(57)【要約】本発明は、熱分解処理により有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための装置に関する。装置は、(1)ジャケット111と上端壁部112と下端壁部113とによって画されたチャンバ110を、その内部に小片化された形のチャンバ投入材料Mを導入すべく備えるリアクタ1と、(2)導入パイプ104,129,187.1,187.2を通じてガスを移送するようにガス放出源102に接続されており、これにより、加熱された不活性ガス101を投入材料へと供給するためのガス導入手段120と、(3)ガスをチャンバから外へ導くガス排出口160と、を備える。ガス導入手段120は、チャンバ110内へとガス101を供給する開口125,146,155,185を有する。ガスを供給する際に生じる圧力の低下dPが、チャンバ内に既に導入されている投入材料Mを通過する際のガスの圧力の低下dMを超えるように、開口125,146,155,185が設けられている。本発明はまた、熱分解により有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための方法にも関する。
2017519858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解によって有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための装置であって、
チャンバ（１１０）を含み、このチャンバ（１１０）は、ジャケット（１１１）と上端壁部（１１２）と下端壁部（１１３）とによって画されたチャンバ（１１０）の内部に、小片化された形のチャンバ投入材料Ｍを導入するためのものであるリアクタ（１）と、
関連する導入パイプ（１０４，１２９，１８７．１，１８７．２）を通じて、ガスを移送するように、ガス放出源（１０２）に接続されており、これにより、加熱された不活性ガス（１０１）を前記投入材料へと供給するためのガス導入手段（１２０）導入導入導入導入と、
前記ガスを前記チャンバから排出するためのガス排出口（１６０）と、
を含む装置において、
前記ガス導入手段（１２０）は、前記ガス（１０１）を前記チャンバ（１１０）内へと供給すべく、ガスが通って流れるための開口（１２５，１４６，１５５，１８５）を含み、
ガスが流れる前記開口（１２５，１４６，１５５，１８５）は、ガスを供給する際に生ずる圧力の低下ｄＰが、前記チャンバ内へと既に導入されている投入材料Ｍを通過する際のガスの圧力の低下ｄＭを、超えるように、設けられている装置。
【請求項２】
前記ガス導入手段（１２０）は、前記チャンバ（１１０）内へと軸方向に延びる、中央に設けられたガス分配パイプ（１２１）を含み、
前記ガス分配パイプは、ガスが通って流れる前記開口（１２５）を有する導入ユニット（１２２．１，１２２．２）を含み、前記ガス分配パイプが円錐台の形をなすように、前記導入ユニット（１２２．１，１２２．２）が設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ガスが通って流れる前記開口（１２５）は、前記ガス分配パイプの外周面（１２４）にわたって均一に分布している請求項２に記載の装置。
【請求項４】
ガスが通って流れる前記開口（１２５）は、前記ガス分配パイプの下端までにわたって、下方へと向かって開口の数が増加するように、分布している請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記ガス分配パイプの上端（１２１．２）は、リアクタの高さの半分よりも高い位置に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
ガスが通って流れる前記開口（１２５，１５５，１８５）は、投入材料Ｍが前記導入手段内へと入り込むのを防止するように設けられており、ガスが通って流れる前記各開口（１２５，１５５，１８５）は、上側突出縁部（１２５．１）と下側引っ込み縁部（１２５．２）とを有する請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記チャンバ（１１０）は、前記投入材料（Ｍ）を支持するための底部プレート（１３０）と、前記下端壁部（１１３）と前記底部プレート（１３０）との間に形成されるコンパートメントと、を有しており、前記底部プレート（１３０）は、内周縁（１３２）が前記ガス分配パイプの下端（１２１．１）を取り囲み、外周縁（１３１）が、前記ジャケットの内面（１１１．１）に接続される請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記底部プレート（１３０）がガス導入手段（１２０）を含む請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記ガス導入手段（１２０）は、ガスを移送するための、前記底部プレートの外周縁（１３１）に沿って設けられたスリット（１３７）を含む請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ガス導入手段（１２０）は、底部に設けられるガスライン装置（１４０）を含み、該ガスライン装置（１４０）は、前記チャンバ内に既に導入されている投入材料（Ｍ）へと前記ガス（１０１）が邪魔されることなく供給されるように設けられた、ガスが通って流れる、少なくとも一つの開口（１４６）を有する請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
各ガスライン装置（１４０）は、
前記チャンバ（１１０）内へと向いている上面（１４４）と、
ガスが通って流れる前記少なくとも一つの開口（１４６）を含み、底部プレート（１３０）の側を向いている下面（１４５）と、を有している請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記底部（１３０）に設けられた最下部の導入ユニット（１２２．１）およびガス導入手段（１２０）は、ガス放出源（１０２）からガス（１０１）を供給するための共通の導入パイプ（１０４．１）を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記ガス導入手段（１２０）は、前記ジャケットの内面（１１１．１）に設けられる導入壁面（１５０）を含み、
ガスを供給するコンパートメント（１５１）が前記導入壁面と前記ジャケットの間に形成されており、
ガスが通って流れる開口（１５５）が、前記チャンバ内に既に導入されている前記投入材料Ｍへとガスを供給するために前記導入壁面（１５０）に設けられている請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記導入壁面（１５０）は、前記上端壁部（１１２）に隣り合うようにして前記ジャケット（１１１）に設けられる上端部（１５０．１）と、前記排出手段（１６０）に接続して設けられる下端部（１５０．２）と、を有する請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記導入壁面（１５０）は、前記上端壁部（１１３）に隣り合うようにして前記ジャケット（１１１．１）に設けられる上端部（１５０．１）と、前記底部プレート（１３０）に接続して設けられる下端部と、を有する請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
、前記導入壁面（１５０）に設けられ設けられる、ガスが通って流れる前記開口（１５５）の全面積は、前記ガス分配パイプ（１２４）の外周面（１２４）に設けられる、ガスが通って流れる前記開口（１２５）の全面積に相当する請求項１３〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
ガスが通って流れる前記開口（１５５）は前記導入壁面（１５０）にわたって均一に分布している請求項１３〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
ガスが通って流れる前記開口（１５５）は、前記導入壁面（１５０）にわたって、下方向に開口の数が増加するように分布している請求項１３〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記ガス導入手段（１２０）は、
前記ジャケットの内面（１１１）および前記下端壁部（１１３）の全周にわたって設けられた連続した導入面（１８０）を含み、
また、外周面（１８４）を有するガス分配パイプ（１８３）を含み、
ガスを供給するコンパートメント（１８６）が、前記導入面（１８０）と、前記ジャケット（１１１）及び下端壁部（１１３）との間にそれぞれ形成されており、
前記チャンバ（１１０）内に既に導入されている前記投入材料Ｍへとガス（１０１）を供給するために、ガスが通って流れる開口（１８５）が前記導入面（１８０）に設けられている請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
