気相の動的濃度勾配が
与えられ、それにより発生熱のほとんど全てが供給送給
材料の予熱を行なっている凝縮相の凝縮によって回収さ
れている。

本発明に係る有機炭素質送給材料の熱処理のための別の
好ましい装置例が第５図に例示されている。

図示の如く、この装置は第１図の構造において反応チャ
ンバが実質的に直立位置に配置されており、反応物質を
その内部で下向きに流すのは重力の効果を利用している
のに対して、軸線方向に整合された搬送チャンバ及び反
応チャンバを採用している。

第５図の装置は又搬送チャンバ内にスラリ状送給物を導
入するだめの別の機構を示しており、かつ本装置から取
出された気相から動力を回収するための圧力降下タービ
ンシステムを示している。

第５図の詳細について述べると、この装置は角度的に傾
斜した位置に配置された容器すなわちチューブ１０４を
有しており、該チューブはその最下側端部において搬送
チャンバ１０６を画成している。

前記装置は又該チューブの両端中間地点において配置さ
れた絶縁予熱セクションすなわちチャンバ１０８と、チ
ューブの上側端部部分に沿って延びる反応セクションす
なわちチャンバ１１゜ヲ有シている。

容器１０４の下側取入口端はフランジ１１２によってシ
ールされており、該７ランジは前述の態様で適当なシー
ル及び軸受構造を介してフランジ１１４及び歯車箱１１
６へと接続されている。

歯車箱１１６上にはこれを駆動する関係で可変速動モー
タ１１８が接続されている。

歯車箱１１６の出力シャフトはねじタイプのコンベアす
なわちオーガ１２０に対してこれを回転駆動する関係で
接続されており、該コンベア１２ｏは容器１０４のほぼ
中央をその全長にわたって延びており、第５図に示す如
く排出チューブ１２２の取出口付近で終結している。

排出チューブ１２２はフランジ１２４を介して容器１０
４の上側端部に設けられたフランジ１２６に接続されて
いる。

前述の構造によれば、送給材料の積極的な機械的搬送で
本装置の搬送領域、予熱領域及び反応領域中を通過せら
れている。

ねじコンベア１２００回転速度を変化させて、反応領域
内の炭素質物質に所望の滞留時間を与え、第１図の装置
と同様な態様及び目的で送給材料の微妙な熱処理を行な
うことが出来る。

スラリである送給材料を反応炉の取入口端部内に導入す
るために、第１図に示す如き加圧貯蔵チャンバすなわち
ロックホッパ１０を採用する代りに、この実施例では往
復動ポンプ及びボールチェック弁の構造が採用されてお
り、これらは図示せぬ送給材料スラリ供給タンクと、搬
送領域１０６の下側部分と連通して配設されたスラリ取
入ロバイブ１２８との間に挿設されている。

前記ポンプ及びチェック弁装置はチャンバ１３０を有し
ており、該チャンバはその下側端部がスラリ取入口導管
１３２に接続されており、該導管はその内側にボールチ
ェック座１３４を形成しており、該座１３４上にはチャ
ンバ１３０から加圧スラリが排出される間は弁座に着座
しているようにされた取入口ボール１３６が設けられて
いる。

壁部分１３８はチャンバ１３０の上側部分を横断方向に
延びており、中央ポート１４０を形成している。

ポート１４０はその上側端部において弁座１４２を画成
しており、該座１４２上にはポンプピストンの吸引スト
ローク中には着座しているようにされた取出口ボール１
４４が設げられている。

チャンバ１３０の上側端部には導管１４６に接続された
取出口が設けられており、該導管１４６はスラリ取入ロ
バイブ１２８に接続されている。

往復動するポンプピストン１５０を内蔵するポンプシリ
ンダ１４８がチャンバ１３０より横方向に延びてこれに
固定されており、（図示せぬ）適当な可変速モータに駆
動接続された接続棒により往復動させられる。

ポンプピストン１５０が内向゛きに即ち第５図右方向に
移動すると、弁チャンバ１３０の内部が加圧されて取出
口ボール１４４は実線で示す位置から仮想線で示す上昇
位置へと移動し、か（てスラリは導管１４６を経てスラ
リ取入ロバイブ１２８及び本装置の搬送チャンバ内へと
通過することが出来る。

