JPS61217619A - 多段炉床反応装置と炭素質材料の熱処理法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、多段炉床反応装置とこの装置を用いた炭素質
材料の熱処理のための方法に係る。

本発明の多段炉床反応装置と方法は、制御された圧力と
高温の下で残留湿分を含有する有機炭素質材料を処理し
て、炭素質材料に所望の物理的および／または化学的な
処理を加え、燃料として使用するのに適した反応製品を
製造する技術に広範囲に利用することができる。とりわ
け本発明は、未処理の供給状態でかなりな量の湿分を含
有する炭素質材料を高温高圧条件に晒し、その結果、固
体反応製品の残留含有湿分を実質的に減少させると共に
、有機材料に所望の熱による化学的な構造の改変を加え
、水分を除去した乾燥状態で高い発熱値を備えた良好な
物理特性が得られる。

（従来の技術） 石油や天然ガス等の従来のエネルギ源は限りがあってし
かもコストが上昇していることから、褐炭、準瀝青炭と
いった豊富な資源、−一部のような繊維質材料、伐採作
業や製材工程から生じるおがくず、樹皮、木くず、小枝
およびチップといった廃棄繊維質材料、綿花植物の茎、
果皮、トウモロコシの皮等の様々な農作業から生じる廃
材、さらには一般から回収された古紙パルプ等の代替エ
ネルギ資源の開発が進められてきている。しかしながら
そうした代替材料は、そのままの状態では幾つかの理由
により高いエネルギ燃料として直接使用することができ
ない。このため従来から、乾燥状態での発熱値を高める
ことＫよりそうした材料を燃料として使うのにより適し
た品質のものに変え、また同時に風化しＫくく、運搬並
びに貯蔵し易くする様々な方法が提案されてきている。

そうした従来技術の典型的な装置と方法が、米国特許第
４．０５２．１６８号に記載されている。この米国特許
では、制御された熱処理を加えて褐炭の構造を化学的に
改変し、安定していて風化しに＜＜、シかも瀝青炭の発
熱値に近い高い発熱値を備えた固体炭素質−製品にグレ
ードアップするよう釦なっている。また別の例が米国特
許第４．１２７．５９１号に記載されている。この米国
特許では、従来の石炭洗浄作業から生じた廃棄瀝青炭粉
末に熱処理を加えて、固体燃料として直接用いるのに適
した固められたコークス状固体製品を形成するようＫな
っている。また別の例が米国特許第４，１２９．４２０
号に記載されている。この米国特許では、ビートのよう
な自然界に存在する繊維質材料や廃棄物の繊維質材料の
構造を制御された加熱処理によりグレードアッゾして、
固体燃料として使用したりあるいは燃料オイルスラリー
として他の従来の燃料と混合して用いるのに適した固体
炭素質製品またはコークス状製品を形成するよう罠なっ
ている。

前述した一連の米国特許に記載されている種類の炭素質
供給材料をグレードアップ加工する反応装置と方法が、
米国特許第４１２６．５１９号に記載されている。この
米国特許では、液状スラリーの供給材料が傾斜反応装置
に導入され、漸進的に加熱されてほぼ乾燥した発熱値の
高い固体反応製品を形成するよう釦なっている。反応は
制御された高圧高温の下で行なわれ、供給材料に含まれ
るほぼすべての湿分と揮発性有機成分の少なくとも一部
を蒸発させる所望の熱処理を行なえるよう、処理時間が
考慮されている。また同時に制御された状態の下で一部
の化学的な構造の改変または熱分解が行なわれるように
なっている。反応は酸化の生じない雰囲気内で行なわれ
、固体反応ｉ品は燃焼または劣化を生じることなく大気
に接触させた状態で排出できる温度まで漸進的に冷却さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点） 前述した米国特許に記載されているような方法と装置は
、様々な未処理炭素質供給材料を適切に処理してグレー
ドアッゾされた固体反応製品を製造できることが知られ
ているが、さらに能率が良く、汎用性が高く、単純で、
しかもそうした様々な未処理の湿潤炭素質供給材料を連
続的に熱処理するのに制御が簡単で、結果重圧、従来の
エネルギ資源の代替資源として高いエネルギを持つ固体
燃料をさらに経済的に製造することのできる、反応装置
並びに方法が求められている。

（問題点を解決するための手段） 本発明の装置の実施例の１っＫそった本発明の有用性と
利点とは、重ね合わされた複数の環状の炉床を収容する
室を形成している圧力容器からなる、多段炉床反応装置
により得られる。前記炉床は、室の同縁部に向けて下向
きに傾斜角度の付いた一連の上側炉床を備えている。前
記室は乾燥ゾーンすなわち予熱ゾーンを形成しており、
このゾーン内で供給材料の湿分および化学的に結合した
水は除去される。上側炉床の下部忙は、加熱手段を備え
た反応ゾーンを形成している一連の下側炉床が配置され
、当該供給材料をこの供給材料に含まれる揮発性物質の
少なくとも一部を蒸発させることができるだけの時間に
わたり制御された非常に高い雰囲気圧の下で高温に加熱
して、反応ガス並びに湿分を除去され高温に加熱された
固体反応製品を形成することができる。反応ゾーン内で
形成された高温の反応ガスは、逆流状態忙乾燥ゾーン内
の供給材料と熱交換関係に上向きに流れ、この反応ガス
の内の凝縮可能な部分の少なくとも一部分が流入する供
給材料と接触して凝縮し、蒸発の潜熱を供給材料に放出
して予熱を行ない、供給材料に含まれる化学的に結合し
た水を抽出するよう忙なっている。前記水は、反応装置
の外部まで加圧状態の下で゛傾斜角度の付いた炉床より
除去される。

