專利名稱：用于將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成富甲烷燃料氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成富甲烷完全燃燒燃料氣。具體而言，本公開涉及用于處理有機(jī)物質(zhì)的方法，包括在過量氫氣和過熱蒸汽存在下將有機(jī)物質(zhì)蒸發(fā)。
背景技術(shù)：
預(yù)計到2030年全世界的電力需求增加60% (世界能源形勢，巴黎IEA， 2004-10- ，第31頁)。國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)估計，到2030年化石燃料將占能源市場的 85%。在化石燃料發(fā)電廠中，化石燃料(例如煤、燃料油、天然氣和油頁巖)中儲存的化學(xué)能和空氣中的氧相繼轉(zhuǎn)變成熱能、機(jī)械能，并最終轉(zhuǎn)變成電能用于連續(xù)使用和配送。世界上大多數(shù)熱電站使用化石燃料，這比核電站、地?zé)岚l(fā)電站、生物質(zhì)能發(fā)電站和太陽能熱電站多。主要為甲烷的天然氣在許多工廠中廣泛用作化學(xué)合成的原料和通過使用氣體和蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生電的主要來源。天然氣比其他化石燃料例如油和煤燃燒更完全，并且每釋放單位能量產(chǎn)生更少的溫室氣體。因此，使用天然氣發(fā)電是可利用的燃燒最完全的化石燃料能量來源并且無論在哪里該技術(shù)被競爭性使用。壓縮天然氣還用作汽車燃料的清潔替代
P
ΡΠ O天然氣可以用于通過二氧化碳重整和水煤氣變換反應(yīng)產(chǎn)生氫。氫具有多種應(yīng)用， 例如，它是化學(xué)工業(yè)的主要原料、氫化劑和例如氫動力汽車的氫燃料電池中的燃料來源。伴隨逐漸減少的國內(nèi)供應(yīng)，天然氣價格逐漸提高，這產(chǎn)生了尋求該燃料的其它來源的動機(jī)。化石燃料例如煤的氣化是一個選擇，然而，大多數(shù)商業(yè)現(xiàn)成的煤氣化器大多設(shè)計成產(chǎn)生一氧化碳和氫高而甲烷含量最小的合成氣。破壞有機(jī)廢物物質(zhì)的現(xiàn)存方法通常使用高溫焚化實(shí)現(xiàn)。這些焚化器資金密集性強(qiáng)，并且因此需要大的設(shè)備，這增加了公眾的擔(dān)心。它們操作上昂貴并且已經(jīng)表現(xiàn)出在加入危險物質(zhì)過程中導(dǎo)致回爆或爆震的情況。下列是一組與商業(yè)嘗試氣化和蒸汽重整的專利TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 專利申請?zhí)?WO 2008/138118 ；TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 專利申請?zhí)?WO 2008/138117 ；TSANGARIS, Andreas，和 Margaret SWAIN, PCT 專利申請?zhí)?W0/2008/117119 ；TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 專利申請?zhí)?WO 2008/104088 ；TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 專利申請?zhí)?WO 2008/104058 ；TSANGARIS, Andreas, Margaret SWAIN, Kenneth Craig CAMPBELL, Douglas Michael FEASBY,Thomas Edward WAGLER,Scott Douglas B^c^vAM,Mao Pei CUI,Zhiyuan SHEN，灰分 ish CHOTALIYA, Nipun S0NI，Alisdair AlanMCLEAN, Geoffrey D0BBS，Pascale Bonnie MARCEAU，和 Xiaoping Z0U. PCT 專利申請?zhí)?W0/2008/011213 ;TSANGARIS, Andreas，和 Margaret SWAIN, PCT 專利申請?zhí)?W02007/143673 ；TSANGARIS, Andreas, Margaret SWAIN, Kenneth Craig CAMPBELL, Douglas Michael FEASBY, Thomas Edward WAGLER, Scott, Douglas B ^c AM, ZhiyuanSHEN, Geoffrey DOBBS, Mao Pei CUI,和 Alisdair Alan MCLEAN, PCT 專利申請?zhí)?W0/2007/131241 ；TSANGARIS, Andreas, Margaret SWAIN, Douglas Michael FEASBY, ScottDouglas B 灰分 AM,灰分 ish CHOTALIYA,禾口 Pascale Bonnie MARCEAU, PCT 專禾Ij 申請?zhí)?WO 2007/131240 ；TSANGARIS, Andreas, Margaret SWAIN, Kenneth Craig CAMPBELL, Douglas Michael FEASBY,Thomas Edward WAGLER，Xiaoping ZOU,AlisdairAlan MCLEAN，和Pascale Bonnie MARCEAU, PCT 專利申請?zhí)?W02007/131239 ；TSANGARIS, Andreas, Margaret SWAIN, Douglas Michael FEASBY, ScottDouglas B 灰分 AM，Nipun SONI，和 Pascale Bonnie MARCEAU，PCT 專利申請?zhí)?WO 2007/131236 ；TSANGARIS, Andreas, Margaret SWAIN, Kenneth Craig CAMPBELL, Douglas Michael FEASBY, Scott Douglas B 灰分 AM，Alisdair Alan McLEAN，禾口 Pascale Bonnie MARCEAU, PCT 專利申請?zhí)?WO 2007/131235 ；TSANGARIS, Andreas 和 Margaret SWAIN. PCT 專利申請?zhí)?W02007/131234 ；TSANGARIS，Andreas，Kenneth C. CAMPBELL，和 Michael D. FEASBY 禾 PKe LI，PCT 專利申請?zhí)?WO 2006/128286 ；TSANGARIS, Andreas, Kenneth C. CAMPBELL, Michael D. FEASBY，和 Ke Li, PCT 專利申請?zhí)?WO 2006/128285 ；TSANGARIS, Andreas V.，和 Kenneth C. CAMPBELL ；PCT 專禾Ij 申請?zhí)?WO 2006/081661 ；TSANGARIS,Andreas V.，George W. CARTER,Jesse Ζ.，SHEN,MichaelD. FEASBY,和 Kenneth C. CAMPBELL, PCT 專利申請?zhí)?WO 2004/072547 ；ZffIERSCHKE, Jayson,和 Ernest George DUECK, PCT 專利申請?zhí)?TO/2006/076801 ；SHETH, Atul C. PCT 專利申請?zhí)?W0/2007/143376。下列是與危險廢物破壞有關(guān)的其它專利Abdullah, Shah id.用于降解土壤中聚氯聯(lián)苯的方法.美國專利5932472 ；Almeida, Fernando Carvalho.美國專利 6767163 ；Anderson, Perry D.，Bhuvan C. Pant, Zhendi Wang，等·美國專禾Ij 5118429 ；Baghel, Sunita S.，和 Deborah A. Haitko.美國專利 5382736 ；Balko,Edward N. , Jeffrey B. Hoke，禾口 Gary A. Gramiccioni.美國專利 5177268 ；Batchelor, Bill, Alison Marie Hapka, Godwin Joseph Igwe, ^ . _ SH 禾0 5789649 ；Bender, Jim.美國專利 6117335 ；Boles, Jeffrey L.，Johnny R. Gamble，禾口 Laura Lackey.美國專利 6599423.Bolsing，F(xiàn)riedrichJPAchim Habekost.用于鹵代烴還原脫鹵作用的方法.美國專利 6649044 ；Cutshall, Eule R.，Gregory Felling, Sheila D. Scott，等·美國專利 5197823 ；Del linger，Harold Barrett，禾口 John L. Graham.美國專利 5650549 ;Driemel, Klaus, Joachim Wolf，和 Wolfgang Schwarz.用于非污染性破壞多氯廢物物質(zhì)的方法.美國專利5191155 ；Farcasiu, Malvina，禾口 Steven C. Petrosius.美國專利 5369214 ；Friedman, Arthur J.，和 Yuval Halpern.美國專利 5290432 ；Ginosar, Daniel Μ. , Robert V. Fox,禾口 Stuart K. Janikowski.美國專利 6984768 ；Gonzalez, Luciano Α.，Henry E. Kowalyk，和 Blair F. Sim.美國專利 6414212 ；Gonzalez, Luciano A. , Dennis F. Mull ins, W. John Jani s, ^ . ^ H # ^lJ 6380454 ；Greenberg, Richard S.，禾口 Thomas Andrews.美國專利 6319328 ；Levin, George B.美國專利 5602四8 ;美國專利5100638;Newman, Gerard K.，Jeffrey H. Harwell，禾口 Lance Lobban.美國專利 6241856 ；Potter, Raleigh Wayne，和 Michael Fitzgerald.美國專利 6213029 ；美國專利61U675;Quimby, Jay M.美國法定發(fā)明登記 H2198H ；Reagen, William Kevin，和 Stuart Kevin Janikowski.美國專利 5994604 ；Rickard, Robert S.美國專利 510；3578 ；Ruddick, John N. R.，和 Futong Cui.美國專利 5698829 ；Schulz, Helmut W.美國專利 5245113 ；Sparks, Kevin Α.，和 James Ε. Johnston.美國專利 5695732 ；以及Zachariah, Michael R·，禾口 Douglas P. DuFaux.美國專利 593613。Hallett的美國專利號5，050，511描述了使用如下方法對有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行處理，所述方法組合了在還原氣氛下于高于大約600°C，優(yōu)選高于875°C的高溫下的氣相化學(xué)還原和此后的于高于大約1000°C的溫度下以氣態(tài)氧化劑將所述物質(zhì)化學(xué)氧化。