CN109073216A - 通过阴燃燃烧产生或回收物质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于通过阴燃燃烧有机物质产生或回收气体物质例如氢气和固体例如金属的方法。所述方法包括将多孔基质物质与有机物质混合，并且在一些实施方式中与催化剂混合，来产生多孔混合物。使混合物暴露于氧化剂，从而引发混合物的自持阴燃燃烧，并收集蒸汽和燃烧产物，或在燃烧后处理多孔基质来使多孔基质物质与含有有价值的无机物质的灰分物理分离。其它实施方式使有机物质或催化剂或多孔基质物质或其混合物在蓄积池，例如反应容器、储留池或基质堆中聚集。其它实施方式利用至少一个加热器来引发燃烧，并利用至少一个空气供应口来供应氧化剂以引发并维持燃烧。

Description

通过阴燃燃烧产生或回收物质的方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2016年4月19提交的美国临时专利申请号62/324,590的权益，该申请的公开内容通过全文引用并入本文中。
技术领域
本申请涉及通过阴燃燃烧有机物质，包括阴燃燃烧被包埋在多孔基质内或与多孔基质混合的有机液体，来产生或回收物质的方法。所述方法可以产生气体产物，例如氢气，和固体产物，例如金属。
背景技术
燃烧科学领域的最新进展已经证明有机液体可以被阴燃。当阴燃燃烧被用于污染土壤的修复时，其在商业上被称为主动修复的自持处理(STAR)技术，该技术是美国专利号8,132,987的主题。
通常，阴燃燃烧需要短持续时间的能量输入和氧化剂(例如氧气或空气)的添加来引发并维持阴燃燃烧反应。阴燃燃烧反应的一个实例是燃烧的炭饼的反应。通常仅在存在燃料源和多孔基质的情况下才可能进行阴燃燃烧。在炭饼的情况下，炭既是燃料又是多孔基质；而对于STAR工艺，燃料是有机污染物，并且多孔基质是土壤的地下体积。
在氢气生产领域，有多种技术可用于产生氢气，并且这些技术通常分为从烃燃料或从水获得氢气的方法。在从烃燃料获得氢气的方法中，蒸汽重整最常见。蒸汽重整牵涉在高温(通常700至1100摄氏度)下在催化剂存在下烃燃料与蒸汽的反应。通常，在这种工艺中，蒸汽与甲烷在镍催化剂存在下反应，产生一氧化碳和氢气，并且额外的氢气可以通过在铜或铁催化剂存在下与一氧化碳进行低温气体转换反应来回收。第一反应是强烈吸热的，而第二反应是温和放热的；因此，第一高温反应需要将大量热能输入系统以使该工艺得以进行。
有机燃料例如烃的阴燃燃烧通常是放热反应(净能量产生)，其可以仅用短持续时间的局部能量的低输入来建立，接着以自持方式操作；实质上，烃燃料阴燃用能量主要来自燃料自身内的固有能量。
此外，阴燃后，有机燃料内的不可燃物质将作为灰分被保留。灰分可以包括具有经济价值的浓度的金属或含磷化合物。最近的研究已经确定，生物固体，即来自废水处理厂污水处理的半固体有机物质可能含有金属和其它物质，例如磷化合物，只要其可以从其所存在的有机物质中分离或去除，就可以对其进行回收。
目前用于从生物固体或其它可燃物质中分离有价值的无机物质的方法是通过焚烧这些物质，接着从灰分中回收无机物质来进行。然而，焚烧使用外部燃料来驱动有机物质的破坏，从而从经济角度来看，该工艺成本更高且竞争力更小。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种用于在催化剂存在下通过阴燃燃烧有机物质，例如有机液体、半固体、浆状物或固体来产生并收集至少一种气体的方法。所述方法包括：提供有机物质、多孔基质和至少一种催化剂的混合物；加热混合物的一部分；使混合物暴露于至少一种氧化剂以引发所述混合物的自持阴燃燃烧来引起至少一种气体的产生；以及收集所述至少一种气体。示例性的产物气体包括氢气、苯、甲苯、乙苯或二甲苯。使混合物暴露于至少一种氧化剂可以包括通过一个或多个注入口将空气注入混合物中。在示例性实施方式中，空气以0.0001至100厘米/秒的线速度流过混合物。可以通过施加真空将空气或其它气体氧化剂抽吸通过混合物。
可以通过从与混合物直接接触的至少一个内部传导加热源向混合物施加热来引发阴燃燃烧。还可以通过从与混合物接合的至少一个对流加热源向混合物施加热来引发阴燃燃烧。对流加热源可以在混合物外部或位于混合物内。引发阴燃燃烧可以包括向混合物施加辐射热。多孔基质物质的材料可以选自砂、砾石、碎石、玻璃、陶瓷、沸石、木片，以及其组合。阴燃燃烧可以在200至2000摄氏度范围内的温度下进行。催化剂可以选自：氧化钙和碳酸钙；质子酸；多官能固体；以及过渡金属，其包括合成或天然存在的金属，例如银、铝、砷、金、硼、钡、铍、铋、镉、铈、钴、铬、铯、铜、铁、锗、铪、汞、铟、钾、镧、锂、镁、锰、钼、钠、铌、镍、磷、铅、钯、铂、铷、铼、硫、锑、钪、硒、锡、锶、钽、碲、钍、钛、铊、铀、钒、钨、钇、锌和锆的所有形式和氧化态，以及其组合。
所述方法还可以包括将有机物质与至少一种催化剂混合。此外，所述方法还可以包括使多孔基质和催化剂在反应容器、堆或储留池中聚集。混合物可以在反应容器、堆或储留池中聚集，并且形成混合物可以包括将有机液体分批馈送到容器中。可以使用混合工具将有机液体与催化剂和多孔基质混合来产生混合物。可以通过形成包含多孔基质的永久或半永久限制床，并将有机液体连续倒入限制床中来提供混合物。可以使用螺旋混合工具将多孔基质与催化剂和有机液体混合来产生混合物，将所述混合物通过第一输送系统供应到阴燃燃烧区，并且可以通过第二输送系统移出所得的多孔基质和催化剂。有机液体可以在地平面以上或地平面以下聚集，并且可以是乳液或浆状物。
在第二方面，本发明提供了一种在催化剂存在下通过阴燃燃烧有机物质产生并收集氢气的方法。所述方法包括：提供有机物质和至少一种催化剂的混合物；加热混合物的一部分；使混合物暴露于至少一种氧化剂以引发所述混合物的自持阴燃燃烧来引起氢气的产生；以及收集氢气。使混合物暴露于至少一种氧化剂可以包括通过一个或多个注入口将空气注入混合物中。在示例性实施方式中，空气以0.0001至100厘米/秒的线速度流过混合物。可以通过施加真空将空气或其它气体氧化剂抽吸通过混合物。
