(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の反応室と、該反応室内に該反応室と同軸に設けられた軸棒と、該軸棒に駆動ディスクによって対称的に取付けられた羽根とを備える反応装置を用い、
前記反応室へ固体粒子と有機物質を導入し、前記羽根を回転させて、前記軸棒と前記反応室の内壁との間に前記固体粒子によるリング状の渦流動床を形成させ、１５０乃至７００℃の温度と、０．１ＭＰａ乃至２．５ＭＰａの圧力と、前記渦流動床を構成する前記固体粒子の攪拌作用によって、前記有機物質を分解する有機物質の分解方法。
【請求項２】
前記固体粒子によって形成された渦流動床が、進行中の化学反応に触媒として作用する物質によって部分的に又は全面的に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の有機物質の分解方法。
【請求項３】
前記固体粒子によって形成された渦流動床が、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム又は水酸化ナトリウムのような固形吸収剤によって形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物質の分解方法。
【請求項４】
前記固体粒子の直径が、3×10-5乃至3×10-2mであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の有機物質の分解方法。
【請求項５】
前記有機物質又は渦流動床を形成する物質の固体粒子が100乃至450℃の温度まで予備加熱されることを特徴とする、請求項１、２、３又は４に記載の有機物質の分解方法。
【請求項６】
前記有機物質が、渦流動床を形成する物質の固体粒子の作用を受けるようにしたものにおいて、渦流動床を形成する物質の固体粒子が存在する液体の分離床として作用することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の有機物質の分解方法。
【請求項７】
前記有機物質が、原油、高分子量を持った炭化水素タール、巨大分子量の物質又は巨大分子量の廃棄物質から成ることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の有機物質の分解方法。
【請求項８】
円筒状の反応室と、前記反応室内に強力な渦流動作を起こす回転機構と、固体粒子用の取入れ開口部と、有機物質用の取入れ開口部と、反応生成物の取出し開口部とを有する有機物質の分解装置であって、
前記回転機構は、前記反応室と同軸である軸棒と、該軸棒に駆動ディスクによって対称的に取付けられた羽根とを有し、
前記回転機構の回転により前記軸棒と前記反応室の内壁との間に前記固体粒子によるリング状の渦流動床を形成することを特徴とする有機物質の分解装置。
【請求項９】
駆動ディスクによって軸棒に取付けられた羽根が、軸棒に平行に3乃至10列に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の有機物質の分解装置。
【請求項１０】
羽根に種々の幾何学的形状の開口部又は切込みが設けてあることを特徴とする請求項８又は９に記載の有機物質の分解装置。
【請求項１１】
駆動ディスクに種々の幾何学的形状の開口部が設けてあることを特徴とする請求項８、９又は１０に記載の有機物質の分解装置。
【請求項１２】
羽根が個々のセグメントに分割されるとともに、各羽根に楕円形の開口部が設けられていることを特徴とする請求項８、９、１０又は１１に記載の有機物質の分解装置。
【請求項１３】
羽根がピンによって堅固に又は揺動できるように駆動ディスクに取付けられていることを特徴とする請求項８、９、１０、１１又は１２に記載の有機物質の分解装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、価値の低い有機物質の熱及び／又は触媒による分解方法及びその分解装置に関する。
背景技術
限定された利用度の低い経済的価値しかない有機物質を処理する方法及び装置は、特に原油の加工の分野において知られている。最近、そのような方法は、廃棄物を原料源に利用することについても、その用途を見出している。
原油の大きい分留部分を利用する最も効率的な方法には流動化を利用する分解方法がある。大きい炭化水素の分留部分を分解するための最も普及している流動方法は流動化触媒分留である。