反応容器は中央に位置した回転可能なシャフトを備えて
いる。このシャフトは、箇々の炉床の上側表面ＫＩＩ接
して配置された複数の攪拌アームを備えている。これら
攪拌アームはシャフトの回転に際して動作し、箇々の炉
床に沿って半径方向に交互に供給材料を内向きおよび外
向きに漸進的に搬送し、炉床の１つからこの炉床の下側
にある次の炉床へと供給材料を下向きに流下させること
ができる。環状のバッフルを炉床および攪拌アームの上
部に配置して、逆流する高温の反応ガスがそうした炉床
上にある供給材料忙極く接近した区域を流れ、供給材料
とが充分に接触し合って熱交換できるように、こうした
バッフルを反応装置の乾燥ゾーン忙使用することが望ま
しい。

固体反応製品は反応装置の底の部分から取り出され、適
当な冷却室へと搬送される。この冷却室内で、供給材料
は劣化作用を受けないで大気に接触させて排出できる温
度まで冷却される。

反応装置は上側部分に出口を備え、反応ガスを加圧状態
の下で製品ガスとして抜き取ることができる。こうした
製品ガスは、必要に応じ、反応装置の反応ゾーンで燃焼
して当該ゾーンを加熱するのに用いることができる。ま
た反応装置の上側部分は、未処理の炭素質材料または混
合物を適当な圧力遮断装置を介して反応室内Ｋまた乾燥
ゾーンの最上部の炉床に導入する、入口をも備えている
。

本発明の装置の有用な他の実施例では、供給材料の乾燥
と予熱とが多段炉床反応装置の外部に配置された、第１
の工程の反応装置により行なわれる。こうして予熱され
且つ部分重圧脱水された供給材料は、その後、前述した
複合多段炉床反応装置の下側部分からなる類似の反応ゾ
ーンの多段炉床反応装置に送り込まれる。これら両方の
装置の実施例において、ワイアブラシ等の適当な掃除装
置を用いて、環状バッフルの外側表面から付着層を取り
除き、装置の最適な作業能率を維持するようＫもできる
。また管状の熱交換エレメントすなわち電熱エレメント
を伝導シールド内に収容し、これに同じように掃除して
理想的な熱伝達特性を維持することもできる。

本発明の方法の形態にそっていれば、湿潤有機炭素質材
料は、反応装置から切り離された予熱ゾーンまたは反応
装置と一体化された予熱ゾーンに導入される。この予熱
ゾーン内で、供給材料は逆流する反応ガスにより約３０
０°Ｆ１から約５００°Ｆ１（約１４９℃から約２６０
°Ｃ）の温度に予熱される。同時に１流入する低温の供
給材料上に凝縮する水分および供給材料の加熱によって
生じた水分は供給材料から取り除かれ、排液系統を通じ
て加圧状態の下で予熱ゾーンから取り除かれる。部分的
に脱水された状態の供給材料は予熱ゾーンから反応ゾー
ンを通じて下向きに流れ、はぼ約、１分程の極く僅かな
時間から約１時間まで、あるいはそれ以上の時間の範囲
内にわたり、約３００　ｐｓｉから約３０００　ｐｓｉ
まで、あるいはそれ以上の範囲の圧力の下で、約４００
’Ｐから約１２００°Ｆ（約２０４℃から約６４９°Ｃ
）まで、あるいはそれ以上の温度まで加熱され供給材料
に含まれる揮発性物質の少なくとも一部を蒸発させて、
ガス相と固体反応製品とを形成するようになっている。

本発明の有用性並びに利点は、添付の図面に照らして好
ましい実施例の説明を読めば明らかになる。

（実施例） 図面を詳しく参照する。第１図から第３図に詳しく示さ
れているように１本発明の一実施例にそった多段炉床反
応装置は圧力容器１０から構成されている。この圧力容
器１０は、環状のフランジにより気密関係に互いに固定
されたドーム状の上側部分１２と、円筒状の中央部分１
４と、ｒ−ム状の下側部分１６とを備えている。反応装
置は、一連の脚２０によりほぼ直立した姿勢に保たれて
いる。これら脚２０は、容器の中央部分の下［７ランプ
１８に連結された当接部２２に固定されている。上側ｒ
−ム部分１２は７ランゾの付いた入口２４を備え、反応
装置の内部に微粒子化された湿潤炭素質供給材料を導入
することができる。傾斜バッフル２６が入口２４に近接
して設けられ、進入してくる供給材料を反応室の円面に
向けて案内するようＫなっている。７ランジの付いた出
口２８が上側部分１２０反対側に設けられ、以下に詳し
く説明する方法により、反応ガスを加圧状態の下で反応
室から抜き取ることができる。下向き　　゛に垂れ下が
った環状のボス３０が上側部分１２の内側中央部分に形
成されている。このざス３０の内部にはベアリング３２
が設けられ、回転シャフト３４の上側端部を回転可能に
支持している。

回転シャフト３４が反応装置の内部に位置し、下側部分
１６に形成された環状のポス３６内でベアリング３Ｂと
密封シール組立体４（ＨＣより下端部を回転可能に軸受
けされている。回転シャフト３４の外に突き出た端部に
は段差の付いたスタブシャフト部分４２が形成されてい
る。このスタブシャフト部分４２は、ベアリングキャリ
ア４６内に取り付けたスラストベアリング４４が支持し
て据え付けられている。

半径方向に延びる複数の攪拌アーム４８が、回転シャフ
ト３４に沿って鉛直方向に間隔をあけて、当該回転シャ
フトに固定され且つこの回転シャフトから半径方向に突
き出ている。一般的には２つか３つ、あるいは４つの攪
拌アームを予熱ゾーンまたは乾燥ゾーンで使用すること
ができ、また反応ゾーンでは６つまでの攪拌アームを使
用できる。

典型的には、箇々のレベル毎にほぼ９０度の間隔で４つ
の攪拌アームが回転シャツ）Ｋ取り付けられている。角
度の付いた複数の攪拌翼５０が攪拌アーム４８の下側に
取り付けられ、シャフトの回転に伴い多段炉床に沿って
供給材料を半径方向内向きＫそして外向きに移動させる
ことができるように角度が付けられている。