ガスが通って流れる前記開口（１８５）は、前記導入面（１８０）にわたって、下方に向かって、開口（１８５）の数が増加するように、分布している請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
ガスを供給する前記コンパートメント（１８６）は、前記チャンバ（１１０）中における、互いに異なる高さに設けられる複数の区画（１８８，１８９）を含み、これら区画には、互いに別個の導入パイプ（１８７．１，１８７．２）がそれぞれ備え付けられ、これにより、ガスを供給するコンパートメント（１８６）におけるそれぞれ対応する区画（１８８，１８９）へとガス（１０１）を導入する設けられ請求項１〜２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
ガスが通って流れる前記開口（１８５）は、前記導入面（１８０）中にわたって、下方へとそれぞれの区画（１８８，１８９）の下端に近付くにつれて開口（１８５）の数が増加するように、分布している請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記排出手段（１６０）は、前記ジャケットの内面（１１１．１）に設けられた一連の排出面（１６２．１〜１６２．ｎ）を含む、排出壁面（１６５）としてデザインされており、前記排出面（１６２．１〜１６２．ｎ）は、前記チャンバ（１１０）中における、互いに異なる垂直方向高さに、かつ、前記ジャケット（１１１）からの、互いに異なる距離に、設けられている請求項１〜２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記排出手段は、熱分解ガス（１０７）を前記チャンバ（１１０）から排出するための、ガスを移送する一連のギャップ（１６３．１〜１６３．ｎ）を含み、一のギャップ（１６３．１〜１６３．ｎ）は、互いに隣り合うようにして設けられる二つ排出面（１６２．１〜１６２．ｎ）の間に形成されている請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
各排出面（１６２．１〜１６２．ｎ）は、前記ジャケットの内面（１１１．１）の全周に延びるとともに前記ジャケット（１１１）から距離を空けて設けられており、これにより、ガスを移送するコンパートメント（１６４）が、前記排出面（１６２．１〜１６２．ｎ）と前記ジャケット（１１１）との間に形成されている請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２６】
ガスを移送する各ギャップ（１６３．１〜１６３．ｎ）には、このギャップの幅にわたって延びるように小片遮断手段（１６７）が設けられ、これにより、ガスによって搬送される投入材料（Ｍ）を前記熱分解ガス（１０７）から分離するとともに前記熱分解ガスが当該ギャップ（１６３．１〜１６３．ｎ）を自由に通り抜けることを可能にする請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
互いに隣り合うようにして設けられる排出面（１６２．１〜１６２．ｎ）は、ガスを移送する前記ギャップ（１６３．１〜１６３．ｎ）を、投入材料Ｍの細片が通り抜けるのを防ぐために、垂直方向に互いに重なり合っている請求項２３〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
ガスを移送する前記コンパートメント（１６４）は、ガスが出て行くよう移送する複数の排出セクタ（１６４．１，１６４．２）に分割され、各排出セクタ（１６４．１，１６４．２）は、熱分解ガス（１０７）を、当該排出セクタ（１６４．１，１６４．２）に隣り合うチャンバ・セクタ内にある前記投入材料Ｍから出て行くように導く請求項２５〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
前記ガス排出手段（１６０）は、前記ジャケットの内面（１１１．１）に沿って水平に設けられた、ガスを移送する通路（１７０．１，１７０．２）を含んでおり、
排出セクタ（１６４．１，１６４．２）は、熱分解ガス（１０７）を前記チャンバ（１１０）から排出するために、それぞれ別個の、ガス移送用の関連する流路（１７０．１，１７０．２）を通じてガスを移送するように、それぞれ別個の関連する排出パイプ（１６６．１，１６６．２）に接続されている請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記排出壁面（１６５）の上端は、前記ガス分配パイプの上端（１２１．２）の垂直方向下方に設けられており、前記排出壁面（１６５）の下端は、前記リアクタの前記下端壁部（１１３）に隣り合う前記底部プレート（１３０）に接続されている請求項１〜２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
前記ガス排出手段（１６０）は、前記のリアクタのジャケットにおける前記上端壁部（１１２）に設けられたガス排出パイプ（１９５）を含む請求項１〜３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
熱分解によって有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための方法であって、
小片化された形のチャンバ投入材料を、ジャケット（１１１）と上端壁部（１１２）と下端壁部（１１３）とによって画されるチャンバ（１１０）を含んでなるリアクタ（１）へと導入することと、
ガス導入手段を通じて、加熱された不活性ガス（１０１）を、前記投入材料の熱分解処理のために前記チャンバへと供給することと、
前記ガス排出手段（１６０）を通じて前記チャンバ（１１０）から熱分解ガス（１０７）が出て行くように案内することと、
を含む方法において、
前記ガス導入手段（１２０）は、、前記ガス（１０１）を前記チャンバ（１１０）へと供給するための、ガスが通って流れる開口（１２５，１４６，１５５，１８５）を含み、
、ガスが通って流れる前記開口（１２５，１４６，１５５，１８５）を挟んでの、ガス（１０１）を供給する際に発生する圧力の低下ｄＰは、前記チャンバ（１１０）内へと既に導入されている投入材料Ｍを挟んでのガスの圧力の低下ｄＭを超えるものである方法。
【請求項３３】
中心軸（１０５）に沿って設けられるとともに、ガスが通って流れる前記開口（１２５，１８５）を含むガス分配パイプ（１２１，１８３）を通じて、前記ガス（１０１）は、前記チャンバ（１１０）内に既に導入されている前記投入材料Ｍに供給され、
前記ガス（１０１）は、前記投入材料Ｍを通り抜けて、前記ジャケットの内面（１１１）に設けられたガス排出手段（１６０）へと径方向に案内される設けられ請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
、前記チャンバの底部プレート（１３０）に隣り合うようにして設けられた、ガスが流れる開口（１４６）を含むガス導入手段（１２０）を通じて、前記ガス（１０１）は、前記チャンバ内へと既に導入されている前記投入材料Ｍに供給され、
これにより、前記ガスは、前記投入材料Ｍを通り抜けて、前記ジャケットの内面（１１１）に設けられたガス排出手段（１６０）へと、傾斜方向または斜め方向に案内される請求項３２〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
前記ガスが通って流れる開口（１５５）を有するとともに前記ガス排出手段（１６０）の上方の前記ジャケットの内面に設けられている導入壁面（１５０）を含む、前記ガス導入手段（１２０）を通じて、前記ガス（１０１）は、前記チャンバ内に既に導入されている前記投入材料Ｍに供給され、
前記ガスは、前記導入壁面（１５０）から前記投入材料Ｍを通り抜けて下方へと、前記ジャケットの内面（１１１．１）上のさらに下方に設けられるガス排出手段（１６０）へと導かれる請求項３２〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
ガスが流れる開口（１８５）を有するとともに前記ジャケットの内面および下端壁部の全周に設けられる、連続的な導入面（１８０）を通じて、前記ガスは、前記チャンバ（１１０）内に既に導入されている前記投入材料Ｍに供給され、
前記ガス分配パイプの外周面は前記導入面の一部であり、
これにより、前記ガスは、前記連続的な導入面から、投入材料を通り抜けて上方へと、上端壁部に設けられたガス排出パイプへと案内される請求項３２〜３５のいずれか方法。
【請求項３７】
排出壁面（１６５）は、ガスが出て行くように移送するコンパートメント（１６４）を通じて案内される熱分解ガス（１０７）によって加熱され、
