(57)【要約】【構成】処理済み固体プラスチック廃棄物やその他のポリマー系原料を燃料油、持続可能なエネルギー、炭素チャーやその他の有用な生成物に分解する携帯式で、持続可能な上に効率的なシステムおよび装置である。分配配置したマイクロ波加熱源および機械的な混合によって、マイクロ波部材を保護する断熱性の高い反応器内で混熱を効果的に行い、高速熱分解を可能にし、コンパクトな携帯性の高いシステムを構築する。生成物にはディーゼル、ガソリン、プロパン、ブタンおよびチャーが含まれる。厳密な温度制御を行い、転送を機械的に行って生成物を分配する。【選択図】図１Ａ
2021529867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料導入部、およびガス/廃棄チャー出力部に流体連絡する熱反応器を有する、炭素含有原料を一種かそれ以上の有用材料に変換するシステムにおいて、
この熱反応器が、
外周側部を有する多角形の内部マイクロ波キャビティと、
前記多角形の内部マイクロ波キャビティを取り囲みかつこれを収容する円筒形外周シェルであって、入力端部に原料入り口を備えた閉じた上部およびガス出力端にガス/廃棄チャー出口を備えた外周シェルと、
前記外周シェルの外側に設けられ、かつこれに結合した複数のマイクロ波発生器であって、各マイクロ波発生器が前記多角形の内部マイクロ波キャビティのそれぞれの側に対応し、さらに前記外周シェルおよび前記マイクロ波キャビティを介して設けられ、マイクロ波エネルギーを前記マイクロ波キャビティの内部に指向搬送するマイクロ波発生器と、
前記内部マイクロ波キャビティに流体連絡する不活性ガス源と、
前記内部マイクロ波キャビティの周囲に設けられた複数の加熱素子と、
前記内部マイクロ波キャビティに全体としてセンタリングされ、かつ前記外周シェルの前記上部の内周側と前記底部との間に延設される垂直指向のマイクロ波透過性セラミックスリーブと、
このセラミックスリーブ内に回転自在かつ軸方向に設けられた混合オーガーと、
前記セラミックスリーブ内に収容されかつ前記混合オーガーを取り囲む複数のマイクロ波吸収球体と、
前記熱反応器で処理された後に、気化したガスおよび廃棄チャーが通過する出力格子と、
前記原料導入部に流体連絡する原料供給装置と、
前記ガス/廃棄チャー出口に流体連絡する冷却/凝縮システムと、
を有することを特徴とする変換システム。
【請求項２】
前記球体を半導体素材から製造する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記球体が炭化ケイ素である請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記炭化ケイ素の表面が粗面である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記オーガーは動作が可逆的である請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記オーガーの各端部を軸受に支持する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記供給部が請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記供給部が、前記熱反応器に搬送する前に、原料を溶融させる加熱器を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記供給部が、前記供給部と前記熱反応器との間に設けられ、マイクロ波加熱の下で炭化水素クラッキングに最適化した表面積を備えた原料を搬送する構成をもつオリフィスを有するオリフィスプレートを有する請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記熱反応器の底部において前記冷却/凝縮システムの間に設けられたサイクロン分離器を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
熱分解システムを使用して、炭素含有原料を一種かそれ以上の材料に転換することを特徴とする方法であって、以下の工程を備える方法：
（ａ）前記原料を粒子形態に粉砕する工程、
（ｂ）前記原料をペレット化する工程、
（ｃ）前記原料を溶融する工程、
（ｄ）請求項１〜１０の熱反応器を用意する工程、
（ｄ）機械式移転装置を使用して、前記原料を前記熱反応器に移転する工程、
（ｅ）前記熱反応器において前記原料を気化させる工程、および
（ｆ）前記原料の画分を凝縮させ、かつ分離する工程。
【請求項１２】
さらに、処理済み原料を前記熱反応器に搬送する前に、これを処理し、保存して汚染から保護する工程を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、周囲の乾燥温度で保存済み原料を機械式転送装置に転送する工程、および
前記原料が前記熱反応器に流入している間、最適な供給速度を維持する工程を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記機械式移転装置が、不活性ガスでパージした回転送り弁を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、保存済み原料の温度を溶融温度まで高くし、
溶融原料を材料移転装置に送り込み、そして  