シャフト３４とこのシャフトに取り付けられた攪拌アー
ム組立体はモータ５２により回転される。

このモータ５２は調節可能なベース５４で支持され、出
力シャツ）Ｋ取り付けられた駆動ベベルイア５６を備え
ている。この駆動ベベルギア５６は、シャフトの下側端
部に取り付けられた被駆動ベベルギア５８と常に噛み合
った関係に配置されている。モータ５２は、シャフトの
回転速度を変える制御のできる速度可変形式のものが好
ましい。多段炉床反応装置の内部の温度変化に伴って生
じる、シャフトの縦方向の膨張と収縮並びにシャフトか
ら突き出た攪拌アームの鉛直方向の位置関係のずれに対
処するために１ペース５４とシャフト３４の外に突き出
た端部とは調節可能なジヤツキ６０上に配置されている
。ジヤツキ６０は流体作動シリン／６２により支えられ
、ベース５４の高さを選択的に変えて、反応装置内の炉
床の上側表面に対し攪拌翼５０を適切に配置することが
できる。

第１図に示した特殊な実施例では、反応装置の内部は、
上側予熱ゾーンと脱水ゾーンと下側反応ゾーンとに分割
されている。予熱ゾーンは傾斜角度を付けて重ね合わせ
られた複数の環状の炉床６４から構成されている。これ
ら炉床は反応室の周面に向けて下向きに傾斜している。

上側予熱ゾーンは円筒形のライナー６６を備えている。

このライナー６６は、中央部分の壁１４から半径方向内
向きに間隔をあけられ、またこのライナーに傾斜角度の
付いた炉床６４が取り付けられている。ライナー６６の
最上部の端部には外向きに傾斜した部分６８が設けられ
、中央部分のライナーと壁１４との間の環状の空間内に
炭素質供給材料が入り込むのを防いでいる。第１図を見
て最上部の炉床６４は円縁部がライナー６６に連結され
、回転シャフト３４に向けて内向き且つ上向きに延びて
いる。

炉床６４は下向きに配置された円形のバッフル７０で終
わっている。このバッフルＴＯは環状のシュートを形成
し、このシュートを通じて下側に位置する環状の炉床の
内側部分に供給材料は流下する。

最上部の炉床６４の下側に配置された下向きに傾斜した
環状の炉床６４は、ライナー６６に取り付けられていて
、角度間隔をおいてブラケット７２によりライナー６６
に対して支持されている。第６図忙詳しく示しているよ
うに、第２の環状の炉床６４には当該炉床の周縁の廻り
に複数のポートまたは開ロア３が形成されている。この
ポートまたは開口を通じて、供給材料は下側に位置する
後続の炉床に流下状態で放出される。前述した構成によ
れば、入口２４を通じて導入された湿潤炭素質供給材料
は、最上部の炉床６４の外側回縁に向けてバッフル２６
により送り込まれる。その後、攪拌翼５０により円形の
バッフル７０の上方の位置へと内向き且つ上向きに搬送
される。その結果、この湿潤炭素質供給材料は間隔をあ
けて下側に位置した炉床へと落下する。同様に、最上部
から２番目の攪拌翼５０は炉床の上側表面に沿って供給
材料を外向き且つ下向きに効果的に搬送し、最終的に炉
床の周縁にあるポート７３を通じ供給材料を放出するこ
とができる。供給材料は、第１図の矢印で示すように、
内向きにそして外向きに交互に流動しながら連続して下
向きに通り抜けていき、最終的に下側反応ゾーン内に放
出される。

下向きに流動している際、供給材料は上向きに逆流する
高温ガスに接触させられ、当該供給材料をほぼ約２００
°Ｆ’から約５０００Ｐ（約９６℃から約２゛６０°Ｃ
）の温度に予熱する作業が行なわれる。

供給材料と上向きに流れる反応ガスとを充分に接触させ
るために、環状のバッフル７２が傾斜角度の付いた炉床
６４の内の少なくとも幾つかを覆って攪拌アーム４８の
すぐ上部に配置され、そうした高温反応ガスの流れを環
状の炉床の上側表面に極く近づけ、当該上側表面上にあ
る供給材料と熱交換関係に流すようになっている。供給
材料の予熱作業は、冷えた状態で入ってくる供給材料の
表面にスチームのような反応ガスの凝縮可能な部分が凝
縮することＫより、そして直接的な熱交換が生じること
により当該予熱作業の一部が行なわれる。凝縮液体と入
ってきた供給材料と化学的に結合して生じた水は傾斜角
度の付いた炉床に沿って下向き且つ外向きに流し出され
、円形のライナーに連結された最も外側の端部位置にあ
る炉床の周縁部から環状の樋７４を通じて排出される。

前記樋７４は、当該機の入口端部を覆うジョンソン形式
スクリーン等のスクリーン７６を備えている。

このスクリーンは、隣接する攪拌アームの最先爆の攪拌
翼に取り付けである擦りエレメントまたはワイアシラシ
フ７により、連続して掃除されるようになっている。環
状の樋７４は、中央部分のライナー６６と壁１４０間の
環状の空間内に配置された下向き通路７８につながった
状ＷＩＡＫ配置されている。従って、液体は第１図に示
すように凝縮液出口を通じて反応容器から取り出される
。

予熱ゾーンを上向きに通り抜けて冷えた反応ガスは、最
終的にフランジの付いた出口２Ｂを通じて圧力容器の上
側部分１２から取り出される。

予熱され且つ部分的に脱水された供給材料は、連続的に
制御された高圧の下で、予熱ゾーンの最下部の炉床から
反応ゾーン内部の最上部にある環状の炉床８２へと流て
いき、はぼ約４００６Ｆから約１２００°Ｆ（約２０４
℃から約６４９℃）までの範囲の温度またはそれ以上の
温度に加熱される。