流動化技術とは、固形の粒子が流体(ガス、液体)によって持ち上げられた状態になり、質量力(重力場)に対して流れ、そして、そのようなシステムが外界に対して液体(懸濁液)のように働くプロセスとして定義される。流体層は、物理的及び化学的プロセスにおいて広く利用される特別な性質を持っている。「層内での粒子の強力な運動並びに層を攪拌することは、高熱及び質量移転及び迅速な温度及び濃度差の平衝化を表す。」
0004055829.tif 000002
（化学エンジニアリングの原理）、SNTL／ALFA 1981。化学プロセスで利用される流体層の特別の性質は、流動化媒体による固体粒子の強力攪拌に存する。
流動床における非均一性形成の除去の問題は、特許JA-A-05277354で解決されており、円形反応器で攪拌機を用いることによって流動床の粒子の凝集が防止される流動化液によって流動床が形成され、そこではモーター駆動の攪拌機によって流動床が回転する。
JP-A-58223435は、流動化された触媒の粒子の凝集及び反応生成物の沈殿を防止するため、反応器の内壁に攪拌機が置かれている、流動化媒体としてガスと協動作用する流動床反応器を記述している。
石油化学の分解プロセスのための古典的な原材料源の他に、廃物、特に廃プラスチック材料、を利用して価値の高い炭化水素を製造するための代替物を鋭意探索した。
EP-A1-0502618は、プラスチックス、特にポリオレフィンを、固形不活性粒子の流動化床で、300℃乃至690℃の温度の流動ガスでガス化することによる変換について記述している。
EP-A1-0687692は、液体によって流動化された不活性粒子から成る流動床で塩化されたプラスチックスの熱分解をし、その後、酸化カルシウムを用いた固形床で塩素化合物を吸収させることを記述している。
FR-A-2613721は、水蒸気の存在下ポリオレフィンを加熱したスチール管に注入して、360℃乃至500℃の温度でポリエチレン及びポリプロピレンを熱分解することによる合成ワックスの製造プロセスを記述している。
US-A-3901951は、廃ポリマー処理の方法を記述している。第1段階では250℃より低い温度でポリマーを溶融し、次の段階では熱分解のため350℃乃至550℃の温度で溶融物を流動化された固形粒子の熱媒体内に注入する。熱分解されたガス状生成物は濃縮し、それによって液体炭化水素の混合物が得られる。固形粒子は好ましくは、ガス状の空気、窒素又は水蒸気のようなガス、空気を用いて流動化してもよい。
流動化と共に作用するシステム、特に化学反応器は、極めて高い資本投資を必要とする。流動化固体反応器での固体粒子の上昇は、殆どの場合、蒸気化ガスにより保証される。流動化媒体の作成に必要な操作、液（ガス）の圧縮又は汲み上げ、その加熱、輸送、反応器への配分など、並びに反応生成物からの流動化媒体の分離、冷却、損失物の除去などは、流動床で作動するシステムを技術的にも、経済的にも、投資及び操業に関して極めて高コストにさせる。最適の反応条件を得るための技術的に複雑な制御によっても、装置は複雑になる。流動化固体反応器は、高性能の場合に限り経済的に正当化され、それはまた投資コストに影響を与える。
その上、流動化には不均一性を伴うことが多い。不均一性の形成、即ち、泡、チャンネル、及びピストンの形成は流動化床の維持プロセスを壊すこともあり、流動化の利点を大きく減少させることにもなる。
発明の開示
価値の低い有機物質を処理する現行の方法の不利な点は、本発明による方法によって大幅に取り除かれるものであり、それは、円筒状の反応室と、該反応室内に該反応室と同軸に設けられた軸棒と、該軸棒に駆動ディスクによって対称的に取付けられた羽根とを備える分解装置を用い、前記反応室へ固体粒子と有機物質を導入し、前記羽根を回転させて、前記軸棒と前記反応室の内壁との間に前記固体粒子によるリング状の渦流動床を形成させ、１５０乃至７００℃の温度と、０．１ＭＰａ乃至２．５ＭＰａの圧力と、前記渦流動床を構成する前記固体粒子の攪拌作用によって、前記有機物質を分解する。
固体粒子の渦流動床は、進行中の化学反応に触媒として作用する物質によって部分的に又は全面的に形成されてよく、或いはそれはシリコン及び／又はアルミニウム及び／又はカルシウム及び／又はナトリウム及び／又はカリウム及び／又は酸素及び／又は硫黄を含み、粒状石英及び／又はシリカ砂及び／又はアルミノシリケート及び／又は他の天然の及び／又は合成のミネラルのように、反応物質の反応条件で不活性な物質であってもよく、或いは酸化カルシウム及び／又は炭化カルシウム及び／又は水酸化カルシウム及び／又は水酸化ナトリウムのような、固体吸収剤を加えてもよい。