可以通过从与混合物直接接触的至少一个内部传导加热源向混合物施加热来引发阴燃燃烧。还可以通过从与混合物接合的至少一个对流加热源向混合物施加热来引发阴燃燃烧。对流加热源可以在混合物外部或位于混合物内。引发阴燃燃烧可以包括向混合物施加辐射热。多孔基质物质的材料可以选自砂、砾石、碎石、玻璃、陶瓷、沸石、木片以及其组合。阴燃燃烧可以在200至2000摄氏度范围内的温度下进行。
所述方法还可以包括将多孔基质物质与至少一种催化剂混合来提供混合物。所述方法还可以包括将多孔基质物质与有机物质混合。可以使燃烧远离燃烧的点燃点进行传播。可以使多孔基质和催化剂在反应容器中聚集。可以使多孔基质、催化剂和有机物质在反应容器中聚集。可以使有机物质和催化剂在堆中聚集。可以使多孔基质、催化剂和有机物质在堆中聚集。可以使有机物质和催化剂在储留池中聚集。可以使多孔基质、催化剂和有机物质在储留池中聚集。可以将混合物连续馈送到阴燃燃烧区中。提供混合物可以包括将有机物质和催化剂分批馈送到容器中。可以使用混合工具将有机物质与催化剂混合来产生混合物，并且混合工具可以包括旋转螺旋叶片。提供混合物可以包括形成包含多孔基质物质的永久或半永久限制床；并将有机物质连续倒入限制床中。将多孔基质与催化剂和有机物质混合以产生混合物可以包括：形成包含有机物质的限制床，并将多孔基质物质连续倒入限制床中。
所述方法还可以包括：使用螺旋混合工具将多孔基质物质与催化剂和有机物质混合来产生混合物；将所述混合物通过第一输送系统供应到阴燃燃烧区中；以及通过第二输送系统移出所得的多孔基质和催化剂。可以使有机物质在地平面以上或以下聚集。有机物质可以是液体、浆状物、半固体或固体。催化剂可以选自：氧化钙和碳酸钙；质子酸；多官能固体；以及过渡金属，其包括合成或天然存在的金属，例如银、铝、砷、金、硼、钡、铍、铋、镉、铈、钴、铬、铯、铜、铁、锗、铪、汞、铟、钾、镧、锂、镁、锰、钼、钠、铌、镍、磷、铅、钯、铂、铷、铼、硫、锑、钪、硒、锡、锶、钽、碲、钍、钛、铊、铀、钒、钨、钇、锌和锆的所有形式和氧化态，以及其组合。
在第三方面，本发明提供一种用于通过阴燃燃烧有机液体产生并收集至少一种气体的方法，所述方法包括：将多孔基质物质和有机液体混合产生混合物；加热混合物的一部分；使混合物暴露于至少一种氧化剂以引发所述混合物的自持阴燃燃烧和所述至少一种气体的产生；以及收集所述至少一种气体。
在第四方面，本发明提供一种用于通过阴燃燃烧有机物质产生并收集氢气的方法，所述方法包括：将多孔基质物质和有机物质混合产生混合物；加热混合物的一部分；和使混合物暴露于至少一种氧化剂以引发所述混合物的自持阴燃燃烧来引起氢气的产生；以及收集氢气。
所述方法可以包括使混合物暴露于至少一种氧化剂以引发混合物的自持阴燃燃烧来引起苯、甲苯、乙苯或二甲苯的产生；和收集苯、甲苯、乙苯或二甲苯。可以通过从与混合物接合的至少一个辐射加热源向混合物施加热来引发阴燃燃烧。
在第五方面，本发明提供一种用于通过阴燃燃烧有机物质产生并收集副产物的方法，所述方法包含：形成包含有机物质和无机物质的多孔混合物；加热混合物的至少一部分；迫使氧化剂通过混合物以引发有机物质的自持阴燃燃烧并引起副产物的产生；以及收集副产物。副产物可以是固体。多孔混合物可以包括多孔基质。无机物质可以包括选自磷、金属和其组合的化学元素。有机物质和无机物质可以在生物固体中。可以使燃烧在远离阴燃燃烧的引发点的方向上传播。可以使多孔混合物的组分在反应容器、堆或储留池中的一者中聚集。可以将多孔混合物的至少一种组分连续馈送到阴燃燃烧区中。形成混合物可以包括将多孔混合物的至少一种组分分批馈送到容器中。
附图说明
通过参考以下参考附图的详细描述，将更容易理解实施方式的前述特征，其中：
图1是本发明实施方式的混合容器和示例性混合工具的示意性剖视图。
图2是含有固定或松散的多孔基质的混合或反应容器的示意性剖视图。
图3是含有大量固体、半固体或液体有机废物的储留池的示意性剖视图，其中添加了基质物质。
图4是施用并混合有机物质的基质堆或土堆的示意性剖视图。
图5是根据本发明实施方式的有机物质/多孔基质混合物的放大示意图。
图6是包含氧化剂源、空气供应口和加热元件的燃烧反应容器的示意剖面。
图7A是包含有机物质和多孔基质的混合物并具有多个空气供应口和加热元件的储留池的剖面示意图。
图7B是包含有机物质和多孔基质的混合物以及多个空气供应口和加热元件的土堆的剖面示意图。
图8A是储留池的剖面示意图，该储留池包含有机物质和多孔基质的混合物、氧化剂源、储留池内的空气供应口、以及替代性加热元件。
图8B是土堆的剖面示意图，该土堆包含有机物质和多孔基质的混合物、氧化剂源、堆内的空气供应口、以及替代性加热元件。
图9是沿着空气流方向通过有机物质和多孔基质物质的混合物前进的燃烧前沿的图示。
图10是反应容器的剖视图，其中使用输送器或螺旋钻装置来将有机物质和多孔基质物质的混合物的连续或半连续供应物输送到阴燃燃烧反应前沿。
图11是具有固定或半永久多孔基质的反应容器的剖面示意图，其中将有机液体物质的连续或半连续供应物添加到多孔基质物质中。
图12是土壤样品的XRD分析(图12A和12B)相对于已知的方解石折射图(图12C)。
图13是通用阴燃实验装备的示意图。
图14是说明阴燃燃烧前进通过实验设备的温度曲线。
图15是呈现排放分析结果；特别是收集的蒸汽流中的氢气浓度的表格。
图16是说明产生气体的方法的特定步骤的流程图。
图17是说明从多孔基质中回收有价值的物质的方法的特定步骤的流程图。
具体实施方式
定义
如在本说明书和权利要求书中所使用的，除非上下文另外要求，否则以下术语应具有所指示的含义。
术语“有机物质”被定义为由含有碳的分子组成的物质，并且可以构成或可以不构成给定化合物的纯形式。常见实例由有机溶剂提供，所述有机溶剂中溶有或未溶有其它化合物。
术语“无机物质”是指不含或基本上不含碳的化合物。在一些情况下，无机物质可以与有机物质混合，例如在生物固体中的含有磷或其它营养物的化合物和金属杂质。
术语“灰分”是指物质燃烧后留下的残余物。与本发明实施方式有关的灰分的实例包括含有磷或其它营养物的不可燃无机物质、贵金属例如金、稀土元素和次要金属、铂族元素和金属氧化物。