反応ゾーン内にある環状の炉床８２はほぼ水平な状態に
配置されている。また交互に位置する炉床は、当該炉床
の周縁部が中央部分の内壁１４上にある耐熱ライニング
８４に対しほぼ密封された状態になるよう配置されてい
る。反応ゾーン内にある攪拌アーム４８の攪拌翼５０も
同様に、第１図の矢印で示すように、供給材料を流動状
態の下で交互に半径方向内向きＫそして外向きに移動さ
せることができる。こうしてほぼ水分を除かれ且つ熱に
よりクレーｒアップされた固体反応製品が最下部炉床８
２の中央から円錐状のシュート８６に流れ落ちそして７
ランジの付いた製品出口８８を通じて圧力容器から取り
出される。

圧力容器からの熱損失を少なくするために、円筒状の中
央部分と下側部分１６は、従来技術で間知の種類の断熱
材９０からなる外側層を備えている。中央部分は、当該
中央部分を覆う断熱材を保護するために外側シェル９２
を備えているのが望ましい。

反応ゾーン内での提供材料の加熱作業は、当該ゾーン内
に配置された電熱エレメントを用いてか、または熱交換
流体が循環する中央部分の壁１４の周面を覆うジャケッ
トを用いてか、あるいは第１図に示した構成による管状
の円周熱交換機と横断熱交換器とを用いて行なわれる。

前記熱交換器は、耐熱ライニング８４の内側表面に接し
て配置された螺旋状の管束９４から構成されている。ま
た横断熱交換器は、圧力容器内の環状の炉床８２のすぐ
下側の位置で当該圧力容器を水平に横切って突き出た複
数のＵ字形の管９６からできている。円周熱交換器の管
束９４は、フランジの付いた入口９Ｂとフランジの付い
た出口１００とを介して、加圧された二酸化炭素と云っ
た高温搬送流体またはこれに類似の搬送流体の外部供給
源に連結されている。第１図と第２図に詳しく示されて
いるような横断熱交換器のＵ字形の管９６は、それぞれ
が入口ヘッダ−１０２と出口ヘッダ−１０４とに連結さ
れている。またこれらヘッダーは、圧力容器の壁を突き
出たフランジの付いた入口１０６とフランジの付いた出
口１０８とに連結されている。

円周熱交換と横断熱交換器の系統は同じ熱交換流体の供
給源に連結することができる。あるいはこれとは別に、
第４図に概略的に図示したような好ましい実施例にそい
、加熱源を分離して各系統毎に部側に制御を行ない、反
応ゾーン内で供給材料に必要な加熱を加えて供給材料を
熱により構造を改変することができる。

操作について、第４図のフロー図を詳しく参照する。適
当な湿潤炭素質供給材料が、貯蔵ホッパ１１０から加圧
状態の下で適当な圧力遮断装置１１１を通り圧力容器１
０の入口２４に導入される。未処理の湿潤供給材料は、
前述した方法により且つ上向きに流れる反応がスと熱交
換接触しながら下向きに搬送され、はぼ約２００′″Ｆ
から約５００：′Ｆ（約９６℃から約２６０℃）までの
温度範囲で供給材料の予熱が行なわれる。その後、予熱
されて部分的に脱水された供給材料は多段炉床反応装置
の下側反応ゾーン１１４を下向きに通り抜ける。この下
側反応ゾーン内で、供給材料はほぼ約４００°Ｆから約
１２００”Ｆ（約２０４℃から約６４９６０）までの範
囲の高温に加熱され、含有されている残りの湿分並びに
揮発性のある有機成分および熱分解反応物のほぼすべて
を蒸発させることにより、熱による構造の改変または部
分的な熱分解を制御しながら行なえる。反応装置内部の
圧力は、使用される供給材料の種類に応じ、また必要と
される固体反応製品を製造するのに必要な熱による構造
の改変の程度に応じ約５００　ｐｓｉから約３０００　
ｐｓｉの範囲内にほぼ制御されている。

反応装置の予熱ゾーンと反応ゾーン内の環状の炉床の数
は、必要とする処理時間に応じて決定され、反応ゾーン
内で材料の滞留時間が設定されるようになっている。こ
の滞留時間は、一般的には、約１公租の極く僅かな時間
から約１時間まで、あるいはそれ以上の時間の範囲内に
ある。熱により品質を高めてできた固体反応製品は、反
応装置の下側部分にある製品出口８８から排出される。

そして排出された固体反応製品は、大気に接触させた状
態で排出しても燃焼または品質劣化の生じない温度まで
冷却装置１１６内で冷却される。一般的には、固体反応
製品は約５００′１？（約２６０℃）以下の温度に、よ
り好ましくは約３００ｆｆ（約１４９°Ｃ）より低い温
度まで冷却することが好ましい。製品出口８８から延び
る排出導管も圧力遮断装置１１８を備え、この圧力遮断
装置を反応製品が通っても反応装置から圧力が漏洩する
ことがない。

冷却された反応がスは、フランジの付いた出口２８を通
じて反応装置の上側端部から抜き取られ、減圧パルプ１
２０を通じて凝縮器１２２へと流れていく。凝縮器１２
２内で、反応がスの凝縮可能な有機成分は凝縮され、凝
縮副産物として抽出される。製品ガスの凝縮させること
のできないガス成分は抜き取られて、再生されて反応装
置の加熱設備の補充ガスとして利用することができる。

同じく、反応装置の予熱ゾーンから取り出された液体成
分は適当な減圧パルプ１２４を通じて抜き取られ、廃棄
水として除かれる。廃棄水にはしばしば有用な有機成分
が溶解しており、さらに処理を加えてこの有機成分を抽
出することができる。あるいはこれとは別に、溶解した
有機成分を含む廃棄水を直接に用いて粉砕された固体反
応物を含有する水性スラリーを形成し、反応装置から離
れた地点まで固体反応物を搬送し易くすることもできる
。

また第４図のフロー図は、反応ゾーン１１４の円周熱交
換器と横断熱交換器とを通じて流体熱搬送媒体を循環す
る補助加熱装置を概略的に示している。図示したように
円周熱交換系統はポンプ１２６を備えている。このポン
プは、熱交換器すなわち加熱路１２８を通じて熱搬送流
体を循環して熱搬送流体の加熱を繰り返し行ない、反応
ゾーン内のチューブ束に送り出すことができる。同じく
横断熱交換系統も循環ポンプ１３０と加熱路１３２とを
備え、熱搬送流体の循環と再加熱を行ない、反応ゾーン
１１４内のＵ字形状の管に送り出すことができる。

