专利名称：用于将有机物质转变成富甲烷燃料气的方法
技术领域：
本公开涉及将有机物质转变成富甲烷完全燃烧燃料气。具体而言，本公开涉及用于处理有机物质的方法，包括在过量氢气和过热蒸汽存在下将有机物质蒸发。
背景技术：
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- ，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。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
P
ΡΠ O天然气可以用于通过二氧化碳重整和水煤气变换反应产生氢。氢具有多种应用， 例如，它是化学工业的主要原料、氢化剂和例如氢动力汽车的氢燃料电池中的燃料来源。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。破坏有机废物物质的现存方法通常使用高温焚化实现。这些焚化器资金密集性强，并且因此需要大的设备，这增加了公众的担心。它们操作上昂贵并且已经表现出在加入危险物质过程中导致回爆或爆震的情况。下列是一组与商业尝试气化和蒸汽重整的专利TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 专利申请号 WO 2008/138118 ；TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 专利申请号 WO 2008/138117 ；TSANGARIS, Andreas，和 Margaret SWAIN, PCT 专利申请号 W0/2008/117119 ；TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 专利申请号 WO 2008/104088 ；TSANGARIS, Andreas，和 Marc BACON, PCT 专利申请号 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 专利申请号 W0/2008/011213 ;TSANGARIS, Andreas，和 Margaret SWAIN, PCT 专利申请号 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 专利申请号 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 专禾Ij 申请号 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 专利申请号 W02007/131239 ；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 ；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 专利申请号 WO 2007/131235 ；TSANGARIS, Andreas 和 Margaret SWAIN. PCT 专利申请号 W02007/131234 ；TSANGARIS，Andreas，Kenneth C. CAMPBELL，和 Michael D. FEASBY 禾 PKe LI，PCT 专利申请号 WO 2006/128286 ；TSANGARIS, Andreas, Kenneth C. CAMPBELL, Michael D. FEASBY，和 Ke Li, PCT 专利申请号 WO 2006/128285 ；TSANGARIS, Andreas V.，和 Kenneth C. CAMPBELL ；PCT 专禾Ij 申请号 WO 2006/081661 ；TSANGARIS,Andreas V.，George W. CARTER,Jesse Ζ.，SHEN,MichaelD. FEASBY,和 Kenneth C. CAMPBELL, PCT 专利申请号 WO 2004/072547 ；ZffIERSCHKE, Jayson,和 Ernest George DUECK, PCT 专利申请号 TO/2006/076801 ；SHETH, Atul C. PCT 专利申请号 W0/2007/143376。下列是与危险废物破坏有关的其它专利Abdullah, Shah id.用于降解土壤中聚氯联苯的方法.美国专利5932472 ；Almeida, Fernando Carvalho.美国专利 6767163 ；Anderson, Perry D.，Bhuvan C. Pant, Zhendi Wang，等·美国专禾Ij 5118429 ；Baghel, Sunita S.，和 Deborah A. Haitko.美国专利 5382736 ；Balko,Edward N. , Jeffrey B. Hoke，禾口 Gary A. Gramiccioni.美国专利 5177268 ；Batchelor, Bill, Alison Marie Hapka, Godwin Joseph Igwe, ^ . _ SH 禾0 5789649 ；Bender, Jim.美国专利 6117335 ；Boles, Jeffrey L.，Johnny R. Gamble，禾口 Laura Lackey.美国专利 6599423.Bolsing，FriedrichJPAchim Habekost.用于卤代烃还原脱卤作用的方法.美国专利 6649044 ；Cutshall, Eule R.，Gregory Felling, Sheila D. Scott，等·美国专利 5197823 ；Del linger，Harold Barrett，禾口 John L. Graham.美国专利 5650549 ;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 ；Farcasiu, Malvina，禾口 Steven C. Petrosius.美国专利 5369214 ；Friedman, Arthur J.，和 Yuval Halpern.美国专利 5290432 ；Ginosar, Daniel Μ. , Robert V. Fox,禾口 Stuart K. Janikowski.美国专利 6984768 ；Gonzalez, Luciano Α.，Henry E. Kowalyk，和 Blair F. Sim.美国专利 6414212 ；Gonzalez, Luciano A. , Dennis F. Mull ins, W. John Jani s, ^ . ^ H # ^lJ 6380454 ；Greenberg, Richard S.，禾口 Thomas Andrews.美国专利 6319328 ；Levin, George B.美国专利 5602四8 ;美国专利5100638;Newman, Gerard K.，Jeffrey H. Harwell，禾口 Lance Lobban.美国专利 6241856 ；Potter, Raleigh Wayne，和 Michael Fitzgerald.美国专利 6213029 ；美国专利61U675;Quimby, Jay M.美国法定发明登记 H2198H ；Reagen, William Kevin，和 Stuart Kevin Janikowski.美国专利 5994604 ；Rickard, Robert S.美国专利 510；3578 ；Ruddick, John N. R.，和 Futong Cui.美国专利 5698829 ；Schulz, Helmut W.美国专利 5245113 ；Sparks, Kevin Α.，和 James Ε. Johnston.美国专利 5695732 ；以及Zachariah, Michael R·，禾口 Douglas P. DuFaux.美国专利 593613。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°C，优选高于875°C的高温下的气相化学还原和此后的于高于大约1000°C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
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商和/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。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°C至大约650°C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°C至大约900°C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。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。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°C至大约600°C的温度下混合。
在又一实施方案中，将第一混合物在b)中加热至大约700°C至大约900°C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°C至大约875°C的温度。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。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，贵金属选自钼、银、钯、金、钌、铑、锇和铱。在本公开的另一实施方案中，气体混合物在C)中在大约70°C至大约100°C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°C的温度被中和。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。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°C至大约800°C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°C至大约750°C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。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。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°C至大约35°C的温度。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°C至大约500°C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°C的温度。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。在另一实施方案中，甲烷包含大约10%至大约20%体积比的氢。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。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。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；有机溶剤；商代有机溶剤；商代有机化合物，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；胼类；提炼和化学制造/加工废物，例如锅底残存 物；煤；或油和/或浙青加工废物，例如来自焦油砂。在另ー实施方案中，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。在另ー实施方案中，有机物质包括 生物质，例如木材废物或制浆废物。在另ー实施方案中，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。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。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。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，容器包括具有分別引入或从容器排出 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 ニ面。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。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。
