CN110168055B - 通过催化裂化烃类固体材料产生能量产品而不形成焦炭的方法和装置 - Google Patents

通过催化裂化烃类固体材料产生能量产品而不形成焦炭的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过催化裂化烃类固体材料产生能量产品(尤其是燃料)而不形成焦炭的方法，在所述方法中，加热包括以下物质的裂化分散体(40)：○呈分开状态的固体材料(1)，所述呈分开状态的固体材料包括至少一种烃类化合物；○对催化裂化呈惰性的惰性液体(30)；以使得所述裂化分散体(40)达到能够催化裂化至少一种烃类化合物的温度；其特征在于，通过使一定量的裂化分散体(40)与一定量的经加热到大于所述裂化温度的温度的惰性液体(30)混合来达到所述裂化温度，以使得混合物达到大于所述裂化温度且小于焦炭、二恶英和呋喃的形成温度的温度。本发明还涉及一种用于实施这种方法的装置。

Description

通过催化裂化烃类固体材料产生能量产品而不形成焦炭的方 法和装置
技术领域
本发明涉及一种通过催化裂化烃类固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)而不形成焦炭的方法和装置。本发明特别地涉及一种用于产生称作“碳氢燃料”、“柴油”或“煤油”的短链烃的方法和装置，所述短链烃包括在1(CH4)与18(C18H38)之间的碳原子量，并且所述短链烃能够用作用于柴油发动机、或涡轮喷气发动机、或涡轮增压器的燃料。本发明涉及这种能够再利用包括生物质的废物的方法和装置。
背景技术
在整个文本中：
-表述“烃类材料”表示包括至少一种烃类化合物(也就是说，基本上由碳原子和氢原子形成的化合物)的材料。这种烃类材料还可包括例如从至少一个氧原子、至少一个氮原子、至少一个磷原子、至少一个硫原子和/或至少一个卤素元素等中选择的其它元素。表述“烃类材料”特别地表示包括生物质的材料；
-术语“废物”表示在实践中未使用的物质部分，该物质部分需要存储和/或需要为了存储而进行适当的再处理。所述废物可例如涉及工业废物、农业废物(例如植物的非价值部分)或成分复杂的生活废物。
已知一些通过催化裂化烃类废物产生燃料的方法。例如，从US2009/267349已知一种将废物转变成燃料的转变装置，该转变装置包括用于与废物在惰性油中的分散体(dispersion)热交换的热交换构件。
还已知(US2005/115871)一种在存在基于掺杂有碱金属的硅酸铝的催化剂的情况下用于从烃类废物的悬浮液中催化裂化出烃的方法和装置，所述悬浮液借助于摩擦式涡轮机加热到在300℃与400℃之间的温度。然而，为了在所述悬浮液的中心处达到该温度，必须通过与所述摩擦式涡轮机的叶片接触来加热所述悬浮液中的至少一部分，所述摩擦式涡轮机的叶片具有的温度尤其是为大约400℃的温度，该温度大于或等于焦炭形成温度。由此，不可避免地造成形成焦炭，加热效率相当大地损失，特别是，所述焦炭沉积在所述摩擦式涡轮机机的叶片上。由此，为了拆卸、维护和/或整修所述摩擦式涡轮机，必须完全关闭设备。
此外，该文件中描述的装置包括用于使烃类废物悬浮在惰性油中的腔室、用于将经形成悬浮液引领到所述摩擦式涡轮机的输入端处的引领管道、用于收集所述惰性油及固体残留物的下层容器。所述装置在结构上复杂、难以热绝缘并且在构造上昂贵。所述装置在实践中不能够在由可靠的单一泵送部件维持的短回路中建立所述烃类废物和所述惰性油的有规律循环。所述装置还不能够限制热量的损耗来使得催化裂化反应所需的全部能量完全地由所述摩擦式涡轮机提供。所述装置还不能够控制在所述催化裂化期间产生的氢气(H2)的放热燃烧。因此，所述装置不能够在所述催化裂化期间掌控所述悬浮液的温度，该温度由于所述氢气的放热燃烧反应而增加，这不可避免地导致焦炭的形成。方法还实施起来复杂。
发明内容
本发明旨在克服所有这些缺点。
因此，本发明旨在提供一种通过催化裂化烃类固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)的方法和装置，所述方法和装置在实施和使用中都相当简单和可靠，以允许工业规模的运用。
本发明特别地旨在提供一种方法和装置，这种方法和装置可至少部分地被自动化。
本发明特别地旨在提供一种方法，这种方法能够避免焦炭、二恶英和呋喃的形成。
因此，本发明旨在提供一种方法和装置，这种方法和装置能够持久地维持加热的效率以及催化裂化反应的效率。
本发明还旨在提供一种方法和装置，在这种方法和装置中最小化了热力能量带来的东西并且优化了在所述能量产品(尤其是燃料)的产生中的总能量平衡。
本发明还旨在提供一种方法和装置，这种方法和装置能够减小用于产生能量产品(尤其是燃料)的装置的维护步骤的量、频率和时长。
本发明还旨在提供一种通过催化裂化烃类固体材料产生能量产品(尤其是燃料)的方法和装置，所述方法和装置能够连续地产生能量产品(尤其是燃料)。
本发明特别地旨在提供一种用于产生能量产品(尤其是燃料)的方法和装置，所述方法和装置不需要停止装置来给该装置再装载烃类固体材料和/或反应物。
本发明特别地旨在提供一种方法和装置，这种方法和装置适用于为了烃类固体材料的催化裂化而促进所述烃类固体材料的反应性。
本发明特别地旨在提供一种装置，这种装置具有小的占用空间。
本发明还旨在提供一种装置，这种装置能够最小化所述装置的制造成本。
本发明还旨在提供一种装置，这种装置具有小的构造成本并且还能够最小化能量产品(尤其是燃料)的产生成本。
为此，本发明涉及一种通过催化裂化烃类固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)的方法，在所述方法中，加热包括以下物质的称作裂化分散体的分散体：
○呈分开状态(àl'état divisé)的固体材料，所述呈分开状态的固体材料包括至少一种烃类化合物；
○至少一种催化裂化催化剂(尤其是呈分开状态的固体催化剂)；
○至少一种碱性化合物；以及
○对催化裂化呈惰性的惰性液体(也就是说，经选择用于在所述催化裂化期间不经受化学变化的液体)；
以使得所述裂化分散体达到称作裂化温度的温度，所述裂化温度能够催化裂化所述裂化分散体的至少一种(尤其是每种)烃类化合物，以引起产生称作短链烃的烃，所述短链烃比所述烃类化合物具有更小的分子量；
其特征在于，通过使一定量的裂化分散体与一定量的惰性液体混合来达到所述裂化温度，所述一定量的惰性液体基本上不含呈分开状态的固体材料以及催化剂，并且所述惰性液体被加热到大于所述裂化温度的温度，实施所述混合以使得经形成混合物达到至少等于所述裂化温度且小于焦炭形成温度的温度(尤其是小于400℃，优选地小于360℃)。
因此，本发明涉及一种通过催化裂化呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物产生能量产品(尤其是燃料)而不形成焦炭、二恶英和呋喃的方法。
有利地，在根据本发明的方法的实施例中，所述短链烃是包括在1与18之间的碳原子量的烃。特别地，所述短链烃是具有包括在1(CH4)与18(C18H38)之间的碳原子量的烃链的烃。
发明人观察到，所述混合物包括：
