JPH0121405B2 - - Google Patents

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
あつてしかもコストが上昇していることから、褐
炭、準瀝青炭といつた豊富な資源、ピートのよう
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、小枝およびチツプといつ
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によりそうした材
料を燃料として使うのにより適した品質のものに
変え、また同時に風化しにくく、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4052168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くく、
し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ツプするようになつ
ている。また別の例が米国特許第4127391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になつて
いる。また別の例が米国特許第4129420号に記載
されている。この米国特許では、ピートのような
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
ツプして、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の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になつている。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ツプ加工する反応装置と方
法が、米国特許第4126519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
うになつている。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
ようになつている。反応は酸化の生じない雰囲気
内で行なわれ、固体反応製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ツプ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、結果的に、従来のエネギ
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つにそつた本発明の
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
た一連の上側炉床を備えている。前記室は乾燥ゾ
ーンすなわち予感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。上側炉床の下部には、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、逆流状態に乾燥ゾー
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
うになつている。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ヤフト
を備えている。このシヤフトは、箇々の炉床の上
側表面に隣接して配置された複数の撹拌アームを
備えている。これら撹拌アームはシヤフトの回転
に際して動作し、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。環状のバツフルを炉床および撹拌アーム
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に極く接近した区域
を流れ、供給材料とが充分に接触し合つて熱交換
できるように、こうしたバツフルを反応装置の乾
燥ゾーンに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にまた乾燥ゾーン
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的に脱水された供
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、環状バツ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
うにもできる。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つていれば、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300〓から約500〓（約
149℃から約260℃）の温度に予熱される。同時
に、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つ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、ほぼ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300psiから約3000psiま
で、あるいはそれ以上の範囲の圧力の下で、約
400〓から約1200〓（約204℃から約649℃）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
つている。

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、本発明の一実施例にそ
つ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１４と、ドーム
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側フ
ランジ１８に連結された当接部２２に固定されて
いる。上側ドーム部分１２はフランジの付いた入
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
斜バツフル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周面に向けて案
内するようになつている。フランジの付いた出口
２８が上側部分１２の反対側に設けられ、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
に垂れ下がつた環状のボス３０が上側部分１２の
内側中央部分に形成されている。このボス３０の
内部にはベアリング３２が設けられ、回転シヤフ
ト３４の上側端部を回転可能に支持している。

回転シヤフト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ボス３６内でベ
アリング３８と密封シール組立体４０により下端
部を回転可能に軸受けされている。回転シヤフト
３４の外に突き出た端部には段差の付いたスタブ
シヤフト部分４２が形成されている。このスタブ
シヤフト部分４２は、ベアリングキヤリア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撹拌アーム４８が、回
転シヤフト３４に沿つて鉛直方向に間隔をあけ
て、当該回転シヤフトに固定され且つこの回転シ
ヤ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つの撹拌アームを予熱ゾ
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つまでの撹拌アームを使用で
きる。典型的には、箇々のレベル毎にほぼ90度の
間隔で４つの撹拌アームが回転シヤフトに取り付
けられている。角度の付いた複数の撹拌翼５０が
撹拌アーム４８の下側に取り付けられ、シヤフト
の回転に伴い多段炉床に沿つて供給材料を半径方
向内向きに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。