溶融原料が前記反応器に流入している間、最適な供給速度を維持する請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、前記機械式移転装置と押し出し機との間に押し出し機を設ける請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記反応器に送り込む前に、前記原料を約３０〜５０℃に冷却する請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記気化工程（ｅ）において、不活性雰囲気中１〜２ｐｓｉｇの低圧で前記原料を約６００〜７００℃の熱分解温度に加熱する工程を有する請求項１５または１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
さらに、前記内部マイクロ波キャビティの周囲にバンドヒーターを設け、かつ前記熱反応器に設けられたマイクロ波吸収球体を使用して、工程（ｅ）での原料の気化を強化し、これら球体がマイクロ波エネルギーおよび前記バンドヒーターから伝導熱および放射熱の両者を吸収する請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２０】
さらに、気化工程時混合オーガーを順・逆方向に使用して、前記マイクロ波吸収球体の混合を整合化しかつ効率化する請求項１７に記載のプロセス。
【請求項２１】
さらに、前記バンドヒーターをオフにし、各種のパワーレベルおよび時間間隔でマイクロ波パワーを調節し、熱分解を整合化かつ効率化する請求項１７に記載のプロセス。
【請求項２２】
さらに、可変速度でチャー副生物を混合し、前記反応器の下部において充填レベルを維持し、マイクロ波吸収球体を断熱しかつ湿潤化する請求項１７又は１８に記載のプロセス。
【請求項２３】
さらに、可変速度でチャー副生物を抽出し、バッチ操作または連続操作を行う請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
さらに、排出された熱分解ガスを捕捉する構成の熱反応器のガス出口に下向きアップドラフト管を設けて、凝縮する前にガス流れからガスデブリをクリーンかつ汚染のない状態で抽出する請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２５】
さらに、熱分解ガスをゼオライトまたは金属ドープ化有機金属材の触媒に流す請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２６】
さらに、リアルタイム操作を行うか、接続されたネットワークを介してローカル用途、オンサイト用途およびリモート用途のオーバーライド制御を行う請求項１１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、前記熱分解ガスを細かなスチールメッシュに流して、軽質なチャー粒子およびデブリを捕捉し、ブロックする請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記熱反応器の出口にあるスワーラープレートに熱分解ガスを流して、この熱分解ガスを渦巻き状に回転させ始める請求項１１、１６および２５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２９】
さらに、熱分解システムを航海船に設置し、システムが発生する燃料を使用して、システム操作電力を発生し、陸側電力への負荷を緩和する請求項１１〜２６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３０】
さらに、能動位置に回転できる３つの垂直部を有する触媒管を有し、少なくとも一つの垂直部が運転中にあり、少なくとも第２垂直部を回転させて取り外し、洗浄に回し、そして第３垂直部を熱で前処理する請求項１１〜２９のいずれか１項に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体としては特異的な固形廃棄物流れを産業上意味のある化学製品に変換するシステム、具体的にはプラスチック廃棄物熱分解システム、より具体的にはマイクロ波エネルギーを利用して、粉砕廃棄プラスチックを加熱し、燃料を含む有用かつ分離可能な副生物とするエネルギー効率の高いプラスチック熱分解システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック廃棄物を燃焼可能な燃料に変換するために熱的に分解する技術、特に熱分解技術（ｐｙｒｏｓｉｓ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を使用することは公知であるが、エネルギー効率が高く、証明可能な持続性を実現することは手に負えないものである。同様に、安全ではない副生化合物の発生を最小限抑制するシステムを設計することは、一部の物質転換が重金属だけでなく、硫黄含有化合物および窒素含有化合物を発生することを考えると、システムにとっての至上命題である。にもかかわらず、効率を改善し、携帯性を改善したプラスチック熱分解システムは海洋、海岸および都市における廃棄プラスチックの圧倒的な蓄積問題を解決できる将来性を有する。これが、本発明の課題である。
【０００３】
このような技術に潜在的に該当する従来特許および/または親出願を以下に列記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願２００９００６２５８１号
【特許文献２】米国特許出願２０１００１５５２１６号
【特許文献３】米国特許９，４８７，７０８号
【特許文献４】米国特許８，３８２，９５７号
【特許文献５】米国特許９，６６４，３８２号
【特許文献６】米国特許８，６９０，９７７号
【特許文献７】米国特許６，８３０，５９７号
【特許文献８】米国特許７，８８３，６０６号
【特許文献９】米国特許６，１８４，４２７号
