(57)【要約】  化学反応を実行する為の反応器、並びに、関連する部品、システム、及び方法を提供する。一実施形態によれば、炉と、炉による加熱の為に配置されたるつぼと、を含む反応器が提供される。下降管が、軸に沿って、内部るつぼ内に少なくとも部分的に配置される。少なくとも１つの構造物が、下降管と結合され、軸にほぼ垂直な方向では、内部容積のほぼ断面積いっぱいに広がっている。この構造物には、複数の開口が形成され、これらの開口を通って流体が流れることを可能にする。下降管と結合された構造物は、下部本体部分と、下部本体部分と連結された上部本体部分と、を含んでよく、上記複数の開口は、下部本体部分に、上部本体部分と隣接して、且つ、上部本体部分の周辺部よりも半径方向外側に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉と、
前記炉による加熱の為に配置されたるつぼであって、内部容積を画定している前記るつぼと、
軸に沿って、前記内部るつぼ内に少なくとも部分的に配置されている下降管と、
前記下降管と結合され、前記軸にほぼ垂直な方向では、前記内部容積のほぼ断面積いっぱいに広がっている、少なくとも１つの構造物であって、流体が前記少なくとも１つの構造物内を流れることを可能にする複数の開口が形成されている、前記少なくとも１つの構造物と、
を備える反応器。
【請求項２】
前記下降管と結合されている前記少なくとも１つの構造物は、前記下降管と結合された複数の構造物を含む、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記下降管は、前記下降管の第１の端部において第１の開口を含み、前記下降管の、前記第１の開口に隣接する壁に複数の開口を含む、請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記複数の開口のそれぞれは、前記第１の開口より小さい、請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記複数の構造物の各構造物は、下部本体部分と、前記下部本体部分と連結された上部本体部分と、を含み、前記複数の開口は、前記下部本体部分に、前記上部本体部分と隣接して、且つ、前記上部本体部分の周辺部よりも半径方向外側に形成されている、請求項４に記載の反応器。
【請求項６】
前記複数の構造物のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの、異なるサイズの管端キャップから形成されている、請求項５に記載の反応器。
【請求項７】
前記るつぼと連結されたスプール構造物を更に備え、前記スプール構造物は、少なくとも１つの出口及び少なくとも１つの入口を有する、請求項５に記載の反応器。
【請求項８】
前記下降管の第２の端部が、前記少なくとも１つの入口と流体連通している、請求項７に記載の反応器。
【請求項９】
前記るつぼ、前記下降管、及び前記複数の構造物は、それぞれがステンレス鋼材料から形成されている、請求項８に記載の反応器。
【請求項１０】
前記複数の構造物のうちの少なくとも１つが、追加の開口を含み、前記追加の開口は、前記追加の開口を通して温度測定装置を受けるようにサイズ決定及び構成されている、請求項８に記載の反応器。
【請求項１１】
前記炉は、選択的制御が可能な複数の加熱ゾーンを含む、請求項８に記載の反応器。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの構造物は、ほぼベル様の形状を示す、請求項１に記載の反応器。
【請求項１３】
酸化原料の供給源と、
炭化水素原料の供給源と、
反応器と、
を備えるガス処理システムであって、前記反応器は、
炉と、
前記炉による加熱の為に配置されたるつぼであって、内部容積を画定し、触媒材料を中に有する前記るつぼと、
軸に沿って、前記内部るつぼ内に少なくとも部分的に配置されている下降管であって、前記下降管は、第１の端部及び第２の端部を有しており、前記第１の端部は、前記酸化原料の供給源及び前記炭化水素原料の供給源と流体連通しており、前記第２の端部は、前記るつぼの前記内部容積への出口を備える、前記下降管と、
前記下降管と結合され、前記軸にほぼ垂直な方向では、前記内部容積のほぼ断面積いっぱいに広がっている、少なくとも１つの構造物であって、流体が前記少なくとも１つの構造物内を流れることを可能にする複数の開口が形成されている、前記少なくとも１つの構造物と、を備える、
システム。
【請求項１４】