-一定量的裂化分散体，所述一定量的裂化分散体被加热到具有小于所述裂化温度(所述裂化温度根据呈分开状态的固体材料而在240℃与340℃之间，尤其是在280℃与340℃之间)且小于任何焦炭形成温度(也就是说，在没有任何焦炭和/或灰烬的预先沉积的情况下小于400℃，而在存在焦炭和/或灰烬的预先沉积的情况下小于360℃)的温度而无需求助于通过与具有大于所述焦炭形成温度的温度的热壁热传导进行的热交换，因此，所述一定量的裂化分散体既不允许呈分开状态的固体材料的烃类化合物的裂化也不允许焦炭的形成；以及
-一定量的惰性液体，所述一定量的惰性液体被加热到大于所述裂化温度的温度，只要所述惰性液体不含呈分开状态的固体材料以及催化剂，不允许形成焦炭，并且，所述惰性液体的温度小于360℃的温度；
所述混合物事实上能够通过控制所述裂化分散体和惰性液体的量(和/或流量)以及各自的温度来形成能量产品(尤其是燃料)而不形成焦炭、二恶英和呋喃。
在根据本发明的方法中，通过该混合(根据呈分开状态的固体材料)将所述裂化分散体加热到在240℃与340℃之间(尤其是在280℃与340℃之间)的温度，以促使裂化，但不形成焦炭在加热装置的加热表面上的沉积，并且该加热装置的性能不损失。
有利地，在所述混合之前，所述裂化分散体具有小于焦炭形成温度的温度。有利地，实施所述混合以便达到至少等于所述裂化温度且小于焦炭形成温度的温度。有利地，所述裂化温度小于二恶英形成温度且小于呋喃形成温度。
在根据本发明的方法中，与已知方法不同，并不使所述裂化分散体与所述加热装置的加热表面(该加热表面的温度必然大于或等于360℃(尤其是大于或等于400℃)以可加热所述裂化分散体)接触，所述裂化分散体在中心处达到至少等于所述裂化温度的温度，所述裂化温度根据呈分开状态的固体材料而本身在240℃与340℃之间，尤其是在280℃与340℃之间。在这种已知方法中，所述裂化分散体通过与所述加热装置的加热表面接触而被加热到一定温度，为了达到在280℃与340℃之间的裂化温度，经加热到的温度必然大于焦炭、二恶英和呋喃的形成温度并且引起形成焦炭、二恶英和呋喃。
有利地并且根据本发明，所述惰性液体包括至少一种矿物油，所述至少一种矿物油特别地是至少一种对催化裂化呈惰性且在所述裂化温度下稳定的惰性矿物油。有利地并且根据本发明，所述惰性液体由矿物油形成。有利地，所述惰性液体在所述裂化温度下是液体。有利地，所述惰性液体在环境温度下同样是液体。所述惰性液体的密度小于所述催化剂的密度且小于所述烃类固体材料的密度。有利地，根据一些实施例，所述矿物油具有大约0.85的密度。有利地，根据一些实施例，所述矿物油在0℃的温度下处于液体状态。
有利地并且根据本发明，所述至少一种催化剂是烃类化合物(尤其是烃)的催化裂化反应的催化剂。有利地并且根据本发明，所述至少一种催化剂从由硅酸钾、硅酸钠、硅酸钙、硅酸镁和硅酸铝形成的组中选择。可使用其它裂化催化剂。而且，这种催化剂是不太贵的催化剂。有利地并且根据本发明，所述至少一种催化剂是呈分开状态的固体。
有利地并且根据本发明，所述裂化分散体包括至少一种碱性化合物(尤其是石灰或氧化钙(CaO))，所述至少一种碱性化合物的量适用于使得所述裂化分散体的pH大于8.5。这种pH值能够一方面促进(尤其是允许)呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物发生催化裂化反应。这种pH值还能够限制所述装置的被置于与所述裂化分散体接触的元件的腐蚀。这种pH值还能够实施含氯烃类化合物的催化裂化。有利地并且根据本发明，所述裂化分散体包括用作碱性化合物的石灰。
所述烃类化合物的催化裂化反应导致产生在所述裂化温度下具有气体状态的短链烃、具有气体状态的氢气(H2)、具有气体状态的二氧化碳以及水蒸汽。所述催化裂化反应因此使所述催化剂释放，所述催化剂立即可再次与呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物结合并通过催化裂化形短链烃。
在所述催化裂化反应期间形成的这些具有气体状态的化合物与所述惰性液体在所述裂化腔室中形成膨胀状态的泡沫。
仅作为示例，化学式为(C6H9O5)n(n为整数)的纤维素的催化裂化导致形成2.5n个二氧化碳分子(CO2)、3.5个具有短链烃形式的亚甲基(CH2)n以及n个氢气分子(H2)。在所述纤维素的催化裂化反应期间产生的氢气能够：
-将不饱和烃氢化成饱和烃；以及
-减小在所述催化裂化期间释放的呈现H2S形式的硫。
有利地，在根据本发明的方法的一些特别实施例中，在能够提取呈现湿浆料(pulpe humide)形式的可发酵部分(fraction fermentescible)并且能够形成所述烃类固体材料(尤其是废物)的条件下，使生活垃圾经受压缩直到大于750巴的压力。特别地，借助于尤其例如在EP0563173中所描述的挤压型压机实施这种压缩。
有利地，在根据本发明的方法的一些特别实施例中，实施用于预先破碎烃类固体材料(尤其是废物)的预先破碎步骤，以便形成呈分开状态的固体材料，所述呈分开状态的固体材料包括至少一种烃类化合物。通过任何适当的手段实施这种破碎。选择一种破碎手段，这种破碎手段适用于分割所述烃类固体材料并且形成呈分开状态的固体材料的颗粒。选择一种破碎手段，这种破碎手段适用于形成呈分开状态的固体材料的颗粒，所述颗粒呈现小片的形式，所述小片具有小于20mm的最大尺寸以及大约3mm或小于3mm的厚度。这种用于破碎烃类固体材料的破碎步骤能够形成呈分开状态的固体材料，所述呈分开状态的固体材料具有的结构粒度适用于促进自身在惰性液体中按照分散状态流动并且为了催化裂化反应而促进自身与所述催化剂接触。
有利地并且根据本发明，在所述破碎步骤之后，实施用于将呈分开状态的固体材料加热到在50℃与100℃之间的温度(尤其是大约80℃)的加热步骤。呈分开状态的固体材料的加热促进自身随后在惰性液体(尤其是来自所述裂化泡沫的再循环的惰性液体，该惰性液体具有大约330℃的温度)中的分散。
有利地并且根据本发明的方法的优选变型，通过将呈分开状态的固体材料的流引导到用作加热装置的螺杆式(àvis)输送机中来实施按照连续流的加热步骤，所述螺杆式输送机包括罩(enveloppe)，所述罩适用于可被加热到所述加热温度并适用于加热呈分开状态的固体材料。
有利地并且根据本发明的方法的优选变型，在所述加热步骤之后，在所述加热装置(尤其是所述输送机)的输出端处收集热的呈分开状态的固体材料的流，并且将所述热的呈分开状态的固体材料的流导引到热的惰性液体(尤其是来自所述裂化泡沫的再循环的惰性液体，该惰性液体具有在300℃与330℃之间的温度)的池(bain)中。使呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体的温度维持小于所述裂化温度的温度。
有利地并且根据本发明，实施用于干燥呈分开状态的固体材料的干燥步骤，在所述干燥步骤期间，使呈分开状态的固体材料在惰性液体(尤其是经再循环惰性液体)中的分散体维持大于100℃的温度(尤其是在100℃与280℃之间的温度)，以便形成称作干燥材料的呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体，所述干燥材料包括至少一种烃类化合物并且具有小于10％的湿度(尤其是在8％与10％之间)。