渦流動床を含む固形粒子の直径は、３×１０-5乃至３×１０-2ｍ、好ましくは３×１０-4乃至３×１０-3mである。
渦流動床を構成する有機物質及び／又は固形粒子は、適当に１００乃至４５０℃、好ましくは１５０乃至３５０℃の温度まで予備加熱すればよい。
有機物質は、水又は水蒸気の存在下、及び／又は水素の存在下又は反応条件で水素を出す物質の存在下、及び／又はアンモニアの存在下で、固体粒子の渦流動床の作用を受けるようにしてよく、そこでは分解及びその後の反応のための反応媒体の他に、渦巻き運動をしている固体粒子も、また反応条件で不活性である液体について状態変化が生じる渦巻き分離(乾燥)床の熱交換表面を形成する。
価値の低い有機物質として特に下記の物質が用いられる。即ち、原油又は高分子量を有する炭化水素タール及び／又は巨大分子量の物質、主としてプラスチックス及びエラストマー、廃巨大分子量の物質、主として廃プラスチックス及びエラストマー、及び／又は廃炭化水素油、主として廃潤滑油、エンジン及び／又はギア及び／又はタービン及び／又は機械及び／又は水力の及び／又は変圧器の及び／またはマシニングの及び／又は熱転送油、及び／又は重原油及び／又は重原油炭化水素及び／又は炭化水素タール及び／又は天然及び／又は精練アスファルト及びビチューメン及び／又は原油及び／又はコールタール・ナフサを加工し精製することからの蒸留プロセスの雰囲気及び／又は真空残留物、更に有機物を含む天然の岩石、特に炭化水素、主として油及びビチューメン砂及び板岩、更に有機物質、主として原油炭化水素及び／又は炭化水素タール及び／又は巨大分子量の物質／プラスチックス及びエラストマー、及び／又はワックス及び／又は樹脂及び／又はポリサッカライドを含む廃物である。
本発明の有機物質の分解装置は、円筒状の反応室と、前記反応室内に強力な渦流動作を起こす回転機構と、固体粒子用の取入れ開口部と、有機物質用の取入れ開口部と、反応生成物の取出し開口部とを有する。そして、前記回転機構は、前記反応室と同軸である軸棒と、該軸棒に駆動ディスクによって対称的に取付けられた羽根とを有し、前記回転機構の回転により前記軸棒と前記反応室の内壁との間に前記固体粒子によるリング状の渦流動床を形成する。羽根の周速は１５乃至１３５m／s、好ましくは３５乃至８５m／sの範囲に入るようにする。羽根は堅固に、又は揺動できるように、駆動ディスクに取付ければよい。
駆動ディスクによって軸棒に取付けられた羽根は、反応室内で軸棒に平行に軸方向に延び、３乃至１０列に配置し、そして、それらには種々の幾何学的形状の開口部又は切込みを設けてよく、また、それらは楕円形の開口部又は異なった幾何学的形状の開口部を持った別々のセグメントに分割されていてもよい。また、駆動ディスクには種々の幾何学的形状の穴を設けてもよい。
反応室に設けられた回転機構の一部は、封止システムによって周囲の外部から分離されていて、反応室の密閉を保証している。反応室に入る材料取入れ口の開口は一つの面にあり、ガス状又は液状の反応生成物に対する出口の開口部は反対側の面で軸棒に出来るだけ近くにあり、そこでは液又はガス中の固体粒子の濃度が最も低い。固体粒子のための出口の開口部は、その面の近くにガス状又は液状の反応生成物に対する出口の開口部を持った反応室の円筒状の部分に配置されている。
本発明による有機物質の分解方法は、円筒状の反応室で強制渦巻き動作を行う固体粒子の強力攪伴によって渦流動床が形成されること、また、主として有機物質の熱分解のため、化学反応の媒体として固体粒子の熱渦流動床を利用することにある。渦流動床では固体粒子の強力な循環が生じ、それによって理想的な攪伴をされた媒体が形成されて、反応室で渦流動床を利用して一様な熱状態を作り出すことが出来るようにしている。反応生成物質の乱流動作は上昇状態にある固体粒子の渦巻き動作を高めるのに寄与し、一方、反応温度での反応生成物質は主として液状又はガス状にあるものである。
固体粒子は、反応室に入る前に予備加熱しても良く、こうして化学反応及びその他のプロセスの実行に必要な熱に不活性なキャリヤを表す。同時に、固体粒子が直接反応室内で大きい表面積を持つ熱交換器の熱伝達面を形成し、その結果、高速の熱交換を可能にする。固体粒子を渦流動させることによって形成される熱伝達面の大きい表面積と、渦流動床の高い熱伝導性によって、固形粒子の渦流動床を有する反応室で種々の反応が強力に進行出来るようになる。
