(57)【要約】  有機炭素含有原料から、酸素欠乏状態でのマイクロ波処理によって作られる熱分解油組成物を説明する。原料を実質的にマイクロ波透過性の反応槽に導入する。マイクロ波発生源が、反応槽のマイクロ波透過性の壁を通じてマイクロ波を放射されて、反応槽内の原料に作用する。マイクロ波発生源は、反応槽に対して回転させてよい。望ましい反応が生じて、燃料が生成されるまで、原料にマイクロ波を照射する。触媒を原料と混合して、反応プロセスを促進できる。【選択図】図１Ｄ
2017502159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波処理システムを通した有機炭素含有原料から作られた熱分解油組成物を含む、プロセスによる組成物であって、前記システムが、
ａ．マイクロ波反射性筺体内の少なくとも１つの反応槽であって、少なくとも１つのマイクロ波透過性の槽壁と、外部から酸素が供給されない雰囲気中に有機炭素含有原料を収容するように構成されている、前記反応槽内の少なくとも１つの反応空間とを備える反応槽と、
ｂ．通電されるとマイクロ波を放射するように構成された少なくとも１つの装置を備えるマイクロ波サブシステムであって、前記マイクロ波が、前記マイクロ波透過性の槽壁を通って前記反応空間に導かれるように、前記マイクロ波放射装置が前記反応槽に対して配置されているマイクロ波サブシステムと、
ｃ．前記マイクロ波放射装置と前記反応槽とを相対移動させるように構成された機構と、
を備え、
前記熱分解油組成物が、実質的に遊離水を含まず、１．２未満の比重を有する熱分解油組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、同じ原料で作られているが、処理中に液相を生成する熱処理を用いて作られた熱分解油組成物よりも、比重が少なくとも０．１小さい熱分解油組成物。
【請求項３】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、同じ原料で作られているが、処理中に液相を生成する熱処理を用いて作られた熱分解油組成物よりも、少なくとも２０パーセント小さい比重をさらに有する熱分解油組成物。
【請求項４】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、少なくとも３．０のｐＨを更に含む熱分解油組成物。
【請求項５】
請求項４に記載の熱分解油組成物であって、同じ原料で作られているが、処理中に液相を生成する熱処理を用いて作られた熱分解油よりも、ｐＨのｐＨ数が少なくとも１ほど大きい、熱分解油組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、同じ原料で作られているが、処理中に液相を生成する熱処理を用いて作られた熱分解油中のチャー分子よりも、少なくとも５０重量パーセント少ないチャー分子を更に含む、熱分解油組成物。
【請求項７】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、更に、同じ原料で作られているが、処理中に液相を生成する熱処理を用いて作られた熱分解油組成物中のタールよりも、少なくとも３０％少ないタールを含む、熱分解油組成物。
【請求項８】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、前記有機炭素含有原料が、水を少なくとも５重量パーセント含む熱分解油組成物。
【請求項９】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、前記有機炭素含有原料が、揮発性分を少なくとも５重量パーセント含む熱分解油組成物。
【請求項１０】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、前記有機炭素含有原料が、再生不能な炭化水素を含む原料を含む熱分解油組成物。
【請求項１１】
請求項１０に記載の熱分解油組成物であって、前記再生不能な炭化水素が、石炭、ピート、原油、加工木製成分、プラスチック、及びタイヤチップを含む熱分解油組成物。
【請求項１２】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、前記有機炭素含有原料が、５０年未満に再生可能である動物性材料及び植物材料を含む熱分解油組成物。
【請求項１３】
請求項１２に記載の熱分解油組成物であって、前記再生可能な原料が、植物材料、動物性材料、動物の排泄物、木、草、及び麦の籾殻を含む熱分解油組成物。
【請求項１４】
請求項１に記載の熱分解油組成物であって、有機炭素含有化合物を熱分解油組成物に変換する前記マイクロ波処理が、
外部から供給される酸素を含まないとともに、マイクロ波反射性筺体の中にある実質的にマイクロ波透過性の反応槽に有機炭素含有原料を投入することと、
マイクロ波をマイクロ波発生源から反応槽の壁を通して放射して、前記原料に作用を及ぼすことと、
前記マイクロ波透過性の反応槽と前記マイクロ波発生源とを相対移動させることと、
前記原料が反応して、熱分解油が生成されるまで、前記原料にマイクロ波を照射することと、
を含むチャー組成物。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプロセスであって、触媒を前記原料と混合することを更に含むプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広くは、有機炭素含有原料から液体燃料を生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
大半の燃料は、限られた地下資源からくみ上げた原油から蒸留する。地球の原油量は減少しており、それと同時に、世界的なエネルギー需要は増大している。今後数十年で、世界全体で容易に利用できる原油の埋蔵量の減少により、原油から得る燃料のコストが著しく増大することになる。
【０００３】
産業廃棄物、枯渇し得る物質、及び再生可能な物質を、輸送及び／又は加熱用として適する燃料及び複生成物に効率的に変換できるプロセスを発見するための研究は、増え続けるエネルギー需要に対応する際の重要な要因である。加えて、有用性が向上した固体副生成物を有するプロセスに対する需要も高まっている。
【０００４】
有益性が向上した特性を有する、プロセスによる液体生成物は、増え続けるエネルギー需要及び食物需要に対応するための重要な要因である。本発明は、これらのニーズに対応し、従来技術を上回る様々な利点を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