有利地并且根据本发明，实施用于脱氧呈分开状态的固体材料的脱氧步骤，在所述脱氧步骤期间，具有所述裂化温度的呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体维持与气态气氛接触，所述气态气氛具有的氧气分压的值小于大气空气的氧气分压，以便形成呈分开状态的固体材料在惰性液体中的经脱氧分散体。
该脱氧步骤适用于减小存在于呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体中的氧气(O2)分子量。通过使呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体维持与气态气氛接触来实施这种脱氧，所述气态气氛具有的氧气分压的值小于大气空气的氧气分压。例如，通过使呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体维持与惰性气体的气氛接触来实施这种脱氧。还能够通过使呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体维持与具有小于大气压的压力的大气空气接触来实施这种脱氧。
有利地并且根据本发明，同时地实施用于脱氧和干燥呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体的脱氧步骤和干燥步骤，并且形成称作干燥材料的呈分开状态的固体材料在惰性液体中的经脱氧分散体，所述干燥材料具有小于10％的湿度(尤其是在8％与10％之间)。
这种脱氧和干燥步骤适用于提取呈分开状态的固体材料的具有水蒸汽形式的湿度，以使经形成水蒸汽冷凝并通过重力收集该冷凝水。因此，呈分开状态的固体材料的湿度下降到小于10％的值(尤其是在8％与10％之间)。通过任何适当的手段确定所述烃类固体材料的湿度。呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体的脱氧和干燥伴随着自身温度的降低(由于蒸发吸热)，所述干燥材料在惰性液体中的经脱氧分散体的温度小于150℃，尤其为大约100℃至110℃。
有利地并且根据本发明，通过将呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体的流呈送到输送机中来实施这种按照连续流的脱氧和干燥步骤，在所述输送机中，氧气分压小于大气空气的氧气分压。有利地并且根据本发明，通过将呈分开状态的固体材料在惰性液体中的热的分散体的流呈送到输送机中来实施这种按照连续流的脱氧和干燥步骤，所述输送机的内部体积处于负压状态，也就是说，所述输送机的气态气氛具有小于大气压的压力。
这种脱氧和干燥步骤能够将存在于经脱氧分散体中的氧气分子量限制到经控制值。这种脱氧和干燥步骤还能够由此通过在所述裂化腔室中受控制地添加氧气来通过控制地限制与在随后的催化裂化反应期间的氢气(H2)燃烧的燃烧放热效应。这种脱氧和干燥步骤能够最小化不受控制的与氢气燃烧的燃烧放热反应，该燃烧放热反应可能导致：
-水蒸汽的随机形成以及在所述裂化反应期间放出的蒸汽的温度的不受控制的增加，所述蒸汽的温度的这种增加自然会阻止所述能量产品(尤其是燃料)的冷凝；以及
-在所述裂化腔室中的裂化分散体的温度的不受控制的增加，尤其是直到大约600℃的温度(在脱氧步骤未实施时观察到)，该温度与不形成焦炭的裂化反应的进行不兼容。
有利地，在根据本发明的方法的实施例中，通过使以下物质接触和混合来形成所述裂化分散体：
-一定量的干燥材料在惰性液体中的经脱氧分散体；
-一定量的至少一种催化剂；
-一定量的至少一种碱性化合物(尤其是石灰)；以及
-一定量的惰性液体；
以便形成具有小于所述裂化温度的温度的裂化分散体，并且，在所述裂化分散体中，至少一种催化剂与呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物接触。实施使经预确定量的经脱氧分散体、至少一种催化剂、至少一种碱性化合物(尤其是石灰)以及惰性液体混合。通过任何适当的手段实施该混合步骤。
特别地，有利地，在根据本发明的方法的优选实施例中，实施这种按照连续流的混合步骤，在该混合步骤中，使以下物质接触和混合：
-干燥材料在惰性液体中的经脱氧分散体的流；
-至少一种催化裂化催化剂(尤其是至少一种催化裂化催化剂的流)；以及
-至少一种碱性化合物(尤其是至少一种碱性化合物的流)；以及
-惰性液体的流；
以便形成具有小于所述裂化温度的温度的裂化分散体的流，并且，在所述裂化分散体中，至少一种催化剂与呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物接触。
还能够在该混合之后实施用于调整所述裂化分散体的结构粒度的附加调整步骤。通过任何适当的破碎手段实施这种对所述结构粒度的调整。
有利地，在根据本发明的方法的一些优选实施例中，接下来实施用于将所述裂化分散体的流加热到小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度的加热步骤。在这些条件下，在所述裂化分散体中没有达到焦炭形成温度。可通过除具有与所述裂化分散体接触且经加热到大于或等于焦炭形成温度的温度(也就是说，大于或等于360℃(尤其是大于400℃))的热交换壁的加热手段之外的任何适当的加热手段实施该加热步骤。然而，还能够当该热交换壁没有被加热到大于或等于360℃的温度时通过具有接触式热交换壁的加热手段加热所述裂化分散体。所述裂化分散体的这种加热步骤能够有利地提升自身的温度直到尽可能接近却依然小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度。
有利地，在根据本发明的方法的该优选实施例中，加热不含烃类固体材料、催化剂和碱性化合物的惰性液体的流，以使得该流中的惰性液体达到大于所述裂化温度的温度。将所述惰性液体加热到一定温度，该温度被选择以使得由所述裂化分散体和热的惰性液体形成的混合物达到并超过呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度，并且仍然保持小于焦炭形成温度。通过任何适当的加热手段(尤其是通过经由热交换器与热源热交换的任何手段)实施该加热。
有利地，在根据本发明的方法的该优选实施例中，选择和调整：
-所述惰性液体的流的温度，
-所述裂化分散体的流的温度，
-所述惰性液体的流的流量，以及
-所述裂化分散体的流的流量；
以使得所述裂化分散体与所述惰性液体的混合物的温度达到至少等于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度且小于焦炭形成温度的温度。因此，形成所述混合物的流，在所述混合物的流中，在小于二恶英形成温度且小于呋喃形成温度的温度下发生所述催化裂化反应。
然而，还能够实施使经预确定量的裂化分散体与温度大于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的经预确定量的惰性液体混合。因此形成具有至少等于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度的裂化分散体，并且在所述裂化分散体中，发生所述催化裂化反应。
