JPS60500625A - 電気ア−ク変換法および装置 - 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】 電気アーク変換法および装置 通常の温度で行うのが困難な化学反応を促進するため、電気アークにより発生し たエネルギ（３０００〜１００００’にもしくはそれ以上の温度をうろことかで きる）を使用可ることが知られている。フランス特許第１．５６１．４０４号公 報は、電気アークにお（プる液体炭化水素の熱分解法を開示している。この方法 は液体中に浸漬された電極を用いて行われ、電極を固定電極に対し急速回転させ る装置を必要とする。

米国特許第３．３８４．４６７号公報は、電気アーク炉を使用する石炭の変換法 を開示している。液体生成物の変換に関する開示（ユ全く存在しない。

この方法は、主として水素と成る程度のメタンおよびアセチレンとを生成する。

反応生成物は、陰極における通路を介して循環することができる。主とし−Ｃ水 素で構成されないガスを供給すること、或いは微細な石炭粒子をアーク中へ注入 することに関し全く開示がない。石炭粒子は、アーク中ヘスクリュコンベヤによ り層としで供給される。

ドイツ公告公報第２６３９８０７号は、蒸溜塔の内部で電気アークを使用する炭 化水素変換法を開示している。潤滑油を水素含有カスで処理して、低沸点の生成 物を得る。この明細書は、アークのエネルギが分子状水素を活性水素に分裂させ かつ炭化水素をラジカルまで変換し、次いでこれらがアークの近傍で結合して新 たな水素リッチな化合物を生成づるとｊホへている。装置の構造については何も 詳細に示されず、また炭化水素および水素をアーク中へ導入する方法か重要で゛ あることについても何等示唆されていない。

ドイツ特許出願用３６９．３６７号も、電気アークにおける炭化水素と水素との 反応を開示している。このアークは水中に維持され、この方法を操作する方法に ついては何等詳細に示されていない。

スイス特許第１３２，９０４号公報は、水素を電気アーク中で原子状水素に分裂 させることによる水素と炭化水素との結合を開示している。炭化水素は水素と一 緒にアーク中へ通される。

好適力ン五は不連続法であって、水素を先ず導入しかつ解離させ、次いで炭化水 素蒸気を導入する。この種の不連続法は一般に実用的でない。

慣用の原油処理は種々異なる変換法を使用して、たとえば燃料油、ガス油および カッリンのような軽質炭化水素を得ることかできる。各方法において、たとえば 熱り〕４−ミンク、熱分解ａ５よび水蒸気分解のような温度の作用を利用する方 法（熱的方法）と、たとえば流動床で行いうる接触熱分解または水素の存在下て 行われる水素添加熱分解のような接触法とは区別することができる。

現在使用されているこれら全ての方法は、室温で液体の軽質飽和炭化水素を直接 に得ることかできない。これらは、しばしば高金属含有量を有する重質残留物を もたらす。さらに、これらはたとえば石炭または重質石油残渣のような極めて炭 素の多い物質を処理するには適していない。

さらに、接触法はたとえば金属、硫黄もしくは窒素のような不純物に対し極めて 鋭敏であって充分な精製もしくは水素添加熱分解処理を必要とするか、或いは触 媒を再生したりかつ／または流動床接触熱分解装置におけるコークスの燃焼とい う複雑な操作を必要とする。

本発明によれば、炭素質材料を低分子量の生成物まで電気アーク変換する方法は 、高割合のＣ−Ｃ４飽和炭化水素を含有する供給物を電気アークと接触させ、か つ高分子量の炭素質材料を含有する供給物を電気アーと７の近傍でＣＩ　Ｃ４炭 化水素から生じた熱ガスと接触させることを特徴とする。

本発明の方法は、接触熱分解法と比較して、極めて狭い炭化水素フラクションを 必要とせずかつ硫黄の存在により悪影響を受【プないという利点を示す。なぜな ら、硫黄は水素と反応してＨ２Ｓに変化し、これは容易に除去しうるからである 。

窒素の存在も本発明による方法に悪影響を与えない。

Ｃ−Ｃ４飽和炭化水素は、水素源として作用すると思われる。好ましくは、炭化 水素はメタンもしくはエタンである。

Ｃ−Ｃ４飽和炭化水素の混合物も使用することかで・きる。

外部からの水素を存在さぜることもできる。少量の水素の存在は、電極の寿命を 増大させ、特に陰極（直流アークを使用する場合）の寿命を増大させる。好まし くは、水素は陰極のラミナ帯域中へ熱フットの箇所から注入される。しかしなが ら、相当割合の水素の存在はコストを増大させる。

したがって、好ましくはＣ１−Ｃ４が、アーク中へ導入してこれと接触させる供 給物の相当割合、すなわち少なくとも４０容量％、好ましくは少なくとも６０容 吊％、より好ましくは９０容量％を占める。

