專利名稱：碳基材料向天然氣和活性碳的轉(zhuǎn)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將碳基物質(zhì)轉(zhuǎn)化成天然氣和活性碳的方法中的流體流動床， 更特別地涉及流體不足(fluid low)的速率，且并入如下文獻作為參考并要求優(yōu)先權(quán) 2007年11月23日提交的標題為“閉環(huán)流化床閃蒸氣化系統(tǒng)(CLOSED LOOP FLUIDIZED BED FLASH GASIFICATION SYSTEM) ”的美國臨時專利申請第61/004，082號和2008年7月28 日提交的標題為“將活性碳和合成氣變成柴油燃料的液化方法(LIQUIFICATION PROCESS FOR CHANGING ACTIVATED CARBON AND SYNGAS INTO DIESEL FUEL) ” 的美國專利申請第 61/137，213 號。
背景技術(shù)：
長久以來，將煤用作燃料源。隨著對替代燃料的尋找增加，幾個發(fā)明人已經(jīng)尋求 涉及煤的使用的進一步開發(fā)技術(shù)。這些發(fā)明人開始認識到在煤中發(fā)現(xiàn)的天然氣不限于煤， 而是在各種形式的人造和天然存在的物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)，所述物質(zhì)包括但不限于城市固體廢棄 物、污水、木材廢棄物、生物質(zhì)、紙張、塑料、危險廢棄物、焦油、浙青、活性污泥(activated sludge)、橡膠輪胎和油基殘余物。問題一般不是人們應(yīng)當在哪里尋找天然氣，而是如何釋放天然氣。這就導(dǎo)致了幾 種不同的有限的氣化液化技術(shù)。這些系統(tǒng)概括地包括下吸式氣化、上吸式氣化和流化床氣 化。下吸式氣化，也稱為“順流構(gòu)造系統(tǒng)”，依靠重力來移動原料，所述原料或許是煤。 燃燒體系與原料一起流動，從而使所得到的灰或爐渣落到底部。所述灰或爐渣是危險廢棄 物并原樣進行處理。這種部分燃燒體系得到了低BTU氣體，所述氣體必須進行全面清潔。上吸式氣化，也稱為“逆流系統(tǒng)”，使用鼓風機來引導(dǎo)所述原料向上通過所述系統(tǒng)。 燃燒源通常沿著與所述原料相反或垂直的方向進行引導(dǎo)。灰和爐渣落到底部，此處其作為 危險廢棄物被收集。這是部分燃燒體系，其導(dǎo)致低BTU氣體和焦油，所述氣體和焦油必須在 使用前進行清潔。常規(guī)流化床使用沙子、炭或其一些組合。流體，通常是空氣或蒸汽，經(jīng)過沙子引導(dǎo) 至其上面的原料。環(huán)境通常缺氧，從而導(dǎo)致部分燃燒。溫度相對低，從而導(dǎo)致低BTU氣體， 所述氣體必須在使用前全面清潔?；沂歉g性的，從而引起石灰?guī)r的使用以使腐蝕影響最 小化。流化床技術(shù)的一些實例如下Giglio (美國專利申請第2006/0130401號)公開了在循環(huán)流化床氣化工藝中共同 生產(chǎn)活性碳的方法。碳質(zhì)材料在流化床中進行處理，從而形成合成氣和炭。(1 14)在隨后的 步驟中，利用蒸汽和二氧化碳將炭變成活性碳。Giglio教導(dǎo)使用活性碳來清潔合成氣并分 離氣體與活性碳。清潔過的合成氣和固體在塵土中分離。Giglio使用分離器將活性碳和天 然氣與所述原料分離。即，通過流化床的氣流沒有用來根據(jù)密度分離碳質(zhì)材料的成分。Jha等人(美國專利第5，187，141號)公開了通過溫和氣化和氫化由煤制造活性 碳的方法。首先將煤加熱至水蒸發(fā)到低于揮發(fā)除去之間的溫度。然后在主要是非氧化氣氛中將干煤加熱以揮發(fā)并除去所含的揮發(fā)性物質(zhì)及產(chǎn)生炭。在第二步驟中，對炭進行氫化工 藝以使碳活化。通過流化床的氣流沒有用來根據(jù)密度分離碳質(zhì)材料的成分。Ueno等人(美國專利申請第2003/0027088號)公開了處理可燃廢棄物的方法。 可燃廢棄物包括紙張、塑料、煤、焦油、浙青、活性污泥和油基殘余物。18.可燃廢棄物在約 400 600°C的溫度下碳化。碳化的材料然后在惰性氣氛下經(jīng)歷約1000 1300°C的溫度。 這就趕走了揮發(fā)物并且可能使碳活化。碳化的產(chǎn)物被吹到排氣例如揮發(fā)物中，以凈化排氣。 (排氣優(yōu)選來自垃圾焚燒、發(fā)電站、煉鋼電爐、碎片熔爐和燒結(jié)機。)盡管承認它們之中含有 有害物質(zhì)，但是仍將所述揮發(fā)物用作碳化步驟的熱源。140.流體流動的速率通常未經(jīng)討論，也沒有考慮流體流量(flow rate)的益處。所需 要的是在碳基材料向天然氣和活性碳轉(zhuǎn)化期間流化床中氣體的流量，其得到了延伸超出燃 燒或轉(zhuǎn)化速度的有益結(jié)果。令人期望地，所述流量將需要懸浮在流化床上的材料與不需要 在床上的材料分離。

發(fā)明內(nèi)容
將碳質(zhì)材料加工成天然氣和活性碳的本方法可以包含如下步驟將原料放置在流 化床上；引導(dǎo)非氧化氣體通過所述流化床；調(diào)節(jié)所述氣體的速度，使得所述氣體慢得足以 將所述原料留在所述流化床上且快得足以除去活性碳和揮發(fā)物。在優(yōu)選的方法中，所述方法可以包含如下步驟將原料放置在流化床上；引導(dǎo)過 熱的非氧化氣體通過所述流化床；調(diào)節(jié)所述過熱氣體的速度，使得所述氣體慢得足以將所 述原料留在所述流化床上且快得足以除去活性碳和揮發(fā)物；使用所述活性碳讓揮發(fā)物得到 清潔，從而形成清潔的天然氣和活性碳；將所述天然氣和所述活性碳分離；將一部分所述 天然氣再循環(huán)回到所述流化床；收集所述天然氣的未再循環(huán)的部分；及收集所述活性碳。有利地，連通遠離流化床的增壓艙相對于流化床可以處于升高的位置，以允許揮 發(fā)物與活性碳直接混合，從而得到清潔的天然氣和活性碳。作為另一個優(yōu)點，所述速度使得流化床保持有碳質(zhì)材料的新鮮供應(yīng)并且自身將加 工過的材料從流化床上清理掉(purge)。作為又一個優(yōu)點，所述方法完全沒有水和氧，其導(dǎo)致部分燃燒，例如炭化，或完全 燃燒，例如灰，因而使得碳質(zhì)材料直接轉(zhuǎn)變成活性碳。作為又一個優(yōu)點，所述速度象重力分離器一樣發(fā)揮作用，所述重力分離器依靠所 述原料與活性碳和揮發(fā)物的混合物之間的密度變化。這些優(yōu)點和其他優(yōu)點將會通過閱讀以下描述并參照附圖而變得清晰可見。


