将有机废物或低值材料转化为有用产物的方法和设备技术

本发明专利技术包括以可接收的成本和高能量效率将各种废物和低值原料，例如碎片、动物粪便、城市污水淤泥、轮胎和塑料转化为可靠纯度和组成的有用材料的多步方法和设备，而不产生恶臭排放，该有用材料包括气体、油、特殊化学品和碳固体。本发明专利技术还提供将有机液体转化为烃的混合物和碳固体的设备，包括从有机液体生成液体和气化油的混合物的加热器；将该混合物转化为碳固体和烃／气体混合物的反应器；接收碳固体的第一冷却器；和接收烃／气体混合物的第二冷却器。本发明专利技术还涉及从周围流体分离出尺寸为１微米的微粒的分离器，例如来自细菌的细胞碎片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将有机废物或低值材料转化为有用产物的方法和设备要求优先权本申请要求2003年3月28日申请的美国临时申请60/458,520和2003年11月18日申请的美国非临时申请10/717,076、10/716,837以及10/716,839的优先权，将其全部内容自此引入作为参考。
本专利技术涉及将废物或低值(low value)产品加工成有用原料。更具体地，本专利技术涉及将含有碳类化合物的农业或其它废物或低值材料转化为商业上有用的产物(例如燃油、肥料和特殊有机化学品(specialty organic chemicals))的方法和设备。本专利技术还涉及将有机材料转化为烃和碳固体。具体地，本专利技术涉及一种设备，其包括加热器、反应器、第一冷却器和第二冷却器，以及涉及使用该设备的方法。本专利技术还涉及使用分离器从流体悬浮液分离微粒，该分离器分离出尺寸为约1微米的微粒，例如来自周围液体的细菌的细胞碎片。
技术介绍
早已认识到人类社会产生的许多废物产品可最终分解成具有其内在价值的少量简单有机材料。如果这种转变能以能量有效的方式以及足够大的规模进行，那么对于社会具有非常大的好处。家庭和商业应用中使用的大部分生活材料以及大部分合成有机物质包括各种组成的碳类聚合物。在适当的条件下，这种材料(包括木材、煤、塑料、轮胎和动物废物)中的大部分会分解成气态产物、油和碳的混合物。例如农业废物产品的材料也含有分解成矿物产品的无机物质。不论是有机物或无机物，几乎所有这些产品可以在大量优势和通常的有利应用中获得新生。不仅仅是从无用的废物中产生有用材料的原理是吸引人的：废料的循环对于人口膨胀应对21世纪的主要挑战的方法是非常重要的。人类面对的-->两种基本挑战是应对材料和能量的有限供应，和应对减少全球变暖对环境的日益增长的威胁。实际上，快速获得流行的创意是回收来自生物圈内的碳类材料而不是从地下石油、天然气和煤储藏中开发新的碳源，这能够减轻全球变暖。然而，迄今为止，生成主要包括有机材料的大量废物产品的工业在处理和储存废物以及将其用于最大有利用途中面临挑战。例如，世界范围内的食品加工工业每年产生几十亿磅的富含有机物的废物。这些废物与加工动物和植物产品有关，并且包括加工和繁殖火鸡、鱼、鸡、猪和牛产生的废物。食品加工工业继续增长，并且其成员面对显著的经济和环境压力来用它们的废物制备一些能生产的物品。这些废物产品带来了大量关键问题。问题之一是温室气体的产生如二氧化碳和甲烷的产生，温室气体是通过掩埋、土地存放(land applying)或消化食品废物而产生，而没有任何益处。理想地，食品工业必须采用有效和经济的方法管理它们的废物而不是排放有味或令人讨厌的污染物。今年来，大面积储存无用副产物的成本显著增加。随着能够供应给农业牲畜的废物产品的类型日益受到限制。例如，随着在欧洲的BSE/CJD恐慌，许多废物产品被简单地储存起来，最终的适当命运是未知的。显然，另一迫切的需要是找到可接收的方式来清洁加工和利用这些材料。优选地，需要发现将食品加工废物转化为有用的高值产物的手段。寻求处理手段的其它驱动力是废水排放法规的实行和污水附加费的扩大的结合。食品加工工业必须寻求经济有效的技术以对它们的废水和固体(湿态)废物提供预处理或完全处理。历史上，位于或邻近大城市的食品加工厂依赖地方公共拥有的处理工程(POTWs)，对废水进行处理和处置。这种选择越来越难以获得，这是因为更严格的执法。应付废水排放许可的压力增加了。对建造新的和升级POTWs的联邦经费的缩减也意味着这种选择不再吸引人。因此，食品加工工业对于如何有效处理其无用产品的压力日益增加。永久化学品，例如二恶英(dioxin)的生物体内累积和扩散危害生命的疾病例如疯牛病(BSE)的潜在可能性是对食品加工者和食品消费者的另一威胁。对农场动物喂食食品加工残渣使得这种威胁更加明显加大。食品加工者需要经济的方法以阻断这种循环。-->此外，城市和地方污水法规要求这些工业降低它们在污水中的有机生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)和固体承载(solid loading)。由于高BOD浓度通常在高强度食品加工废水中发现，该废水中具有高水平的悬浮固体、氨和蛋白质化合物，食品加工工业受到另外的监视。食品加工厂需要成本有效和应用-特定处理(application-specific treatment)技术以有效地管理它们的废水和固体废物。