さらに、水蒸気も存在させうるが、この場合生成したＣＯおよびＣＯ２をその後 に全て除去して腐食を防止づるのが望ましい。

低分子量生成物に変換される高分子量炭素質材料を以下炭糸貝訊柘１示千斗　こ 　吋　Ｕ　１　ヒ　４Ｌｒｅｈ　口　（１）ＬＪ’　つ　トｆ　っ　１し　９ｊ 入庫　貝　ν」　り叶　（することができる。たとえば、これは分子中に１０個 より多い炭素原子を有する炭化水素を含有することができる。使用しうる供給原 料の例はガス油フラクション、並びに分子中に２０個より多い炭素原子を主とし て含有しかつカス油より重質であるフラクション、たとえば１大気圧残渣」およ び「減圧残渣」から得られるようなフラクションである。この種のフラクション は分子中に平均約３６個の炭素原子を有することができる。さらに、この方法は 固体炭素質材料、たとえば石炭にも用いることができる。

一般に、炭素質供給物を、アークと接触させる前にこれを予備加熱するのが望ま しい。好ま］ノ＜は、供給物を３８０〜４３０℃の温度、好ましくは約４００℃ まで予備加熱する。炭素質供給物の温度が低過ぎると、生成物は電気アークから 流出する際に冷たくなりすぎる。この場合には、望ましくないアセチレンおよび コークスの生成を増大するという危険にもかかわらず、アークの温度を上昇させ る必要がある。炭素質供給物に対する予備加熱温度は、後にグラファイトまたは コークスまで変換される危険のあるポリ芳香族化合物の生成を促進するような炉 内の顕著な熱分解の開始を回避するため、４３０℃を越えてはならない。

粘度の低下、すなわち純熱的操作は実際上１５％に制限され、かつコークスの生 成に関連する困難な問題が予備加熱炉で生することが知られている。

その結果、炉内におけるコークスの生成に関する問題およびポリ芳香族化合物の 生成の開始に関連する問題を回避するには、自然熱分解の下限を維持するのが有 利である。さらに、炭素質供給物を比較的低温度の反応へ導入することにより、 アークの生成物の熱エネルギをこれら生成物に対する冷却工程および重質炭化水 素に対する熱ショックにより回収することができる。

高分子量炭素質材料は、好ましくは、微細形状としてアークを包囲づる気相中へ 注入される。

好ましくは、Ｃ−Ｃ４飽和炭化水素をアーク中へ導入してカス流をアークに対し 平行に流動させ、かつ高分子量炭素質材料をアークの下流（カス流に関し）に接 触させ、そこからＣ−Ｃ４炭化水素をアークと接触させる。

好ましくは、アークは２つの軸線方向に延在する電極の間に設定され、Ｃ−Ｃ４ 飽和炭化水素を一方の電極の近傍においてアークと接触させ、かつ高分子量炭素 質材料を他方の電極の近傍においてアークと接触させる。　この方法は、交流ア ークを使用して行うこともできるが、好ましくは直流アークを使用する。

直流アークを使用する場合は、Ｃ−Ｃ４炭化水素を好ましくは陰極の近傍におい てアークと接触させる。

以下の説明は直流アークを使用する好適方法に基づき、この場合Ｃ−Ｃ４炭化水 素は陰極の近傍でアークと接触させす るが、たとえば陰極および陽極アークに対し交流アークを使用して、これを上流 および下流電極（ガス流の方向に関し）と理解することもできる。

イオン衝突により高温度に保たれかつ冷却により＠適温度に制御された熱陰極ア ーク（タングステン型）の脚部に水素発生ガス混合物を導入する。

Ｃ１−Ｃ４炭化水素蒸気は制御圧力下で導入されてアークに吹き付けると共に、 ５０〜６００１１１／Ｓ、好ましくは１００ｍ／Ｓの速度を有するアークを発生 し、ここで速度はｃ　−ｃ４炭化本素含有ガスの性質に依存する。

この速度は慣用の膨張ノズルで得られ、このノズルはそこを流過するカスにより かつ水冷却により熱保護される。

アークの電位は陰極から陽極まで増大し、アークを通過する電流は移動づるカス 全体の温度を１４００〜１６００°Ｃまで２００ボルト程度の低緊張アークにつ いては数ｃｍの間で急上昇させる。

電子衝突による温度の共動作用により、水素発生ガス混合物アーク中のガスの温 度は好ましくは一般に１８００℃を越えないように制御されて、過剰のアセチレ ンの生成を最小にすると共に煤の形成を防止する。カスの供給割合および速度は 、各出発分子に加えられる平均エネルギを調節しうるように制御される。たとえ ば、中性物質の温度が１８００℃を越える場合は、温度が１８００’Ｃ’に越え る帯域ど粒子どの接触を数秒程度の極ので短い時間にすることが必要である。