シヤフト３４とこのシヤフトに取り付けられた
撹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、出力シヤフトに取り付けられた駆動ベベ
ルギア５６を備えている。この駆動ベベルギア５
６は、シヤフトの下側端部に取り付けられた被駆
動ベベルギア５８と常に噛み合つた関係に配置さ
れている。モータ５２は、シヤフトの回転速度を
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つて
生じる、シヤフトの縦方向の膨張と収縮並びにシ
ヤフトから突き出た撹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、ベース５４とシヤ
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
体作動シリンダ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
側表面に対し撹拌翼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６
４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１
４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は周縁部がライナー６６に連結され、回転シ
ヤフト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ツフ
ル７０で終わつている。このバツフル７０は環状
のシユートを形成し、このシユートを通じて下側
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
ツト７２によりライナー６６に対して支持されて
いる。第３図に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
のポートまたは開口７３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
周縁に向けてバツフル２６により送り込まれる。
その後、撹拌翼５０により円形のバツフル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番目の撹拌翼５０は炉床の上側表面に
沿つ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〓から約500〓（約93℃から約260℃）
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、環状のバツフル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つて撹拌アー
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
に流すようになつている。供給材料の予熱作業
は、冷えた状態で入つ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
することにより、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
縮液体と入つ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つて下向き
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、当該樋の入口端部を覆うジヨンソン形式スク
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、隣接する撹拌アームの最先端の撹拌
翼に取り付けてある擦りエレメントまたはワイア
ブラシ７７により、連続して掃除されるようにな
つている。環状の樋７４は、中央部分のライナー
６６と壁１４の間の環状の空間内に配置された下
向き通路７８につながつた状態に配置されてい
る。従つて、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２８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、ほぼ約400〓から約
1200〓（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撹拌アー
ム４８の撹拌翼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
方向内向きに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グ
レードアツ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ユート８６に流れ落ちそ
してフ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、従来技術で周
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エル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１
４の周面を覆うジヤケツトを用いてか、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８
２のすぐ下側の位置で当該圧力容器を水平に横切
つて突き出た複数の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９８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つた高温搬送流
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
れぞれが入口ヘツダー１０２と出口ヘツダー１０
４とに連結されている。またこれらヘツダーは、
圧力容器の壁を突き出たフランジの付いた入口１
０６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
毎に箇別に制御を行ない、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、貯蔵ホツパ
１１０から加圧状態の下で適当な圧力遮断装置１
１１を通り圧力容器１０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ガスと熱交換接触しな
がら下向きに搬送され、ほぼ約200〓から約500〓
（約93℃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〓から
約1200〓（約204℃から約649℃）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300psiから約3000psi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つている。この滞留時間は、
一般的には、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〓
（約260℃）以下の温度に、より好ましくは約300
〓（約149℃）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
応製品が通つても反応装置から圧力が漏洩するこ
とがない。

冷却された反応ガスは、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、減圧バルブ１２０を通じて凝縮器１２２へと
流れていく。凝縮器１２２内で、反応ガスの凝縮
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バルブ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１
２６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
内のチユ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１３
２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”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、標瀝青炭、褐炭、ピー
ト、伐採作業や製材工程から生じるおがくず、樹
皮、木くず、小枝およびチツプといつた廃棄繊維
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
した材料の範疇に含まれる。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
4052168号、第4126519号、第4129420号、第
4127391号および第4477257号に記載されているよ
うな条件並びに処理パロメータの下で、そうした
繊維質材料の品質を熱によりグレードアツプする
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％の湿分を含有する準瀝青炭の品質を
グレードアツプすることを例に採つて以下に説明
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〓の（約16
℃）の温度と大気圧の下で、供給ホツパ１１０か
ら830psig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60〓（約16℃）より高い温度へと加熱さ
れ、約500〓（約260℃）の温度で反応ゾーン１１
４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〓（約162℃）の温度で且つ
830psigの圧力の下で取り除かれる。また、、製品
ガスも約323〓（約162℃）の温度で且つ830psig
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ガスは、約500〓
（約260℃）の温度で且つ830psigの圧力の下で、
予熱ゾーンの下側部分に進入する。でき上つた固
体反応製品は、約718〓（約381℃）の温度で且つ
830psig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200〓（約93℃）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つた種々の製品の
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15956ポンド（7238キログラ
ム）の水を含有する供給材料を時間当たり51470
ポンド（23347キログラム）であつた。廃棄水は
時間当たり20326ポンド（9220キログラム）が回
収され、時間当たり5548ポンド（2517キログラ
ム）の製品ガスと時間当たり328ポンド（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25368ポンド
（11507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5548ポンド
（2517キログラム）からなり、これに加えて時間
当たり328ポンド（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745085Btu／時間を保有
し、約200〓（約93℃）に冷却された固体反応製
品は1278547Btu／時間を保有している。回収さ
れた製品ガスは、1071872Btu／時間の熱量値を
備え、また抽出された高温廃棄水は
5955518Btu／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ドアツプおよび／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。従つ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〓から約500〓（約93℃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〓
（約649℃）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300psigから
約3000psigの範囲の圧力典型的には約600psigか
ら約1500psig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１３４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フランジ１３
８を介して、反応ゾーンを形成する多段炉床反応
装置１４０のフ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ユ
ー形式のフイーダーまたは遮断ホツパ１４４を通
じて室の下側部に送り込まれる。炭素質供給材料
は、室１３４の長さ方向に延びるスクリユーコン
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。スクリユーコンベアの上側端部
は、室の上側端部にボルト止めされた端部キヤツ
プ１４８で軸受けされている。またスクリユーコ
ンベアの下側端部は、室の下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
リユーコンベア４６の突き出ている端部シヤフト
は、カツプリング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、放圧デイスクまたはそ
の他の適当な圧力逃がしバルブが取り付けられる
ようになつ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つている。
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、ジヨン
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バルブ
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を通つ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つてくる供給材料の
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200〓から約500〓（約93℃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バル
ブ１２４を装備している既に説明した第４図のよ
うな方法により、ポート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、ジヨンソン形式のスリーン等
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に類似の構造をし
ている。反応装置４０は類似の構造からなり、ド
ーム状の上側部分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１６６
により、気密関係に円筒状の中央部分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
シヤフト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つて複数の撹拌
アーム１７４を保持している。箇々の撹拌アーム
は角度の付いた複数の撹拌翼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つて交
互に半径方向内向き且つ外向きに搬送することが
できるようになつている。

