由廢料生產有用產物的方法以及步驟的制作方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請日為2011年2月21日，申請?zhí)枮?01180018918.3,發(fā)明名稱為"由廢 料生產有用產物的方法以及步驟"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002 ]本發(fā)明涉及廢料處理的領域。本發(fā)明進一步涉及由廢料來生產有用產物。
【背景技術】
[0003] 固體廢料，尤其是源于消費中心、工業(yè)和林業(yè)部門以及其他部門的廢料的處理產 生了許多環(huán)境和健康問題。與固體廢料處理相關的問題包括廢料日益累積、消除廢料的高 費用以及不可能性。大部分固體有機和無機廢料以專門針對該目的設計的填埋方式進行處 理。由使用這些填埋法作為固體廢料的最終目的地而產生的主要不便之處是由它們占用的 表面積以及由于污染或由于它們分解而排放和釋放氣體所產生的環(huán)境和社會問題。此外， 由于土地成本以及上述問題，填埋場位置遠離消費中心，這會增加例如運輸成本。
[0004] 最近幾年來已經開發(fā)了用于處理固體廢料的其他技術，例如高溫焚燒利用熱量來 產生電能。然而，這種技術產生高污染排放。此外，在應用高溫焚燒期間，會產生難以消除并 且必須以填埋方式進行儲存的灰分。
[0005] 通過開發(fā)多種技術例如氣化、厭氧消化、煮沸或干燥固體廢料以及微波輻射固體 廢料以代替在焚燒爐中燃燒固體廢料，已經針對能量回收以及轉化不同來源的固體廢料作 出了許多努力。使用這些技術，可以得到例如蒸汽或電力。然而，這些技術需要使用化石燃 料或仍然導致大量的殘余廢料。其他方法包括生物消化器，該生物消化器將有機物質轉化 成液體肥料以及處于生物氣體形式的能量。在這些過程中，釋放出多種氨基酸，如胱氨酸、 半胱氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸以及鳥氨酸。這些氨基酸是硫的供體，它們可以被轉化成腐胺 (尸胺），留下十六硫醇(C 16H33SH)作為殘余物。十六硫醇包含!125,硫化氫，它是有毒的，因為 它以類似于氰化物的阻塞效應阻斷血紅蛋白中的中心鐵原子。此外，當燃燒H 2S時，可以形 成水和三氧化硫(S03)，隨后導致產生硫酸(H2S0 4)(當釋放到環(huán)境中時硫酸是有毒的）。
[0006] 通過對有機廢料進行內部加熱（由施加微波所導致的內部摩擦而引起的）可以將 有機廢料的微波輻射用于消毒過程。該過程不允許循環(huán)有機處理的物質，而僅消毒以及減 小它的體積。得到的物質，雖然具有減小的體積，仍然需要例如以填埋方式進行處理。
[0007] 其他方式是熱解的不同方法，其中通過將熱能施加到有待熱解的物質上來進行分 解。以三種方式(傳導、對流以及輻射)來施加這種熱能。使用的熱源是例如燃燒爐的熱量。 而且在熱解期間，會產生釋放到環(huán)境中的氣體。
[0008] 因此，對于處理和轉化固體廢料的改善方法存在不斷的需要。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的一個目的是提供由廢料，優(yōu)選固體廢料，優(yōu)選有機廢料，更優(yōu)選固體有機 廢料來生產有用產物的裝置和方法。
[0010] 本發(fā)明提供了由廢料生產有用產物的方法，該方法包括：
[0011] a)提供廢料；
[0012] b)用波長為700nm至1mm的低頻長波(macro wave)福射廢料，由此使溫度在205°C 至900°C之間并且使壓力在1.0巴至19.0巴之間，從而生產炭；
[0013] c)可選地，在標識為DPP B102的固體金屬存在下，對來自步驟b)的氣態(tài)殘余物進 行物理化學反應，由此使溫度在180°C至500°C之間并且使壓力在0.98巴至5.5巴之間，從而 生產瀝青；
[0014] d)可選地，對來自步驟b)或c)的氣態(tài)殘余物進行物理化學反應和/或冷凝，由此使 溫度在150°C至750°C之間并且使壓力在0.96巴至200巴之間，從而生產液態(tài)烴；
[0015] e)可選地，在標識為DPP D102的固體金屬存在下，對來自步驟b)、c)或d)的氣態(tài)殘 余物進行物理化學反應，由此使溫度在50°C至150°C之間并且使壓力在0.95巴至1.5巴之 間，從而生產有機酸；