これにより、前記ガス排出手段（１６０）に隣り合う前記投入材料中にて、気化された熱分解オイルが凝縮するのを防止する請求項３２〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記チャンバ（１１０）内にてセクタ毎に、前記投入材料Ｍを通って流れるガスの流れの方向について、前記排出手段（１６０）に含まれる制御手段を調整することにより、前記投入材料Ｍが熱分解によって処理される請求項３２〜３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記ガス分配パイプ（１２１，１８３）、底部プレート（１３０）におけるガス導入手段（１２０）、および、導入壁（１５０）及び／または導入壁面（１８０）に供給されるガス流について、前記チャンバ内に既に導入されている前記投入材料Ｍを処理する間、モニタリングし、制御し、そして送り先を切り換える請求項３２〜３８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分解によって有機材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための装置および処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱分解の際に、有機投入材料を、酸素がない状態で加熱することにより、燃焼させる代わりに、液状または気体状の、より単純な成分に変換することができる。この単純な成分は、特には、凝縮を含む以降の一連の処理工程を通じて回収される「炭化」として知られている完全な熱分解の後には、炭素のみが残る。
【０００３】
熱分解工程の前に、投入材料は適切なサイズの小片に細断・粉砕され、洗浄され、約１００〜１５０℃まで予熱される。その後、ガスへの変換のための炉に類似した反応装置（リアクタ）へと導入される。ここでいうガスへの変換は、通常、約４５０〜７００℃の温度で行われる。「熱分解ガス」として知られている揮発ガスは、熱分解処理から得られる。このガスは、水蒸気に加えて、一酸化炭素、二酸化炭素、パラフィン、オレフィンおよび多くの炭化水素化合物を含んでおり、これからオイルやガスを回収することができる。カーボンブラックまたは活性炭は、熱分解処理後のリアクタ内の固体状の炭素含有残留物から生成することができる。得られる熱分解製品は、工業原料として非常に価値があり、従来の方法で生成された、対応する原料が有する品質に、十分に匹敵する品質を、通常有する。
【０００４】
種々のタイプの熱分解装置が入手可能となっている。ある種のタイプでは連続的な処理であり、ドラムにより移送される移動可能な床を有するリアクタに有機材料が供給され、熱は、有機材料に直接または間接に供給される。他のタイプの熱分解装置では、バッチ式で作動するリアクタに、有機投入材料が一回分ごとに供給される。そして、リアクタが密閉されて、材料の熱分解が、加熱した不活性ガスを供給することによって行われる。このような装置の一例がスウェーデン特許５３１７８５（ＳＥ５３１７８５）に開示されている。
【０００５】
この処理方式に多くの利点があることが経験的に知られている。その一つは、処理中に動作パラメータをモニタリングし制御するのが、より容易であるという点である。スウェーデン特許５３１７８５には、ガスが、材料の堆積層（ベッド）を通り抜けるようにして、中央に設けられたガス分配パイプから、リアクタの底部に設けられたガス排出口へと、どのように導かれるかが記載されている。ここでの記載によると、供給されるガスの量は、ガス分配パイプに設けられた一連の投入ユニットにより制御される。また、ガス流の方向は、熱分解ガスが排出されるガス排出口のの制御により制御される。
【０００６】
スウェーデン特許５３１７８５に記載されている熱分解処理の期間中において、リアクタには、初めに、投入材料が充填されて、材料堆積層（ベッド）をなし、この材料堆積層は、処理中に厚みが縮む。このようにして、部分的に処理された投入材料は、よりコンパクトになる。投入材料の堆積層中にて、ある種の領域または材料の特定の小片が、不均一に処理されるということが生じる。ガス流は、最も抵抗が低い経路をたどることから、このような不均一な処理は、材料中におけるガス流の方向に影響を与える。このことは、熱分解に好ましくない影響を与える虞がある。処理の時間が延び、その結果として処理コストが上昇するからである。
【０００７】
凝縮した熱分解オイルが、熱分解の間に、リアクタの底部に設けられた窪み部に集まる。気化されなかったオイルの残留物の含量、および、熱分解オイルの凝縮された炭素含有材料残留物の含量を最小限にするのが重要であることが知られている。これらが、製品の品質に不利な影響を及ぼすからである。
【０００８】
スウェーデン特許５３１７８５に記載されているガス分配パイプは、以前から知られている他の装置よりも、投入材料を通り抜けるガス流の制御を向上し、リアクタへのガス供給に対するモニタリングをより良好なものとする。しかし、従来技術に関係して発生する困難および問題を克服するために、リアクタ自体の内部の動作条件およびパラメータを制御し調整する可能性をさらに向上する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一の目的は、熱分解によって有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための装置であって、従来技術の装置よりも、供給された投入材料をより効率的に、かつ、より完全に熱分解することが可能なものを得ることにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、熱分解によって有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための装置であって、熱分解が行われる全処理期間にわたって、リアクタ内の投入材料中におけるガスの分配を均一にし、投入材料を通り抜けるガスのフローの制御を向上させ、投入材料の堆積層（ベッド）全体に熱を効率的に供給することが可能なものを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的は、熱分解によって有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための装置で、請求項１にて特定された特徴事項でもって、また、請求項３２にしたがう方法にて特定された工程を含む方法でもって達成される。
【００１２】
本発明にしたがう装置の利点は、投入材料のベッドにおけるガスの圧力の低下を超える圧力の低下が、ガス導入ユニットにてガスが開口を通って流れる際に開口を挟んだ両側の間で生じ、この圧力の低下は、投入材料のベッド中におけるガスの圧力の低下を上回り、このようにして、投入材料に供給されるガスが、均一に分配されることにある。この結果、投入材料中の温度は、より均一となり、より正確にモニタリングすることができ、これにより、材料のベッド中のある種の領域もしくは材料の特定の小片が不均一に処理される可能性について、なくすか、または、少なくとも低減することができる。このようにして、投入材料が、より均一に処理され、より完全な熱分解が行われる。
【００１３】
本発明にかかる装置のさらなる利点は、ガスの供給を、中央に設けられたガス分配パイプから、及び、リアクタ・チャンバの底部に設けられたガス導入ユニットから、行うことによって、従来技術のリアクタよりも著しく、より均一、かつ、より効率的なガスの分配を実現することにある。ガスは、ガス導入ユニットから、径方向、傾斜方向及び斜めに横切る方向の両方にて、ジャケットまたはリアクタの上端に設けられたガス排出ユニットへと導かれる。そして、ガスは、このようにして、短期間に多量の投入材料を通り抜けるのであり、処理は効率的であろう。チャンバの底部にガス導入口を設けることによるさらなる利点は、ベッドの下部にある材料を通り抜けるガス流を、別個独立にモニタリングすることができ、もし必要とされる場合には増加することができることにある。
【００１４】
さらなる利点は、供給されるガスがリアクタのチャンバ中に滞留する時間が、非常に短く、この間に熱が投入材料へと放出されることにある。これにより、気化された熱分解オイルもまた、リアクタを素早く離れ、オイルの再凝縮が防止される。
【００１５】
さらなる利点は、ガスが、ジャケットに設けられた排出ユニットを通じて、チャンバから導き出されることにある。これにより、投入材料を通り抜けるガス流を効率的に制御できる。排出ユニットには制御手段が備え付けられら、これにより、ガスのフローの方向をモニタリングすることができるようになっている。排出ユニットの設計は、気化された熱分解オイルが投入材料中にて再凝結することをも防止するものである。
【００１６】
本発明にしたがう装置のさらなる利点は、投入材料をより効率的に熱分解することにより、揮発ガスの残留物（匂い）が実質上含まれない最終製品を得ることができることにある。すなわち、実質上、コークス（乾留の残留物）からなるのではなく、純粋な炭素（カーボンブラック）からなる製品が得られる。投入材料から生成されるオイルは、実質上、全て気化され、放出される処理ガスとともに、リアクタから除去される。
【００１７】
本発明についての、さらなる特徴的な特定事項および利点は、従属請求項により、明らかにしている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にしたがう装置の一実施形態を、切開図に模式的に示す。