圖1為示出本發(fā)明方法的流程圖；圖2為示出本發(fā)明設(shè)備的框圖；圖3為示出本發(fā)明方法第一工藝的流程圖；圖4為示出本發(fā)明第一處理器的示意圖；圖5為第一處理器的流化床的平面視圖；圖6為第一處理器的氣塞的示意圖7為示出本發(fā)明的鼓風機總成(assembly)和密封總成的部分剖視圖中的側(cè)視 圖；圖8為本發(fā)明的鼓風機外殼總成的俯視圖或仰視圖；圖9為本發(fā)明的鼓風機密封總成的仰視圖；圖10為本發(fā)明的鼓風機密封總成的俯視圖；圖11為本發(fā)明的外殼和鼓風機總成的沿圖7的線Ila-Ila和Ilb-Ilb的部分剖 視圖的右側(cè)部分；圖12為示出本發(fā)明第二工藝的流程圖；圖13為示出本發(fā)明第二處理器的各種部件的示意圖。這些附圖是以本發(fā)明的最佳形式呈現(xiàn)的，不得被視為旨在就任何方面加以局限。
具體實施例方式定義緊挨著在下面定義的以下術(shù)語在整個說明書和權(quán)利要求書中都具有該含意 描沭~綜述通過各種組件最容易理解本發(fā)明，但也可將其結(jié)合、整合或以其他方式構(gòu)成可理 解的完整設(shè)備10。以下詳細描述各種組件及其各自的工作方式，組件包括第一處理器130、 鼓風機210和第二處理器410。在組合的條件下，這些組件130、210和410將原料12加工 成柴油燃料14和天然氣16。包括天然氣16和活性碳18的中間副產(chǎn)物可按照用戶確定的 量任選地收集。在本節(jié)中，描述-綜述是對整個過程的觀察，并且得到以下描述的第一處理 器、鼓風機和第二處理器的支持。始終采用的附圖標記部分是根據(jù)其中使用該附圖標記的組件來確定的。當附圖標 記被選擇用來描述整個設(shè)備10的時候，部件號為兩位數(shù)；當提到第一處理器130的時候，部 件號為三位數(shù)，第一位為1 ；當提到鼓風機210的時候，部件號為三位數(shù)，第一位為2 ；當提 到第二處理器410的時候，部件號為三位數(shù)，第一位為4。諸如活性碳、天然氣等的成分具有 多個數(shù)字，第一位表示該成分被討論的章節(jié)，而后兩位對應(yīng)于適當章節(jié)中的其他內(nèi)容。本發(fā)明制造柴油的方法可以包括以下步驟提供原料12，圖1中的步驟30 ；加工 原料12，以制造貧氫的碳材料20和第一揮發(fā)物24，步驟32 ；氫化貧氫的碳材料20，步驟34 ； 及將經(jīng)過氫化的貧氫的碳材料20加工成第二揮發(fā)物26和柴油14，步驟36。在外延和術(shù)語方面換一種說法，本發(fā)明制造柴油的方法優(yōu)選包括以下步驟提供 原料12，其包含貧氫的碳材料20 ；及將貧氫的碳材料20加工成揮發(fā)物22和柴油14的混合 物。可以包括以下中間步驟將原料12加工成第一揮發(fā)物24和貧氫的碳材料20的混合物；及將貧氫的碳材料20加工成第二揮發(fā)物26和柴油14的混合物。第一揮發(fā)物24和貧 氫的碳材料20的混合物，可能是天然氣16和活性碳18的混合物；而第二揮發(fā)物26和柴油 14的混合物，可能包含天然氣16、比天然氣16更長且比柴油14更短的烴以及柴油14。原料12可選自煤、活性碳、炭、生物質(zhì)和其他碳基物質(zhì)。貧氫的碳材料20 —般是 活性碳18，但也可能是任何結(jié)晶、無定形或組合結(jié)構(gòu)的碳，其包括但不限于各種炭。第一揮 發(fā)物24優(yōu)選是天然氣16。第二揮發(fā)物26盡管含有天然氣16，但卻含有比天然氣16更長 的烴。本發(fā)明用于制造柴油14的設(shè)備10可以包括原料12 ；第一處理器130，該處理器 130適合于將原料12轉(zhuǎn)化成貧氫的碳材料20和揮發(fā)物22的混合物。鼓風機210優(yōu)選與原 料12流體連通，并經(jīng)調(diào)節(jié)而將原料12與貧氫的碳材料20和揮發(fā)物22分離。鼓風機210 希望部分地處在第一處理器130之內(nèi)、并部分地處在第一處理器130之外。任選地，第二處 理器410可操作地連接至第一處理器130，并適合于將貧氫的碳材料20轉(zhuǎn)化成柴油14和揮 發(fā)物22的混合物。在外延和術(shù)語方面換一種說法，用于制造柴油14的設(shè)備10可以包括包含貧氫的 碳材料20的原料12及適合于將貧氫的碳材料20轉(zhuǎn)化成柴油14和揮發(fā)物22的混合物的 處理器410。描述-第一工藝/處理器附圖標記110-126用于表示工藝步驟，示出在指定圖3的流程圖-上。附圖標記 130至300用于表示設(shè)備組件，示出在圖4至圖6上。將原料134加工成第一揮發(fā)物154和貧氫的碳材料157的本方法可以包括第一步 驟110，選擇原料134，如圖3所示。用來產(chǎn)生原料134的合適的材料包括但不限于煤、城 市固體廢棄物、污水、木材廢棄物、生物質(zhì)、紙張、塑料、危險廢棄物、焦油、浙青、活性污泥、 橡膠輪胎和油基殘余物。煤是優(yōu)選原料。煤的等級并不重要，因為這并不是涉及部分或完 全燃燒的工藝。然而，包括煤的潮濕的材料應(yīng)該加以干燥。然后，原料134被放到流化床144上，在圖3上表示為步驟112。該步驟優(yōu)選以受 控的方式進行，以免氧和/或水隨著原料134 —起進入。例如，原料134可通過氣塞系統(tǒng) 135進入。氣塞系統(tǒng)135可以包括進料斗136、螺旋鉆138、旋轉(zhuǎn)氣塞140及帶有套筒142a和 小孔142b的滑動門142。