用于将有机物质转变成富甲烷燃料气的方法
阅读：314发布：2022-08-18
专利汇可以提供用于将有机物质转变成富甲烷燃料气的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及用于将有机物质转变成富甲烷气的方法。具体而言，方法包括在过量氢气和 过热 蒸汽 存在下，在大于0个 大气压 至大约2个大气压的压 力 下，将有机物质加热 汽化 产生富甲烷 燃料 气。，下面是用于将有机物质转变成富甲烷燃料气的方法专利的具体信息内容。
1.用于将有机物质转变成富甲烷气的方法，包括：
a)在基本上无氧的密闭室内将有机物质汽化并将汽化的有机物质与过量氢气和任选过热蒸汽于大约450℃至大约650℃的温度下混合形成第一混合物；
b)在过量氢气和过热蒸汽存在下将第一混合物加热至大约600℃至大约900℃的温度形成包含甲烷、氢和酸的气体混合物；和
c)将气体混合物与碱中和。
2.权利要求1的方法，其中将第一混合物充分混合以减少焦油状物质的形成。
3.根据权利要求1或2的方法，其中汽化的有机物质在大约475℃至大约600℃的温度下与过量氢气和过热蒸汽混合。
4.根据权利要求1至3任一项的方法，其中在b)中将第一混合物加热至大约700℃至大约900℃的温度。
5.根据权利要求4的方法，其中在b)中将第一混合物加热至大约800℃至大约875℃的温度。
6.根据权利要求1至5任一项的方法，其中方法在催化剂存在下开展。
7.根据权利要求6的方法，其中催化剂是金属催化剂，其中金属选自镍、铜、铁、镍合金、锡、粉状锡、铬和贵金属的一种或更多种。
8.根据权利要求7的方法，其中贵金属选自铂、银、钯、金、钌、铑、锇和铱中的一种或更多种。
9.根据权利要求1至8任一项的方法，其中气体混合物在c)中在大约70℃至大约
100℃的温度被中和。
10.根据权利要求9的方法，其中气体混合物在c)中在大约85℃的温度被中和。
11.根据权利要求1至10任一项的方法，其中碱包括碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐。
12.根据权利要求11的方法，其中碱金属氢氧化物是氢氧化钠。
13.根据权利要求11的方法，其中碱金属碳酸盐是碳酸钙。
14.根据权利要求1至13任一项的方法，还包括在有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件下将来自b)的气体混合物在过量氢气存在下暴露于紫外光下。
15.根据权利要求14的方法，其中有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括加热至大约600℃至大约800℃的温度。
16.根据权利要求15的方法，其中有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括加热至大约650℃至大约750℃的温度。
17.根据权利要求14至16任一项的方法，其中有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约200nm至大约300nm波长的紫外光。
18.根据权利要求17的方法，其中有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约220nm至大约254nm波长的紫外光。
19.根据权利要求1至18任一项的方法，其中在b)中将第一混合物加热在基本上无氧的第二密闭室内进行。
20.根据权利要求1至19任一项的方法，还包括将c)中中和的气体混合物冷却。
21.根据权利要求20的方法，其中气体混合物冷却至大约5℃至大约35℃的温度。
22.根据权利要求20或21的方法，还包括在过量氢气存在下将中和并冷却的气体混合物暴露于有效还原残留有机化合物的条件下。
23.根据权利要求22的方法，其中还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约200nm至大约300nm波长的紫外光。
24.根据权利要求23的方法，其中还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约220nm至大约254nm波长的紫外光。
25.根据权利要求22至24任一项的方法，其中还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件还包括加热至大约300℃至大约500℃的温度。
26.根据权利要求1-25任一项的方法，在大于0个大气压和小于2个大气压的压力下开展。
27.根据权利要求1至26任一项的方法，还包括在c)中中和气体混合物之后分离氢气和甲烷。
28.根据权利要求27的方法，其中氢气再循环在a)和/或b)中使用。
29.根据权利要求27的方法，其中甲烷包含按体积计大约10％至大约20％的氢。
30.根据权利要求29的方法，还包括转移甲烷至产能系统。
31.根据权利要求30的方法，其中产能系统是燃气涡轮机或发动机。
32.根据权利要求30的方法，其中产能系统是燃料电池。
33.根据权利要求1至32任一项的方法，其中有机物质还包含不能汽化并从密闭室去除的无机物质。
34.根据权利要求1至33任一项的方法，其中有机物质包括氯化或有机磷化学战剂、生物战剂、污水、城市或工业固体废物或垃圾、农业废物、有机溶剂、卤代有机溶剂、卤代有机化合物、有机磷化合物、炸药、火箭燃料、肼类、轮胎、塑料、煤、油、泥炭、生物质、提炼或化学制造/加工废物例如锅底残存物，或油和/或沥青加工废物。
35.根据权利要求34的方法，其中氯化或有机磷化学战剂包括芥子气或VX神经毒剂。
36.根据权利要求34的方法，其中生物战剂包括炭疽。
37.根据权利要求34的方法，其中农业废物物质包括家禽、牛、猪或其它家畜废物物质例如粪便和加工废物。
38.根据权利要求34的方法，其中卤代有机化合物是多氯联苯、六氯苯、氯化农药、溴化阻燃剂、氟化抛射剂或氟化制冷剂。
39.根据权利要求34的方法，其中有机磷化合物是农药。
40.根据权利要求34的方法，其中油和/或沥青加工废物是来自焦油砂的油和/或沥青加工废物。
41.根据权利要求34的方法，其中有机物质是化石燃料。
42.根据权利要求41的方法，其中化石燃料是煤、油或泥炭。
43.根据权利要求34的方法，其中生物质是木材废物、制浆废物或木屑。
44.反应、混合或研磨装置，包括：
a)可绕轴旋转的容器，容器包括第一端，第一端具有分别用于向容器中引入或者从容器中排出物质的同轴入口或出口，第一端包括具有大体放射状延伸第一面的法兰段；
b)靠近第一端安置的闭合件，闭合件包括大体与第一面相对的大体放射状延伸的第二面；和
c)安置在第一面和第二面之间的内部密封元件和外部密封元件，内部密封元件和外部密封元件限定了大体为环状的空间，包含密闭液的环状空间在容器和闭合件之间形成密封。
45.根据权利要求44的装置，其中密封元件大体为环形并同轴安置。
46.根据权利要求44或45的装置，其中密封元件固定至第一面和第二面中的一个面上并且相对于第一面和第二面中的另一面滑动。
47.根据权利要求44至46任一项的装置，其中闭合件包括与环状空间流体连接的进料件和出料件用于密闭液在环状空间中循环。
48.根据权利要求47的装置，其中出料件位于进料件上方。
49.根据权利要求44至48任一项的装置，其中法兰段包括同轴的、大体圆柱形的内部和外部法兰壁，和连接内部法兰壁和外部法兰壁的放射腹板壁，腹板壁包含第一面。
50.根据权利要求49的装置，还包括支持轴承，用于旋转支持容器法兰段的外部法兰壁。
51.根据权利要求44至51任一项的装置，其中闭合件包括通过膨胀段分隔开的第一和第二壁部分，膨胀段使得第一壁部分可以相对于第二壁部分轴向位移，并且第一壁部分包含第二面。
52.根据权利要求51的装置，其中膨胀段使第二面偏移顶住第一面。
53.根据权利要求44至52任一项的装置，还包括大体环绕容器的至少一部分的隔离罩。
54.根据权利要求53的装置，其中容器包括主要的桶部分和位于桶和法兰段之间的锥形部分，并且罩大体环绕桶部分并在锥形部分处终止。
55.根据权利要求53或54的装置，其中罩包括热源。
56.根据权利要求44至55任一项的装置，其中第一端具有用于向容器中引入物质的同轴入口，并且闭合件包括至少一个用于通过第一端向容器中引入物质的入口导管。
57.根据权利要求56的装置，其中至少一个入口导管包括螺旋运送装置给料和气体给料用于向容器递送物质。
58.根据权利要求44至55任一项的装置，其中第一端具有用于从容器排出物质的同轴出口，并且还包括容器内靠近第一端的、用于排出固体物质的螺旋刮板。
59.根据权利要求44至58任一项的装置，其中轴大体为水平的。
60.根据权利要求44至59任一项的装置，其中内部和外部密封元件包含非粘性材料。