渦流動床は、反応室内に生じる化学反応で触媒作用を表す固体粒子で部分的に又は完全に形成されるものであってよい。このようにして渦流動床は種々の触媒反応の進行に適する媒体を形成する。そのような渦流動床を簡単な熱分解のために用いることが可能である。例えばアルミノシリケートのようなカチオン性（酸塩基性）の異種の触媒は-C-C-結合の破壊を援助し、そして渦流動床の流れにより熱分解を一層効果的にする。
好ましい変形例は、異種の二官能性触媒を用いた有機物質の触媒化熱分解のために固体粒子の渦流動床を利用することから成る。水素又は水素放出化合物（ヒドラジン）の存在下、酸性担体（アルミノシリケート）に、例えば、コバルト及び酸化モリブデンの渦流動床を形成するレドックスおよびカチオン性触媒は、全ての化学反応即ち分解及び水素添加の反応速度を増大すること、反応温度を下げること、及び望ましくない副反応を除去することを可能にする。固形粒子によって形成される大きい表面積により、また触媒の渦流動床の強力な攪伴により、接触反応の輸送プロセスは速く、それゆえ、装置内の拡散の性質は良好であり、そのため触媒反応の反応速度を増大させる。このことは、幾つかの好ましい結果を示す。
渦流動床は、例えば粒状の石英又はシリカ砂またはミネラル物質のような、反応物質を出すか、反応条件で不活性な物質の固体粒子で形成してよい。
主として塩素及び硫黄化合物である酸性化合物を反応生成物の混合物から除去するためには、固体粒子の渦流動床の構成要素として吸収剤を加えても良く、それによる反応条件で、例えば酸化カルシウム、炭化カルシウム、水酸化カルシウムまたは水酸化ナトリウムによって、酸性化合物と化学的に結合することが出来る。このようにして渦流動床は吸収床として作用し、同時に全ての他の機能を維持する。このようにして、他の望ましくない成分を吸収によって反応生成物の混合物から直接反応室内で除去することが出来る。
装置中のモル数の増大、例えば炭化水素の熱分解を特徴とする熱分解プロセスが、希釈剤の存在によって促進されることが知られている。好ましくは、この事実は渦流動床で有機物質の熱分解のためにも用いることができる。希釈剤として、水又は水蒸気又は水素又はアンモニアを用いることが出来る。希釈剤は所望の化学反応にも関与する。渦流動床が触媒レドックスの性質（例えばコバルト及び酸化モリブデンの性質）を有する固形物質で部分的に形成されている場合には、現在の希釈剤、特に水素が分解プロセスでの生成物との反応に入り、そして水素添加が反応室内で直接起こる。
小さい寸法を持ち、そして渦流動床内で強力な渦流動作を行う大量の固形物質の粒子は、反応室内に在る液に対する機械的相互作用によって、機械的な不統合、即ち液の分散を起こし、それによって霧状になった液とともに存在するガスは、空気分散系、即ちガスのように作用する霧を形成する。固形粒子の渦流動床は液の分散床としても作用する。これは、物質の構造に化学的変化を伴う反応に対する温度条件の選択のための実用的価値を持つものである。反応温度は低目で良く、そして、その分解はガス状並びに液相で行ってよい。上記の効果の結果、反応生成物は、単相、即ちガスの形で反応室を出る空気分散霧（エアロゾル液−ガス）を形成する。
渦流動床において、その分解を実行するために必要なエネルギーは熱の形で供給される。本発明の特別な特徴は、エネルギーの輸送及び変換の方法である。反応室内で起こるプロセスを実施するために必要な熱エネルギーの一部は、回転機構の運動部分と渦流動床の固体粒子との間の摩擦、並びに渦流動床を形成する固体粒子の相互の摩擦、及び渦流動床の固体粒子と反応室の静止部分との間の摩擦の結果、回転機構の運動エネルギーを熱エネルギーへ変換することによって、反応室で直接発生させられる。回転機構の運動エネルギーを、エネルギー消費により反応室で直接熱エネルギーへ変換することは、固体粒子の渦流動床を持った分解装置の高いエネルギー効率の理由の一つである。渦流動床を持った反応室でのプロセスを実施するために必要とする熱エネルギーの一部は、熱輸送媒体によっても供給される。ここで熱輸送媒体は渦流動床を形成する予備加熱された固体粒子又は反応室へ入る予備加熱された有機物質から成る。熱交換の代りにエネルギーが消費される事実は、固体粒子の渦流動床を持った分解装置の高エネルギー効率に寄与する。
本発明では、また、高速の渦流運動を行う固体粒子の渦流動床が形成され、それによって渦流動床の固体粒子及び反応生成物質の運動量の主源泉が、反応室内にある高速回転する回転機構の大きな運動量にあり、熱及び質量輸送を担う反応媒体が反応室内に存在する。