ピストン１５０の引込ストローク即ち第５図の左方への
ストロークの開弁チャンバ１３０の内部は減圧されて取
出口ボール１４４は第５図実線の位置に着座し、一方取
入口ボール１３６は実線位置迄上昇し、付加的スラリ送
給材料が前記弁チャンバ内に供給される。

前記ボールチェック弁装置はその寸法が処理すべき材料
の型式と符合する所望の寸法の炭素質送給材料の粒子を
受は入れるように選ばれている。

通常、第５図に示す如き高圧ポンプ及びボールチェック
弁構造においてはボール直径の約１／４の大きさの粒子
が該弁中を自由に流れることが出来る。

スラリポンプ及びボールチェック弁装置の操作は搬送チ
ャンバの入口にスラリの正確な所定量を反応システム内
を支配している圧力よりわずかに高い圧力で導入するよ
うに行なわれる。

第１図の反応炉装置の場合と同様、第５図の１５２で示
す液体のレベルは前述の態様で予め設定された範囲内に
維持されており、余分な液体は流量制御弁１５６を装備
した排出導管１５４を経て搬送チャンバから引き出され
る。

排出導管１５４の取入口には穿孔性プレート乃至スクリ
ーン１５８が設けられており、粒子状炭素質材料が侵入
するのを防止している。

引き出された液体は送給材料スラリ貯蔵タンクへと適当
に再循環させて再使用することが出来る。

ねじコンベア１２０は粒子状炭素質送給材料を液体レベ
ル１５２を越えて予熱セクション１０８内へと上方に搬
送する作用を行なっており、該セクション１０８内にお
いては供給された液体の排出及び予熱が前述の態様で行
なわれる。

予熱領域１０８は周囲の大気中への熱損失を最小にする
ため絶縁層１６０を備えているのが好まし、い。

この予熱領域の上側取出口端から実質的に乾燥状態に加
熱された炭素質送給物がねじコンベアにより軸線方向に
搬送され、反応領域１１０内へと進入する。

反応領域１１０は第５図の実施例においてはジャケット
１６２を介して予め選定された高温度に維持されており
、該ジャケット内には予熱されたガス又は燃焼性燃料−
空気混合物が取入口チューブ１６４を介して導入され、
炎管ガス取出口チューブ１６６中を対向流的に排出され
る。

ジャケット１６２には適当な絶縁物１６８が設けられて
おり、ジャケット自体内で燃焼する加熱炎管ガスすなわ
ち燃料−空気のガス状混合物の供給は反応領域内で送給
材料に所望の温度が得られるように制御される。

熱的に処理された送給材料は反応領域１１０の上側端部
から出ると、次に排出チューブ１２２内へと通過する。

該チューブには継手１γ０が設けられており、この継手
中に水の如き液体が導入されて、液体が凝縮性気体状相
に転換されるのに対応して反応生成物の冷却が行なわれ
る。

前記気相は反応領域内に形成された他のガス状成分と対
向流をなしながら予熱領域１８０中を移動し、最終的に
は作動液体レベル１５２に近接する搬送領域内に装着さ
れたガス取出口１γ２から外部へと流出する。

冷却された反応生成物はスパイダ１γ４中を通過して第
３図と同様の型式の押出し器１１６内へと進入する。

尚スパイダ１γ４上にはねじコンベア１２０の上側端部
が回転支持されている。

押出し器１７６は管状・・ウジング１７８を有しており
、該ノ・ウジングはフランジ状上側端部を備えており、
これには軸支及びシール装置１８２を内蔵するフランジ
１８０が接続されている。

装置１８０は可変速電動モータ１８６に駆動接続された
歯車減速機１８４の出力シャフトを支持かつシールして
いる。

前記歯車減速機は管状ノ・ウジング１１８の全長にわた
り軸線方向に延び、下端がスパイダ１９０により支持さ
れているねじタイプのコンベア乃至オーガ１８８に駆動
接続されている。

前記管状のノ・ウジングの下側７ランジ状端部はフラン
ジ１９２に接続されており、該フランジは集積チャンバ
１９６の上側端部と導通して配置された押出しオリフィ
ス１９４を画成している。

前記集積チャンバ１９６には適当な粉砕装置を設けて押
出し物を所望の寸法の粒子へと切断すなわちペレット化
することが出来る。

第３図に示す押出し器の場合と同様に押出し器１７６は
炭素質反応生成物を実質的に密度の高い物質へと圧密す
る作用を行なっており、該高密度物質は押出しオリフィ
ス中を通過するに際して自己完結シールを形成しており
、反応システムの内部から圧力が散失することは防止さ
れる。