【特許文献１０】米国特許出願２００４０２５３１６６号
【特許文献１１】米国特許出願２０１００２５６４２９号
【特許文献１２】米国特許８，６５７，９９９号
【特許文献１３】米国特許８，９８０，０６４号
【特許文献１４】米国特許出願２００８０２６４９３４号
【特許文献１５】米国特許７，９２７，４６５号
【特許文献１６】米国特許７，９５１，２７０号
【特許文献１７】米国特許７，６２９，４９７号
【特許文献１８】米国特許９，８０２，１８４号
【特許文献１９】米国特許７，５３１，７０３号
【特許文献２０】米国特許８，９２７，７９７号
【特許文献２１】米国特許８，１８７，４２８号
【特許文献２２】米国特許８，３６１，２８２号
【特許文献２３】米国特許４，１１８，２８２号
【特許文献２４】米国特許７，１０１，４６３号
【０００５】
以上の特許文献は、本発明者等が認識している現状を反映する文献である。これらは本発明が意図している多くの課題だけでなく、該当する技術状態を理解するために有用な背景技術を提供しているが、いずれも本明細書に記載する発明を単独でも、あるいは組み合わせた場合でも開示するものではなく、また教示するものでもなく、示唆するものでもなく、明らかにするものでもなく、あるいは自明にするものでもない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、処理済みのプラスチック廃棄物やその他の炭素を含有するポリマー系供給原料を燃料油、持続可能なエネルギー、炭素チャーやその他の有用物に分解するモジュラー式で携帯可能な上に持続可能な効率の高い手段である。なお、本発明はポリマーに制限されず、一部変更するならば、バイオマスも処理できる。システム出力は限定するものではないが、ディーゼル、ガソリン、プロパン、ブタン、チャーである。本発明では、分配配置したマイクロ波加熱源を利用して、マイクロ波素子の商業上の信頼性を保護するため高断熱性反応器で効果的な混熱を行う。厳密な温度制御および機械的なルート化を利用して生成物を分配する手段を設ける。本発明で重要なことは、大容量の廃棄バイオマスやポリマー系粒子を均質かつ迅速な内部加熱、迅速な操作開始および操作停止、高いエネルギー効率、高い制御性を始めとするマイクロ波加熱の数多くの作用効果を利用することである。
【０００７】
本発明の構成および操作方法に関する新規な多数の特徴については、本発明の好適な実施態様を例示する添付図面参照して行う以下の説明から、本発明の特徴および作用効果とともに理解できるはずである。添付図面は例示のみを目的とし、本発明の範囲を制限する意図はない。本発明の新規な各種の特徴については、本明細書に添付され、かつその一部を構成する特許請求の範囲に特定されている。本発明は、これら特徴の単独にあるではなく、特定記載した特徴を備えた機能構造すべての組み合わせにある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
以上説明した以外の目的などは次に示す詳細な説明から明らかになるはずである。以下、添付図面を参照して説明を続ける。
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の熱分解システムの構造および操作部材を示す極度に概略化した図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明においてカギとなる構成部材を示す、プラスチック熱分解システム全体の上部正面斜視図である。
【図２】図２は、原料を保持する機械式ホッパーを介して原料を受け取る、本発明に従って構成した廃棄物入力部（即ち、供給部）を示す側面図である。別な態様では、原料の機械式搬入については、真空方法または圧力供給方法（独特な延長部および反応器供給部を備えた標準的な押し出し機機能）を使用して実施できる。
【図２Ａ】図２Ａは、供給装置のオーガーフライト形状およびコンベヤパイプ壁を示す図２の断面線２Ａ−２Ａにそって図面化した詳細な横断側部断面図である。
【図３】図３は、本発明における反応器装置気化器を示す側面図であって、マイクロ波マグネトロン、バンドヒーターおよび廃棄物を取り出す部材の一体的な取り付けを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図３の断面線３Ａ−３Ａにそって図面化した横断側面図であって、反応器の気化器を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの断面３Ｂ−３Ｂにそって図面化した詳細な横断側面図であって、原料入り口（複数の場合もある）の位置（複数の場合もある）、およびきわめて高い温度で動作する装置の可使時間および寿命を延長するための気化器ミキサーのベアリングの細部を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、注入器供給スクリューシステムを使用して原料を反応器室に注入するさいの本発明に係る可能な原料入り口（複数の場合もある）の形状を示す概略図である。入り口開口については、注入器スタイルの原料供給を行う場合には、原料の流れおよび表面積を改善するように構成する。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ａの断面線３Ｄにそって図面化した詳細な側面図であって、本発明に従って不活性ガス雰囲気を構築するために使用するパージガスマニホールドを示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３の断面線３Ｅにそって図面化した詳細な側面図であって、オイルおよび/または液体の生産を改善し、炭素チャー廃棄物および副生物を抑制するために本発明で採用したアップドラフト排出および温度モニタリング要素を示す図である。