來自進料斗136的原料134被螺旋鉆138導(dǎo)入至旋轉(zhuǎn)氣塞140。 轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)氣塞140，將原料134下降到滑動門142的小孔142b。通過套筒142a，滑動門142 的振動將原料134導(dǎo)入至斜槽184上，在那里原料134掉到流化床144上。在到達斜槽184 時，原料134會遇到略微增加的大氣壓力。這種加壓的氣氛確保通過氣塞系統(tǒng)135的任何 氣流都保持向外的方向，而不是向內(nèi)。其他氣塞系統(tǒng)都是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的， 可代替這里所公開的氣塞系統(tǒng)135使用。原料134懸浮在流化床144的過熱的天然氣149中。懸浮在流化床144上的原料 134應(yīng)以這種方式懸浮使得原料134受到處于氣態(tài)的物質(zhì)例如過熱的天然氣149支撐。原 料134漂浮在氣流中。被導(dǎo)向原料134的過熱的氣體149形成氣流而且是優(yōu)選的氣態(tài)物質(zhì)。參見圖3上的114，過熱的天然氣149被引導(dǎo)通過流化床144，該流化床144將原 料134轉(zhuǎn)化成第一揮發(fā)物154和貧氫的碳157。貧氫的碳157優(yōu)選是活性碳156，而對于活性碳156的描述也適用于貧氫的碳157?？紤]到原料的粒度，需要選擇溫度，因為揮發(fā)物 154應(yīng)都被足夠快地釋放，以便將碳活化。原料134的直徑應(yīng)介于1/16至5/8英寸之間， 直徑尺寸優(yōu)選介于1/8至1/4英寸之間。這可以被稱為急驟加熱。過熱的天然氣149是清 潔的，可以是由本公開的工藝獲得的天然氣149，這里稱為再循環(huán)。過熱的天然氣149可被 加熱至1000-1500° F的溫度，優(yōu)選為1000-1200° F。這些溫度之所以理想是因為它們將 原料134急驟加熱，快速地例如在數(shù)秒內(nèi)去除揮發(fā)物。揮發(fā)物154的快速蒸發(fā)、膨脹將碳活 化。參見圖3的要素116，過熱的天然氣149的速度被調(diào)整到這種狀態(tài)天然氣149慢 到足以使原料134留在流化床144上，快到足以去除活性碳156和揮發(fā)物154的混合物。 基于材料的密度，例如密度較小的物料吹跑(以受控的方式)，該速度分離了原料134、活性 碳156和揮發(fā)物154。原料134的密度大于活性碳156，而活性碳156的密度則大于揮發(fā)物 154。因而設(shè)定氣流的速度，以便將密度較小的材料，例如揮發(fā)物154和活性碳156的混合 物，送入第一增壓艙(plenum) 152，讓原料134保留在流化床144上，用于進一步加工。該速 度慢到不會去除原料134。隨著流化床144繼續(xù)將揮發(fā)物154與原料134分離，原料134直 接轉(zhuǎn)化成了活性碳156，而無需炭化的中間步驟。由于缺氧，該系統(tǒng)不會部分或完全燃燒，因 而不會形成炭或灰。流量取決于流化床的大小。很小的床可以具有10立方英尺/分鐘的 流量；而很大的床可以具有20，000立方英尺/分鐘的流量。理想地，速度介于5500-6500 立方英尺/分鐘之間，最優(yōu)選是大約6000立方英尺/分鐘。置換器(displacer) 182可布置在斜槽184中，或許是可垂直振動的，可用于調(diào)節(jié) 開放區(qū)域即流化床144的大小。這又提高了天然氣149的速度，假定總流量例如移動的體 積維持不變。置換器182有助于更高效地從流化床144上去除碳，并保持流化床144更加 清潔。實際上，置換器182實現(xiàn)的效果勝過通過使用一臺或多臺鼓風機168提高性能來改 變速度。優(yōu)選的鼓風機168如下在標題為描述-鼓風機這節(jié)中所述。活性碳156和揮發(fā)物154從流化床144混合在一起，直至將要討論的渦流分離器 158，參見圖3的要素118。在揮發(fā)物154和活性碳156的混合物(或混合的收集物)中的 活性碳156，被允許用來清潔揮發(fā)物154，以便形成清潔的天然氣149和活性碳156。有害 化合物如汞、氯和硫的化合物，匯集在一起，被活性碳156收集起來并存儲在其中。在原料 134通常是煤中所發(fā)現(xiàn)的有害化合物已知只有在燃燒或被施加強酸的條件下才會釋放，而 在本發(fā)明中，這兩種情況都沒有發(fā)現(xiàn)。所以，可以相信有害化合物不會從原料134中釋放， 而是保留在活性碳156中，永遠也不會成為揮發(fā)物154的一部分。對本工藝的試驗沒有表 明揮發(fā)物154中有任何有害化合物，而離開流化床144的揮發(fā)物154是清潔的天然氣149。 應(yīng)該指出的是，原料134可能含有可燃氣體，其會是揮發(fā)物154，但卻是比天然氣149更長 的碳鏈。然而，卻允許進行清潔，限度為任何有害物質(zhì)的確能夠釋放?？梢员M早開始采用活 性碳156來清潔揮發(fā)物154以便形成清潔的天然氣149和活性碳156，至少當從揮發(fā)物154 和活性碳156正要離開流化床144時開始，清潔過程一直持續(xù)到完成為止。在渦流分離器158中，將活性碳156與天然氣149分離，參見圖3中的要素120。 渦流分離器158的大小和方式都是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。天然氣149可通過連接至 渦流分離器158的第二增壓艙162，用鼓風機168抽取，而活性碳156則從分離器158的底 部沉淀出來。所得到的天然氣149為中度BTU天然氣(lOOOBtu/SCF)。從渦流分離器158的底部收集到的活性碳156可被冷卻、篩分、分級/加工并包裝待售，或者可保持受熱并用 于如下所述的第二處理器410?；钚蕴?56的直徑尺寸在粉末至1/4英寸之間變化?；钚?碳156可在封閉式冷卻傳送帶中加以冷卻。