かくして、陽極の脚部には水素リッチかつ各種ラジカルの多い高温度の混合物か 得られる。

好ましくは、炭素質供給物はインセクタによって陽極へまたは陽極の近傍へ供給 され、このインセクタは機械的噴霧を行うか或いは後にＣＨ２基との重合反応に 関与するような軽質ガス、好ましくはブタンもしくはプロパンの注入により促進 されるアトマイザを使用する。蒸気による噴霧は、アークの脚部にお（プる望ま しくないグラファイト沈着物を最小にする。

ざらに、このガス注入は、熱ガスを陽極から分離してこれを陽極の上方へ上昇さ せる作用をも行う。

好ましくは、注入は１０バ一ル程度の圧力下で行われ、数μへ一散１００μの直 径を有する液滴を含んだ高運動エネルギを有する極めて微細な噴霧シェラ１〜を 得、この場合、蒸発時間はアークから流出しかつＣ１−Ｃ４飽和炭化水素から生 ずるラジカルの寿命程度であり、さらに拡散時間は他のラジカルとの再結合時間 に相当する。この有用な寿命は、使用条件下において　４／１００５の程度であ る。注入は短い間隔で行わねばならない。注入は、陽極自身において、或いは陽 極の後部の方向に或いは圧力解除の後に１部液相にかつ１部気相になる重質噴霧 生成物を効果的に導入さぜうる邪魔板において、アークおよびポストアークのジ エン１−を罎する。

インセクタは、これらインジェクタ中へ導入される月利かアークの近傍に到達す る前にアークからの紫外線に露出される長い通路を有するように配置するのが望 ましい。

混合および乱流を促進するには、炭素質供給物の注入を電気アークにおけるカス の移動方向に対し反対方向に行なうのが右利であり、この場合陽極の端部に投首 された高出力用のインセクタを用いる。他の実施例によれば、電気アークの端部 を包囲する円筒中空陽極は、電気アークの軸線中へこの電気アークに対し反対方 向に蒸発の限界にて重質炭化水素を注入する手段を備える。この配置は、陽極の 腐食を減少させかつ生成物の内部混合を促進するという利点を有する。

成る条件において、アークに近接して或いは極めて熱い帯域を通過する炭素質供 給物は熱分解してグラファイト成長をもたらし、これが調節酸化により化学腐食 されうろことが認められている。これは、殆／υど消費しえないグラファイト電 極を可能にする。

方法の効率を増大させるため、陽極の脚部における炭素質供給物の滞留時間を増 大さゼ、イオンとの接触の結果、炭素質供給物の注入は好ましくは接線方向、す なわち傾斜方向に行なわれる。乱流の増大は、種々の手段特に磁気手段、或いは 空気式手段によって電気アークの回転を生せしめることにより得られる。好まし く（よ、この回転は、接線方向に注入される炭素質供給物の移動とは逆方向に行 なわれる。

炭素質供給物の注入は、液滴、ケなわち遊離カスの温度の最大上昇が８００℃を 越えないような速嗅で行なわれ、６００〜７００℃以上においで過鳴の滞留時間 を回避づる。６００　’Ｃ程度の温度が好適である。

極めて重質の芳香族残留物はより高温度の反応器で処理してアークを包囲する渦 巻を生ぜしめ、その際陽極にお（プるアークの脚部に温度制御帯域を生ぜしめて 前記残留物を熱分解すると共にこれらを激しく水素化する。しかしながら、これ は多量の水素の消費をもたらＪｏ プノデンｊ”たはバラフィ“ンの豊富な第１生成物を、これらは熱分解し易いた め、ノノークの出口において熱冷却にかける　０ ことができる。

炭素質供給物は陽極の脚部方向へ移動を開始する際に予備活性化に好適な紫外線 、豊富なアークからの照射線を受け、次Ｃｓでアークの底部に達し、ここで熱カ スに衝突Ｊ−る。次いで、炭素質供給物は蒸気操作エネルギ条件の選択により幾 つかの断片、好ましくは２〜４の断片に熱分解される。へ炭はフラッシュ熱分解 を受ける。

アークと液球との間に高速度の気体パリＡ］を形成して、アークを包囲するコー クス煙突の形成を回避するのが極めて望ましい。

多かれ少なかれ加熱されているが包囲環境に熱平衡してい水素化を生じて中間範 囲のＣ−Ｃ１８飽和炭化水素を生成する。これらの反応は４５０〜８５０℃の温 石範囲で生じ、好ましくは６００〜７００℃、有利に（よ６００〜θ５０°Ｃ（ ７１）重質生成物の温熱平衡に達した反応の終了時かつ必要に応し冷却物として 重質生成物を注入した後、これら生成物は５５０・〜４５０°Ｃの反応帯域に流 入して、軽質炭化水素の重合反応をそれ自体で促進すると共に、飽和炭化水素に 対ηるオレフィン系炭化水素の添加の開始に際し水素化が牛し−Ｃ中士の飽和炭 化水素を生成する。