ねじコンベア１８８の回転速度は反応生成物が管状バウ
シングに送給される速度と適合するよう可変速モータ１
８６により変化させることが出来、か（て押出しオリフ
ィス内には適正な圧密シールが維持される。

第５図に示す反応炉の修整例は一点鎖線で囲まれ、図式
的に例示された動力回収システムを有している。

反応領域内で発生した気相、送給材料内の液体の予熱及
び気化の際発生する凝縮性ガス並びに継手１γ０を介し
て冷却領域内に導入される液体は、前述せる如く、送給
材料の移動に対して対向的に通過する。

ガス取出口を経て引き出される残存気相はほとんどが予
熱領域の取入口端部を支配している温度及び圧力状態下
の非凝縮性ガスからなっており、この装置の内部に適当
な圧力を維持するようにプリセットされた圧力制御弁１
９８を経て引き出される。

ガス取出口チューブ１７２の取入口端には第２図に示し
た如き適当なスクリーン２００が設けられており、粒子
状送給材料の進入を規制している。

流量制御及び圧力制御弁１９８を通って排出される気体
状相は付加選択的に熱交換器２０２中を通過して、炎管
ガスの如き廃熱源からの熱を添加することによりガス体
積流量を増し、その後降圧タービン内へと通過すること
が出来る。

このタービンにより気相の制御された断熱膨張及び圧力
減少が行なわれ、反応炉からの廃ガス内に存在する水の
如き凝縮性ガスの凝縮物が伴なう。

前記タービンはその内部を通過するガス内の凝縮物の存
在を許容出来る構造のものであることが好ましく、この
点に関して重量比で１５％の凝縮物の存在を許容出来る
Ｒｏｔｏ −Ｆ Ｉｏ ｗ社製のタービンは好ましい装
置である。

典型的に述べれば、第５図で符号２０４により図式的に
例示された第１段階のタービンは１０５ ｋｙ、／ｃｉ
の圧力から２１〜３５に９７ｃｍ程度の圧力へと減圧を
行なっており、この減圧段階において形成された凝縮物
は導管２０６を経て引き出され、除去される。

残りの気体状相は第２段階の減圧タービン２０８へと搬
送され、ここでガスの断熱膨張が更に行なわれ、圧力は
例えば２１〜３５ｋｇ／ｃｄから２．１〜３．５ ｋｇ
／ｒｓへと減圧され、この際ガス内の有機質凝縮性成分
の幾つかは凝縮される。

ここでこの圧力降下は採用するタービンの型式及び構造
に適合するよう、不必要な量の液体凝縮物が形成されな
いように制御される。

第２段階のタービン２０８からの流出物はセパレータ２
１０へと搬送され、ここで有機質の凝縮物が排出導管２
１２を経て引き出され、非凝縮性の気体状相は価値のあ
る燃料ガス副産物として導管２１４中を引き出される。

前記第」及び第２段階のタービンは発電設備に接続して
、工程設備及び工場設備を作動するのに必要な電力を発
電し、残りの電力は売却するのが便利である。

セパレータから回収された凝縮性有機質相は炭素質送給
材料を熱処理するため反応炉内に必要な熱を供給するた
めにガス燃料成分とともに用いる液体燃料として採用す
るのが便利である。