在圖3中的再循環(huán)步驟122，大約10%的一部分天然氣149會被再循環(huán)回到流化 床144 ；大約5%或更少的一部分天然氣149會再循環(huán)進入燃燒器180進行燃燒，燃燒器180 用于過度加熱流化床144的氣體。沒有再循環(huán)的那部分天然氣149可被收集，如圖3中的步 驟124所示。收集步驟124可以包括將天然氣冷卻、壓縮和包裝待售。從渦流分離器158 的底部收集到的活性碳156可包裝待售，如圖3中的步驟126所示。以上公開的是將原料134加工成天然氣149和活性碳156的優(yōu)選方法。該工藝并 非是燃燒或部分燃燒的工藝，而是基于溫度和密度的分離工藝。以下描述的是實施所公開 的工藝的優(yōu)選設(shè)備130。將參考圖4。處理器130可有被連接到氣塞系統(tǒng)135的進料斗136。氣塞系統(tǒng)135可有螺旋鉆 138、旋轉(zhuǎn)氣塞140和滑動門142，該滑動門142位于套筒142a中并限定了小孔142b。螺旋 鉆138從進料斗136汲取原料134并將其導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)氣塞140。轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)氣塞140將原料134 降落到滑動門142的小孔142b中。振動套筒142a里的滑動門142讓原料134降落穿過小 孔142b，掉入斜槽184再掉到流化床144上?？墒褂帽绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的替代性氣塞系統(tǒng)135。沒有空氣或水分通 過氣塞系統(tǒng)135。這兩種情況都會導(dǎo)致燃燒，而燃燒不是本工藝的部分。在氣塞系統(tǒng)135以后，原料134到達流化床144。通常，流化床都是依靠沙子或炭 作為氣體通過的床。本發(fā)明采用金屬爐蓖146，它通身遍及小孔148 ；小孔148比原料顆粒 134小。通過流化床144引導(dǎo)的天然氣149(還可以使用不含氧的替代性氣體)被過度加 熱至上述溫度，。天然氣149可通過一個或多個床導(dǎo)管151引導(dǎo)，床導(dǎo)管的數(shù)量選擇應(yīng)使天 然氣以均勻的速度保持移動，而基本上沒有死點。上述的速度使原料134懸浮，并將揮發(fā)物 154和活性碳156吹入第一增壓艙152。原料134處在流化床144上，而過熱的天然氣149 則通過了流化床144。通過流化床144的天然氣149具有速度。將該速度調(diào)節(jié)至這樣的點，即天然氣149 慢到足以使原料134留在流化床144上，但快到足以去除揮發(fā)物154和活性碳156。這樣一 來，天然氣149流就成了讓原料134與活性碳156和揮發(fā)物154的混合物分離的分離器，這 種分離的發(fā)生是基于密度。允許揮發(fā)物154和活性碳156在第一增壓艙152里混合，以便清潔揮發(fā)物154，假 如任何有害化合物被釋放到清潔天然氣149當中的話。(試驗后，沒有發(fā)現(xiàn)有害化合物在該 工藝期間和本文所述的設(shè)備中的任何點上被釋放，所以揮發(fā)物154是清潔天然氣149。)增 壓艙152與流化床144流體連通，作為從中分離的揮發(fā)物154和活性碳156混合物的接受 器。與流化床144流體連通的第一增壓艙152可以布置在高于流化床144的點并且具有一 定尺寸和適合于接受揮發(fā)物154和活性碳156。允許其余的揮發(fā)物154與第一增壓艙152 里的活性碳156分離，第一增壓艙保持在流化床144的溫度或其左右。第一增壓艙152倒空到渦流分離器158中，渦流分離器158是揮發(fā)物/活性碳分 離器138。渦流分離器158優(yōu)選被加熱以保持天然氣149的溫度。渦流分離器158基于比 重分離揮發(fā)物154 (天然氣149)與活性碳156。(注意揮發(fā)物154，在與第一增壓艙152里的活性碳156混合后，是清潔天然氣149，而且在第一增壓艙152之后，揮發(fā)物154和天然氣 149就是可互換的術(shù)語了。)本質(zhì)上，活性碳156從渦流分離器158底部的小孔160掉出。 揮發(fā)物154被抽入第二增壓艙162，該第二增壓艙162設(shè)計用于冷卻、壓縮、再循環(huán)、包裝天 然氣，現(xiàn)在將要對其描述。第二增壓艙162可以包括被安置用來保持或調(diào)節(jié)天然氣149速度的一個或多個鼓 風機168。第二增壓艙162分別與第三增壓艙164和第四增壓艙166連接。大約10%的一 部分天然氣149會被引導(dǎo)通過第三增壓艙164，到達熱交換器170，并返回流化床144。(隔 熱層147可環(huán)繞流化床144或整個設(shè)備130。)在天然氣149進入流化床144之前，熱交換 器170過度加熱天然氣149。其余大約90%的那部分天然氣149被導(dǎo)入第四增壓艙166，在 那里這部分天然氣可與冷卻用熱交換器172、低壓壓縮機174和大容量儲存器176相互作 用，準備出售。氣體管道178從大容量儲存器176導(dǎo)向與熱交換器170相聯(lián)的燃燒器180。 燃燒器180燃燒天然氣149并向熱交換器170供熱。來自燃燒器180的燃燒過的氣體可被 向上導(dǎo)入煙囪150。第一處理器和第一工藝是以本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照構(gòu)成本文中的公開內(nèi)容 一部分的附圖可理解的方式公開的，據(jù)發(fā)明人所知其描述了創(chuàng)造和使用本發(fā)明的最佳方 式。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會看出在不偏離如所附的權(quán)利要求書所闡明的本發(fā)明的精神 和保護范圍的條件下可以進行改變。詳細描述_鼓風機帶有環(huán)境密封物210的該高溫鼓風機可以包括鼓風機總成220、軸242、馬達246、 外殼總成260和密封總成280。