术语“多孔基质”是指具有孔(开放空间)的合成或天然固体物质，并且其中固体物质可以是具有孔的单一件或在颗粒状固体间具有孔的颗粒状固体的集合。适合包括本发明实施方式的多孔基质的材料的实例包括砂、砾石、玻璃珠、木片、沸石、碎石、瓷片或珠粒，以及其组合。典型多孔基质中孔隙空间的分率通常为至少15％到至多75％，其中至少30％到至多35％是更典型的范围。“多孔混合物”是与一种或多种其它物质，例如有机液体和催化剂混合的“多孔基质”。
术语“催化剂”是指至少一种或多种使化学反应以与原本可能方式不同的方式进行的物质。不同之处可以包括增加化学反应的速率或使化学反应发生。催化剂不会因反应而发生任何永久的化学变化。催化剂可以是多相或均相的。催化剂可以与反应化学品存在于相同相或不同相中。术语“催化剂”包括电催化剂、有机催化剂、酶和生物催化剂。催化剂的实例包括氧化钙和碳酸钙；质子酸；多官能固体；以及过渡金属，其包括合成或天然存在的金属，例如银、铝、砷、金、硼、钡、铍、铋、镉、铈、钴、铬、铯、铜、铁、锗、铪、汞、铟、钾、镧、锂、镁、锰、钼、钠、铌、镍、磷、铅、钯、铂、铷、铼、硫、锑、钪、硒、锡、锶、钽、碲、钍、钛、铊、铀、钒、钨、钇、锌和锆的所有形式和氧化态。
术语“阴燃燃烧”是指没有火焰的燃烧行为或过程；一种伴有热和光而不是火焰的快速氧化。在阴燃燃烧中，燃烧发生在燃料表面上(即，不像火焰那样处于燃料上方的气相中)，其中燃料可以是有机物质。
术语“自持”是指如下反应条件，其中阴燃燃烧在不施加外部能量的情况下传播通过有机物质；即当已经阴燃的有机物质产生足够的热来将相邻物质中的温度升高到其燃烧点时。甚至最初需要施加热来引发阴燃燃烧的条件也可以是自持的。
术语“基质堆”是指多孔基质物质的任何堆、墩或堆集物或聚集物。基质堆可以是永久或半永久的。
术语“点燃”和“引发”是指引发阴燃燃烧的工艺。
术语“传导加热”是指通过直接物理接触转移热能。
术语“对流加热”是指通过流体的运动转移热能。
术语“辐射加热”是指通过电磁辐射转移热能。
术语“混合工具”是指在使用时将有机物质、多孔基质和催化剂组合或掺合成块或混合物的器具。
有机物质的“蓄积物”是有机物质在容器中、或在地面上的堆中、或在地平面以下的空腔中的聚集物。
术语“生物固体”是指来自废水处理厂中污水处理的半固体有机物质。
特定实施方式的详细描述
一方面，本申请教导了施用阴燃燃烧来产生或回收有价值的产物，例如氢气或有价值的其它气体或无机物质，例如金属或其它固体化合物。由于自持阴燃燃烧主要使用燃烧着的有机物质的能量来驱动其破坏，与依赖于从外部燃料产生的热的焚烧相反，所以通过阴燃产生这些产品经济得多。自持阴燃燃烧方法适用于固体或液体有机废物，并且可以在合成或天然的多孔介质或颗粒状固体基质中进行。
阴燃是指物质在固体或液体物质自身的表面处燃烧。例如，当可燃物质(例如烟草)被压实形成多孔固体(例如香烟)并被点燃时，氧化剂(例如氧气)扩散到物质的表面内并且燃烧在烟叶碎片的表面处进行。阴燃被称为非均相燃烧反应，因为氧化剂(例如气体)和燃料(液体或固体)是不同的相。这与有焰燃烧形成对比，有焰燃烧是在单一气相中发生的均相反应。
当氧化剂是纯净形式或作为空气组分的氧气时，阴燃燃烧工艺会产生能量、水和蒸汽排放物，根据阴燃系统的条件和合适催化剂的存在，所述蒸汽排放物主要是二氧化碳、一氧化碳和较小程度的挥发性有机化合物以及其它化合物。这些排放物中的一些可能具有有益的最终用途。另外，燃烧物质内的无机化合物由于燃烧过程而与燃烧物质的其它组分分离，形成灰分，接着灰分可以被回收。回收的灰分内的一些化合物可具有有益的最终用途。
在本发明的实施方式中，多孔基质用作支架来将有机物质捕获到多孔混合物中，从而形成促进阴燃燃烧的环境。对于固体有机物质，多孔基质可以是有机物质自身。对于有机液体，多孔基质通常是单独的固体物质。液体与多孔基质的孔接触，从而形成多孔混合物。还涵盖其它配置：在一些实施方式中，例如，可以将有机液体与无机液体混合，从而诱导固体沉淀物的形成，接着该固体沉淀物用作多孔基质。
阴燃燃烧通过系统内能量的有效再循环来维持。首先，有机物质燃烧，从而释放出热能，该热能被多孔基质保留。其次，保留的热能从多孔基质返回系统来预热从引发燃烧过程的空间点进一步移出的有机物质。因此，在短持续时间的能量输入以引发阴燃燃烧过程之后，阴燃燃烧可以是自持的(即，其使用燃烧着的有机物质的能量以及氧化剂的供应来维持反应)并且能够远离点燃点传播到可燃物质中。阴燃是唯一已知的一种可以传播通过有机物质和多孔基质混合物的混合物的燃烧反应，该混合物是火焰通常不能传播通过的系统。在自持工艺中，可以在引发阴燃燃烧后终止加热源。
如图16的示例性流程图中所说明，自持阴燃燃烧工艺可以扩展来产生有价值的气体产物，例如氢气、苯、甲苯、乙苯或二甲苯。为此，适当的催化剂可以存在于多孔基质和有机物质之一或两者中。催化剂也可以存在于混合物附近。在一些实施方式中，催化剂自身可以是阴燃燃烧的产物。例如，催化剂前体可以存在于多孔基质、有机物质内或混合物附近，并且通过来自阴燃燃烧的热转化成催化剂。
为了促进气体产物的经济有效生产，通常优选满足以下条件：(1)有机物质含有足够的固有能量来维持阴燃燃烧过程(即其是可燃物质)；(2)有机物质自身是多孔基质或与多孔基质混合形成多孔混合物，从而使得可进行阴燃过程；(3)提供热源来引发该过程；以及(4)至少一种氧化剂(例如氧气、空气)引发并保持该过程。
对于氢气生产而言，自持阴燃燃烧工艺具有多个优点。一个优点是，在许多情况下，阴燃燃烧工艺的产物包括以蒸汽、二氧化碳、一氧化碳、能量和水形式排放的挥发性有机化合物，因此仅需要添加催化剂来产生氢气。第二，该工艺是自持的(即其使用燃烧着的有机物质的能量以及氧化剂供应来维持反应)。因此，阴燃燃烧工艺无需连续添加能量、热或燃料来维持在蒸汽重整工艺中产生氢气所要的高温。