【図４】図４は、図３Ａの断面線４−４にそって図面化した横断上面図であって、多角形壁断面および積層マイクロ波導波管を組み込んだ本発明の反応器の気化器を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３Ａの断面線４−４にそって図面化した詳細な横断側面図であって、特に対向マイクロ波導波管、断熱部、熱量吸着材（炭化ケイ素球体）、および混合シャフトを組み込んだ本発明における反応器の気化器の一次構造用の動作部材を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４の断面線４Ｂにそって図面化した詳細な上面図であって、デブリをマイクロ波窓から取り払うことによってマイクロ波信号経路をクリアな状態に維持することによってマイクロ波エネルギーのパワーを最大化するために採用したナイフゲートを一体化したマイクロ波窓を示す図である。
【図５】図５は、反応出力である炭素チャーを回収し、バッチ操作用として、あるいは連続操作用として分配する構成の、本発明に係るクリーンアウト（ｃｌｅａｎｏｕｔ）容器を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明に係る触媒クラッキング室を示す詳細な横断側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、プロセスフローを継続した状態でクリーニングを実施するために回転できる複数室を組み込んだ触媒クラッキング室を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明に係るガス凝縮器装置を示す正面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図６の左端面図である。
【図７】図７は、本発明に係る燃料回収/プロセスモニタリングを示す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａを参照して説明すると、図１Ａは炭化水素系廃棄物をオイル燃料およびガス燃料に変換する新規かつ改良方法およびシステムを示す図である。このシステムは参照符号１０で示す。
【００１１】
図１Ａは、本システムの主機能部を示す極度に概略化したプロセス流れ図で、主要部を強調した図である。処理準備として、一つの態様では、最適な供給速度を維持した状態で、原料を原料ホッパー１２から周囲温度で機械式コンベヤ１４に供給する。別な実施態様では、同様に最適な供給速度を維持した状態で、高温の溶融温度でコンベヤに原料を供給することができる。高温供給の場合、押し出し機を使用して、反応器へのスムーズな原料流れを確保することができる。さらに別な実施態様では、加熱された原料を３０℃〜５０℃に冷却してから、反応器に導入し、融解が早めに起きる危険性を抑制し、反応器に原料をスムーズに供給する。冷却域において調節（ｂａｆｆｌｉｎｇ）を行って良好な混合および熱交換を確保することができる。
【００１２】
マイクロ波透過性（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）反応器１６に流入すると、炭素含有原料が、円形方向または多角形方向に配置された複数のマイクロ波源（図示省略）から誘導される対流熱および伝導熱によって６５０〜７００℃に加熱される。不活性ガス源１８から不活性ガスを導入することによって内部雰囲気から酸素を追い出した窒素またはアルゴンの内部雰囲気になり、この雰囲気を１〜２ｐｓｉｇの低圧に維持する。
【００１３】
よく知られているように、熱分解システムでは、炭素含有原料が熱によって化学的に分解し、大きなポリマー鎖を小さなポリマー鎖に、あるいは場合によっては処理済み廃棄ポリマー内の前駆体分子であったモノマーに切断するか、あるいは“クラッキング”する。廃棄物チャーが反応器の底部を出、廃棄チャー回収器２０に向かう。熱分解すると、この熱分解炭化水素類は蒸発し、生成したガスが反応器を出、触媒充填クラッキング室２２に流入し、次に反応器出口冷却器２４に流入し、重油/タール回収器である“ワックストラップ（ｗａｘ  ｔｒａｐ）”２６に対応する適正な温度まで冷却し、ここから凝縮/冷却（蒸留）システムに流入し、ここで制御された炭素鎖にさらに精製され、ディーゼルからガソリンまでの各種等級の使用可能な燃料オイルに凝縮する。蒸留システムでは、まず重油およびタールが回収器２６で回収され、システムを通過したガスがディーゼル凝縮器２８に向かい、ここで冷却されてから生成物冷却器回収容器３０により重く、鎖がより長いディーゼル生成物を回収する。ディーゼル生成物が沈降しているガスがある場合には、スプレーダウン式冷却器（ｓｐｒａｙｄｏｗｎ  ｃｏｏｌｅｒ）３２を介してディーゼル凝縮器に戻す。ディーゼル凝縮器で沈降しないより軽質なガスについては、ナフサ/ガソリン凝縮器３４に回し、同様に冷却凝縮し、生成物冷却器回収容器３６内に回収し、同伴しているガスがある場合には、スプレーダウン式冷却器３８を介して凝縮器に戻す。水蒸気および最も軽いガスについては、ガソリン凝縮器の上部から取り出し、流体の逆流を防止し、かつ流れを確実にポジティブ化することによって燃料生産を改良するために利用されている水トラップ４０を介して送り出す。最も軽いガスについては、コジェネレーション/フレア/触媒作用酸化装置４２から排気する。
【００１４】