[0016] f)可選地，對來自步驟b)、c)、d)或e)的氣態(tài)殘余物進行吸收劑洗滌并且在室溫下 冷卻，從而生產甲烷氣體和氫氣，
[0017] 其中所述廢料具有基于所述廢料干重的以下組成:碳含量9-85%，氫含量1-15% 以及氧含量0-65%。
[0018] 根據本發(fā)明的方法在本文中還稱作"RM0方法"或"RM0工藝"。用于執(zhí)行根據本發(fā)明 方法的裝置在本文中還稱作"RM0"或"RM0裝置"。
[0019] 根據本發(fā)明方法的第一主要創(chuàng)新是使用光子輻射波的碰撞效率和效能的概念。在 本發(fā)明方法期間，熱傳導和熱對流是不適用的，因為反應容器并不直接接觸熱源。這種輻射 是在紅外范圍以及在燃燒或加熱熱能源周邊時產生的更高頻率內。
[0020] 這種輻射會傳送較大的光子流，這些光子流有效地集中于在圓柱形或球形反應容 器中提供的廢料物質中。光子撞擊產生引起廢料分子裂解或碎片化的強度的電磁沖擊波。 其結果是，引起廢料的氣化。當與熱傳導相比較時，可以實現磁感應的更大的均勻性。
[0021] 因此，負責斷裂廢料分子中化學鍵的機理是光子能量。該方法在本文中還稱作光 子革巴向分子碎片化福角軍（photon targeted molecular fragmentation radiolysis)。
[0022] 本發(fā)明的第二方面在于在同一個過程中方便地對輻解材料進行轉分子化作用(分 子轉化作用，transmolecularized)。氣態(tài)物質可以更加容易以及安全地進行反應并且化學 結合成固態(tài)或液態(tài)。然后在冊〇工藝中以冷凝的氣態(tài)形式對所有物質進行適當地處理，接著 進行選擇性沉淀從而由否則將成為污染物的物質來得到有用的產物。
[0023] 如本文中所使用的廢料至少部分地是包含碳化合物的有機物，通常地源自動物和 植物材料。如在本文中所使用的，"廢料"定義為這樣的物質，它基于所述物質的干重，包含 9-85%的碳、1-15%的氫以及0-65%的氧，并且，它基于所述物質的干重，具有0-50%的硫 含量、0-50%的氯含量、0-50%的磷含量、0-50%的溴含量、0-10%的硼含量、0-50%的重金 屬含量，并且用其他物質補充到100%。
[0024]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，10-80%的碳，更優(yōu)選10-75%的碳。
[0025]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，2-12 %的氫，更優(yōu)選3-10 %的氫。
[0026]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，0-50%的氧，更優(yōu)選0-40%的氧。
[0027]優(yōu)選地，廢料具有基于所述廢料的干重，0-25 %的硫含量，更優(yōu)選0-15 %，甚至更 優(yōu)選o-l ο %，甚至更優(yōu)選0-5 %。
[0028]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，0-25 %的氯含量，更優(yōu)選0-15 %，甚至更 優(yōu)選0-10 %，甚至更優(yōu)選0-5 %。
[0029]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，磷含量為0-25%，0_15%，甚至更優(yōu)選0-10%，甚至更優(yōu)選0-5 %。
[0030]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，溴含量為0-25%，0-15%，甚至更優(yōu)選0-10%，甚至更優(yōu)選0-5 %。
[0031 ]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，硼含量為0-5 %，0-3 %，甚至更優(yōu)選0- 2%〇
[0032]優(yōu)選地，廢料包含基于所述廢料的干重，重金屬含量為0-25 %，0-15%，甚至更優(yōu) 選0-10 %，甚至更優(yōu)選0-5 %。
[0033] 批量大小優(yōu)選為至少200kg廢料，更優(yōu)選至少500kg，更優(yōu)選至少1500kg。