前述した構造によれば、傾斜角度の付いた室１
３４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、シユート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つて供給材料
を分配することができる。撹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１４０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
よびドーム状の上側部分も、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１７
８の上側表面に載つている供給材料は、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
状の伝導シールド１９０にほぼ完全に封じ込めら
れている。シールド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図に図示した実施
例でも管９４と９６を包囲して、当該管にカーボ
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１９２で示したワイアブラシにより掃
除される。このワイヤブラシは、撹拌アーム１７
４に取り付けられ、上側縁に沿つて半径方向に延
びている。その結果、シヤフト１７２とこのシヤ
フトに取り付けた撹拌アームとが回転して、シー
ルドの裏側を常時掃除し、このシード内に収めて
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つた後
に、反応装置の内部へ空気を送り込み堆積してい
る炭素質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図に図示した構造において、反応装置１４
０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１９４も、室１３４の出口１５
６と同じように放圧デイスクまたは圧力逃がし装
置に連結されるようになつている。

第５図に図示した反応装置の構成の操作条件
は、グレードアツプされ化学的に構造を改変され
しかも部分的に熱分解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つて構
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３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、放出ポ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つて構成された、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……ドーム状の上側部
分、１４……円筒状の中央部分、１６……ドーム
状の下側部分、１８……環状のフランジ、２０…
…脚、２２……当接部、２４……入口、２６……
傾斜バツフル、２８……出口、３０……環状のボ
ス、３２……ベアリング、３４……回転シヤフ
ト、３６……環状のボス、３８……ベアリング、
４０……密封シール組立体、４２……スタブシヤ
フト、４４……スラストベアリング、４６……ベ
アリングキヤリア、４８……撹拌アーム、５０…
…撹拌翼、５２……モータ、５４……ベース、５
６……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、６８……外向きに傾斜した部
分、７０……円形のバツフル、７２……ブラケツ
ト、７３……ポートまたは開口、７４……環状の
樋、７６……スクリーン、７７……ワイアブラ
シ、７８……下向き通路、８０……凝縮出口、８
２……最上部の炉床、８４……耐熱ライニング、
８６……シユート、８８……製品出口、９０……
断熱材、９２……外側シエル、９４……螺旋状の
管束、９６……Ｕ実形の管、９８……入口、１０
０……出口、１０２……入口ヘツダー、１０４…
…出口ヘツダー、１０６……入口、１０８……出
口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   ための撹拌手段と、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、上側炉床および撹
   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
   せるためのバツフル手段と、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 さらに、前記撹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 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 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 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
   記撹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 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撹拌手
   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 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撹拌手段と、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 前記予熱室内の搬送手段がスクリユー形式の
   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 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 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 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、前記撹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 さらに、反応装置内で前記撹拌手段を調節
   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 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〓から約
   500〓（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 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〓から約
   500〓（約93℃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。