当業者ならば理解できるように、原料が処理され、処理段を移動している間、即ち未処理原料を原料コンベヤに入力として供給し、反応器での熱分解クラッキングを受けてから、触媒室クラッキングを経て、凝縮、分離、回収および保存に至るまで、本システムの各部材は連続的に流体連絡する状態にあり、そして一つの段から前の段および後続段へのこのような機械的な結合、あるいは操作結合がある場合については、明細書全体を通して理解できるはずである。
【００１５】
主部材システムを強調するための装置の概略
次に図１Ｂ〜図７を参照して、説明を続けるが、各図において同じ参照符号は同じ部材を示す。これら非概略的な図ではシステムは全体として１００で示す。なお、システム部材については、離散的な個別の参照符号で示す。
【００１６】
最初に図１Ｂについて説明する。本システムの操作要素については、斜視図で示す。本システムについては、標準ＩＳＯ６３４６（２０ｆｔ）輸送コンテナでの包装および輸送を容易にするためにロッキングキャスターを使用して金属基底部または金属フレーム１０２に取り付けることができるサイズなのが好ましい。また、本システムについては、２０ｆｔの設置面積内の開放“フラットベッド（ｆｌａｔ−ｂｅｄ）”で輸送でき、また環境から保護するためにシュリンクラップ（ｓｈｒｉｎｋ  ｗｒａｐ）できる構成である。
【００１７】
次に、最も本質的な態様から理解できるように、部材からみた本システムは原料供給部１０４を有する。この原料供給部１０４は不活性ガス源（図示省略）からの不活性ガスでパージしたエアロック式コンベヤまたは押し出し機に操作時に結合し、マイクロ波加熱を行った、絶縁性の高い反応器１０６に炭素含有原料を搬入する原料ホッパー１０３を有する。適正な温度制御を行うが、この制御は高速急冷噴霧凝縮器を利用して行い、有効な生成物出力が容易になる。反応器内の熱分解を促進するために触媒を使用することができ、そして軽いガスフレアまたは触媒酸化装置出力には、コジェネレーション部材を追加捕捉することができ、および/またはこれを使用することができる。ディーゼル凝縮器には液面センサーを設けることができる。
【００１８】
図示してはいないが、よく知られているように、機械式ミル、粉砕機、シュレッダーやこれらを組み合わせたものを使用して、反応器室に導入するために好適な小さな粉砕体に原料を粉砕する。原料については、汚染から保護された環境内で保存し、状態調節する。
【００１９】
反応器内で炭化水素類をクラッキングした後、廃棄物チャーを取り出し、廃棄物チャー回収器１０８に回収し、揮発したガスを冷却/凝縮システム１１０に送り、ここで各種のより軽質な炭化水素類を連続的に沈降させ、かつ回収する。この間、冷却システムが流動するガスから熱を多量に取り去るため、最終的にこれらが燃料回収タンク１１２に保存され、ディーゼルおよびガソリンが保存される。
【００２０】
供給装置：
次に図２〜図２Ａを参照して説明を続けると、供給装置１０４を備えた部材は、一つかそれ以上の廃棄物流れのレベル検出器１１６、１１８を有する原料ホッパー１０３を備える。原料のレベル検出器については、システム内で適切に処理できない原料の導入を防止するとともに、処理パラメータを特定の原料に合わせるデータを提供するために設けることも可能である。実施態様では、廃棄物を検出/除去するだけでなく、原料の過剰供給検出器１２０も設ける。オーガーコンベヤの上端および下端にある目詰まり検出器１２２、１２６によって、ホッパーから反応器への原料の処理量が何らかの理由で停滞したときに、システムは連続操作できなくなる。
【００２１】
角度が上向きのオーガーコンベヤ１１９はオーガー１２１を備え、このオーガーについては、原料の移動を促進し、かつ目詰まりを防止する螺旋状エッジ１２８を有する連続螺旋状フライト（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｓｐｉｒａｌ  ｆｌｉｇｔｈ）を備えているのが好ましい。コンベヤの上端から押し出し機１０５を介して反応器１０６に原料が搬送される。
【００２２】
反応器装置：
次に図３〜図４Ｂを参照して説明を続けると、これら図面は本発明の熱反応器装置（図１Ｂの参照符号１０６）を示す。原料供給時の混合は、オリフィスプレート１３０に設けた一つかそれ以上の供給オリフィス（またはダイ）を使用して行う。このプレート１３０を介してコンベヤシステム１０４からの原料が熱反応器１０６に搬送されるが、この反応器は（ポンプ、回転羽根弁などを介して）機械的に誘導される圧力か、あるいは重力のいずれかによって駆動される。オリフィスは、投入された原料の表面積を最大化するように配置される。様々なオフィリスの配置１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは図３Ｃにおいて見て取れる。システムは、多孔性の循環ダイ１３０ａ、または「リボン」片１３０ｃ、あるいは複数の片１３０ｂを使用する“シャワーライザー（ｓｈｏｗｅｒｉｚｅｒ）”とすることができ、特定の炭素含有原料に最適な温度と圧力で熱分解するように設計された大量に投入する原料を輸送し、分配することができる。
【００２３】
上部プレートを水冷する乾燥原料冷却入り口１３１を使用して、反応器への導入時にプラスチックが反応器の上部プレート１４１やその他の反応器内面に固着することを防止する。
【００２４】
次に図３Ｄを参照して説明を続けると、この図は本発明に従って不活性ガス雰囲気を作り出すために使用する各種のパージガスマニホールド１３３の一つを例示する詳細な側面図である。これらガスマニホールドについては、稼働時の安全性および熱分解プロセスの整合性が改善するように構成する。
【００２５】