【図２】本発明にしたがうリアクタ内に設けられたガス分配パイプについて模式的に示す。
【図２ａ】ガス分配パイプの詳細についての断面図を示す。
【図３】リアクタについての他の一実施形態を、切開図に模式的に示す。
【図３ａ】チャンバの底部についての詳細を示す。
【図４】ガスライン装置の詳細についての斜視図を示す。
【図５】本発明にしたがうリアクタについての他の一実施形態を、部分切開図に模式的に示す。
【図６】ガス排出ユニットの詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を、添付図面を参照して以下により詳細に説明する。
【００２０】
図１には、本発明にかかる熱分解による有機投入材料から炭素および炭化水素化合物をリサイクルするための装置を示す。この装置（切開図に示す）は、リアクタ１を含み、このリアクタ１は、バッチ式に作動するのであり、チャンバ１１０を有する容器として設計されている。このチャンバ１１０は、小片化された形の投入材料を受けることを意図する。リアクタ容器１は、ステンレス鋼、または高温に耐性がある同様の材料から製造され、高さが直径より大きく垂直に延びるように立てられた円筒の形を有する。リアクタの容器は、複数の脚状支持体１０８によって支持される。
【００２１】
チャンバ１１０は、取り囲む円筒壁から形成されたジャケット１１１によって、外側へと向かっての範囲が限定されており、この円筒壁は、リアクタを突き抜けて延びる垂直中心軸１０５に、同軸に設けられる。チャンバ１１０は、さらに、上端壁部１１２と、下端壁部１１３とによって、範囲が限定されている。上端壁部１１２および下端壁部１１３は、いずれも中心軸１０５に対して、実質上、垂直であり、互いに平行である。
【００２２】
投入材料Ｍは、熱分解に適した有機物質を含有し、細かく分割された、いかなる材料からなるものであっても良い。この投入材料は、種々の発生源からの有機材料からなるものであり得るのであり、新しい未加工の材料に限らず、回収しようとする有機材料を含有している、以前に用いられた材料からもなることができる。この投入材料は、例えば、廃棄されたタイヤをばらばらに小片化したゴム材料や他のプラスチック材料からなる。本装置は、電子部品、家庭用機械等の、リサイクル中の物質や小片化された材料の熱分解にも適している。また、ゴム製品を加工する産業からの廃棄物も、本装置で処理して、成分物質をリサイクルし、カーボンブラック及び熱分解オイルを生産するのに適している。
【００２３】
上端壁部は、閉じることができる開口を有するよう設計されており、この開口には、全般に、１１４の符号を付している。開口は、自動的に開くことができるハッチ１１５を含む。ハッチ１１５は、ロック部材１１７を有している。このロック部材１１７により、ハッチ１１５について、上端壁部１１２へと堅く固定することで、周囲の大気に対して気密に閉じた状態に固定することができる。投入材料Ｍは、開口を通じてリアクタのチャンバ１１０に導入される。また、チャンバは、処理工程が開始される前に、図１にＭｓｔａｒｔで示す少なくとも７５％まで充填される。処理の終わりには、投入材料は、Ｍｅｎｄによって示す下位レベルまで沈み込む。
【００２４】
リアクタは、加圧され加熱された希ガスまたは不活性ガス１０１を、ガス放出源１０２から導入パイプ１０４．１，１０４．２を通じて、投入材料の熱分解ためのチャンバ１１０へと供給するためのガス導入ユニット１２０をさらに有する。ガス導入ユニット１２０を、以下に示し説明する種々の方法で設計することができる。またリアクタは、チャンバから出て来るガスが通るガス排出ユニット１６０を有する。
【００２５】
図１は、ガス導入ユニット１２０がガス分配パイプ１２１を含むことを示している。図１は、さらに、ガス導入ユニットの導入パイプ１０４．１，１０４．２が、互いに同軸に（一方が他方の内側に）設けられていること、及び、これらが、リアクタ１の下端壁部１１３を突き抜けて上方へと延びていることを示している。これら導入パイプ１０４．１，１０４．２から、共通の、中央のガス分配パイプ１２１内へと移行する。中央のガス分配パイプ１２１は、タワーとしてチャンバ１１０内へと軸方向に延びており、好ましくは中心軸と軸が一致するようにして延びている。
【００２６】
ガス分配パイプ１２１は、下端１２１．１が底面１３５と気密に組み合わされ、上端１２１．２がリアクタ高さの少なくとも半分の高さに位置するように、設けられている。ガスが均一かつ効率的に投入材料Ｍへと供給されるよう、ガス分配パイプの上端１２１．２は、リアクタ高さの半分より高い位置に、好ましくはチャンバの高さの２／３までの位置に設けられることが好ましい。
【００２７】
ガス分配パイプ１２１は、チャンバ内に設けられた少なくとも一つの導入ユニットを含む。しかし、ガス分配パイプを、リアクタのサイズおよび投入材料の性質に応じて、いくつかの導入ユニットに分割することも考えられる。図１に示すガス分配パイプは、リアクタ・チャンバ内にて中心軸１０５に沿って垂直方向に異なる高さに設けられた第一の、下部導入ユニット１２２：１、および、第二の、上部導入ユニット１２２：２に分割されている。これに伴い、導入パイプ１０４．１，１０４．２は、それぞれの導入ユニット１２２．１，１２２．２のところで終端をなしている。導入パイプの数は導入ユニットの数と一致する。内側導入パイプ１０４．２は上部導入ユニット１２２：２内へと開口しており、外側導入パイプ１０４．１は下部導入ユニット１２２．１内へと開口している。二つの導入ユニットしか有していないので、設計および構造を、従来技術と比較して大幅にシンプルなものとすることができる。
【００２８】
図１に示すリアクタにおいては、ガス分配パイプの上端１２１．２が、リアクタの高さの半分より高い位置に設けられている。このようであると、ガス分配パイプの導入ユニット１２２．１，１２２．２が、処理の全期間にわたって動作することができるので、有利である。投入材料Ｍｓｔａｒｔは、初期に、ガス分配パイプの上端１２１．２を覆っている。処理の最終段階までに、材料は、ガス分配パイプ１２１の上端に近い高さＭｅｎｄに下がっている。
【００２９】
図２は、ガス分配パイプ１２１を拡大して示している。ガス分配パイプは外周面１２４を有する。各導入ユニット１２２．１，１２２．２は、円錐台の形状を有して、直径が下端から上端へと減少している。また、これら導入ユニット１２２．１，１２２．２は、ジャケットすなわち外周面１２４．１，１２４．２を、それぞれ有している。導入ユニット１２２．１，１２２．２は、一方が他方の上にステープル固定されるように設計されている。図２に示す通り、第二導入ユニット１２２．２が、第一導入ユニット１２２．１の上に、ステープル固定され、これにより、互いに異なる高さでチャンバ１１０内に設けられている。二つの導入ユニットが一体となって、ガス分配パイプ１２１を形成し、これにより、一つのテーパー状に形成される。投入材料Ｍは、処理の際に崩れ合わさり、それによって投入材料の体積が低減される。しかし、ガス分配パイプがテーパー状に形成された外周面を有するので、投入材料は処理の全期間にわたってガス分配パイプの外周面１２４に接することになる。このため、材料に供給されるガスにより、投入材料を効率的に処理することができる。ガス分配パイプがテーパー状であるさらなる利点は、熱分解が完了した後に、吸引による抜き取りにより中を空にする動作の際に、チャンバの底部にある炭素ベース製品へのアクセスがより容易となることにある。
【００３０】
ガス分配パイプの導入ユニット１２２．１，１２２．２は、一セットの開口すなわち穿孔１２５を有する。これら開口は、チャンバ１１０に向かって径方向外側を向いており、これら開口を通ってガスが流れる。これら開口は、対応する導入ユニット１２２．１，１２２．２におけるそれぞれの周囲の外周面１２４．１，１２４．２のまわりに、連続的に設けられている。また、これら開口は、ガス放出源１０２から加えられた不活性ガスを、チャンバ内に既に導入されている投入材料Ｍへと導くことが意図されている。図１および図２に示すガス分配パイプにおいて、ガスが流れる開口１２５は、ガス分配パイプの外周面１２４、実質上、均一に分布している。
【００３１】
上記開口についての開口面積の総計すなわち集計した総開口面積は、対応する導入ユニット１２２．１，１２２．２に接続されている導入パイプの断面積を超えない。このようにして、所定の抵抗がガス流に与えられる。ガスがチャンバへと供給される間に、導入ユニットの開口１２５をガスが通り抜けて流れる際の圧力の低下ｄＰは、このように生じる。開口によりフローに与える抵抗を調節することで、生じる圧力の低下ｄＰについて、ガスが投入材料のベッドを通り抜ける際に生じるガスの圧力の低下ｄＭを超えるようにしている。開口によりフローに与える抵抗によって、ガスが流れる、対応する導入ユニットのそれぞれの外周面１２４．１，１２４．２に形成されたすべての開口にわたって、供給されたガスが均一に拡散し分配されることになる。ガス分配パイプから、ガスが、フローに与える抵抗が低くなるような方向に主として流れ出るというのではなく、対応する導入ユニット１２２．１，１２２．２からのガスのフローは、材料のベッドに均一に分配される。ガス分配パイプ１２１を通じて供給されたガスは、基本的に、投入材料を径方向に通り抜けて、ジャケットの内面１１１．１に設けられたガス排出ユニット１６０へと向かう。
