具有或不具有添加剂的从油页岩拆解法获得的废页岩或灰分作为固体燃料的应用
阅读：626发布：2020-05-12
专利汇可以提供具有或不具有添加剂的从油页岩拆解法获得的废页岩或灰分作为固体燃料的应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 开发了一种制造 固体 燃料 的方法。根据该方法，可将废 页岩 、通过高温 油页岩 拆解过程获得的灰分、经处理的废页岩、从油页岩直接燃烧获得的灰分、从油页岩非直接燃烧获得的灰分或其任何混合物在不具有任何添加剂或具有有机和无机添加剂的情况下用作 固体燃料 。燃料的点燃 温度 高于300℃， 燃烧室 中的空气流动速度高于5m/s，在燃烧过程中可以添加 氧 来改善燃烧效率。在本发明中，还开发了制造熟料的方法、产生用于制造 隔热 (绝热)材料的原材料的方法、产生用于制造建筑砖 块 的原材料的方法、产生用于制造路铺设砌块的原材料的方法和产生用于气和液的纯化、过滤、 吸附 和吸收的 活性炭 的方法，以在燃烧过程中改善燃烧效率。，下面是具有或不具有添加剂的从油页岩拆解法获得的废页岩或灰分作为固体燃料的应用专利的具体信息内容。
1.一种固体燃料，其特征在于：
●其包含通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分，并且
●其在两个燃烧步骤中燃烧，其中，第一步骤是使用任何固体、液体或气体燃料将环境加热至550℃，且第二步骤是将第一步骤中的燃料替换为所述固体燃料，所述固体燃料包含通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分。
2.如权利要求1所述的固体燃料，其特征在于，将1％～100％的所述固体燃料与0％～
99％的有机和/或无机添加剂或有机和无机添加剂的任何混合物混合。
3.如权利要求1所述的固体燃料，其特征在于，将30％～90％的所述固体燃料与10％～
70％的有机和/或无机添加剂或有机和无机添加剂的任何混合物混合。
4.如权利要求1所述的固体燃料，其特征在于，将30％～90％的所述固体燃料与10％～
70％的有机添加剂混合。
5.如权利要求1、2、3或4所述的固体燃料，其特征在于，有机添加剂为任何有机生物质。
6.如权利要求5所述的固体燃料，其特征在于，有机添加剂为屠宰场的残余物或来自禽舍的有机残渣、纤维素、粘胶、丙烯酸类、塑料或橄榄残余物的泥炭，或它们的任何混合物。
7.如权利要求1所述的固体燃料，其特征在于，将30％～90％的所述固体燃料与10％～
70％的无机添加剂混合。
8.如权利要求1、2、3或7所述的固体燃料，其特征在于，无机添加剂是选自Fe2O3粉末、Al粉末、Zn粉末、硫粉末、铁粉末或铜粉末中的一种或多种粉末材料。
9.如前述权利要求中任一项所述的固体燃料，其特征在于，1％～5％的硫与95％～
99％的固体燃料混合。
10.一种制造熟料的方法，其特征在于，将85％～99％的灰分与1％～15％的无机添加剂混合，然后使混合物在炉中于550℃～3500℃的温度再次燃烧，其中，所述灰分是通过在
850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分。
11.一种生产用于制造隔热(绝热)材料的原材料的方法，其特征在于，将88％～99％的灰分与1％～12％的无机材料混合，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分；然后使混合物在炉中于
550℃～3500℃的温度燃烧；随后将灰分研磨以用于制造所述绝热材料。
12.一种生产用于制造绝热材料的高品质原材料的方法，其特征在于，将88％～99％的灰分与1％～12％的无机材料混合，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分。
13.如权利要求11或12所述的生产用于制造隔热(绝热)材料的原材料的方法，其特征在于，无机添加剂是选自Fe2O3粉末、Al粉末、Zn粉末、硫粉末、铁粉末或铜粉末中的一种或多种粉末材料。
14.一种生产用于制造作为建筑材料的砖块的原材料的方法，其特征在于，将30％～
100％的灰分与0％～70％的有机材料和/或无机材料和/或煤或其任何混合物混合，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分；然后使混合物在炉中于550℃～3500℃的温度燃烧，随后将来自所述炉的灰分研磨以用作用于制造砖块的原材料。
15.一种生产用于制造作为建筑材料的砖块的高品质原材料的方法，其特征在于，将
85％的灰分与15％的各种粉末金属混合，其中，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分。
16.如权利要求14或15所述的生产用于制造作为建筑材料的砖块的原材料的方法，其特征在于，有机材料为有机生物质，例如，橄榄残余物的泥炭、屠宰场的残余物或来自禽舍的有机残渣、泥炭、纤维素、粘胶、丙烯酸类、塑料。
17.一种生产用于制造铺设砌块的原材料的方法，其特征在于，将30％～100％的灰分与0％～70％的有机生物质和/或各种粉末金属和/或煤或其任何混合物混合，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分；然后通过以高于5m/s的速度供给空气而使混合物在炉中于550℃～3500℃的温度下燃烧，将来自所述炉的灰分研磨以用作用于制造铺设砌块的原材料。
18.一种生产用于制造铺设砌块的高品质原材料的方法，其特征在于，将95％的灰分与
5％的各种粉末金属混合，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分。
19.如权利要求17或18所述的生产用于制造铺设砌块的原材料的方法，其特征在于，粉末金属为Fe2O3粉末、Al粉末、Zn粉末、硫粉末、铁粉末或铜粉末。
20.灰分在液和气的纯化、过滤、吸附和吸收中的应用，其中，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分。
21.研磨成粒径小于40μm的粉末形式的灰分在液和气的纯化、过滤、吸附和吸收中的应用，其中，所述灰分是通过在850℃～1000℃的温度下进行拆解过程直至释放出所有有机材料而获得的废页岩灰分或油页岩灰分。
具有或不具有添加剂的从油页岩拆解法获得的废页岩或灰分
技术领域
[0001] 岩石是构成地球的主要成分。
[0005] 在传统的低温下的油页岩拆解过程中，该过程的残渣不能完全不含有机材料。残留的有机材料的百分比为5％～40％。来自油页岩过程的此种残渣为所谓的废页岩(spent shale)。
[0006] 从高温油页岩拆解过程获得的残渣趋向于在该处理过程中从油页岩中分离出有机和无机材料，从而产生被称为从高温油页岩拆解过程获得的灰分的产物。
[0007] 因此，来自该过程的所得灰分被声称为与废页岩等同，不过具有可忽略的有机材料百分比。
[0008] 用于制造固体燃料的灰分可以是废页岩、从高温油页岩拆解过程获得的灰分、经处理的废页岩或其任何混合物。
[0009] 可添加有机和无机添加剂材料。根据所需能量的量和应用领域(如熟料(clinker)、水泥的制备等)来确定添加剂的量。
