[发明专利]废弃物存储一体化的系统与方法

说明书

相关专利申请的互相参照

根据美国专利法第35条第119款的规定，本发明以2008年6月26号提交的美国临时申请文件NO.61/075,988作为优先权，该申请的名称为废弃物存储一体化的系统和方法，在此作为参考文献整体引入。

技术领域

本发明一般涉及替代能源、燃料以及石油化学产品。本发明具体涉及从存储在一体化仓储系统中的废物材料中回收能源和/或原料，还涉及将废物流中回收的原料最大化地转化为能源、燃料或石油化学产品的方法。

背景技术

对供暖、运输以及石油化学产品非常有用的燃料来源越来越缺乏，因此，其成本越来越高。那些生产能源和石油化学制品的行业正积极地寻找经济有效的工程燃料原料替代品，以将其用于生产那些产品和许多其他产品。另外，由于矿物燃料成本的不断增加，用于生产能源和石油化学制品的工程燃料原料的运输成本也在急剧攀升。

这些生产能源和石油化学制品的行业以及其他行业，通常在用于能源生产、取暖和电能的燃烧和气化过程方面、以及合成气体(用于化学制品和液态燃料以及涡轮机能源的下游操作)的产生方面，已经对矿物燃料(例如煤、油和天然气)的使用形成依赖。

燃烧和气化是热化学处理，用来释放储存在燃料源中的能量。当存在有过剩的空气，或者过剩的氧气时，反应器中发生燃烧。燃烧通常用来产生蒸汽，而蒸汽用来对动力涡轮机(汽轮机)发电。然而，燃料完全燃烧的强力特性导致生成的气体中将产生大量的污染物。例如，在矿物燃料的氧化空气中进行燃烧，例如，煤释放氧化氮，而氮氧化物是地面臭氧的前身，会引起哮喘发作。包含含硫的矿石，例如煤，的燃烧还是二氧化硫产生的最大源头，而二氧化硫不断产生形状为细小颗粒的硫酸盐。每年，美国的燃煤电厂造成的颗粒污染缩短了30000多人的寿命。成千上百的美国人受到哮喘、心脏疾病以及上呼吸道和下呼吸道疾病的困扰，这些都与电厂排放的细小颗粒物有关。

即使没有空气或者只有少量的氧气存在，气化也能在反应器中发生。在没有空气或者亚化学计量的氧气的情况下发生的热化学反应不会形成氮化物和硫化物。

气化产生气态的、富含燃料的产物。气化期间发生有两个将燃料源转化为可用燃气的工艺。在第一个阶段，高温分解或高温分解，在低于600℃(1112℉)的温度下原料释放出燃料的挥发性成分，这个工艺被称作脱挥发。高温分解中，难以挥发的副产物为焦碳，主要由固定碳和灰组成。气化的第二步，将高温分解剩下的碳进行还原，与水蒸气和/或氢气进行反应。在纯氧气条件下进行的气化可得到高质量的一氧化碳和氢气的混合物，该混合物不含氮气。

所发生的基本的气化反应：

1)C+1/2O₂→CO       -110.5kJ/mol(放热反应)

2)C+H₂O→CO+H₂      +131kJ/mol(吸热反应)

3)C+CO₂→2CO        +172kJ/mol(吸热反应)

4)C+2H₂→CH₄        -74kJ/mol(放热反应)

5)CO+→CO₂+H₂       -41kJ/mol(放热反应)

  H₂O

6)CO+3H₂→CH₄+H₂O   -205kJ/mol(放热反应)

所有的反应都是可逆反应，它们的反应速率取决于反应动力学，而反应动力学是反应器中温度、压力和反应物浓度的函数。可直接或间接地提供热量以满足吸热反应的要求。

现在已经发展出了各种各样的气化器。它们可以归为四个主要的类别：固定床上吸式(fixed-bed updraft)、固定床下吸式(fixed-bed downdraft)、起泡流化床式(bubbling fluidized＝bed)以及循环流化床式(ciculating fluidized)。其差别主要是在于反应容器中对燃料源的支持方式、燃料和氧化剂的流向以及供热至反应器的方式。