【００３２】
また、図３に示す通り、ガスが流れる開口１２５について、開口の数がガス分配パイプの下端に向かって下方向に増加するように、つまり、ガス分配パイプの下部が上部よりも多くの開口を有するように、ガス分配パイプを設計することができる。こうして、供給されるガス１０１のうち、より大きい量のガスを、チャンバの下部にある投入材料Ｍに導入することができる。
【００３３】
投入材料Ｍは、初期に、チャンバ１１０中に、実質上、均一に分布するように配置される。供給された加圧不活性ガス１０１は、ガス導入ユニット１２０から、チャンバ内に既に導入されている投入材料Ｍを通り抜けて、ガス排出ユニット１６０へと向かう。材料を通り抜けるガス流は、流れに与えられる抵抗が最も低くなる経路に沿って流れる。リアクタ・チャンバ内の投入材料によって、ガスが材料を通過するために超えなければならない、流れに与えられる抵抗に対応して、ガスの圧力の低下が生じる。投入材料Ｍを通過する際のガスの圧力の低下ｄＭは、投入材料の構成および投入材料の構成小片または粒子の大きさ（サイズ）の分布に依存する。投入材料を通り抜ける際の圧力の低下は、材料についての相異なる構成および相異なるサイズ分布に応じて、決定または計算される。実験により示されたところによると、小片サイズが約２〜１０ｃｍである投入材料では、圧力の低下が約１０ミリバール（ｍＢａｒ）であった。投入材料の相異なる領域にて流れに与える抵抗は、熱分解処理の際に、材料が、熱分解を受けてチャンバ内で崩れ合わさるにつれて変化する。投入材料を通る流れに与える抵抗は、チャンバの下部において増加する。したがって、処理期間の間に、ガス流を、チャンバの底部に近い投入材料に比べて増加させることが有利である。
【００３４】
ガスが流れるガス分配パイプ１２１上の開口１２５の総排出面積は、開口のサイズおよび数を変化させるようにして、外周面１２４に分布させることができる。図１に示す通り、開口１２５は、同じ形状であって、導入ユニット１２２．１，１２２．２の周囲の外周面に、均一に分布することが好ましい。他の実施形態が図３に示されており、この実施形態では、チャンバの底部の近くに設けられた投入材料Ｍに供給されるガスの流れを増加させる目的で、開口の数が、ガス分配パイプの下端に向かう方向に増加するようにして、開口１２５をガス分配パイプの周囲の外周面１２４上に分布させている。すなわち、下部導入ユニット１２２．１は、ガスが流れる開口１２５の数が、上部導入ユニット１２２．２よりも多い。処理の間に、この領域において、材料は、チャンバの上部よりも、より早く圧縮されるのであり、この理由から、より多くのガスのフローを供給することが有利である。
【００３５】
リアクタ・チャンバにおける圧力は通常約１バールである。対応する導入ユニット１２２．１，１２２．２における、ガスが開口１２５を通って流れる際の、開口１２５を挟んだ両側間での圧力の低下ｄＰは、熱分解処理の際に、それぞれ対応する導入パイプ１０４．１，１０４．２を通じて供給されるガスのフローを制御することによって調整することができる。このようにして、ガスのフローが増加するにつれて、圧力の低下ｄＰは大きくなる。熱分解の際に、チャンバ内に既に導入されている投入材料への、ガスの均一な供給を達成するためには、ガスが開口１２５を通って流れる際の、ガス導入ユニットの開口１２５を挟んだ両側間での圧力の低下ｄＰが、投入材料のベッドを挟んだ両側間でのガスの圧力の低下ｄＭよりも約３〜２０倍大きいと有利である。ガスが通って流れる、ユニットの開口を挟んだ両側間での圧力の低下ｄＰは、好ましくは、投入材料を挟んだ両側間での圧力の低下よりも５〜１５倍大きい。さらに、圧力の低下ｄＰが、投入材料を挟んだ両側間での圧力の低下よりも１０倍大きいことがより好ましい。このことは、ある動作状況において、次のようであることを意味する。すなわち、投入材料を挟んだ両側間での圧力の降下が約１０ｍＢａｒである場合、ガスが開口を通って流れる際、ガス導入ユニットの開口１２５を挟んだ両側間で、約１００ｍＢａｒに相当する圧力の低下が生じるということを意味する。これにより、ガスが、導入ユニットの外周面にわたって均一に分配される。
【００３６】
ガスが通って流れる開口１２５を、図２ａに拡大して示す。開口１２５には、チャンバ１１０に向かって突出する上側縁部１２５．１と、ガス分配パイプ１２１の内面に引っ込んだ下側縁部１２５．２と、が形成され、これにより、開口１２５は、リアクタの底部に向かって下方向に向けられている。初めに投入材料Ｍをチャンバ内へ導入する際、および材料を処理する際に、投入材料の小片が、流れ込み、外周面１２４と接触することとなる。特に、投入材料Ｍが金属部分等を含んでいる場合に、ガスが通って流れる開口１２５について、次のように設計すると有利である。すなわち、投入材料の小片が開口を通過し導入ユニットと接触する最中に、投入材料のそのような部分が開口１２５に入らないようにするか、またはそのような部分が開口に詰まらないように設計すると有利である。また、ガスが通って流れる他の開口についても、すなわち、基本的に垂直に設けられた、図３に示す導入壁面１５０および図５に示す導入面１８０に設けられている開口１５５および開口１８５についても、同様に設計することができる。
【００３７】
さらに図１に示す通り、底部プレート１３０は、チャンバ１１０内において下端壁部１１３に隣り合うようにして設けられる。底部プレートは、熱分解の際に、チャンバ内へと既に導入されている投入材料Ｍを支持することを意図する、上方へ向いている底面１３５を有する。
【００３８】
底部プレート１３０は、導入パイプ１０４．１の端部と、ジャケット１１１．１の内面との間に延びる。底部プレートは、円形状の外周縁１３１を有し、この外周縁１３１は、ジャケットの内面に、好ましくはリアクタの下端壁部１１３と、リアクタ・ジャケットの円筒状部分１１６との間の移行部１１１．２に隣接する領域に、気密に接続される。底部プレート１３０は、中央の円形開口、及び、内周縁１３２を有し、この内周縁１３２は、導入パイプ１０４．１の端部を囲むとともに導入パイプ１０４．１の端部に気密に接続される。底部は、中心軸に向かって内側へ傾斜して斜め下方に向いているとともに材料を支持する底面１３５を形成すべく、好ましくは平坦であり、中心軸１０５に対して角度を付けて設けられている。これにより、チャンバ内に既に導入されている投入材料Ｍは、ガス分配パイプ１２１へと向かう方向に、自動的に移動する。底部プレートの外周縁１３１は、こうして、底部プレートの内側周縁１３２よりも垂直方向にて高い位置に設けられる。底部プレート１３０は、径方向に向いている連結部（ジョイント）に沿って気密に連結される、円弧状の２つ〜８つのセグメントからなるものであってもよい。コンパートメント１３６は、このようにして、底部プレート１３０とチャンバの下端壁部１１３との間で形成される。
【００３９】
図１に示す通り、底部プレート１３０は、ガス導入手段１２０を含み、ガス導入手段１２０は、底部プレートの外周縁１３１の近傍に設けられて、ガスを移送するスリット１３７として設計されている。スリット１３７は、径方向を向いており、同じ形状であり、互いに近接して隣り合い、中心軸から等距離であるように設けられる。もちろん、底部プレートの全体ににわたってスリットを、均一に分布するように配置することが考えられる。ガスを移送するスリットは、チャンバ内に既に導入されている投入材料にガスを供給することが意図される。
【００４０】
チャンバの底部に隣り合うようにしてり合うようにガス導入口を設ける利点は、ガスが投入材料へと下から供給され、これにより、ガスの分配が改善され、確実に、ガスが径方向ではない方向にて投入材料を通り抜けるようにできることにあり、好ましくは、斜めにまたは角度を付けて材料を通り抜けるるようにできることにある。このことは、熱分解の効率の向上に役立つ。底部プレート１３０に設けられたガス導入手段を通じて供給されるガスは、傾斜方向にまたは斜めに横切る方向に、投入材料Ｍを通り抜けて、ジャケットの内面１１１．１上に設けられたガス排出手段１６０へと進む。これにより、処理の時間が短縮され、特には、処理中に、既に崩れ込んだ投入材料を熱分解するのに役立つ。
【００４１】
さ導入パイプ１０４．２は、図２にさらに示されており、中心軸と同軸に、下部導入手段１０４．１中を通って延び、上部導入手段１２２．２内へと開口してこの導入手段にガスを供給する。下部導入ユニット１２２．１には、この導入ユニットの下端内へと開口している導入パイプ１０４．１からガスが供給される。導入パイプ１０４．１は、孔１０６．１が形成されたフランジ１０６でもって、底部プレートの内周縁１３２（図示せず）に接続されている。孔１０６．１は、底部プレート１３０の下のコンパートメント１３６内へと開口して、ガスを移送する通路を形成しており、この通路は、下部導入ユニット１２２．１を、底部プレート１３０の下のコンパートメント１３６に接続する。底部プレート１３０のスリット１３７と、ガス分配パイプの下部導入ユニット１２２．１とは、このように、共通の導入パイプ１０４．１を有する。このようにして、導入パイプ１０４．１を通じて供給されるガスは、導入ユニットにおけるガスが通って流れる開口１２５だけでなく、底部プレートのスリット１３７をも通って分配される。このことは、リアクタの下部へのガスのフローを制御するための良好な機会及び良好なモニタリングをもたらす。