然而，該方法導(dǎo)致產(chǎn)生焦油狀物質(zhì)，這會導(dǎo)致過程停止以去除焦油狀物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在過量氫氣和任選過熱蒸汽存在下將有機(jī)物質(zhì)加熱汽化以將有機(jī)物質(zhì)脫商和/或脫硫，接著在過量氫氣和過熱蒸汽存在下將混合物進(jìn)一步加熱以還原有機(jī)化合物，導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成富甲烷氣并且所產(chǎn)生的焦油狀物質(zhì)的量減少。因此，本公開包括用于將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成富甲烷氣的方法，包括a)在基本上無氧的密閉室內(nèi)將有機(jī)物質(zhì)汽化，以及將汽化的有機(jī)物質(zhì)與過量氫氣和任選過熱蒸汽于大約450°C至大約650°C的溫度下混合形成第一混合物；b)在過量氫氣和過熱蒸汽存在下將第一混合物加熱至大約600°C至大約900°C的溫度形成包含甲烷、氫和酸的氣體混合物；和c)將氣體混合物與堿中和。在本公開的另一實(shí)施方案中，將第一混合物充分混合以減少焦油狀物質(zhì)的形成。在本公開的實(shí)施方案中，a)中的汽化的有機(jī)物質(zhì)與過量氫氣和任選過熱蒸汽于大約475°C至大約600°C的溫度下混合。
在又一實(shí)施方案中，將第一混合物在b)中加熱至大約700°C至大約900°C的溫度。 在另一實(shí)施方案中，將第一混合物在b)中加熱至大約800°C至大約875°C的溫度。在本公開的另一實(shí)施方案中，通過蒸汽-甲烷重整和水煤氣變換反應(yīng)在b)中產(chǎn)生氫。以該方式產(chǎn)生的氫減少了為形成第一混合物所必須添加的氫的總需要量。在本公開的另一實(shí)施方案中，用于將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成甲烷的方法在催化劑存在下實(shí)施。在又一實(shí)施方案中，催化劑是金屬催化劑，其中金屬選自鎳、銅、鐵、鎳合金、錫、粉狀錫、鉻和貴金屬中的一種或更多種。在另一實(shí)施方案中，貴金屬選自鉬、銀、鈀、金、釕、銠、鋨和銥。在本公開的另一實(shí)施方案中，氣體混合物在C)中在大約70°C至大約100°C的溫度被中和.在又一實(shí)施方案中，氣體混合物在c)中在大約85°C的溫度被中和。在一個實(shí)施方案中，堿包括堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽。在又一實(shí)施方案中， 堿金屬氫氧化物是氫氧化鈉。在另一實(shí)施方案中，堿金屬碳酸鹽是碳酸鈣。在本公開的另一實(shí)施方案中，方法還包括在有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件下將來自b)的氣體混合物在過量氫存在下暴露于紫外光下。在另一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括加熱至大約600°C至大約800°C的溫度。在又一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括加熱至大約 650°C至大約750°C的溫度。在另一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約200nm至大約300nm波長的紫外光。在另一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約220nm至大約254nm波長的紫外光。在本公開的又一實(shí)施方案中，將b)中的第一混合物加熱在基本上無氧的第二密閉室內(nèi)開展。在本公開的另一實(shí)施方案中，方法還包括將C)中中和的氣體混合物冷卻。在另一實(shí)施方案中，氣體混合物冷卻至大約5°C至大約35°C的溫度。在本公開的另一實(shí)施方案中，方法還包括在過量氫存在下將中和和冷卻的氣體混合物暴露于有效還原殘留有機(jī)化合物的條件下。在另一實(shí)施方案中，還原中和并冷卻的氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約200nm至大約300nm波長的紫外光。在又一實(shí)施方案中，還原中和并冷卻的氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約220nm至大約 254nm波長的紫外光。在另一實(shí)施方案中，還原中和并冷卻的氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件還包括加熱至大約300°C至大約500°C的溫度。在一個實(shí)施方案中，還原中和并冷卻的氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件還包括加熱至大約400°C的溫度。在本公開的另一實(shí)施方案中，方法還包括在c)中中和氣體混合物之后將過量氫與甲烷分離。在一個實(shí)施方案中，氫再循環(huán)用于在a)中使用。在另一實(shí)施方案中，甲烷包含大約10%至大約20%體積比的氫。在另一實(shí)施方案中，本公開方法的a)、b)和c)在大于0個大氣壓至大約2個大氣壓，適宜地大于0個大氣壓至大約0. 5個大氣壓的壓力下實(shí)施。在本公開的另一實(shí)施方案中，有機(jī)物質(zhì)還包括不能汽化并從密閉室中去除的無機(jī)物質(zhì)。在本公開的另一實(shí)施方案中，有機(jī)物質(zhì)包括有機(jī)廢物物質(zhì)。在又一實(shí)施方案中， 有機(jī)廢物物質(zhì)包括氯化或有機(jī)磷化學(xué)戰(zhàn)劑；生物戰(zhàn)劑；污水；城市和工業(yè)固體廢物或垃圾；農(nóng)業(yè)廢物物質(zhì)；有機(jī)溶剤；商代有機(jī)溶剤；商代有機(jī)化合物，例如聚氯聯(lián)苯、六氯苯、氯化 農(nóng)藥、溴化阻燃劑、氟化拋射劑或氟化制冷劑；有機(jī)磷化合物例如農(nóng)藥；炸藥例如三硝基甲 苯；火箭燃料；輪胎；塑料例如聚乙烯；胼類；提煉和化學(xué)制造/加工廢物，例如鍋底殘存 物；煤；或油和/或浙青加工廢物，例如來自焦油砂。