図３Ｅに示すように、反応器の下端にはアップドラフト排出部１５８があり、これは廃棄チャー口１６２およびガス出口１６４を有する細索状反応器出口/サイクロン分離機（ｆｕｎｉｃｕｌａｒ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｏｕｔｌｅｔ  ａｎｄ  ｃｙｃｌｏｎｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１６０内に設ける。アップドラフト排気部は、細かいスチールメッシュフィルターを備え、下流側パイプの汚染を防止する。サイクロンプレートを反応器出口内に設けて、反応器の出力ガスを旋回させるため、チャーやその他の固形廃棄物の管理が簡単になる。このように、アップドラフト排出部が、実際にはサイクロン分離機であるものを反応器の底部に接続するため、固形廃棄物の除去効果が改善する。このアップドラフト排出部は（以下に詳しく説明する）ワックストラップ/リフラックスシステム（ｗａｘ  ｔｒａｐ  ａｎｄ  ｒｅｆｌｕｘ  ｓｙｓｔｅｍ）に結合するフランジ１６４を有し、そして廃棄チャー出口が廃棄チャー回収器に結合するフランジ１６２を備える。さらに、サイクロン分離機は温度プローブ１６６を備え、これが反応器出口のガス温度を検知し、使用する制御システムに、特に他のシステムデータを制御システムに送信される信号を発生し、マイクロ波作動を最適な反応器温度を合わせる。
【００２６】
図４（横断上面平面図）および図４Ａ（横断側面図）から理解できるように、反応器容器に外周シェル１４０は円筒形であり、構造的に整合性を保持する。この外周シェル１４０が多角形の（例えば五角形など）内部マイクロ波キャビティ１３８を取り囲み、反射を最適化する。中心に位置するマイクロ波透過性セラミックスリーブ１４２が、原料が熱分解する内容積の境界を決定する。実施態様では、このスリーブをセグメント化し、応力を小さく抑え、ひび割れを抑える。
【００２７】
反応器室内での加熱については、外周の周りに設けられかつこれに固定された複数のマイクロ波発生装置１３２を使用して行う。マイクロ波発生装置１３２の使用数は、多角形の内部マイクロ波キャビティの辺の数に対応する。導波管１３２ａは外周シェルを貫通し、マイクロ波が、外周シェルに位置するのが好ましい導波管の窓１３２ｂに放射し、内部マイクロ波キャビティを通過する。パージして取り入れた不活性ガスを用いた導波管および導波管の窓のクリーン化については、ガス入り口１３４を介して、および導波管の窓それぞれにある“エアナイフ”１３６を使用して行う。
【００２８】
パルス化マイクロ波加熱を利用し、効率を改善し、加熱を最大化し、アーク発生を抑制し、かつ混合を最大化する。この部分的な理由は周波数ミスマッチによるマイクロ波混合が生じるからである。最適なパルス化については、原料の化学的特性および熱分解プロセスに必要な最適加熱によって駆動される。マイクロ波スプレッドについて、導波管開口およびマイクロ波ロードからの距離を算出する。そして、マイクロ波のリーク方向（レベルおよび性能）について、よく知られているように、定めておく。
【００２９】
熱混合（混熱）：
熱混合に先立って、不活性ガス（例えば窒素、アルゴンなど）を使用して反応室１４５から酸素をパージし、燃焼の危険を小さく抑えるとともに、高温における部材の酸化および崩壊を防止する。シェルのキャビティと内周側との間の多角形キャビティ１３８の周囲にバンドヒーター１４４を設ける。バンドヒーターはオンオフでき、選択的にこれを使用して、反応器室を予熱し、熱応力を小さく抑えるとともに、マイクロ波加熱の効率が最大になるように補っておく。マイクロ波エネルギーについては、整合的な効率の高い熱文化環境が構築されるようにパワーおよび時間の両者に対して調整しておく。
【００３０】
セラミックスリーブの内部には、原料化学に従って選択される表面処理を施した炭化ケイ素球体１４６を設ける。球体の直径は０．３７５インチ〜１インチであり、同じでもよく、バラツキがあってもよい。これら球体が、バンドヒーターから状態が調節されたマイクロ波エネルギーおよび伝熱性放射熱を吸収する。球体材料、球体径、表面特性（表面粗さなど）、および寸法については、混合が最適化かつ進行中の内部アーク発生を最小に抑えるように設定する。
【００３１】
選択的に可逆的な軸方向スパイラルタイプのミキサー１４８が球体に動作を与えかつ撹拌し、原料を加熱分布が最大化し、かつ等しくなるように反応させる。この高い熱環境におけるミキサーを支えるベアリングシステム１５０は、図３Ｂに示すよう、グラファイト製スラストベアリングに結合することができるグラファイト製スリーブベアリング１５０ａ、およびステインレス製の二次ハウジング１５０ｃを備える。
【００３２】
ガス/チャー出口上に設けた格子プレート１３９を使用して、廃棄物（チャー副生物）の流れをスローダウンするとともに、廃棄物を通過させる。このため、熱分解時の原料断熱および滞留時間の両者を最適化でき、これが廃棄物の分解および廃棄物の主反応器からの取り出しに寄与する。
【００３３】
次に、プロセスの混合相について説明するが、この混合相はサイクロン分離機１６０を備え、チャーやその他の固形廃棄物の管理における重要な工程である。“スワーラープレート（ｓｗｉｒｌｅｒ  ｐｌａｔｅ）”１６０ａは、操作時に反応器の底部に結合し、この部分における固形物の取り出しの効率を高くするプレートである。スワーラープレートが回転を始め、合成ガスを渦巻き化する。実施態様では、非凝縮ガスをコジェネレーターシステムに送り、陸側電力（ｓｈｏｒｅ  ｐｏｗｅｒ）への負荷を小さく抑えることができる。
【００３４】
廃棄物管理：
次に図５を参照して説明を続けるが、この図には熱分解システムの廃棄物管理部を示す。螺旋状“スクリュー”タイプのミキサー１４８を使用してチャーを混合し、これを取り出す方法工程で、チャーを動かし、撹拌して熱分配を最大化し、廃棄物を除去する。既に説明したように、スクリュータイプのミキサーは、スクリュー方向を選択的に可逆化でき、混合および除去に有利である。