【００４２】
図３は、本発明による装置の第２の実施形態を示す。この実施形態では、リアクタのガス導入手段１２０が、複数のガスライン装置(gas line arrangements)１４０からなる集合を含む。ガスライン装置１４０は、ガスが通って流れる開口１４６（図４も参照）を有し、チャンバ内に既に導入されている投入材料Ｍへと、ガスを邪魔されずにスムーズに供給することができるように設けられている。ガスライン装置１４０は、底部プレート１３０に垂直に接続されることを意図する、短いパイプ１４１に類似する下部と、パイプ１４１に接続される、カバー１４３に類似する円筒状の上部と、を有する。円筒状部分（カバー１４３）は、直径がパイプ１４１より大きく、材料を支持するための平坦な上面１４４を有する。平坦な上面１４４は、上方へとチャンバ内に正面を向けており、チャンバ内へと既に導入されている投入材料と接触することを目的とする。円筒状部分は、下面１４５をも有しており、この下面１４５は、底部プレート１３０に向き合うとともに、材料を支持する上面１４４と平行に設けられている。この下面１４５には、ガスが通って流れる開口１４６が備えられ、これら開口１４６が下方へと底部プレート１３０の側を向いており、このようにして、ガスが通って流れる開口内へと投入材料の小片が入って来るのを防止している。材料を支持するカバーの上面１４４と、下面１４５とは、円筒状縁部１４７によってつながっており、これにより、内部中空コンパートメント１４８が、材料を支持する面と下面と縁部との間に形成されている。ガスライン装置の下部（パイプ１４１）は、ガスが底部プレートを突き抜けて（図面には図示せず）流れる孔を、前記内部中空コンパートメント１４８を通じて、ガスが通って流れる開口１４６に接続する。これにより、チャンバ１１０内に既に導入されている投入材料へと、加熱された不活性ガスを供給する。底部プレートのところのガスライン装置１４０と、コンパートメント１３６とは、貫通孔１０６．１を通じて導入パイプ１０４．１に接続され、先に説明したのと同様にして、ガスが供給される。
【００４３】
底部プレートに設けられた全てのガスライン装置に、ガスを均一に供給すべく、ガスが通って流れる開口１４６は、次のように設計されている。すなわち、開口を通過する際に、流れに所定の抵抗が得られるようにし、これにより、ガスライン装置１４４を通り抜ける際に生ずる圧力の低下ｄＰが、チャンバ１１０における投入材料を通り抜ける際のガスの圧力の低下ｄＭを超えるように設計されている。
【００４４】
ガスライン装置１４０におけるガスが通って流れる開口１４６は、次のように設けられるのが好ましい。すなわち、底部プレート上のガスライン装置１４０にて、ガスが開口１４６を通り抜けて流れる際に生じる圧力の低下ｄＰが、導入ユニット１２２．１にてガスが開口１２５を通って流れる際の圧力の低下に相当するように設けられ、これにより、ガスの均一な分配が、底部プレートおよびガス分配パイプ１２１の下部部分の全体にわたって行われるように設けられるのが好ましい。
【００４５】
チャンバ中の相異なる複数の位置から投入材料に供給されるガスのフローは、ガス分配パイプの導入ユニットと、底部プレートのガス導入手段とに、ガス流を単に異なるように分配することにより、制御可能である。例えば、ガスの全流量の４０％をガス分配パイプの上部導入ユニット１２２．２に、残りのガス流を下部導入ユニット１２２．１および底部プレートのガスライン装置１４０に供給することが有利である。
【００４６】
さらなる実施形態（図面には図示せず）において、底部プレートのガス導入手段１２０は、別個の関連する導入パイプ（図面には図示せず）を通じてガス放出源１０２にガスを移送するよう、接続される。この場合、底部プレートにおけるガス導入手段に供給されるガスは、別途モニタリング可能である。
【００４７】
図１に示すリアクタは、ジャケットに設けられたガス導入パイプ１２９をも含む。ガス導入パイプ１２９は、好ましくは、リアクタの上端壁部１１２に設けら設けられる。ガス導入パイプ１２９は、ガス放出源１０２から加熱された不活性ガスを、チャンバ内へと既に導入されている投入材料へと案内する。相異なる複数の方向からガスを供給することが有利利である。すなわち、投入材料が、より早く熱分解され、そしてガスが、より多くの方向にて材料を通り抜けるのであり、このことは、より速い処理、および、材料Ｍ中に熱をより均一に分布させるのに役立つ。
【００４８】
図３は、リアクタのガス導入手段１２０についての、さらなる実施形態を示し、このガス導入手段１２０は、リアクタのジャケットの内面１１１．１に設けられた導入壁面１５０を含む。導入壁面は、ジャケットからの距離Ａにて、ジャケットの内面の全周に連続的に設けられており、これにより、ガスを供給するコンパートメント１５１が導入壁面１５０とジャケット１１１との間に形成される。導入壁面１５０は、上端壁部１１２に隣り合うようにして前記ジャケット１１１に設けられる上端部１５０．１と、排出手段１６０の上端に接続して設けられる下端部１５０．２と、を有する。また、導入壁面の下端部１５０．２を、底部プレート１３０に接続させて設けることも考えられる。
【００４９】
導入壁面１５０には、加熱された不活性ガス１０１をチャンバ１１０内へと導くための、ガスが通って流れる開口１５５が備えられる。図３には、ガスが流れる開口１５５が、導入壁面の全体にわたって実質的に均一に分布することを示す。
【００５０】
また、下部領域にある投入材料に、より多くのガスのフローを供給すべく、ガスが流れる開口１５５を導入壁面１５０の全体にわたって、下方へと開口の数が増加するよう分布させること、つまり、導入壁面の下部に上部よりも多くの開口を設けることも考えられる。投入材料のベッド（床状をなす堆積層）へガスを均一に供給するためには、ガスが通って流れる開口１５５を次のような具合に設ける。すなわち、ガスが開口１５５を通り抜ける際に、流れに対する所定の抵抗が得られ、これにより、ガスが開口１５５を通り抜ける際に生じる圧力の低下ｄＰは、ガスが投入材料のベッドを通り抜ける際のガスの圧力の低下を超えるように設ける。
【００５１】
投入材料Ｍのベッドは、熱分解の間に、導入壁面１５０に接している。導入壁面１５０は、ガスを供給するコンパートメント１５１に供給されるガスによって加熱される。導入壁面１５０を通じてチャンバに供給されるガスは、投入材料Ｍ中を下方へと通り抜けて、ジャケットの内面１１１．１のさらに下方に設けられるガス排出手段１６０へと向かう。このことは、特には、処理の初期段階の間に有利である。処理の初期段階では、投入材料の上位レベルＭｓｔａｒｔが、ガス分配パイプの上端１２１．２の、垂直方向にかなり上方に位置する。このため、ガス分配パイプから供給されるガスによって効率的に処理することができない。処理期間が経過するにつれて、材料は、それ自体の上に崩れ込み、導入壁面１５０の上部を覆わないようになる。このようになったならば、既に導入されている投入材料に導入壁面１５０を通じて供給されるガス流は、より小さい流れに、もしくは、より大きい流れにすることができるか、または、遮断することができる。
【００５２】
導入壁面１５０をジャケット１１１に沿って配置する一の利点は、ガス流が、ジャケットに設けられたガス排出手段へと向かう方向に案内されるので、導入壁面１５０を通じて供給される加熱された不活性の処理ガスによって投入材料を効率的に処理することができることにある。
【００５３】
導入壁面１５０の開口１５５をガスが通り抜ける際に生じる圧力の低下が、ガス分配パイプの開口１２５をガスが通り抜ける際に生じる圧力の低下に相当することが好ましい。したがって、導入壁面１５０におけるガスが通って流れる開口１５５の開口面積は、ガス分配パイプにおけるガスが通って流れる開口１２５の開口面積に相当する。導入壁面の全体における、ガスが通って流れる開口１５５の数および分布は、ベッドの全体にガスが適切に分配されるように、選択され調節される。
【００５４】
図５は、本発明の装置についてのさらなる実施形態を示す。この実施形態において、リアクタのガス導入手段１２０は、連続的な導入面１８０を含み、この導入面１８０は、リアクタのジャケットの内面１１１．１における、上端壁部を除く内面全体（上端壁部を除いて）にぐるりと、そして、下端壁部１１３の内面上に、設けられる。リアクタのガス排出手段１６０は、リアクタの上端壁部１１２に設けられるガス排出パイプ１９５を含む。連続的な導入壁面１８０は、壁面１８１と底面１８２とガス分配パイプ１８３とを含む。
【００５５】