前記触媒材料は塩を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記触媒材料は炭酸ナトリウムを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記酸化原料の供給源は水を含み、前記炭化水素原料の供給源は残留ビチューメンを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの構造物は、前記るつぼ内の様々な高さに配置された複数の構造物を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記下降管は、前記下降管の前記第２の端部において第１の開口を含み、前記下降管の、前記第１の開口に隣接する壁に複数の開口を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の開口のそれぞれは、前記第１の開口より小さい、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数の構造物の各構造物は、下部本体部分と、前記下部本体部分と連結された上部本体部分と、を含み、前記複数の開口は、前記下部本体部分の、前記上部本体部分と隣接する場所に、且つ、前記上部本体部分の周辺部よりも半径方向外側に形成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記るつぼと連結されたスプール構造物を更に備え、前記スプール構造物は、少なくとも１つの出口及び少なくとも１つの入口を有し、前記下降管の前記第１の端部は、前記少なくとも１つの入口と結合されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記炉は、選択的制御が可能な複数の加熱ゾーンを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの出口と流体連通している少なくとも１つのガス処理システムを更に備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
反応器のるつぼの内部容積内で使用される塔であって、
第１の端部及び第２の端部を有し、軸に沿って延びる下降管と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記下降管と結合されている少なくとも１つの構造物であって、前記少なくとも１つの構造物は、表面がほぼ凹面である本体と、前記本体内に形成された複数の開口と、を備えることにより、流体が前記少なくとも１つの構造物の一方の側から前記少なくとも１つの構造物の別の側へ流れることを可能にしている、前記少なくとも１つの構造物と、
を備える塔。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの構造物は更に、
ほぼカップ様の形状を示し、断面の直径が第１の寸法である、第１の本体部分と、
ほぼカップ様の形状を示し、断面の直径が第２の寸法である、第２の本体部分であって、前記第２の寸法は前記第１の寸法より大きく、前記第１の本体部分は、前記軸に沿って同心円状に、前記第２の本体部分と連結されている、前記第２の本体部分と、を備え、
前記複数の開口は、前記第２の本体部分の、前記第１の本体部分と隣接する場所に、且つ、前記第１の本体部分の周辺部よりも半径方向外側に形成されている、
請求項２４に記載の塔。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの構造物は、ほぼベル様の形状を示す、請求項２５に記載の構造物。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの構造物は、前記第１の端部と前記第２の端部との間の様々な場所において前記下降管と結合された複数の構造物を含む、請求項２５に記載の構造物。
【請求項２８】
反応器内で反応を制御する方法であって、
るつぼ内に塩浴槽を設けるステップと、
前記るつぼの最低高さに近い場所で前記塩浴槽に酸化原料及び炭化水素原料を投入するステップと、
前記塩浴槽、酸化原料、及び炭化水素原料のうちの少なくとも１つによって発生したガスを、前記塩浴槽を通して抑制的に上方に流すステップと、
を含む方法。
【請求項２９】
るつぼ内に塩浴槽を設ける前記ステップは、炭酸ナトリウムを収容する塩浴槽を設けるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記塩浴槽に酸化原料及び炭化水素原料を投入する前記ステップは、水及び残留ビチューメンを前記塩浴槽に投入するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ガスを、前記塩浴槽を通して抑制的に上方に流す前記ステップは、前記るつぼの内部容積内に少なくとも１つの構造物を、前記るつぼのほぼ断面いっぱいに広がるように配置するステップを含み、前記少なくとも１つの構造物は、表面がほぼ凹面であり、複数の開口が形成されていて、前記少なくとも１つの構造物の一方の側から前記少なくとも１つの構造物の別の側への流体連通を可能にしている、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記るつぼの内部容積内に少なくとも１つの構造物を配置する前記ステップは、前記るつぼの前記内部容積内の様々な高さに、複数の構造物を配置するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記るつぼの最低高さに近い場所で前記塩浴槽に酸化原料及び炭化水素原料を投入するステップは、前記酸化原料及び前記炭化水素原料を、下降管を通じて流すステップを含み、前記酸化原料及び前記炭化水素原料によって発生したガスを、前記下降管の側壁にある複数の開口を通じて流すステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全てが本明細書に組み込まれている、２０１１年７月２１日に出願された米国特許非仮出願第１３／１８８，１２１号（発明の名称「ベル塔下降管、これを利用した反応器、及び関連する方法（ＢＥＬＬ  