マイクロ波処理システムを通した有機炭素含有原料から作られた熱分解油組成物を説明する。このシステムは、マイクロ波反射性筺体の中の反応槽を少なくとも１つ備える。この反応槽は、マイクロ波透過性の槽壁を少なくとも１つと、外部から酸素が供給されない雰囲気中に有機炭素含有原料を収容するように構成された、反応槽内の反応空間を少なくとも１つ備える。マイクロ波サブシステムは、通電されるとマイクロ波を放射するように構成された装置を少なくとも１つを備える。マイクロ波が、マイクロ波透過性の槽壁を通って、反応空間に導かれるように、このマイクロ波放射装置が、反応槽に対して配置されている。このシステムは、マイクロ波放射装置と反応槽とを相対移動させる機構も備える。本発明の熱分解油組成物は、実質的に水を含まない。また、本発明の熱分解油組成物は、１．２未満の比重を有する。
【０００６】
別の実施形態では、本発明の熱分解油組成物は、有機炭素含有化合物を液体燃料及びチャーに変換するマイクロ波処理を伴うものである。外部から供給される酸素を含まないとともに、マイクロ波反射性筺体の中にある実質的にマイクロ波透過性の反応槽に、有機炭素含有原料を投入する。マイクロ波をマイクロ波発生源から、反応槽の壁を通じて放射して、原料に作用を及ぼす。マイクロ波透過性の反応槽とマイクロ波発生源を相対移動させる。揮発成分が蒸発及び凝縮して熱分解油及びチャーが生成されるまで、原料にマイクロ波を照射する。
【０００７】
上記の概要は、本発明の熱分解油の詳細を全て説明することを意図したものではない。同じ有機炭素含有原料を熱処理することによって作られる既知の熱分解油を上回る特徴及び利点は、本発明に対する更に十分な理解とともに、下記の詳細な説明と特許請求の範囲を添付の図面と併せて参照することによって明らかになるとともに、理解される。
下記の用語は、本明細書で使用する場合、以下のとおりである。
【０００８】
「チャー」は、「有機炭素含有原料」の分解による固体生成物を意味する。
【０００９】
「複合水」は、有機炭素含有材料に結びついた水であり、例えば、間隙水、細胞水及び共沸水又は他の液体との溶液中の水が挙げられる。
【００１０】
「遊離水」は、有機炭素含有材料に結びついていない、有機炭素含有原料中の水である。
【００１１】
「有機炭素含有原料」は、有機炭素を含む「再生可能な原材料」及び「再生不能な原材料」を意味する。
【００１２】
「熱分解油」は、「有機炭素含有原料」の分解による液体生成物を意味する。
【００１３】
「再生可能な原材料」は、５０年未満に再生できる植物材料又は動物性材料から得た有機炭素含有原料を意味し、この植物材料又は動物性材料としては、例えば草、農作物の廃棄物、木の一部、及び動物性肥料のような材料が挙げられる。
【００１４】
「再生不能な原材料」は、５０年未満に再生できない加工材料、並びに枯渇し得る植物及び動物性材料を含む炭化水素含有原料を意味し、例えば、タイヤチップなどのゴム、プラスチック、都市ごみ、原油、ピート、並びに瀝青炭及び無煙炭などの石炭といった材料が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の実施形態に従って、有機炭素含有材料をチャーに変換するように構成されたシステムの側面図を示している。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に従って、有機炭素含有材料をチャーに変換するように構成されたシステムの断面図を示している。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、傾いた反応槽システムの図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態による反応槽システムの側面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に従って、水／空気の抽出及び反応プロセスのために、図１Ａ及び１Ｂに示されている反応槽システムを用いたシステムのブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に従って、フィードバック制御を備える反応システムを示している。
【図３Ａ】マイクロ波透過性の壁を１つ以上有する円筒形の反応槽の外側に配置されているドラムに配列された静止式のマグネトロンを複数備えるシステムを示している。
【図３Ｂ】マグネトロンを支えるドラムであって、反応槽の長手方向軸を中心に回転できるドラムを有するシステムを示しており、その反応槽も同時に、その長手方向軸を中心に回転する。
【図３Ｃ】バッフルを備える原料搬送機構を有する反応槽を示している。
【図４】第２の加熱源に加えて、回転式のマグネトロンを有するシステムを示している。
【図５】マグネトロンが反応槽の長手方向軸に沿って移動するとともに、反応槽の長手方向軸を中心に回転するシステムを示している。
【図６】本発明の実施形態に従って、有機炭素含有原料から液体燃料を生成するプロセスのフローチャートである。
【００１６】
本発明では、様々な修正形態及び代替形態のプロセスが考えられるが、例として、その詳細は、図面に示されており、また、以下で詳細に説明していく。しかしながら、記載されている特定の処理実施形態に本発明を限定するようには意図していないことを理解されたい。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されている本発明の範囲内に含まれるあらゆる修正形態、等価物、又は代替形態から得られる生成物を網羅するように意図されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
アクセスが簡単な石油の供給が減少するにつれ、代替物、好ましくは再生可能な代替物を見つける労力は増大する。熱分解油は石油の代用物として研究されている、有機炭素含有原料の分解による液体生成物である。バイオマス、生きている有機体又は直近まで生きていた有機体由来の生体材料であるバイオマスから熱分解油を抽出する労力によって、通常炭化水素になるには多過ぎる量の酸素を含んでいるとともに、特定の炭化水素の液体及び気体を作る蒸留プロセスで有用である、ある種の液体油がもたらされた。有機炭素含有原料から熱分解油を抽出する本方法は、その次に冷却を伴う、約５００℃の温度にて反応器で乾燥したバイオマスの分解蒸留のための、熱、化学的及び生化学的方法に関する。
【００１８】
加熱又は赤外線（ＩＲ）によって生成した熱分解油では、その赤外線は、いずれかの原料の表面で吸収されてから、低下した温度で、次のレベルに再放射される。ＩＲが原料の最内部に達するまで、このプロセスが何度も繰り返される。原料中の全ての材料が、その表面でＩＲを吸収し、原料を構成する様々な材料は、異なる速度でＩＲを吸収する。原料の表面と最内層又は最内領域との間には、数桁の温度差が存在し得る。この温度のばらつきは、原料の特徴、加熱速度、及び加熱源の局在性に応じて、長手方向及び半径方向に現れることがある。このように原料の表面から内部に変動的に熱が伝導することにより、コールドスポット、ホットスポット、熱ショック、表面及び内部での不均一な膨張クラック、分裂、表面材料の脱落、エアロゾルの生成が生じる。この全てにより、数多くの異なる最終生成物の製造とともに、副反応を引き起こす微小環境が生じ得る。これらの副反応は、凝縮及び回収前に、原料中のみならず、原料から蒸発して、反応器の内部環境内の空気空間を占める揮発成分中でも生じる。