這些組件協(xié)作形成適合在高溫環(huán)境下工作的鼓風機210，其 中鼓風機210和馬達242需要在單獨的氣氛下工作。這些組件將按順序討論。鼓風機總成220可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的任何鼓風機總成。圖7所示的 是頂板222 (也示于圖8中)、底板224、包裝板(wrapper) 226、出口板228和出口 230，它們 協(xié)作以限定外殼232。圖8所示的頂板222可以是與底板224相同的形狀。外殼232限定了 室234，在那里風扇葉片236使氣體以氣旋方式移動，并引導(dǎo)氣體通過出口板228導(dǎo)出。所 以，氣體會通過入口板238進入，加速并通過出口板228限定的出口 230移出。在外殼232 里，可以是風扇葉片236和三腳架240。軸242與三腳架240連接，后者又與風扇葉片236連接。軸242在鼓風機總成220 的底板224穿過軸口(shaft opening) 244，然后穿過外殼總成260和密封總成280，連接到 馬達246。馬達246轉(zhuǎn)動軸242，從而影響風扇葉片236的運動，將氣體通過入口 238導(dǎo)入， 并通過出口 230導(dǎo)出。各種結(jié)構(gòu)性支架248都可提供鼓風機總成220和馬達246之間的支 撐。軸承250可使軸242相對于馬達246穩(wěn)定。所示的外殼總成260被連接到密封總成 280，后者又被連接到底板224。密封總成280上的凸出部252，可凸入鼓風機總成220。圖9-11示出的是外殼總成260和密封總成280。從圖9和10可以看出，外殼總 成260和密封總成280基本上是圓柱形，但也可以包括突起，以便螺栓或其他固定器可以穿 過。轉(zhuǎn)向圖11，外殼總成260可以包括外部外殼262，后者用于裹住軸承264。軸承264 還可以包括軸承套筒266，其將軸242嚙合在與滾珠軸承268相對的一側(cè)。潤滑孔270優(yōu) 選提供與滾珠軸承268的流體連通。外殼總成260與密封總成280連接，也許利用固定器272。應(yīng)當注意的是，從橫截面來看，基本上是圓柱形的外殼總成260和密封總成280基 本上是對稱的。為了提高清晰度，只有一半的橫截面，例如整個橫截面的四分之一，與軸242 的一部分共同示出在了圖中。密封總成280可以包括第一外殼部分282和第二外殼部分284，它們協(xié)作來限定冷 卻劑通道286。具有不同的直徑的0-形環(huán)288、290為第一和第二外殼部分282、284之間 提供了密封。沒有示出的小孔，優(yōu)選處在與密封總成280相對的一側(cè)。以這種方式，冷卻劑 292可被導(dǎo)入冷卻劑通道286，沿著密封總成280的每一側(cè)流動，并從出口流出。處在第一和第二外殼282、284與軸242之間的，是套筒294。套筒294會增加旋 轉(zhuǎn)支撐，并與軸242 —起旋轉(zhuǎn)，而且在一端帶有凸緣(collar) 296，在另一端帶有內(nèi)壓蓋 (inner gland) 295。凸緣296通過墊片297固定，后者可通過至少一個螺栓298固定到第 一外殼282。內(nèi)壓蓋295可讓可能穿過軸口 244的被加熱的氣體被收入室299中。室299 緊鄰第一和第二外殼部分282、284布置在與冷卻劑通道286相對的一側(cè)，從而限定它們之 間的熱交換器300。室299里的氣體保持相對停滯，因為沒有出口，并相應(yīng)地被冷卻劑292 保持冷卻。非故意的出口被將要描述的0-形環(huán)和外壓蓋里的油密封著。處在套筒294里的橡膠0-形環(huán)302，防止已穿過軸口 244的氣體進一步沿著軸242 移動。優(yōu)選由方格薄片(graphfoil)制成的墊圈304，防止已穿過軸口 244的氣體沿著第一 和第二外殼部分282、284的外側(cè)泄漏。因此，0-形環(huán)302和墊圈304防止已穿過軸口 244 的氣體移動，除非是進入室299。阻止氣體從室299中泄漏的密封物被嵌入了經(jīng)機械加工的 外殼306，以便維護套筒294。經(jīng)機械加工的外殼306維護著套筒294，使其對準軸242和密封總成280。緊鄰?fù)?緣296布置的是唇形密封物308。唇形密封物308可布置在含有油312的空腔310內(nèi)，油 312作為潤滑劑和密封物來防止來自鼓風機總成220的氣體從密封總成280中泄漏。唇形 密封物308旋轉(zhuǎn)地固定套筒294的一端。油312充當相對于密封總成280保持靜止的部分 如唇形密封物308與隨套筒294旋轉(zhuǎn)的組件之間的潤滑劑，如下所述。圖11示出了從右到左移動的銷釘314，它將接合環(huán)316固定到密封總成280上。 接合環(huán)316優(yōu)選由碳化硅(金剛砂)制成，以便達到其強度、摩擦系數(shù)和受熱性。0-形環(huán) 318防止氣體圍繞進一步密封室299的接合環(huán)316移動。唇形密封物308、銷釘314和接合 環(huán)316不會隨著套筒294 —起旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)地用油312潤滑。示出彈簧320相對于固定器322和圓盤324傾斜，并處在它們之間。圓盤324將 彈簧320的力傳遞給準質(zhì)環(huán)326。彈簧320、固定器322、圓盤324和準質(zhì)環(huán)326隨著套筒 294 一起旋轉(zhuǎn)，并沿遠離唇形密封物308的方向給套筒294施加壓力，由此隨著套筒294與 軸242 —起旋轉(zhuǎn)向套筒294提供可靠的控制。準質(zhì)環(huán)326與接合環(huán)316之間的接觸點用油 312來潤滑，因為兩個環(huán)326、316會彼此相對地移動。固定器322可將準質(zhì)環(huán)326固定到套 筒294上?？扇芜x地提供0-形環(huán)328，以便進一步密封來自鼓風機總成220的氣體，防止其 從室299中泄漏。人們從參照附圖閱讀上面的內(nèi)容可以看出，來自鼓風機總成220的被加熱的氣 體，通過各種0-形環(huán)、墊圈304和油312被有效密封在室299中。