ＣＯＬＵＭＮ  ＤＯＷＮＴＵＢＥ，  ＲＥＡＣＴＯＲＳ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  ＳＡＭＥ  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ）」）の優先権及び利益を主張するものである。
政府の権利
【０００２】
本発明は、ウェスタンハイドロジェン（Ｗｅｓｔｅｒｎ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ）とバッテルエネルギアライアンス（Ｂａｔｔｅｌｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｌｌｉａｎｃｅ，  ＬＬＣ）との間の共同研究開発契約（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）の下、米国エネルギ省（Ｕ．Ｓ．  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ）から授与された契約番号第ＤＥ−ＡＣ０７−０５ＩＤ１４５１７号でなされたものである。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、主に、ガスの生成に使用される反応器に関し、特に、アルカリ金属反応器などの反応器において使用される部品及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
炭化水素ベースの燃料（例えば、石油製品、天然ガスなど）は、今に至るまで、全世界のエネルギ生産の主要な源であり続けている。全世界の石油埋蔵量の予測、より「自然の」又は環境に優しいエネルギを提供したいという願望、及び他の多くの問題が、個人、企業、及び政府を、可能な代替エネルギ生産の研究へと突き動かしている。こうした研究及び開発の取り組みは、既存の、既知のエネルギ源からエネルギを生産する技術、システム、及び方法を改良する為の探求を含んできた。例えば、従来の技術では到達しにくい地球物理学的場所にある石油を抽出する可能性に関する取り組みが行われてきた。更に、既存のエネルギプロセスを、より効率的な、より費用効率が高い、より環境に優しいものにする取り組みが行われてきた。
【０００５】
更には、過去にはほとんど無視されてきた埋蔵場所からエネルギを抽出することに焦点を当てる取り組みが行われてきた。場合によっては、そのような資源又は埋蔵場所が無視されてきたのは、それらが、他の利用可能な資源ほど炭素が豊富ではなかった為である。又、場合によっては、単純に、資源を利用可能なエネルギ形態に変換することがより困難だった為である。例えば、タールサンドやオイルシェールなどの資源から石油を抽出する取り組みは、かなり行われてきた。過去における、そのような資源からの石油の抽出は、技術的には可能であっても、これまでは、非効率的であり、環境に優しくないと考えられてきた。
【０００６】
現在は、他の既存の代替エネルギ源の改良に加えて、潜在的な新しいエネルギ源にも焦点を当てた研究が行われている。例えば、ソーラー技術、風力エネルギ生産、バイオ燃料生産、及び水素生産を改良する取り組みが、全て現在進行中である。しかしながら、当業者であれば理解されるように、こうした取り組みの全てが、様々な障害に直面している。それらは、経済的障害の場合や、政治的障害の場合や、科学的障害の場合がある。
【０００７】
そこで、目下の要望としてあるのが、新しいエネルギ源を提供することと、エネルギ抽出の取り組みを改良することと、既存のプロセス及び技術を改良することとにより、エネルギを、より効率的に、より豊富に、且つ、より環境に優しく提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、ガスの生成に使用される反応器、並びに、この反応器が使用されてよいシステム及びプロセスに関する。更に、本発明の様々な実施形態が、反応器内で使用される部品に関する。本発明の一実施形態によれば、反応器が提供される。反応器は、炉と、炉による加熱の為に配置されたるつぼであって、内部容積を画定しているるつぼと、を含む。下降管が、軸に沿って、内部るつぼ内に少なくとも部分的に配置され、少なくとも１つの構造物が、下降管と結合され、軸にほぼ垂直な方向では、内部容積のほぼ断面積いっぱいに広がっている。複数の開口が、上記構造物に形成されて、流体が上記構造物内を流れることを可能にしている。