在另ー實(shí)施方案中，氯化或有機(jī)磷化學(xué) 戰(zhàn)劑包括芥子氣或VX神經(jīng)毒劑。在一個實(shí)施方案中，生物戰(zhàn)劑包括炭疽。在又一實(shí)施方案 中，農(nóng)業(yè)廢物物質(zhì)包括家禽、牛、豬或其它家畜廢物物質(zhì)。在另ー實(shí)施方案中，有機(jī)物質(zhì)包括 生物質(zhì)，例如木材廢物或制漿廢物。在另ー實(shí)施方案中，生物質(zhì)包括木屑。在本公開的另一 實(shí)施方案中，有機(jī)物質(zhì)包括化石燃料，例如所有類型的煤、油或泥炭。在本公開的又一實(shí)施方案中，在方法中產(chǎn)生的甲烷氣使用常規(guī)的產(chǎn)能系統(tǒng)被轉(zhuǎn)變 成電力。因此這些氣被裝進(jìn)例如燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽渦輪機(jī)或燃料電池中。在一個實(shí)施方案 中，產(chǎn)能系統(tǒng)非?？拷_展本公開方法的裝置或者與其聯(lián)合。在本公開的另一實(shí)施方案中，在方法中產(chǎn)生的甲烷氣用于化學(xué)合成。此外，本公開包括反應(yīng)、混合或研磨裝置。裝置可用作連續(xù)的還原汽化器(CRV)。在 本公開的實(shí)施方案中，裝置包含可繞軸旋轉(zhuǎn)的容器，容器包括具有分別引入或從容器排出 物質(zhì)的同軸入口或出口的第一端，第一端包括具有大體放射狀延伸的第一面的法蘭段。裝 置還包含靠近第一端安置的閉合件，閉合件包括大體與第一面相對的大體放射狀延伸的第 ニ面。裝置還包括安置在第一面和第二面之間的內(nèi)部密封元件和外部密封元件，內(nèi)部密封 元件和外部密封元件限定了大體為環(huán)狀的空間，其中包含密閉液的環(huán)狀空間在容器和閉合 件之間形成密封。根據(jù)下面的詳細(xì)描述，本公開的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，詳細(xì)描述和表示本公開優(yōu)選實(shí)施方案的特定實(shí)施例僅以例證形式給出，因為根據(jù)本詳 細(xì)描述，處于本公開精神和范圍內(nèi)的多種修改和修飾對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見 的。


本公開的實(shí)施方案將結(jié)合附圖描述，其中圖1是本公開方法的實(shí)施方案的示意圖；圖2是在本公開實(shí)施方案中的有機(jī)廢物預(yù)處理系統(tǒng)的示意圖；圖3是本公開實(shí)施方案的裝置示意圖；圖3a是圖3所示裝置的詳細(xì)視圖；圖北是圖3所示裝置的剖面視圖；圖4是本公開實(shí)施方案中混合器的示意圖；圖5是本公開實(shí)施方案中密閉室示意圖；圖6是本公開實(shí)施方案中帶有紫外線的密閉室示意圖；圖7是本公開實(shí)施方案中冷卻器和一次洗滌器系統(tǒng)示意圖；圖8是本公開實(shí)施方案中二次洗滌器示意圖；圖9是本公開實(shí)施方案中氫氣分離器和回收系統(tǒng)示意圖；和圖10是本公開方法實(shí)施方案示意圖。
具體實(shí)施例方式(I)定義除非另外指出，在該部分和其它部分中描述的定義和實(shí)施方案旨在適用于，本文所述公開的它們能適用的所有實(shí)施方案和方面，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。術(shù)語“有機(jī)物質(zhì)”，如本文所使用是指任何一種或多種有機(jī)化合物、生物質(zhì)、一種或多種微生物、有毒混合物，或者可以轉(zhuǎn)變成甲烷氣的其它任何基于碳的化合物或混合物。術(shù)語“有機(jī)廢物物質(zhì)”指在處理前需要處理的物質(zhì)。有機(jī)廢物物質(zhì)的處理可能是必需的，因為物質(zhì)是有毒的、傳染性的、環(huán)境污染物等。有機(jī)廢物物質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于，氯化或有機(jī)磷化學(xué)戰(zhàn)劑，例如芥子氣或VX ；生物戰(zhàn)劑例如炭疽；污水，城市或工業(yè)固體廢物或垃圾；農(nóng)業(yè)廢物物質(zhì)例如來自家禽、牛、豬或其它家畜；有機(jī)溶劑；商代有機(jī)溶劑；商代有機(jī)化合物例如聚氯聯(lián)苯、六氯苯、氯化農(nóng)藥、溴化阻燃劑、氟化拋射劑或氟化制冷劑；有機(jī)磷化合物例如農(nóng)藥；炸藥例如三硝基甲苯；火箭燃料；胼類；輪胎；塑料例如聚乙烯；提煉和化學(xué)制造/ 加工廢物例如鍋底殘存物；煤；或油和/或浙青加工廢物，例如來自焦油砂?？梢赞D(zhuǎn)變成甲烷氣的有機(jī)物質(zhì)包括任何類型的化石燃料，例如煤或泥炭，或者任何類型的可更新燃料生物質(zhì)，例如木屑，因為它們的基礎(chǔ)是碳所以能夠轉(zhuǎn)變成甲烷氣。此外，生物質(zhì)包括廢物生物質(zhì)，例如木材廢物或制漿廢物。術(shù)語“煤”如本文所使用包括任何形式的容易燃燒的黑色或褐色沉積巖，例如褐煤 (或者褐色煤)、次煙煤、煙煤、鍋爐用煤、無煙煤和石墨。術(shù)語“基本上無氧”如本文所使用是指在缺乏氧的情況下將有機(jī)化合物脫鹵、脫硫和還原的過程。在氧缺乏情況下開展反應(yīng)的目的是避免有機(jī)化合物被氧化產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)物。因此，密閉室中的氧含量小于大約0. 10%，任選小于大約0.08%，合適的小于大約 0. 04%體積比。