【００３５】
図５〜図６Ａを参照して説明を続けると、サイクロン分離器と廃棄チャー回収器との間にナイフゲート（ｋｎｉｆｅ  ｇａｔｅ）１５２を設ける。このナイフゲートは“エアロック”として作用し、過剰なチャーの望ましくない蓄積が見られた場合にはこれを防ぐ。実施態様では、廃棄チャー回収器は水平方向に配置した単純な円筒形パイプであり、このパイプの両端にプレート１５３を被せる。
【００３６】
図５Ａは、本発明のクラッキング室１５６を示す図である。このクラッキング室は流体連絡し、直接反応器ガス処理を進めるものである。好ましくは、触媒１５３を利用して、逆重合（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）によって廃棄プラスチックを分解し、ポリマーをより効率的にリサイクルできるモノマー鎖に分解する。触媒としてはルイス酸、超酸、金属化炭素やゼオライトを使用することができる。図５Ｂに全体構成１５９を示すが、一つの実施態様では、この構成は複式クラッキング室部を備え、保守のために平行配置することができ、スワップアウトできるため、システム操作に対する妨害を最小限に抑えることができる。
【００３７】
図６〜図６Ａに示すように、アップドラフト排気１５８フランジ１６４に供給ライン１５４を結合し、インライン式フィルターをこれに付設して、連続操作およびバッチ操作で炭素デブリを捕捉しかつ除去する。触媒クラッキング室１５６の後ろには、重油/タール回収器“ワックストラップ”１７０が続く。実施態様では、ワックスを反応器に戻してさらに処理する。
【００３８】
凝縮器装置：
図６〜図６Ａを参照して説明を続けると、これら図には凝縮器装置１１０を示す。これを上記のインライン式フィルター１５４に組み込み、ワックスおよびデブリを除去する。出力ガスは、アップドラフト管１５８（再度図３および図３Ｅを参照）を介して反応器室を出る。このアップドラフト管は角度が下向きであるため、ガスのクリーンかつ汚染のない抽出を担保でき、凝縮に先立って流体流れからデブリを除去できる。次に、これらガスは有機金属材か、あるいはゼオライト１５６ａをドーピングしたマルチスプレー凝縮器/触媒室１５６を通るため、整合性をもった効率の高い熱分解環境を構築することができる。オイル循環については、オイルタンクを循環充填する単独のポンプを使用して行う。
【００３９】
使用可能な燃料の蒸留については、冷却/凝縮システム内で行う。このシステムは直線状かつ直列状に触媒室１５６、反応器出口/“ワックストラップ”入り口冷却器１５７、ワックストラップ１７０、反応器出口冷却器に流体連絡するディーゼル凝縮器１７２、ディーゼル凝縮器に流体連絡するガソリン凝縮器１７４、そして最後の、ガソリン凝縮器に流体連絡するスプレーダウン冷却器１７６を備える。ポンプ１７８がそれぞれ熱交換器スプレーダウン冷却器を駆動する。
【００４０】
燃料回収：
システムの燃料回収部１１２を図７に示す。図示のように、この回収にはデュアルタンク１８０、１８２を使用するが、各タンクは容量/流量測定制御１８４、１８６を行う。
【００４１】
制御システム：
システムの制御装置１１４は取り付けフレームの設置面積内に実装したキャビネット内に収容する（図１Ｂ）。データの取得については、制御システムに電子的に連絡する複数の公知センサー/モニターを使用して行い、フィードバック信号ループを発信し、原料流れおよび燃料生産を最適化する。システム制御装置はフィードバックロジック、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェース、上記データ取得部、マシーンラーニング部、およびカスター/ユーザーグループマシン間のＩｏＴを備える。マシーンラーニング部では温度を使用し、結果を出し、システムパラメーターを最適化する。制御システムの実施態様はでＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、あるいはセルラーＬＴＥインターフェースを利用して、安全性および利便性の両者から操作の遠隔モニタリングを行うことができる。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信システムを使用しても遠隔警告システムを構築できる。
【００４２】
以上の説明から、最も本質的な態様において炭素含有廃棄物原料を有用材に変換する方法とみなした場合、本発明は原料を粒子形態に粉砕（砕く、シュレッドする、粉々にする）する工程、原料をペレット化する工程、原料を融解する工程、本明細書冒頭で言及し、かつ添付図面に例示した型式の熱反応器を用意する工程、機械的な移転装置を使用して原料を熱反応器に移転する工程、熱反応器内で原料を蒸発させる工程、および凝縮し、原料の画分を分離する工程を備える。
【００４３】