61.根据权利要求44至60任一项的装置，其中容器包含惰性材料。
62.根据权利要求44至61任一项的装置，其中容器包含不锈钢。
63.根据权利要求44至62任一项的装置，其中容器包含高温合金。
64.下列装置的组合：
a)根据权利要求44至63任一项的装置；和
b)分离装置，包括：
i)与容器出口流体连接并切向对齐的旋流室，用于接收所排出的物质；
ii)置于旋流室上方的出口导管，用于从旋流室收集气体物质；和
iii)置于旋流室下方并且与旋流室流体连接的料斗，用于从旋流室收集液体和固体物质。
65.权利要求64的组合，其中分离器装置还包括：
a)至少两个将旋流室和料斗分隔开的阀；
b)在两个阀之间连接的蒸汽清洗流；和
c)料斗中的流体源，用于冷却液体和固体物质。
用于将有机物质转变成富甲烷燃料气的方法
技术领域
背景技术
[0002] 预计到2030年全世界的电力需求增加60％(世界能源形势，巴黎IEA，2004-10-26，第31页)。国际能源机构(IEA)估计，到2030年化石燃料将占能源市场的
85％。在化石燃料发电厂中，化石燃料(例如煤、燃料油、天然气和油页岩)中储存的化学能和空气中的氧相继转变成热能、机械能，并最终转变成电能用于连续使用和配送。世界上大多数热电站使用化石燃料，这比核电站、地热发电站、生物质能发电站和太阳能热电站多。
85％。在化石燃料发电厂中，化石燃料(例如煤、燃料油、天然气和油页岩)中储存的化学能和空气中的氧相继转变成热能、机械能，并最终转变成电能用于连续使用和配送。世界上大多数热电站使用化石燃料，这比核电站、地热发电站、生物质能发电站和太阳能热电站多。
[0003] 主要为甲烷的天然气在许多工厂中广泛用作化学合成的原料和通过使用气体和蒸汽涡轮机产生电的主要来源。天然气比其他化石燃料例如油和煤燃烧更完全，并且每释放单位能量产生更少的温室气体。因此，使用天然气发电是可利用的燃烧最完全的化石燃料能量来源并且无论在哪里该技术被竞争性使用。压缩天然气还用作汽车燃料的清洁替代品。
[0005] 伴随逐渐减少的国内供应，天然气价格逐渐提高，这产生了寻求该燃料的其它来源的动机。化石燃料例如煤的气化是一个选择，然而，大多数商业现成的煤气化器大多设计成产生一氧化碳和氢高而甲烷含量最小的合成气。
[0008] TSANGARIS，Andreas，和Marc BACON，PCT专利申请号WO 2008/138118；
[0009] TSANGARIS，Andreas，和Marc BACON，PCT专利申请号WO 2008/138117；
[0010] TSANGARIS，Andreas，和Margaret SWAIN，PCT专利申请号WO/2008/117119；
[0011] TSANGARIS，Andreas，和Marc BACON，PCT专利申请号WO 2008/104088；
[0012] TSANGARIS，Andreas，和Marc BACON，PCT专利申请号WO 2008/104058；
[0013] TSANGARIS，Andreas，Margaret SWAIN，Kenneth Craig CAMPBELL，Douglas Michael FEASBY，Thomas Edward WAGLER，Scott Douglas B灰分AM，Mao Pei CUI，Zhiyuan SHEN，灰分ish CHOTALIYA，Nipun SONI，Alisdair AlanMCLEAN，Geoffrey DOBBS，Pascale Bonnie MARCEAU，和Xiaoping ZOU.PCT专利申请号WO/2008/011213；
[0014] TSANGARIS，Andreas，和Margaret SWAIN，PCT专利申请号WO2007/143673；
[0015] TSANGARIS，Andreas，Margaret SWAIN，Kenneth Craig CAMPBELL，Douglas Michael FEASBY，Thomas Edward WAGLER，Scott，Douglas B 灰 分 AM，Zhiyuan SHEN，Geoffrey DOBBS，Mao Pei CUI，和 Alisdair Alan MCLEAN，PCT专 利 申 请 号WO/2007/131241；
[0016] TSANGARIS，Andreas，Margaret SWAIN，Douglas Michael FEASBY，ScottDouglas B灰分AM，灰分ish CHOTALIYA，和Pascale Bonnie MARCEAU，PCT专利 申请号 WO2007/131240；
[0017] TSANGARIS，Andreas，Margaret SWAIN，Kenneth Craig CAMPBELL，Douglas Michael FEASBY，Thomas Edward WAGLER，Xiaoping ZOU，AlisdairAlan MCLEAN，和Pascale Bonnie MARCEAU，PCT专利申请号WO2007/131239；
[0018] TSANGARIS，Andreas，Margaret SWAIN，Douglas Michael FEASBY，ScottDouglas B灰分AM，Nipun SONI，和Pascale Bonnie MARCEAU，PCT专利申请号WO 2007/131236；
[0019] TSANGARIS，Andreas，Margaret SWAIN，Kenneth Craig CAMPBELL，Douglas Michael FEASBY，Scott Douglas B灰分AM，Alisdair Alan McLEAN，和Pascale Bonnie MARCEAU，PCT专利申请号WO 2007/131235；
[0020] TSANGARIS，Andreas和Margaret SWAIN.PCT专利申请号WO2007/131234；
[0021] TSANGARIS，Andreas，Kenneth C.CAMPBELL，和Michael D.FEASBY和Ke LI，PCT专利申请号WO 2006/128286；
[0022] TSANGARIS，Andreas，Kenneth C.CAMPBELL，Michael D.FEASBY，和Ke LI，PCT专利申请号WO 2006/128285；
[0023] TSANGARIS，Andreas V.，和 Kenneth C.CAMPBELL；PCT 专 利 申 请 号 WO2006/081661；
[0024] TSANGARIS，Andreas V.，George W.CARTER，Jesse Z.，SHEN，MichaelD.FEASBY，和Kenneth C.CAMPBELL，PCT专利申请号WO 2004/072547；
[0025] ZWIERSCHKE，Jayson，和Ernest George DUECK，PCT专利申请号WO/2006/076801；
[0026] SHETH，Atul C.PCT专利申请号WO/2007/143376。
[0027] 下列是与危险废物破坏有关的其它专利：
[0028] Abdullah，Shahid.用于降解土壤中聚氯联苯的方法.美国专利5932472；
[0029] Almeida，Fernando Carvalho.美国专利6767163；
[0030] Anderson，Perry D.，Bhuvan C.Pant，Zhendi Wang，等.美国专利5118429；
[0031] Baghel，Sunita S.，和Deborah A.Haitko.美国专利5382736；
[0032] Balko，Edward N.，Jeffrey B.Hoke，和Gary A.Gramiccioni.美国专利5177268；
[0033] Batchelor，Bill，Alison Marie Hapka，Godwin Joseph Igwe，等.美国专利5789649；
[0034] Bender，Jim.美国专利6117335；
[0035] Boles，Jeffrey L.，Johnny R.Gamble，和Laura Lackey.美国专利6599423.[0036] Bolsing，Friedrich，和Achim Habekost.用于卤代烃还原脱卤作用的方法.美国专利6649044；
[0037] Cutshall，Eule R.，Gregory Felling，Sheila D.Scott，等.美国专利5197823；
[0038] Dellinger，Harold Barrett，和John L.Graham.美国专利5650549；