【００１９】
一般的なＩＲ放射プロセス、熱分解は、低／無酸素環境でバイオマスを加熱することによって、バイオマスからバイオチャー、液体、及び気体を生成する。無酸素状態により、燃焼を防ぐ。熱分解から得られる生成物の相対収率は、温度によって異なる。４００〜５００℃（７５２〜９３２°Ｆ）の温度の方が、多くのチャーが生成され、７００℃（１，２９２°Ｆ）を超える温度は、液体及び気体燃料成分の生成に有利である。熱分解は、温度が高いほど迅速に行われ、典型的には、所要時間は、数時間ではなく、数秒である。典型的な収率は、熱分解油６０％、チャー２０％、及び合成ガス２０％、主に水素、一酸化炭素及び非常に頻繁に二酸化炭素を含み、天然ガスよりもエネルギー量が著しく小さいとともに、電気を生産するガスタービンの操作で通常使用される、燃料ガス混合物である。高温での熱分解はガス化として知られており、主に合成ガスが生成される。対照的に、ゆっくりした熱分解の方が、実質的にチャーの生成量を約５０％ほど増やすことができる。
【００２０】
対して、本発明の熱分解油を生成するプロセスは、本明細書に記載されている酸素欠乏状態でのマイクロ波処理システムによるマイクロ波照射を用いる。マイクロ波照射により、ほぼ全ての原料が、マイクロ波をほぼ透過する。マイクロ波の大半は吸収されないので、原料全体を透過するのみである。水分子と水に結合するその他の類似の分子を除き、ほぼ全ての材料が、マイクロ波をほぼ透過する。したがって、マイクロ波照射場にさらされるあらゆる原料は、その原料の物理的寸法及び含量にかかわらず、内側から外側まで、マイクロ波に均一に暴露される。マイクロ波では、そのマイクロ波が、水分子に優先的に吸収され、吸収後、水分子は振動して発熱する。水分子は、マイクロ波が水に選択的に吸収されるほどの大きさのエントロピーを有する。そして、この熱が周囲環境に伝わることで、原料が均一かつ十分に加熱される。
【００２１】
水が全て蒸発すると、マイクロ波の一部は、残りの原料に吸収され始め、吸収されるまでマイクロ波を原料に何度も透過させる反射性筺体の中で加熱する。マイクロ波は、ＩＲよりも低温かつ短い期間で、原料の変換を終了させることができる。動作温度の低下率は１０〜３０％であり得、加熱時間は、ＩＲ照射による場合に特定の原料を同程度分解させるのに必要な時間の２分の１から１０分の１に短縮できる。この全てにより、原料を内側から外側まで均一に加熱できるようになるので、微小環境が減少し、副反応が軽減され、回収する揮発成分が清浄化される。
【００２２】
反応槽内の雰囲気には、外部から供給された酸素は存在しない。いくつかの実施形態では、この雰囲気は、不活性である（例えば窒素雰囲気など）。いくつかの実施形態では、反応槽内の雰囲気は、処理対象の有機炭素含有原料を反応槽に入れる前に、その有機炭素含有原料から事前に完全には除去されなかった少量の水を含んでもよい。
【００２３】
本明細書で論じられているマイクロ波処理システムから得られる熱分解油は、液体に凝縮された、照射した有機炭素含有炭化水素原料から解離した炭素である。本明細書で論じられているマイクロ波システムは、水を含まない有機炭素含有原料を反応槽に投入すれば、その有機炭素含有原料を処理できる。全ての有機炭素含有原料は、反応槽で分解する分子を含み、この分子は、多くのマイクロ波エネルギーを優先的に吸収して熱を発生させる２価の結合手を多く有する。しかしながら、水又は水に結合する分子が存在する方が、変換は効率的であり、すなわち、高速かつ低温で変換される。有機含有原料を反応槽に投入するときの原料の含水率が、少なくとも５重量パーセントかつ１５重量パーセント未満であると、効率的な変換が行われることがある。水が少なくとも６重量パーセントかつ１２重量パーセント未満であると、効率的な変換が行われることがある。本明細書の目的においては、水には、遊離水及び複合水が含まれる。遊離水とは、有機炭素含有材料に結びついていない、有機炭素含有原料中の水である。複合水とは、有機炭素含有材料に結びついた水であり、例えば、間隙水、細胞水、及び共沸水又は他の液体との溶液中の水が挙げられる。初期に原料にマイクロ波を照射している間、原料粒子の体積全体にわたって水を均一に加熱することによって、より均一な孔が、より多く作られる。大半の有機炭素含有原料は水を含むので、以下の議論は、そのような原料に焦点を当てる。しかしながら、水を含まない同様の原料においては、低下した効率性で同様の成果を得ることができる。
【００２４】
マイクロ波照射処理によって作られる熱分解油には、上述のようにＩＲで処理した同様の原料に比べて、改善された特徴がいくつかある。概して、当該熱分解油は、その蒸留挙動において石油のようであり、最小の酸化物、水、腐食性不純物、及び、Ｃ２４超の鎖を有する炭化水素に結び付くより濃い炭化水素であるタールといった所望されない混入物を含んでいる。第１に、ほとんどの遊離水が、有機炭素含有原料の表面から中心まで均一に除去されるので、この遊離水は熱分解油と混ざらず、次に、有用な蒸留原料になるために更に処理されることで除去されればよい。さらに、リグニンを含んでいる有機炭素含有原料は、リグニンから以下で議論する所望の特性を有する分解油へより良好に変換されるが、これは、リグニンが本明細書で議論するマイクロ波処理でより脱水されるためである。
【００２５】
熱分解油は著しく少ない酸素量を有するため、その比重は１．２未満であり、又は、ＩＲ処理による同様の原料で作られた熱分解油の比重よりも小さく、原料に依存する。本開示の酸素欠乏状態のマイクロ波処理による熱分解油の比重は、１．２超及び１．３未満である熱処理の比重と比較して１．２未満及び１．０５超である。本発明の熱分解油のいくつかの実施形態は、１．２未満の比重を有し、いくつかは１．１５未満であり、いくつかは１．１未満である。参照のために、水の比重は１．０であり、ディーゼル燃料は０．８である。熱分解油のいくつかの実施形態は、同じ原料によるが、処理中に液相を生じる熱処理を用いて作られた熱分解油組成物中にあるよりも少なくとも０．１ほど小さい比重を有し、いくつかの実施形態では少なくとも０．１５ほど小さく、いくつかの実施形態では少なくとも２．０ほど小さい。また、本発明の熱分解油のいくつかの実施形態では、ＩＲ処理による同一の原料で作られたものよりも少なくとも２０パーセント小さい酸素量を有する。
【００２６】