単独か、あるいは組み合わせて実施するが、必ずしも特定の順番で実施する必要のない付随的な方法工程があるが、例示すると、（１）熱反応器に搬送する前に処理済み原料を処理しかつ保存して原料を汚染から保護する工程、（２）周囲乾燥温度で機械式移転装置に保存原料を供給する工程、（３）原料が熱反応器に流入している間、原料供給量および供給速度を維持し、保存原料の温度を溶融温度に上げる工程、溶融原料を原料移転装置に供給し、溶融原料が反応器に流入している間原料供給量および供給速度を維持する工程、（４）機械的移転装置と押し出し機との間に押し出し機を設ける工程、（５）反応器への流入に先立って原料を約３０℃〜５０℃に冷却する工程、（６）不活性雰囲気中１〜２ｐｓｉｇの低圧で蒸発工程で原料を約６００℃〜７００℃の熱分解温度に加熱する工程、（７）熱反応器内に容れたマイクロ波吸収球体を使用して、原料の蒸発を促進する工程、（８）蒸発工程時順・逆方向に混合オーガーを使用する工程、（９）バンドヒーターを切って、マイクロ波パワーを各種のパワーレベルおよび時間間隔で調節して、整合しかつ効率の高い熱分解を実施する工程、（１０）チャー副生物を可変速度で混合し、上記反応器の底部における充填レベルを維持し、マイクロ波吸収球体を絶縁し、かつ湿潤化する工程、（１１）チャー副生物を可変速度で抽出して、バッチ式操作または連続式操作を行う工程、（１２）接続した無線ネットワークを介してローカル用途、オンサイト用途およびリモート用途においてリアルタイムな運転およびオーバーライド制御を行う工程、（１３）細かな鋼鉄製メッシュで熱分解ガスを処理し、軽質なチャー粒子およびデブリを捕捉かつブロックする工程、（１４）熱反応器の出口にあるスワーラープレートを介して熱分解ガスを送って、熱分解ガスを旋回させ始めて、渦巻きを形成する工程、（１５）熱分解システムを航海船に設置し、システムが発生する燃料を使用して、システム用電力を発生し、陸側電力への負荷を緩和する工程、（１６）能動位置に回転できる３つの垂直部を触媒管に設け、少なくとも一つの垂直部が常に運転中にあり、少なくとも第２垂直部を回転させて取り外し、これを洗浄に回し、そして第３垂直部を熱で前処理する工程である。
【００４４】
以上の説明に基づけば、当業者ならば、本発明を実施できるはずであり、また上記の説明は本発明者が現在意図している発明の最良の形態を与えるものである。本明細書は、本発明の好適な実施態様の全面的かつ完全な説明を開示するものであるが、本発明を図面に例示し、かつ記載してきた正確な構成、寸法関係、および操業に限定するものではない。各種の変更、構成修正などは当業者にとって明らかなはずであり、本発明の精神および範囲から逸脱せずに適宜実施できるはずである。これら変更などには、使用材料、使用部材、構成構造、サイズ、形状、機能、操業特徴などが包含されるものである。
【００４５】
従って、以上の説明および図示は、特許請求の範囲に記載した発明の範囲を制限するものではない。
【符号の説明】
【００４６】
１０  システム
１２  原料ホッパー
１４  機械式コンベヤ
１６  反応器
１８  不活性ガス源
２０  回収器
２２  クラッキング室
２４  冷却器
２６  ワックストラップ（回収器）
２８  ディーゼル凝縮器
３０  回収容器
３２  冷却器
３４  ナフサ/ガソリン凝縮器
３６  回収容器
３８  冷却器
４０  水トラップ
４２  酸化装置
１００  システム
１０２  フレーム
１０３  原料ホッパー
１０４  原料供給部
１０５  押し出し機
１０６  反応器
１０８  回収器
１１０  冷却/凝縮システム
１１２  燃料回収タンク
１１６、１１８  レベル検出器
１１９  オーガーコンベヤ
１２０  過剰供給検出器
１２１  オーガー
１２２、１２６  目詰まり検出器
１２８  螺旋状エッジ
１３０  オリフィスプレート
１３０ａ  循環ダイ
１３０ｂ  片
１３０ｃ  リボン片
１３１  乾燥原料冷却入り口
１３２  マイクロ波発生装置
１３２ａ  導波管
１３２ｂ  導波管の窓
１３３  パージガスマニホールド
１３４  ガス入り口
１３６  エアナイフ
１３８  キャビティ
１３９  プレート
１４０  外周シェル
１４１  上部プレート
１４２  セラミックスリーブ
１４４  バンドヒーター
１４５  反応室
１４８  ミキサー
１５０  システム
１５０ａ  スリーブベアリング
１５０ｃ  二次ハウジング
１５２  ナイフゲート
１５３  プレート
１５３  触媒
１５４  供給ライン
１５４  インライン式フィルター
１５６  クラッキング室
１５６ａ  ゼオライト
１５７  入り口冷却器
１５８  アップドラフト排出部
１５９  全体構成
１６０  サイクロン分離機
１６０ａ  スワーラープレート
１６２  廃棄チャー口
１６２  フランジ
１６４  ガス出口
１６４  フランジ
１６６  温度プローブ
１７０  重油/タール回収器“ワックストラップ” 
１７２  ディーゼル凝縮器
１７４  ガソリン凝縮器
１７６  スプレーダウン冷却器
１７８  ポンプ
１８０、１８２  デュアルタンク
１８４、１８６  容量/流量測定制御
【図１Ａ】
2021529867.tif 000003
【図１Ｂ】
2021529867.tif 000004
【図２−２Ａ】
2021529867.tif 000005
【図３】
2021529867.tif 000006
【図３Ａ−３Ｄ】
2021529867.tif 000007
【図３Ｅ】
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【図４．４Ｂ】
2021529867.tif 000009
【図４Ａ】
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【図５】
2021529867.tif 000011
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2021529867.tif 000013
【図６】
2021529867.tif 000014
【図６Ａ】
2021529867.tif 000015
【図７】
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【国際調査報告】
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