駆動ディスクに取付けられた羽根は、反応室の重要な構成要素を構成する。分解装置全体に必須の特徴である反応室内の乱流のレベル及び渦流動床の固体粒子の渦流動作は、羽根に依存する。羽根は、特別に耐摩耗性材料、例えば合成物またはセラミックの材料又は高品質のタングステン合金鋼で作ったものでなければならない。渦流動床の固体粒子による摩耗動作の結果、羽根は摩擦を受けるので、それらの規則的な交換は装置の標準的保守に属する。羽根をセグメントに分けると回転機構の製造に利点を持つが、特に固体粒子の渦流動床の形成される反応室の保守に利点を持つ。セグメント間の空隙は、乱流を起こす穴を形成するようにし、或いは単一セグメントに例えば楕円形の開口部をもって乱流を増大させるようにしてもよい。
駆動ディスクの開口部は、回転軸の近くにし、即ち反応生成物が渦流動床の外側に流れることが出来るようにして、外に出る反応ガスに極めて小さい寸法を持って固体粒子のフライ損失を減少出来るようにする。
固体粒子の渦流動床を持った反応室を用い、固体粒子の寸法を調整して渦流動床を作り、同時にその他の全ての機能、性質及び特徴を維持することが出来る。とりわけ、粗削りの構造の羽根又は羽根の列は、渦流動床を形成するものよりも大きい粒子で物質に衝撃及び摩擦によって作用して、ハンマーミルのハンマーの作用と同様な方法で砕いて、それらの機械的分解を起こさせる。このようにして、入って来る固体物質を直接反応器内で粉砕することによって、適当な粒子の大きさの渦流動床が形成される。羽根の構造は、その特別な機能及びより高い機械的応力に適応するようにする。ハンマーミルのハンマーのように作用し、列に並べられた羽根は、固定された付属品によって、又はそれらの揺動動作が出来るように付属品によって駆動ディスクに取付けられる。
渦流動床を形成する固体粒子の運動量の源泉は、反応室内にある回転機構であることが、本発明の特徴である。固体粒子及び固体粒子で形成された渦流動床は、反応室内で幾つかの機能を行うか又は行うことが出来る。それらは熱輸送媒体、熱交換器、熱源、性質均質化器、等温媒体、液体の分散床、触媒床、吸収床及び分離(乾燥)床である。固体粒子の直径は小さく、主として3×10-4乃至3×10-2mであるので、固体粒子は、その上で比較的高いエネルギー及び質量の強力な交換が行われる特別の表面を持つ。
本発明は、流体層と反応媒体に特徴のあるものと同様の物理的及び物理化学的性質を持った反応媒体を作り出し、しかも反応媒体を一層簡単な異なる方法で作り出す装置で反応媒体を作り出すという考えに基づいている。流動床を持った反応室に対して、本発明による分解装置は、反応媒体と渦流動床を形成する固体粒子が、重力の作用により流体の流れによっては上昇しないが、反応室内に直接置かれた攪伴装置である回転機構の強力な回転動作の結果、それらは上昇するという特徴を有する。流動化床を持ったシステムでは、流動化媒体の源泉(ポンプ、圧縮ポンプ)は反応室の外側に置かれているが、本発明による分解装置では渦流動作の運動量の源泉は反応室内に直接置かれている。
分解生成物及びその後の化学プロセスは、主として10℃乃至550℃の範囲で蒸留するか、飽和したか又は不飽和の炭化水素の反応条件の選択ができ、価値が高いものである。
本発明は不活性成分と混合した低い価値の有機物質を含み、かつ廃棄される有機物質を処理する効果的な方法を提供する。更に、それは、これまで殆ど利用できなかった材料を高い経済的効果で処理することを可能にし、それによって、これらが利益のある原材料源になる。
本発明に従って形成された渦流動床は幾つかの良好な物理化学的性質を持っており、有利なものは主として運動量、熱及び質量の高速度の輸送、及び温度及び濃度差の迅速な平衡化である。固体粒子の渦流動床で起こっているプロセスは高いエネルギー効率を特徴とする。
本発明に従って形成される固体粒子の渦流動床の更なるの利点は、不均一性が無いことである。固体粒子の渦流動床を作り出す回転機構は強力な回転運動によって反応室にある反応物質を均質化し、そして、それは泡、チャンネル、ピストン、その他の不均一物が形成出来ないようにする。固体粒子の渦流動床を持った反応室は、装置の大きさに対して良好な性能を表し、それゆえ比較的小さい装置をもって顕著な生産性能に到達することが出来るようになる。
異種触媒の渦流動床を持った反応室では、従来の方法と比較して、より低い温度で、又は少ない量の触媒、又は一層活性の低い触媒で作業することが出来る。それゆえ、一層安価な触媒を用いることが出来る。
本発明によって固体粒子の渦流動床が形成される装置の構築は簡単であり、それは経済的にも好ましい。