先に図示説明した多段炉床反応装置と方法とは、前述し
た標準的な品質の炭素質材料またはそうした材料の混合
物を処理するのに特に適している。

こうした標準的な品質の炭素質材料は、一般に、処理以
前の供給段階の状態で比較的含水量が高いことを特徴と
している。本明細書中で用いた用語”炭素質１は、炭素
に富む材料を指し、また自然界で見られる堆積物はもと
より、農業や林業の作業過程で生じる廃材をも含んでい
る。典型的にはそうした材料には、準瀝青炭、褐炭、ビ
ート、伐採作業や製材工程から生じるおがくず、樹皮、
木くず、小枝およびチップといった廃棄繊維質材料、綿
花植物の茎、果皮、トウモロコシの皮、もみ殻等の農作
業から生じる廃材が含まれている。また重量比で約５０
％以下の湿分を含有し、典型的には重量比で約２５％の
湿分を含有する金属汚染物を除去して固形化させた再生
パルプもそうした材料の範噛に含まれる。前述した多段
炉床反応装置とこの装置を用いた方法は、米国特許 第４，０５２，１６８号、第４，１２６．５１９号、第
４，１２９，４２０号、第４，１２７，３９１号および
第４．４７７，２５７号に記載されているような条件並
びに処理バロメータの下で、そうした繊維質材料の品質
を熱によりグレー−アップするのに特に適している。前
記特許に記載されている事柄は、参考のために本明細書
中で引用されている。

第１図の実施例に係る多段炉床反応装置の典型的な操作
例を、処理以前の供給段階の状態で重量比でほぼ３０チ
の湿分を含有する準瀝青炭の品質をグレー−アップする
ことを例に採って以下に説明する。未処理の供給炭は、
第４図に図示したように、圧力遮断装置１１１を通じて
約６０″″Ｆの（約１６℃）の温度と大気圧の下で、供
給ホッパ１１０から８３０　ｐｓｉｇの圧力に維持され
ている反応装置内に導入される。供給炭は、反応装置の
予熱ゾーン１．１２内で当該予熱ゾーンを下向きに通り
抜けている際に約６０１（約１６℃）より高い温度へと
加熱され、約５００″Ｆ（約２６０°Ｃ）の温度で反応
ゾーン１１４へと進入していく。予熱ゾーンで抽出され
た廃棄水は、約３２３°Ｆ（約１６２℃）の温度で且つ
８３０　ｐｓｉｇの圧力の下で取り除かれる。また、製
品ガスも約３２３０Ｐ（約１６２°Ｃ）の温度で且つ８
３０　ｐｓｉＨの圧力の下で、予熱ゾーンの上側部分か
ら取り除かれる。

反応ゾーンからの反応がスは、約５００°Ｆ’（約２６
０°Ｃ）の温度で且つ８３０　ｐｓｉｇの圧力の下で、
予熱ゾーンの下側部分に進入する。でき上った固体反応
製品は、約７１８°Ｆ（約６８１°Ｃ）の温度で且つ８
３０　ｐｓｉｇの圧力の下で、反応ゾーンの底から取り
出される。この作業に後続して、固体反応製品は約２０
０ｆｆ（約９３°Ｃ）の温度まで冷却され、そして大気
圧下に放出される。

供給材料並びに様々なでき上らた種々の製品の流れの典
型的な送り量の比率は時間当たりの重量で見て、時間当
たり１５，９５６ｆ？ン−（７，２３８キログラム）の
水を含有する供給材料を時間当たり５１．４７０ポンｒ
（２３，３４７キログラム）であった。廃棄水は時間当
たり２０，３２６−ンｒ（９，２２０キログラム）が回
収され、時間当たり５．５４８ボン）−”　（２，５１
７キログラム）の製品ガスと時間当たり３２８ポンＰ（
１４９キログラム）の蒸気とが得られた。反応装置から
放出された固形反応製品は時間当たり２５，３６８　、
ｆｅンｒ（１１，５０７キログラム）からなり、凝縮可
能な成分を抽出した後の製品ガスは時間当たり５，５４
８−ンＦ（２，５１７キログラム）からなり、これに加
えて時間当たり６２８ボンｌ−”（１４９キログラム）
の水が得られた。

前述した方法の熱収支に関し、反応装置に装填される未
処理の供給炭は７４５，０８５　Ｂｔｕ／時間。

を保有し、約２００°Ｆ（約９６°Ｃ）に冷却された固
体反応製品は１，２７８．５４７　Ｂｔｕ　７時間を保
有している。回収された製品がスは、１，０７１，８７
２Ｂｔｕ　７時間の熱量値を備え、また抽出された高温
廃棄水は５，９５５，５１８　Ｂｔｕ　７時間を保有し
ている。

前述した方法の手順並びに条件は準瀝青炭を処理するた
めの典型例である。反応装置の各ゾーン内の箇々の温度
、用いられた圧力および各ゾーン内部における供給材料
の滞留時間は、繊維質供給材料を熱による品質のグレー
ｒアツゾおよび／または化学的な構造の改変を行なうの
に、初期の含水量、全体の化学構造、炭素含有量、並び
に作り出される固形反応製品に求められる特性に合わせ
て変えることができる。従って反応装置の予熱ゾーンを
制御して、室温で流入してくる供給材料をほぼ約２００
°Ｆから約５００”Ｆ’（約９６℃から約２６０℃）ま
での範囲の高温に予熱することができる。その後、反応
ゾーンに進入する際にさらに約１２００”Ｆ（約６４９
°Ｃ）かまたはそれより高い温度まで加熱される。また
反応装置内の圧力も、約３００　ｐｓｉｇから約３００
０　ｐａｉＨの範囲の圧力典凰的には約６００　ｐｓｉ
ｇから約１５００　ｐｓｉｇの範囲内で変更することが
できる。