如图17的示例性流程图所说明，自持阴燃燃烧工艺也可以扩展来以阴燃燃烧工艺的固体副产物形式回收有价值的物质。典型的实例通过与有机物质混合的无机物质提供，所述无机物质例如作为杂质存在于有机物质，例如焦油或生物固体中的有价值的金属。为了促进有价值的固体副产物的经济有效地回收，通常优选满足以下条件：(1)有机物质含有一种或多种适合在阴燃燃烧后作为有价值的固体副产物回收的物质；(2)尽管有机物质内存在无机物质，但有机材料含有足够的固有能量来维持阴燃燃烧过程；(3)有机物质自身是多孔基质或与多孔基质混合形成多孔混合物，从而使得可进行阴燃过程；(4)提供热源来引发该过程；以及(5)至少一种氧化剂(例如氧气、空气)引发并保持该过程。由于阴燃燃烧工艺的自持性质，其无需如焚烧工艺中那样连续添加能量、热或燃料。通常，不需要催化剂的存在来促进无机物质的回收，但仍可包括一种或多种催化剂来促进所要气体产物的形成。
图1说明了根据本发明某些实施方式的混合容器11，向其中添加有机物质、多孔基质和/或催化剂。使用混合工具12来产生有机物质、催化剂和多孔基质物质13的混合物。在本发明的特定实施方式中，混合可以在将要引发阴燃燃烧的反应容器或蓄积池池内进行。在图1的特定实施方式中，描绘了螺旋混合工具12，但可以使用任何形状，包括螺线形和桨形混合工具。
混合容器11可以是经制造的圆柱形柱或矩形盒(例如不锈钢容器)或箱、挖掘的洞、指定堆或带有壁的外壳，其中安放多孔介质和/或催化剂并将多孔介质和/或催化剂与有机物质混合以准备施用阴燃工艺。
多孔基质可以是松散或固定的多孔物质13。固定的多孔基质可以是制造的(例如钢网、多孔板)或天然(例如熔岩、珊瑚)的物质。松散的多孔基质可以是制造(钢丸、玻璃珠)或天然(例如砾石、砂)的物质。多孔基质可以含有催化剂，或将催化剂添加到有机物质和多孔介质中并与其混合来产生混合物。多孔基质可以是有机物质自身。
混合物安放可以通过反铲或挖掘机手动地实现，通过螺旋输送器或输送带系统自动地实现。液体安放可以通过倾倒、泵送、输送器或重力馈送(例如虹吸)来实现。
许多类型的有机物质可以用作燃料源，用于通过本文公开的方法进行阴燃燃烧来产生氢气。本申请方法特别有效的有机物质的实例包括烃混合物，例如煤、煤焦油和杂酚油；轮胎碎片；农业废物；石油烃和废污泥。本文描述的方法特别适用于有机液体和有机浆状物。
类似地，许多类型的有机物质可以用作燃料源用于通过本文公开的方法进行阴燃燃烧来回收有价值的无机物质。所述方法特别有效的有机物质的实例包括生物固体。本文所述的方法还特别适用于从有机液体和有机浆状物中回收无机物质。
图2描绘了本发明的另一个实施方式，其中混合或反应容器21含有固定或松散的多孔基质22，向其中添加有机物质和/或催化剂23来产生有机物质、催化剂和多孔基质物质的混合物。在燃烧液体或半液体有机物质的特定实施方式中，当有机物质在基质颗粒之间渗滤时产生混合物。在多孔基质是松散基质的实施方式中，可以通过使用如本文所述的混合工具来辅助混合。还可以在混合或反应容器中将固体有机废物添加到松散的多孔基质中，接着通过使用混合工具产生混合物。
混合工具可以是机械混合器12，例如螺旋钻或螺旋件或其它旋转装置。还可以通过振动或旋转(翻转)整个容器来实现混合。还可以通过以下方法被动地实现混合：向容器内的多孔基质添加液体有机物质并使其由于重力或毛细作用自然分散，或在压力下注入容器底部，当其迁移到容器的顶端时填充基质的孔隙空间。可以将有机物质以流体或流体流形式通过管道、斜槽或其它排放器添加到多孔基质中。
混合工艺可以在用于连续、分批或半分批工艺中的阴燃工艺的相同容器内进行，或者在单独的专用混合容器中完成。
基质物质23的添加可以通过反铲或挖掘机手动地实现，或通过螺旋输送器或输送带系统自动地实现。输送系统可以是螺旋或带式输送系统，其从混合容器通向反应容器并从反应容器通向基质土堆。混合物输送器可以是螺旋输送器或其它机械输送装置，或是释放机构以允许进行经处理物质重力进料通过反应容器。输送系统可以是螺旋或带式输送系统，其从混合容器通向反应容器并从反应容器通向基质堆或混合容器。混合物输送器可以是螺旋输送器或其它机械输送装置，或是释放机构以允许进行经处理物质重力进料通过反应容器。
在一些实施方式中，本发明包括使有机物质与多孔基质聚集形成多孔混合物。在本文所述的一些实施方式中，当有机物质蓄积池在地上容器中时发生聚集。然而，还可以在有机物质在空腔例如储留池或池中的地下蓄积池(即土壤表面以下)中时实践本发明的实施方式。图3说明了一个实施方式，其中蓄积池是有机物质储留池31。储留池包括大量固体、半固体或液体有机物质32，并且向其中添加多孔基质物质和/或催化剂33并用混合工具34混合来产生有机物质、催化剂和多孔基质物质的混合物。有机物质储留池31的一个实例可以是用于积聚和储存有机废物32的有衬里或无衬里的洞穴、改造的池或天然凹陷。应理解，添加次序不是特别重要的。还涵盖如下实施方式，其中首先用多孔基质物质填充储留池，之后添加有机物质和催化剂。在其它实施方式中，首先用催化剂填充储留池，之后添加多孔基质和有机物质。无论哪种方式，都在地下空间中以合适的比例形成了混合物以允许阴燃燃烧、生产商业上有价值的气体或回收有价值的无机物质。
还涵盖如下实施方式，其中有机废物蓄积池在地上的基质堆或墩中。图4说明了这种实施方式，其中基质堆42搁置在土壤或制造结构41的表面上，向该基质堆42中施用有机物质和/或催化剂43。可以利用混合工具44来循环有机物质和/或催化剂并产生混合物。基质堆可以无支撑，或可以被支撑在其它结构内或由其它结构支撑。例如，可以使用壁包住堆。
基质堆42的一个实例可以是为构建凹陷而挖掘的物质堆、作为现场修复策略的一部分挖掘的污染物质堆或颗粒物质的储料堆。可以通过加压或重力馈送管道、斜槽或排放器将有机物质倒入基质堆的表面上，并使其在重力或强制压力下渗滤到基质堆中来施用有机物质或将有机物质与基质堆混合，可以用分蘖或锄头将有机物质填到基质堆中，可以通过反铲、挖掘机或土壤混合/钻凿装备混合。
图5说明了有机物质/多孔基质混合物，其包括位于多孔基质的孔隙空间54内的固体颗粒51；连续或不连续的有机物质块、片、滴或油块52和催化剂53。将可燃物质包埋在多孔基质中使得由放热燃烧反应释放的能量保留在系统中，使得反应变得自持。如上所述，为了回收有价值的无机物质，通常不需要催化剂53的存在来在阴燃燃烧反应中燃烧有机物质。