有利地并且根据本发明，所述裂化温度在240℃与340℃之间(尤其是在280℃与340℃之间)。所述裂化分散体的裂化温度取决于所述烃类固体材料(尤其是废物)的化学成分和/或来源。通过与所述热的惰性液体混合来适配所述裂化分散体的加热，以使得所述裂化分散体的温度至少等于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度且小于焦炭形成温度。
有利地，在根据本发明的方法的一些实施例中，在大气压下或在小于大气压的压力下或在大于大气压的压力下实施以下物质的尤其是按照连续流的混合：
-惰性液体，所述惰性液体被加热到大于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度，以及
-裂化分散体，所述裂化分散体被加热到具有小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度；
其中，小于大气压的压力特别地适用于避免短链烃朝向所述装置外部的逸出。
随着这些出现，当裂化反应开展时，具有气体状态的化合物(燃料、二氧化碳、水蒸汽)与所述惰性液体形成膨胀状态的(油/气体)泡沫。
有利地并且根据本发明，经加热到至少等于所述裂化温度的温度的裂化分散体由于在裂化反应期间形成的气体相(尤其是包括短链烃、二氧化碳、水蒸汽等)而形成称作裂化泡沫的泡沫，使所述裂化泡沫经受离心步骤，通过所述离心步骤，实施使气体相(尤其是包括短链烃、二氧化碳、水蒸汽等)与固体/液体混合成分分离，所述固体/液体混合成分由来自裂化的固体物质(也就是说，初始地存在于裂化分散体(包括催化剂以及在必要时呈分开状态的固体材料)中的固体物质和/或在所述催化裂化期间形成的固体物质)在惰性液体中的分散体形成。
有利地，在根据本发明的方法的一些实施例中，经加热到至少等于所述裂化温度的温度的裂化分散体的流由于裂化反应而形成称作裂化泡沫的泡沫的流，使所述裂化泡沫的流经受离心步骤，通过所述离心步骤，实施使气体相(尤其是包括短链烃、二氧化碳、水蒸汽等)的流与固体/液体混合成分的流分离，所述固体/液体混合成分由来自催化裂化的固体物质在惰性液体中的分散体形成。
这种离心步骤还适用于在所述裂化泡沫中形成湍流以及气体相的分离。这种湍流促进所述催化剂以及呈分开状态的固体材料再分配，并且促进所述裂化反应在所述裂化泡沫中和在所述固体/液体混合成分中继续(由于裂化反应在经释放气体产品的释放期间的平衡位移)。这种离心步骤能够增加所述反应的效率并减小在惰性液体的池中的呈分开状态的固体材料的量。
例如，通过使所述裂化泡沫(尤其是所述裂化泡沫的流中的泡沫)经受离心来实施所述离心步骤，通过所述离心，所述裂化泡沫被投射穿过格栅网，所述格栅网引起所述裂化泡沫破碎成颗粒并促进处于气体相的化合物的释放。
有利地并且根据本发明，在能够分馏所述气体相并形成所述能量产品(尤其是燃料)的条件下实施所述气体相的冷凝。例如借助于分馏蒸馏装置实施该冷凝，在所述分馏蒸馏装置中，所述蒸汽相的成分(尤其是水蒸汽和燃料)被分离。
有利地并且根据本发明，使来自所述离心步骤的固体/液体混合成分(尤其是固体/液体混合成分的流中的固体/液体混合成分)经受液体/固体分离步骤，在所述液体/固体分离步骤中，形成基本上不含固体物质的惰性液体，然后使所述惰性液体再循环。使所述固体/液体混合成分经受用于使固体物质与基本上不含固体物质(并因此不含烃类化合物、呈分开状态的固体材料以及催化剂)的惰性液体分离的液体/固体分离步骤，并且使所述惰性液体再循环。
有利地，使所述固体/液体混合成分的流经受用于使固体物质与所述惰性液体的流分离的液体/固体分离步骤，并且使所述惰性液体的流中的惰性液体再循环。
有利地，通过所述固体物质的倾析来实施所述液体/固体分离步骤。有利地，通过沿着基本上竖直下降的方向以低流动速度(例如大约5mm每秒)导向所述固体/液体混合成分的流以(考虑到所述惰性液体与所述固体物质的密度差异)使得所述固体/液体混合成分的流造成所述固体物质从所述固体/液体混合成分倾析出，以及通过沿着基本上竖直上升的方向定向由该倾析产生的惰性液体的流以使得所述固体/液体混合成分中的固体物质与所述惰性液体分离，实施该液体/固体分离步骤。由此形成称作经再生惰性液体的惰性液体的流，所述经再生惰性液体基本上不含固体物质。形成具有小于所述裂化温度的温度(尤其是在220℃与320℃之间)的经再生惰性液体的流。
在根据本发明的方法中，有利地，使经再生惰性液体再循环。在根据本发明的方法中，在所述方法的需要惰性液体的任何步骤中，使经再生惰性液体再循环。可使经再生惰性液体中的至少一部分再循环，以形成所述干燥材料在惰性液体中的分散体，以基于所述干燥材料在惰性液体中的经脱氧分散体形成所述裂化分散体，又或以形成具有所述裂化温度的裂化分散体。有利地，在所述方法的需要惰性液体的流的任何步骤中，使经再生惰性液体的流中的经再生惰性液体再循环。
有利地并且根据本发明，在所述液体/固体分离步骤期间，收集包括催化剂的固体物质。有利地，为了使所述催化剂再循环并在根据本发明的催化裂化方法中再使用所述催化剂，进行所述催化剂的提取。
在根据本发明的方法的一些有利实施例中，在以下区域之间形成惰性液体循环：
-混合区域(a)，该混合区域用于混合以下物质并形成具有小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度的裂化分散体的流：
○惰性液体的流；
○经脱氧分散体的流；
○至少一种催化剂的流；以及
○至少一种碱性化合物的流；
-加热区域(b)，该加热区域用于将惰性液体的流加热到大于所述裂化温度的温度；
-加热区域(c)，该加热区域用于将所述裂化分散体的流加热到小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度；
-混合区域(d)，该混合区域用于混合以下物质并催化裂化呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物：
○裂化分散体的流，所述裂化分散体的流经加热到小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度，以及
○惰性液体的流，所述惰性液体的流具有大于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度；
-离心区域(e)，该离心区域用于使呈现泡沫形式的裂化分散体离心并产生固体/液体混合成分的流；
-固体/液体分离区域(f)，该固体/液体分离区域用于使固体物质与所述惰性液体分离，所述惰性液体在所述混合区域(a)中再循环。
在根据本发明的方法的这些有利实施例中，(通过使具有小于每种烃类化合物的裂化温度的温度的裂化分散体的流与具有大于至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度的惰性液体的流混合)连续地形成具有至少等于至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度且小于焦炭形成温度的温度的裂化分散体的流，连续地冷凝由于催化裂化形成的烃蒸汽，使经再生惰性液体的流(以及在必要时，所述催化剂)再循环以便连续地形成具有小于每种烃类化合物的裂化温度的温度的裂化分散体的流。