本発明に係る装置の変更実施例が第５図に詳しく示され
ている。図示された変更例では、予熱ゾーンを傾斜室１
３４が形成している。この傾斜室１３４は、当該傾斜室
の上側端部が７ランジ１３Ｂを介して、反応ゾーンを形
成する多段炉床反応装置１４０の７ランジの付いた入口
１３８に連絡するように配置されている。室１３４は下
側端部に入口１４２を備えている。この入口を通じて湿
潤炭素質材料は進入し、加圧状態の下でスクリュー形式
のフィーダーまたは遮断ホッパ１４４を通じて室の下側
端部に送り込まれる。炭素質供給材料は、室１３４の長
さ方向に延びるスクリューコンベア１４６により、当該
室を通じて加圧された状態で搬送される。スクリューコ
ンベアの上側端部は、室の上側端部にざルト止めされた
端部キャップ１４８で軸受けされている。またスクリュ
ーコンベアの下側端部は、室の下側端部にボルト止めさ
れたフランジに取り付けられているシールベアリング組
立体１５０により軸受けされている。スクリューコンベ
ア１４６の突き出ている端部シャフトは、カップリング
１５２を介して変速電気モータ１５４に連結されている
。

室１３４の上側端部は、放圧ディスクまたはその他の適
当な圧力逃がしパルプが取り付けられるようになったフ
ランジの付いた出口１５６を備え、予め設定された高圧
レベルで反応装置系統から圧力を逃がすことができるよ
うになっている。傾斜室の下側部分はフランジの付いた
第２の出口１５８を備えている。この第２の出口は、ジ
ョンソン形式のスクリーン等の適当な濾過スクリーンを
介して室１３４の壁内に連結されている。この出口を通
じて、非凝縮性のガスは装置系統から取り除かれる。こ
のフランジの付いた出口１５８は、第４図に図示したよ
うな装置構成ではパルプ１２０に連結され、製品ガス処
理回収系統に連絡している。

傾斜室１３４を通じて上向きに搬送される炭素質材料の
予熱と事前の脱水とは、フランジの付いた入口１３８を
通って多段炉床反応装置１４０から外に放出される反応
ガスの逆向きの流れにより行なわれる。第１図に関連し
て説明した実施例の場合、供給材料の予熱は蒸気等の反
応ガスの凝縮可能な成分が冷えた状態で入ってくる供給
材料の表面に凝縮することにより、また直接的な熱交換
により行なわれる。供給材料の予熱は、一般に、約２０
０°Ｆ′から約５００°Ｆ（約９６℃から約２６０℃）
までの温度になるように行なわれる。

室１３４内で炭素質材料が予熱され且つ圧密されている
際に生じた凝縮液および化学的に結合して生じた水は下
向きに流れ落ち、廃棄水の処理回収用の適当なパルプ１
２４を装備している既に説明した第４図のような方法ζ
こより、ボート１６０を通じて室の下側部分から取り出
される。ポート１６０に隣接した室１３４の壁には、ジ
ョンソン形式のスクリーン等の適当な濾過スクリーンが
設けられ、できるだけ供給材料の固体成分が出てしまわ
ないようにしている。

第５図に示した多段炉床反応装置１４０は、反応装置の
内部が反応ゾーンを形成していてしかも第１図に示した
傾斜角度の付いた炉床６４を反応装置の上側予熱ゾーン
に使用していない点を除き、第１図に図示した反応装置
４こ類似の構造をしている。反応装置１４０は類似の構
造からなり、−一ム状の上側部分１６２を備えている。

このドーム状の上側部分１６２は、環状のフランジ１６
６により、気密関係に円筒体の中央部分１６４に連結さ
れている。環状のボス１６８がドーム状の部分１６２の
内側中央部分に形成され、ベアリング１７０を収容して
いる。このベアリング内に回転シャフト１７２の上側端
部は軸受けされ、第１図に関連して既に説明した構造に
そって複数の攪拌アーム１７４を保持している。−々の
攪拌アームは角度の付いた複数の攪拌翼１７６を備え、
鉛直方向に間隔をあけられた複数の炉床を横切って交互
に半径方向内向き且つ外向き（こ搬送することができる
ようになっている。

前述した構造によれば、傾斜角度の付いた室１３４の上
側端部から放出される予熱と事前の脱水処理を終えた供
給材料は、シュート１８０を装備したフランジの付いて
いる入口１３８から反応装置内に流入し、最上部の炉床
を横切って供給材料を分配することができる。攪拌アー
ムの回転に伴い、供給材料は前述したようにまた第５図
の矢印で示すように交互に流動して流下していく。反応
装置１４０の下側部分は第１図に示した反応装置の下側
部分にほぼ同一であるため、この部分は省略されている
。第１図に図示したような駆動装置並びに支持構造を、
反応装置１４０の支持のために用いることができる。

第１図の構成の場合と同じように、第５図の反応装置１
４０は反応ゾーンの内側壁を形成する円筒状のライナー
１８２を備えている。この円筒状のライナー１８２は、
壁１６４との間に外側断熱層１８４を備えている。同じ
く、壁の外側表面およびげ−ム状の上側部分も、熱損失
を極力少なくするために断熱層１８６を備えることもで
きる。

第５図に図示した実施例では、箇々の炉床１７８の上側
表面に載っている供給材料は、１８８で概略的に示され
ている電熱装置により加熱される。

この電熱装置は、炉床の裏側に取り付けた環状の伝導シ
ールｖ１９０にほぼ完全に封じ込められている。シール
−１９０は、発熱エレメントにタールやその他の熱廃棄
物が付着するのを防いでいて、熱伝達率が低下してしま
うことがない。そうしたシールド１９０は、第１図１こ
図示した実施例でも管９４と９６を包囲して、当該管に
カーざンやその他の異物が同じように付着するのを防ぐ
目的で利用することもできる。