術(shù)語“過量”如本文所使用是指與有機(jī)物質(zhì)混合的超過化學(xué)計量學(xué)所需量的一定量的氫氣。在還原反應(yīng)完成后剩余的過量氫為(mol%)大約10%至大約80%，合適的大約 20 %至大約60 %，更加合適的大約25 %至大約50 %。術(shù)語“混合”和“充分混合”如本文所使用指汽化的有機(jī)物質(zhì)與過量氫和過熱蒸汽如此均勻混合，以致于有機(jī)物質(zhì)被氫氣完全脫鹵和還原。徹底混合使得氫氣從所有方向轟擊有機(jī)物質(zhì)中的有機(jī)化合物并幫助脫鹵作用、脫硫作用和還原反應(yīng)近乎完全。如果汽化的有機(jī)物質(zhì)沒有與過量氫氣和過熱蒸汽充分混合，有機(jī)物質(zhì)中的化合物將不能完全脫商和還原，導(dǎo)致焦油狀物質(zhì)的形成和凝結(jié)?；旌鲜褂萌魏我阎姆椒ǎ珈o態(tài)混合器或者產(chǎn)生湍流的條件下實(shí)現(xiàn)。術(shù)語“焦油狀物質(zhì)”如本文所使用是指源自有機(jī)物質(zhì)與過量氫氣和過熱蒸汽不充分混合的凝結(jié)的多環(huán)芳香烴類。當(dāng)有機(jī)物質(zhì)與過量氫氣和過熱蒸汽不充分混合時，有機(jī)物質(zhì)中的有機(jī)化合物不完全脫鹵和/或脫硫并且隨后不完全地還原。結(jié)果，有機(jī)物質(zhì)中的芳香族化合物凝結(jié)并形成焦油狀物質(zhì)，其在過程反應(yīng)器中積累，引起過程停止。此外，焦油狀物質(zhì)必須當(dāng)時處理。術(shù)語“脫鹵”如本文所使用是指其中包含鹵素原子例如碘、氟、氯或溴的有機(jī)化合物與氫反應(yīng)，導(dǎo)致有機(jī)化合物的鹵素原子喪失并替換成氫原子的過程。反應(yīng)還產(chǎn)生酸。術(shù)語“脫硫”如本文所使用是指其中包含硫原子的有機(jī)化合物與氫反應(yīng)，導(dǎo)致有機(jī)
11化合物的硫原子喪失并替換成氫的過程。反應(yīng)還產(chǎn)生硫化氫(H2S)。術(shù)語“還原的有機(jī)化合物”如本文所使用意思是指有機(jī)化合物還原成甲烷或其它小的肪族烴，例如，但不限于，乙烷、乙烯或丙烷。術(shù)語“中和”如本文所使用意思是指調(diào)節(jié)溶液的pH至近似中性的(pH 7)或者對環(huán)境或生物體無害的PH。例如，將酸性溶液中和至大約7的pH可以通過向酸性溶液中加入堿實(shí)現(xiàn)。術(shù)語“過熱蒸汽”如本文所使用是指已經(jīng)在大于0個大氣壓至大約2個大氣壓的壓力下加熱至大約600°C至900°C的溫度的水。術(shù)語“汽化的”如本文所使用是指通過加熱已經(jīng)轉(zhuǎn)變成其氣態(tài)形式的液體。術(shù)語“堿In本文所使用是指能夠接受質(zhì)子并因此中和酸性溶液的任何化合物。堿的實(shí)例包括，但不限于，堿金屬氫氧化物例如氫氧化鈉和氫氧化鉀以及堿金屬碳酸鹽例如碳酸鈣。除非另外指出，術(shù)語“a”、“an”或“the”如本文所使用不僅包括具有一個成員的方面，還包括具有一個以上成員的方面。例如，包括“催化劑”的實(shí)施方案應(yīng)當(dāng)理解為提出了具有一種催化劑或者兩種或者更多另外不同的催化劑的某些方面。在理解本公開的范圍中，術(shù)語“包含”及其衍生詞，如本文所使用，旨在是開放性術(shù)語，其列舉了所述特征、元素、元件、組、整數(shù)和/或步驟的存在，但不排除其它未述及特征、 元素、元件、組、整數(shù)和/或步驟的存在。上述情況也適用于具有相似含義的詞語，例如術(shù)語 “包括”、“具有”和它們的衍生詞。最后，程度的術(shù)語例如“基本上”、“大約”和“近似”如本文所使用意思是指所修飾術(shù)語的合理量的偏差，以致于最終的結(jié)果沒有顯著改變。程度的這些術(shù)語應(yīng)該解釋為，如果偏差不會否定其所修飾詞語的含義的話，則包括所修飾術(shù)語至少士 5%的偏差。(II)本公開的方法和裝置本公開包括用于將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成富甲烷氣的方法，包括a)在基本上無氧的密閉室內(nèi)將有機(jī)物質(zhì)汽化并將汽化的有機(jī)物質(zhì)與過量氫氣和任選過熱蒸汽于大約450°C至大約650°C的溫度下混合形成第一混合物；b)在過量氫氣和過熱蒸汽存在下將第一混合物加熱至大約600°C至大約900°C的溫度形成包含甲烷、氫和酸的氣體混合物；和c)將氣體混合物與堿中和。在本公開的另一實(shí)施方案中，第一混合物被充分混合以減少、適當(dāng)時避免形成焦油狀物質(zhì)。汽化的有機(jī)物質(zhì)與氫氣和任選的過熱蒸汽充分混合使得有機(jī)化合物與氫充分接觸并減少或避免焦油狀物質(zhì)的形成。在本公開的實(shí)施方案中，汽化的有機(jī)物質(zhì)與過量氫和任選過熱蒸汽混合以在大約 475°C至大約600°C的溫度下形成第一混合物。在a)中的大約450°C至大約650°C的溫度下，有機(jī)物質(zhì)中存在的大部分的芳族和肪族烴在脫鹵反應(yīng)中喪失鹵素原子，如方案1中所示。反應(yīng)還產(chǎn)生酸。因此，當(dāng)?shù)谝换旌衔镞M(jìn)入b)時，有機(jī)物質(zhì)中高于大約50 %，任選高于大約70 %，合適的大約80 %，更加合適的大約90%并且最合適的大約95%的有機(jī)化合物已經(jīng)脫鹵。類似地，包含硫原子的有機(jī)化合物在過量氫氣存在下脫硫。

Cl
方案1
450 0C S 650
4 HCI
O
4 HCI
2 H2O
8 H2 _^