这种连续地产生能量产品(尤其是燃料)的方法能够：
-维持呈分开状态的固体材料、至少一种催化剂以及至少一种碱性化合物在惰性液体中的接触；
-形成具有小于所述裂化温度的温度以及可控制流量的裂化分散体的流；以及
-形成具有大于所述裂化温度的温度以及可控制流量的惰性液体(尤其是经再生惰性液体)的流。
本发明还涉及一种通过催化裂化烃类固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)的方法，在所述方法中，实施包括至少一种烃类化合物的呈分开状态的固体材料的脱氧。通过使呈分开状态的固体材料维持与气态气氛接触来实施该脱氧，所述气态气氛具有的氧气分压的值小于大气空气的氧气分压。
有利地并且根据本发明，实施所述裂化分散体的形成操作、催化裂化反应、用于(尤其通过离心)使气体相与固体/液体混合成分分离的分离步骤以及用于使在同一桶(cuve)中的固体/液体混合成分中的液体/固体分离的液体/固体分离步骤，所述桶是热绝缘的并且适用于可包括惰性液体的池。
根据本发明的通过催化裂化包括生物质(也就是说，至少部分地由植物源物质和/或动物源物质和/或源物质构成的材料)的呈分开状态的固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)的方法的一些有利实施例，给具有所述裂化温度的裂化分散体添加一定量的含氧气体成分，所述一定量的含氧气体成分尤其具有大于大气压的压力并且能够促使与在所述裂化期间产生的具有气体状态的氢气(H2)中的至少一部分发生放热反应。这种添加能够以完全出乎意料的方式使所述裂化腔室的温度可维持所述裂化温度，同时补偿在所述裂化期间形成的化合物的汽化焓，并且使所述裂化泡沫和所述气体化合物的温度维持允许所述裂化泡沫和所述气体化合物的汽化和蒸馏而不产生焦炭的温度(尤其是大约340℃)。
发明人观察到，与主张在基本上不含氧气的气氛下实施裂化反应的US2009/267349的指示相反地，可通过与在所述裂化腔室中产生的氢气直接接触的含氧气体成分的至少一个受控制添加来控制具有气体状态的氢气(H2)的放热氧化反应。这种受控制添加一方面有助于在所述裂化反应的初始阶段(在所述裂化分散体与热的惰性液体混合期间)(也就是说，在所述裂化腔室的下部)产生能够提升所述裂化分散体的温度的热力能量，以使得所述温度在需要时有助于达到所述烃类固体材料的至少一种烃类化合物的裂化温度，而不需求助于包括交换表面的交换器，所述交换表面具有大于或等于焦炭形成温度的温度。这种受控制添加另一方面还主要有助于在所述裂化反应的最终阶段(也就是说，在所述裂化腔室的上部)产生能够通过经形成烃的汽化(吸热)焓的至少部分(甚至是过剩)的补偿促进使在所述裂化反应期间形成的烃维持处于气体状态的热力能量。含氧气体成分的这种添加能够提升和/或能够使在所述裂化腔室的上部中的裂化泡沫的温度维持使经形成烃(尤其是包括具有小于或等于18的碳原子量(C18)的烃链的烃)维持处于气体状态所需的值(大约330℃至340℃)。
根据一些实施例，在所述裂化反应的初始阶段实施这种添加，以便发生内生(endogène)产生能够提升所述裂化分散体的温度的热力能量，以使得所述裂化分散体达到所述烃类固体材料的至少一种烃类化合物的裂化温度。
根据一些实施例，在所述裂化反应的最终阶段实施这种添加，以便发生内生产生能够通过经形成烃的汽化焓的补偿促进使在所述裂化反应期间形成的烃维持处于气体状态的热力能量。
根据本发明的一些有利实施例：
-将呈分开状态的烃类固体材料加热到大约80℃的温度，然后
-将该呈分开状态的烃类固体材料安置成与具有大约330℃的温度的经再循环惰性液体的流接触，以便形成呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体，然后
-脱氧和干燥该分散体，由此，该分散体的温度下降到大约100℃的值，然后
-准备所述裂化分散体，然后
-通过与热交换器接触来将所述裂化分散体加热到大约260℃的温度，所述热交换器的温度不超过340℃，然后
-实施使所述裂化分散体与经加热到大约340℃的温度的惰性液体混合，以使得所述裂化分散体的温度达到280℃，所述裂化反应开始，然后
-通过至少一次引导与在所述裂化期间形成的氢气反应的含氧气体成分以及通过在所述裂化期间形成的烃的汽化焓的补偿来维持所述裂化温度，以使得所述温度达到大约340℃从而允许所述裂化的继续以及经形成烃的汽化而不形成焦炭。
本发明还涉及一种通过催化裂化烃类固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)的装置。本发明特别地涉及这种装置以实施根据本发明的用于产生能量产品(尤其是燃料)的方法。
因此，本发明涉及一种通过催化裂化烃类固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)的装置，所述装置包括：
-称作裂化腔室的腔室，所述裂化腔室成形成能够使对催化裂化呈惰性的惰性液体的流与称作裂化分散体的分散体的流混合，所述裂化分散体包括：分散在对催化裂化呈惰性的惰性液体中的
○呈分开状态的固体材料，所述呈分开状态的固体材料包括至少一种烃类化合物；
○至少一种催化裂化催化剂(尤其是呈分开状态的固体催化剂)；以及
○至少一种碱性化合物；
所述裂化腔室具有：
■第一输入端，所述第一输入端用于输入所述裂化分散体的流，所述裂化分散体的流具有小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的催化裂化温度的温度；
■第二输入端，所述第二输入端用于输入所述惰性液体的流，所述惰性液体的流具有大于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的催化裂化温度的温度；
■混合部件，所述混合部件用于使所述裂化分散体的流与所述惰性液体的流在所述裂化腔室中混合；以及
■至少一个排泄开口，所述至少一个排泄开口用于排泄呈现称作裂化泡沫的泡沫的形式的裂化分散体，所述裂化泡沫包括通过催化裂化形成的烃；
-第一加热部件，所述第一加热部件用于将所述裂化分散体的流加热到小于所述裂化温度的温度；
-第二加热部件，所述第二加热部件用于将所述惰性液体的流加热到大于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的催化裂化温度的温度。
有利地，根据本发明的装置包括第一加热部件以及用于由所述第一加热部件控制所述裂化分散体的温度调整的控制部件。
有利地，根据本发明的装置包括第二加热部件以及用于由所述第二加热部件控制所述惰性液体的流的温度调整的控制部件。
有利地，所述第一加热部件与所述第二加热部件不同。
有利地并且根据本发明，所述装置包括用于泵送所述裂化分散体并形成所述裂化分散体的流的泵送部件。用于泵送所述裂化分散体的这种泵送部件适用于允许在所述泵送部件的上游处抽取惰性液体的流，该惰性液体的流与至少一种催化剂的流、至少一种碱性化合物的流以及经脱氧分散体的流混合，以便连续地形成所述裂化分散体的流。用于泵送所述裂化分散体的这种泵送部件适用于允许在所述泵送部件的下游处形成朝向所述第一加热部件的裂化分散体的流。