背景技术
[0010] 岩石是构成地球的主要成分。矿物是构成岩石的要素。
[0011] 对来自地球表面及其内部不同深度的各种类型岩石的化学分析和经验研究表明，有限数目的化学元素是地球表面及其内部的不同类型岩石的主要成分，这些元素是：
[0013] 这些元素是任何类型岩石的关键成分，而已知和研究的剩余元素总计不超过地壳重量的1.5％。氧是最重要的元素，并且其在地壳的岩石中显示出电性质。
[0016] 氧作为地壳岩石中的关键成分的重要性体现在：在岩石中发现的晶体化合物中，元素(K、Na、Mg、Ca、Fe、Al和Si)看似围绕并连接于氧原子，不过程度较小。
[0017] 元素(Fe、Cl和S)起到氧的作用
[0018] 大多数岩石包含足够的氧来与正性原子量的元素键合，这些化合物被称为金属氧化物且其百分比总计为100％而不直接规定氧的百分比，硅酸盐岩石的氧化物为：SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5和H2O。
[0019] 碳酸盐岩石规定了CO2的百分比，硫酸盐岩石规定了SO2的百分比。
[0020] 构成地壳的岩石由于有效的地质过程经过很长的地质时间而成形。这些过程促成了一些类型岩石的构建和另一些类型的岩石的毁坏，不过岩石周期从熔融岩石开始至火成岩、然后至沉积物、随后形成沉积岩、随后或继续形成变质相，其产生变质岩。
[0022] 岩石的化学和矿物组成：
[0023] 岩石的结构始于地下熔体阶段，然后风化因素将其处理为若干类型的岩石，其为：
[0024] 火成岩：这些岩石的结构源自从地下喷发出的岩浆的固化过程。下表显示了火成岩中的主要氧化物的比率：
[0025]氧化物名称 化学符号 存在百分比(重量％)
二氧化硅 SiO2 59.14
氧化铝 Al2O3 15.32
氧化铁 Fe2O3 3.08
氧化亚铁 FeO 3.8
氧化镁 MgO 3.49
氧化钙 CaO 5.08
氧化钠 Na2O 3.84
氧化钾 K2O 3.13
水 H2O 1.15
二氧化钛 TiO2 1.05
二氧化硅 SiO2 59.14
氧化铝 Al2O3 15.32
氧化铁 Fe2O3 3.08
氧化亚铁 FeO 3.8
氧化镁 MgO 3.49
氧化钙 CaO 5.08
氧化钠 Na2O 3.84
氧化钾 K2O 3.13
水 H2O 1.15
二氧化钛 TiO2 1.05
[0026] 火成岩由以下主要元素构成：Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K和O。
[0027] 主要的氧化物是二氧化硅，其百分比为(52.5～73.5)％。
[0028] 沉降：由大气层与地壳的水圈重叠而导致的地质过程。
[0029] 沉积岩：代表5％的地壳岩石，并被认为是由变质岩或火成岩的分裂而产生的产物，其化学组成不固定，并且其可以处于页岩、砂岩或石灰岩的形式，且页岩、砂岩和石灰岩分别具有下述比例：1％、3％和16％。
[0030]氧化物名称 化学符号 火成岩(％) 沉积岩(％) 差异(％)
二氧化硅 SiO2 59.8 59.46 -0.34
氧化铝 Al2O3 15.5 1.1 -4.6
氧化铁 Fe2O3 3.11 1.74 -0.01
氧化亚铁 FeO 3.84 1.96 -2.11
氧化镁 MgO 3.52 15.6 -1.56
氧化钙 CaO 5.14 3.07 10.46
氧化钾 K2O 3.16 2.27 -0.09
氧化钠 Na2O 3.88 -1.06
二氧化硅 SiO2 59.8 59.46 -0.34
氧化铝 Al2O3 15.5 1.1 -4.6
氧化铁 Fe2O3 3.11 1.74 -0.01
氧化亚铁 FeO 3.84 1.96 -2.11
氧化镁 MgO 3.52 15.6 -1.56
氧化钙 CaO 5.14 3.07 10.46
氧化钾 K2O 3.16 2.27 -0.09
氧化钠 Na2O 3.88 -1.06
[0031] 沉积岩的化学组成比率为：页岩、砂岩和石灰岩分别为82％、12％和6％。
[0032] 沉积岩的矿物组成比率为：
[0033]金属 页岩％ 砂岩％ 石灰岩％
石英 22.3 66.8 4.7
长石 30 11.5 0
金属粘土 25 6.6 2.1
褐铁矿 5.6 1.8 0.5
碳酸盐 5.7 11.1 92
其他 11.4 2.2 0.7
石英 22.3 66.8 4.7
长石 30 11.5 0
金属粘土 25 6.6 2.1
褐铁矿 5.6 1.8 0.5
碳酸盐 5.7 11.1 92
其他 11.4 2.2 0.7
[0034] 变质岩：来自沉积岩和火成岩中发生的矿物转变的次生岩石，因而其化学组成介于两者之间。
[0035] 例如，页岩的转变通过下述等式示出：页岩→板岩→千枚岩→云母片岩→片麻岩。
[0036] 金属：由天然无机过程形成的元素，并且在化学组成和所属的晶体结构以及在其物理、化学性质、光学、电学和磁学特性方面彼此不同。
[0037] 除了晶体材料的制造，晶体化学科学旨在阐明晶体材料的化学组成、内部结构和天然特性之间的关系。
[0038] 化学键：离子或原子在晶体中借助电力彼此键合，并在出现于盐中时使其为非离子键。
[0039] 共价键出现在金刚石中，金属键出现在金属中，且范德华键是气体内聚的原因。
[0040] 基于晶体中键的性质，晶体划分为五类，其为：
[0041] 离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体。
[0042] 多型性：元素或化合物可以具有多于一种原子排列，其中，两种类型的相互作用之间存在区别：
[0043] 1)可逆的：在特定的温度和压力时出现，例如下述转变：
[0044] 压力(1)温度867℃
[0045] 石英﹤—﹥鳞石英
[0046] 2)不可逆的：并不需要一定的压力和温度
[0047] 白铁矿→黄铁矿
[0048] 为了在由油页岩加工过程所产生的页岩灰分和合适的添加剂(这些是制造固体燃料(固体燃料)所需的，且可用于多种工业领域)之间实现相容性，需要充足的热能。例如，除了产生热能以外，电能的产生在450℃～650℃进行，而水泥工业在1450℃进行。
[0049] 必须知晓剩余的固体燃料及其组成、其物理和化学特性的知识(以将其引入至合适的工业领域中)，例如用于水泥中的材料的性质，以及关于水泥的精细组成的知识以平衡灰分与添加剂，所述灰分和添加剂用于产生固体燃料，这实现所需热能，且残余的固体燃料是用于多种基础工业的重要原材料。
[0050] 原材料的化学组成为：
[0051]原料名称 CaO(％) SiO2(％) Al2O3(％) Fe2O3(％) MgO(％) 损耗(％)
石灰石 52 5.7 0.8 0.3 0.4 40.4
页岩 3.2 53.8 18.9 707 202 13.1
砂 0.8 70 15 5 0.2 8.6
粘土 0.5 61 16.9 12.4 0.4 7.8
石灰石 52 5.7 0.8 0.3 0.4 40.4
页岩 3.2 53.8 18.9 707 202 13.1
砂 0.8 70 15 5 0.2 8.6
粘土 0.5 61 16.9 12.4 0.4 7.8
[0052] 水泥生产炉中发生的反应的温度及该温度下的相互作用显示在下表中。