[0034] 廢料優(yōu)選地包含至少50 %的有機物質，優(yōu)選至少60%有機物質，更優(yōu)選至少70% 有機物質。"有機物質"在本文中定義為源自活有機體的物質，例如動物、植物或細菌。
[0035] 廢料的有機成分的實例包括，但不限于植物葉子和枝條，果皮，油，谷物以及油料 種子的外殼和殼，食物剩余物，大戟，麻瘋樹植物和甘蔗渣，植物廢物，例如煙草、棉花、鋸 末、刨花這些植物廢物，以及來自木材加工業(yè)的所有廢料;來自農工業(yè)廢料的所有其他有機 廢料，剪枝廢料，雜草以及所有類型的植物剩余部分;動物來源的固體廢料，例如骨、糞便、 來自肉類加工業(yè)的固體廢料，以及任何其他類型的動物來源的廢料。在本發(fā)明的一個優(yōu)選 實施方式中，廢料是有機廢料。
[0036] 廢料可以包含無機成分例如硫、氯、磷、溴、硼，和/或重金屬，如砷、鎘、鈷、銅、汞、 錳、鎳、鉛、錫以及鉈?；趶U料的干重，廢料中硫含量優(yōu)選為0-50%，更優(yōu)選0-25%，甚至更 優(yōu)選0-15%?；趶U料的干重，廢料中氯含量優(yōu)選為0-50%，更優(yōu)選0-25%，甚至更優(yōu)選Ο-? 5 % 。 基于廢料的干重， 廢料中 磷含量優(yōu)選為 0-50 % ， 更優(yōu)選 0-25 % ， 甚至更優(yōu)選 0-15 % 。 基 于廢料的干重，廢料中溴含量優(yōu)選為0-50 %，更優(yōu)選0-25%，甚至更優(yōu)選0-15%?；趶U料 的干重，廢料中硼含量優(yōu)選為0-10 %，更優(yōu)選0-5 %，甚至更優(yōu)選0-3 %?；趶U料的干重，廢 料中重金屬含量優(yōu)選為0-50%，更優(yōu)選0-25%，甚至更優(yōu)選0-15%。
[0037] 包含無機成分的廢料的組分的實例包括，但不限于塑料、紙張、橡膠、輪胎、天然和 合成的織物、膠乳、尿布和一次性毛巾、處置藥品（disposed medicine)、毒素和農業(yè)化學 品、輪胎、利樂包裝(tetra pack)容器和/或電鍍的(鍍鋅的，galvanized)金屬。根據本發(fā)明 的方法特別適用于處理有害物質。
[0038] 廢料優(yōu)選為固體，然而，還可以使用本發(fā)明的方法來處理廢液?？梢杂酶鶕景l(fā)明 的方法來處理基本上所有的有機物質?？蛇x地，由于該過程的快速性和均勻性，在根據本發(fā) 明的方法開始之前，可以減小廢料的體積或可以將廢料切碎。在切碎之后，廢料的尺寸優(yōu)選 為10-50cm 3,更優(yōu)選10-40cm3,甚至更優(yōu)選15-20cm3。此外，優(yōu)選地對廢料進行預干燥從而將 水分含量降低至最大值為35 %，優(yōu)選最大值為30 %，更優(yōu)選最大值為25 %，更優(yōu)選最大值為 20 %，更優(yōu)選最大值為15 %。
[0039] 在一個優(yōu)選實施方式中，將在執(zhí)行本發(fā)明方法期間加工成有用產物的廢料與在執(zhí) 行本發(fā)明方法期間并未加工成有用產物但典型地僅被消毒的廢料分開。優(yōu)選地不同時地對 這兩種類型的廢料進行根據本發(fā)明方法的處理。
[0040] 如在本文中所使用的，"有用的產物"優(yōu)選地是炭、瀝青、液態(tài)烴、有機酸、甲烷氣體 和/或氫氣。
[0041] 根據本發(fā)明的方法在步驟b)期間，產生205°C至900°C之間的溫度、以及1巴至19巴 之間的壓力。在步驟b)期間廢料的溫度優(yōu)選在205°C至850°C之間。在一個優(yōu)選實施方式中， 在纖維素或纖維素衍生物(試劑DDP A101)、和/或碳化合物(試劑DPP A102)、和/或水(試劑 DDP A103)存在下進行根據本發(fā)明方法的步驟b)。
[0042] 試劑DDP A101是選自由纖維素和纖維素衍生物組成的組中的化合物。"纖維素衍 生物"在本文中定義為通過化學過程由纖維素衍生的化合物。纖維素衍生物的優(yōu)選實例包 括，但不限于纖維素酯，如乙酸纖維素和三乙酸纖維素，纖維素醚，如甲基纖維素、乙基纖維 素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素和羧甲基纖維素。 DPP A101能夠以1:100至1:10000之間的濃度進行使用(kg試劑:提供給根據本發(fā)明方法的 步驟b)的廢料的kg干重）。優(yōu)