第２に、本発明の熱分解油は、ＩＲ処理による同一の原料で作ったものよりも、酸の含量が低い。そのため、本発明の熱分解油は、ＩＲ処理による同一の原料で作ったものよりも安定性であり、腐食性が小さく、熱分解油の他の各種成分に対する反応性が小さい。本明細書で開示するマイクロ波処理で作られた熱分解油のｐＨは、通常、３．０〜４．０の範囲であり、原料に依存する。ＩＲ処理で作られた熱分解油は、同様の原料において０．５と２．５との間のｐＨを有する。いくつかの実施形態では、本明細書で開示する酸素欠乏状態のマイクロ波処理で作られた熱分解油は少なくとも３．０のｐＨを有し、いくつかでは少なくとも３．２、いくつかでは少なくとも３．４、いくつかでは３．６、及び、いくつかでは少なくとも３．８のｐＨを有する。
【００２７】
第３に、本発明の熱分解油は、ＩＲ処理で作られた熱分解油でよく見られる分子量がより大きいタール及びチャー分子といった、所望されない不純物がより少ない。酸素欠乏雰囲気での均一な条件のために、熱分解油が含むチャー分子は、ＩＲ処理による同一の原料で作られた熱分解油よりも少ない。本発明の熱分解油のいくつかの実施形態では、少なくとも５０重量パーセント少ないチャー分子を有し、いくつかの実施形態では少なくとも６０パーセント少なく、いくつかの実施形態では少なくとも７０パーセント少なく、いくつかの実施形態では少なくとも８０パーセント少なく有する。同様の理由で、熱分解油は、ＩＲ処理による同一の原料で作られた熱分解油よりも少ないタールを含む。本発明の熱分解油のいくつかの実施形態では、少なくとも３０重量パーセント少ないタールを有し、いくつかの実施形態では少なくとも４０パーセント少なく、いくつかの実施形態では少なくとも５０パーセント少なく、いくつかの実施形態では少なくとも６０パーセント少なく有する。
【００２８】
有機炭素含有原料は、再生不能なものと再生可能なものという２種類に分類することができる。双方とも本明細書で開示する酸素欠乏状態のマイクロ波処理の使用によって優れた熱分解油を生産する。本明細書の目的においては、再生不能な原料は、５０年未満に再生できない加工材料並びに／又は枯渇し得る植物及び動物性材料である有機炭素含有原料である。再生に何十年も要するものもあれば、再生に何世紀も要するものもあれば、再生に何千年以上も要するものもあれば、加工材料であるために決して再生できないものもある。この部類としては、例えば、タイヤチップのようなゴム、プラスチック、都市ごみ、原油、ピート、並びに瀝青炭及び無煙炭などの石炭といった材料を挙げることができる。再生不能な原料から作られた熱分解油は、本明細書では熱分解油と称する。再生可能な原料は、５０年未満に再生できる植物又は動物性材料から得られる有機炭素含有原料である。数十年未満に再生できるものもあれば、数年未満で再生できるものもあれば、数カ月未満で再生できるものもある。この部類としては、例えば草、農作物の廃棄物、木の一部、及び動物性肥料のような材料を挙げることができる。燃料蒸留の目的のために石油並みに満足のいく質の熱分解油を再生可能な有機炭素含有原料から作る、失敗に終わっている他の試みでは、バイオオイルといった用語が用いられるが、再生可能な原料から作られた熱分解油も、本明細書では熱分解油と称する。本発明の熱分解油を生成するのに用いる有機炭素含有原料は、２つ以上の再生可能な原料の混合物、２つ以上の再生不能な原料の混合物、又は再生可能な原料と再生不能な原料との混合物を含むことができる。
【００２９】
本発明による組成物は、記載されているマイクロ波処理システムに通した有機炭素含有原料から作られた熱分解油組成物を含む。このシステムは、マイクロ波反射性筺体内にあるとともに、少なくとも１つのマイクロ波透過性の槽壁と、外部から酸素が供給されない雰囲気中に有機炭素含有原料を収容するように構成された反応空間とを備える反応槽を少なくとも１つ備える。マイクロ波サブシステムは、通電されるとマイクロ波を放射するように構成された装置を少なくとも１つ備える。マイクロ波が、マイクロ波透過性の槽壁を通って、反応空間に導かれるように、マイクロ波放射装置が、反応槽に対して配置されている。このシステムは、マイクロ波放射装置と反応槽とを相対移動させる機構も備える。本発明の熱分解油組成物は、実質的に遊離水を含まない。また、本発明の熱分解油組成物は１．２未満の比重を有し、これは、同じ原料によるが、処理中に液相を生じる熱処理を用いて作られた熱分解油組成物よりも実質的に１０パーセント多い。原料及び得られる熱分解油組成物の特徴は、すでに上で述べた。以下では、本発明の熱分解油の生成に用いるマイクロ波処理について論じる。
【００３０】
示されている実施形態の下記の説明では、本発明の熱分解油の生成に用いるマイクロ波処理の各種実施形態の説明を補助する添付の図面を参照する。本発明の範囲から逸脱しなければ、他の実施形態のプロセスを用いてもよいとともに、構造的及び機能的変更を行ってよいことを理解されたい。
【００３１】
下記の説明は、マイクロ波を利用した反応による解重合プロセスによって、固体又は液体有機炭素含有原料を処理して熱分解油にするアプローチに関するものであり、これは、液体燃料、例えばディーゼル燃料、ガソリン、灯油などの次に続く蒸留生産において石油代用物として適切である。解重合は、「クラッキング」ともいい、熱を用いて炭化水素分子を分解して（すなわち「クラッキングして」）、燃料として有用である、より短いポリマー鎖にする精製プロセスである。解重合は、触媒を原料に添加することによって増強してよく、この添加により、反応速度を速め、並びに／又は、処理に必要な温度及び／若しくは放射線被ばくを低下させる。さらに、ゼオライトなどの触媒は、特定の大きさの分子のみを結晶格子内に侵入させるか、又は触媒の表面領域を活性化させて、触媒と相互作用させるナノ構造を有する。すなわち、触媒プロセスを用いて、特定の鎖長を有する物質のみを生成できるので、有益なことに、触媒は、反応プロセスによって生成される生成物を制御するのに非常に有効である。触媒による解重合は、バイオマス及びその他の有機炭素含有原料を、輸送又は加熱燃料として有用な燃料に変換するのに特に有用である。
【００３２】
効率的な解重合の１つの側面は、解重合させ、触媒を活性化させるのに十分な温度まで、原料を実質的に均一に加熱及び照射できることである。解重合では、長い炭化水素鎖を「クラッキングして」、鎖を短くする。マイクロ波による加熱は、熱による解重合のための加熱システムにおいて特に有用であることが示されている。炎、蒸気、及び／又は電気抵抗熱などの加熱システムは、反応槽壁を介した熱伝導によって原料を加熱する。これらの加熱システムは、反応槽壁の外側から原料の内側に原料を加熱する働きをし、マイクロ波による加熱は、原料の内側から反応槽壁に向かって加熱する。マイクロ波以外の加熱源を用いると、熱は、加熱源の外壁から、原料混合物と直接接する反応槽壁の内側に伝導する。続いて、熱は、原料の表面に伝導し、その後も、原料の内部領域が、反応槽壁の温度に近い温度になるまで、原料を通じて伝導する。
【００３３】