１１ 上記以外の反応も同様に生じうる。事実、反応器中で起る反応は、極めて複雑か つ密接に相関する。これら反応は全て液体および気相の両者における乱流の生成 物の動粘度により制御され、重質生成物はこれら２つの相の間の平衡限界におい て反応器中へ注入される。温度に依存して、できるだけ低い動粘度を選択するの が好適である。さらに、噴霧は、反応に関与する種々異なる生成物の間の良好な 接触表面を与える。

本発明による方法の他の重要な特徴は、利用しうるエネルギである。

本発明による反応器の機能は、分子に加えられる平均エネルギがＨ−Ｃ結合およ びＣ−Ｃ結合の開裂エネルギ（４３〜３．７ｅｖ）と誘電破壊（０１〜０．３ｅ Ｖ）との間となるようなものである。比較的低い電子密度により電気アークで得 られる低レベルのイオン化のため、反応を行うのに必要なエネルギは低くなる。

これはアーク中の１分子当り　１５〜５ｅｖ、好ましくは２〜３　ｅｖ　（電子 ボルト）の程度であり、このレベルを越えると煤が発生する。

低レベルのイオン化は５％以下のレベルであって、好ましくは１０００分の１秒 度である。これは、中性化合物およびラジカルの生成、並びにイオン化化合物で なく発生□の水素の生成に好適である。

活性な中性物質の生成に好適な弱イオン化媒体において、化学反応の活性化エネ ルギを減少させるため電気アークが使符表昭ＧＯ−５１１０６２５（５） 用され、これには１秒の１００分の１〜１０００分の１秒度の接触時間に調節す る必要がある。好ましくは、電気アークは連続電流により供給されて制御および 安定性を容易化し、これは電流変化に対向する安定化電力を発生ずる大ぎい平滑 自己インダクタンスにより改善される。交流の場合、電流を規定しかつ陰性アー クの特性を安定化させるには、この自己インダクタンスが必要である。

陽極は水で冷却した慣用の金属、或いはモリブデン、タングステンまたは炭化タ ングステン型の耐火材料から作成されるか、或いは複合体である。アークの強度 および陽極の寿命を増大させるには、陽極は複合体とするのが有利であり、これ ｉよ第１の耐熱性伺料、１なわち高融魚と低蒸気圧とを為し、かつ好ましくは良 好な二次熱イオン放出を有する良導電体で構成し、これを第２の材料（以下「結 合削りと呼ぶ）で包囲し、この第２材料は極めて良好な、熱および電気の伝導体 であって、低蒸気圧を有しかつ極めて緻密かつ重質である。銅結合剤においてト リウム化タングステンにおける複合陽極が好適である。低出力、例えば２００〜 ６０００アンペアにつき反応を実施する簡単な方法によれば、陽極は銅結合剤に おいて２％のトリウムを有する１〜リウム化タングステンの棒で構成される。

他の実施例によればトリウム化タングステンの数本の細いワイヤまたは棒を銅結 合剤で包囲する。

　３ 他の具体例によれば、陽極は溶融金属（鉄、鋳鉄または銅）を含有する中空導電 体で構成することもできる。高出力の場合、陽極の耐熱性を増大さ性るのが望ま しい。この場合、「トランスビレ−ジョン」と呼ばれる技術を利用するのか有利 である。この技術は陽極の表面で液体（水または炭化水素自身とすることができ る）を蒸発させることからなり、その結果、陽極が冷却されかつ冷フィルムによ り覆われる。或（Ａは、冷ガスを陽極の表面に通すこともできる。

トランスビレ−ジョンの技術を行なうには、適当な結合剤で結合された多孔質焼 結陽極（例えば焼結タングステン）を利用するのが有利であり、これは冷却液ま たはガスを通過させうる銅、コバルトなどの金属とすることができる。トランビ レ−ジョン技術に゛つき使用しうる陽極の他の例は］−リウム化タングステン／ 銅の複合陽極とすることができ、胴部分（こ穴を刺通する。

陽極の目的は、アークにおける高移動麿の電子、づなわら熱電子効果により陰極 から排斥されて電場の影響下でアーク分子、原子またはラジカルの通路に沿って 衝突しｈλつ通路を邪魔する電子を、その破壊により或いはショックでの移動エ ネルギにより抽出することである。