【０００９】
一実施形態では、下降管は、下降管の第１の端部において第１の開口を含んでよく、下降管の、第１の開口に隣接する壁に複数の開口を含んでよい。上記複数の開口のそれぞれは、第１の開口より小さくてよい。
【００１０】
別の実施形態では、下降管と結合された構造物が、下部本体部分と、下部本体部分と連結された上部本体部分と、を含み、上記複数の開口は、下部本体部分に、上部本体部分と隣接して、且つ、上部本体部分の周辺部よりも半径方向外側に形成されている。特定の一実施形態では、上記少なくとも１つの構造物は、ほぼベル様の形状を示してよい。
【００１１】
本発明の別の実施形態によれば、ガス処理システムが提供される。本システムは、酸化原料の供給源と、炭化水素原料の供給源と、反応器と、を含む。反応器は、炉と、炉による加熱の為に配置されたるつぼと、を含む。るつぼは、内部容積を画定し、触媒材料が中に配置されている。下降管が、軸に沿って、内部るつぼ内に少なくとも部分的に配置されている。下降管は、第１の端部及び第２の端部を有しており、第１の端部は、酸化原料の供給源及び炭化水素原料の供給源と流体連通している。下降管の第２の端部は、るつぼの内部容積への出口を備える。少なくとも１つの構造物が、下降管と結合され、軸にほぼ垂直な方向では、内部容積のほぼ断面積いっぱいに広がっている、上記少なくとも１つの構造物には、流体が上記少なくとも１つの構造物内を流れることを可能にする複数の開口が形成されている。一実施形態では、上記少なくとも１つの構造物は、るつぼ内に様々な高さで配置された複数の構造物を含んでよい。
【００１２】
特定の一実施形態では、触媒材料は、炭酸ナトリウムなどの塩を含んでよく、酸化原料は水を含んでよく、炭化水素原料は残留ビチューメンを含んでよい。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、反応器のるつぼの内部容積内で使用される塔が提供される。塔は、第１の端部及び第２の端部を有し、軸に沿って延びる下降管を含む。少なくとも１つの構造物が、第１の端部と第２の端部との間で下降管と結合されている。上記少なくとも１つの構造物は、表面がほぼ凹面である本体と、本体内に形成された複数の開口と、を含むことにより、流体が上記少なくとも１つの構造物の一方の側から上記少なくとも１つの構造物の別の側へ流れることを可能にしている。
【００１４】
特定の一実施形態では、上記少なくとも１つの構造物は、ほぼカップ様の形状を示し、断面の直径が第１の寸法である、第１の本体部分を含む。上記構造物は更に、ほぼカップ様の形状を示し、断面の直径が第２の寸法である、第２の本体部分を含み、第２の寸法は前記第１の寸法より大きい。第１の本体部分は、軸に沿って同心円状に、第２の本体部分と連結されてよい。上記複数の開口は、第２の本体部分の、第１の本体部分と隣接する場所に、且つ、第１の本体部分の周辺部よりも半径方向外側に形成されてよい。
【００１５】
本発明の更に別の実施形態によれば、反応器内で反応を制御する方法が提供される。本方法は、るつぼ内に塩浴槽を設けるステップを含む。酸化原料及び炭化水素原料が、るつぼの最低高さに近い場所で塩浴槽にそれぞれ投入される。塩浴槽、酸化原料、及び炭化水素原料のうちの少なくとも１つによって発生したガスが、塩浴槽を通して抑制的に上方に流される。特定の一実施形態では、塩浴槽は、炭酸ナトリウムとして提供されてよく、酸化原料は、水として提供されてよく、炭化水素原料は、残留ビチューメンとして提供されてよい。
【００１６】
一実施形態では、塩浴槽を通して抑制的にガスを上方に流すステップは更に、るつぼの内部容積内に少なくとも１つの構造物を、るつぼのほぼ断面いっぱいに広がるように配置するステップを含んでよい。上記少なくとも１つの構造物は、表面がほぼ凹面であり、複数の開口が形成されて、上記少なくとも１つの構造物の一方の側から上記少なくとも１つの構造物の別の側への流体連通を可能にしてよい。
【００１７】
以下に記載されるように、これらの装置、システム、及び方法には、他の様々な部品や動作が含まれてよく、これは、当業者であれば理解されるところであろう。
【００１８】
以下の詳細説明を読み、図面を参照することにより、本発明の上述の利点及び他の利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による、ガスを生成するプロセス及びシステムを示すフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態による反応器の斜視図である。
【図３】図１に示された反応器の斜視図であって、反応器の部品の１つの部分断面を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図１及び図２に示された反応器において使用されてよい一部品の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図１及び図２に示された反応器において使用されてよい一部品の斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による反応器の様々な部品の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