有利地并且根据本发明，所述装置还包括用于泵送所述惰性液体并形成所述惰性液体的流的泵送部件。用于泵送所述惰性液体并形成所述惰性液体的流的这种泵送部件适用于允许在用于泵送所述惰性液体的泵送部件的上游处抽取惰性液体的流(尤其是经再生惰性液体的流)，从而将自身的惰性液体加热到大于所述裂化温度的温度。这种液体泵送部件适用于允许在所述泵送部件的下游处经由所述第二加热部件形成用于所述裂化反应的惰性液体的流。
(用于泵送所述裂化分散体和所述惰性液体)的这些泵送部件能够根据所述裂化分散体的温度以及根据所述惰性液体的温度来调整所述裂化分散体的流以及所述惰性液体的流的各自流量。根据本发明的装置能够提升所述裂化分散体的温度直到足以允许催化裂化呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的温度值。呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化反应导致在所述裂化分散体中形成气体状态的短链烃以及形成从所述裂化腔室逸出的泡沫。膨胀到所述裂化腔室之外的泡沫与所述裂化分散体的流组合、与所述惰性液体的流组合以及与使所述裂化分散体的流与所述惰性液体的流混合的混合部件组合，导致了形成从上方开通开口逸出的泡沫的流，所述上方开通开口形成所述裂化腔室的出路。
有利地并且根据本发明的优选实施例，所述装置由单件形成并且包括热绝缘的单一桶，所述热绝缘的单一桶适用于可包括惰性液体的池并且封闭：
-所述裂化腔室；
-至少一个称作混合管道的装置，所述混合管道被置于使以下物质接触和混合：
○呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体的流；
○至少一种催化剂(尤其是至少一种催化剂的流)；以及
○至少一种碱性化合物(尤其是至少一种碱性化合物的流)；以及
○基于所述惰性液体的池形成的惰性液体的流；
所述混合管道适用于形成具有小于所述裂化温度的温度的裂化分散体的流；
-至少一个液体/固体分离构件(尤其是通过倾析的液体/固体分离构件)，所述至少一个液体/固体分离构件用于使来自催化裂化的固体物质与所述惰性液体分离；
-第一泵，所述第一泵夹置在所述混合管道与所述裂化腔室之间，并且适用于经由所述第一加热部件向所述裂化腔室中发送所述裂化分散体的流；
-第二泵，所述第二泵夹置在所述液体/固体分离构件与所述裂化腔室之间，并且适用于经由所述第二加热部件向所述裂化腔室中发送不含固体物质的惰性液体的流。
所述热绝缘的单一桶能够基本上维持在所述热绝缘的单一桶中循环的惰性液体和裂化分散体的温度。所述热绝缘的单一桶能够限制热损失。所述热绝缘的单一桶还能够必然严格地限制通过加热所述惰性液体和所述裂化分散体而添加的热，以及在所述催化裂化期间完美地控制所述裂化分散体的温度。
根据本发明的装置包括处在单一桶中的必需元件以：
-准备所述裂化分散体的流、加热所述裂化分散体的流以及将所述裂化分散体的流输送到所述裂化腔室中；
-准备所述惰性液体的流、加热所述惰性液体的流以及将所述惰性液体的流输送到所述裂化腔室中；
-形成所述裂化分散体的流与所述惰性液体的流的混合物，并且允许不形成焦炭的催化裂化反应；
-使所述惰性液体再循环；
-为了使所述催化剂再循环而收集所述催化剂，以及
-使通过催化裂化形成的烃蒸汽冷凝，并且产生能量产品(尤其是燃料)。
根据本发明的装置能够在所述单一桶中建立所述裂化分散体在用于混合和形成所述裂化分散体的构件与所述裂化腔室之间的循环，在所述循环中，呈分开状态的固体材料维持悬浮在惰性液体中，以促进呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物与至少一种催化剂之间接触。
有利地并且根据本发明，所述装置包括置于所述裂化腔室的至少一个开口之上的离心构件，所述离心构件用于离心称作裂化泡沫的泡沫，所述裂化泡沫通过催化裂化呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物来形成，所述离心构件适用于使包括能量产品(尤其是燃料)的气体相与固体/液体混合成分分离，所述固体/液体混合成分由来自裂化的固体物质在惰性液体中的分散体形成。有利地，所述固体/液体混合成分掺入在惰性液体的池中。
所述离心构件可为用于使所述泡沫离心投射穿过格栅网的构件。使所述泡沫投射穿过所述格栅的这种投射引起所述裂化泡沫破碎成具有经减小尺寸的颗粒，以促进：
-释放处于气体相的化合物(尤其是二氧化碳、水蒸汽等)，并且特别地释放处于气体相的短链烃；以及
-使所述催化剂与呈分开状态的固体材料的未经转化的颗粒之间接触。
有利地并且根据本发明，所述装置配备有冷凝装置，所述冷凝装置用于冷凝具有气体状态的短链烃并且用于将所述具有气体状态的短链烃转变成液体能量产品。
有利地并且根据本发明，所述装置包括使所述惰性液体与固体物质(初始的固体物质和/或在所述催化裂化期间形成的固体物质)分离的固体/液体分离部件。有利地，所述分离部件是通过倾析的固体/液体分离部件。这种通过倾析的固体/液体分离部件成形成能够建立载有固体物质的惰性液体的定向成基本上从高到低(下降)的竖直流，以及建立基本上不含通过倾析分离出的固体物质的惰性液体的上升流。根据本发明的装置因此适用于允许所述惰性液体的再循环和再使用，以尤其用于准备所述裂化分散体以及用于准备具有大于所述裂化温度的温度的惰性液体。根据本发明的装置因此还适用于能够使残留在所述单一桶的底部处的残留固体物质倾析出并通过任何已知的手段排放所述残留固体物质。
根据本发明的装置包括用于在所述单一桶中添加惰性液体以及维持所述惰性液体的等级的部件。所述部件可涉及用于添加用于替换的惰性液体或用于添加冷凝后所收集的惰性液体的部件。
有利地，根据本发明的装置包括称作干燥输送机的螺杆式输送机，所述螺杆被驱动在经加热到一定温度的外部罩中旋转，该温度适用于能够加热呈分开状态的固体废物、使所述固体废物的水分中的至少一部分汽化、至少部分地干燥所述固体废物以及形成所述干燥材料。所述干燥输送机具有用于导向和去除基于呈分开状态的固体废物形成的水蒸汽的部件(尤其是柱)。
有利地，根据本发明的装置还包括具有基本上竖直的旋转轴线的螺杆式输送机，该螺杆式输送机用于从所述干燥输送机的输出端部起运送所述干燥材料并且通到液体的池中，在所述液体的池中，所述干燥材料被置于与所述惰性液体接触并且形成所述干燥材料在惰性液体中的分散体的流，以避免所述输送机的任何阻塞和任何卡挡。
有利地，根据优选实施例，根据本发明的装置包括压机，所述压机用于将生活垃圾压缩到至少等于750巴的压力并且用于挤出烃类固体材料(尤其是废物)。有利地，所述烃类固体材料(尤其是废物)具有小于10％的湿度(尤其是在8％与10％之间)。根据该优选实施例，根据本发明的装置包括挤出式压机，所述挤出式压机尤其是如EP0563173中所描述的挤出式压机。
根据一些有利实施例，根据本发明的装置包括至少一个引导装置，所述至少一个引导装置用于使含氧气体成分(尤其是具有大于大气压的压力的含氧气体成分)引导到所述裂化腔室中。这种引导装置可包括多个喷射器，所述多个喷射器用于将加压含氧气体成分喷射到所述裂化腔室中。