[0039] Driemel，Klaus，Joachim Wolf，和Wolfgang Schwarz.用于非污染性破坏多氯废物物质的方法.美国专利5191155；
[0040] Farcasiu，Malvina，和Steven C.Petrosius.美国专利5369214；
[0041] Friedman，Arthur J.，和Yuval Halpern.美国专利5290432；
[0042] Ginosar，Daniel M.，Robert V.Fox，和 Stuart K.Janikowski. 美 国 专 利6984768；
[0043] Gonzalez，Luciano A.，Henry E.Kowalyk，和Blair F.Sim.美国专利6414212；
[0044] Gonzalez，Luciano A.，Dennis F.Mullins，W.John Janis，等 . 美 国 专 利6380454；
[0045] Greenberg，Richard S.，和Thomas Andrews.美国专利6319328；
[0046] Levin，George B.美国专利5602298；
[0047] 美国专利5100638；
[0048] Newman，Gerard K.，Jeffrey H.Harwell，和Lance Lobban.美国专利6241856；
[0049] Potter，Raleigh Wayne，和Michael Fitzgerald.美国专利6213029；
[0050] 美国专利6112675；
[0051] Quimby，Jay M.美国法定发明登记H2198H；
[0052] Reagen，William Kevin，和Stuart Kevin Janikowski.美国专利5994604；
[0053] Rickard，Robert S.美国专利5103578；
[0054] Ruddick，John N.R.，和Futong Cui.美国专利5698829；
[0055] Schulz，Helmut W.美国专利5245113；
[0056] Sparks，Kevin A.，和James E.Johnston.美国专利5695732；以及
[0057] Zachariah，Michael R.，和Douglas P.DuFaux.美国专利593613。
[0058] Hallett的美国专利号5,050,511描述了使用如下方法对有机物质进行处理，所述方法组合了在还原气氛下于高于大约600℃，优选高于875℃的高温下的气相化学还原和此后的于高于大约1000℃的温度下以气态氧化剂将所述物质化学氧化。然而，该方法导致产生焦油状物质，这会导致过程停止以去除焦油状物质。
发明内容
[0059] 现在已经发现，在过量氢气和任选过热蒸汽存在下将有机物质加热汽化以将有机物质脱卤和/或脱硫，接着在过量氢气和过热蒸汽存在下将混合物进一步加热以还原有机化合物，导致有机物质转变成富甲烷气并且所产生的焦油状物质的量减少。
[0060] 因此，本公开包括用于将有机物质转变成富甲烷气的方法，包括：
[0061] a)在基本上无氧的密闭室内将有机物质汽化，以及将汽化的有机物质与过量氢气和任选过热蒸汽于大约450℃至大约650℃的温度下混合形成第一混合物；
[0062] b)在过量氢气和过热蒸汽存在下将第一混合物加热至大约600℃至大约900℃的温度形成包含甲烷、氢和酸的气体混合物；和
[0063] c)将气体混合物与碱中和。
[0064] 在本公开的另一实施方案中，将第一混合物充分混合以减少焦油状物质的形成。
[0065] 在本公开的实施方案中，a)中的汽化的有机物质与过量氢气和任选过热蒸汽于大约475℃至大约600℃的温度下混合。
[0066] 在又一实施方案中，将第一混合物在b)中加热至大约700℃至大约900℃的温度。在另一实施方案中，将第一混合物在b)中加热至大约800℃至大约875℃的温度。
[0067] 在本公开的另一实施方案中，通过蒸汽-甲烷重整和水煤气变换反应在b)中产生氢。以该方式产生的氢减少了为形成第一混合物所必须添加的氢的总需要量。
[0068] 在本公开的另一实施方案中，用于将有机物质转变成甲烷的方法在催化剂存在下实施。在又一实施方案中，催化剂是金属催化剂，其中金属选自镍、铜、铁、镍合金、锡、粉状锡、铬和贵金属中的一种或更多种。在另一实施方案中，贵金属选自铂、银、钯、金、钌、铑、锇和铱。
[0069] 在本公开的另一实施方案中，气体混合物在c)中在大约70℃至大约100℃的温度被中和.在又一实施方案中，气体混合物在c)中在大约85℃的温度被中和。
[0070] 在一个实施方案中，碱包括碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐。在又一实施方案中，碱金属氢氧化物是氢氧化钠。在另一实施方案中，碱金属碳酸盐是碳酸钙。
[0071] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括在有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件下将来自b)的气体混合物在过量氢存在下暴露于紫外光下。在另一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括加热至大约600℃至大约800℃的温度。在又一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括加热至大约650℃至大约750℃的温度。在另一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约200nm至大约300nm波长的紫外光。在另一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约220nm至大约254nm波长的紫外光。
[0072] 在本公开的又一实施方案中，将b)中的第一混合物加热在基本上无氧的第二密闭室内开展。
[0073] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括将c)中中和的气体混合物冷却。在另一实施方案中，气体混合物冷却至大约5℃至大约35℃的温度。
[0074] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括在过量氢存在下将中和和冷却的气体混合物暴露于有效还原残留有机化合物的条件下。在另一实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约200nm至大约300nm波长的紫外光。在又一实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约220nm至大约254nm波长的紫外光。在另一实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件还包括加热至大约300℃至大约500℃的温度。在一个实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件还包括加热至大约400℃的温度。
[0075] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括在c)中中和气体混合物之后将过量氢与甲烷分离。在一个实施方案中，氢再循环用于在a)中使用。
[0076] 在另一实施方案中，甲烷包含大约10％至大约20％体积比的氢。
[0077] 在另一实施方案中，本公开方法的a)、b)和c)在大于0个大气压至大约2个大气压，适宜地大于0个大气压至大约0.5个大气压的压力下实施。
[0078] 在本公开的另一实施方案中，有机物质还包括不能汽化并从密闭室中去除的无机物质。
[0079] 在本公开的另一实施方案中，有机物质包括有机废物物质。在又一实施方案中，有机废物物质包括氯化或有机磷化学战剂；生物战剂；污水；城市和工业固体废物或垃圾；农业废物物质；有机溶剂；卤代有机溶剂；卤代有机化合物，例如聚氯联苯、六氯苯、氯化农药、溴化阻燃剂、氟化抛射剂或氟化制冷剂；有机磷化合物例如农药；炸药例如三硝基甲苯；火箭燃料；轮胎；塑料例如聚乙烯；肼类；提炼和化学制造/加工废物，例如锅底残存物；煤；或油和/或沥青加工废物，例如来自焦油砂。在另一实施方案中，氯化或有机磷化学战剂包括芥子气或VX神经毒剂。在一个实施方案中，生物战剂包括炭疽。在又一实施方案中，农业废物物质包括家禽、牛、猪或其它家畜废物物质。在另一实施方案中，有机物质包括生物质，例如木材废物或制浆废物。在另一实施方案中，生物质包括木屑。在本公开的另一实施方案中，有机物质包括化石燃料，例如所有类型的煤、油或泥炭。