このタイプの外部加熱の問題の１つは、反応槽壁温度の伝導と、反応槽の中心に含まれる原料、及び原料マトリックスの内部領域の温度の上昇との間に、タイムラグがある点である。原料を混合すると、これらの状態を緩和する助けとなる。さらに、反応槽の環境内、及び原料粒子自体に、非常に多くの微小環境が存在する。これにより、反応槽内の熱分布が不均一となる。このような温度勾配のばらつきにより、副反応が制御不能となり、変換反応のタイムラインの遅延により、初期変換生成物が分解されて過剰反応する。優れた変換合理性を実現及び制御可能なように、原料及び反応生成物の全体に対して、一貫した加熱を実現及び保持するのが望ましい。マイクロ波による加熱は、効率的な加熱方法であり、触媒部位を活性化させる働きもする。
【００３４】
本発明の実施形態は、固体及び／又は液体にかかわらず、いずれの有機炭素含有原料も処理して、輸送用燃料に効率的にさらに処理され得る液体熱分解油を生成する温度範囲で、原料中の揮発性有機化合物を抽出するのにも用いることができる反応槽システムを対象としている。
【００３５】
マイクロ波は、マイクロ波を照射される材料中の水分子に吸収される。水分子がマイクロ波を吸収すると、その分子は振動し、摩擦により熱を発生させ、その熱が周辺の材料に伝わる。
【００３６】
マイクロ波が水分子に吸収される理由は、水分子において水素を酸素に結び付ける共有結合にある。水の酸素原子は、その原子核の大きさにより、水素原子と比べて電気陰性度が大きく、２つの水素原子の電子が、酸素原子の方に引きつけられている。これにより、水分子のこちら側の端部はわずかに負電荷を帯び、２つの水素原子はわずかに正電荷を帯びることになる。このゆがみの結果、水分子は、小さい弱磁石のように挙動する。水分子の双極性により、水分子はマイクロ波を吸収して、ギターの弦のように振動し始めることになる。結合の振動により摩擦が生じ、この摩擦が熱を発生させ、その熱が、照射された材料に伝わる。
【００３７】
マイクロ波照射のこのような特性を利用するために、本明細書に記載されている反応槽システムは、炭素を含むとともに、輸送用燃料に変換できる原料の処理にマイクロ波と加熱を利用する。本発明の反応器は、石英のような実質的にマイクロ波透過性の物質、実質的にマイクロ波を透過するガラス様材料から作られていてよい。石英は多くの形に加工できるので、反応槽を形作るための柔軟な設計をもたらすことができるが、一例では、反応槽は、チューブ、すなわち円筒の形状に構成されている。円筒形状により、原料を一方の端部に供給して、反対側の端部から排出できるようになる。好適な反応槽の例は、長さが約４フィート（１．２メートル）で、壁の厚みが約３／１６インチ（４．８ｍｍ）の石英製チューブであろう。
【００３８】
本発明のマイクロ波反応槽は、マイクロ波反射性筺体で囲まれている。これにより、マイクロ波を反応槽に繰り返し透過させて、水が存在する場合、水を蒸発させて除去した後に、有機炭素含有原料から揮発成分を除去できるようになる。本発明のマイクロ波反射性筺体は、マイクロ波を反射するいずれかの筺体である。材料としては、例えば、当該技術分野において知られているファラデーケージとして形成された金属シートが挙げられる。
【００３９】
マイクロ波は、マグネトロン又はその他の好適な装置によって発生させる。１つ以上のマイクロ波発生装置、例えばマグネトロンは、石英製チューブ壁の外側に取り付けることができる。マグネトロンは、異なる出力範囲で動作するとともに、コンピューターによって、処理対象の原料を適切なエネルギーで照射するように制御して、原料が最も所望の燃料生成物に効率的に変換されるようにできる。一用途では、マグネトロンは、反応器チューブの周辺で回転するとともに、反応器チューブの長さ沿いに移動するケージに取り付けることができる。チューブの内側の長さに沿って進む原料は、プラグフローの構成で進むことになり、固定式及び／又は回転式のマグネトロンによって照射できる。大きさ及び密度が様々である様々な原料を、その原料に合わせた様々なパラメーター設定で照射して、その結果、より効率的に原料を変換できるように、コンピューターを用いて、マイクロ波の出力及び／又はその他のパラメーターを制御してもよい。
【００４０】
反応器のこれらの構成により、比較的純粋な原料流から、様々な密度の原料、水分、及び化学構成要素を含む混合原料流まで、原料の効率的な処理が可能になる。原料から燃料生成物が蒸発すると、反応槽から燃料生成物が抽出されるので、効率性を実現させることができるが、異なる燃料生成物が蒸発及び抽出されるまで、残りの原料の更なる処理を行う。例えば、プラスチックのような高密度原料を有用な燃料に処理する際には、フォーム又は木材チップのような密度の低い原料よりも長い時間を要する。本明細書に記載されているシステムは、密度の低い原料から、最初の方に変換した生成物を過剰に処理することなく、高密度原料を処理し続ける。これは、静止式のマイクロ波発生器と回転式のマイクロ波発生器の両方を用いることによって実現する。
【００４１】
混合原料の一例は、未分別の公共固形廃棄物であろう。いくつかの実施態様では、原料の変換を補助するとともに、変換が進行できる速度を速める触媒を原料に添加してもよい。触媒は、反応器内部で所定の処理温度で反応するか、又は作用を有するマイクロ波と反応するように設計できる。いくつかの実施形態では、触媒は不要である。別の実施形態では、触媒は、特定の原料に合わせて合理的に設計された触媒であってよい。
【００４２】
本明細書に記載されている反応器とともに、プラグフロー型の構成によって、原料が反応器の中心部に留まる滞留時間を調整して、熱及びマイクロ波に、より効率的に暴露されて、所望の最終生成物が生成されるようにできる。
【００４３】
反応槽の壁に沿って、注入口及び／又は排出口、例えば石英製注入口及び／又は排出口を配置して、圧力及び／又は真空の制御を行えるようにできる。注入口と排出口により、不活性気体、反応性気体を導入し、及び／又は気体生成物を抽出できるようにしてもよい。
【００４４】
すなわち、マイクロ波透過性の反応槽の設計、固定式及び／又は回転式のマグネトロンによる加熱及び放射線源としてのマイクロ波を使用すること、プラグフロー処理制御、触媒の使用又は不使用によって、いずれかの有機炭素含有原料の処理を可能にする。
【００４５】