在其它工业中以不同方式产生、扩大和增强了相似的问题。例如，其中一个问题是产生与炼制植物有关的恶臭气体排放，炼制植物将动物废物通过加热转化为脂肪和蛋白质。另一问题是含有高浓度病原体的多种生物固体的土地存放。已经开发了各种方法以将用过的废轮胎(来自卡车和乘用车辆)加工成为有用的产物，包括燃料、石油、碳、燃气和生成轮胎及其它橡胶产物的原料。通常，这些方案涉及在溶剂中加热和溶解轮胎。某些方案试图使轮胎橡胶脱硫，即使沿长度方向连接组成聚合物的硫键断裂。其它方案尝试使橡胶材料解聚。解聚将长链聚合物断裂成更易流动的短链聚合物，所以能够更容易地用作产物，例如燃油。某些方案涉及在接近或高于水临界点(约3,200psi和约370℃)的条件下使用水，其中水是非常好的溶剂用于和与橡胶材料反应。然而，该方案能量效率低，因为需要能量达到超临界条件。此外，在超临界条件下处理还需要高温合金操作装置。已经研究过大量有机材料用于溶解轮胎材料以形成重油或脱硫橡胶产品。一般地，在适中条件下操作(小于200psi)的现存方案产生重质受污染产物，而使用较轻溶剂的那些产生更好的产物，但是必须使用昂贵的溶剂或者需要高压(＞2,000psi)或二者都需要。另外，使用溶剂溶解轮胎材料的大部分方案是不经济的，因为在加工过程中损失了一部分溶剂，并且存在与补充溶剂相关的成本，即使在可以进行回收溶剂和再利用的情况下也是如此。已经在污水处理厂中使用需氧和厌氧消化者(digesters)以处理城市污水淤泥(municipal sewage sludge)。有许多与使用消化者有关的问题。操作它们的主要问题是富含生物质的材料输送了含有消化生物材料的大容器中。通常，将溶解的固体输送给需氧消化者，而将悬浮的固体输送给厌氧消化者。当营养性原料耗尽时，这些细菌不能再维持它们自己，因此死掉了。消化期间的最终产物是含有死掉的细菌的淤泥，必须以某种方式处理它们。与-->所得材料有关的一个问题是其仍然含有病原体。通常，与整个工艺有关的问题是在消化者容器中的保留时间可以长达17天，而且操作条件难以保持。例如，通过将相对大的容器(通常直径为20至30英尺)保持在85以上，有时在122以上。目前工业(特别是食品加工工业)可以利用的所有处置技术具有显著的限制和缺点，这提供了寻求替代工艺的动力。这适用于除使用现有POTWs以外的技术。具体地，有四种方案，土地处置(地下掩埋、堆制积肥、土地存放)、生物处理、常规的热氧化处理(例如焚烧/燃烧)和热解/气化，所有这些都具有各自的缺点。土地处置的缺点包括：托运或运输费用高、沥滤地下水污染物的潜在可能高和区域居民暴露于高浓度有毒污染物(例如在土地存放情况下的病原体)。地下掩埋产生能够导致空气污染的气体，包括产生温室气体。生物处理废物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
将原料转化为至少一种有用材料的方法，包括：　　　　从原料准备淤浆；　　　　在第一反应中反应淤浆以生成反应进料，该反应进料包括至少一种反应固体产物、至少一种反应液体产物和水；　　　　从所述反应进料分离所述至少一种反应固体产物、所述水和所述至少一种反应液体产物；和　　　　在第二反应中将所述至少一种反应液体产物转化为至少一种有用材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-3-28 60/458,520;US 2003-11-18 10/717,076;U1.将原料转化为至少一种有用材料的方法，包括：从原料准备淤浆；在第一反应中反应淤浆以生成反应进料，该反应进料包括至少一种反应固体产物、至少一种反应液体产物和水；从所述反应进料分离所述至少一种反应固体产物、所述水和所述至少一种反应液体产物；和在第二反应中将所述至少一种反应液体产物转化为至少一种有用材料。2.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种有用材料是碳固体。3.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种有用材料包括烃的混合物。4.根据权利要求3的方法，其中所述烃的混合物包括燃料气和油。5.前述任一项权利要求的方法，其中所述至少一种有用材料不含病原体。6.前述任一项权利要求的方法，其中所述准备包括从所述原料中除去氨。7.前述任一项权利要求的方法，其中所述第一反应在压力为约20至120个大气压下进行。8.权利要求7的方法，其中所述压力为约50个大气压。9.前述任一项权利要求的方法，其中所述第一反应在约150℃至约330℃的温度下进行。10.前述任一项权利要求的方法，其中所述反应排出至少一种污染物，该污染物选自：含硫材料、含汞材料和含卤素化合物。11.前述任一项权利要求的方法，其中所述至少一种液体产物包括至少一种脂肪衍生物或脂肪酸。12.前述任一项权利要求的方法，其中所述至少一种固体产物包括至少一种矿物化合物。13.前述任一项权利要求的方法，还包括在所述转化之前，引导一部分所述至少一种液体产物并单独地将所述部分转化为至少一种特殊化学品。