[0080] 在本公开的又一实施方案中，在方法中产生的甲烷气使用常规的产能系统被转变成电力。因此这些气被装进例如燃气涡轮机、蒸汽涡轮机或燃料电池中。在一个实施方案中，产能系统非常靠近开展本公开方法的装置或者与其联合。
[0081] 在本公开的另一实施方案中，在方法中产生的甲烷气用于化学合成。
[0082] 此外，本公开包括反应、混合或研磨装置。装置可用作连续的还原汽化器(CRV)。在本公开的实施方案中，装置包含可绕轴旋转的容器，容器包括具有分别引入或从容器排出物质的同轴入口或出口的第一端，第一端包括具有大体放射状延伸的第一面的法兰段。装置还包含靠近第一端安置的闭合件，闭合件包括大体与第一面相对的大体放射状延伸的第二面。装置还包括安置在第一面和第二面之间的内部密封元件和外部密封元件，内部密封元件和外部密封元件限定了大体为环状的空间，其中包含密闭液的环状空间在容器和闭合件之间形成密封。
[0083] 根据下面的详细描述，本公开的其它特征和优点将变得显而易见。然而，应当理解，详细描述和表示本公开优选实施方案的特定实施例仅以例证形式给出，因为根据本详细描述，处于本公开精神和范围内的多种修改和修饰对本领域技术人员而言是显而易见的。附图说明
[0084] 本公开的实施方案将结合附图描述，其中：
[0085] 图1是本公开方法的实施方案的示意图；
[0086] 图2是在本公开实施方案中的有机废物预处理系统的示意图；
[0087] 图3是本公开实施方案的装置示意图；
[0088] 图3a是图3所示装置的详细视图；
[0089] 图3b是图3所示装置的剖面视图；
[0090] 图4是本公开实施方案中混合器的示意图；
[0091] 图5是本公开实施方案中密闭室示意图；
[0092] 图6是本公开实施方案中带有紫外线的密闭室示意图；
[0093] 图7是本公开实施方案中冷却器和一次洗涤器系统示意图；
[0094] 图8是本公开实施方案中二次洗涤器示意图；
[0095] 图9是本公开实施方案中氢气分离器和回收系统示意图；和
[0096] 图10是本公开方法实施方案示意图。
具体实施方式
[0097] (I)定义
[0098] 除非另外指出，在该部分和其它部分中描述的定义和实施方案旨在适用于，本文所述公开的它们能适用的所有实施方案和方面，如本领域技术人员所理解的那样。
[0099] 术语“有机物质”，如本文所使用是指任何一种或多种有机化合物、生物质、一种或多种微生物、有毒混合物，或者可以转变成甲烷气的其它任何基于碳的化合物或混合物。术语“有机废物物质”指在处理前需要处理的物质。有机废物物质的处理可能是必需的，因为物质是有毒的、传染性的、环境污染物等。有机废物物质的实例包括，但不限于，氯化或有机磷化学战剂，例如芥子气或VX；生物战剂例如炭疽；污水，城市或工业固体废物或垃圾；农业废物物质例如来自家禽、牛、猪或其它家畜；有机溶剂；卤代有机溶剂；卤代有机化合物例如聚氯联苯、六氯苯、氯化农药、溴化阻燃剂、氟化抛射剂或氟化制冷剂；有机磷化合物例如农药；炸药例如三硝基甲苯；火箭燃料；肼类；轮胎；塑料例如聚乙烯；提炼和化学制造/加工废物例如锅底残存物；煤；或油和/或沥青加工废物，例如来自焦油砂。可以转变成甲烷气的有机物质包括任何类型的化石燃料，例如煤或泥炭，或者任何类型的可更新燃料生物质，例如木屑，因为它们的基础是碳所以能够转变成甲烷气。此外，生物质包括废物生物质，例如木材废物或制浆废物。
[0101] 术语“基本上无氧”如本文所使用是指在缺乏氧的情况下将有机化合物脱卤、脱硫和还原的过程。在氧缺乏情况下开展反应的目的是避免有机化合物被氧化产生不需要的副产物。因此，密闭室中的氧含量小于大约0.10％，任选小于大约0.08％，合适的小于大约0.04％体积比。
[0102] 术语“过量”如本文所使用是指与有机物质混合的超过化学计量学所需量的一定量的氢气。在还原反应完成后剩余的过量氢为(mol％)大约10％至大约80％，合适的大约20％至大约60％，更加合适的大约25％至大约50％。
[0103] 术语“混合”和“充分混合”如本文所使用指汽化的有机物质与过量氢和过热蒸汽如此均匀混合，以致于有机物质被氢气完全脱卤和还原。彻底混合使得氢气从所有方向轰击有机物质中的有机化合物并帮助脱卤作用、脱硫作用和还原反应近乎完全。如果汽化的有机物质没有与过量氢气和过热蒸汽充分混合，有机物质中的化合物将不能完全脱卤和还原，导致焦油状物质的形成和凝结。混合使用任何已知的方法，例如静态混合器或者产生湍流的条件下实现。
[0104] 术语“焦油状物质”如本文所使用是指源自有机物质与过量氢气和过热蒸汽不充分混合的凝结的多环芳香烃类。当有机物质与过量氢气和过热蒸汽不充分混合时，有机物质中的有机化合物不完全脱卤和/或脱硫并且随后不完全地还原。结果，有机物质中的芳香族化合物凝结并形成焦油状物质，其在过程反应器中积累，引起过程停止。此外，焦油状物质必须当时处理。
[0105] 术语“脱卤”如本文所使用是指其中包含卤素原子例如碘、氟、氯或溴的有机化合物与氢反应，导致有机化合物的卤素原子丧失并替换成氢原子的过程。反应还产生酸。
[0106] 术语“脱硫”如本文所使用是指其中包含硫原子的有机化合物与氢反应，导致有机化合物的硫原子丧失并替换成氢的过程。反应还产生硫化氢(H2S)。
[0107] 术语“还原的有机化合物”如本文所使用意思是指有机化合物还原成甲烷或其它小的肪族烃，例如，但不限于，乙烷、乙烯或丙烷。
[0108] 术语“中和”如本文所使用意思是指调节溶液的pH至近似中性的(pH 7)或者对环境或生物体无害的pH。例如，将酸性溶液中和至大约7的pH可以通过向酸性溶液中加入碱实现。
[0109] 术语“过热蒸汽”如本文所使用是指已经在大于0个大气压至大约2个大气压的压力下加热至大约600℃至900℃的温度的水。
[0110] 术语“汽化的”如本文所使用是指通过加热已经转变成其气态形式的液体。
[0111] 术语“碱”如本文所使用是指能够接受质子并因此中和酸性溶液的任何化合物。碱的实例包括，但不限于，碱金属氢氧化物例如氢氧化钠和氢氧化钾以及碱金属碳酸盐例如碳酸钙。
[0112] 除非另外指出，术语“a”、“an”或“the”如本文所使用不仅包括具有一个成员的方面，还包括具有一个以上成员的方面。例如，包括“催化剂”的实施方案应当理解为提出了具有一种催化剂或者两种或者更多另外不同的催化剂的某些方面。
[0113] 在理解本公开的范围中，术语“包含”及其衍生词，如本文所使用，旨在是开放性术语，其列举了所述特征、元素、元件、组、整数和/或步骤的存在，但不排除其它未述及特征、元素、元件、组、整数和/或步骤的存在。上述情况也适用于具有相似含义的词语，例如术语“包括”、“具有”和它们的衍生词。最后，程度的术语例如“基本上”、“大约”和“近似”如本文所使用意思是指所修饰术语的合理量的偏差，以致于最终的结果没有显著改变。程度的这些术语应该解释为，如果偏差不会否定其所修饰词语的含义的话，则包括所修饰术语至少±5％的偏差。
[0114] (II)本公开的方法和装置
[0115] 本公开包括用于将有机物质转变成富甲烷气的方法，包括：
[0116] a)在基本上无氧的密闭室内将有机物质汽化并将汽化的有机物质与过量氢气和任选过热蒸汽于大约450℃至大约650℃的温度下混合形成第一混合物；
[0117] b)在过量氢气和过热蒸汽存在下将第一混合物加热至大约600℃至大约900℃的温度形成包含甲烷、氢和酸的气体混合物；和
[0118] c)将气体混合物与碱中和。
[0119] 在本公开的另一实施方案中，第一混合物被充分混合以减少、适当时避免形成焦油状物质。汽化的有机物质与氢气和任选的过热蒸汽充分混合使得有机化合物与氢充分接触并减少或避免焦油状物质的形成。
[0120] 在本公开的实施方案中，汽化的有机物质与过量氢和任选过热蒸汽混合以在大约475℃至大约600℃的温度下形成第一混合物。
[0121] 在a)中的大约450℃至大约650℃的温度下，有机物质中存在的大部分的芳族和肪族烃在脱卤反应中丧失卤素原子，如方案1中所示。反应还产生酸。因此，当第一混合物进入b)时，有机物质中高于大约50％，任选高于大约70％，合适的大约80％，更加合适的大约90％并且最合适的大约95％的有机化合物已经脱卤。类似地，包含硫原子的有机化合物在过量氢气存在下脱硫。
[0122] 方案1
[0123]
[0124] a)中过热蒸汽的存在是任选的。如果有机物质已经包含水则不需要过热蒸汽，因为将此类混合物加热会产生蒸汽。在一个实施方案中，在过程当中的b)之前的一些点加入过热蒸汽。
[0125] 在又一实施方案中，将b)中的第一混合物加热至大约700℃至大约900℃的温度。在另一实施方案中，将b)中的第一混合物加热至大约800℃至大约875℃的温度。