本発明の実施形態によるシステムは、実質的にマイクロ波透過性の壁を１つ以上と、マイクロ波加熱／照射システムとを有する反応槽を備える。加熱／放射線照射システムによって発生するマイクロ波が、反応槽の実質的にマイクロ波透過性の壁を通って、反応空間（この空間では、反応槽の壁を実質的に加熱することなく、原材料を反応させる）に導かれるように、マイクロ波加熱／放射線照射システムが配列されている。原料の温度均一性を高めるために、反応槽と加熱／放射線照射システムは、相対移動、例えば相対回転運動及び／又は並進運動するものであってよい。いくつかの実施態様では、加熱システムは、静止式の反応槽の周辺で回転してよい。いくつかの実施態様では、加熱／放射線照射システムは静止したままで、反応槽の中の原料は、フライトを用いることによって回転してもよい。いくつかの実施態様では、加熱システムは静止したままで、反応槽が回転してもよい。更に別の実施態様では、反応槽と加熱／放射線照射システムの両方が、例えば対向する向流方向で回転してもよい。更に温度均一性を高めるために、本発明のシステムは、反応槽の中の原材料を攪拌及び／又は混合する機構を備えてもよい。本発明の反応槽を反応プロセス中に傾けて、例えば原料を触媒床に通すようにしてもよい。
【００４６】
図１Ａは、本発明の実施形態に従って、有機炭素含有原料を液体熱分解油及びチャーに変換するシステム１００の側面図を、図１Ｂは、断面図を示している。反応槽１１０は、いずれの好適な形状であってもよいが、反応槽１１０は、図１Ａ及び１Ｂでは、その反応プロセスで用いる周波数範囲及びエネルギーのマイクロ波を実質的に透過する円筒形の壁１１１を有する円筒として示されている。反応槽１１０は、円筒形の壁１１１に囲まれた反応空間１１２を備える。システム１００は、原料を反応槽に通して移動させるように構成された搬送機構１１８を備える。反応槽１１０の中で生じる反応に関する、システム１００の動作は、プラグフロー型反応器の動作と同様にモデル化してよい。
【００４７】
図１Ａに示されているように、システムは、原材料を反応槽１１０に通して移動させる搬送機構１１８を備える。搬送機構１１８は、スクリューオーガーとして示されているが、他の好適な機構、例えばコンベヤーを用いてもよい。搬送機構１１８は更に、反応槽の中の原料の混合を行ってもよい。いくつかの実施形態では、反応槽壁１１１の厚みは、約３／１６インチ（４．８ミリメートル）であってよい。反応槽壁１１１の平滑性により、原料を反応槽１１０に通して移動させやすくなる。
【００４８】
加熱／放射線照射サブシステム１１５は、いずれのタイプの加熱及び／又は放射線源を備えてよいが、好ましくは、有機炭素含有原料の望ましい反応、例えば有機炭素含有原料の解重合を促進するのに十分な温度まで有機炭素含有原料を加熱するのに十分な周波数とエネルギーを有するマイクロ波１１３を放射するように構成されているマグネトロンのようなマイクロ波発生器１１６を備え、約０．３ＧＨｚ〜約３００ＧＨｚの周波数範囲のマイクロ波を用いてよい。例えば、マグネトロンの動作電力は、約１ワット〜５００キロワットの範囲であってよい。マイクロ波１１３が、反応槽１１０の壁１１１を通って、反応空間１１２に導かれて、反応空間１１２内の材料が加熱及び照射されるように、マグネトロン１１６が反応槽１１０に対して配置されている。機構１１７は、反応槽１１０の長手方向軸１２０に沿って、及び／又は長手方向軸１２０を中心に、マグネトロン１１６と反応槽１１０とを相対移動させる。いくつかの実施形態では、機構１１７は、例えば原料の反応、及び／又は気体の抽出を促進するために、反応槽１１０及び／又はマグネトロン１１６が角度θ（１Ｃに示されている）で傾くように促してもよい。図１Ａ〜Ｃに示されている実施形態では、マグネトロン１１６は、静止式の反応槽１１０の周辺でマグネトロン１１６を回転させる回転可能なケージ又はドラムのような回転機構１１７に配置されている。いくつかの実施態様では、反応槽の周辺での回転は完全なものでなくてもよいが、その回転軌道は、反応槽周囲の周辺で弧を描くものであってよい。この回転は、上記の弧の軌道に沿って前後に動くものであってよい。上述のように、いくつかの実施形態では、反応槽１１０が回転部品であっても、加熱／放射線照射サブシステム１１６と反応槽１１０の両方が、例えば対向する向流方向に回転してもよい。反応槽とマグネトロンとの間の回転により、反応空間１１２内の原料の加熱とマイクロ波照射が強化されるので、原料の化学反応、及び／又は温度／照射量に依存する他のプロセス（原料から水を除去するプロセスなど）の効率が高まる。上記の回転は、温度勾配を小さくし、及び／又は反応槽内のプラグ全体にわたり、より一定なマイクロ波フラックスを保持する。
【００４９】
反応槽１１０は、物質を反応空間１１２の中に注入したり、又は反応空間１１２から抽出したりできるように構成された注入口１２０、例えば石英製注入口を１つ以上備えてもよい。また、反応槽１１０は、マイクロ波反射性筺体１２２で囲まれている。一実施態様では、空気及び／又は酸素を反応空間から抽出する目的で、石英製の排出口を用いてよい。空気及び／又は酸素の抽出を用いて、燃焼を抑制してよい（いくつかのプロセスでは、燃焼を抑制するのが望ましい）。
【００５０】
例えば、特定の実施形態では、空気及び／又は水の圧縮及び／又は除去を通じて原料を前処理する目的で、システム１００を用いてよい。この用途では、１つ以上の注入口１２０を通じて水素及び／又は窒素などの気体を注入して、原料を水素化し、及び／又は原料の燃焼を抑制してよい。反応槽１１０は、反応槽１１０から出る水、水蒸気、空気、酸素、及び／若しくはその他の物質、並びに／又は副生成物を通すように構成された１つ以上の排出口１２１、例えば石英製排出口も備えてよい。
【００５１】
図１Ｄは、本発明の実施形態に従って、有機炭素含有原料から燃料を生成する反応槽システム１５０を示している図である。システム１５０は、原材料をシステム１５０に導入させるように構成された投入ホッパー（充填ホッパーともいう）１５１を備える。オーガ駆動用ギヤモーター１５２が、原料をシステム１５０に通すオーガ１５３用の駆動システムをもたらす。原料を充填ホッパー１５１内で圧縮すると、外気口１５４を通じて空気が抽出される。シール１５５が、充填ホッパー１５１を反応槽１５６から隔離して、真空レベルを保持する。反応槽１５６は、マイクロ波透過性材料の壁を備える。反応槽１５６の壁には、静止式のマイクロ波照射ヘッド１５７が１つ以上配置されている。加えて、システム１５０は、回転式のマイクロ波照射ヘッド１５８を１つ以上備える。一実施態様では、回転式のマイクロ波照射ヘッドはそれぞれ、反応槽１５６の長手方向軸１６０に対して一定の位置に配置されている。回転式のマイクロ波照射ヘッドは、反応槽１５６の周辺でマイクロ波照射ヘッド１５８を回転させるスリップリングベアリング１５９に取り付けられている。マイクロ波反射性筺体１６２が反応槽１５６を包み込んでいる。いくつかの実施形態では、回転式のマイクロ波照射ヘッド１５８（１つ又は複数）は、反応槽１５６の長手方向軸１６０を中心に回転してよいとともに、長手方向軸１６０に沿って前後に移動してよい。システム１５０は、反応槽の真空を保つために、反応槽１５６の出口にシールを備える。
【００５２】