14.前述任一项权利要求的方法，其中所述第二反应在约400℃至约600℃的温度下进行。15.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括橡胶材料。16.权利要求15的方法，其中所述原料包括一种或多种轮胎。17.权利要求16的方法，还包括在所述准备前，将轮胎溶解在溶剂中。18.权利要求16的方法，其中溶剂是获自所述转化的油。19.权利要求15的方法，其中第一反应在约250℃至约400℃的温度下进行，且第二反应在约300℃至约525℃的温度下进行。20.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括城市污水淤泥。21.权利要求20的方法，其中第一反应在约170℃至约250℃的温度下进行和第二反应在约300℃至约525℃的温度下进行。22.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括食品加工废物。23.根据权利要求22的方法，其中所述食品加工废物包括火鸡内脏。24.根据权利要求23的方法，其中第一反应在约150℃至约330℃的温度下进行且第二反应在约300℃至约525℃的温度下进行。25.权利要求22的方法，其中第一反应在约250℃和20至120个大气压的压力下进行。26.权利要求22的方法，其中第一反应在约50个大气压的压力下进行。27.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括混合塑料。28.权利要求28的方法，其中第一反应在约200℃至约250℃的温度下进行，且第二反应在约300℃至约525℃的温度下进行。29.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括PVC。30.权利要求29的方法，其中所述第一反应排除至少一种含氯污染物。31.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括动物粪肥。32.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括一种或多种材料，该材料是食品生成和分配的副产物或纸和其它木材加工生成工业的副产物。33.根据权利要求1的方法，其中所述原料包括一种或多种材料选自：火鸡内脏；油炸物油；玉米秆；稻壳；废渣；长期压榨的食用油；纸浆污水；黑液；树叶；剪草废物；甘蔗渣；海藻；棉废料；动物废物；塑料瓶；旧计算机；城市固体废物；炼油厂残渣；页岩油；钻探泥浆；港口捞取沉淀物；工业淤泥；研磨废料；炼煤废料；焦油砂；炭疽孢子；传染性医疗废物；和生物病原体。34.权利要求33的方法，其中所述长期压榨的食用油选自：菜籽油、大豆油、棕榈油、椰子油、油菜籽油、棉籽油、玉米油和橄榄油。35.权利要求1的方法生成的燃油。36.权利要求35的燃油，其中该方法包括：从含碳原料准备淤浆；在第一反应中反应淤浆以生成反应进料，该反应进料包括至少一种反应固体产物、至少一种反应液体产物和水；从所述反应进料分离所述至少一种反应固体产物、所述水和所述至少一种反应液体产物；在第二反应中将所述至少一种反应液体产物转化为燃油。37.用于将原料转化为至少一种有用材料的设备，包括：预处理单元，其用于从原料生成加热淤浆；第一阶段反应器，其与容器相通以接收加热淤浆，所述第一阶段反应器被设计成使加热淤浆受到第一高温和第一高压，以生成包括至少一种反应固体产物、至少一种反应液体产物和水的反应进料；至少一个第二阶段分离单元，其与第一阶段反应器相通以接收所述至少一种固体产物、至少一种液体产物和水，所述分离单元被设计成分离出所述至少一种反应固体产物、水和至少一种反应液体产物；和第三阶段反应器，其与分离单元相通以接收所述至少一种反应液体产物，所述第三阶段反应器被设计成使至少一种反应液体产物经受第二高压和第二高温，由此将所述至少一种反应液体产物转化为至少一种有用材料。38.权利要求37的设备，其中预处理单元包括：原料准备单元，包括淤浆化装置以从原料产生原料淤浆；容器，其与原料准备单元相通以从所述原料准备单元接收原料淤浆，被设计成对所述淤浆加压的泵和被设计成对所述淤浆加热的换热器，从而生成加热淤浆。39.权利要求37或38的设备，其中第一高压为约20至120个大气压和所述第一反应在约150℃至约330℃的温度下进行。40.权利要求37-39中任一项的设备，其中所述第一高压为约50个大气压。41.权利要求37-40中任一项的设备，还包括接收一部分至少一种反应液体产物并将所述部分转化为至少一种特殊化学品的单元。42.权利要求37-41中任一项的设备，其中第二高温为约400℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩S阿佩尔，特里N亚当斯，迈克尔J罗伯茨，威廉F兰格，詹姆斯H弗赖斯，克雷格T艾因菲尔特，迈克尔C卡尼西，
申请(专利权)人：ABCWT公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]