第５図の構成において、環状のシールド１９０の少なく
とも下側表面は適当な擦りエレメント、好ましくは１９
２で示したワイアブラシにより掃除される。このカイヤ
デラシは、攪拌アーム１７４に取り付けられ、上側縁に
宿って半径方向に延びている。その結果、シャフト１７
２とこのシャフトζこ取り付けた攪拌アームとが回転し
て、シールドの裏側を常時掃除し、このシールＰ内に収
めである発熱エレメントから効率良く熱が伝わるように
している。

長期間にわたり使用した後、第１図と第５図に図示した
反応装置の内側表面にはタールやその他の物質が堆積し
てしまう好ましくない状況が起こることがある。こうし
た状況、に際し、反応装置の内部は、供給材料を導入す
るのを中止し、反応装置の出口から反応製品が完全に出
てしまった後ζζ反応装置の内部へ空気を送り込み堆積
している炭素買付着物を酸化させて取り除くことにより
、掃除することができる。

第５図ζこ図示した構造において、反応装置１４０にも
ドーム状の上側部分にフランジの付いた出口１９４を備
え付けることが好ましい。このフランジの付いた出口１
９４も、室１３４の出口１５６と同じように放圧ディス
クまたは圧力逃がし装置に連結されるようになっている
。

第５図に図示した反応装置の構成の操作条件は、グレー
げアップされ化学的に構造を改変されしかも部分的に熱
分屏した製品を得るのに、第１図の反応装置の場合の先
に述べた操作条件とほぼ同じである。

明らかにした本発明の好ましい実施例は、前述した目的
を達成できることが明らかである。また本発明は、特定
された特許請求の範囲の適切な技術範囲またはその明確
な技術内容から逸脱することなく、修正、変形および変
更を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施例にそって構成された
多段炉床反応装置の縦断面図である。 第２図は、第１図に示した反応装置の反応ゾーンの横断
面図にして、横断熱交換管の配置形態を示している。 第６図は、第１図に示した反応装置の上側予熱ゾーン内
部に位置する傾斜角度の付いた環状の炉床にある、放出
ボートを示す一部を断面にした部分的な平面図である。 第４図は、炭素質供給材料の熱処理に用いる反応装置と
幾つかの工程系統を示す概略的なフロー図である。 第５図は、本発明の変更例に従って構成された、反応装
置から分離された独立する予熱乾燥工程を行なう、多段
炉床反応装置の一部分の縦断面図である。 １０・・・圧力容器　１２・・・Ｐ−ム状の上側部分１
４・・・円筒状の中央部分 １６・・・Ｐ−ム状の下側部分 １８・・・環状のフランジ　２０・・・脚　２２・・・
当接部２４・・・入口　２６・・・傾斜バッフル　２８
・・・出口３０・・・環状のぜス　３２・・・ベアリン
グ　３４・・・回転シャフト　３６・・・環状のざス　
３８・・・ベアリング４０・・・密封シール組立体　４
２・・・スタブシャフト４４・・・スラストベアリング ４６・・・ベアリングキャリア ４８・・・攪拌アーム　５０・・・攪拌翼　５２・・・
モータ　５４・・・ベース　５６・・・駆動ベベルギア
５８・・・被駆動ベベルギア　６０・・・ジヤツキ６２
・・・流体作動シリンダ ６４・・・傾斜角度の付いた炉床 ６６・・・円筒形のライナー