図２Ａは、図１Ａ及び１Ｂに示されている反応槽システム１００を１つ以上用いるシステム２００のブロック図である。反応槽システム２２０、２３０は、直列で、又は並列配置で配列及び／又は動作してよい。図２Ａ及び２Ｂに示されている抽出プロセス２２０と反応プロセス２３０は、例えば異なる温度で動作する２つの別々の反応槽で行われるものとして示されている。あるいは、抽出プロセスと反応プロセスは、２つの別々の区域、例えば２つの別々の温度区域を有する単一の反応槽で行ってもよい。
【００５３】
図２のシステム２００では、水／空気抽出サブシステム２２０と反応サブシステム２３０の１つ又は両方が、図１Ａ及び１Ｂの反応槽システム１００と同様であってよい。有機炭素含有原料、例えば、肥料、木材チップ、植物系セルロース、タイヤチップ、公共固形廃棄物、プラスチック、原油、ピート、及び石炭の１つ以上などが、ホッパー２１１を通じてシステムの中に入り、エアロック２１２を通って、原料調製モジュール２１３に入る。必要に応じて、投入ホッパー２１１及び／又は注入口（図１Ｂに示されている）を通じて、ゼオライトなどの触媒、及び／又は反応プロセスを増強する他の添加剤、例えばｐＨを調整する添加剤をシステム２００に導入してもよい。原料調製モジュール２１３では、原料の純度、密度、及び／又は化学組成などの原料特性に左右され得る所定の粒径まで、原材料を微細化する。触媒を用いる場合、反応槽２３１に入る前に、その触媒が原材料に均一に分散するように、触媒は、原料を調製しているときに加えてよい。効率的な反応を実現するには、概して、原料が不均一なほど、小さい粒径が必要とされる。
【００５４】
最初の原料調製段階の後、プロセスの次の段階の抽出槽２２１に、微細化及び混合した原料を搬送機構２１５によって移動させる。空気／水抽出サブシステム２２０は、反応プロセスの前に、水及び／又は空気を抽出する任意のプロセスを行うものであり、マイクロ波２２６を発生させるように構成されたマグネトロン２２３を少なくとも備える加熱／放射線照射モジュール２２２を備え、このマグネトロンは、回転又は静止式の機構２２７に取り付けられていてよい。マグネトロンが回転機構に取り付けられている場合、マイクロ波２２６が、抽出槽２２１の壁２２４を通って、その中の原料に作用して加熱する抽出空間２２５に導かれると、回転機構は、抽出槽２２１の周辺でマグネトロン２２３を部分的に又は完全に回転させる。いくつかの実施形態では、加熱モジュール２２２は、他の加熱／放射線源を用いずに、マグネトロン２２３を１つだけ用いても、マグネトロンを２つ以上用いてもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態では、加熱／放射線照射モジュール２２２は、反応槽の壁を介した熱伝導に依存する加熱源のような他の加熱源、例えば炎、蒸気、電気抵抗熱、プロセスからの再利用熱、及び／又は他の加熱源に加えて、マグネトロン２２３を用いてもよい。空気及び／又は水抽出プロセス中、原料を少なくとも１００℃（水の沸点）まで加熱して、過剰な水を原料から除去してよい。過剰な水（例えば蒸気形態）及び／又は他の物質は、１つ以上の排出口を介して、抽出槽２２１から排出してよい。１つ以上の投入口を介して、水／空気抽出プロセスの抽出槽２２１に、原料への添加剤（水素及び／又は窒素を含む不活性気体及び／又は反応性気体など）を導入してよい。加熱及びマイクロ波照射に加えて、空気を抽出槽２２１から除去するために、原料を加圧雰囲気及び／若しくは真空雰囲気に置いても、並びに／又は機械的に圧縮してもよい。
【００５６】
任意の空気及び／又は水抽出プロセスの後に、搬送機構２１５が、反応プロセス、例えば、原料を熱によって解重合するプロセスに関わる次の処理段階２３０に原料を移動させる。マイクロ波反射性筺体２３８で囲まれた反応槽２３１に、原料／触媒混合物が入ったら、望ましい反応を促進するのに十分な温度まで、その混合物を加熱する。例えば、約２００℃〜約３５０℃の範囲の温度を用いて、原料中の炭化水素をクラッキングして鎖長を短くして、解重合を通じて熱分解油を生成する。加熱に加えて、原料を反応槽２３１の中で加圧雰囲気若しくは真空雰囲気に置いても、及び／又機械的に圧縮してもよい。
【００５７】
いくつかの実施形態では、反応槽２３１内での加熱／放射線照射は、マイクロ波２３６を放射するマグネトロン２３３を用いて行う。マグネトロン２３３は、反応槽２３１に対して回転してもよい。水抽出段階２２０に関連して上述したように、回転式のマグネトロン２３３をケージ又はドラムなどの回転機構２３７によって支えてもよい。回転機構２３７によって、マグネトロン２３３と反応槽２３１との相対回転運動が可能になる。例えば、マグネトロン２３３は、反応槽２３１の周辺で完全に回転しても、マグネトロン２３３の回転が、反応槽２３１の周囲に従う弧に沿って前後に行われてもよい。静止式のマグネトロン、及び／又は炎若しくは電気抵抗熱のような他の従来式加熱源を用いて、回転式のマグネトロン加熱システム２３３を補ってもよい。マグネトロン２３３の回転により、反応空間２３５の中の原材料及び触媒の加熱／放射線照射が強化され、静止式の加熱源の場合よりも、加熱特性が高まる。
【００５８】
クラッキングされた炭化水素は、蒸発して、冷却器２４１で回収されて熱分解油に液化すると、蒸留器２４０に送られ、ディーゼル燃料又はより精製された熱分解油組成物といった生成物が生成され、その一方で、タール及びチャー分子といった、それよりも重く、鎖長の長い炭化水素分子は、リサイクルして反応槽に戻してもよい。いくつかの実施態様では、蒸留は必要でない場合もあり、燃料生成物を濾過及び熱分解油として使用すればよい。
【００５９】
いくつかの構成では、原料からの燃料抽出効率を高めるために、反応のプロセスを制御するのが望ましい。図２Ｂは、図２Ａに関連して説明したシステム構成要素とともに、フィードバック制御システム２５０を備えるシステム２０５のブロック図である。示されているフィードバック制御システム２５０は、コントローラー２５１と、プロセスの最中、様々な段階に、パラメーターを検出するように構成してよい１つ以上のセンサー２５２、２５３、２５４とを備える。フィードバック制御システム２５０は、原料及び／又は原料調製プロセスのパラメーターを検出するように構成されているセンサー２５２を原料調製段階に備えてよい。例えば、センサー２５２は、原料の化学組成、密度、水分、粒径、エネルギー量、又はその他の原料パラメーターを検出してよい。これに加えて、又はこの代わりに、センサー２５２は、原料調製槽内の状態、例えば、流量、圧力、温度、湿度、原料調製槽内に存在する気体の組成などを検出してもよい。センサー２５２は、信号２５５ａを生成し、この信号は、コントローラーの電子回路２５１に入力され、この電子回路で信号が解析されて、原料及び／又は原料調製プロセスの状態が求められる。コントローラー２５１は、検出された信号２５５ａに応答して、原料調製モジュール２１３の動作を制御するフィードバック信号２５５ｂを生成する。例えば、いくつかの実施態様では、コントローラー２５１は、所定の粒径及び／又は所定の粒径変動が検出されるまで、原材料を微細化及び／又は粉砕し続けるように、原料調製モジュール２１３を制御してよい。別の例では、コントローラー２５１は、検出された原料化学組成に基づき、原料と混合させる触媒の量が増減するようにしても、異なるタイプの触媒が原料と混合されるようにしてもよい。