如下一些实施方式是可能的，其中催化剂53被包含在固体颗粒51上或内，并且可能不存在于多孔基质的孔隙空间54中。如下其它实施方式是可能的，其中有机物质52也是固体颗粒51，并且可能不存在于多孔基质的孔隙空间54中。
尽管热再循环原理易于理解，但其实际应用需要平衡许多变量来确保效率、受控燃烧强度(即维持阴燃)和受控产物形成速率。可能需要优化的多孔基质的特定属性包括多孔基质粒径、孔径、渗透性和矿物学。可能需要优化的有机物质的特定属性包括化学组成、粘度、密度、挥发性和可湿性。可能需要优化的催化剂的特定属性包括催化剂类型、表面积和混合物内的浓度。可能需要优化的燃烧系统的特定属性包括预热强度、预热持续时间、点燃时的氧化剂流速、点燃后的氧化剂流速、空气压力和氧化剂含量。
在本发明的一些实施方式中，已发现以下多孔基质物质与有机物质形成合适的混合物：砂、砾石、陶瓷珠、多孔金属、多孔陶瓷、煤、炭和玻璃珠。这些物质在尺寸正确时具有高的表面积与体积比，使得在燃烧过程中产生的足够的热量被转移至并储存在基质物质中，使得基质物质中储存的热可用于辅助有机物质的进一步燃烧。基质物质的特征还在于具有足够的孔隙空间来容纳与其混合的有机物质，以及适合于空气流通过孔隙空间的表面、形状和分选特征。
阴燃燃烧的点燃需要用于引发燃烧的加热源和用于引发并保持燃烧的氧化剂源。图6说明了燃烧反应容器61，其含有有机物质、多孔基质和在一些实施方式中还有催化剂62的混合物。氧化剂从氧化剂源63通过氧化剂供应口64供应到反应容器。氧化剂供应口可以包含进入反应容器的单个孔，或可以包含放置在反应容器内的具有多个孔的歧管。描绘了两种不同的加热源，其可以单独使用或组合使用。例如，加热源65可以与供应的氧化剂放置在一起，以向混合物提供对流热。还可以将对流加热源放置在反应容器中或反应容器内部中。另外，可以将内部加热源66放置在反应容器内来提供传导热或辐射热以用于点燃并维持阴燃。如图6所示，可以将内部传导/辐射加热源朝向反应容器的底部放置来传播“底部至顶部”的燃烧前沿。可以将其它传导热源放置在反应容器的整个内部和/或沿着反应容器的壁放置来在混合物内以不同的水平引发燃烧。可以在反应容器61的出口用蒸汽收集系统67和已选路径68收集燃烧反应的蒸汽和产物，包括所要的气态产物，例如氢气，以供使用或后续加工。在有机物质燃烧之后，含有有价值的无机物质的灰分将仍与多孔基质混合。灰分可以通过多种方法与多孔基质分离，包括筛分多孔基质、使用磁场、搅拌混合物或其它方法，接着加工以回收有价值的无机物质。
氧化剂源可以是通过具有调节的或未调节的压力或流量的管道或管道被连接到反应容器的空气压缩机、鼓风机或被动源。氧化剂供应口可以是多孔管的一系列或单个部分、口或开放腔(通风系统)，以将氧化剂以所需要的模式分布在混合物的底座上。加热元件可以是电动电缆加热器、电动筒式加热器、电磁活化加热系统或辐射管加热器，其中丙烷或其它外部燃料源在内部供应并燃烧。
氧化剂供应口可以是多孔板、筛网、多孔碳钢、不锈钢或其它材料棒、碳钢、不锈钢或其它材料孔，其中容器内安装有包线筛或开缝筛。加热元件可以是安装或放置在空气供应口内或附近、安装在供应口周围的混合物中或附近的电阻加热器或辐射加热器，或加热穿过供应口并进入混合物的空气的元件。
在特定的实施方式中，氧化剂是作为大气空气的组分被供应的氧气。该反应是可控的，因此终止向反应前沿供应氧气将终止反应。提高或降低到反应前沿的氧通量的速率也将分别提高或降低燃烧速率，因此提高或降低反应前沿的传播速率。
应理解，可以根据本领域技术人员已知的方法监测燃烧以确定维持阴燃燃烧所需的氧气、空气或其它氧化剂的量。通常用热电偶监测燃烧温度，可以将热电偶放置在正在燃烧的物质的整个体积中。
在反应容器的出口处或在有机和多孔基质物质的混合物的表面处收集通过该工艺产生的燃烧气体、氢气和其它化合物。可以通过加工燃烧后的多孔基质以将多孔基质物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
如图7所说明，本发明的实施方式可以利用具有多个氧化剂供应口和加热元件的蓄积池。图7A描绘了一个实施方式，其中蓄积池是含有有机物质、多孔基质711和在一些实施方式中催化剂的混合物的储留池。氧化剂可以从与氧化剂供应口713接合的氧化剂源712供应到储留池或基质堆。氧化剂供应口可以是钻进足够固体的混合物中的钻孔。或者，氧化剂供应口可以是插入固体或相对液体的混合物中的多孔中空轴。氧化剂供应口可以根据储留池的总尺寸间隔，使得氧化剂以足够的量和足够的速率在整个储留池中递送，从而促进整个储留池的阴燃燃烧。类似地，可以将单个或多个对流加热元件714与供应的氧化剂放置在一起，以在储留池内的多个点处引发阴燃燃烧。另外或替代地，可以将多个传导、对流或辐射加热元件715放置在钻孔或轴内或回填物质内以使其位于废弃物储留池的内部。可以在含有有机物质、催化剂和多孔基质711的混合物的储留池的表面处用蒸汽收集系统716和已选路径717收集燃烧反应的蒸汽和产物，包括商业上有价值的气体，例如氢气以供使用或后续加工。可以通过加工燃烧后的多孔基质711以将多孔基质物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
图7B说明了一个实施方式，其中蓄积池是基质堆721。如上所述，可以使用多个空气供应端口和加热元件两者。例如，可以从与空气供应口723接合的氧化剂源722将氧化剂供应到有机基质堆。空气供应口可以是钻进足够固体的混合物中的钻孔或插入固体或相对液体的混合物中的多孔中空轴。空气供应口可以根据堆的总尺寸间隔，使得氧化剂以足够的量和足够的速率在整个堆中递送，从而促进整个堆的阴燃燃烧。类似地，可以将单个或多个对流加热元件724与供应的空气放置在一起，以在基质堆内的多个点处引发阴燃燃烧。另外或替代地，可以将多个传导、对流或辐射加热元件725放置在钻孔或轴内或回填物质内以使其位于基质堆的内部。可以在含有有机物质、催化剂和多孔基质721的混合物的基质堆的表面处用蒸汽收集系统726和已选路径727收集燃烧反应的蒸汽和产物，包括产生的氢气以供使用或后续加工。可以通过加工燃烧后的多孔基质721以将多孔基质物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