[0053]
[0054] 为了实现具有极高热含量以及常用水泥的模型组成的固体燃料，需要保持以下标准：
[0055] 1.二氧化硅比例
[0056]
[0057] ·SiO2的增加生成难以燃烧的熟料。
[0058] ·Al2O3和FeO3的热含量使SiO2和CaO联合。
[0060] ·在砂和粘土中存在Na2O和K2O，其导致形成损耗环，这对熔炉内壁具有有害作用。
[0061] ·易燃烧水泥的含义为需要较少量燃料即可燃烧的水泥。
[0062] ·难燃烧水泥的含义为需要较多量燃料才可燃烧的水泥。
[0063] 2.下式所示的铝铁比(％Al/Fe)：
[0064]
[0065] ·当式2所示的比例增大时，燃烧变得更困难。
[0066] ·铁具有加快石灰与二氧化硅之间的反应的合乎需要的作用。
[0067] 3.石灰饱和因子(LSF)：
[0068]
[0069] ·当SFT增大时，燃烧变得更困难。
[0070] 4.熟料温度时存在的液体百分比
[0071] 百分比＝1.13C3A+1.35C4Af+MgO+碱 (4)
[0072] ·高百分比是熟料更易燃烧的指征。
[0073] 5.燃烧能力指数(BI)：
[0074]
[0075] ·增大BI使得熟料燃烧变得更难。
[0076] ·增大C3S并降低C3A或C4AF使得熟料燃烧变得更难。
[0077] 水泥组成模型：
[0078] 下表显示了水泥组成模型：
[0079]氧化钙％ CaO 64.4
二氧化硅％ SiO2 22.2
氧化铝％ Al2O3 3.5
氧化铁％ Fe2O3 2.9
氧化镁％ MgO 2.2
三氧化硫％ SO3 2
燃烧损耗-未分解的剩余物％
全部碱％ Na2O和K2O 0.45
石灰％ CaO 0.9
铝酸三钙％ C3A 6.8
硅酸三钙％ C3S 54
硅酸二钙％ C2S 22.9
铁酸铝酸四钙％ C4AF 8.8
二氧化硅％ SiO2 22.2
氧化铝％ Al2O3 3.5
氧化铁％ Fe2O3 2.9
氧化镁％ MgO 2.2
三氧化硫％ SO3 2
燃烧损耗-未分解的剩余物％
全部碱％ Na2O和K2O 0.45
石灰％ CaO 0.9
铝酸三钙％ C3A 6.8
硅酸三钙％ C3S 54
硅酸二钙％ C2S 22.9
铁酸铝酸四钙％ C4AF 8.8
[0080] 对于显示出水泥的常见组成的标准的确切值，需要回到与水泥的常见组成相关的前述等式来得到：
[0081] 等式1)
[0082] 等式2)
[0083] 等式3)
[0084] 等式4)百分比＝0.45+2.2+8.8×1.35+6.8×1.13
[0085] 百分比＝22.2
[0086] 等式5)BI＝2.6-4.5。
[0087] 最佳的E级波特兰水泥要求具有确保以下值的百分比的原材料：二氧化硅比例为(2.5～3.5)、LSF为(90～95)、液体材料百分比为(20～27)以及BI为(2.6～4.5)。
[0088] 化学组成对BI的影响用来对特定的混合物确定BI；选择具有以下两个表所示的百分比的两种混合物：
[0089]
[0090] 相对燃烧能力的百分比：燃烧能力的百分比通过研究下表中示出的两种混合物的数据来说明。
[0091]
[0093] 一些水泥形成反应是可逆的，特别在燃烧区域中，该区域中产生的熟料必须即刻快速冷却，以避免获得生成低品质产物的此种可逆反应，如下式中所揭示的：
[0094]
[0095] 热反应：
[0096] 化合物和分解的热量在量上相等且在方向上相反，另外，该热量取决于劣化化合物的状态。
[0097] 考虑到形成C3S所需的热量大于形成C2S所需的热量，缓慢冷却将导致形成晶体形式的C3S和C4AF。
[0098] 油页岩：
[0099] 油页岩的定义为以不同形式存在的细晶沉积物，例如沉积石灰岩、沉积硅岩石和沉积粘土岩石。
[0100] 显微研究表明，Mastrecht和始新纪油页岩的基本物质相似，并属于沉积石灰岩、硅岩石和沉积粘土岩石，其有机结构看上去像独特的或多个痣/细胞，较大的是石灰形式，较小的是白云石形式，有时为磷酸盐形式。
[0101] 痣/细胞填充有碳酸氢盐材料，其中灰泥(mortar)是由方解石和粘土构成的显微晶体，其由于碳酸氢盐材料的吸收而呈黄色或棕色，其有时也呈现为白云石或磷酸盐晶体、石英碎片和含磷节结的形式。
[0102] 油页岩的组分限于下述基本类型：
[0104] ·含金属物质包含大比例的碳酸盐，方解石构成较大部分，剩余的为白云石。
[0105] ·碎屑材料是石英、粘土、Wlosbat和磷灰石，以及一些含磷碎片。据认为碎屑材料和含金属物质是固体燃料的主要成分，并且通过对其进行处理，可获得固体燃料残渣。
[0107] 热能被认为是任何工业的支柱及其主要引擎，并且随着发展和文明化，对能量的需求日益增大，因此，为了面对此种需求的增长，需要大量的能量、清洁能源和合理的价格。油页岩可以满足这些需求，并且可使能流过程系统化，以及维持地球的平衡和清洁性并保护其免受灾难，因为结构单元是平衡的，并且旨在根据精确的系统实现稳定性而不使其遭受可能导致毁灭和消失的灾难，例如核电厂。
[0108] 提出并应用具有最佳可用技术的下述等式：
[0110] 固体燃料建立在以下构思中：
[0111] 6.Fe2O3粉末(80颗粒份)与Al粉末(72颗粒份)在耐受极高温的坩埚中充分混合，该混合物的表面上为另一层粉末混合物(Al+BaO2)，然后使用Mg点燃混合物，随后根据下式发生反应并释放大量能量：
[0112] 2Al+Fe2O3→Fe+Al2O3+200Kcal
[0113] 所释放的热能足以熔化所形成的铁，其流下坩埚，并且Al2O3浮在熔体表面上。
[0114] 7.铝粉末与硫充分混合，在高温存在下发生化学反应，释放大量热能，并形成硫化铝Al2S3。
[0115] 8.当在氧的存在下将Zn加热至900℃的温度时，Zn燃烧生成蓝绿色火焰，并形成白色烟雾(ZnO)，其释放大量热能，如下式所示：
[0116] 2Zn+O2→2ZnO+170kcal
[0117] ·Zn粉末与硫充分混合，然后用Mg点燃混合物，混合物强烈燃烧并形成颜色为泛黄白色的ZnS，并且反应生成大量热能。
[0118] ·铁Fe填充物(7份)与硫S(4份)混合，然后用Mg点燃混合物，发生反应释放热能，将温度升高至红色程度，形成黑色硫化铁FeS。
[0119] 所有这些构思一起足以驱使炉内温度升高至(600～950)℃，在此范围内发生释放能量的反应。
[0120] 如果对油页岩样品进行有机分析，则对无机样品进行另一分析，并且，在上述温度范围内，发现基于上述概念的所有反应均发生，而且还存在其他反应。在从中提取出气和油后，这些其他反应引入油页岩添加剂从而获得一种新型的固体燃料，我们称之为固体燃料。
[0121] 对油页岩的分析结果：
[0122] 基于所获得的实践结果，可以发现油页岩的化学组成与油页岩灰分之间的关系。此关系导致了产生固体燃料的构思；因此，针对油页岩的结构及其灰分进行完全分析，并结合在一起确定灰分的添加剂材料，以将其转化为固体燃料。
[0123] 下表示出了油页岩结构(有机方面)及其灰分(无机方面)的结果：
[0124] 有机方面结果：
[0125]
[0126] 对油页岩灰分的分析结果(无机方面)
[0127] 无机方面
[0128]