因此，氣體保持停滯，不 會將來自鼓風機總成220的熱傳遞給0-形環(huán)。然而，軸242可以是導(dǎo)熱的，能夠?qū)碜怨娘L機總成220的熱和來自緊鄰電機246的部分軸242的冷卻效應(yīng)傳遞給密封總成280。由 于0-形環(huán)，尤其是0-形環(huán)302比電機246更靠近鼓風機總成220，所以它可能會被加熱，尤 其是在極端溫度變化的情況下。然而，熱交換器300將來自軸242和套筒294的熱傳遞給 冷卻劑292，保持0-形環(huán)，尤其是0-形環(huán)302在安全的工作溫度下。在使用中，鼓風機210包括鼓風機總成220和被連接到鼓風機總成220的密封總 成280。密封總成280還可以包括至少一個密封物，例如0-形環(huán)302、328、墊圈304或油 312和冷卻劑292，冷卻劑292至少與密封物的一部分熱連通。鼓風機210可處在兩種單獨 的環(huán)境下。第一環(huán)境可以有第一溫度并含有第一類型而不是第二類型的某種氣體；第二環(huán) 境下可以有第二溫度并含有第二類型而不是第一類型的某種氣體。例如，鼓風機210優(yōu)選的使用方式是使鼓風機總成220處在第一處理器130內(nèi)， 其中溫度至少是1000° F，最可能是大約1200-1500° F，并含有作為可燃氣體的氣體。密 封總成220和電機246可處在這樣的環(huán)境下，其中溫度不超過100° F，而且周圍的氣體已 被氧化。借助旋轉(zhuǎn)將鼓風機總成220連接到電機246的軸242，可同時穿過第一和第二環(huán) 境，而不會將二種環(huán)境相互混合。密封物防止來自這兩種環(huán)境的氣體相互混合，冷卻劑292 使這兩種環(huán)境保持在優(yōu)選的工作溫度下。(注意，將氧與過熱的可燃氣體混合可能會導(dǎo)致不 希望的燃燒，并且電機246優(yōu)選在100° F或更低的溫度下工作地更好)。希望是水的冷卻劑292可以是任何導(dǎo)熱的可流動材料如防凍和溫度可調(diào)節(jié)的氣 體。冷卻劑292可與各密封物熱連通，也許是在水套如冷卻劑通道286中。作為選擇，密封 總成也可帶有與各密封物發(fā)生熱連通的任何其他熱交換器300。在操作中，電機246旋轉(zhuǎn)軸242，后者旋轉(zhuǎn)風扇葉片236。密封物如0_形環(huán)302、 328、墊圈304或油312防止圍繞鼓風機總成220的氣體與圍繞電機246的氣體相互混合。 與各密封物發(fā)生熱連通的流動的冷卻劑292保持這樣的溫度，在該溫度下各密封物不會退 化并仍可工作。也就是說，讓熱交換器300與各密封物熱連通將各密封物保持在可工作的 溫度下。以完全地公開創(chuàng)造和使用本發(fā)明的最佳模式的方式，參照附圖描述了鼓風機。在 不偏離本發(fā)明的精神和保護范圍的條件下，可進行實質(zhì)性和材料的改變。例如，鼓風機總成 220可處在過冷卻而不是過熱的環(huán)境下，在這種情況下電機可能需要保持被去除。詳細描述_第二工藝/處理器第二處理器(燃料加工設(shè)備)410可以包括產(chǎn)生機構(gòu)420和轉(zhuǎn)化機構(gòu)430。轉(zhuǎn)化機 構(gòu)430可進一步包括還原(reducing)機構(gòu)440、氫化機構(gòu)450、微波460、催化劑470和蒸餾 裝置480。提供了流程12以示出第二工藝中的各個步驟，并概括地對該工藝做了徹底 討論。適當?shù)奈⒉?60、催化劑470和蒸餾裝置480描述于參考文獻，仿生微燃料技術(shù)公 司(Bionic Microfuel Technologies, A. G.) 2007 年 1 月 20 日的“熱催化解聚(Thermal catalytic cbpolymerization) ”(第15版)。通過參考將該描述納入了本公開。將對這些 組件逐一描述。示意地示于圖13中的產(chǎn)生機構(gòu)420制造原料422，其可以包括活性碳424、炭426、 煤428和/或其他貧氫的物質(zhì)。適當?shù)漠a(chǎn)生機構(gòu)420包括在公開的市場上購買的原料。如 上所述在第一處理器130中制造原料422。通過以參考并入本文中的現(xiàn)有技術(shù)中描述的方式或本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的方式制造原料422。轉(zhuǎn)化機構(gòu)430的還原機構(gòu)440將原料422變成所需百分比的無定形碳442?；钚?碳424預(yù)計在批量431中始終保持一致，范圍可以是從100%無定形至100%結(jié)晶及其間的 任何情形。無定形碳442和結(jié)晶碳444優(yōu)選占原料422的全部，即100%?；钚蕴?24可被 轉(zhuǎn)化成無定形碳442，以便更完全氫化。相應(yīng)地，可提供試驗設(shè)備446來檢測在原料422的 批量431中的無定形碳442的百分比濃度和結(jié)晶碳444的百分比濃度。該試驗設(shè)備可以是 X射線結(jié)晶學粉末衍射(SDPD)，其公開在由諸如Inel、RigakU MSC和Bede科學儀器有限公 司發(fā)布的信息中，或者以本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的任何其他方式進行。結(jié)晶(活性)碳444可能需要非晶化或解聚，這可在下述的微波460中進行。相 應(yīng)地，可以使用百分比無定形碳442對結(jié)晶碳444的知識來確定該工藝、停留時間和向結(jié)晶 碳444施加的能量，從而以最低的資源消耗得到無定形碳442的所需百分率。無定形碳442 的所需水平可以是100%或者更低的數(shù)值。還原機構(gòu)440可以包括下述的微波460，或者可以是任何來源的熱、化學解聚/ 非晶化和/或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟知的制造無定形碳429的其他方式，包括缺氧的 (oxygen starved)過度力口熱。