[发明专利]用于将固体废物转化成合成的油、气体及肥料的装置和方法

说明书

本申请要求于2014年5月1日提交的美国临时专利申请第61/986,997号的优先权。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及基于碳的废物可以通过其而被转化成(i)高级别的合成原油，(ii)合成气体(合成气(SynGas))，以及(iii)富含氮的灰肥(ash fertilizer)的系统、装置、和方法，并且涉及由此制备的组合物。在特别优选的实施方案中，本发明涉及动物废物例如鸡废弃物(chicken litter)在如下所述的工艺中向上文提到的产品的转化：所述工艺是生态环境友好的，可以使用具有多达75％含水量的原料，产生基本上无害的易散性排放，在低压下和在低于140华氏温度的皮肤温度下操作(没有爆炸的危险)，不需要原料的加热、冷却、或干燥，并且反应在初始点燃之后是自我维持的。

2.现有技术描述

如已知的，鸡是美国家庭和餐馆中非常流行的餐食。鸡产品的增加的销售已经导致鸡原料的广泛传播的工业生产和加工。在2013年，据估计在佐治亚州、阿肯色州、以及亚拉巴马州中的每个存在多于十亿只鸡；而密西西比州、北卡罗来纳州、得克萨斯州、以及肯塔基州离此不远。当然，这样巨大数目的鸡意味着来自铺垫材料(bedding material)和来自鸡自身的巨大量的被称为“鸡废弃物”的固体废物。据估计，十亿只鸡每天将产生5500吨鸡废弃物。这是当前引起严重环境问题例如地下水污染、甲烷气体产生、溪流和河流的污染等等的庞大量的固体/液体废物。美国环境保护局已经采取措施以改善鸡废弃物的不利的环境影响。见例如EPA Notice EPA 305-F-03-002,2003年4月,“Poultry Production and Environmental Stewardship.”。

已经做出一些尝试以将废物例如鸡废弃物转化成可用的能量。作为一个实例，本主题应用的发明人是于2011年6月21日授权的美国专利第7,964,026号和于2012年7月10日授权的美国专利第8,216,345号的发明人，其公开了用于将鸡废弃物转化成可燃气体的气化方法和装置。这是本领域显著的进展，但仅产生气体，而将油、焦油、以及其他“废物”材料过滤出。因此，损失许多势能。此外，已知可燃气体带来收集和分布问题，尤其在其中许多这样的设备分布在农业用地的广泛的区域内的生产模式中。考虑到它们的相对势能，油比气体更易于运输。

现在，考虑废物的全部形式。全部形式的废物是当代城镇和乡村生活的不可避免的产物和两难境界。动物废物造成对世界水域严重的威胁并且造成严重的健康危险。动物废物-鸡、猪或牛-是对自然栖息地、地下水、以及环境的健康的世界最大的威胁之一。据已经估计，世界范围内存在约170亿只鸡、10亿头牛、以及10亿头猪，它们每天产生必须被处置的130亿吨废物。工业化养殖的增长已经使成千上万的动物集中于越来越少的农场，导致相对小的块的土地上大量的动物废物，增加了溢出(run-off)的危险和水域损害。未处理的动物废物(raw animal waste)常在将甲烷气体释放到大气中的干燥或固化工艺下被用作肥料。工厂将动物群养殖在相对小的区域内，其中废物累积在大量的废物堆或恶臭的泻湖中，这可以威胁牲畜的健康以及泄漏或溢流，将危险的细菌、磷、以及硝酸盐污染送到供水中。动物废物排放甲烷，该甲烷具有25倍的二氧化碳的全球变暖潜能(Global Warming Potential)(GWP)。

然而，上文提及的专利中描述的已知技术仍旧不能实现许多期望的特性。关于农场产生的合成气，典型的农场不能消耗由此可产生的能量，并且不能在经济上受益于电力的销售，主要由于基础设施的资本成本。事实上，从环境和经济观点来看，该解决方案不向家禽农场提供净收益。

发明概述