[0126] 在b)中的大约600℃至大约900℃的温度下，第一混合物中大部分的脱卤和脱硫芳族和肪族烃化合物会还原成甲烷或其它更小的肪族烃，如方案2中所示。有机物质与过量氢气和过热蒸汽的充分混合保证了有机化合物基本上被还原，并且因此减少或者避免焦油状物质的形成。
[0127] 方案2
[0128]
[0129] 在本公开的另一实施方案中，通过蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应在b)中产生氢。第一混合物中的蒸汽与方案2中产生的甲烷结合产生氢和一氧化碳。一氧化碳进一步与蒸汽结合产生氢和二氧化碳。以该方式产生的氢减少了为形成第一混合物所必需加入的氢的总需求量。
[0130] 在本公开的另一实施方案中，用于将有机物质转变成甲烷的过程，蒸汽-甲烷重整反应和水煤气变换反应在催化剂存在下开展。在又一实施方案中，催化剂是金属催化剂，其中金属选自镍、铜、铁、镍合金、锡、粉状锡、铬、贵金属中的一种或更多种。在另一实施方案中，贵金属选自铂、银、钯、金、钌、铑、锇和铱中的一种或更多种。
[0131] 在本公开的另一实施方案中，气体混合物在c)中在大约70℃至大约100℃的温度被中和。在又一实施方案中，气体混合物在c)中在大约85℃的温度被中和。作为脱卤和/或脱硫反应的结果，在氢气和甲烷分离和纯化之前酸性副产物(方案1中的HCl)被中和。
[0132] 在一个实施方案中，碱包括中和酸的任何化合物。在另一实施方案中，碱是碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐。在又一实施方案中，碱金属氢氧化物是氢氧化钠。在另一实施方案中，碱金属碳酸盐是碳酸钙。
[0133] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括在有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件下将来自b)的气体混合物在过量氢气存在下暴露于紫外光下。在另一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括加热至大约600℃至大约800℃的温度。在又一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括加热至大约650℃至大约750℃的温度。在另一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约200nm至大约300nm波长的紫外光。在另一实施方案中，有效还原气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约220nm至大约254nm波长的紫外光。气体混合物暴露于紫外光下还原了通过b)中的温度未还原的任何残留有机化合物。紫外光有助于在比b)中所需温度更低温度下还原任何残留的芳族或部分芳族结构。紫外光拥有254nm、248nm或
220nm的波长，这有助于将残留化合物还原形成饱和的或者完全还原的无双键脂族有机化合物，优选甲烷，如方案3中所示。
220nm的波长，这有助于将残留化合物还原形成饱和的或者完全还原的无双键脂族有机化合物，优选甲烷，如方案3中所示。
[0134] 方案3
[0135]
[0136] 在本公开的又一实施方案中，将b)中的第一混合物加热在基本上无氧的第二密闭室内实施。
[0137] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括将c)中中和的气体混合物冷却。在另一实施方案中，气体混合物冷却至大约5℃至大约35℃的温度。
[0138] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括将中和和冷却的气体混合物暴露于有效还原残留有机化合物的条件下。在另一实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件包括在过量氢气存在下大约200nm至大约300nm波长的紫外光。在又一实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件包括大约220nm至大约254nm波长的紫外光。在另一实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件还包括加热至大约300℃至大约500℃的温度。在一个实施方案中，还原中和并冷却的气体混合物中残留有机化合物的条件还包括加热至大约400℃的温度。在过程中的该点时，如果仍然残留不可接受水平的芳香族化合物，例如苯，则将气体混合物再次加热并在过量氢气存在下暴露于紫外光下，以还原残留水平的不饱和有机化合物，如方案4中所示。
[0139] 方案4
[0140]
[0141] 在本公开的另一实施方案中，方法还包括在c)中中和气体混合物之后分离氢气和甲烷。在一个实施方案中，氢气再循环用于在a)中使用。在一个实施方案中，分离氢和甲烷的过程使用本领域技术人员已知的氢分离器实现。
[0142] 在本公开的另一实施方案中，甲烷气被压缩并且可以用作完全燃烧燃料。在一个实施方案中，甲烷气具有大约0％至大约30％体积比的氢，任选大约5％至大约25％体积比的氢，合时的大约10％至大约20％体积比的氢。
[0143] 在本公开的另一实施方案中，有机物质还包含不汽化并从过程中去除的无机物质。由于无机物质不能汽化，无机物质从汽化的有机废物物质中分离。在一个实施方案中，使无机物质沉在密闭室底部并且随后通过从室底部排出而去除。
[0144] 在本公开的另一实施方案中，有机废物物质包括氯化或有机磷化学战剂；生物战剂；污水；城市或工业固体废物或垃圾；农业废物物质；有机溶剂；卤代有机溶剂，卤代有机化合物例如聚氯联苯，六氯苯，氯化农药，溴化阻燃剂，氟化抛射剂或氟化制冷剂；有机磷化合物例如农药；炸药例如三硝基甲苯；火箭燃料；肼类；轮胎；塑料例如聚乙烯；提炼和化学制造/加工废物例如锅底残存物；煤；或油和/或沥青加工废物，例如来自焦油砂。在另一实施方案中，氯化或有机磷化学战剂包括芥子气或VX神经毒剂。在一个实施方案中，生物战剂包括炭疽。在又一实施方案中，农业废物物质包括家禽、牛、猪或其它家畜废物物质例如粪便和抹灰废物。在另一实施方案中，有机物质包括生物质，例如木材废物或制浆废物。在另一实施方案中，生物质包括木屑。
[0145] 在本公开的实施方案中，在本公开方法中使用的有机物质包括化石燃料例如所有类型的煤、油或泥炭。在该实施方案中，过程代表用于化石燃料汽化和用于将这些燃料源转变成完全燃烧的甲烷和氢的方法。
[0146] 在一个实施方案中，将有机物质预处理形成均一且容易运送的进料。在又一实施方案中，当有机物质包含水分时，方法还包括在(a)中的有机物质汽化之前将物质处理以去除水。
[0147] 对于图1，图解了过程的概貌。在本公开的实施方案中，在处理前并且依赖于有机物质的性质，物质在破碎机/粉碎机装置2中预处理形成均一且容易运送的进料。在一个实施方案中，当有机物质是土壤、沉积物、污水、污泥，城市固体废物或任何其它固体类型物质时，破碎机/粉碎机装置2粉碎物质成为均一大小并能够通过过程转移物质。在又一实施方案中，当有机物质包含水时，任选地进行预处理以在处理前去除水。
[0148] 在另一实施方案中，有机物质被运送至能够将有机物质汽化的装置，例如，连续还原汽化器(CRV)3。在一个实施方案中，使用推运螺旋将物质运送至CRV3。在又一实施方案中，当物质可流动时，使用泥浆泵将其运送至CRV。
[0149] 在本公开的实施方案中，CRV 3是可旋转的反应、混合和/或研磨装置(在下面进一步描述)，其被加热并且因此将已经运送至CRV 3的有机物质汽化。在本公开的实施方案中，有机物质除了包含能够汽化的有机化合物外，还包含不能汽化的无机废物物质。在一个实施方案中，在CRV 3中不汽化的无机废物物质作为经处理固体10从CRV 3引出。无有机物质的经处理无机废物物质适宜再循环或者丢到垃圾中。无机废物物质实例包括在加热CRV 3中不汽化的任何类型物质，并且包括，但不限于金属、矿物质、石头、沙或硅石。
[0150] 在又一实施方案中，汽化的有机物质从CRV 3运送至混合器，例如静态混合器4，在其中汽化的有机物质与过量氢气和过热蒸汽充分混合。汽化的有机物质与过量氢气和过热蒸汽的充分混合使得混合物的成分被充分地混合并减少焦油状物质的形成。混合还可以使用任何其它已知手段进行。
[0151] 在本公开的另一实施方案中，充分混合和加热汽化的有机物质、氢气和过热蒸汽被运送至基本上无氧的密闭室，例如，过程反应器5。在又一实施方案中，混合物在过程反应器5中进一步加热以产生甲烷气。
[0152] 在又一实施方案中，气体混合物从过程反应器5排出并且进入二次反应室6，二次反应室6采用过量氢气存在下的紫外光以还原气体混合物中的残留残留有机化合物。