【００６０】
制御システム２５０は、検出された信号２５６ａに基づき、水抽出モジュール２２０の動作を制御するためのフィードバック信号２５６ｂを生成し、及び／又は検出された信号２５７ａに基づき、反応モジュール２３０を制御するためのフィードバック信号２５７ｂも生成してもよい。例えば、センサー２５３、２５４は、水抽出プロセス及び／又は反応プロセスの温度を検出してよく、コントローラー２５１は、加熱／放射線照射システム２２２、２３２の動作、例えばマグネトロン２２３、２３３の一方又は両方の出力、周波数、パルス幅、回転速度、又は並進運動速度などを制御するフィードバック信号２５６ｂ、２５７ｂを生成してよい。コントローラー２５１は、マグネトロンに対するフィードバック信号を生成して、原料に作用する放射線量を制御して、原料が過剰照射又は過少照射されないようにするとともに、ホットスポットの発生が回避されるようにしてよい。コントローラー２５０は、注入口を通じて、各種物質が抽出槽２２１及び／又は反応槽２３１の一方又は両方に注入されるのを制御して、槽２２１、２３１の中で行われるプロセスを制御してよい。チャー（熱分解後の原料の残存物）は、貯蔵部に送られる。いくつかの実施形態では、原料の選択によってのみ得られる特性を上回る特定の特性が望まれる場合、コントローラー２５０を用いて、熱分解油の特性に好影響を及ぼす状態を制御してよい。蒸留段階の後、重質炭化水素は、リサイクルして反応槽に戻してよく、軽質炭化水素は、重合段階又は更なる蒸留段階に送ってよい。
【００６１】
反応槽は、石英、ガラス、セラミック、プラスチック、及び／又は反応プロセスの周波数及びエネルギー範囲のマイクロ波を実質的に透過するいずれかの他の好適な材料で作製してよい。いくつかの構成では、本明細書に記載されている加熱／放射線照射システムは、反応槽に対して回転するマグネトロンを１つ以上備えてよい。いくつかの実施形態では、マグネトロンは、複数であってよく、及び／又は静止式であってもよい。図３Ａは、ファラデーケージとして機能するとともに、マイクロ波透過性の壁を１つ以上有する円筒形の反応槽３１３の外側に配置されているドラム３１２に配列されている静止式のマグネトロン３１１を複数備えるシステム３００を示している。システム３００では、反応槽３１３内のマイクロ波が、原料を透過して前後に反射するように、すなわち、原料を熱分解油及びチャーに変換させるのに、反応槽３１３内のマイクロ波が、より効率的に使われるように、ドラムは、マイクロ波を透過する材料、例えば金属などで作られている。マグネトロンの動作は、連続的であっても、例えば多重パターンでパルス駆動してもよい。いくつかの実施形態（図３Ｂ）では、マグネトロン３１１を支えるドラム３１３は、反応槽３１２の長手方向軸３５０を中心に（３３０）回転してもよく、及び／又は反応槽３１２が、長手方向軸３５０を中心に（３２０）回転してもよい。
【００６２】
原料搬送機構は、反応槽内に配置されていてもよい。例えば、図３Ｃに示されているように、原料搬送機構は、反応槽の回転に応じて、原料を反応槽３６０に通して移動させるように構成されているバッフル３６１を１つ以上備えてよい。バッフル３６１は、原料を反応槽３６０の中で、及び反応槽に通して、例えば長手方向に反応槽に通して移動させるように、反応槽３６０の壁に取り付けられていても、及び／又は反応槽の中に、別段の形で設置されていてもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態では、図４に示されているように、静止式であるか、又は、マイクロ波反射性ファラデーケージ４２１で囲まれた反応槽４２０の周囲の周辺で回転する機構４１７で支えられているマグネトロン４１６に加えて、炎、蒸気、及び／若しくは電気抵抗熱、又は再利用熱のような第２の加熱源４５０を１つ以上用いてもよい。いくつかの構成では、マグネトロン４１６は、反応槽４２０の周辺で完全に回転しなくてもよいが、反応槽４２０の周囲に従う弧に沿って前後に（４１９）回転してもよい。原料を原料粒子の質量にわたって実質的に均一な熱に暴露して、本発明のチャーについて上記したような孔の密度、分布、並びに孔径及び孔の分布のばらつきを有するチャーが形成されるのであれば、様々な構成が可能である。
【００６４】
１つ以上のマグネトロンの反応槽に対する移動は、図５に示されているように、反応槽の長手方向軸に沿ってマグネトロンを移動させる移動も含んでよい。図５は、反応槽５１０と、マグネトロン５３０を支えているケージ５２０とを示している。ケージ５２０とマグネトロン５３０は、反応槽５１０を取り囲んでいる金属製マイクロ波反射性ファラデーケージ５１５の上で、反応槽５１０の長手方向軸５５０に沿って前後に（５４０）移動してもよい。いくつかの実施態様では、長手方向軸５５０に沿ったケージ５２０及びマグネトロン５３０の移動５４０に加えて及び／又は移動５４０と同時に、長手方向軸５５０を中心に（５６０）、ケージ５２０とマグネトロン５３０を回転させてもよい。
【００６５】
図６は、本発明の実施形態に従って、有機炭素含有原料から石油に相当する熱分解油を生成するプロセスを示しているフローチャートである。実質的にマイクロ波を透過する壁を有する反応槽であって、原料の加熱及び／又は照射を行う目的で用いる反応槽に、バイオマス、公共固形廃棄物、植物材料、木材チップなどの有機炭素含有原料を投入する（６１０）。原料は、固体であっても、固体要素を含む懸濁液であってもよい。加熱及び／又は放射線照射は、反応槽の壁を通じて、マイクロ波エネルギーを照射して（６２０）、反応槽内に配置された原料にマイクロ波エネルギーが作用するようにすることによって行う。有機炭素含有分子の反応が生じて、所望の最終液体燃料生成物が生成されるまで、任意に応じて触媒の存在下で、原料をマイクロ波によって加熱／照射する（６３０）。上記の反応プロセスによって生成された熱分解油生成物を回収する（６４０）。
【００６６】
本発明の範囲から逸脱しなければ、上記の好ましい実施形態に対して、様々な修正及び追加を行うことができる。したがって、上記の具体的な実施形態によって本発明の範囲を限定すべきではなく、本発明の範囲、下記の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ定義すべきである。
【図１Ａ】
2017502159.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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