[0129] 对固体燃料和固体燃料添加剂的介绍
[0131] 灰分燃烧的能力由CaCO3与SiO2和Al2O3和Fe2O3的反应认识到，因为在没有这些化合物的此种反应的情况下，在C4AF和C3A之外将不会生成C2S和C3S，C4AF和C3A也是用来生成熟料的热反应的一部分。不过，如果未使用特定的添加剂满足适当的条件，这些化学反应就不会发生。
[0132] 可以控制和使用所释放的热能，从而不会有伴随着可显著提高炉内温度的高能量的快速反应。不过，应当通过油页岩处理的操作来小心避免由于炉内的燃烧而对反应介质产生的副作用。添加剂是多种多样的。主要的目的是获得具有高能量的固体燃料以及不会损害必要生活要素的清洁燃烧能量。固体燃料残渣进入多种基础工业是极为有益的。
[0133] 人类参与破坏自然而没有注意到这种行为，事实上，水泥工业使用石灰石、粘土和二氧化硅以及玄武岩，其伴随着运输过程、破碎、研磨、掺混和与水混合以均匀化，对机械使用燃料、对这些过程使用电力、相关的大量水，破碎机、研磨机、传送带和炉内衬的磨损和磨耗，这些所有一起使得制造1吨水泥需要燃烧160kg传统液体燃料油。所有这些过程未得到观察并未纳入环境考量中，据称这些项目在可获得自然资源的沙漠区域中启动。不过，当这样做时，总是存在下述争论：在维持“石油珍贵、烧之可惜”的格言时，其应当引入至更重要的工业，这些工业对环境没有影响、保证经济利益和对文明进程具有正面效果的发展品质，并熟悉科学定则并确保可谨慎地调节能量使用，并保证其以合理的价格大量流动，并且即便是沙漠也可保持其自然之美。
[0134] 通过依赖科学定则来以科学方式在工作中使用这些标准，同时保持能量和质量定律并考虑能量清洁性和其价格的合理性。总之，文明标准规定，在以合理价格生成大量清洁能源时，能源应当安全并且不应伴随着灾难。
[0135] 本发明涉及油页岩处理技术，基于用先驱性试验工厂进行的使用执行单元的工业实验，其为油页岩处理提出了科学合理的投资项目，该试验工厂可具有给出关于投资回报的重要经济指数的商业生产线，并且具有可根据以下等式对环境产生良好影响的工艺：
[0136] 油页岩＝天然气+原油+煤
[0137] 更详细地分析上述等式给出了如以下等式所示的更一般的形式：
[0138] 油页岩＝页岩气+页岩油+水+热空气+固体燃料＝煤+原油+天然气
[0139] 固体燃料的来源和内容物：
[0140] 固体燃料的主要成分为灰分，其是油页岩处理的结果，考虑到灰分由彼此相互反应的可燃性材料构成，并且其大部分反应可视为能量释放反应。
[0141] 灰分由TiOs、Na2O、K2O、SO3、MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO和可忽略量的有机材料构成。这些氧化物在合适的反应介质中彼此反应，其证据是石灰石与砂在粘土和玄武岩的存在下的反应，反应介质为炉，在其中这些反应逐步发生，且结果形成了C2S和C3S以及C4AF(四碳酸氟化铝)和C3A(三碳酸铝)，随后燃烧反应开始，其确保这些化合物在足够的高温下彼此反应，由此生成熟料，然后熟料冷却，向其中添加特定的添加剂，随后研磨以获得页岩水泥。
[0142] 从对油页岩和油页岩灰分的化学结构的研究中，观察到碳酸盐的存在(方解石、白云石、二氧化硅石英、金属粘土、Ellite、Vitmoriolonate、黄铁矿、磁铁矿、磷灰石和含磷碎片)。
[0143] 对灰分进行的实验室分析表明，从油页岩处理得到的灰分的百分比为56％～86％，并且此种灰分包含高百分比的CO2(24％～38％)，其中CaO的百分比为3％～48％，Al2O3为0.5％～3.3％，Fe2O3为0.4％～2％，MgO为0.5％～3％且(K2O+Na2O)＝0.3％。
[0144] 指示灰分的熔融温度的值为B＝0.05～0.35，其中B为燃烧熟料的能力，并由下式计算出：
[0145]
[0146] 无机硫百分比为0.7％～2.9％，还存在其他重要的金属元素，且其存在的百分比表示为P.P.M.(每百万分份)。
[0147] 从油页岩拆解过程获得的灰分的应用
[0149] 在本发明的混合物中，混合物的成分以重量百分比给出。
[0150] 固体燃料添加剂：
[0151] 最基本的添加剂材料是空气，其可添加到热灰分中以保持其连续燃烧。
[0152] 添加空气和燃烧过程的机理如下所示：
[0154] 1.将固体燃料推入炉内部以到达燃烧区域的涡轮机。
[0155] 2.吸入/扭转(wrenching)涡轮机，吸入的作用是吸取空气以为燃烧提供燃烧所需的氧，空气流速高于5m/s，优选为40m/s～140m/s，并且应当一直调节该量。空气的量由炉的尺寸和发生燃烧的温度确定。扭转的作用是抽取燃烧过程的残渣和气，纯化该气然后推送至热交换器，热空气可以用于其他化学过程，而无需将空气返回至炉中。
[0156] 任何涡轮机的任何故障都将对熔炉功能产生负面结果，这导致炉内环的形成，并加快耐高温材料的交换过程。
[0157] 3.在使用固体燃料的情况中，空气可以是仅有的添加剂材料，以为在1000℃下工作的特定工业领域实现足够的温度，例如，为发电和纺织品制造实现所需温度。
[0158] 不过，通常，存在两种类型的添加至油页岩灰分中以制造固体燃料的添加剂材料，其为有机添加剂材料和无机添加剂材料。
[0159] 有机添加剂材料：
[0160] 有机材料为：
[0161] 1.煤：通过使煤经受破碎处理来合成煤，其中，所得碎片为油页岩碎片的尺寸。灰分与低品质煤混合。条件使得其与灰分良好混合以保证燃烧过程，意图从该均质混合物中获得的能量取决于完成燃烧过程所需的空气量和空气流的速度，因为燃烧过程的强度在空气流速度较高时增大，这得到更多的能量，这在某些工业如纺织品工业、水处理和发电中可能并不合适，这些工业总共需要350℃～650℃的温度，并且所得的具有两种形式的蒸汽(常规的和加热的)取决于所需的能量，因而不需要过量。
[0162] 2.屠宰场的残余物，具体而言为有机残渣；为了不需要干燥过程，粪便需要从这些残渣中分离出，这些添加剂的优势在于，其有助于生成大量能量，提高用于实现采矿工业的温度。所生成的能量的量取决于灰分添加剂的量。
[0163] 为了获得固体燃料，将灰分与屠宰场残渣(残余物)混合。除了空气速度为80m/s以外，其在燃烧反应中起到重要作用，并优选为封闭介质。
[0164] 3.泥炭：提取橄榄油后的橄榄残余物在经历干燥和破碎过程后，与油页岩灰分混合，其颗粒与油页岩灰分颗粒的尺寸相似。为了获得固体燃料，将灰分与橄榄残渣的泥炭混合。可以实现的温度量有助于获得110℃～700℃的温度范围，但是此处其并不主要依赖于空气，其依赖于在鼓风过程中仅为了除去由燃烧所得的残渣及气体而进入燃烧介质的空气。良好的混合过程考虑在内。
[0165] 4.来自禽舍的有机残渣：屠宰、拔毛和切割的残渣，特别是包含头、腿、皮和羽毛的这些残渣，混合是异常重要的，次要因素为空气的量和速度必需进行计量，反应介质密闭，扭转涡轮机非常重要，实现达到3000℃的温度的量为25％～30％，但是所得能量非常大。为了获得固体燃料，将灰分与来自禽舍的有机残渣混合。
[0166] 这些添加剂可以用于采矿工业中，因为其需要达到高于2000℃的高温的大量热。
[0167] 重要的是强调：通过经验发现，固体燃料的主要作用不是因为添加剂，而是因为在添加添加剂前需要对灰分施加的煅烧过程，其导致石灰石中释放CO2，并根据下式转变为生石灰：
