[发明专利]将废料转化为燃料和其它有用产物的方法和设备

说明书

相关申请数据

本申请要求2008年2月26日提交的发明名称为“将废料转化为燃料和其它有用产物的方法和设备”的美国专利申请序列号12/037,914和2008年6月17日提交的发明名称为“将废料转化为燃料和其它有用产物的方法和设备”的美国专利申请序列号12/140,899的优先权利益，其通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及用于可持续废物管理以及由其生产燃料和其它有用材料的方法和设备。

背景技术

由于矿物燃料的持续消耗、CO2排放出现的影响以及对能源不断升高的需求，对传统矿物燃料替代物存在比以往更高的需求。废物产生的相对较高速度是世界必须克服的另一个问题。由于技术和再循环方案的改进通常不足以抗衡不断增加的废物产生、现有废物管理设备的老化和新设备建造空间的缺乏，废物管理已成为日益复杂的问题。

农业废物、生物废物、城市污水污泥(MSS)、城市固体废物(MSW)和粉碎残留物(shredder residue)是目前城市的几种废物类型。农业废物包括来自食品加工业和农业产业的废物，通常含有大量的水并且是易腐烂的，在处理过程中产生恶臭气体。当这类废物通常被丢弃时，这些物质堆积如填埋导致它们的腐烂，产生大量的硝酸盐/亚硝酸盐和甲烷气体，然后可污染地下水。或者，这些材料有时被掺入动物饲料，由此可能携带病原体并在食物链中保持其它不期望的特征。

面对不断增加的人口密度，生物废物的适当管理、搬运和处理也是必要的。全国性地，医院是医疗废物的主要产生者，在美国每年产生超过500,000吨。许多州担心获得性免疫缺陷综合征(Acquired Immune Deficiency Syndrome，AIDS)不断增加的威胁已导致越来越多的物品和材料变成医疗废物的定义之下，其被认为使产生的医疗废物的量增加超过一倍。生物废物引起的健康和环境危险要求发展专门的收集、运输和处理技术。

城市污水污泥(“MSS”)由于它的来源而包含高百分比的人类废物并因此具有高浓度的磷酸盐和硝酸盐，这是肥料期望的成分。但是，污水中存在的工业废物在污泥中还留有高毒性材料例如工业溶剂、重金属。当被应用于土地时，污泥向环境释放营养物和高浓度毒性化学物质。活的病原体也保持在污泥中，并且，当病原体繁殖时，可污染土壤并流入地下水。污泥的处理昂贵并通常占废水处理年成本的直至50％。目前使用的主要污泥处理选择包括农业利用、填埋和焚烧。

目前，废水处理厂被设计为将污泥的产生最小化，并将全部努力用于在处理或利用前稳定和降低它的体积。而且，增加的污泥处理成本和减少的填埋容量不断地促使人们对于污泥干燥的兴趣。虽然干燥减少了污泥的体积和重量，从而降低了运输和处理成本，但是它是能量高度密集型和费用昂贵的过程。尽管已提出了许多污泥处理选择并且这些选择具有将一部分有机材料转化为可用能源的可能，但是仅有几个已表明在工业规模上具有净能量产量。

通常地，城市固体废料被填埋和/或焚烧。对填埋场和焚烧炉的环境限制要求实施可选择的固体废物解决方案。公众对于焚烧炉引起的污染的呼吁也使得许多新焚烧炉项目的建设停止。

工业废物即粉碎残留物的处理同样也存在另一个挑战。粉碎残留物通常由车辆和其它材料(及其组分)例如空调、冰箱、烘干机和洗碗机的非金属部分组成，后一部分产品通常被称为白色货物(white goods)。粉碎工业每年回收大约一千万至一千两百万吨的含铁废料，其中大部分来自粉碎的汽车。但是，对于每吨回收的钢，产生大约500lbs.的粉碎残留物。尽管报废汽车、家用和商用设备的许多部分可以再循环、再利用或回收，但是相当一部分在粉碎过程中留下并且只能将其填埋。由于其中发现的有毒材料例如镉、铅、汞和其它重金属，进行粉碎残留物的全部处理更加困难。由于填埋用途可利用空间的有限数量以及危险废物处理增加的成本，需要可选择的解决方案。目前汽车和再循环产业处于发明以经济节能的方式利用粉碎残留物的方法的压力下。

虽然目前应用大量废物管理方法，但是它们不实用、产生进一步污染，或者考虑到能量和经济时成本太高。这些方法中的一些包括堆肥、焚烧、作为填埋的处理、农业应用和海洋倾倒。如下表1所示，每种方法都被各种缺点困扰。

表1-现有技术缺点