图8说明了具有氧化剂供应口和加热元件的蓄积池的其它实施方式。图8A中显示了储留池，所述储留池含有有机物质、多孔基质811和在一些实施方式中催化剂的混合物。从氧化剂源812通过储留池内或下方的氧化剂供应口813将氧化剂供应到储留池。氧化剂供应口可以包含进入储留池的多个入口点，或如所述朝向储留池底部放置的歧管型装置。可以将加热元件814与供应的氧化剂放置在一起，或放置在储留池内或下方。如上所述，可以根据给定混合物的需要优化加热元件和氧化剂供应口的特定位置来促进阴燃燃烧。可以在含有有机物质、催化剂和多孔基质811的混合物的储留池的表面处用蒸汽收集系统816和已选路径817收集燃烧反应的蒸汽和产物，包括气体，例如氢气以供使用或后续加工。可以通过加工燃烧后的多孔基质811以将多孔基质物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
图8B说明了一个相应的实施方式，其中蓄积池是基质堆。图8B中显示了基质堆，所述基质堆含有有机物质、多孔基质821和在一些实施方式中还有催化剂的混合物。从氧化剂源822通过堆内或下方的氧化剂供应口823将氧化剂供应到堆。如对于储留池实施方式所述，氧化剂供应口可以具有数种配置，所述配置包括多个入口和单个歧管型结构。可以将加热元件824与供应的氧化剂放置在一起来提供对流热。另外或此外，可以将传导、对流或辐射加热源825放置在堆内或堆下方。还可以将较小的独立传导、对流或辐射加热源放置在堆内的多个位置处。可以在含有有机物质、催化剂和多孔基质821的混合物的基质堆的表面处用蒸汽收集系统826和已选路径827收集蒸汽和气体产物，例如氢气以供使用或后续加工。可以通过加工燃烧后的多孔基质811以将多孔基质物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
氧化剂供应口可以是多孔直推碳钢、不锈钢或其它材料棒、碳钢、不锈钢或其它材料孔，其中包线筛或开缝筛水平地安装通过基质堆或储留池。氧化剂供应口也可以在支撑混合物的工程化结构中的穿孔。加热元件可以是安装或放置在氧化剂供应口内或附近、安装在氧化剂供应口周围的基质堆中的电阻加热器或辐射加热器，或加热穿过氧化剂供应口并进入基质堆的气体氧化剂的地上元件。
本发明的实施方式可以被设计成使得燃烧前沿传播通过反应容器、储留池或基质堆。可以通过加热和空气流空间操作引导燃烧前沿在任何方向上向上或横向前进。
图9说明了燃烧前沿92通过有机物质、多孔基质物质93和在一些实施方式中还有催化剂的混合物的进程91。在这些实施方式中，燃烧前沿的传播沿着空气流94的方向前进。当燃烧前沿前进通过多孔基质时，燃烧前沿内的有机物质燃烧，并且在燃烧前沿之前的有机物质被加热。有机物质的燃烧基本上进行到完成，并且在一些实施方式中，留下多孔基质和催化剂95的区域，并且在其它实施方式中留下多孔基质和灰分95的区域，其中有机物质已经历阴燃燃烧所引起的体积减少。将燃烧反应的蒸汽和产物，包括氢气驱动到容器出口或储留池或堆的表面处的收集系统96和已选路径97以供使用或后续加工。可以通过加工燃烧后的多孔基质95以将多孔基质物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
在其它实施方式中，相对于燃烧前沿输送可燃混合物。图10说明了根据这种实施方式的反应容器101，其中使用第一输送器或螺旋钻装置102将有机物质、多孔基质物质和在一些实施方式中催化剂103的混合物的连续或半连续供应物输送到假静止阴燃燃烧反应前沿104。通过使用输送系统102维持混合物供应，该输送系统102将有机材料、多孔基质物质和在一些实施方式中催化剂103的预混合混合物传输到反应容器。通过添加氧化剂105维持阴燃燃烧反应前沿。可以使用混合或输送工具106使混合物传播通过反应容器。尽管描绘了螺旋混合工具，但是可以使用其它形状的工具(例如螺线形、桨形)或重力。混合工具还可以用于使氧化剂循环通过混合物。在燃烧前沿，混合物中的有机物质基本上通过阴燃燃烧106而被消耗。以连续或半连续的方式从反应容器中取出可能含有催化剂和多孔基质或灰分和多孔基质107的所得固体残余物，并将其沿第二输送系统108作为催化剂/多孔基质或灰分/多孔基质混合物109传输。将燃烧反应的蒸汽和产物，包括所产生氢气驱动到容器出口或储留池或堆的表面处的收集系统110和已选路径111以供使用或后续加工。可以通过加工燃烧后的固体残余物以将多孔基质107物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
在某些实施方式中，可以使用固定或半永久多孔基质。这些实施方式并不混合有机物质、多孔基质和在一些实施方式中催化剂自身，而是使有机物质渗滤通过固定或半永久基质床。然而，在使用半永久基质的特定实施方式中，可以用混合工具辅助渗滤。
图11说明了使用固定或半永久多孔基质的特定实施方式，在某些实施方式中，所述多孔基质含有催化剂。反应容器111如所示具有固定或半永久多孔基质床，在某些实施方式中，该固定或半永久多孔基质床含有催化剂112，向该催化剂添加有机物质的连续或半连续供应物(未显示)。在形成混合物之后，可以在阴燃燃烧反应前沿113处引发阴燃。可以通过对流、传导或辐射加热元件引发阴燃，所述加热元件被放置在接近引发阴燃之处的反应容器的外部、上方或内部。可以通过氧化剂供应口115添加氧化剂114来维持阴燃。燃烧前沿沿着氧化剂流的方向前进通过永久或半永久多孔基质和有机材料的混合物。燃烧反应前沿113的位置取决于氧化剂添加115速率、有机物质添加速率和有机物质、多孔基质物质的混合物的特性以及操作参数(例如氧化剂流速)。随着燃烧前沿的前进，有机物质燃烧。在燃烧前沿下是所得多孔基质，在某些实施方式中，该多孔基质含有催化剂，并且在其它实施方式中，含有灰分，该灰分含有有价值的无机物质116。将燃烧反应的蒸汽和产物，包括氢气驱动到容器出口或储留池或堆的表面处的收集系统117和已选路径118以供使用或后续加工。可以通过加工燃烧后的多孔基质116以将多孔基质物质与灰分物理分离来收集含有有价值的无机物质的灰分。