[0168] CaCO3→CaO+CO2
[0169] 煅烧过程在900℃的温度开始，炉内部的燃烧气携带由石灰石分解产生的CO2，该过程为CaO与SiO2在Al2O3和Fe2O3的存在下的反应奠定了基础，并形成了C2S和C3S以及C3A和C4AF，这是最终形成熟料的燃烧过程的一个步骤，其中，添加合适的添加剂，然后进行处理过程，由此制得了用于建设的水泥。
[0170] 如果不是因为煅烧过程，则熟料化阶段将不能达到。
[0171] 未使煅烧达到其自然阶段会导致炉的功能破坏，因而通常在进入燃烧区域之前的煅烧是必需的且不能打折扣。这对于熟料的良好燃烧和以合适的方式获得高品质水泥而言是必要的。
[0172] 如果目标是获得具有异常高热含量的固体燃料，且固体燃料残渣足以覆盖水泥生产的需求，则添加剂满足触发固体燃料想法的构思，且添加剂随后使得固体燃料的残渣恰好是熟料。
[0173] 无机添加剂材料：
[0174] 为了获得固体燃料，将灰分与各种粉末化金属混合，例如Fe2O3粉末、Al粉末、Zn粉末、硫粉末、铁粉末、铜粉末等或其任何混合物。在完成掺混时该混合物混合非常良好。
[0175] 对经历处理过程的样品的分析改变了水泥标准要求特定的材料百分比的那些百分比，不过，油页岩和掺混物之间的反应释放了大量的能量，其可以在不用任何外部能源且在满足反应介质条件的情况下将介质温度升高至1500℃。
[0176] 1吨油页岩处理的产物：
[0177] 当处理1吨油页岩时，以下产物满足物质守恒定律并反映出与该过程相关的真实成本，对于添加剂而言，其百分比已经着重示出，并且是最初可获得的。
[0178]
[0179] 添加剂与意图实现的能量的量和固体燃料残余物的应用领域相关。
[0180] 由于所有反应都是释放能量的，因而形成熟料。
[0181] 在冷却过程后，将其取出并与较少百分比的石膏混合，所得的粉末为水泥。在提取和制造水泥过程中燃烧损失的量，在由固体燃料残渣形成水泥时燃烧损失非常低。下表可以用于比较。
[0182]原材料名称 CaO(％) SiO2(％) Al2O3(％) Fe2O3(％) MgO(％) 损失(％)
石灰石 52 5.7 0.8 0.3 0.4 40.4
页岩 3.2 53.8 18.9 7.7 2.2 13.1
砂 0.8 70 15 5 0.2 8.6
粘土 0.5 41 16.9 12.4 0.4 7.8
石灰石 52 5.7 0.8 0.3 0.4 40.4
页岩 3.2 53.8 18.9 7.7 2.2 13.1
砂 0.8 70 15 5 0.2 8.6
粘土 0.5 41 16.9 12.4 0.4 7.8
[0183] 在煅烧过程后发生热反应，其释放能量并由此形成C4AF、C3A、C2S和C3S，各化合物的百分比由以下式确定：
[0184] C3S＝4.07CaO-(7.6SiO2+6.72Al2O3+1.43Fe2O3+2.65SO3)
[0185] C2S＝2.83SiO2-0.75C3S
[0186] C3A＝2.65Al2O3-1.69Fe2O3
[0187] C4AF＝3.04Fe2O3
[0188] 参见这些标准，可看到指示用来将灰分转化为固体燃料的灰分添加剂量的指标。
[0189] 以执行前述关系的方式调整固体燃料的添加剂材料，固体燃料残渣可以生成良好品质的熟料。
[0190] 对这些化合物的解释说明：
[0191] C3S：负责灰泥混凝土的早期生长，如果C3S的百分比增大至高于65％，其将难以燃烧。
[0192] C3A：通过增大其柔性(形成弹性水泥)而对灰泥形成能力有贡献。
[0193] C4AF：对水泥的颜色有贡献，其百分比越大，颜色变得越暗。浅色水泥是优选的，铁是液化材料，并可有助于在比前述更低的温度下形成前述化合物。
[0194] 在研究中，目的在于改善燃烧过程，对抗燃烧过程和以任意方式提取工业原材料过程所产生的污染，在燃烧过程中使用固体燃料，节约空气和水的量，降低成本(高烟囱、静电沉淀器、污染气体分离和洗烟器)。
[0195] 当干燥固体燃料并随后将其粉末化为粒径小于200μm时，其点燃温度可以低至100℃。因此，当设计反应器和炉时，认为燃料的粒径为关键因素。
[0196] 炉内发生的反应：
[0197] ●碳燃烧反应：
[0198] 对来自油页岩处理的有机碳残余物和作为油页岩的不同原材料中的组分的无机碳加以区分。
[0199] 进行用于确定总碳含量的测试和用于确定有机碳含量的测试，并且有多种方法来计算无机碳的含量。
[0200] 在合适的反应介质中，碳在富氧环境中燃烧，其释放出CO2，不过在氧量有限时会释放CO，能量释放温度。
[0201] ●硅燃烧反应：
[0202] 在合适的反应介质中，硅在富氧环境中燃烧，这是能量释放反应，焓为ΔΗ＝910kg/mol，是碳燃烧的焓的两倍。
[0203] ●Fe2O3粉与Al粉的反应：
[0204] 此反应所达到的温度足以使所形成的铁熔化，该反应用于铁碎片焊接过程。
[0205] ●铝粉与硫的反应：
[0206] 在合适的反应介质中，发生强反应，释放非常大量的能量。
[0207] ●Zn燃烧反应：
[0208] 在合适的反应介质中并在氧存在下，燃烧Zn，释放大量的能量。
[0209] ●Zn粉与硫的反应：
[0210] 在合适的介质中，燃烧混合物，该反应释放非常大量的能量。
[0211] ●铁粉与硫的反应：
[0212] 在合适的反应介质中，发生强烈反应，释放非常大量的能量。
[0213] (反应介质是指燃烧炉，其中在始于650℃的温度下投入固体燃料(灰分+添加剂)。)
[0214] ●煅烧反应：
[0215] 开始于CaCO3的分解和CO2的释放，其中燃烧反应不可能发生(产生熟料的构成物)。如果煅烧没有完全进行，则这是非常重要的，并且在没有煅烧时，燃烧反应不能正确进行。
[0216] ●形成C2S和C3S的反应：
[0217] 这些反应需要高温，伴随着钙的消失以及C2S和C3S的形成，并且这在烧结温度下发生。
[0218] ●燃烧反应和熟料形成：
[0219] 与C2S和C3S反应导致形成C4AF和C3A的反应需要达到1450℃，这高于C3S的温度，燃烧过程获得了良好品质的熟料。
[0220] ●黄铁矿与铜在石英存在下的反应：
[0221] 反应释放大量能量并在氧的存在下不需要外部能源。
[0222] 固体燃料中的主要可燃元素：
[0223] 存在两种主要元素：碳和硅，其为固体燃料的燃烧奠定了基础。这两种元素的特征在于，通过在最外能级上存在四个电子，电离能量与原子尺寸相关，由于二者之间存在不同，这些因素使得这些元素的氧化物为酸性氧化物。
[0224]
[0225] 晶体硅具有四面体金刚石的形状，不过硅原子之间的热化学键的强度小于碳原子之间的强度。
[0226] Si-Si＝226K.J/mol
[0227] C-C＝356K.J/mol
[0228] 因此，硅并不具有金刚石的坚固性，并且非晶硅是微晶粉末。
[0229] 碳和硅并不受稀酸的影响，前者与碱反应，后者与稀碱反应。
[0230] 如果在氧的存在下充分加热碳，将形成CO2，在少量氧下形成CO。
[0231] C+O2→CO2ΔH＝-391K.j.mol-1
[0232] C+1/2O2→COΔH＝-11K.j.mol-1
[0233] 将硅在空气中加热至达到硅变成红色的温度：