アークの長さは印加電圧および圧力の関数である。ガスの速度も、アーク電庁お よび強度により制限される。

ノズルから流出する膨張カスの速度はイオンに対し、その４ 動的エネルギおよび−での慣性により、所定の軌道をｆ４与してアークに対し顕 箸な安定性を与える。

これは複雑な安定化装置、特に磁気駅間に頼る必要がなくなるという利点を有し 、これら装置はかなり阻害された重質生成物の注入領域に設置せねばならないで あろう。

アーク長さ対速度の比は水素発生気体混合物から有用生成物、特に原子状もしく は分子状水素への変換の全反応時間を決定する。この酌量はミリ秒の程度−Ｃあ る。これは−り記の噴霧基準にしたがって調整される。

水素発生気体混合物の供給速度を決定覆るノズルの断面も、供給速度に対する電 気出力を決定する。

制御は、供給速度を調整するためのノズルにおｔプる放出レベルに対する作用、 および反応時間を調節するためのアークの速度に対する作用からなっている。

低出力（８０Ａ、１５０Ｖ　）の反応器を例とづれば、７〜１０ｃｍのアークに て０２５キロモル／ｈの程度の軽質カスの供給速度を用いて操作することかでき る。陰極電圧の低下は、１０Ｖ　／　ｃｔｎの程度の電場の場合３０Ｖの程度で あり、かつ陽極電圧の低下は約２０Ｖである。長アークは電場を増大させる。

上記したように、重質炭化水素は粉炭で置換づることもでき、この場合公知のよ うにアセチレンを生成づるの、ではなく、カリ熱分解および水素添加の後に石炭 を液化してそこに含まれる軽質成分を回収する。この場合、石炭は重質炭化水素 の１５ 代りに微細な形態で導入され、或いは炭化水素と共に液相中に分散される。

反応器にお【プる滞留時間は１秒乃至数秒の程度であり、変換レベル、すなわち 水素発生気体混合物に対して導入される重質生成物の相対供給速度に依存する。

次いで、生成物は蒸留装置（大気圧または僅かに加圧）に移送される。蒸留の後 、ガス油と重質ガソリンと軽質生成物とが順次に得られ、これらを軽質ガソリン とＣ−Ｃ４気体炭化水素とに分離する。後者を膨張ノズルに戻して０ｌ−Ｃ４飽 和炭化水素と混合する。１分子当り１８個より多い炭素原子を有する大気圧残留 型の重質生成物を、出発物質として使用さね−＝炭素質供給物と一緒に循環さ旭 る。

後者は一般に高カットポイン１〜を有する原油の大気圧蒸留から生ずる残渣、或 いは減圧残渣で構成することができ、或いはこれらは減圧蒸留から直接生ずる熱 物質またはこれら蒸留液の混合物とすることができ、または冷物質であってもよ い。上記したように、石炭供給物ｔよ反応器中へ導入づ−る前に炉内で予備加熱 され、その温度を３８０〜４３０℃、好ましくは約４００℃まで上昇させる。

本発明の伯の局面によれば、炭素質供給物を低分子量生成物へ変換するのに適す る電気アーク反応器は、（ａ）長形反応室と、 （ｂ）この反応室の１端部に隣接して配置した第１電極と、　６ 符表昭６ｔｌ−５００６２５（６） （Ｃ）この第１電極から軸線方向に離間して、それらの間に軸線方向に延在する アークを発生しうる第２電極と、（ｄ）第１電極の近傍における反応室中にカス を導入してこの反応室に治ってガス流を生ぜしめる手段と、′（ｅ）微細な材料 を反応室中へ注入しかつ注入物質を第２電極の近傍でアークに衝突させるように 配置した手段と、（ｆ）第２電極から下流のＵ合帯域と、（ｇ）この混合帯域か ら下流の前記反応室からの生成物を除去する手段と、 から構成される。

以下、本発明を添付図面により説明する。第１図は変換装置の略図である。

第２図は電気反応器の垂直軸線断面図である。

第３図は電気反応器の八−Ａ線断面図である。

第１図を参照して、炭素質供給物は配管１により供給され、熱交換器２を通過し 、次いで加熱炉３を通り、そこから３８０〜４３０℃の温度にて流出する。次い で、インセクタ４に達し、ここで陰極６゜と陽極６８とを備えた反応器５中へ注 入され、前記電極間には電気アーク７が形成される。Ｃ１−Ｃ４飽和炭化水素は ノズル８により導入される。

一つの変法によれば、加熱炉３がら流出する栖素質供給物の１部を好ましくは気 相にて４．により陽極の底部の方向へ指向させ、そこから陽極の長さに沿って上 冗させ、陰極がら７ 到来する熱ガスを分離して陽極の腐食を減少させると共に効率的な混合を確保す る。

変換後、生成物は配管９により流出し、そこから大気圧もしくは僅かな加圧で操 作される蒸留装置１ｏに移送され、そこから蒸留残渣を配管１１により除去しか つ１分子当り１８個より多い炭素原子を有する重質炭化水素を配管１２により循 環し、参照符号４で示したように噴出させる。