本発明の特に好ましい特徴は処理された材料の物理的状態及び化学組成に関して渦流動床のプロセスの柔軟性にある。単一の装置で、液体か固体かの異なる有機物からなる混合物、並びに無機固体部分と有機物との混合物も、原材料として用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は、本発明による分解装置、即ち、反応室の基本的な構造を示す。
第３図は、長方形の切込み及び楕円形の開口部を設けた羽根を付けた回転機構を示す。
第４図は、羽根を別々のセグメントに分割した回転機構を示す。
第５図は、8列の羽根を有する回転機構の駆動ディスクを示す。
第６図は、開口部を有す回転機構の駆動ディスクを示す。
第７図及び第８図は、羽根を駆動ディスクに強固にかつ揺動できるように取付けた回転機構を示す。
第９図及び第１０図は、強力な渦流動作を行う固体粒子の渦流動床を形成する原理を表す。
第11図は、不活性な渦流動床を持った分解装置のフロー図を示す。
発明を実施するための最良の形態
実施例１
第1図及び第2図に示したように、価値の低い有機物質の熱及び／又は触媒分解及び／又は解重合の分解装置は、強力な渦流動作を起こす回転機構2を持った円筒状の反応室1、渦流動床を形成する固体粒子の入口開口部、反応物質用の入口開口部、及び反応生成物用の出口開口部から成る。回転機構2は反応室1内で回転できるように配置され、そして、それは駆動ディスク4によって羽根5が軸棒３に対称的に取付けられており、回転機構2は反応室1の軸と同軸にされている。
第9、10図から、強力な渦流動作を行う固体粒子の渦流動床（着色された部分）を作り出す原理は、明らかであろう。熱交換器9で150℃の温度まで予備加熱されたシリカ砂を固体粒子用の入口開口部を通して反応室1へ供給する。同時に熱交換器9’で60℃の温度まで予備加熱された廃潤滑油を投入する。回転機構2を作動させると、駆動ディスク4に取付けられた羽根5が55m／sの周速で周回動作を行う。周回動作の間、タングステン合金鋼で作られた羽根5は、それ自身の運動量で反応室1内の固体粒子に作用し、反応室1内にある固体粒子を付勢して渦流動作をさせる。羽根5の上記の所定速度では、固体粒子に働く重力は、遠心力と比較して取るに足りない、それゆえ、固体粒子は反応室1の内壁と軸との間で環状（リング状）の渦流動床を形成する。羽根5は、残りの物質、特に液体を渦流運動させるようにし、また、残りの物質は、進行中の物理及び化学プロセスに携わるか、又はそれらのプロセスの産物である。これらの渦流液は、それ自身の運動量によって固体粒子に作用し、それによって反応室１に存在する液体と一緒に懸濁物の形で保たれている固体粒子の渦流動床の渦流量を増大させる。
実施例2
0.4mの内径を持った反応室1を備え、15kWの消費電力のモーター7によって駆動される回転機構2を持ったパイロット・プラントで、普通のシリカ砂で構成された固体粒子を450℃まで加熱し、渦流動床を作った。羽根5の周速は60m／sであった。これらの条件の反応室1内へ、廃エンジン油及びプラスチックス、即ちポリエチレン及びポリプロピレンの予備加熱した混合物をスクリューポンプによって注入した。原料の重量比は、廃エンジン油60%、ポリエチレン20%、ポリプロピレン20%であった。油及びプラスチックスの品質は、表1に示した。同時に全投入物の5重量%の量の廃蒸気を希釈媒体として反応室1内に加えた。約4×3×3mmの寸法の顆粒の形で新規のプラスチックスを用いた。渦流動床を有する反応室1内で、注入された炭化水素とプラスチックスとの反応を520℃の温度及び0.15MPaの圧力で行った。ガス状の反応生成物をバッフル・コンデンサで強力に冷却した。冷却媒体として冷水を用いた。凝縮液である液状生成物を重力で単一成分に、即ち、水と炭化水素とに分離した。相分離中には、水／油乳剤の形成は認められなかった。液体の原材料及び生成物を油分析に用いる標準手法によって分析した。生成物の品質及び性質を表II及び表IIIに示す。
0004055829.tif 000003
液体炭化水素濃縮物は有機物質の全投入量の96.2重量％を構成した。残留物は、バッフル水クーラーでは凝縮出来ないガス（メタン、軽炭化水素及びCO2）から成っていた。
0004055829.tif 000004
0004055829.tif 000005
実施例3