[0234] Si+O2SiO2→ΔH＝-910K.g.mol-1
[0235] 可以看出，SiO2的焓大于CO2，因为Si-O＝452K.j.mol-1而C-O＝358Kj mol-1。
[0236] 碳水合物：存在两种类型的水合物，直链和闭合链；该两种类型还与两种饱和烃化合物模型和不饱和烃化合物一致。
[0237] 碳水合物的数目是多种多样的。
[0238] 其模型为CnH2n+2。
[0239] 硅水合物的数目有限，并且具有共价键的挥发性水合物链称为“硅烷”，其与烃相似，且通式为SinH2n+2。
[0240] 与碳相比，硅元素本身的原子之间的自粘附现象并不太重要，并且分子量较大的硅烷在高温下缓慢分解，并且其对氧的敏感性比其对烷烃的敏感性大，另外，所有硅烷在空气中发生自点燃，如下式所示：
[0241] CH4+2O2→CO2+2H2O
[0242] SiH4+2O2→SiO2+2H2O
[0244] 2SiO→Si+SiO2
[0245] 与碳一样，硅是可燃元素，不过其燃烧反应与碳相比释放更多能量。
[0246] 当考虑二氧化硅在自然界的存在机理并讨论其燃烧方式以计算其燃烧释放的热能的量时，将其与碳相比。二氧化硅在自然界以多种晶体形式存在，主要为：硅藻土、白硅石、鳞石英和石英。
[0247] 固体结晶状石英材料具有很大的吸收能力，并且因此其形状为大颗粒，其中每个硅原子与四个氧原子相连并呈四面体形状，如下：
[0248]
[0249] 通过分解四氟化硅或四氯化硅可以获得纯化的硅，并随后立即利用辅助燃烧材料(例如氢)将其燃烧。与碳原子不同，硅原子可以携带两组氢氧根，因此，通过改变该化合物和水解条件，可以获得直链、环状的聚合物以将这些硅连接起来，其具有与烃相似的性能。另外，关联性和键长使得硅能够以油形式存在，其特征为在高温下的稳定性，这使得其能够用作低温润滑剂，因为烃类润滑剂的粘度随温度的下降而增大。因此，可将硅视为具有高隔离因子的排水性材料。注意到，当查看信息时，硅在很大程度上接近于碳，其在特定条件下是可燃材料。
[0250] 由于反应介质是强气流存在下的高温炉，并且除了作为催化剂的碳的存在，可燃性硅以良好程度点燃，结果，氧在油页岩灰分和作为本征不可燃材料的添加剂材料的燃烧的全部成分中起到关键作用。
[0251] 在较大的工业领域中，即便石灰煤具有较低的热含量，也可以依赖仅添加石灰煤。
[0252] 对热含量为1800Kcal/kg、水分为8％且硫为0.9％的土耳其油页岩进行了实验，对油页岩的处理操作的分析结果示出在下表中：
[0253]CaO 23.27％
SiO2 42.24％
Al2O3 17.34％
Fe2O3 7.40％
MgO 2.94％
SiO2 42.24％
Al2O3 17.34％
Fe2O3 7.40％
MgO 2.94％
[0254] 当目标为获得具有高热含量的固体燃料、清洁的燃烧、大量的热量和合理的价格时，混合物与固体燃料残渣的重要性相关。如果主要目标为通过对油页岩灰分和煤灰的分析来制造水泥，则混合物由用于制造水泥的所有主要材料构成，其是由燃烧混合物的过程得到的。
[0255] 因此，可确认，油页岩处理项目是能源制造项目、熟料和水泥制造项目。
[0257] 由于采矿工作的困难性和与煤的燃烧相关的环境状况，认为煤是所有种类的化石燃料中最难应用的。
[0258] 煤的化学组成中，主要材料为由光合作用产生的以化学作用键合的碳-氢-氧，以及其他形式的氮、氯、硫和剩余的金属性元素。
[0259] 煤/焙烧的程度是构成煤的物质的百分比的标准，并且CH4是这些反应的关联气体，因为其导致获得棕色低品质煤、热含量低和低百分比挥发性物质的有害作用而必须将其除去。
[0260] 对于黑色(深灰色)高品质高热含量的煤而言，挥发性物质和杂质决定其应用。
[0261] 煤的高热含量使得中国公司(Foushon)在处理过程中将煤引入油页岩中，以在加热过程中利用其热量。
[0262] 当以对燃烧过程而言合适的量使用煤时，多种因素应当考虑在内，例如了解决定燃烧所需的空气的量的碳。
[0263] 水分有助于降低热量值，因为煤通过毛细作用吸收水分，硫的百分比为0.5％～5％，其与容器的污染和腐蚀有关。
[0264] 灰分：不可燃材料，并代表了在焙烧植物材料的泥中发现的碎片。
[0265] 氧：其百分比随焙烧水平的增加而下降，因为其百分比的增加将导致其应用降低。
[0266] 研发：
[0267] 研发的目的在于使用煤衍生物代替石油衍生物；这鼓励从煤中提取气体，且其成本低于从煤中提出石油衍生物。
[0268] 德国的研究成功获得一些成就，美国和英国在将煤转化为气的领域甚至在煤液化领域中进行了其他研究，这很大程度上归功于这些研究人员。
[0270] 煤液化：将煤转化为液体烃燃料的过程，并取决于通过加氢或剔除部分碳原子而降低碳的百分比并增加氢的百分比，产生煤或CO气，所有这些构思由于其高成本和大的量能量需求而仍然不实用。
[0271] 科研工作聚焦于支持以下情况的研究：
[0272] 1.高压介质中的煤加氢
[0274] 3.使用石油溶剂的煤分解
[0275] 4.改善由煤制得的气
[0276] 这些工作并未成功，因为其在发现阶段不能自我证明，在此要提及的是研究和开发仅应用于成功的构思，例如，当需要停止能量的随机使用并需要停止水泥的混乱生产时，以及为什么在没有预先研究的情况下使用大量的能量。
[0277] 所以，当考虑油页岩处理项目时，确认对气和油的需要与对水泥的需要是关联的。所有这些在提供原材料、能量和水的综合项目中是显而易见的。
[0278] 因此，不需要单独的水泥工厂，其反映在项目的经济方面，并满足土地稳定性的合适条件。
[0279] 现有技术
[0280] 在WO 2010/034621中，公开了一种热拆解方法，其生成蒸馏分离的产物蒸气，得到页岩气、页岩油和水。在我们的发明中，全部有机材料在950℃下蒸发，因而，剩余的灰分完全不含任何有机材料，因而其不会是焦炭。
[0281] 此外，本发明的固体燃料与不同的外部添加剂混合。
[0282] 关于向燃烧过程添加氧，我们同意这是本领域技术人员公知的，不过我们设法发现了在具有和没有外部添加剂的情况下添加的氧量与所需温度之间的关系。
[0284] 作为添加有机和/或无机材料的结果，本发明控制了所需的温度，并利用了因燃烧固体燃料而产生的残余灰分。
[0285] 关于本发明的权利要求3，WO 2010/034621 A1添加了全部由拆解过程产生的有机材料，而在本发明中，所添加的有机材料可以是来自拆解单元外部的任何有机材料(例如家禽残渣、泥炭……等)。因此，从反应器中取出包含0％有机材料的固体燃料以进行冷却，并随后进行处理以再次用于炉中处理新的油页岩。
[0286] 关于本发明的权利要求4和5，WO 2010/034621 A1并未提及添加除水、焦炉煤气和汽油以外的任何额外添加剂，而在本发明中，以针对每种添加材料特定的百分比添加了多种有机和/或无机添加剂。
[0287] 关于WO 2010/034621 A1中的点燃温度150℃～720℃，WO 2010/034621 A1提及了与所添加的氧速率有关的温度。在本发明中，使用临时点火器的方法与液体或气体燃料配合，直至温度达到550℃以上。