[0153] 在另一实施方案中，气体混合物然后进入冷却器和一次洗涤器7，在其中混合物被冷却并且从混合物中去除酸、水和任何微粒物质。在又一实施方案中，混合物进入二次洗涤器8以去除残留的酸和水。
[0154] 在另一实施方案中，现在的气体混合物主要包含氢气和甲烷。在另一实施方案中，混合物然后进入分离器9，例如氢分离器，其将混合物在进入膜型分离器之前压缩并冷却。分离器9以大约85％的效率从气体混合物中分离氢气，形成两个分开的气体流。流11是包含10％至20％氢的富甲烷气流，其随后可以用作例如完全燃烧燃料，用于产生热或电力或者用于任何其它已知使用甲烷的用途。在又一实施方案中，富甲烷气流进一步重整产生氢并用作例如燃料电池中的燃料，或者用于任何其它已知使用氢的用途。流12基本上是从气体混合物回收的氢气，其再循环用于在工程中再次使用，并且返回至CRV 3或混合器4。水是在过程反应器中发生反应的副产物，并且作为流79从一次洗涤器7中和作为流89从二次洗涤器8中排出过程之外。在作为流出物排出过程之前，将流79和89混合，然后处理并测试。
[0155] 图2图解说明根据本公开一个实施方案的用于有机物质预处理的装置。在该实施方案中，有机物质1进入一级给料料斗20。在又一实施方案中，有机物质进入破碎机/粉碎机装置2，其将物质研磨成容易在过程中运送的均一给料。破碎机/粉碎机是本领域技术人员已知的并且可以商业性获得。在一个实施方案中，有机物质经破碎机/粉碎机21给料，破碎机/粉碎机21也是本领域技术人员已知的并且是商业性可获得的产品。在又一实施方案中，粉碎的均一物质掉入二级料斗22中，在其中物质经过阀23，例如旋转阀计量性进入过程中。然后有机物质进入三级料斗24中，然后通过运送装置25，例如螺旋运送装置或泥浆泵运送至连续还原汽化器3的入口26。
[0156] 在一个实施方案中，三级料斗24通过入口27充入惰性气体，例如氮、氩或二氧化碳，以便去除系统中的氧。这种充入使得待开展的过程处于基本上无氧的环境下。
[0157] 在另一实施方案中，三级料斗24被加热并充入蒸汽。
[0158] 在另一实施方案中，二级料斗22中有机物质的体积通过阀23控制，它对进入三级料斗24的有机物质计量。在另一实施方案中，二级料斗22还为三级料斗24的惰性环境提供反压力，因此这为过程提供了正压密封，并且使得反应在基本上无氧的环境下进行。在又一实施方案中，运送装置25还为运送装置25和三级料斗24之间的惰性环境提供反压力。
[0159] 在本公开的实施方案中，运送装置25是包含两个反旋转螺旋的螺旋运送装置，其将有机废物物质运送至CRV 3的入口26。对推运螺旋的这种设计使得螺旋被完全填满并且反旋转作用提供了不用填料的强制进料。
[0160] 在另一实施方案中，当有机物质可流动时，例如污水污泥，使用泥浆泵将物质计量并运送至CRV。泥浆泵是本领域技术人员已知的并且可商业性获得。
[0161] 对于图3，以64概括显示的装置。在一些实施方案中，装置64可以作为CRV 3实施。装置64是可以作为CRV 3实施的适宜的装置实例，并且不能解释为是对本公开所提供多个实施方案的限制。此外，装置64不应限于作为CRV 3的特定工具，并且可以在其它有机物质汽化应用中实施。装置64可以更加广泛地用作例如，但不限于，反应装置、混合器装置或者作为研磨装置(例如作为球磨机、棒磨机或砾磨机)。
[0162] 装置64包括可绕轴28旋转的容器30。轴28大体是水平的。容器30可以包括具有入口68的第一端和具有出口69的第二端，入口68和出口69分别用于向容器30中引入物质或者将物质排出容器30。入口68和出口69大体与轴28是同轴的。可以在容器30内临近出口69提供螺旋刮板32辅助把固体物质经出口69(见图3b)排出。在一些实施方案中，容器30可以包括主要的桶部分30a，位于桶部分30a任一侧的锥形部分30b，和位于锥形部分30b任一侧的法兰段30c。取决于特定的实施方式，容器30可以由多种材料构成，包括例如，但不限于，惰性材料、不锈钢和高温合金。
[0163] 对于图3a，法兰段30c可以包括内部和外部法兰壁46a，46b。法兰壁46a，46b大体是圆柱形的并且与轴28同轴。放射腹板壁47可连接法兰壁46a，46b。腹板壁47可以包括大体放射状延伸的第一面73。法兰壁46a，46b和腹板壁47可形成相对刚性的I-柱-型结构。装置64可以包括支持轴承54，用于旋转性支持法兰段30c的外部法兰壁46b，法兰段30c因此支持容器30及其内容物的全部重量。装置64还可包括传动机构(未显示)用于转动容器30。
[0164] 装置64包括布置在入口68和出口69附近的闭合件66。闭合件66可以包括大体与腹板壁47的第一面73相对的大体放射状延伸的第二面74。靠近入口68的闭合件66可以包括至少一个入口用于向容器30中引入物质。如所图示，靠近入口68的闭合件66包括用于向容器30递送物质的螺旋运送装置给料26和气体给料12。靠近出口69的闭合件66可以包括至少一个出口用于从容器30中排出物质。如所图示，靠近出口69的闭合件66与分离装置65的旋流室33直接相连。
[0165] 装置64还在容器30的至少一端包括密封装置29以提供旋转容器30和非旋转闭合件66之间的密封。密封装置29可以包括安置在第一面73和第二面74之间的内部密封元件48a和外部密封元件48b。内部密封元件48a和外部密封元件48b限定了大体为环状的空间49。环状空间49包含密闭液，在容器30和闭合件66之间形成密封。密封元件48a，48b大体是环形的并且同心性布置。密封元件48a，48b可固定至第一面73和第二面74中任一面上并且彼此相对滑动。如所图示，密封元件48a，48b均可使用基本部件78安装在第二面74上，并且保持相对于第一面73滑动。如所图示，位于内部法兰壁46a和外部法兰壁
46b之间的第一面73的半径长度允许第二面74相对于第一面73径向位移以耐受容器30径向热膨胀和收缩。内部密封元件48a和外部密封元件48b可由非粘性材料，例如氟聚合TM
物(例如，TEFLON )构成。
46b之间的第一面73的半径长度允许第二面74相对于第一面73径向位移以耐受容器30径向热膨胀和收缩。内部密封元件48a和外部密封元件48b可由非粘性材料，例如氟聚合TM
物(例如，TEFLON )构成。
[0166] 闭合件66可以包括与环状空间49相连的流体进料流38和出料流39，用于密闭液在环状空间49中循环。出料39大体位于进料38的上方以致于循环流对抗重力。可在进料流38和出料流39之间控制密闭液的流动以致于保持环状空间49基本上充满密闭液。如果密闭液对于容器30内发生的任何反应无害，则密闭液从密封装置29中渗漏是可以忍受的。密闭液可使密封装置29和容器30冷却。在一些实施方案中，密闭液可以包括水。在一些实施方案中，密闭液可在经出料39返回后再循环。
[0167] 闭合件66还可包括由膨胀段67分隔开的第一壁部分66a和第二壁部分66b。第一壁部分66a包括第二面74。第二壁部分66b可固定至螺旋运送装置给料26和气体给料12。膨胀段67可允许第一壁部分66a相对于第二壁部分66b轴向位移以耐受容器30的轴向热膨胀和收缩。为了防止在密封元件48a，48b与第一面73之间形成间隙，膨胀段67可使第二面74偏移顶住第一面73以便保持密封元件48a，48b与第一面73之间良好的密封。
备选地，外部钳或者施加力量的其它手段可以用于将第二面74偏移顶住第一面73以便保持密封元件48a，48b与第一面73之间的良好密封。
备选地，外部钳或者施加力量的其它手段可以用于将第二面74偏移顶住第一面73以便保持密封元件48a，48b与第一面73之间的良好密封。
[0168] 装置64还可包括至少环绕容器30一部分的隔离罩31。罩31可以包括热源(或者致冷源，均未显示)，以致于罩31内的温度是可控的。在一个实施方案中，可以使用例如但不限于间接气体加热、间接或直接电子加热、微波能量、紫外线能量或者过热蒸汽加热罩31。通过辐射热转移、对流热转移或者传导热转移，例如热油浴将热转移至容器30。如图3所示，罩31大体环绕桶部分30a并且在锥形部分30b处终止，使法兰段30c露在罩31外并且为了维修或其它目的可以接近。
[0169] 装置64可以与分离装置65组合连接。分离装置65可以包括流体连接至并与与容器30的出口69切向对齐的旋流室33，用于接收排出的物质。出口导管40安置在旋流室33的上方用于收集来自旋流室33的气体物质。料斗35位于旋流室33下方并与旋流室33流动相连用于收集来自旋流室33的液体和固体物质。可提供阀34a，34b以分隔开旋流室
33和料斗35。在阀34a，34b之间可提供蒸汽清洗流37。可在料斗35中提供流体源36用于冷却液体和固体物质。
33和料斗35。在阀34a，34b之间可提供蒸汽清洗流37。可在料斗35中提供流体源36用于冷却液体和固体物质。