ガス分配パイプ１８３は、リアクタの中心軸１０５と同軸に設けられるとともに、タワーとしてチャンバ内へと軸方向に延びる。そして、ガス分配パイプ１８３は、外周面１８４を有し、底面１８２に接続される下端部１８３．２と、リアクタの垂直方向における高さの少なくとも半分の高さに位置する上端部１８３．１と、が備えられる。導入面の底面１８２は、壁面１８１をガス分配パイプの下端部１８３．２に接続して設けられている。導入面１８０は、リアクタのジャケット１１１．１および下端壁部１１３から、距離Ａで設けられる。これにより、ガスを供給するコンパートメント１８６が導入面１８０とジャケット１１１．１と下端壁部１１３の面との間に形成される。このようにして、ガス分配パイプ１８３の内面もまた、ガスを供給するコンパートメント１８６の一部を構成する。
【００５６】
連続的な導入面１８０には、加熱された不活性ガスをチャンバ１１０へと導く、ガスが通って流れる開口１８５が形成されている。ガスが通って流れる開口１８５は、全導入面１８０にわたって分布するとともに、次のような、流れへの抵抗が得られるように設計されている。すなわち、ガスが開口１８５を通って流れる際に生じる圧力の低下が、先に説明したのと同様となるように設計されている。ガス流は、図５に矢印で示されており、チャンバ１１０の内側へと向かっている。
【００５７】
破線Ｍｓｔａｒｔと破線Ｍｅｎｄとで示された、チャンバ１１０内に既に導入されている投入材料Ｍヘと、加圧された不活性ガスを導くために、導入パイプ１８７．１，１８７．２が、ジャケット１１１に沿って設けられる。図５には次のことを示す。すなわち、ガスを供給するコンパートメント１８６は、隔壁１８６．１によって、チャンバ中に互いに異なる高さに設けられた複数の区画１８８，１８９（上部区画１８８および下部区画１８９）に分割されることを示す。ガスを供給するコンパートメント１８６における、チャンバ（１１０）中の互いに異なる高さに設けられた関連する区画１８８，１８９ヘと、ガス１０１を導くべく、これら区画１８８，１８９には、別々の関連する導入パイプ１８７．１，１８７．２が、ジャケットに設けられて備えられる。。ガスを供給するコンパートメントを分割する利点は、ガスのフローを、リアクタ中の異なる領域にて制御する可能性を高め、また、このようにして処理をより効率的に実行することができることにある。もちろん、ガスを供給するコンパートメント１８６を隔壁なしで、すなわち分割することなく設計することもできる。この場合、チャンバへ導かれるガスは、導入面の全体にわたるガスが通って流れる開口１８５並びに、ガス分配パイプ１８３に設けられたガスが通って流れる開口１８５の全てにわたって均一に分配される。
【００５８】
図５には、ガスが通って流れる開口１８５が、導入壁１８０の全体にわたって、次のように分布していることを示す。すなわち、開口１８５の数が導入壁１８０の全体にわたって下方向に増加するように、つまり、導入壁の下部部分は上部の部分よりもガスが流れる開口１８５をより多く有するように分布している。このように分布させるのは、リアクタに供給されるガス（１０１）のうち、より大きい量のガスを、チャンバの上部よりもチャンバの下部へと案内するためである。このような案内は、もちろん、処理における、相異なる複数の期間にて起りうる。
【００５９】
図５におけるリアクタは、上端壁部１１２に、ガス排出パイプ１９５を有する。チャンバ内に既に導入されている投入材料へと供給されたガスは、ガス排出パイプ１９５を通じてチャンバ１１０から排出される。ガス流は、このように投入材料を通り抜けて進むのであり、上向きへと投入材料のベッドを通り抜け、こうして、投入材料は効率的に熱分解を受ける。ガスのフローが底面１８２から上端壁部へと全導入面１８０に沿って供給される一の利点は、チャンバの底面１８２に隣り合っている投入材料Ｍに供給され投入材料のベッドを通り抜ける際に冷却されるガス１０１．１（矢印で示す）に対して、より上方にて連続的な導入面１８０に沿って供給されるガス１０１．２のフロー（矢印で示す）から、熱が供給されることにある。このようにして、リアクタの下部にて気化されて上昇するガスとともにガス排出パイプ１９５へと運ばれる熱分解オイルは、投入材料Ｍを通り抜ける際に投入材料Ｍ中にて再凝縮するということが防止され、その結果、炭素ベースの残留製品の品質が向上する。
【００６０】
チャンバ１１０内に既に導入されている投入材料Ｍを通り抜けたガスを除去するための排出手段１６０を、図１および図３に示す。ガス導入手段１２０から供給されたガス流は、投入材料Ｍを通り抜けて、持っている熱を放出する。その結果、ガスは最小抵抗の法則(the law of lowest resistance)にしたがって、排出手段１６０へと向かう方向に流れる。排出手段１６０の目的は、気化された熱分解オイル１０７を効率的に取り出すことにある。
【００６１】
図６には、排出手段１６０の部分の拡大図を示す。排出手段１６０は、チャンバ１１０内に設けられたガス移送通路１７０．１〜１７０．ｎ（図面においては簡単にするため一つのチャネル１７０として示す）と、排出面１６２．１〜１６２．ｎと、ガス案内ギャップ１６３．１〜１６３．ｎと、ガス案内コンパートメント１６４と、を含む。排出手段１６０は、排出パイプ１６６をも含み、これら排出パイプ１６６は、、リアクタ・ジャケットの外面上に設けられ、ガス移送通路１７０に接続されている。
【００６２】
排出手段１６０の上端１６０．１は、好ましくは垂直方向にガス分配パイプの上端１２１．２の下方に位置し、排出手段１６０の下端１６０．２は、底部プレート１３０に隣り合うようにして設けられる。排出手段１６０は、ジャケットの内面１１１．１の全周にわたって、リアクタ１の少なくとも、下部の三分の一に設けられる。
【００６３】
排出手段１６０は、折り目(folds)を有する排出壁面１６５として設計されており、投入材料Ｍのベッドに接することが意図されており、また、一連の（少なくとも三つ以上の）排出面１６２．１〜１６２．ｎから形成されている。排出面は、ガスを移送する流路１７０の下方に設けられ、この流路１７０と直接接続している。排出面１６２．１〜１６２．ｎのそれぞれは、チャンバ１１０に向かって傾いており、上縁１６９．１および下縁１６９．２を有する。排出面１６２．１〜１６２．ｎは、ジャケットの内面の全周に延び、ジャケットから距離を空けて設けられており、これにより、ガスを移送するコンパートメント１６４が排出面１６２．１〜１６２．ｎとジャケットとの間に形成される。排出面１６２．１〜１６２．ｎは、好ましくは、延ばされた板状金属のプレート状部材として設計されて、ジャケットの内面に接続されている。排出面１６２．１〜１６２．ｎは、チャンバ中にて互いに異なる垂直方向高さに、そしてジャケットから互いに異なる距離に、設けられている。排出面１６２．１〜１６２．ｎは、ガスを移送する隙間（ギャップ）１６３．１〜１６３．ｎによって形成された折り目によって分けられる。ギャップは、互いに隣同士に設けられた二つの排出面の間に形成される。例えば図６においては、ギャップ１６３．２が、排出面１６２．１，１６２．２の間に形成される。ガスを移送するギャップ１６３．１〜１６３．ｎは、投入材料Ｍから放出される、気化された熱分解オイルを含んだ熱分解ガス１０７を、受け取り、チャンバ１１０からから外へと導くことを意図する。ギャップ１６３．１〜１６３．ｎは、水平に設けられ、ジャケット１１１．１の全周に延びており、ギャップの幅ｂは、互いに隣り合うようにして設けられた二つの排出面の間における、チャンバ中の径方向の距離に相当する。
【００６４】
ガスを移送するギャップ１６３．１〜１６３．ｎを投入材料の小片が通り抜けるのを防ぐために、図６に示す通り、排出面１６２．１〜１６２．ｎは、互いに垂直方向に延びるようにして重なり合っていることが好ましい。排出面１６２．１の下縁部１６９．２は、下方向に直ぐ隣に設けられる排出面１６９．２の上縁部１６９．１よりも、ジャケットの内面１１１．１から大きな距離で設けられる。また、上方の排出面１６２．１の下縁部１６９．２は、下方へ延びて下方の排出面１６２．２の上縁部１６９．１よりも低い高さに設けられている。これにより、上方の排出面１６２．１の下縁部１６９．２は、下方の排出面の上縁部と、互いに垂直方向に延びるようにして重なり合っている。上方の排出面１６２．１の下縁面１６９．２は、このようにして、ガスを移送するギャップ１６３．２を保護する。すなわち、チャンバの充填の際、及び、処理期間中、投入材料がそれ自体の上に崩れ込む際に、投入材料の小片がギャップに入り込むのを防止することによって、ガスを移送するギャップ１６３．２を保護する。
【００６５】
またギャップ１６３．１〜１６３．ｎには、投入材料内に存在する小片がガスから分離されるとともにガスがギャップ１６３．１〜１６３．ｎを自由に通り抜けるように設計された粒子遮断手段１６７を備え付けることもできる。粒子遮断手段１６７は、図６に示され、Ｗ字状または歯状の断面形状に設計されており、ギャップ１６３．１〜１６３．ｎの幅全体にわたって延びる。粒子遮断手段１６７は、投入材料の小片のサイズに応じて選択され調節される。粒子遮断手段１６７は排出面１６２．１〜１６２．ｎと一体に設けられる。ここで、排出面の上縁部１６９．１および／または下縁部１６９．２は、適当な断面形状を有するとともに、次のような具合に折り曲げられている。すなわち、粒子遮断手段がギャップの全幅にわたって延びて隣り合う排出面と接触するように折り曲げらている。図６において、ギャップ１６３．１〜１６３．ｎには、二重の粒子遮断手段１６７が設けられている。