[0288] 在US 4886521中，所添加的Fe2O3与油页岩在气态环境下混合。在本发明中，所添加的Fe2O3与油页岩灰分混合，该油页岩灰分由于将油页岩加热至至多1000℃的温度而完全不含有机物，随后Fe2O3与其他元素一起使用，它们的反应释放热量，如本说明书和权利要求书中的化学反应式所示。此外，使用点火器来使温度达到高于550℃，以在无需气态环境的情况下启动燃烧过程。因此，本发明并不需要气态环境，其使用提取全部有机材料后的油页岩灰，而非使其在加热过程中燃烧。
[0289] 在IL 102275 A中，对油页岩进行以下过程：向油页岩中添加橡胶以提取页岩油、页岩气和固体燃料，而在本发明中，将添加剂添加至100％不含有机材料的油页岩灰分中。另外，在本发明中，添加了多种其他添加剂，对WO 2010/034621 A1的所有其他评述均适用于IL 102275 A。
[0290] 在CN 1453344 A中，公开了固体化石燃料的燃烧方法。根据该公开内容，将60重量％～100重量％的油页岩半焦废料和0～40重量％的油页岩筛屑混合，破碎，并在循环流化床锅炉中于850℃～950℃的低温下燃烧。
[0291] 在本发明中，将100％不含有机物的油页岩灰分与不同的添加剂混合以用作固体燃料。因此，针对WO 2010/034621 A1的所有评述均适用于CN 1453344 A。
[0292] 最后，在将其于流化床锅炉中燃烧后，CN 1453344中获得的温度范围是850℃～950℃，而在本发明中，燃烧后的温度可达到至多3500℃。
[0293] 在EP 0107477 A1中，将残余的废页岩视为固体燃料，并随后燃烧以制造蒸汽并加热新鲜的油页岩；在本发明中，100％不含有机物的油页岩灰分与不同的添加剂混合，然后燃烧。因此，对WO 2010/034621 A1的所有评述均适用于EP 0107477 A1。另外，在本发明中，固体燃料可以用作拆解单元外部的热源，这与EP 0107477 A1不同，在EP 0107477 A1中热仅用于加热新鲜的油页岩和产生蒸汽。
[0294] 在DE 3916597中，通过将来自牛或猪粪便处理过程的残渣与褐煤灰和/或煤灰混合而除去这些残渣，从而使该材料呈惰性，并由于NH3内含物而减少NOx，并产生无污染的煤制品。同时，可以添加结合SO2、HCl和HF的组分，例如石灰(CaO、Ca(OH)2、CaCO3)或来自甜菜生产的废石灰。应用/优势：该产物用作加热和发电站的燃料。向灰尘中添加该残渣，使其呈惰性并减少爆炸风险。
[0295] 在文献WO 2010/066316 A1中，公开了一种基于含碳化合物制造水泥或水泥替代物的方法，其中，含碳化合物在温度为600℃～900℃的炉中燃烧。在本发明中，通过使油页岩在850℃～1000℃的温度下燃烧而从油页岩获得非碳化合材料，其中，油页岩灰分中没有残留任何有机材料，其是无碳油页岩灰分。然后将不含任何碳的油页岩灰分与焦炭以外的所提出的添加剂混合。
[0296] 文献CN 102875184 A提供了一种由油页岩残渣制得的充气砖。制造其的化合物包括Al粉末以及无机和有机添加剂。在D9中，公开了一种使用油页岩和油页岩灰分制造砖的方法。在本发明中，通过使油页岩在850℃～1000℃的温度下燃烧而从油页岩获得非碳化合材料，其中，油页岩灰分中没有残留任何有机材料，其是无碳油页岩灰分。
[0297] 在EP 0727398A2中，公开了一种复合水泥，其快速硬化并发展为充分的强度，其包含烧结的油页岩、水泥熟料、硫铝酸钙、无水硫酸钙和减水剂。对WO 2010/066316 A1的评述均适用于EP 0727398 A2。
[0298] 文献US 3972724涉及使燃料页岩燃烧以同时产生水泥熟料和能量，对WO 2010/066316 A1和D9的评述均适用于US 3972724 A。
[0299] CN 101143766公开了用于建造墙和屋顶的油页岩类多孔隔热建筑材料，其包含预定量的作为基础成分的油页岩、可燃添加剂、氧化物和增强剂。对WO 2010/066316 A1和D9的评述均适用于CN 101143766 A。
[0300] JP 588538描述了将废油页岩供给至吸收塔中，并与来自管道的废气接触以进行湿法脱硫。在JP 588538 A中，使用塔来脱硫，不过，在本发明中，所制得的活性炭能够用于气和液的纯化、过滤、吸附和吸收。另外，所制得的活性炭从850℃～1000℃的温度下的油页岩处理获得，其中有机材料为0。
[0301] 在US 5571490中，高硫含量燃料在包含大量碳酸钙的油页岩的存在下燃烧，从而使硫和碳酸钙氧化并反应形成硫酸钙颗粒，其捕获燃料中的硫并阻止其释放至大气中。
[0302] 在文献WO 2009/010157中，公开了一种用于精炼包含油和/或沥青的固体(特别是油砂或油页岩)的方法和设施。
[0303] 在文献US 4054482中，公开了以下内容：“一种利用热载体处理含沥青或含油的微粒材料(特别是焦油砂)的干馏方法，其包括用热燃烧气在充气输送线中加热微粒状干馏残渣，然后将其送至收集容器中并在干馏区域与要进行干馏的微粒材料混合”。
[0304] 在文献US 3972724中，公开了一种处理油页岩来同时产生能量和水泥熟料的方法，其中，油页岩和/或煤页岩被拆解、均质化并在针式锤头磨机或振动磨机中活化。通过X射线微分析来监测处理效果，并自动控制该处理。同时将制造具有所需品质的水泥所需的预混物以受控速率添加。由此处理的材料随后在锅炉设施中、优选在至多1400℃的燃烧温度下燃烧，并同时烧结，由此形成包含至少60％水泥熟料的灰分和/或熔炉渣。从残留灰分和熔炉渣中分离出所述水泥熟料，并在冲击型磨机中以下述方式拆解：通过击打组件使各个熟料颗粒在优选小于0.01秒的时间内经受3～8次冲击，所述击打组件以至少15米/秒的速度、优选以50米/秒～250米/秒的速度运动。
[0305] 本发明的主要特征
[0306] 在本发明中，将灰分定义为废页岩、通过高温油页岩拆解过程获得的灰分、经处理的废页岩、从油页岩的直接燃烧获得的灰分、从油页岩的非直接燃烧获得的灰分或其任何混合物。其用作固体燃料的主要成分。
[0307] 为了在具有或不具有添加剂的情况下燃烧作为固体燃料主要成分的该灰分，需要至少5m/s的气流。可以添加氧来改善燃烧。另外，点燃该燃烧所需的温度为高于300℃。在点燃后，燃烧开始且炉温逐渐增加。通过控制空气和/或流动以及添加剂，炉温可以达到至多3500℃。可以添加氧来改善燃烧。
[0308] 在本发明的混合物中，百分比以混合物的成分的重量给出。
[0309] 当前使用的能源和用于制造固体燃料的灰分的热值示于下表中。
[0310]
[0311] 灰分的添加剂类型、其百分比和热值，以及所制得的固体燃料的热值在下表中。
[0312]
[0313] 图1显示了具有有机或无机或煤添加剂的固体燃料的热值。
[0314] 图2显示了具有有机和无机添加剂的固体燃料的热值。
[0315] 在本发明中，废页岩是指在当前采用的油页岩拆解方法后获得的灰分，并且内部具有有机材料。
[0316] 在本发明中，灰分是指用高温油页岩拆解方法获得的灰分，并且内部没有有机材料。
[0317] 本发明要求保护在当前采用的油页岩拆解方法后获得的废页岩或用高温油页岩拆解方法获得的灰分作为固体燃料的应用。