[0170] 在作为CRV3实施的装置64的一些实施方案中，有机物质从运送装置25经入口26装进CRV 3。旋转容器30在隔离罩31内，并且有机物质在容器30中被汽化。
[0171] 在作为CRV3实施的装置64的一些实施方案中，可以使用例如但不限于间接气体加热、间接或直接电子加热、微波能量、紫外线能量或者过热蒸汽加热罩31。通过辐射热转移、对流热转移或者传导热转移，例如热油浴将热转移至容器30。在本公开的实施方案中，容器30中的有机物质可以通过允许引入控制量氧直接加热。容器30可保证有机物质均一汽化，并且有助于物质与经流12进入CRV 3的氢气充分混合。可以控制容器30内的温度在大约300℃和大约650℃之间，这取决于有机物质的沸腾温度或升华温度。本领域技术人员将能够确定有机物质汽化和脱卤和脱硫反应开始必需的温度，这将取决于物质的性质。
[0172] 在作为CRV3实施的装置64的一些实施方案中，容器30有助于汽化的有机物质与过量氢气的充分混合。汽化的有机物质与过量氢气的充分混合产生均一混合物并有助于有机化合物的脱卤和脱硫，并且因此减少或避免焦油状物质的形成。
[0173] 在一些实施方案中，因为CRV 3中温度的提高，废物物质中的含卤素有机化合物在如方案1中所示的脱卤反应中开始丢失所连接的卤素原子。类似地，有机物质中的有机化合物还在脱硫反应中丧失硫原子。
[0174] 在一些实施方案中，CRV 3连续运转，使得稳定流的有机物质转变成甲烷气，而无需中断过程。
[0175] 在作为CRV3实施的装置64的一些实施方案中，有机物质包含不汽化的无机废物物质。无机固体废物物质可以使用例如螺旋刮板32从容器容器30中去除。刮板32可从容器30提起固体物质并将它们运送至分离装置65的旋流室33。无机固体废物物质可通过可包括蒸汽清洗流37的阀34从旋流室33底物排出。蒸汽清洗37可为无机固体废物物质提供对来自罩31的高温的最初冷却。无机固体废物物质掉入加工固体料斗35中，在其中可通过水喷雾36进一步冷却。然后无机物质通过运送装置10，例如螺旋运送器从料斗35中排出。在一些实施方案中，热无机物质上的水喷雾36和蒸汽清洗流37在系统内产生正压力，因此这有助于保持基本上无氧的环境。
[0176] 在作为CRV3实施的装置64的一些实施方案中，再循环的氢气流12被引入到装置64中，并且经过旋转容器30提供正向残气流。流12可有助于运送汽化的有机废物物质经过容器30并通过旋流出口40从装置64出来进入到混合器44中，例如静态混合器。
[0177] 在作为CRV3实施的装置64的一些实施方案中，可将容器30设计成高温还原环境。容器30可暴露于高温下，粗糙化学物质例如卤代化合物，硫，磷和重金属，以及因氢气流12导致的还原环境中。因此，在本公开的一些实施方案中，用于建造旋转容器30的材料包括高温和抗腐蚀的铬镍高温合金例如 或
[0178] 在一些实施方案中，本公开的方法在催化剂存在下开展。在又一实施方案中，催化剂是金属催化剂，其中金属选自镍、铜、铁、镍合金、锡、粉状锡、铬、贵金属中的一种或更多种。在另一实施方案中，贵金属选自铂、银、钯、金、钌、铑、锇和铱中的一种或更多种。在一个实施方案中，过程的机械部件，例如旋转容器30，由催化本公开过程的金属构成。
[0179] 在本发明另一实施方案中，CRV 3替换成以批为基础处理有机物质的高压釜型容器。在一个实施方案中，向一个或更多个连续批汽化器(SBV)加载有机物质然后将容器密封并充以含惰性气体例如氮、氩或二氧化碳的空气。在一个实施方案中，容器被加热并且汽化的有机物质通过残气运送至混合器44，例如静态混合器。
[0180] 在本公开的另一实施方案中，当有机物质是液体形式时，例如废物有机溶剂或农药，只需将有机物质煮沸形成汽化的有机物质。在一个实施方案中，该操作在特别设计的液体废物汽化器(LWV)中开展，其在设计上与SBV类似并且更小。喷雾嘴将有机物质喷射在高压釜类型容器的热盘上。当撞击热盘时一些液体微滴直接汽化或闪蒸汽化。LWV周期性关闭以便清洁热盘，因为无机物质将集中在上面。在本公开的另一实施方案中，使用CRV、SBV或LWV任意组合中的一种或更多种，例如如图10所示。
[0181] 如图4所示，一旦有机物质已经在CRV 3中汽化，汽化的有机物质与氢气流41和过热蒸汽流42进一步混合。在一个实施方案中，然后混合的气体流43进入混合器44，例如静态混合器，其包含绝缘管以维持混合气体流43的温度和静态混合器部件45。在又一实施方案中，混合器44将混合的气体流43充分混合制备用于在过程反应器5中反应的混合的气体。混合器44是商业可得到的并且其操作是本领域技术人员众所周知的。
[0182] 在本公开的实施方案中，一旦有机物质被加热至CRV 3中的温度，则有机物质在沿着CRV 3前进，通过旋流室33并进入到混合器44中时连续脱卤和脱硫。因此，在本公开的实施方案中，在进入过程反应器5中前，有机物质中高于大约50％，任选高于大约70％，合适的大约80％，更加合适的大约90％并且最合适的大约95％的有机化合物脱卤和脱硫。
[0183] 在本公开的又一实施方案中，考虑到在过程反应器5中的反应，混合的气体流43被充分混合。在另一实施方案中，混合的气体流43从混合器44排出并传送至过程反应器5的入口50。在另一实施方案中，通过控制氢气流41和过热蒸汽流42的温度维持混合的气体流43在入口50处的温度。维持混合气体流43的温度和保证所述流43在混合器44中充分混合提高后续反应的效率并减少会降低整个过程工作效率的不需要的副产品的形成，例如焦油状物质(凝结的多环芳烃)的形成。
[0184] 图5图解说明本公开一个实施方案中的密闭室或过程反应器5。在一个实施方案中，混合的气体流43进入过程反应器5的入口50。在一个实施方案中，过程反应器5如此设计以致于气体流是湍流的并且还可设计成作为平推流过程反应器起作用。本领域技术人员将理解，湍流的特征在于在整个流动区域内呈现出涡流和涡旋。平推流过程反应器意思是指在任何给定的横断面上流被良好混合而在轴向上不混合。在一个实施方案中，湍流的气体流有助于有机物质中的有机化合物与过量氢气充分混合。如所述，有机化合物与过量氢气的充分混合减少了焦油状物质的形成。
[0185] 在本公开的实施方案中，脱卤反应主要在CRV 3、旋流室33和混合器44中进行，而有机化合物的还原反应主要在过程反应器5中进行。在另一实施方案中，脱卤和脱硫反应以及还原反应在同一过程反应器中进行。在该实施方案中，在完成脱卤反应之后，提高温度进行还原反应。
[0186] 在本公开的实施方案中，过程反应器5包括加热区51和滞留时间区52。加热区51定义为，加热混合气体流43至以90％的效率、任选95％的效率、任选99％的效率、任选
99.9％的效率和合适的99.9999％的效率有效发生脱卤和还原反应的温度所需的体积。反应效率是由还原过程破坏或化学转变的任何特定有机化合物的百分数。从算术上，破坏效率(DE)定义为：
99.9％的效率和合适的99.9999％的效率有效发生脱卤和还原反应的温度所需的体积。反应效率是由还原过程破坏或化学转变的任何特定有机化合物的百分数。从算术上，破坏效率(DE)定义为：
[0187] DE＝(Win-Wout)x100
[0188] 其中Win＝靶化合物的质量进入率；并且
[0189] Wout＝靶化合物的质量排出率
[0190] 在一个实施方案中，实现该效率脱卤和脱硫反应的温度是大约450℃至大约650℃，合适的大约475℃至大约600℃。在另一实施方案中，实现该效率还原反应的温度是大约600℃至大约900℃，合适的大约700℃至大约900℃，合适的大约800℃至大约875℃。
本领域技术人员将认识到，确切的温度将取决于通过过程处理的有机物质。
本领域技术人员将认识到，确切的温度将取决于通过过程处理的有机物质。
[0191] 在本公开的另一实施方案中，滞留时间区52定义为其中气体的温度已经达到将汽化的有机物质(第一混合物)中的有机化合物还原的温度的体积。在一个实施方案中，滞留时间区53中的滞留时间为大约1至大约10秒，任选大约1至大约5秒，合适的大约2至大约4秒。在本公开的另一实施方案中，从还原反应中产生的气体混合物上行至过程反应器5的中央管53。
[0192] 在另一实施方案中，使用位于过程反应器的环状加热区51中的一个或更多个辐射管类型加热器55将过程反应器5加热。在一个实施方案中，辐射管加热器是煤气炉或电子的。在另一实施方案中，一个或更多个辐射加热器55在充满惰性气体例如氮、氩或二氧化碳的过程反应器5顶端58区域中与过程反应器5连接。这种设计保证了如果辐射管55渗漏则外界空气不能渗入到过程反应器5中。