0.4mの内径を有す反応室1を備え、15kWの消費電力のモーター7によって駆動される回転機構2を持ったパイロット・プラントで、普通のシリカ砂で構成された固体粒子を450℃まで加熱して渦流動床を作った。回転機構2の羽根5の周速は50m／sであった。これらの条件で、原油（重加熱油）、酸性化合物の吸収剤としての酸化カルシウム及び模擬石油事故から出た汚染した土、即ち土含有炭化水素の雰囲気で蒸留したものからの蒸留残留物の予備加熱した混合物を反応室1内へ投入した。原材料の重量比は、重加熱油55重量%、酸化カルシウム5重量%、及びデイーゼル燃料6.5重量%及び水約8.5重量%を含む汚染土40重量%であった。重加熱油の品質を表IVに示す。
渦流動床を持った反応室1で、注入された炭化水素の分解反応、並びに汚染土を形成する固体粒子からの炭化水素と水との分離、及び硫黄化合物の化学吸収を550℃の温度と0.11MPaの圧力で行った。その後、ガス状の反応生成物をバッフル・トレイ・コンデンサで強力に冷却した。冷却媒体として冷水を用いた。原材料並びに固体、液体及びガス状の反応生成物を標準分析方法によって分析した。
0004055829.tif 000006
液体炭化水素凝縮物は、反応室1に投入された原油物質の全重量の97.3重量%を構成していた。残留物はバッフル・トレイ水冷却器に存在する条件で凝縮させることが出来ないガス（メタン、軽炭化水素及びCO2）から成っていた。液状生成物の品質を表Vに示す。
反応室1では実質的に全ての炭化水素が汚染土から除去されていて、それらの内容は最初の6.5重量%から0.05重量%に減少して、水は土から完全に除去されていた。
0004055829.tif 000007
示された結果は、固体粒子の熱渦流動床を有する反応媒体の熱分解及び解重合中の物質の化学構造の高程度の変換及び有機物質の分子量の大きな変化を示している。
実施例4
0.4mの内径を持った反応室1を備え、15kWの消費電力のモーター7によって駆動される回転機構2を持ったパイロット・プラントで、運転開始時に、普通のシリカ砂で構成された固体粒子を250℃まで加熱し、渦流動床を作った。羽根5の周速は45m／sであった。これらの条件で、油精製装置(API分離器)からの廃水を浄化する機械的ステップから、炭化水素油を含むスラッジを反応室1内へ投入した。スラッジは、反応室へ投入する前に真空フィルターで脱水した。スラッジ中の水分は35重量%、炭化水素の含有量は25重量%、残りは不溶性の固形物質から成っていた。渦流動床を持った反応室1で、スラッジ中に存在する炭化水素の分解反応、並びに脱水したスラッジを形成する固体粒子からの炭化水素と水との分離を350℃の温度と0.13MPaの圧力で行った。その後、ガス状の反応生成物をバッフル・トレイ・コンデンサで強力に冷却した。冷却媒体として冷水を用いた。固体、液体及びガス状の反応生成物を標準手順によって分析した。
液体炭化水素凝縮物は反応室１に投入された原油物質の全重量の96.2%を構成していた。残留物はバッフル・トレイ水冷却器に存在する条件で凝縮させることが出来ないガス(メタン、軽炭化水素及びCO2)から成っていた。
液体生成物の品質を表VIに示す。反応室１での処理後は、固形反応生成物、即ち「乾燥物」は0.13重量%の炭化水素と微量の水とを含んでいた。
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固体粒子の渦流動床を用いる接続的に作動する分解装置の形態：
第11図のフロー図に示したように、廃潤滑鉱物油と廃プラスチックスとの混合のための固体粒子の渦流動床を有する反応室1を持って連続作動する分解装置は、駆動ディスク4によって軸棒3に取付けられた羽根5を持った軸棒3から成り、その中に回転機構2が配置された反応室1から成る。軸棒3の回転運動はギアボックス8を通じてモーター7によって確保される。ギアボックス8によって反応条件の選択に応じて軸棒３の最適の回転速度が調節される。3×10-3mの粒子の細度を有する固形シリカ砂が入った渦流動床を形成する固体粒子が、熱交換器9で250℃の温度に予備加熱され、回転機構2が高速に回転している反応室1内にスクリューコンベアによって投入される。固体粒子の渦流動床を作った後に、熱交換器9"で70℃の温度まで投入前に予備加熱された廃潤滑油はスピンドルポンプによって反応室1内に連続的に投入される。その後、熱交換器9'で予備加熱された廃ポリエチレン及びポリプロピレンの切片もまたスクリュー・ドーサーによって反応室1内に投入する。反応室1と一体的な部分として渦流動床から直接固体粒子を取出す出口ダクト11があり、固体粒子は熱交換器9でウオームアップした後再度反応室１に戻る。このようにして一定の反応モードで最適の反応温度が維持される。もし渦流動床が触媒で構成されていて、触媒を再生することが必要な場合は、上記の所定の手順によって再生のため反応室1から触媒を取出して活性化した触媒を反応室１へ戻すことが可能である。出口ダクト11は、反応室1の渦流動床から余分の固体粒子を取り除くことを可能にし、また同時に、それは分解装置を停止する前に反応室1を空にするために用いてもよい。