本发明的上述实施方式仅旨在为示例性的；对于本领域技术人员来说，许多变化和修改是显而易见的。所有这些变化和修改都旨在属于如任何权利要求中所限定的本发明的范围内。
实施例1：
进行阴燃燃烧测试来证明通过阴燃与土壤混合的煤焦油可产生氢气。对非根际土壤中含有的金属的分析报告土壤中的钙含量为24.9wt％，这是存在方解石和/或氧化钙的强烈迹象。另外，进行X射线衍射(XRD)分析，证实所分析的物质主要由方解石组成，如图12A、12B和12C中所说明。
方解石是碳酸钙的主要晶体结构，并且是大多数石灰岩的主要组分。当使方解石暴露于超过800℃的温度时，一种可逆的化学变化发生，其中释放二氧化碳(CO2)，从而引起通常称为石灰的氧化钙(CaO)的形成：
在不受任何特定理论束缚的情况下，认为从含碳有机物质产生氢气(H2)在催化剂存在下在两个步骤中进行。由于氧化钙被认为是催化剂，所以所述步骤为(i)蒸汽重整：
接着(ii)水气转换：
因此，在这种情况下，催化剂作为阴燃燃烧的产物形成。由氧化来自天然衍生物，例如石灰石的方解石产生的氧化钙的催化特性是先前研究的主题。在这些研究中显示氧化钙用作从焦油模型化合物生产氢气的催化表面。然而，所述研究是在小心控制和优化的反应器中进行的，所述反应器被包含在烘箱内以使整个系统保持在最佳的工艺温度下。这与本申请的实施例形成对比，在本申请中，热不由外部来源提供，而是由阴燃反应自身产生。此外，先前研究中的所有催化剂物质在测试开始之前已被煅烧成CaO，而不是如本申请的实施例中那样原位形成。焦油和蒸汽也以受控的流速通过系统。因此，先前的研究并非被设计来评估阴燃燃烧同时满足运行方解石煅烧、蒸汽重整和水气转换反应的操作、热和化学要求的适用性。此外，同样重要的是，先前的研究没有提供关于阴燃燃烧是否可以自持并且产生有价值的气体产物，例如氢气的任何指导。
本申请中报告的阴燃燃烧测试显示，在适当的条件下，阴燃燃烧可以达到超过1000摄氏度的温度。这些高温能够将土壤中的方解石原位转化为氧化钙，从而形成在阴燃工艺期间氢气产生所要的催化剂。
在60厘米×16厘米直径的不锈钢柱中进行阴燃氢气产生测试，其中每3.5厘米放置一个中心线热电偶探头(K型，Omega有限公司(Omega Ltd.))。该柱用5厘米厚的矿棉绝缘，并且组件坐落在一个底座上，该底座含有由120V AC单相可变电源(STACO能量产品(STACO Energy Products))控制的450W 120V线圈电阻加热器(Watlow有限公司(WatlowLtd.))和空气分布器。将空气注入系统中来通过空气分布器引发和控制阴燃反应，该空气分布器由质量流量控制器(FMA5400/5500系列，Omega有限公司(Omega Ltd.))控制。底座填充有洁净的粗砂(#12，Bell&Mackenzie公司(Bell&Mackenzie Co.))直到加热器和空气扩散器都被覆盖。接着将煤焦油/土壤混合物从电阻加热器上方1厘米开始放置在柱中，并装填至15厘米的高度。接着将其用10厘米的洁净粗砂帽覆盖。从苏玛罐(silonite canister)中的气流中取出排放物样品，并由TestAmerica Laboratories有限公司(TestAmericaLaboratories Ltd.)分析氢气(H2)、挥发性有机化合物(VOC)、O2、CO2、CO和C1-C4烃的存在。图13说明了实验装备。
通过预热土壤/煤焦油混合物直到第一热电偶测量到400摄氏度的温度为止来进行测试。接着，引发空气流动，从而使得可引发并传播阴燃燃烧反应。在这个测试中使用40升/分钟的空气流速率。阴燃反应开始后，关闭加热器并且反应是自持的。继续空气流直到反应自然熄灭，这是因为它已到达洁净的砂帽并且所有的有机物质都被去除。
图14显示随时间推移通过柱的温度曲线。阴燃反应实现了1128摄氏度的峰值温度，该温度能够将方解石转化为氧化钙，以及提供蒸汽重整所需的热能。
收到的排放物样品的分析结果指示，在阴燃阶段期间，氢气以3.8v/v％的体积分数产生。图15中可见实验的所选排放物分析。
实施例2
根据Pironi等人,2011；Switzer等人,2009；Yermán等人,2015中提供的公认实验程序进行阴燃燃烧测试，所述测试证明了可从废水处理厂生物固体中回收含有有价值的无机物质的灰分。将60厘米高且15厘米直径的不锈钢柱搁置在底座组件上，该组件容纳有线圈电阻加热器(450W，120V，Watlow有限公司(Watlow Ltd.))和空气注入歧管。将16个热电偶(K型，Omega有限公司(Omega Ltd.))沿柱高度以3.5厘米的间隔水平地插入柱的中心以跟踪温度。将加热器连接到120V AC单相可变电源(STACO能量产品(STACO EnergyProducts))，并将整个柱包裹在绝缘材料(5厘米厚的矿棉，McMaster Carr)中，这在阴燃研究中是典型的以减少与实验系统规模相关的外部热损失(Switzer等人,2009)。该设备依靠质量天平(KCC150，Mettler Toledo)来提供实时质量损失测量。使用气体分析仪(MGA3000C，ADC)分析了排放物种一氧化碳、二氧化碳和氧气的体积分数。将质量天平、热电偶和气体分析仪连接到数据记录仪(多功能转换/测量单元34980A，AgilentTechnologies)和个人计算机，所述数据记录仪和个人计算机每两秒记录一次所有读数。将洁净砂装填入设备底座，直到恰好覆盖空气扩散器和加热器。将分三批机械混合的粗砂(12号，Bell&Mackenzie公司(Bell&Mackenzie Co.)，平均粒径＝0.88毫米，均匀系数＝1.6)和生物固体以三个相等的装载量装填在柱中底座上方至40厘米高度处。接着将15厘米洁净砂放置在其顶端。