[0193] 在本公开的另一实施方案中，过程反应器5包括绝缘容器，绝缘容器由带有由例如镍合金制成的浮动衬套56的由例如碳钢制成的外壳57构成。浮动衬套56允许因为过程反应器5中的高温而热膨胀时移动。在又一实施方案中，过程反应器5还具有绝缘材料，例如陶瓷纤维，以便帮助维持过程反应器5中的高温。在另一实施方案中，浮动衬套56和一个或更多个辐射管加热器55由除了可经受化学品例如卤代化合物、硫、磷和重金属之外还可经受过程反应器中高温还原环境的材料制造。在一个实施方案中，浮动衬套56和一个或更多个辐射管加热器55由抗高温和抗腐蚀的铬镍合金例如Kanthal或者 制造。在另一实施方案中，过程反应器5包括活动的底
塞59使得在因检查、维修和清洁而停工过程中能够进入到过程反应器容器中。
塞59使得在因检查、维修和清洁而停工过程中能够进入到过程反应器容器中。
[0194] 在本公开的另一实施方案中，过程反应器5包括管状的过程反应器设计，其包括并行安排的数个管并从外部加热，而不是带有内部加热部件的大容器。
[0195] 在一个实施方案中，如图6中所示，二次反应室61用于保证完全破坏气体混合物中可能残留的双键和芳香族化合物。在该实施方案中，气体混合物60进入二次反应室61，在其中气体混合物在过量氢气存在下暴露于通过一个或更多个紫外灯62产生的紫外线下。然后气体混合物作为紫外线处理的气体混合物70排出二次反应室61。在另一实施方案中，二次反应室61包括带有由例如镍合金制造的浮动衬套63的碳钢壳。在另一实施方案中，二次反应室61使用例如陶瓷纤维绝缘。
[0196] 在又一实施方案中并且如图7中所例证，任选经紫外线处理的气体混合物70从二次反应室61进入冷却器71。在一个实施方案中，冷却器71包括快速将气体混合物冷却至大约100℃至大约300℃的温度的水喷雾72。在又一实施方案中，冷却的气体混合物通过管75到洗涤器77。在本公开的实施方案中，洗涤器77是具有狭窄部分76的文丘里涤气器，在狭窄部分76加入水。狭窄部分迫使气体流加速，因为管道变窄然后扩大。通过狭窄部分内的湍流洗涤器水被雾化成小微滴，这极大地改善了气体混合物与水之间的接触。冷却器
71和洗涤器77消除热、水、特别是从卤代化合物(特别是氯化合物、氟化合物或溴化合物)的脱卤和还原反应作为副产物产生的物质和酸气。
71和洗涤器77消除热、水、特别是从卤代化合物(特别是氯化合物、氟化合物或溴化合物)的脱卤和还原反应作为副产物产生的物质和酸气。
[0197] 在本公开的实施方案中，通过加入碱，例如氢氧化钠将气体混合物中的酸气中和并去除。碱的加入导致产生水和盐。
[0198] 在另一实施方案中，在洗涤器77狭窄部分76加入的水收集的洗涤器的底部并作为水流79排出。在又一实施方案中，来自冷却器71的水加入到水流79中。在又一实施方案中，包含洗涤器流出物的水流79进入水处理系统，用于在排放前进行过滤和测试。在另一实施方案中，经洗涤器处理的气体流80排出洗涤器容器77并且通过管输送至二次洗涤器81。
[0199] 在本公开的另一实施方案中，冷却器和文丘里涤气器被替换成干石灰类型洗涤器。当被处理的有机物质被高度卤代时，例如六氯苯，使用干石灰洗涤器。对于该类型有机物质的干石灰洗涤器极大地减少了来自过程的水流出物。
[0200] 在本公开的另一实施方案中，如图8中所示，经洗涤器处理的气体流80进入二次洗涤器81，其中处理的气体80被再次洗涤以进一步降低所处理气体80的温度并从处理的气体80中尽可能多地去除水。在另一实施方案中，处理的气体80通过冷水喷雾82冷却至大约5℃至大约35℃的温度。在另一实施方案中，二次洗涤器81包括除雾部件83，其消除了二次洗涤器处理的气体流90中携带水滴的可能性。在又一实施方案中，二次洗涤器处理的气体流90经二次洗涤器81顶部附近的管排出。在该实施方案中，在二次洗涤器81中收集的水85作为水流89经位于二次洗涤器81底部的管排处，并且包含洗涤器流出物的水流89进入水处理系统，用于在排放前过滤和测试。
[0201] 在本公开的另一实施方案中，二次洗涤器81还用于去除不需要的化合物，例如，含磷化合物，例如膦气。在该实施方案中，在二次洗涤器81中使用高锰酸盐溶液去除膦气。
[0202] 在本公开的另一实施方案中，如图9中所例证，二次洗涤器处理的气体流90进入分离器9，例如氢分离系统。在另一实施方案中，流90进入压缩器91，例如螺旋压缩器，在其中气体被压缩至大于大约100psig(大约690kPa)的压力，这是对于氢分离膜将氢从甲烷气中分离出来所需的压力。在一个实施方案中，压缩的经处理的气体通过工艺管道92从压缩器91输送到氢分离器组件93。在一个实施方案中，数个氢分离组件93并联使用。在又一实施方案中，每一氢分离组件包含过滤氢气的膜部件94。在本公开的实施方案中，膜部件94是例如Air Products提供的 膜系统。用于氢分离的膜系统是本领域技术人员已知的并且是商业可获得的。在一个实施方案中，流90进入包含管的氢分离组件93中，管包含圆柱状膜部件94。在该实施方案中，在压力下的氢气以大约85％的回收率穿过膜，而膜以大约90％的效率排斥甲烷(一氧化碳的排斥率是大约85％)。在一个实施方案中，富氢的穿过物作为流12排出氢分离组件并且如上所述在过程中再循环(计算显示，通过使用该技术使氢再循环，在气相还原过程中的氢总需求减少67％)，并且富甲烷和减少量氢的未穿过的气体作为流11排出氢分离组件。在又一实施方案中，富甲烷气11进入气体储存区用于在可用作完全燃烧燃料或者其它用途之前进行测试。在一个实施方案中，甲烷包含大约10％至大约20％体积比的氢。
[0203] 在本公开的另一实施方案中，富甲烷气经历进一步的甲烷化反应，将气体中可利用的一氧化碳和氢转变成甲烷和水。这没有增加气体的总燃料热值，但是更高的甲烷与氢和一氧化碳比值是某些应用，例如汽车使用所希望的。
[0204] 在本发明的另一实施方案中，二氧化碳从富甲烷流11中去除并分离。这增加了所产生气体的热值并且使过程的温室气体释放最小化。
[0205] 在本公开的实施方案中，在过程中产生的气体用作完全燃烧的燃料。例如，富甲烷燃料气可用作任何已知能量产生系统的燃料源，例如但不限于燃气涡轮机，蒸汽涡轮机和其它发动机。此类能量产生系统的操作和构建是本领域众所周知的。使用已知的二氧化碳重整和水煤气变换过程甲烷还可以转变成氢，并且氢随后用作已知的氢发电系统的燃料，例如燃料电池。氢燃料电池的操作和构建是本领域众所周知的并且包括用于汽车的燃料电池或者更大的发电系统，例如Fuel Cell Energy of Danbury Connecticut开发的那些。甲烷和/或氢任一个被收集并运输至能量产生系统或者可以直接输送进入此类系统中，在本公开的一个实施方案中，此类系统非常靠近本过程设备或者相结合。
[0206] 下面描述本公开的三个实施方案以提供从三种特定有机物质转变产生富甲烷燃料气的实例。使用计算机模型产生该信息，计算机模型采用有机物质的化学组成作为输入并且使用本领域技术人员已知的标准工程原理计算燃料气的组成成分。计算假定，甲烷作为反应物加入以通过蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应产生氢。计算假定下列的氢分离和回收系统的效率：85％的氢回收，92％的甲烷排斥，100％的CO排斥，50％的CO2排斥，和100％的水排斥。
[0207] 在一个实施方案中，消化的污水污泥被转变。污水污泥具有下列干基化学组成(mol％)：4.7％氮、34％碳、20％氧、4.9％氢、1.3％硫、0.1％氯和35％灰分。过程如此运行以致于在还原反应完成后剩余的过量氢为40mol％。产生的燃料气包含下列化学组成(mol％)：19％氢、40％甲烷、29％CO和12％CO2。1干公吨污水污泥转变产生具有18,500MJ的更高热值的富甲烷完全燃烧燃料气。
[0208] 在一个实施方案中，城市固体废物被转变。城市固体废物具有下列干基化学组成(mol％)：3.5％氮、39％碳、26％氧、6.4％氢、0.3％硫、1.2％氯、0.2％磷和23.4％灰分。过程如此运行以致于在还原反应完成后剩余的过量氢为35mol％。产生的燃料气包含下列化学组成(mol％)：16％氢、40％甲烷、31％CO和13％CO2。1干公吨城市固体废物转变产生具有19,400MJ的更高热值的富甲烷完全燃烧燃料气。
[0209] 在一个实施方案中，褐色煤被转变。褐色煤具有下列干基化学组成(mol％)：2.0％氮、77％碳、10.6％氧、5.5％氢、4.5％硫、0.1％氯和0.3％灰分。过程如此运行以致于在还原反应完成后剩余的过量氢为30mol％。产生的燃料气包含下列化学组成(mol％)：
12％氢、42％甲烷、32％CO和14％CO2。1干公吨褐色煤转变产生具有39,600MJ的更高热值的富甲烷完全燃烧燃料气。
12％氢、42％甲烷、32％CO和14％CO2。1干公吨褐色煤转变产生具有39,600MJ的更高热值的富甲烷完全燃烧燃料气。
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