他の変法によれば、循環される重質炭化水素の１部を配管１２、により陽極の底 部の方向へ指向させ、これを陽極に治って上昇させることにより陰極から到来す る熱ガスを分離する。

蒸留装＠１０（大気圧形の蒸留塔）は、配管１３により移送されろガス油と配管 １れ二より移送される重質ｉｆソリンとを分離する。軽質生成物はポンプ１５に より抽出されて、加圧蒸留装置１６中へ導入され、ここで配管１７により移送さ れる軽質カッリンとコンプレッサー８で圧縮されかつ配管１９によりノズル８ま で循環される気体生成物とに分離される。反応器への電気供給は発電機２０によ り示される。パージ２１は装置１６をパージすることができる。

第２図は電気作動式反応器５の配置を示しており、この反応器は： （ａ）はぼ円筒状の軸線電気アーク７を規定する陰極６　および陽極６．と、イ ンセクタ支持体２１に設置されたインセクタ４中へ炭素質供給物を導入する手段 と、水素発生気体　８ 混合物をノズル８中へ導入する手段とからなる高温度の第１帯域■と、 （１））約４３０℃の温度にて到来する熱分解すへぎ重質炭素質生成物と水素リ ッチな軽質熱生成物との混合、重質炭素質生成物の急激な加熱、および重質炭化 水素の制御熱分解、すなわち吸熱操作を生せしめる、平衡からは極めて離れた極 めて迅速な要素である中間温度の第２反応帯域■（アークから流出するラジカル は水素化および重合の開始時に使用する）と、 （Ｃ）低速反応にしたがって熟成および準加熱発生を行う第■帯域とからなって いる。低温の第■帯域においては、軽質オレフィン炭化水素と飽和軽質炭化水素 どの反応が生じ、水素化の完結により中和量の飽和炭化水素が生ずる。

帯域■および■は、伝導を減少させる目的のチコーブ内に封入された不動カスお よびたとえばアルミブ、シリカ、ジルコニアのような多孔質絶縁材料にお（ブる 小直径のリングにより断熱されて、照射線（特に赤外線）を吸収づる。

さらに、これらの帯域は冷凍液、好ましくは水２３を循環させて冷却される。冷 凍液は参照符号２４の箇所から流入し、２５の箇所から流出する。

第３図は反応器５の断面を示し、この反応器は右利な具体例によればインセクタ ４を備えた６個のインセクタ支持体２１（そのうち２個のみを図示する〉を備え 、重質炭素貿生成物１　つ の接線方向注入を確保する。

反応器の下部には邪魔板２６を設けて、反応器の帯域■にお（プるガスの滞留の 際に生成物をホモゲナイズすることができる。

温度は反応器中で下方から下方へ低下する。上方帯域■において、温度は１８０ ０°Ｃ未満かつ８５０℃以上である。帯域■を形成する反応器の中間部分におい て、分子および液滴のレベルに関し極めて異質である温度は４５０〜８５０℃、 好ましくは５５０〜８５０°Ｃである。帯域■を形成する下方部分において、温 度は３００〜５５０℃、好ましくは４５０〜５５０°Ｃである。

帯域■および■の下部は、所望に応じ冷却の形態の重質炭素質生成物の注入によ り、或いはＣ１およびＣ４炭化７ト素よたはガソリンの循環により、付加反応あ よひ／′または重合に好適な条件下で低温度に維持することができる。

帯域■においては水素と軽ラジカルと、Ｃ１−Ｃ４脂肪族炭化水素蒸気から牛す るエチレンとか生成し、これは帯域■にお（Ｊる水素化反応と帯１ｇ　■におけ る重合反応とに関与する。

３つの帯ｖｉＩ、■および■で生ずる異なる反応は複雑である。

重合は、所望に応じ炉内で或いは電気アーク反応器の出口に位置する第２反応器 で生せしめることができる。

Ａ　Ｃ−Ｃ４′飽和炭化水素蒸気を発生する手段は右利には膨服ノズル（レベル 約１．１）であり、水素発生気体混合物を陰符表昭６０−５００６２５　（７） 極の末端近傍に導入することができ、かつ電気アークの部分吹き付けを行うこと ができる。

数個のインゼクタ、好ましくは６個を第３帯域の周辺部に傾斜かつ接線方向で配 置して、注入生成物（重質炭化水素または石炭）が陽極の近傍においてアークの 帯域に達しうるようにする。インゼクタの傾斜は変化することができ、かつイン ゼクタには異なる傾斜を付与１ノで種々異なる性質の重質炭素質生成物を注入し うるようにする。