本发明还涉及一种通过催化裂化烃类固体材料(尤其是废物)产生能量产品(尤其是燃料)的装置，所述装置包括单一桶，所述单一桶用于：a)形成称作裂化分散体的分散体的流并使所述流循环，所述裂化分散体包括呈分开状态的烃类材料、至少一种催化剂以及至少一种碱性化合物；b)催化裂化所述裂化分散体；以及c)使对催化裂化呈惰性的惰性液体的流再循环。
本发明还涉及一种用于产生能量产品(尤其是燃料)的方法以及一种用于实施该方法的装置，所述方法和所述装置的特征组合或不组合地包括上文或下文提到的特征中的全部或部分。无论所给出的正式陈述如何，除非另有明确说明，上文或下文提到的不同特征不应被视作紧密或不可分割地彼此联系，本发明可仅涉及这些结构或功能特征中的仅一个、或这些结构或功能特征中的仅一部分、或这些结构或功能特征中的一个的仅一部分、又或这些结构或功能特征中的全部或部分的任何成组、组合或并置。
附图说明
通过阅读下文以非限制性方式给出的可行实施例中的一些的仅作为说明性示例的详细说明和附图，本发明的其它目的、特征和优点将更加清楚，在所述附图中：
-图1是根据本发明的方法的框图；
-图2是根据本发明的方法的特别变型的框图；
-图3是根据本发明的装置的第一特别变型的示意图；
-图4是根据本发明的装置的第二特别变型的示意图；
-图5是图4上所示的装置的细节部分沿平面A-A横向剖视的视图；以及
-图6是图4上所示的根据本发明的装置的第二特定变型的细节部分的示意图。
具体实施方式
在图3至6上，为了清楚起见，没有必要严格遵循规格和比例。术语“下方”，“上方”，“高处”以及“低处”相对于处于运行状态的装置来理解，也就是说，其中，惰性液体的池在装置的低部处部分地填充桶，并且，用于收集在裂化期间形成的蒸汽的收集构件在所述装置的上部处延伸。
图1上示出了根据本发明的通过催化裂化烃类固体材料产生燃料的方法的框图。在这种方法中，通过使一定量的包括至少一种烃类化合物的呈分开状态的固体材料1(尤其是废物)、一定量的至少一种催化剂10、一定量的至少一种碱性化合物20(尤其是石灰)以及一定量的对催化裂化呈惰性的惰性液体30(即当自身安置在用于将呈分开状态的固体材料的烃类化合物转变成短链烃的条件(催化剂、温度……)下时不经受化学变化的惰性液体30)混合11来准备称作裂化分散体40的分散体。在一定条件下实施这种混合11，该条件被选择以允许呈分开状态的固体材料1、催化剂10、碱性化合物20在惰性液体30中的分散体并且允许使呈分开状态的固体材料1的烃类化合物被置于与催化剂10接触。特别地，将呈分开状态的固体材料1加热到尤其是在50℃与100℃之间的温度(例如大约80℃)。这种加热能够便于呈分开状态的固体材料1分散在惰性液体30中。准备具有小于所述烃类固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度的裂化分散体40，所述裂化分散体优选地具有尽可能接近该裂化温度的温度。然而，还能够在制造期间加热所述裂化分散体40或所述裂化分散体40的一些构成元素，只要该加热不能够将所述裂化分散体40的温度提升到大于呈分开状态的固体材料1的至少一种烃类化合物的裂化温度的温度。在这些条件下，在所述混合11期间，呈分开状态的固体材料1的烃类化合物没有发生任何裂化反应，也没有发生任何焦炭形成反应。
在这种方法中，还实施加热所述惰性液体30中的一部分的加热步骤12。通过任何适当的加热手段实施该加热步骤12，所述加热手段适用于可增加所述惰性液体30中的一部分的温度直到大于呈分开状态的固体材料1的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度。形成了热的惰性液体31。该热的惰性液体31不含呈分开状态的固体材料1，在加热步骤12期间既不经受任何催化裂化也不导致形成焦炭。
为了裂化目的，实施使一定量的裂化分散体40与热的惰性液体31混合13，以使得混合物的温度达到至少等于呈分开状态的固体材料1的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度但仍然小于焦炭形成温度的温度。根据本发明的方法允许混合物的温度从小于但接近所述裂化温度的温度到至少等于至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度，而无需通过与经加热到至少等于(尤其是大于)焦炭、二恶英和呋喃形成温度的温度的表面接触来加热所述裂化分散体40。在根据本发明的方法中，在混合步骤13期间，在所述裂化分散体40中心处的温度保持小于焦炭形成温度。
在实践中，实施用于混合以下物质的混合步骤13：
-一定量的裂化分散体40，所述一定量的裂化分散体根据所述烃类固体材料的化学成分而被加热到小于所述裂化温度(即在240℃与340℃之间，尤其是在280℃与340℃之间)的温度，而无需求助于通过与加热装置的加热表面接触进行的热交换，所述加热表面被加热到大于360℃的温度(尤其是大约400℃)，从而排除任何焦炭形成风险；
-一定量的热的惰性液体31，所述一定量的热的惰性液体被加热到一定温度来使得所述一定量的裂化分散体40与所述一定量的热的惰性液体31的混合物达到所述裂化温度，并且只要惰性液体30不含呈分开状态的固体材料、烃类化合物及催化剂，对惰性液体30的加热不会引起形成焦炭。
因此，并不形成焦炭。
所述裂化分散体40与热的惰性液体31的混合导致形成具有气体状态的化合物(尤其是在所述裂化温度下具有气体状态的短链烃50、二氧化碳以及水蒸汽)，所述处于气体状态的化合物与热的惰性液体31结合，导致形成(液体/气体)裂化泡沫43。所述裂化泡沫43包括在所述裂化反应期间形成的具有气体状态的短链烃50(通过冷凝得到的燃料50的起源)以及在所述裂化反应期间未变的催化剂10和惰性液体30。
在根据本发明的这种方法中，只要所述裂化分散体40的温度保持小于焦炭形成温度，处于气体相的烃50的通过催化裂化的形成不伴随焦炭的形成。
图2上示出了根据本发明的燃料产生方法的特别实施例的框图。在该特别实施例中，挑选包括至少一种烃类化合物的呈分开状态的固体材料。所述呈分开状态的固体材料可涉及包括至少一种烃类化合物(尤其是有机物质、纤维素物质和/或聚合合成材料)的呈分开状态的固体废物1。这种呈分开状态的固体废物1通常基本上不含易腐烂物质。这种呈分开状态的固体废物1可例如通过生活废物的选择性分类程序或通过在适用于可使生活垃圾的易腐烂物质与可燃物质分离的压机中对生活垃圾压缩的压缩处理来获得。通常，这种呈分开状态的固体废物可具有在10％与30％之间的湿度。
在图2上未示出的步骤中，在能够提取呈现湿浆料形式的可发酵部分并且能够形成烃类固体材料(尤其是废物)的条件下，使生活垃圾经受压缩直到大于750巴的压力。可有利地借助于挤出式压机实施这种压缩，所述挤出式压机尤其是如EP0563173中所描述的挤出式压机。
在图2上未示出的另一个步骤中，实施所述烃类固体材料(尤其是废物)的破碎，以便形成呈分开状态的固体材料1(尤其是废物)。呈分开状态的固体材料1可通过用于破碎烃类固体材料的任何适当的破碎方法获得。该固体材料可通过使所述烃类固体材料经受在挤压机(例如简单螺杆式挤压机或双螺杆式挤压机)中进行的挤出步骤来获得。该固体材料还可通过烃类固体材料的撕扯来获得。在该破碎步骤之后，呈分开状态的固体材料1呈现固体颗粒的形式，所述固体颗粒具有小于大约20mm的最大尺寸以及至少一个小于或等于3mm的尺寸。优选地，呈分开状态的固体材料1呈现固体颗粒的形式，所述固体颗粒具有小于或等于10cm2的特定表面以及小于或等于3mm的厚度。