原料422至少有缺少或基本上缺少氫原子的可用的部分，這是柴油490產(chǎn)生所需 要的?；救鄙偈侵笡]有足夠的比例來防止在柴油490中烴的完全形成。相應(yīng)地，氫化機 構(gòu)450將氫原子與碳原子相結(jié)合，而碳則是原料422例如活性碳424、炭426、短烴鏈(天然 氣)和/或煤428的形式，并且具有無定形碳442或結(jié)晶碳444結(jié)構(gòu)，優(yōu)選是無定形碳442。 這種化學反應(yīng)是吸熱性的。氫化機構(gòu)450可以包括熱源452和氫氣或任何其他適當?shù)臍湓?454。熱源452可呈現(xiàn)原料422的形式，原料422被預(yù)熱至340° F至650° F之間的任何點 的溫度并包括產(chǎn)生機構(gòu)420和微波460，或被微波460加熱。在原料422被加熱至340° F 或更高的溫度的同時，原料422經(jīng)受氫氣454。碳、氫及其組合在高溫下呈揮發(fā)性，以便氫 化。相應(yīng)地，原料422可保持在碳的閃點或更低的溫度下，優(yōu)選300°C或更低的溫度下和/ 或保持在非氧化的氣氛中。例如，如果產(chǎn)生機構(gòu)420是如上所述的第一處理器130，則渦流分離器中的活性碳 424處在高溫下，并且本身可在非氧化的氣氛下經(jīng)受氫454。如下所述，微波460中的原料 422保持在足夠的高溫下，300°C或者更高，并且可以在那個點經(jīng)受氫氣454。布置氫化機構(gòu) 450的優(yōu)選點是在微波460中，因為原料422被還原成了無定形碳442，提供了更高的氫化 和最終的柴油燃料490的收率。在原料422存在的情況下、優(yōu)選氫氣454存在的情況下，微波460與催化劑470共 同作用。相應(yīng)地，微波460與催化劑470是結(jié)構(gòu)并且適合于聚合比12烴更短的烴，將活性 碳424還原成無定形碳442，將處在無定形碳442或結(jié)晶碳444結(jié)構(gòu)的活性碳424、炭426 和/或煤428氫化，及斷開大約12至14個碳長度或其左右的氫化碳鏈。還原機構(gòu)440、氫 化機構(gòu)450和微波460可以是如圖13所示的獨立的單元，也可以是在微波460中合并成單 一單元，優(yōu)選是合并。通過試驗，基于1/4英寸至3/8英寸的優(yōu)選粒度，優(yōu)選工作參數(shù)是頻 率為2. 45千兆赫，停留時間為1秒至10分鐘。優(yōu)選的催化劑470為沸石(氧化鋁-硅酸
^Tt. ) ο聚合工藝可以包括真正的聚合工藝，其中雙鍵鍵合到其他碳原子上的碳原子，就像在活性碳424中可能發(fā)現(xiàn)的情況一樣，將雙鍵斷開，而產(chǎn)生連接其他單體的位置。聚合還 可以包括打破活性碳424的晶體結(jié)構(gòu)、環(huán)等，從而暫時形成長度各異的被拉長的烴鏈例如 無定形碳442。沸石催化劑470對頻率2. 45千兆赫的微波做出響應(yīng)。這時，沸石470將原料422 聚合，形成帶有另外空的鍵合位置的單鍵碳鏈。在250°C或更高溫度下，來自氫氣454的氫 原子結(jié)合到這些空的鍵合位置，形成氫化的碳鏈。在第二溫度350°C下，沸石470通常斷開 14到16個碳長度的碳鏈。碳長度被認為與微波能量的頻率有關(guān)。在300°C或其左右的溫度下，微波460將能量施加到可以是煤428的原料422上。 本質(zhì)上，催化劑470與準備的原料422形成臨時的鍵。催化劑470利用施加的能量搖動/ 振動，從而形成氫化和拉長的碳鏈。最終，碳鏈達到了這樣的長度，即催化劑470的振動斷 開碳鏈。通過試驗，確定絕大多數(shù)的碳鏈都是在14至16個碳原子的長度，這是高級柴油燃 料 490。微波460不會同時將所有的原料422轉(zhuǎn)化成柴油490。相應(yīng)地，可用蒸餾工藝來分 離各種殘余物與柴油490。蒸餾機構(gòu)480可以包括冷凝器482、溫度計484和容器486。高 溫原料422高于從微波460出來的蒸發(fā)點。冷凝器482將氣態(tài)原料422冷卻。在各種溫度 下，冷凝物(condensation)都會形成，表明有一定數(shù)量的特定化合物。在340° F_650° F 形成的冷凝物是柴油490，并被導(dǎo)入容器486。蒸餾機構(gòu)480被構(gòu)造并適合于分離長度通常 在12至14個碳的烴鏈。尚待冷凝的氣體通常是待再循環(huán)的短烴鏈。基本上有兩種非再循環(huán)的副產(chǎn)物。第一種是所需的柴油燃料490，將它收集、冷卻、 包裝并運送到進一步銷售或使用的地點。第二副產(chǎn)物是殘余物488。殘余物488可以包括 未反應(yīng)的保留了硫化汞和其他無機化合物的活性碳424、部分催化劑470和其他無機化合 物。將殘余物488收集起來，并按照法定標準進行處理。在替代溫度下形成的冷凝物通常 是待再循環(huán)回到發(fā)電機492中的長度較短的烴鏈，發(fā)電機492可以為微波470供電。實施例1按照本公開制備樣品。尤其是，活性碳要從第一處理器130中獲取。對活性碳樣 品測量并稱重。加入催化劑，將樣品送入反應(yīng)器燒瓶。燒瓶被放在微波反應(yīng)器中，并以所需 的溫度和停留時間進行加工。得到的經(jīng)過蒸餾的柴油燃料具有這樣的特性，其符合或超過 了 ASTM D975標準。符合或超過ASTM D 975標準就允許這種柴油燃料公開出售。參照附圖及提交時已知的創(chuàng)造和使用本發(fā)明的最佳方式，對第二處理器410進行 了描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以看出，在不偏離如所附的權(quán)利要求書闡明的本發(fā)明的精神 和保護范圍的條件下，可以進行各種修改。結(jié)論以上全面描述了設(shè)備10及其相關(guān)方法，及其各自的工作方式，該設(shè)備10包括第一 處理器130、鼓風機210和第二處理器410。在組合的條件下，這些組件130、210和410將 原料12加工成柴油燃料14和天然氣16。包括天然氣16和活性碳18的中間副產(chǎn)物可按照 用戶確定的量任選地被收集起來。對設(shè)備10和整個工藝的描述得到對第一處理器、鼓風機 和第二處理器的描述的支持。參照附圖及提交時已知的創(chuàng)造和使用本發(fā)明的最佳方式，對設(shè)備10進行了描述。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以看出，在不偏離如所附的權(quán)利要求書闡明的本發(fā)明的精神和保護范圍的條件下，可以進行各種修改，其中的一些已經(jīng)提到。
