[发明专利]附聚物

说明书

本发明涉及由有机废物(如固态污泥或由垃圾制得的燃料)制得的附聚物，它适用于煤气化方法中或作为可燃燃料用于锅炉等。

污泥是原料污物的不溶部分，它存在于对污物进行有氧或无氧处理后留下的残余物中；目前对污泥的处理方法包括陆地填埋和海上倾倒。从环境观点看两种方法都不能令人满意。由于污泥的高水含量、存在毒性重金属并且安全焚烧需要位于等离子温度区的火焰温度，所以污泥的焚烧遇到了困难。

但是，近来提出了许多利用废物(包括污泥)制造燃气的方法。具体的这种方法，例如如美国专利5125931和WO94/17161所述，包括以固定的比例和含水量将经脱水的污泥与经粉碎的煤和纤维素固态废物相混合，将形成的混合物压制成团块或小球，使之与氧气和水蒸汽反应以煤气化所述团块，形成氢气和一氧化碳的混合物。

所披露的用于这种团块的粘合剂是废糖蜜、黑液、木素磺酸盐衍生物、啤酒厂废液、淀粉废液、膨润土、消石灰、生石灰、地沥青和沥青。未指明这些粘合剂中哪些是较好的，并且未给出这些粘合剂的使用条件。

可将基于有机废物(如上述有机废物)的团块煤气化以生产燃气，燃气可在气轮机中燃烧，接着回收燃烧产生的废气以产生蒸汽，再用蒸汽驱动汽轮机，可将气轮机和汽轮机连接到发电机用于发电。

为了满意地在工业上使用这种煤气化方法，所述团块必须满足下列标准：

(a)它们必须具有足够的物理强度(冷生坯强度，以粉碎强度、抗粉碎性和抗磨损性表示)，使之能经受运输、操作、用于煤气化过程中而不碎裂；

(b)在煤气发生炉中，当它们在重力作用下落入燃料床时，它们必须保持结构完整。也就是说，当它们通过煤气发生炉的各种反应区(包括干燥、脱挥发物、热解和气化区)时，它们不能碎裂或形成灰尘；

(c)它们必须耐热冲击，也就是说它们必须能承受瞬时高温(出于说明的目的，这种高温可以是约800℃烘箱中的温度)而不碎裂或明显失去结构完整性；

(d)它们应具有良好的焦化(carbonization)性能，即它们应适合于煤气化；

(e)为了避免煤气断流并确保燃料床空位，它们不应粘合在一起(团块本身固有的空隙度也有助于它们在煤气发生炉中的各种反应)；

(f)在排渣式煤气发生炉的情况下，灰分应形成一个熔融的渣池，熔渣被间隙地排出并淬火成固态玻璃质烧结块，该烧结块将重金属等封闭于其内部。

在工业上可行的方法的财政限制范围内必须满足上述标准。

现在我们提出一种改进的团块和其它附聚物的制造方法，包括使用经特殊挑选的粘合剂，使得形成的附聚物能容易地满足上述标准，并能适用于上述煤气化方法，或者适用于燃烧方法。

本发明提供一种耐热冲击、各自具有化学键合的高分子结构的附聚物的制造方法，所述方法包括：

(a)在水的存在下，在足以将木素磺酸盐保持在液体状态的热量下，将含有含碳颗粒燃料和/或动物粪便的有机颗粒物质与木素磺酸盐相混合，以便在颗粒物质的表面沉积一层木素磺酸盐的薄膜；

(b)在能使混合的颗粒物质中的水分挥发的条件下，用氧气(如在空气气氛中)老化涂覆木素磺酸盐的颗粒物质，所述老化可在钙离子的存在下进行，或者接着将经老化的颗粒物质与石灰(氧化钙或氢氧化钙)混合；

(c)在压力下使形成的可自由流动的塑性混合物成形，形成附聚物。

形成的附聚物具有聚合物的或高分子的(假煤状)结构，它具有优良的焦化性能和耐热冲击性。

已知酚具有影响煤的焦化性能的活性。木素含有取代的酚单元，并在煤等的焦化性能上具有相似的有益性能。

业已相信附聚物的耐热冲击性与在高分子(木素基)骨架之间形成磺酰基和硫桥有益地相关。还确信由所存在的钙离子形成的硫酸钙也有利于这种耐热冲击性。存在于最终附聚物中的硫以这种方式化学计量地被连接，即基本排除了不利地形成硫的氧化物或其它有害的硫化合物。

如果木素磺酸盐能与尿素或尿素衍生物反应，将有利于形成的混合物的可塑性；根据本发明较好的实例，最好使用污泥作为动物粪便以提供尿素或这种尿素衍生物。木素与尿素或尿素衍生物的反应是已知的反应。

当使用污泥时，最好预先过筛并脱水，通常脱水至水含量小于约70重量％(或固体含量大于约30重量％)。可用于本发明的其它类型的动物粪便包括猪粪，最好也将这种粪便脱水至如上面参照污泥所述的固体含量。

本发明方法中使用的木素磺酸盐(通常是造纸中的副产品)，形成具有要求强度的附聚物，这种强度可由附聚物对冲击、研磨和热冲击的耐受性得到证实。