450Γ至 650a)中過熱蒸汽的存在是任選的。如果有機(jī)物質(zhì)已經(jīng)包含水則不需要過熱蒸汽，因為將此類混合物加熱會產(chǎn)生蒸汽。在一個實(shí)施方案中，在過程當(dāng)中的b)之前的一些點(diǎn)加入過熱蒸汽。在又一實(shí)施方案中，將b)中的第一混合物加熱至大約700°C至大約900°C的溫度。 在另一實(shí)施方案中，將b)中的第一混合物加熱至大約800°C至大約875°C的溫度。在b)中的大約600°C至大約900°C的溫度下，第一混合物中大部分的脫鹵和脫硫芳族和肪族烴化合物會還原成甲烷或其它更小的肪族烴，如方案2中所示。有機(jī)物質(zhì)與過量氫氣和過熱蒸汽的充分混合保證了有機(jī)化合物基本上被還原，并且因此減少或者避免焦油狀物質(zhì)的形成。方案2
9 H；
600 0C S 900
6 CH,
CnHf2n+2)+ {Π - 1 )Η2
η CH
4
600 °C S 900在本公開的另一實(shí)施方案中，通過蒸汽甲烷重整和水煤氣變換反應(yīng)在b)中產(chǎn)生氫。第一混合物中的蒸汽與方案2中產(chǎn)生的甲烷結(jié)合產(chǎn)生氫和一氧化碳。一氧化碳進(jìn)一步與蒸汽結(jié)合產(chǎn)生氫和二氧化碳。以該方式產(chǎn)生的氫減少了為形成第一混合物所必需加入的
氫的總需求量。在本公開的另一實(shí)施方案中，用于將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成甲烷的過程，蒸汽-甲烷重整反應(yīng)和水煤氣變換反應(yīng)在催化劑存在下開展。在又一實(shí)施方案中，催化劑是金屬催化劑， 其中金屬選自鎳、銅、鐵、鎳合金、錫、粉狀錫、鉻、貴金屬中的一種或更多種。在另一實(shí)施方案中，貴金屬選自鉬、銀、鈀、金、釕、銠、鋨和銥中的一種或更多種。在本公開的另一實(shí)施方案中，氣體混合物在c)中在大約70°C至大約100°C的溫度被中和。在又一實(shí)施方案中，氣體混合物在c)中在大約85°C的溫度被中和。作為脫鹵和/ 或脫硫反應(yīng)的結(jié)果，在氫氣和甲烷分離和純化之前酸性副產(chǎn)物(方案1中的HCl)被中和。在一個實(shí)施方案中，堿包括中和酸的任何化合物。在另一實(shí)施方案中，堿是堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽。在又一實(shí)施方案中，堿金屬氫氧化物是氫氧化鈉。在另一實(shí)施方案中，堿金屬碳酸鹽是碳酸鈣。
在本公開的另一實(shí)施方案中，方法還包括在有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件下將來自b)的氣體混合物在過量氫氣存在下暴露于紫外光下。在另一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括加熱至大約600°C至大約800°C的溫度。在又一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括加熱至大約 650°C至大約750°C的溫度。在另一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約200nm至大約300nm波長的紫外光。在另一實(shí)施方案中，有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約220nm至大約254nm波長的紫外光。氣體混合物暴露于紫外光下還原了通過b)中的溫度未還原的任何殘留有機(jī)化合物。紫外光有助于在比b) 中所需溫度更低溫度下還原任何殘留的芳族或部分芳族結(jié)構(gòu)。紫外光擁有254nm、248nm或 220nm的波長，這有助于將殘留化合物還原形成飽和的或者完全還原的無雙鍵脂族有機(jī)化合物，優(yōu)選甲烷，如方案3中所示。方案權(quán)利要求
1.用于將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成富甲烷氣的方法，包括a)在基本上無氧的密閉室內(nèi)將有機(jī)物質(zhì)汽化并將汽化的有機(jī)物質(zhì)與過量氫氣和任選過熱蒸汽于大約450°C至大約650°C的溫度下混合形成第一混合物；b)在過量氫氣和過熱蒸汽存在下將第一混合物加熱至大約600°C至大約900°C的溫度形成包含甲烷、氫和酸的氣體混合物；和c)將氣體混合物與堿中和。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將第一混合物充分混合以減少焦油狀物質(zhì)的形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中汽化的有機(jī)物質(zhì)在大約475°C至大約600°C的溫度下與過量氫氣和過熱蒸汽混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項的方法，其中在b)中將第一混合物加熱至大約700°C至大約900°C的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中在b)中將第一混合物加熱至大約800°C至大約875°C 的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項的方法，其中方法在催化劑存在下開展。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中催化劑是金屬催化劑，其中金屬選自鎳、銅、鐵、鎳合金、錫、粉狀錫、鉻和貴金屬的一種或更多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中貴金屬選自鉬、銀、鈀、金、釕、銠、鋨和銥中的一種或更多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項的方法，其中氣體混合物在c)中在大約70°C至大約 100°c的溫度被中和。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中氣體混合物在C)中在大約85°C的溫度被中和。