本発明は前述の利点を達成するのに十分であることは明
白であろうが、本発明はその範囲から離脱することなく
修整、変更を行ない得るものであることも理解されたい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例に従って構成された連
続的反応システムを例示する一部断面で、一部図式的に
示せる倒立面図、第２図は第１図Ａで示す矢印方向に眺
めた、本装置の搬送チャンバ内ガス排出ポートの拡大し
て描ける断片的平面図、第３図は熱反応生成物を押出し
操作により連続抽出するための別の実施例を例示する一
部断面で、一部図式的に示せる断片的側立面図、第４図
は有機炭素質送給材料を熱処理する際第１図の装置内で
行なわれる作動段階を示す図式的流れ線図、第５図は本
発明の別の実施例に従って構成された連続的反応システ
ムを例示する一部断面で、一部図式的に示せる倒立面図
である。 １０：貯蔵ホッパ、２２：取入口、２６：搬送チャンバ
、５８：搬送チャンバ取出口、２８：ねじコンベア、４
４：ポンプ、４８：流量制御弁、γ２：反応反応チャン
バ２：反応チャンバの加熱装置、５６：ガス取出口、８
０：収納チャンバ、８６：コンベア、５２：液体の作動
レベル、７０゜６８：冷却装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 処理すべき粒子状送給材料の供給物を貯蔵チャンバ
   内に導入する段階と、該送給材料を液体と混合する段階
   と、前記送給材料及び液体を加圧下で前記貯蔵チャンバ
   から下側取入口端部と該取入口端部に関して上昇位置に
   配置された上側取出口とを備えた搬送チャンバ内に導入
   する段階と、前記搬送チャンバ内の液体のレベルを該チ
   ャンノくの前記取入口端部及び取出口端部中間の予め選
   択された作動レベルに制御する段階と、前記送給材料を
   前記搬送チャンバ中を上向きにかつ該チャンバ内の液体
   の前記作動レベルを越えて該チャンノぐの取出口端部内
   の取出口に向けて搬送する段階と、前記送給材料を搬送
   チャンバの取出口から反応チャンバの取入口端部部分内
   へと搬送し、該反応チャンバ内の送給材料をしてその内
   部の揮発性物質の少な（とも一部分が気化して気相及び
   反応生成物を形成するのに十分な期間だけ上昇温度へと
   加熱せしめる段階と、前記気相を前記送給材料の流れと
   逆の方向へ前記搬送チャンバ内の液体の前記予め選定さ
   れた作動レベルから下流側に離れた位置で引き出す段階
   と、前記反応チャンバから排出された反応生成物を冷却
   する段階と、前記冷却された反応生成物を回収する段階
   とを有する有機炭素質物質を加圧下で熱処理するための
   方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の熱処理方法において
   、気相を送給材料に対向流をなす方向に引き出す段階が
   、該気相内の凝縮性ガスを実質的に完全に凝縮させ、か
   つ非凝縮性ガス状成分を冷却させて送給材料の予熱を行
   なうように実施させることを特徴とする有機炭素質物質
   を加圧下で熱処理するための方法。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の熱処理方法において
   、前記気相内の凝縮性ガスを送給材料上に実質的に完全
   に凝縮させるための前記段階が更に前記気相内の二酸化
   炭素成分の少な（とも一部分を溶解させて炭酸水溶液を
   生成せしめ、該溶液が送給材料内に存在するアルカリ金
   属の少なくとも一部分を溶解するようにした段階を含む
   ことを特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処理する
   ための方法。 ４ 下側取入口端部と該取入口端部に関して上昇位置に
   配置された取出口端部とを備えた搬送チャンバを画成す
   る装置と、粒子状送給材料を液体と混合するための装置
   と、前記送給材料及び液体を加圧下で前記搬送チャンバ
   の取入口端部内に搬送するための装置と、前記搬送チャ
   ンバ内の液体のレベルを該チャンバの前記取入口端部及
   び取出口端部中間の予め選定された作動レベルへと制御
   するための装置と、前記送給材料をして前記搬送チャン
   バ中を上向きにかつ該チャンバ内の液体の作動レベルを
   越えて該チャンバの取出口端部内取出口に向けて搬送せ
   しめるための装置と、前記搬送チャンバの前記取出口と
   導通して該取出口から排出された送給材料を収納するた
   めの取入口を備えた反応チャンバを画成する装置と、前
   記反応チャンバ及びその内部の前記送給材料をしてその
   内部の揮発性物質の少なくとも一部が気化し、気相及び
   反応生成物を形成するのに十分な時間だけ上昇温度へと
   加熱せしめるための装置と、前記搬送チャンバ内の前記
   作動レベルと前記取出口の中間に配置されて前記気相な
   送給材料の流れと対向流をなす方向に引き出すための装
   置と、前記反応チャンバから排出された反応生成物を冷
   却するための装置と、前記冷却された反応生成物を排出
   するための装置とを有する有機炭素質物質を加圧下で熱
   処理するための装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置において
   、前記搬送チャンバが水平方向に関して角度方向に傾斜
   していることを特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱
   処理するための装置。 ６ ％許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置において
   、前記搬送装置はその全長にわたって実質的に一様な断
   面積を有していることを特徴とする有機炭素質物質を加
   圧下で熱処理するための装置３７ 特許請求の範囲第４
   項に記載の熱処理装置において、前記送給材料を搬送チ
   ャンバ中で上向きに搬送するための前記装置が回転ねじ
   コンベアを有していることを特徴とする有機炭素質物質
