[发明专利]含氯和含水燃料的有效利用方法

说明书

发明的背景

本发明涉及在不污染环境的条件下从低质有机材料中回收能量的方法。

众所周知，燃料(除核能以外)是含碳的，即燃料包括碳的骨架。流体燃料即油和燃气基本上是烃的混合物，而固体燃料的分子结构中含有相当量的氧。

煤是按照地质年代“分级”的。高级(最老)的煤有高的含碳量和低的含氧量、极低的亲水性，且是矿物状的。无烟煤和烟煤被认为是高级的。当煤的等级(年代)降低时，其含碳量降低，含氧量和亲水性增加，且更具纤维状。次烟煤和褐煤是低级煤。虽然泥炭不称为煤，但它是更低级、更年轻的化石燃料。

次烟煤和褐煤是重要的工业燃料，它们的开采成本通常较低。(粉末状的江河流域次烟煤还有另一个突出的特点—它的含硫量低，因此许多难以满足二氧化硫排放规定的企业非常需要这种煤。)然而，它们的高含水量和较低的热值造成其运输费用高，而燃烧效率低。

通常报道的热值会使人误认为水仅是一种稀释剂。除稀释作用以外，水的蒸发还浪费了另外的能量，这样使这种杂质有更大的缺点，特别对高价运输的固体燃料而言。

更低级的是许多具有干热值的有机废物和副产物(生物材料)，虽然它们通常不算作能源，但它们可对家庭供应作出有益的贡献。这类有机废物和副产物包括城市固体废物、工业废物、建筑和拆毁废物、造纸厂淤泥和污泥。其中包括许多农业、林业和采用农林原料的工业的木质和纤维副产物。与等级最低的化石燃料相比，这类废物和副产物的含碳量更低，含氧量更高。其中大多数也是纤维状的，且一般含有大量的水分。

发明家和企业家提出了许多碳化方法，企图克服低级煤的水/热值缺点，这些方法通过加热赶出水分和氧。换句话说，使含碳材料的碳富集。虽然提高了热值，但这种产物会有粉尘飞扬和自发燃烧的麻烦。被复杂有机化合物严重污染的副产物水产生了难于解决的处理问题(参见本发明人的美国专利5,000,099)。另外，这些碳化工艺通过一系列固体输送、加热、冷却、碾碎、筛分等步骤处理和加工原料和固体燃料产物，代价较高，且有污染和损失的可能。

与在国内管道输送流体燃料的容易、经济和干净相比，固体需用开放式的机械挖土机、输送机、推垛机、粉碎机、加料斗、火车车箱、堆土机、回收设备、研磨机等输送。所有这些设备都需要劳动力，且会产生噪声、粉尘、损失和污染废物的排出。现有的利用固体燃料的机械设备(culture)需要尺寸范围受到限制的块状燃料。在碾碎过大的材料使其尺寸一致的过程中必须剔除相当多过小的材料。这些“细”燃料几乎没有市场，它们造成材料的损耗和环境的污染。

能源部(DOE)和私人企业家曾试图解决固体燃料相对于流体燃料即油和燃气所具有的常被忽略的形式的困难。这些极普遍的尝试中的一种包括将煤转化成液体浆状燃料的方案，所述的液体浆状燃料称为煤—水燃料(CWF)，它已成功地在锅炉和为燃油设计的炉中进行燃烧。特别制备的煤—水燃料也已在实验用柴油机和燃气轮机燃烧器中燃烧。但不幸的是，大多数煤需要广泛的富集和昂贵的添加剂，这样使煤—水燃料的成本大约是所用煤的二倍。在提出本申请时，世界上油价很低，结果这种技术上可行的替代变得没有经济意义。

高级煤(无烟煤和烟煤)可被碾碎并浆化成50％或更高浓度的可泵送的固体浓缩物。当等级降低时(次烟煤至褐煤)，浆化能力变差。低级和废物燃料的浆化性差与其纤维性和亲水性有关。然而，在我的美国专利4,380,960中曾指出，通过将亲水性燃料浆加热到一个发生分子重排并裂解出二氧化碳和水的温度，使所述的燃料浆浓集，可得到低亲水性和纤维性的燃料(炭)，这样大大地提高了其可泵送的最大浓度。我曾称这种方法为“浆料碳化”。

北达科他大学的能量和环境研究中心(EERC)曾广泛研究北达科他和其它地方的褐煤的碳化(他们称这种方法为水热处理或水热干燥)。在一个连续的中间试验装置中与DOE签订合同的EERC碳化了低灰次烟煤浆。在浓集后，theAllison Division of General Mo-tors第一次成功地用这种固体燃料为工业规模的燃气轮机供应燃料。

EERC也曾研究了木质副产物如锯木屑的浆料碳化，使可泵送浆料的浓度(及能量密度)提高了约300％。