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項的方法，其中堿包括堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中堿金屬氫氧化物是氫氧化鈉。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中堿金屬碳酸鹽是碳酸鈣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13任一項的方法，還包括在有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件下將來自b)的氣體混合物在過量氫氣存在下暴露于紫外光下。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括加熱至大約600°C至大約800°C的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括加熱至大約650°C至大約750°C的溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16任一項的方法，其中有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約200nm至大約300nm波長的紫外光。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中有效還原氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約220nm至大約254nm波長的紫外光。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18任一項的方法，其中在b)中將第一混合物加熱在基本上無氧的第二密閉室內(nèi)進(jìn)行。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19任一項的方法，還包括將c)中中和的氣體混合物冷卻。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中氣體混合物冷卻至大約5°C至大約35°C的溫度。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21的方法，還包括在過量氫氣存在下將中和并冷卻的氣體混合物暴露于有效還原殘留有機(jī)化合物的條件下。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中還原中和并冷卻的氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約200nm至大約300nm波長的紫外光。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中還原中和并冷卻的氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件包括大約220nm至大約254nm波長的紫外光。
25.根據(jù)權(quán)利要求22至24任一項的方法，其中還原中和并冷卻的氣體混合物中殘留有機(jī)化合物的條件還包括加熱至大約300°C至大約500°C的溫度。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25任一項的方法，在大于0個大氣壓和小于2個大氣壓的壓力下開展。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至沈任一項的方法，還包括在c)中中和氣體混合物之后分離氫氣和甲烷。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中氫氣再循環(huán)在a)和/或b)中使用。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中甲烷包含按體積計大約10%至大約20%的氫。
30.根據(jù)權(quán)利要求四的方法，還包括轉(zhuǎn)移甲烷至產(chǎn)能系統(tǒng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中產(chǎn)能系統(tǒng)是燃?xì)鉁u輪機(jī)或發(fā)動機(jī)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中產(chǎn)能系統(tǒng)是燃料電池。
33.根據(jù)權(quán)利要求1至32任一項的方法，其中有機(jī)物質(zhì)還包含不能汽化并從密閉室去除的無機(jī)物質(zhì)。
34.根據(jù)權(quán)利要求1至33任一項的方法，其中有機(jī)物質(zhì)包括氯化或有機(jī)磷化學(xué)戰(zhàn)劑、生物戰(zhàn)劑、污水、城市或工業(yè)固體廢物或垃圾、農(nóng)業(yè)廢物、有機(jī)溶劑、商代有機(jī)溶劑、商代有機(jī)化合物、有機(jī)磷化合物、炸藥、火箭燃料、胼類、輪胎、塑料、煤、油、泥炭、生物質(zhì)、提煉或化學(xué)制造/加工廢物例如鍋底殘存物，或油和/或浙青加工廢物。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中氯化或有機(jī)磷化學(xué)戰(zhàn)劑包括芥子氣或VX神經(jīng)毒劑。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中生物戰(zhàn)劑包括炭疽。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中農(nóng)業(yè)廢物物質(zhì)包括家禽、牛、豬或其它家畜廢物物質(zhì)例如糞便和加工廢物。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中鹵代有機(jī)化合物是多氯聯(lián)苯、六氯苯、氯化農(nóng)藥、溴化阻燃劑、氟化拋射劑或氟化制冷劑。