これまで、人類のエネルギ需要に応える上で、エネルギ変換、エネルギ効率、及び資源の最適利用に焦点を置いた、有意義な取り組みが行われてきた。本開示では、所与の原料からエネルギ源（例えば、水素又は他のガス）を抽出する際に使用されてよい反応器について説明する。又、本開示においては、そのような反応器に関連付けられた様々な部品及び方法についても説明する。本明細書に記載の本発明の一実施形態は、アルカリ金属改質（ＡＭＲ）と称される方法で原料を処理するアルカリ金属反応器を含む。しかしながら、本発明の各種態様は、多種多様なエネルギ変換に適用可能であってよい。
【００２１】
ＡＭＲプロセスを使用することの利点は、広範囲の供給原料を、より有用なエネルギ源に改質することが可能なことである。供給原料は、主に酸化原料及び何らかの形の炭化水素を含むが、炭素そのものも使用可能である。一実施形態では、炭化水素原料は、「残油」と称されることもある残留ビチューメン原料を含んでよい。残油原料は、減圧残油（ＶＲ）と称されることもあってよい。減圧残油（ＶＲ）原料は、舗装タール又はアスファルトとよく似ており、原油の減圧蒸留時に生成されてよい。これらの原料は、一般には、経済的価値が低いと考えられている。残油の組成は、当業者であれば認識されるように、大部分が炭素であり、加えて、少ない割合の水素と、更に少ない割合の硫黄及び他の微量元素とを含む。
【００２２】
本発明の１つのＡＭＲプロセスによれば、使用済み廃棄物と水とを、高温のアルカリ金属塩浴槽に投入してよい。結果として化学反応が起こり、水素と、一酸化炭素と、二酸化炭素とが、他の何種類かのあまり重要ではないガスとともに発生する。塩浴槽を収容するるつぼの加熱には、高温炉を使用してよい。所望の温度に達して、残油及び水の両方を塩浴槽に投入すると、塩浴槽が触媒として動作して、所望のガス生成物が生成される。結果として得られたガスを分離して、純ガス、即ち、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素として販売することが可能である。或いは、これらのガスを結合して、肥料、化学物質、燃料、及び他の製品の生産に使用される合成ガスにすることが可能である。そのようなプロセスの一例が、２０１１年７月２１日に出願された米国特許出願第１３／１８８，１６７号明細書（発明の名称「合成ガス及び燃料ガスを生産するシステム及びプロセス（ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＹＮＧＡＳ  ＡＮＤ  ＦＵＥＬ  ＧＡＳＳＥＳ）」）において説明されており、この開示の全てが参照によって本明細書に組み込まれている。
【００２３】
まず図１を参照すると、上述されたような供給原料を使用してガスを生成するシステム１００及びプロセスの概要が示されている。システム１００は、酸化原料の供給源１０２を含む。一実施形態では、酸化原料の供給源１０２は、所望の化学物質により、所望の温度及び圧力で維持されている調整水を含んでよい。システム１００は更に、炭化水素原料の供給源１０４を含む。上述のように、炭化水素原料の供給源１０４は、残油原料を含んでよい。他の実施形態では、別の酸化原料及び炭化水素原料を利用してよい。酸化原料の供給源１０２と同様に、炭化水素原料の供給源１０４は、反応器１０６への投入に備えて、指定の条件（例えば、温度及び圧力）で維持されてよい。
【００２４】
後で詳述するが、反応器１０６は、塩又は他の原料の溶融槽を含んでよく、この溶融槽には、酸化原料及び炭化水素原料が投入され、溶融槽と反応する。一実施形態では、溶融塩は炭酸ナトリウムを含んでよく、炭化水素は残油原料として供給されてよく、酸化剤は水を蒸気形態で含んでよい。反応器１０６内で起こる化学反応によって、気体、液体、及び固体が生成される。様々な分離／処理システム１０８を使用して、これらの生成物を分離及び処理したり、所望の生成物（例えば、水素、メタン、及び他のガスなど）を提供したりしてよい。水、塩、及び他の生成物も分離されて、反応器１０６に戻されて再利用されてよい。上述のような（例えば、既に組み込まれている米国特許出願明細書（発明の名称「合成ガス及び燃料ガスを生産するシステム及びプロセス（ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＹＮＧＡＳ  ＡＮＤ  ＦＵＥＬ  ＧＡＳＳＥＳ）」）において説明されているような）システムに関連付けられた様々な制御が行われてよい。
【００２５】