反応器の下方帯域（帯［ＩＩ［＞には、有利には邪魔板を設【）て反応器中にお ける生成物の滞留時間を延長させる。

陽極帯域■および■は右利には、チューブ内に封入された静止ガスにより、並び にたとえばＩ５射線を吸収する目的のアルミナ、シリカ、ジルコニアなとの耐火 性多孔性材料の薄層により断熱される。

さらに、帯域■および■は液状冷却剤の循環により冷却される。この液体冷却剤 は好ましくは水であって、安価な材料（スチールまたは炭素）を使用することが できる。さらに、本発明はその目的として、電気アーク反応器に加え、重質炭素 質供給物のための反応器から上流に位置する予備加熱炉と、必要に応じ反応器か ら下流の重合炉と、炭素質供給物を液状で反応器中へ第２帯域のすぐ下流から導 入しで゛冷却を行う手段と、大気圧または僅かに加圧の下で反応器から得られた 生成物を蒸留してこれらをカス油と重質ガソリンと軽質カソリ１ ンと気体生成物とに分離する手段と、軽質生成物を加圧上に蒸留してこれらを軽 質ガスと気体生成物とに蒸留する手段と、大気圧蒸留から得られた過度に重質の 生成物をインゼクタへ循環する手段と、軽質カスを供給ノズルへ循環覆る手段と からなる変換装置に関する。例として、２３７トン／１１の大気圧蒸留残渣を処 理しうる装置は、１０〜１５Ｍ　Ｗの６個の反応器よりなるバッテリを必要とし 、１８ｔ／ｈの天然ガスを消費し、かつ大気圧蒸留残渣の８５％をカス油（４７ ％）とカッリン（３３％）とに変換し、３〜４個の炭素原子を有する炭化水素の ９冨なカスの生成が制約され、これらのガスを循環する。石炭供給物を予備加熱 する炉の熱消費は４．７ｔ／ｈの程度である。

以下、本発明を実施例により説明する。

これら実施例においで【よ直流を使用すると共に、陰極として電極６８を使用し た。

実施例１ この実施例は、低変換速度にお（づる軽質ガス油の水素処理を示している。第１ 図の装置においてインゼクタ４を通して導入される供給物質は軽質カス曲であり 、水素対炭素の比は１．８１３：　１である。ｒ　Ｂ　Ｐ曲線を第４図に示す。

水素発生カスはメタンとした。希釈剤としてはアルゴンを使用した。

この方法を生成物の循環なしに操作した。

操作条件は次の通りである： ２ 供給物注入圧力゛１０バール メタン流速：　３　、３３　Ｋｇ／ｈ　（常温、常圧にて測定）カス油流速：　 １４４４ｇ／ｈ アークの強度：１２０アンペア アーク長さ：　３．５Ｃｍ 得られた生成物は次の通りであった： 供給ガス油以下の全沸え（曲線を右づる軽質ガス油。液体供給原料に基づくメタ ン固定は４４重量％Ｃあった。カス吸収バランスは次のように計算される： この実施例は、混合帯域（帯域■）および浸漬帯域（帯域２３ ■）にあける温度の影響を示している。

インゼクタ４を通して注入された供給原料はスラ・ツクワックス（Ｃ−Ｃ）であ り、４４０〜５４０℃のカッ１〜ポイント２２　４２ を有する。

水素発生ガスはＣＨとＩ２との混合物とした。

供給速度およびアーク条件は実施例１と同様にした。スラツタワックスを４３０ ℃まで予備加熱した。帯域■の温度【よ８５０℃であり、帯域■の湿度は５７５ ℃とした。

得られた生成物は次の通りである： Ｃ２１−１６４．７　全０２　１３　、４モル％Ｃ３Ｈ６５２ Ｃ３Ｈ８１，６全Ｃ６，８モル％ Ｃ４Ｈ７゜　０３　全Ｃ１，８モル％ ２４　特表昭６０−！’１００Ｇ２５　（８）褒焦　重量％ 種々異なる温度に維持した帯域■で上記のような実験を行ない、かつ２１個未満 の炭素原子を分子中に有する生成物への変換割合を測定した。

その結果を第５図に示す。

実施例　３ ＬＵ）夫ｔＭ閃１よ、里貝ｒ＊１乙小糸ｖノ王力％　’Ｉして小しｕＶ’す。

インゼクタ４を通して注入した供給原お１は、ＣＩ２　’　１６ｎ−パラフィン とした。

水素発生ガスはメタンと水素との混合物とした。

操作条件は次の通りである： 供給物性入圧力ニ１０バール メタン流速：　４屑／ｈ（常温、常圧）水素流速　：　２ＴＩｌ／ｈ（常温、常 圧）ｎ−パラフィン：　２０に３／ｈ ア一ク強度：２００アンペア アーク長さ：　７　ｃｍ この工程を循環なしに操作した： ５ 生成物 液体：　なし 固体：　高変換条件により煤が形成される。