1權(quán)利要求
一種將碳質(zhì)材料加工成揮發(fā)物和活性碳的方法，所述方法包含如下步驟將原料放置在流化床上；引導(dǎo)過熱的非氧化氣體通過所述流化床；調(diào)節(jié)所述過熱氣體的速度，使得所述氣體慢得足以將所述原料留在所述流化床上且快得足以除去活性碳和揮發(fā)物；使用所述活性碳讓揮發(fā)物得到清潔，從而形成清潔的揮發(fā)物和活性碳；分離所述揮發(fā)物和所述活性碳；將一部分所述揮發(fā)物再循環(huán)回到所述流化床；收集所述揮發(fā)物的未再循環(huán)的部分；及收集所述活性碳。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述原料包含選自如下組中的至少一種煤、城市固體廢棄 物、污水、木材廢棄物、生物質(zhì)、紙張、塑料、危險廢棄物、焦油、浙青、活性污泥、橡膠輪胎和 油基殘余物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述過熱氣體被加熱至1000°F到1500° F之間的溫度。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述過熱氣體被加熱至1000°F到1200° F之間的溫度。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述過熱氣體是天然氣。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述天然氣是清潔的天然氣。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述清潔的天然氣被再循環(huán)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述天然氣是中BTU天然氣。
9.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟足夠快地蒸發(fā)所述揮發(fā)物以使碳活化。
10.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟 使所述原料漂浮在過熱氣體中。
11.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟 混合所述活性碳和揮發(fā)物。
12.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟 冷卻所述揮發(fā)物的未再循環(huán)的部分。
13.權(quán)利要求12的方法，其還包含如下步驟 壓縮經(jīng)冷卻的揮發(fā)物。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述速度在10立方英尺每分鐘到20，000立方英尺每分鐘 之間。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述速度為約6000立方英尺每分鐘。
16.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟將一部分所述揮發(fā)物再循環(huán)至燃燒器，所 述燃燒器間接地使所述流化床的揮發(fā)物過熱。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述引導(dǎo)過熱氣體通過所述流化床的步驟將所述原料轉(zhuǎn) 化成揮發(fā)物和活性碳。
18.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟在所述原料轉(zhuǎn)化成揮發(fā)物和活性碳時，將所述原料與揮發(fā)物和活性碳分離。
19.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟使用所述過熱氣體實現(xiàn)分離，將所述揮發(fā)物和活性碳與所述原料分離。
20.權(quán)利要求1的方法，其還包含如下步驟使用所述活性碳讓揮發(fā)物得到清潔，從而形成清潔的天然氣和活性碳，這種清潔至少 盡早在所述揮發(fā)物和活性碳正要離開流化床時開始并繼續(xù)直至完成。
21.一種將碳質(zhì)材料加工成氣體和活性碳的方法，所述方法包含如下步驟 將原料放置在流化床上；引導(dǎo)非氧化氣體通過所述流化床；調(diào)節(jié)所述氣體的速度，使得所述氣體慢得足以將所述原料留在所述流化床上且快得足 以除去活性碳和揮發(fā)物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將碳質(zhì)材料加工成氣體和活性碳的方法，所述方法包含如下步驟將原料放置在流化床上；引導(dǎo)非氧化氣體通過所述流化床；調(diào)節(jié)所述氣體的速度，使得所述氣體慢得足以將所述原料留在所述流化床上且快得足以除去活性碳和揮發(fā)物。
文檔編號C01B31/08GK101918309SQ200980102080
公開日2010年12月15日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者舍曼·阿倫 申請人:比克比能源系統(tǒng)公司