次に図２及び図３を参照すると、本発明の一実施形態による反応器１０６が示されている。図２は、反応器１０６の斜視図を示しており、図３は、同じ反応器１０６の部品の１つを「分割」して断面を見せることにより、更なる詳細を示した図である。反応器１０６は、フレーム１１４に取り付けられた炉１１２の中に配置されたるつぼ１１０を含む。炉１１２は、例えば、ウィスコンシン州ウォータータウン（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ）にあるカーボライトインコーポレイテッド（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅ，  Ｉｎｃ．）から市販されているヒンジ式３ゾーン縦型管状炉であるモデルＸＳＴ−６−０−２４−３Ｃのような市販の炉を含んでよい。一実施形態では、炉１１２は、るつぼとその内容物を、所望の時間の間に約９００℃から約９３０℃又はそれ以上の温度まで加熱するように構成されてよい。更に、炉１１２は、ゾーン１１６Ａから１１６Ｃ（図３）として図示された複数のゾーンを含んでよく、これらのゾーンは個別に制御可能であり、それによって、るつぼ１１０の長さ方向の指定された場所での重点的な加熱が可能になる。図３には別々の３つのゾーン１１６Ａから１１６Ｃが示されているが、ゾーンの数がより多いか、より少ない炉も利用されてよい。
【００２６】
吊り上げ機構１１８をフレーム１１４に関連付けることにより、るつぼ１１０を、炉１１２に対して所望の高さに位置決めして保持することが可能である。吊り上げ機構１１８は又、清掃、修理、又は交換が必要な場合には、るつぼを吊り上げて炉１１２から外すように構成されてよい。
【００２７】
るつぼ１１０は、ほぼ円筒形の部材として形成されてよい。例えば、一実施形態では、るつぼ１１０は、入力系及び出力系との接続の為に、一端にキャップ１２０を有し、他端にフランジ１２２を有する３０４型ステンレス鋼管から形成されてよい。実施形態によっては、るつぼ１１０は、長さが約３フィートであってよく、３インチ又は５インチのスケジュール１０管から形成されてよい。図２及び図３と併せて図６を簡単に参照すると、るつぼ１１０の上部フランジ１２２に、排気ガススプール１２４が連結されている。スプール１２４は、１つ以上のガス出口１２６を有して、るつぼ１１０内で起こった反応で発生したガスを排出するように構成されてよい。更に、スプール１２４は、後で詳述されるように、内部部品を支持するように構成されてよい。スプールには、酸化原料（例えば、水／蒸気）や炭化水素原料（例えば、残油）などの様々な原料を受け取る為の１つ以上の入口１３０が関連付けられてよい。これらの原料は、るつぼ１１０に投入される前に混合されてよく、或いは、個別成分として別々に投入されてから、るつぼ１１０内での混合及び反応があってよい。実施形態によっては、スプール１２４、入口１３０、及び出口１２６は、そこを通って流れるあらゆる流体を所望の温度に維持することを支援する為に、断熱材料で覆われてよく、或いは発熱体（例えば、伝熱媒体を搬送する管体、熱伝導媒体、又は電熱テープ）でくるまれてもよい。
【００２８】
図４から図６を参照して、るつぼ内に位置する様々な内部部品を示し、説明する。図４は、本明細書では下降管１３２と称される管構造物の斜視図を示す。図５は、本明細書ではベル１３４と称される構造の斜視図を示す。これは、溶融塩浴槽内での酸化原料及び炭化水素原料の混合、分散、及び滞留時間を強化する為に使用される。図６は、るつぼ１１０の斜視図であり、るつぼの本体の断面と、るつぼの中に設置された下降管１３２及び複数のベル１３４が示されている。
【００２９】
図４及び図６に示されるように、下降管１３２は、供給源（例えば、酸化原料の供給源１０２及び炭化水素原料の供給源１０４）から、溶融塩浴槽内の所望の高さにあるるつぼ１１０内へ原料を搬送する為に使用される導管である。下降管１３２は、腐食性環境、高温、及び高圧に耐えうる材料から形成されたパイプ又はチューブであってよい。例えば、下降管１３２は、ステンレス鋼材料から形成されてよい。下降管１３２の第１の端部１３６は、構造的には、スプール１２４と連結され、スプール１２４の入口１３０と流体連通している状態に置かれてよい。下降管１３２の第２の端部１３８は、開放されていてよく、下降管の、第２の端部１３８付近の側壁１４０は、複数の穴又は開口１４２を含んでよい。
【００３０】
例えば、一実施形態では、約１６個の開口１４２があってよく、これらの開口は、略円形であり、直径が約１／４インチである。特定の一実施形態では、開口１４２は、複数列（例えば、図４に示されている４列）で形成されてよく、第１列は、開口の中心が、下降管１３２の第２の端部１３８から約１／２インチのところにある。各列は、各開口部１４２の中心がそれぞれの隣接列から約１／２インチのところにあるように、間隔が置かれてよい。開口の各列は、例えば、下降管の周囲に約９０°間隔で配置された４つの開口１４２を含んでよい。各列の開口１４２は、隣接列に対して、所望の量だけ回転していてよい（例えば、各列が、９０°間隔で配置された４つの開口１４２を含む場合は、約４５°回転していてよい）。もちろん他の構成も考えられ、開口１４２の数及びサイズ、並びに、下降管１３２の第２の端部１３８からの距離は、上述の、又は図示された実施例に限定されない。
【００３１】