   を加圧下で熱処理するための装置。 ８ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置において
   、前記送給材料を搬送チャンバ中で上向きに搬送するた
   めの前記装置が可変速であることを特徴とする有機炭素
   質物質を加圧下で熱処理するための装置。 ９ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置において
   、前記搬送チャンバ内の液体のレベルを予め選定された
   作動レベルに制御するための前記装置が該搬送チャンバ
   上の検出装置と、液体を本装置内へ導入しかつ本装置か
   ら抽出するために該検出装置に反応して作動可能な流量
   制御弁とを含んでいることを特徴とする有機炭素質物質
   を加圧下で熱処理するための装置。 １０ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、前記反応チャンバが実質的に直立位置に配向され
   ており、前記取入口は該反応チャンバの上側端部部分内
   に配設されていることを特徴とする有機炭素質物質を加
   圧下で熱処理するための装置。 １１ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、反応チャンバから排出された反応生成物を冷却す
   るための前記装置が液体を前記反応生成物と接触せしめ
   、該液体が前記気相内で気化され該送給材料の流れと対
   向流をなす方向に流れるように導入するための装置を有
   していることを特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱
   処理するための装置。 １２、特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置におい
   て、反応生成物を排出するための前記装置が反応生成物
   を加圧下で搬送するための搬送装置を有していることを
   特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処理するための
   装置。 １３ ％許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、反応生成物を排出するための前記装置が押出しオ
   リフィスを有しており、更に前記反応生成物を加圧下で
   搬送して本装置のシールされた一体性を維持する態様で
   該押出しオリフィス中を押出すための装置を有している
   ことを特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処理する
   ための装置。 １４ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、前記反応生成物を冷却するための前記装置及び前
   記気相を送給材料の流れと対向流をなす方向に引き出す
   ための搬送チャンバ内の前記装置とは協働して前記冷却
   領域の付近により高い圧力を与えており、かくて送給材
   料の移動方向に関して気相の対向流が促進されることを
   特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処理するための
   装置。 １５ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、前記反応チャンバが前記搬送チャンバの軸線と軸
   線方向に整合された関係に配向されていることを特徴と
   する有機炭素質物質を加圧下で熱処理するための装置。 １６ 特許請求の範囲第１５項に記載の熱処理装置に
   おいて、前記送給材料を搬送チャンバ中を上向きに搬送
   するための前記装置が前記反応チャンバ中を軸線方向に
   延びており、送給材料が反応チャンバ中を制御されて搬
   送されていることを特徴とする有機炭素質物質を加圧下
   で熱処理するための装置。 １１ 特許請求の範囲第１６項に記載の熱処理装置に
   おいて、前記送給材料を搬送チャンバ及び反応チャンバ
   中に搬送するための前記装置が回転ねじコンベアを有し
   ていることを特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処
   理するための装置。 １８ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、前記送給材料及び液体を搬送チャンバの前記取入
   口端部内に搬送するための前記装置は取入口及び取出口
   チェック弁を内蔵する往復動ピストンポンプを有してい
   ることを特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処理す
   るための装置。 １９ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、前記気体状相を引き出すための搬送チャンバ内前
   記装置が搬送チャンバ及び反応チャンバを予め選定され
   た作動圧力に維持するための圧力流量制御弁を含むこと
   を特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処理するため
   の装置。 ２０ 特許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、前記気体状相を引き出すための搬送チャンバ内前
   記装置が更に廃熱源からの熱を前記気体状相に加えてそ
   の流れを増大させるための熱交換器を含んでいることを
   特徴とする有機炭素質物質を加圧下で熱処理するための
   装置。 ２１ ％許請求の範囲第４項に記載の熱処理装置にお
   いて、前記気相を引き出すための前記搬送チャンバ内前
   記装置が該気相を予め選定された低圧力へと断熱膨張さ
   せるための圧力降下タービンと、該タービンに接続され
   た動力発生装置とを含むことを特徴とする有機炭素質物
   質を加圧下で熱処理するための装置。 ２、特許請求の範囲第２１項に記載の熱処理装置におい
   て、前記タービンから排出された気相内の凝縮性成分を
   回収するための装置が更に含まれていることを特徴とす
   る有機炭素質物質を加圧下で熱処理するための装置。