気体：　３０．３′ｒｄ／ｈ　（常温、常圧）気体　組成　モル％ これら実施例は本方法の柔軟性を示している。

ＦＩＧ　３ Ｆ／Ｇ５ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡ、Ｌ　５ＥＡＲＣＨＲＥ ＰＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、 　ＰＣＴ／ＧＢ　８４１０００６７　（Ｓ、Ａ　６７１３）ＣＨ−Ａ−１３２９ ０４ｈＪｏｎｅ ＤＥ−Ｃ−３６９３６７Ｎ。ｎｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素質材料を低分子量生成物に電気アーク変換する方法においで、相当割合 のＣ−Ｃ４飽和炭化水素を含有する供給物を電気アークと接触させ、かつ高分子 量炭素質材料を含有する供給物を０１−０４飽和炭化水素から生ずる熱ガスとア ークの近傍で接触させることを特徴とする電気アーク変換方法。 ２．０−０４飽和炭化水素がメタンである請求の範囲第１項記載の方法。 ３、高分子量炭素質材お１が分子中に１０個より多い炭素原子を有する炭化水素 からなる請求の範囲第１項記載の方法。 ４、高分子量炭素質材料が石炭からなる請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか に記載の方法。 ５、高分子量炭素質材料を、分散した微細形状でアークを包囲する気相中へ注入 する請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の方法。 ６．０ｌ−Ｃ４飽和炭化水素をアーク中へ導入してガス流をアークに対し平行に 流動させ、かつ高分子１炭素質材料をＣ−Ｃ４炭化水素をアークと接触させた箇 所から下流にて（ガス流に対し）アークと接触させる請求の範囲第１項乃至第５ 項のいずれかに記載の方法。 ７、アークを共通軸線で配置した２つの軸線方向に延在する電極の間に設定し、 かつＣ−Ｃ４飽和炭化水素を一方の７ 電極の近傍でアークと接触させると共に高分子量炭素質材料を使方の電極の近傍 でアークと接触させる請求の範囲第６項記載の方法。 ８、アークが直流アークであり、かつＣ−０４飽和炭化水素と陰極の近傍でアー クと接触させる請求の範囲第７項記載の方法。 ９、高分子量炭素質材料を３８０〜４３０℃の温度まで予備加熱し、かつ次いで 微細に噴霧した形態で加圧下に注入し、粒子の液滴直径は数ｌｓ〜１／１０＃ま で変化することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の方 法。 １０、炭素質供給物をアークの方向に対し傾斜した角度で斜めにかつアークに対 し接線方向に注入することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか に記載の方法。 １１、反応器の出口において、生成混合物を１つもしくはそれ以上の蒸留にかけ て、ガス油とカッリンとを１８ｇより多い炭素原子を有する重質生成物から分離 すると共に、残留物から軽質ガス炭化水素を分離し、後者を全体的にまたは部分 的に発生ガス混合物の水素と共に循環し、かつ１８個より多い炭素原子を有する 炭化水素を供給物質として作用する重質炭素質生成物と共に循環することを特徴 とする請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれかに記載の方法。 １２、　（ａ）長形反応室と、 （ｂ）反応室の１端部に隣接配置されて、軸線方向に延在２８ するアークを与えるようにした第１電極と、（Ｃ１この第１電極から軸線方向に 離間した第２電極と、（ｄ）ガスを第１電極の近傍において反応室中へ導入して 反応室に沿いガス流を生せしめる手段と、（ｅ）微細な材料を反応室中へ注入す るための、注入物質を第２電極の近傍にてアークに衝突させるよう配置した手段 と、 （［）第２電極から下流の混合帯域と、（（１）この混合帯域から下流の生成物 を反応室から除去する手段と、 を備えることを特徴とする電気アーク反応器。 ］３２反応器に断熱材を設しブると共１こ、軸線方向に延在する第２電極を包囲 する帯域および軸線方向に延在する第２電極から下流の帯域とに赤外線吸収材を 設けた請求の範囲第１２項記載の反応器。 １４、インゼクタを通して導入される材料がアークの近傍に到達する前にアーク から発する紫外線に露出される長い通路を有するようインゼクタを配置した請求 の範囲第１項乃至第１３項のいずれかに記載の反応器。 １５、微細な材料を注入する手段が、電極の軸線に対し傾斜しかつ電極間に設置 されたアークの直径に対し接線方向である通路をインゼクタからの材料が辿るよ うに配置した複数のインゼクタからなる請求の範囲第１４項記載の反応器。 符表昭６Ｏ−５０（１Ｇ２５　（２） １６、ガスを導入する手段を、電気アークを部分的に吹き付けてこれを流体力学 的に安定化させるよう配置したことを特徴とする請求の範囲第１２項乃至第１５ 項のいずれかに記載の反応器。