開口１４２は、（特にガス形態の場合の）供給原料の、溶融塩浴槽内への分散を促進する。開口１４２は、ガスが比較的小さな気泡として溶融塩浴槽に入っていくことを可能にして、大きなガスの気泡が下降管１３２の第２の端部１３８から出ることを防ぐ。開口１４２の実際の数、サイズ、形状、及び場所は、下降管１３２の開放された第２の端部１３８から出るガスを最小限にするか、無くすことを目的として、原料の予想流量に少なくとも部分的に基づいて決定されてよい。
【００３２】
図５及び図６を簡単に参照すると、一実施形態では、ベル１３４は、上部本体部分１５０及び下部本体部分１５２を有する、大まかにはベルに似た形状の構造を含んでよい。上部本体部分１５０及び下部本体部分１５２は、ともに、カップ又はボウルの形状（即ち、凹面）を逆さまにした形状を示しており、上部本体部分１５０は、下部本体部分１５２より直径が小さい。下部本体部分１５２は、底端部（即ち、上部本体部分１５０が取り付けられる端部と反対側の端部）が開放されており、下部本体部分１５２の上面１５６には複数の穴又は開口１５４が形成されている。上部本体部分１５０の下部周辺部１５８は、複数の開口１５４と隣接して、下部本体部分１５２の上面１５６と連結されており、上部本体部分１５０及び下部本体部分１５２は、それらを貫通して延びる長手軸１６０の周囲に同心円状に配置されている。
【００３３】
上部本体部分１５０の上面１６４に開口１６２が形成されており、同心の開口（図示せず）が、下部本体部分１５２の上面１５６に形成されている。上部本体部分１５０の開口１６２は、長手軸１６０に沿って開口１６２を貫通する下降管１３２を受けるように、サイズ決定され、構成されている。下部本体部分１５２の上面１５６にある同心の開口のサイズは、上部本体部分１５０の内側断面開口のサイズ（例えば、直径）とほぼ同じになるように決定されている。上部本体部分１５０の上面１６４内に、追加の開口１６６が形成されてよい。この開口１６６は、水素又は他のガスをベル１３４内に閉じ込めることなく、ベル塔下降管をるつぼ１１０から引き抜くことを容易にする。更に、この開口は、様々な器具（例えば、熱電対などのセンサ）を塩浴槽に挿入することを容易にする。
【００３４】
ベル１３４は、下降管１３２及びるつぼと同様の材料から形成されてよい。一実施形態では、ベル１３４は、２つの管端キャップを、図示されたように、溶接することによって形成されてよい。しかしながら、ベル１３４は、他のプロセス（例えば、打ち抜き、鋳造など）で形成されてもよく、図面に明示されている形状と異なる形状であってもよい。例えば、一実施形態では、ベル１３４は、本体部分を１つだけ含んでよく（例えば、下部本体部分１５２だけであってよく）、これに、関連する全ての開口が形成されてよい。
【００３５】
図６に見られるように、るつぼ１１０の本体の中に、幾つかのベル１３４が下降管１３２上に配置されてよい。図６に描かれたアセンブリでは４つのベル１３４が示されているが、これより多い又は少ないベルを使用する構成も用いてよい。このアセンブリは、本明細書ではベル塔（ｂｅｌｌ  ｃｏｌｕｍｎ）１７０と称され、反応器１０６内でのガスの生成に対し、様々な利点を提供する。これについては、後の詳述から明らかになるであろう。
【００３６】
図面を全体的に参照すると、反応器１０６の動作中に、るつぼ１１０を所望のレベルまで、塩などの、触媒として使用される原料で満たしてよい。例えば、一実施形態では、るつぼ１１０に、所望の塩成分（例えば、炭酸ナトリウム）の全量の約１／３から約１／２を入れてよい。炉１１２は、るつぼ１１０とその内容物を所望の温度にして、塩を溶解させ、溶融塩浴槽を形成する。塩が溶解して流体になったら、内部構造物（例えば、下降管１３２及び関連部品）は、水及び残油（又は他の供給原料）が加えられた場合の流体動作の管理又は制御を支援する。例えば、これらの供給原料が高温の塩と接触すると、塩浴槽内で泡立ち、うねり、及びはねが起こる。何らかの形ではねが抑えられない場合、塩はるつぼの上面まで（即ち、塩浴槽のレベルを超えて）はね、比較的低温の面と接触することにより、凝固する。時間が経つと、これによって、溶融塩のレベルが下がる可能性があり、場合によっては、ガスの流れが妨げられるか、完全に阻止される可能性がある。とりわけ、ベル塔１７０は、この潜在的な問題を、解消しない場合でも、軽減することを支援する。
【００３７】
ベル塔１７０の下降管１３２は、供給原料の最初の投入が、塩浴槽の表面ではなく深部で行われるように、残油及び水（または他の供給原料）の両方が溶融塩の最下部まで供給される経路を提供する。蒸気形態の水と、残油とが、下降管１３２の中心を通って、るつぼ１１０の底部まで供給される。下降管１３２は、供給原料を塩浴槽の底面に供給する為の妨げられない経路を提供する。下降管１３２は又、それらの供給原料を、ある程度混合する。そして、水及び残油は、るつぼ１１０内の、下降管１３２とるつぼ１１０の壁１７２との間に配置された塩浴槽に対して逆方向に流動するよう動作する。供給原料と塩浴槽との間の反応中に生成されるガスは、スプール１２４内に形成された出口１２６を通して、るつぼの最上部から外に放出される。