[0318] 在本发明中，固体燃料还可以是1％～100％的灰分(其是废页岩、由高温油页岩拆解过程获得的灰分、经处理的废页岩、从油页岩的直接燃烧获得的灰分、从油页岩的非直接燃烧获得的灰分或其任何混合物)与0％～99％的有机和/或无机添加剂或有机和无机添加剂的任何混合物的混合物。
[0319] 可将没有任何添加剂的灰分用作固体燃料，固体燃料还可以通过混合30％～90％的灰分与10％～70％的有机或无机添加剂或其任何混合物而制得。
[0320] 为了制造固体燃料，将30％～90％的灰分与10％～70％的有机添加剂混合。这些有机添加剂可以是有机生物质。可以将屠宰场的残余物或来自禽舍的有机残渣、泥炭、纤维素、粘胶、丙烯酸类、塑料或橄榄残余物的泥炭用作有机添加剂或其任何混合物。
[0321] 作为另选，为了制造固体燃料，将30％～90％的灰分与10％～70％的无机添加剂混合。这些无机添加剂为一种或多种不同的粉末金属。可以将Fe2O3粉末、Al粉末、Zn粉末、硫粉末、铁粉末或铜粉末的两种以上的任何组合用作无机添加剂。
[0322] 为了制造固体燃料，将1％～5％的硫与95％～99％的通过上述任一方法制得的固体燃料混合。
[0323] 通过本发明还可以制得作为水泥的主要成分的熟料。为了制造熟料，将50％～100％的灰分与0％～50％的低品质煤和/或无机添加剂和/或有机或无机添加剂或其任何混合物混合，然后通过以高于5m/s的速度供给空气而在炉中于650℃～3500℃的温度下再次燃烧该混合物。可以添加氧来改善燃烧。该燃烧的灰分(残渣)为熟料。其可以用于制造水泥。不过，在燃烧75％灰分与25％低品质煤的混合物后，可以制得最佳品质的熟料。
[0324] 另一方面，通过本发明，还可以制得用于制造隔热(绝热)材料的原材料，该隔热材料可以用于建造熔炉或建筑工业用隔热材料。为了获得用于制造隔热(绝热)材料的原材料，将40％～100％的灰分与0％～60％的各种粉末金属和/或煤或其任何混合物混合，然后通过以高于5m/s的速度供给空气而在炉中于650℃～3500℃的温度燃烧该混合物，获得用于生产隔热(绝热)材料的原材料。为了将该灰分用作制造隔热材料的原材料，将灰分研磨，并用作生产绝热材料的主要成分。可以添加氧来改善燃烧。不过，通过混合85％的灰分与15％的各种粉末金属，可以制得最佳品质的用于制造隔热(绝热)材料的原材料。
[0325] 在用于制造隔热(绝热)材料(其可以用于建造熔炉或建筑工业用隔热材料)的原材料的生产方法中，可以将Fe2O3粉末、Al粉末、Zn粉末、硫粉末、铁粉末或铜粉末用作粉末金属。
[0326] 作为另一种产品，通过本发明还可制得用于制造作为建筑材料的砖块的原材料。为了获得用于生产砖块的建筑材料，将30％～100％的灰分与0％～70％的有机和/或无机材料和/或煤或其任何混合物混合，然后通过以高于5m/s的速度供给空气而在炉中于650℃～3500℃的温度燃烧该混合物，将来自炉中的灰分研磨，以用作按照当前使用的方法制造砖块所用的原材料。可以添加氧来改善燃烧。不过，通过混合85％的灰分与15％的各种粉末金属，可以制得最佳品质的用于制造砖块的原材料。
[0327] 有机材料是有机生物质，例如橄榄残余物的泥炭、屠宰场的残余物或来自禽舍的有机残渣、泥炭、纤维素、粘胶、丙烯酸类或塑料……等等。
[0328] 作为另一种产品，，通过本发明还可制得用于制造铺设砌块(pavement block)的原材料。为了获得铺设砌块，将30％～100％的灰分与0％～70％的有机生物质和/或各种粉末金属和/或煤或其任何混合物混合，然后通过以高于5m/s的速度供给空气而在炉中于650℃～3500℃的温度燃烧该混合物，将来自炉的灰分研磨，以用作按照当前使用的方法制造铺设砌块所用的原材料。可以添加氧来改善燃烧。不过，通过混合95％灰分与5％各种粉末金属，可以制得最佳品质的用于制造铺设砌块的原材料。
[0329] 为了获得铺设砌块，可以将Fe2O3粉末、Al粉末、Zn粉末、硫粉末、铁粉末或铜粉末用作粉末金属。
[0330] 灰分是废页岩、由高温油页岩拆解过程获得的灰分、经处理的废页岩、从油页岩的直接燃烧获得的灰分、从油页岩的非直接燃烧获得的灰分或其任何混合物，可以处理这种灰分以使其100％不含有机材料，其可以以研磨形式用作活性炭以用于液和气的纯化、过滤和吸附和吸收。用于液体纯化的研磨后灰分的粒径为8μm～40μm。用于气体纯化的研磨后灰分的粒径为4μm～10μm。
[0331] 对高温实现机理的说明如下。
[0333] 化学能通常储存在物质内部，并有助于分子中的原子结合过程以及使材料分子结合在一起的过程。化学能常常经化学反应转化为热能。
[0334] 核能由原子核的原子引发，是原子核粒子的重排和组装的结果。这伴随着这些粒子的部分质量转化为能量。
[0335] 核能的升温机理说明如下。
[0336] 质量转变为能量的量是反应介质中可以实现的温度控制过程的关键因素。
[0337] 原子是物质结构的基础，并且认为能量是该基础的引擎，这表明物质和能量之间有互补关系。由此可以得出，原子核的质量是物质的能量含量的主要标准。
[0338] 当原子核的质量小于其组分的质量之和时，将原子核质量的缺少视为原子核的组分之间的关联能的指标。原子核的组分之间的关联能可以用下式的爱因斯坦定律计算出：
[0339] ΔE＝ΔMC2
[0340] 其中，ΔE为关联能的量的变化，ΔM为原子核质量的变化，且C为光速。
[0341] 化学相互作用能的升温机理的说明如下。
[0342] 在此领域中，必须利用化学相互作用的优势来获得热能。
[0344] 核反应：其中原子核与其他原子核或核子(质子或中子)相互作用。该相互作用在非常短的时间内发生，从而生成新的原子核或更多。所得的相互作用与释放少量的粒子和能量相关。
[0345] 当基于克数而非原子核的相互作用来计算相互作用能时，所释放的能量将是巨大的。
[0346] 这些事实使得所述相互作用接近使热反应介质达到高温的核反应。所得的高温有助于一系列新的相继热反应的发生，结果，反应介质温度可以达到至多与恒星的表面温度相似水平的温度，并且这种介质适于使热核反应继续。
[0347] 总之，就关联能量而言可以根据爱因斯坦定律从核质量中储存的核能获得能量，或者从键中储存的化学相互作用能获得能量。
[0348] 为了处理油页岩，在燃烧反应介质的中心处达到1600℃的温度并且在反应器壁处达到1000℃的温度就足够。
[0349] 如果使用燃烧系统(燃烧介质)的目的是为了达到采矿工业需要的高温(开始于2000℃以上的温度)，则改变反应介质(反应器内衬材料)和增大用于转变为能量的材料的量(实现在恒星表面发生的现象)就足够。因此，转变为能量的材料的量增加得越多，实现的反应介质温度就越高。
[0350] 总之，首先利用化学反应的特性来获得高温，其次利用热核相互作用的特性来实现高温。这突出了从高级固体燃料中储存的潜在能量(以达到如此高温)的获益水平。
[0351] 由于所有类型的岩石由八种关键元素以及不超过2％的不同次要元素构成，因而认为所有这些元素在氧的存在下或在足量空气的存在下是可燃的。
[0352] 上述科学事实的存在和充分研究的计算的实施表明，能够获得有助于金属熔化和蒸发的温度，并且考虑了实现所需的高温依赖于能够承受该温度而不达到崩塌状态的燃烧介质。因此，在存在能够承受此种温度的燃烧介质的前提下，可以达到任何高温。
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