本公开的实施方案将结合附图描述，其中图1是本公开方法的实施方案的示意图；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；图3是本公开实施方案的装置示意图；图3a是图3所示装置的详细视图；图北是图3所示装置的剖面视图；图4是本公开实施方案中混合器的示意图；图5是本公开实施方案中密闭室示意图；图6是本公开实施方案中带有紫外线的密闭室示意图；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；图8是本公开实施方案中二次洗涤器示意图；图9是本公开实施方案中氢气分离器和回收系统示意图；和图10是本公开方法实施方案示意图。
具体实施例方式(I)定义除非另外指出，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。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；商代有机溶剂；商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；胼类；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/或浙青加工废物，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。术语“煤”如本文所使用包括任何形式的容易燃烧的黑色或褐色沉积岩，例如褐煤 (或者褐色煤)、次烟煤、烟煤、锅炉用煤、无烟煤和石墨。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。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 %。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勻混合，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商和还原，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。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。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。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
11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)。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。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。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°C至900°C的温度的水。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。术语“碱In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。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。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士 5%的偏差。(II)本公开的方法和装置本公开包括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°C至大约650°C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°C至大约900°C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。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。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°C至大约600°C的温度下形成第一混合物。在a)中的大约450°C至大约650°C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。
Cl
方案1
450 0C S 650
4 HCI
O
4 HCI
2 H2O
8 H2 _^
450Γ至 650a)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。在又一实施方案中，将b)中的第一混合物加热至大约700°C至大约900°C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°C至大约875°C的温度。在b)中的大约600°C至大约900°C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。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。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，贵金属选自钼、银、钯、金、钌、铑、锇和铱中的一种或更多种。在本公开的另一实施方案中，气体混合物在c)中在大约70°C至大约100°C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°C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。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。
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°C至大约800°C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°C至大约750°C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。方案权利要求
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°C至大约650°C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°C至大约900°C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°C至大约600°C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°C至大约900°C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°C至大约875°C 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，其中贵金属选自钼、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°C至大约 100°c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°C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°C至大约800°C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°C至大约750°C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°C至大约35°C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°C至大约500°C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至沈任一项的方法，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.根据权利要求四的方法，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、商代有机溶剂、商代有机化合物、有机磷化合物、炸药、火箭燃料、胼类、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/或浙青加工废物。
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/或浙青加工废物是来自焦油砂的油和/或浙青加工废物。
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M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； )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
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。
全文摘要
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。
文档编号C10G47/00GK102387839SQ201080016276
公开日2012年3月21日 申请日期2010年2月11日 优先权日2009年2月11日
发明者C·S·麦克埃文, D·J·哈利特 申请人:自然能源系统公司