【００３８】
一般に、水成分は、炭酸ナトリウムを水酸化ナトリウムに変化させ、水酸化ナトリウムは、炭素を含む残油を分解する。残油と水酸化ナトリウムとの間の相互作用により、この水酸化物は炭酸ナトリウムに戻る。しかしながら、水及び残油があまりに早く塩浴槽を通過した場合、所望のガス生成は、時間が限られる。言い換えると、残油及び水が塩浴槽内にある時間が十分でない場合、所望のガス成分への効果的な変換が行われない。そのような状況では、蒸気は、塩浴槽を通って一部が消費された後、蒸気としてるつぼから出る。更に、塩を炭酸塩から水酸化物に変換することは、不完全且つ不十分になる。残油は、その揮発性成分を放出し、残油の残りの炭素成分が浴槽の底部に残って、一部のみが消費される。
【００３９】
ベル塔１７０は、供給原料が塩浴槽内に滞留する時間を制御及び管理するように構成されている。供給原料が塩浴槽に投入されると、気泡が発生し、るつぼ１１０内で塩浴槽の上部レベルが上昇して、塩浴槽が上方に動く。動作中、使用される塩の量は、結果としての塩浴槽の上部レベル又は上面が、最上部ベル１３４Ａの底部とほぼ同じ高さになるレベルに到達するほどになる。この上部ベル１３４Ａの機能の１つは、液体塩のはねよけを設けて、るつぼ１１０の壁１７２に向かってはねる塩の量を制限することである。
【００４０】
残油及び水が下降管１３２内に注入されると、水及び残油が塩浴槽の荷重に打ち勝って下降管１３２の底部から出始めることが可能になるまで、圧力が高まる。水（この時点ではガス形態）及び気化した残油ガスは、下降管１３２の第２の端部１３８のすぐ上の側面開口１４２を通って下降管１３２から出る。これらの開口１４２は、ガスが、下降管１３２の第２の端部１３８にある大きな開口から、大きな気泡として吐出されることを防ぐ。開口１４２から出た小さな気泡は、塩浴槽を通って上方に移動し、最下部ベル１３４Ｄによって捕捉される。
【００４１】
供給原料内に固体（炭素粒子や金属不純物など）があれば、それらは、下降管１３２の第２の端部１３８にある大きな開口から出て塩浴槽に入る。そして、これらの固体は、塩浴槽との相互作用により、溶解して、様々なガスを発生させることが可能である。しかしながら、これらの固体の一部は、溶解せず、いわゆる「クリンカー」としてるつぼの底部に残留する。
【００４２】
気泡は、下降管１３２から出続け、ガスは、最下部ベル１３４Ｄの下部本体部分１５２内に十分なガスが捕捉されるまで、最下部ベル１３４Ｄの下で溜まって、小さな開口１５４から漏れ始める。一部のガスは、上部本体部分１５０の上面１６４にある単一開口１６６からも漏れる場合がある。上述のように、この単一開口１６６は、るつぼ１１０内の温度を監視及び制御する為に使用される１つ以上の、熱電対などの測定装置を収容することにも使用されてよい。従って、これらの開口１６０を通るガスは全て、そのような測定装置の挿入後に残された、限られた空間の中にあってよい。
【００４３】
ガスは、連続する各ベル内に（即ち、ベル１３４Ｃ内に、その次にベル１３４Ｂ内に、その次に最上部ベル１３４Ａ内に）溜まり続ける。このように、ベル１３４Ａから１３４Ｄを通って気泡が上方に波及していくことにより、より曲がりくねった経路がこれらの原料に対して与えられて、供給原料と塩浴槽との所望の混合が得られ、水と残油から出たガスとが塩浴槽内に滞留する滞留時間が改善される。そうする為に、ベル１３４の下部本体部分１５２の直径は、るつぼ１１０の内径とほぼ同じになるように構成されてよい。他の形状を用いる場合、ベル及びるつぼの断面積は、軸１６０にほぼ垂直な方向では、同等であってよい。言い換えると、ベル１３４は、長手軸１６０にほぼ垂直な方向では、るつぼ１１０のほぼ断面積いっぱいに広がっているように構成され、これにより、ベル１３４とるつぼの壁１７０との間を上方に移動するガスは、あってもごくわずかとなる。
【００４４】
下降管１３２及びベル１３４の両方を含むベル塔１７０は、より小さな気泡を発生させ、作用するガスに対して、より大きな表面積を提供することに注目されたい。開口１５４のサイズ及び数は、ガスの気泡サイズ及び滞留時間が所望のものとなるように調整されてよい。更に、且つ、上述のように、ベル１３４Ａから１３４Ｄは、るつぼの上部領域に達してからの塩浴槽の激しいゆらぎを防ぐことを支援する。従って、反応器１０６は、ガス出力を増加させ、るつぼ内での供給原料と塩浴槽との反応をより効率的に管理する。
【００４５】
本発明は、様々な修正及び代替形態が可能であってよいが、本明細書では、特定の実施形態を、例として、図面に示し、詳細に説明した。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、この後に添付されている特許請求の範囲によって定義される、本発明の趣旨及び範囲に収まるあらゆる修正、等価物、及び代替物を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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