ガス状になっていて、空気分散霧の状態になっている熱分解した反応生成物は、出口パイプライン10を通って除塵器12の中へ導かれる。ガス状の反応生成物の流れは、また、所謂フライ・ロスという固形粒子の最も細かい部分を含んでいて、これは除去しなければならない。フライ・ロスを除去した後に、主として炭化水素である反応生成物の流れを熱交換器9"'で冷却し、有機物質の一部を凝縮させる。液体凝縮物をガス状の部分から分離器13で分離して、これを燃やすか又は更に処理する。主として価値の高い炭化水素から成るガス状及び液状の物質は、更に精練所及び石油化学プラントで用いられる標準的な方法によって処理される。
除塵器12としてはサイクロン又はマルチサイクロン、静電分離器、ロトクロン、シャッター塵捕捉器又は他の適当な装置が用いられる。
ところで、羽根５と駆動ディスク４は、色々と変形可能である。例えば、第３図に示したように、羽根５を長方形の切込みを設けた羽根（５．１）及び楕円形の開口部を設けた羽根（５．２）の替えてもよい。また、第４図に示したように、羽根５を複数のセグメント（５．３、５．４）に分割してもよい。各セグメントは、開口部や切込みを設けないもの（５．３）としても、開口部を設けたもの（５．４）としてもよい。さらに、第５図に示したように、８列の羽根５を有するようにしてもよい。なお、羽根５の列数は、３〜１０列程度がよい。さらに、第６図に示したように、駆動ディスク４を種々の形状の開口部を有する駆動ディスク４．１に替えてもよい。さらに、第７図及び第８図に示したように、羽根５．５を駆動ディスク４に強固にかつ揺動できるようにピン６で取付けてもよい。
産業適用性
本発明による固体粒子の渦流動床によって形成される反応媒体は、有機物質の分解の全ての既知の化学プロセスで、特に高沸点の廃炭化水素、例えば重原油、タール、天然アスファルト及びビチューメン、地中の油及びタールの処理から得た重炭化水素（アスファルト、重蒸留残留物など）の熱分解に、有効に用いることができる。本発明は、ビチューメン及びオイルシェール及び砂を、また一定の制限付きで脱水バイオマスも、原材料として有効に利用することを可能にする。
固体粒子の熱渦流動床は、また新規の用途にも用いられる。先ず第1に、スチレン・ブタジェン共重合体及びポリブタジェンなどの、主として廃プラスチックス、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル及び廃エラストマーのような、巨大分子量の物質の熱分解であり、それは、興味深く高価でない原材料源となりつつある。本発明は、また、有機物質を含む廃物として、先ず第1に、使用済み及び廃棄の潤滑、油圧、変圧器、機械加工、熱転送などに用いられる炭化水素油などの有効なリサイクルに利用出来るものである。
本発明による分解方法及び分解装置は、また、例えば廃水処理プラントからの脱水油された生物学的スラッジ、石炭浮遊からのスラリー、油及び岩ガスの回収からの油スラリー、野菜油及びワックスの処理からの廃物、石油事故及び災害などからの汚染された土および地面のような有機物質を含む固形、スラリー状、及び液状の廃物の混合物を処理するために効果的に用いられる。
対象の溶液は石油化学において知られている有機物質の熱分解の更なる標準的プロセス、即ち、水蒸気、水素又は不活性ガス(N2、CO2)のような希釈媒体の存在下の熱分解プロセス、酸塩基性異種触媒を用いた熱分解プロセス、レドックス異種触媒を用いた熱分解水素添加プロセス、において効果的に用いることが出来る。
分解生成物は、自動車の燃料及び加熱油を製造する中間製品として、及び／又は一層の精製及び／又は石油化学処理のために用いられるか、及び／又は、それらは発電するため電力工場、または加熱のためエネルギーシステムにおいて用いられる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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