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）加圧状態の下で有機炭素質材料を熱処理するため
   の多段炉床反応装置にして、重ね合わされた複数の環状
   の炉床を収容する室を形成していて、前記炉床が室の周
   縁部に向けて下向きに傾斜角度の付いた一連の上側炉床
   並びに当該上側炉床の下側に間隔をあけて設けられた一
   連の下側炉床を備えているような圧力容器と、この圧力
   容器の上側部分にあつて、加圧状態の下で最上部の炉床
   に湿潤炭素質供給材料を導入するための入口手段と、各
   炉床の上部に配置されていて、箇々の炉床に沿つて半径
   方向に交互に供給材料を内向きおよび外向きに搬送し、
   炉床の１つからこの炉床の下側にある次の炉床へと供給
   材料を下向きに流下させるための攪拌手段と、前記圧力
   容器の上側部分にあつて、当該圧力容器から加圧状態の
   下で反応ガスを抜き取るための出口手段と、上側炉床お
   よび攪拌手段の上方に位置していて、上向きに逆流する
   反応ガスが供給材料に近接して流れるようまた当該供給
   材料と熱交換関係になるよう方向性を持たせるためのバ
   ッフル手段と、前記上側炉床に連絡して配置され、加圧
   状態の下で当該上側炉床上の液体を室から抜き取るため
   の排液手段と、前記室内の下側炉床の区域内に配置され
   ていて、当該下側炉床上の供給材料をこの供給材料に含
   まれる揮発性物質の少なくとも一部を蒸発させることが
   できるだけの時間にわたり高温に加熱して、反応ガス並
   びに反応製品を得ることができるようになつた加熱手段
   と、前記圧力容器の下側部分にあつて、加圧状態の下で
   反応製品を室から抜き取るための排出手段とを有してい
   る反応装置。
2. （２）さらに、前記攪拌手段に付属していて、前記排液
   手段を掃除するための掃除手段を備えている特許請求の
   範囲第１項に記載の反応装置。
3. （３）前記加熱手段は、前記室の内側の廻りに円周方向
   に配置されている特許請求の範囲第１項に記載の反応装
   置。
4. （４）前記加熱手段は、前記室の内側で間隔をあけて且
   つ箇々の前記下側炉床の裏側に近接して横方向に配置さ
   れている特許請求の範囲第１項に記載の反応装置。
5. （５）前記加熱手段は保護伝導シールド内に配置されて
   いて、しかも、当該シールドの外側表面の少なくとも一
   部から付着物を除去する擦り手段を前記攪拌手段上に備
   えている特許請求の範囲第１項に記載の反応装置。
6. （６）さらに、前記上側炉床および下側炉床の上側表面
   に対して鉛直方向上に移動できるよう攪拌手段を調節可
   能に支持するための手段を備えている特許請求の範囲第
   １項に記載の反応装置。
7. （７）加圧状態の下で有機炭素質材料を熱処理するため
   の反応装置にして、加圧された状態で供給材料を受け入
   れる入口を一方の端部に備え、また予熱された供給材料
   を放出する出口を反対の端部に備えている予熱室と、当
   該予熱室を通じて前記入口から出口へ供給材料を搬送す
   るための搬送手段と、前記予熱室内にあつて当該予熱室
   から加圧状態の下で液体を抜き取るための排出手段と、
   前記予熱室の上側部分にあつて前記出口から間隔をあけ
   た位置で、当該予熱室から加圧状態の下で反応ガスを抜
   き取るための出口手段と、重ね合わされた複数の環状の
   炉床を備えている圧力容器からなる多段炉床反応装置と
   、前記圧力容器の上側部分にあつて前記予熱室の出口に
   連絡して配置され、予熱された供給材料を加圧状態の下
   で最上部の炉床へ導入するための入口手段と、各炉床の
   上方に配置されていて、材料を各炉床に沿つて半径方向
   に交互に内向きおよび外向きに搬送し、炉床の１つから
   この炉床の下側にある次の炉床へと供給材料を下向きに
   流下させるための攪拌手段と、前記圧力容器内にあつて
   、前記炉床上の供給材料をこの供給材料に含まれる揮発
   性物質の少なくとも一部を蒸発させることができるだけ
   の時間にわたり高温に漸進的に加熱して、反応ガスおよ
   び反応製品を形成することができるようになつた加熱手
   段と、前記圧力容器を通じそして予熱室を通じて供給材
   料の動きとは逆方向に、前記出口手段に向けて反応ガス
   を上向きに流すための手段と、前記圧力容器の下側部分
   にあつて、加圧状態の下で前記反応装置から反応製品を
   排出するための排出手段とを有している反応装置。
8. （８）前記予熱室内の搬送手段がスクリュー形式のコン
   ベアからなる特許請求の範囲第７項に記載の反応装置。
9. （９）前記加熱手段が、前記圧力容器の内側の周面の廻
   りに円周方向に配置されている特許請求の範囲第７項に
   記載の反応装置。
10. （１０）前記加熱手段は、前記圧力容器の内側で間隔を
    あけて且つ箇々の炉床の裏側に接して横方向に配置され
    ている特許請求の範囲第７項に記載の反応装置。
11. （１１）前記加熱手段は保護伝導シールドの内部に配置
    され、さらに、前記攪拌手段に擦り手段を備え、この保
    護伝導シールドの外側表面の少なくとも一部から付着物
    を取り除くことができる特許請求の範囲第１０項に記載
    の反応装置。
12. （１２）さらに、反応装置内で前記攪拌手段を調節可能
    に支持するための手段を備え、前記炉床の上側表面に対
    し鉛直方向に移動させることができる特許請求の範囲第
    ７項に記載の反応装置。
13. （１３）加圧状態の下で湿潤有機炭素質材料を熱処理す
    るための方法にして、当該方法は、 （ａ）重ね合わされた複数の環状の炉床を収容する圧力
    容器からなり、前記炉床が圧力容器の周縁部に向けて下
    向きに傾斜角度の付いた一連の上側炉床並びに当該上側
    炉床の下側に間隔をあけて設けられた一連の下側炉床を
    備えているような多段炉床反応装置内に、処理しようと
    する湿潤炭素質材料を供給する段階と、（ｂ）最上部の
    炉床上に供給材料を供出し、箇々の炉床に沿つて半径方
    向に交互に供給材料を内向きおよび外向きに搬送し、炉
    床の１つからこの炉床の下側にある次の炉床へと供給材
    料を下向きに流下させる段階と、 （ｃ）供給材料を逆流する反応ガスの流れに接触させて
    、上側炉床上の供給材料を約２００°Ｆから約５００°
    Ｆ（約９３℃から２６０℃）の温度に予熱する段階と、 （ｄ）供給材料から分離された湿分より生じた液体を上
    側炉床から排液し、且つ反応ガスに含まれる凝縮可能な
    液体を加圧状態の下で前記圧力容器の内部から取り除く
    段階と、 （ｅ）下側炉床上の予熱済みの供給材料をこの供給材料
    に含まれる揮発性物質の少なくとも一部を蒸発させるこ
    とができるだけの時間にわたり高温に加熱して、反応ガ
    ス並びに固体反応製品を形成する段階と、 （ｆ）前記圧力容器の上側部分から残りの反応ガスを抜
    き取り、圧力容器の下側部分から加圧状態の下で固体反
    応製品を放出する段階とを有する方法。
14. （１４）加圧状態の下で湿潤炭素質材料を熱処理するた
    めの方法にして、当該方法は、 （ａ）予熱室内に加圧状態の下で処理しようとする湿潤
    炭素質材料を送り込み、この供給材料を反応ガスに逆流
    熱伝導接触させて約２００°Ｆから約５００°Ｆ（約９
    ３℃から約２６０℃）の温度に予熱する段階と、 （ｂ）予熱室内に生じた液体を加圧状態の下で当該予熱
    室から取り除く段階と、 （ｃ）重ね合わされた複数の環状の炉床を収容する圧力
    容器からなる多段炉床反応装置内に、加圧状態の下で予
    熱済みの供給材料を導入する段階と、 （ｄ）予熱済みの供給材料を最上部の炉床上に分配し、
    箇々の炉床に沿つて半径方向に交互に供給材料を内向き
    および外向きに搬送し、炉床の１つからこの炉床の下側
    にある次の炉床へと供給材料を下向きに流下させる段階
    と、（ｅ）前記反応室内の供給材料をこの供給材料に含
    まれる揮発性物質の少なくとも一部を蒸発させることが
    できるだけの時間にわたり高温に加熱して、反応ガス並
    びに固体反応製品を形成する段階と、 （ｆ）圧力容器を通り抜けて予熱室内に入る供給材料に
    対し、反応ガスを逆向きに流す段階と、（ｇ）反応製品
    を加圧状態の下で反応装置から取り出す段階とを有する
    方法。