【００６６】
排出手段１６０の排出壁面１６５はいくつかの有利な機能を有する。排出面１６２．１〜１６２．ｎとジャケット１１１．１との間に形成された、ガスを移送するコンパートメント１６４は、ガスを移送するギャップ１６３．１〜１６３．ｎから、熱分解ガス１０７を、ジャケットに沿って上方へと、ガスを移送する流路１７０および排出パイプ１６５への向きに導く。気化された熱分解オイルを含んだ熱分解ガス１０７は、底部プレート１３０に最も近接した、ガスを移送する下部ギャップを通じて導き出され、ガスを移送するコンパートメント１６４を通じて排出パイプ１６６への方向へと進む。この熱分解ガス１０７は、通常、リ、リアクタ中の、より高いレベルに位置する投入材料を通り抜けた熱分解ガスガス流よりも、温度が高い。より高いレベルでは、熱分解ガスのガス流が、より多い量の投入材料を通過しなければならず、このため、より冷却されている。このことは、次のことにつながる。すなわち、ガスを移送するコンパートメント１６４を通過する外部に向かう、より熱い熱分解ガス１０７によって排出壁面１６５を加熱するということにつながる。リアクタ中の、より高い高さにある投入材料を通り抜けて排出手段１６０への方向に進む熱分解ガスのガス流は、加熱された面１６５に接触する。これにより、熱分解ガスのガス流の温度および流量が増加し、投入材料中にて気化された熱分解オイルが凝縮するということが回避される。これにより、炭素ベースの最終製品の特性が向上する。
【００６７】
図３には、ガスを移送する排出手段のコンパートメント１６４が、複数の排出セクタ１６４．１，１６４．２に分割されていることを示す。ここで、排出セクタは、ガス移送用の互いに別個の関連する流路１７０．１，１７０．２を通じてガスを移送するように、ガス移送用の互いに別個の関連する排出パイプ１６６．１，１６６．２に接続されている。ガスを移送するコンパートメント１６４は、ジャケットのまわりに均等に分布する四つのガス移送用の排出セクタに分割されることが好ましい（図３には二つの排出セクタのみを示す）。ガスを移送するコンパートメント１６４には、例えば、複数の排出セクタに分離するための間仕切りもしくは中間壁を備え付けることができる。間仕切りを図３中に破線で示す。排出セクタ１６４．１，１６４．２は、、ガスを移送するそれぞれのギャップ１６３．１〜１６３．ｎを通じて、熱分解ガス１０７を受け取る。これらギャップは、関連する排出セクタ内に設けられている。排出セクタ１６４．１，１６４．２は、チャンバ内における、関連する排出セクタに隣り合う（「チャンバ・セクタ」としても知られた）領域に位置する投入材料Ｍから、熱分解ガス１０７を導く。このようにして、気化された熱分解オイルを含む熱分解ガス１０７を、チャンバから、セクタ（断面扇形の領域）毎に除去することができる。
【００６８】
図３には、流路１７０．１，１７０．２が、実質上水平に、排出手段の上端１６０．１に隣り合うようにして設けられていることを示す。また、熱分解ガス１０７をチャンバ１１０から取り出すべく、これら流路１７０．１，１７０．２が、ガスを移送するコンパートメント１６４を排出パイプ１６６．１，１６６．２にそれぞれ接続していることを示す。排出パイプ１６６．１，１６６．２は、ジャケットに、排出手段の上端に設けられる。排出パイプは、二つのグループにグループ分けされて、ジャケットの周囲に設けられることが好ましい。あるいは、排出パイプは、熱い処理ガス導き出すように、ジャケットの周囲に均等に分布するように設けられる。排出パイプ１６６．１，１６６．２には、投入材料のベッドを通り抜けるガスのフローを制御するための制御手段またはバルブがそれぞれ備え付けられる。流路１７０．１，１７０．２、及び、それぞれ関連する排出パイプ１６６．１，１６６．２は、熱分解ガス１０７を、セクタ毎に、チャンバ１１０から導き出すように設けられる。投入材料Ｍを通り抜けて供給されたガス１０１のフローの方向は、このようにして、排出手段１６０の一部に含まれる制御手段の調整によって、例えば、バルブ、またはフローを調整する他の機構を調整することによって制御することができる。
【００６９】
本発明にかかる、リアクタ１を有する装置は、制御・モニタリング回路をも備える。この制御・モニタリング回路により、ガス導入手段１２０を通じてチャンバ１１０に供給される加熱された不活性ガス１０１についての処理パラーメータ、および、関連するガス排出手段を通じてチャンバ１１０から排出される、気化された熱分解オイルを含んだ熱分解ガス１０７についての処理パラメータを、制御しモニタリングすることができる。本発明にかかる装置には、さらに、センサ及びセンサ手段が備え付けられる。センサ及びセンサ手段によって、熱分解ガス１０７の種々の成分およびそれらの相対的な量を測定し分析することができる。これに伴い、熱分解処理は、リアクタ中の投入材料が、所定レベルの種々の成分を含む熱分解ガス１０７を放出する限り、または熱分解ガス１０７の温度が所定のレベルにある限り、維持して実行することができる。
【００７０】
ガス導入手段１２０および関連する導入パイプは、次のような具合に、制御手段を有する。すなわち、ガス分配パイプと、底部プレートのガス導入手段と、導入壁もしくは導入壁面とに対するガスの供給及びガスのフローについて、処理期間中に、モニタリング、制御、増加、低減、中断、または、送り先の切り換えを行うことができる。例えば、上方のガス導入口１２９を通じてリアクタに供給されるガスのフローと、ガス分配パイプ１２１に供給されるガスのフローとは、初期段階において、５０／５０の分配比で供給することができ、これにより、上方のガス導入口１２９と、ガス分配パイプ１２１とに、等しいガスのフローが供給されるようにすることができる。上方のガス導入口を通じてガスのフローが供給され、投入材料における上方の部分が処理される。処理期間中に分配比を変更することで、ガスの上部への供給が遮断され、ガス流の全部が、ガス分配パイプ１２１および底部プレート１３０を通じて供給されるようにする。次のように処理工程を制御することも考えられる。すなわち、リアクタ１へのトータルのガス流について、ガス分配パイプ１２１，１８３と、底部プレート１３０にあるガス導入手段１２０と、導入壁面１５０または導入面１８０とに、異なる具合に分配することにより、処理工程を制御することも考えられる。このように分配することにより、ガス導入手段が設けられたところのチャンバの相異なる領域に設けられている、ガスが通って流れる開口１２５，１４６，１５５，１８５の全体にわたって、相異なる圧力の低下ｄＰが得られるようにする。このように供給されるガスは、熱分解処理が効率的に行われるように分配し制御することができるのであり、既に部分的に処理されて、自らの上に崩れ込んだ投入材料には、他の領域における投入材料よりも多くのガスを供給することができる。
【００７１】
開くことができない固定底部を有するリアクタ・チャンバ１１０を設計することによって、動作条件の最適化を達成することができるのであり、従来のように、リアクタの中身を、例えば容器の底部のカバーを通じた、移し出し可能にしなければならないことを考慮する必要はない。熱分解処理の終了後、リアクタ・チャンバ１１０の中身を移し出して空にすることは、リアクタの上端壁部１１２に設けられて開くことができる上部カバー１１５を通じて、吸引動作式除去機構が下へと降ろされ、この吸引動作式除去機構で吸引して、固体の炭素含有最終製品を除去することによって行うことができる。
【００７２】
このようにして、本発明にかかる方法により、リアクタ内の炭素ベース残留物が熱分解オイルを含まないようにすることができる。本装置にて、小片状にしたタイヤについて熱分解処理する際に、繊維はすべて気化される。
【００７３】
熱分解処理の間に、ガス導入手段１２０に最も近い材料が先ず気化される。処理中、底部プレート１３０が暖かくなり、チャンバの底部の隣で、熱分解処理が最も急速に行われる。投入材料は、熱分解を受けて、多孔質の炭素ベースの最終製品に変換される。初期には、投入材料における処理された領域にて圧力の低下が、より小さく、その後、この、処理された領域では押し合わされる。そのため、フローの抵抗が増加するのであり、供給されるガス１０１は、投入材料のベッドにおける圧力の低下が、より小さい領域へと、つまり未処理の材料へと流れる。
【００７４】
本発明は、上に説明し図面に示したものに限定されず、添付の特許請求の範囲内で種々の変形および変更を行うことができる。
【図１】
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【図２−２ａ】
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【図３−３ａ】
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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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