39.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中有機(jī)磷化合物是農(nóng)藥。
40.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中油和/或浙青加工廢物是來自焦油砂的油和/或浙青加工廢物。
41.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中有機(jī)物質(zhì)是化石燃料。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中化石燃料是煤、油或泥炭。
43.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中生物質(zhì)是木材廢物、制漿廢物或木屑。
44.反應(yīng)、混合或研磨裝置，包括a)可繞軸旋轉(zhuǎn)的容器，容器包括第一端，第一端具有分別用于向容器中引入或者從容器中排出物質(zhì)的同軸入口或出口，第一端包括具有大體放射狀延伸第一面的法蘭段；b)靠近第一端安置的閉合件，閉合件包括大體與第一面相對的大體放射狀延伸的第二面；和c)安置在第一面和第二面之間的內(nèi)部密封元件和外部密封元件，內(nèi)部密封元件和外部密封元件限定了大體為環(huán)狀的空間，包含密閉液的環(huán)狀空間在容器和閉合件之間形成密封。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，其中密封元件大體為環(huán)形并同軸安置。
46.根據(jù)權(quán)利要求44或45的裝置，其中密封元件固定至第一面和第二面中的一個面上并且相對于第一面和第二面中的另一面滑動。
47.根據(jù)權(quán)利要求44至46任一項的裝置，其中閉合件包括與環(huán)狀空間流體連接的進(jìn)料件和出料件用于密閉液在環(huán)狀空間中循環(huán)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中出料件位于進(jìn)料件上方。
49.根據(jù)權(quán)利要求44至48任一項的裝置，其中法蘭段包括同軸的、大體圓柱形的內(nèi)部和外部法蘭壁，和連接內(nèi)部法蘭壁和外部法蘭壁的放射腹板壁，腹板壁包含第一面。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的裝置，還包括支持軸承，用于旋轉(zhuǎn)支持容器法蘭段的外部法蘭壁。
51.根據(jù)權(quán)利要求44至51任一項的裝置，其中閉合件包括通過膨脹段分隔開的第一和第二壁部分，膨脹段使得第一壁部分可以相對于第二壁部分軸向位移，并且第一壁部分包含第二面。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的裝置，其中膨脹段使第二面偏移頂住第一面。
53.根據(jù)權(quán)利要求44至52任一項的裝置，還包括大體環(huán)繞容器的至少一部分的隔離罩。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的裝置，其中容器包括主要的桶部分和位于桶和法蘭段之間的錐形部分，并且罩大體環(huán)繞桶部分并在錐形部分處終止。
55.根據(jù)權(quán)利要求53或M的裝置，其中罩包括熱源。
56.根據(jù)權(quán)利要求44至55任一項的裝置，其中第一端具有用于向容器中引入物質(zhì)的同軸入口，并且閉合件包括至少一個用于通過第一端向容器中引入物質(zhì)的入口導(dǎo)管。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的裝置，其中至少一個入口導(dǎo)管包括螺旋運(yùn)送裝置給料和氣體給料用于向容器遞送物質(zhì)。
58.根據(jù)權(quán)利要求44至55任一項的裝置，其中第一端具有用于從容器排出物質(zhì)的同軸出口，并且還包括容器內(nèi)靠近第一端的、用于排出固體物質(zhì)的螺旋刮板。
59.根據(jù)權(quán)利要求44至58任一項的裝置，其中軸大體為水平的。
60.根據(jù)權(quán)利要求44至59任一項的裝置，其中內(nèi)部和外部密封元件包含非粘性材料。
61.根據(jù)權(quán)利要求44至60任一項的裝置，其中容器包含惰性材料。
62.根據(jù)權(quán)利要求44至61任一項的裝置，其中容器包含不銹鋼。
63.根據(jù)權(quán)利要求44至62任一項的裝置，其中容器包含高溫合金。
64.下列裝置的組合a)根據(jù)權(quán)利要求44至63任一項的裝置；和b)分離裝置，包括i)與容器出口流體連接并切向?qū)R的旋流室，用于接收所排出的物質(zhì)； )置于旋流室上方的出口導(dǎo)管，用于從旋流室收集氣體物質(zhì)；和iii)置于旋流室下方并且與旋流室流體連接的料斗，用于從旋流室收集液體和固體物
65.權(quán)利要求64的組合，其中分離器裝置還包括a)至少兩個將旋流室和料斗分隔開的閥；b)在兩個閥之間連接的蒸汽清洗流；和c)料斗中的流體源，用于冷卻液體和固體物質(zhì)。
全文摘要
本公開涉及用于將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成富甲烷氣的方法。具體而言，方法包括在過量氫氣和過熱蒸汽存在下，在大于0個大氣壓至大約2個大氣壓的壓力下，將有機(jī)物質(zhì)加熱汽化產(chǎn)生富甲烷燃料氣。
文檔編號C10G47/00GK102387839SQ201080016276
公開日2012年3月21日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月11日
發(fā)明者C·S·麥克埃文, D·J·哈利特 申請人:自然能源系統(tǒng)公司