生物固体从加拿大安大略省伦敦的Greenway污染控制中心(Greenway PollutionControl Centre；Greenway)获得。Greenway利用典型的废水处理路径，其中初级澄清最初去除了可沉降的固体(初级污泥)。废活性污泥在好氧消化后在二次澄清中沉降，并在溶气浮选单元或转鼓式增稠器中变稠。在添加聚合物下通过离心将合并的初级和废活性污泥脱水，并且本研究中使用的所有生物固体的取样点位于这个最终加工步骤之后。根据EPA方法1684(U.S.EPA,2001)测定生物固体初始水分含量和灰分含量，来评估在阴燃燃烧后可以回收的灰分的潜在量。
将砂/生物固体混合物安放在实验设备中之后，对混合物进行均匀的点燃程序，该程序从预热阶段开始，其中在没有空气流下打开加热器，直到第一热电偶(加热元件上方2厘米)达到200摄氏度。接着通过在环境温度下连接到实验室压缩空气的质量流量控制器(FMA5400/5500系列，Omega有限公司(Omega Ltd.))实现了空气注入的引发。
这种在空气流中引入氧气引发阴燃。当在最底部的热电偶上记录到温度峰值时，将加热器关闭。随后的燃烧由向上前向阴燃期间生物固体释放的能量维持。为了排除加热器无效的情况，电阻加热器提供约408W的恒定热通量(在120V下，3.4A)。预热阶段的长度根据生物固体水分含量和砂/生物固体质量比在1至4小时之间变化。维持空气流直到反应熄灭并且整个柱冷却到环境温度。
在冷却期之后，将砂从实验塔中取出并筛分以从通过阴燃反应从生物固体中释放的无机灰分中分离粗砂。表征灰分来评估相对于阴燃的污泥的数量，可回收的有价值物质的数量。
上述实验程序能够使用阴燃燃烧方法从有机生物固体中分离有价值的无机物质。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述内容进行各种修改。例如，虽然上述实验程序在向上垂直方向上诱导燃烧前沿传播，但是如果通过点燃的位置和混合物内的空气流的方向充分控制，则也可以水平地或在任何其它方向上进行传播。
本发明的上述实施方式仅旨在为示例性的；对于本领域技术人员来说，许多变化和修改是显而易见的。所有这些变化和修改都旨在属于如任何权利要求中所限定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种在催化剂存在下通过阴燃燃烧有机物质产生并收集气体的方法，所述方法包含：
形成包含有机物质和催化剂的多孔混合物；
加热所述混合物的至少一部分；
迫使氧化剂通过所述混合物以引发所述混合物的自持阴燃燃烧并引起气体的产生；以及
收集所述气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机物质选自液体、浆状物、半固体、固体，以及其混合物。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述多孔混合物还包含多孔基质，并且所述有机物质为液体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述催化剂催化所述气体的产生。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述催化剂作为所述阴燃燃烧的产物被形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述气体为氢气。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法还包含使所述燃烧远离所述阴燃燃烧的引发点传播。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述多孔混合物的组分被聚集在反应容器、堆或储留池中的一者中。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包含将所述多孔混合物的至少一种组分连续馈送到阴燃燃烧区中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述混合物包含将所述多孔混合物的至少一种组分分批馈送到容器中。
11.一种通过阴燃燃烧有机物质产生并收集副产物的方法，所述方法包含：
形成包含有机物质和无机物质的多孔混合物；
加热所述混合物的至少一部分；
迫使氧化剂通过所述混合物以引发所述有机物质的自持阴燃燃烧并引起所述固体副产物的产生；以及
收集所述副产物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔混合物还包含多孔基质。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中所述无机物质包含选自磷、金属和其组合的化学元素。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述有机物质和所述无机物质在生物固体中。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，所述方法还包含使所述燃烧远离所述阴燃燃烧的引发点传播。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔混合物的组分被聚集在反应容器、堆或储留池中的一者中。
17.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包含将所述多孔混合物的至少一种组分连续馈送到阴燃燃烧区中。
18.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述混合物包含将所述多孔混合物的至少一种组分分批馈送到容器中。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其中所述副产物是固体。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述多孔混合物还包含用于产生气体的催化剂，并且气体被产生和收集。
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