在图2上所示的实施例中，使呈分开状态的固体材料1经受用于加热呈分开状态的固体材料1的加热步骤3。加热到在50℃与100℃之间的温度(例如80℃)的这种加热能够便于呈分开状态的固体材料随后在惰性液体30中的分散。所述加热步骤还允许呈现蒸汽形式的水从呈分开状态的固体材料1中去除以及至少部分地干燥呈分开状态的固体材料。在该干燥步骤3中，将呈分开状态的固体材料1引导到装配有周边加热护套(gaine)的称作加热/干燥输送机的螺杆式输送机的输入端部。选择一种加热/干燥输送机，这种加热/干燥输送机适用于可在输送呈分开状态的固体材料期间加热呈分开状态的固体材料1。还能够使得这种加热/干燥输送机具有用于收集在干燥3期间释放的水蒸汽并用于冷凝水蒸气14的部件。在该干燥步骤3中，可基于用于存储呈分开状态的固体材料1并用于受控制地分配呈分开状态的固体材料1的料斗(trémie)将呈分开状态的固体材料1连续地引导到所述加热/干燥输送机中。
接下来使热的呈分开状态的固体材料4经受用于分散在对催化裂化呈惰性的惰性液体30中和/或与惰性液体30(尤其是经再生惰性液体32)分散的分散步骤5。为此，在所述加热/干燥输送机的输出端处收集所述热的呈分开状态的固体材料4，并且使所述热的呈分开状态的固体材料4分散在具有在200℃与360℃之间的温度的惰性液体30中，所述惰性液体例如是基于所述裂化泡沫抽取的再循环的惰性液体30，该惰性液体具有略微小于所述裂化泡沫的温度的温度(尤其是为大约330℃的温度)。借助于包括具有基本上竖直的旋转轴线的螺杆式输送机的装置实施该分散5，所述装置允许所述热的呈分开状态的固体材料4从所述螺杆式加热输送机的输出端部起运送到惰性液体30的池中，竖直的螺杆式输送机的输出端部沉浸在惰性液体的池中。如此获得了热的呈分开状态的固体材料4在惰性液体30中的分散体(称作热的分散体6)。这种竖直的螺杆式输送机能够引领所述热的呈分开状态的固体材料4与所述惰性液体30接触并且使所述热的呈分开状态的固体材料分散5在惰性液体30中。以该方式，避免了用于引领所述热的呈分开状态的固体材料4在所述燃料产生装置中的分散体6的引领装置的堵塞。
在该混合之后，使所述热的分散体6经受用于脱氧并朝向燃料产生装置转移的脱氧步骤7。通过任何适当的手段，例如通过将所述热的分散体6安置成与具有小于大气压的压力的气态气氛接触或通过将所述热的分散体6安置成与具有小于大气空气氧气分压的氧气分压的气态气氛接触，实施该脱氧步骤7。由此造成氧气分子(O2)从所述热的分散体6提取出。例如在称作脱氧输送机的螺杆式输送机中实施该脱氧步骤7，所述脱氧输送机包括用于使所述热的分散体6与气体成分接触的钟形件，所述气体成分尤其是具有小于大气压的压力的大气空气。由于经建立在处于负压状态的钟形件中的温度以及负压力，所述脱氧输送机允许水分的提取以及所述热的分散体6的干燥。使呈分开状态的固体材料4的湿度从在10％与30％之间的初始值下降到小于10％的值(尤其是在8％与10％之间，优选地为大约8％)。
在所述脱氧输送机的输出端处形成湿度经减小的呈分开状态的固体材料4在惰性液体中的经脱氧分散体8的流。
将经脱氧分散体8的流引导到混合构件中，所述混合构件用于使经脱氧分散体8的流、至少一种裂化催化剂10的流、至少一种碱性化合物20的流以及惰性液体30的流和/或经再生惰性液体32的流混合。使经脱氧分散体8的流量、裂化催化剂10的流量、碱性化合物20的流量以及惰性液体30的流量在所述混合构件的输入端的上游处以遵循各自在混合物中的比例的适当的方式适配。
在该混合构件中，通过使经脱氧分散体8的流、催化剂10的流、碱性化合物20的流以及惰性液体30的流混合11来实施称作裂化分散体40的分散体，所述裂化分散体具有小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度。在特别有利的实施例中，从燃料产生装置的桶中包括的惰性液体30的池中提取所述惰性液体30的流和/或经再生惰性液体32的流。在所述混合构件的输出端处形成所述裂化分散体40的流，该流由安置在所述混合构件下游的用于泵送所述裂化分散体40的第一泵送部件维持，所述第一泵送部件适用于能够将所述裂化分散体40驱逐到所述裂化分散体40的加热管道中然后到称作裂化腔室的腔室中，所述裂化腔室用于使所述裂化分散体的流40与热的惰性液体31的流混合。实施用于加热所述裂化分散体40的加热步骤15并且形成具有小于每种烃类化合物的催化裂化温度的温度的热的裂化分散体41。
还形成惰性液体30和/或经再生惰性液体32的流，该流由第二泵送部件维持，所述第二泵送部件用于将该流驱逐到所述裂化腔室中。在引导到所述裂化腔室中之前，实施加热12惰性液体30和/或经再生惰性液体32的该流。形成热的惰性液体31的流，该流具有大于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度。热的惰性液体31不含呈分开状态的固体材料1的任何烃类化合物以及任何催化剂，既不经受催化裂化也不允许焦炭的形成。
在所述裂化腔室中，实施混合步骤42，所述混合步骤用于使所述热的裂化分散体41的流与所述热的惰性液体31的流混合。使所述热的裂化分散体41和热的惰性液体31的各自的温度以及所述热的裂化分散体41的流和所述热的惰性液体31的流的各自的流量适配，以使得经形成混合物43的温度至少等于呈分开状态的固体材料1的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度且小于焦炭形成温度。通过任何适当的混合手段实施该混合42。在经加热到至少等于呈分开状态的固体材料的至少一种(尤其是每种)烃类化合物的裂化温度的温度的混合物43中发起催化裂化反应，同时释放出短链烃、二氧化碳、水蒸汽，以使得经形成混合物具有称作裂化泡沫43的泡沫的形式，所述裂化泡沫在所述裂化腔室中发展。在用于混合和产生具有气体状态的烃、水蒸汽及二氧化碳的部件的联合效应下，所述裂化泡沫43在所述裂化腔室中朝向所述裂化腔室的上方开通开口发展并且直到所述裂化腔室的上方开通开口。使所述裂化泡沫43经受离心和分离步骤16，所述离心和分离步骤用于使气体相17与由来自催化裂化的固体物质在惰性液体30中的分散体形成的固体/液体混合成分18离心和分离。在特别有利的实施例中，朝向所述燃料产生装置的桶中包括的惰性液体30的池导引所述固体/液体混合成分18。在所述燃料产生装置中延伸的惰性液体30在用于混合和形成所述裂化分散体40的构件与所述裂化腔室之间循环，在所述裂化腔室中，形成固体/液体混合成分18。该循环由用于泵送所述裂化分散体的第一泵送部件40维持。接收固体/液体混合成分18的惰性液体30的流由所述第一泵送部件朝向所述混合构件的输入端导引，并且在输入到所述混合构件中之前经受用于通过倾析使固体物质21与经再生惰性液体32的流分离的步骤19。从所述燃料产生装置提取经倾析的固体物质21。在必要时，催化剂10为了再使用而经受再循环步骤22，并且基本上不含固体物质21的经再生惰性液体32的流在用于使所述干燥材料4混合在惰性液体30中的混合步骤5期间、在用于准备所述裂化分散体40的混合11期间或在用于加热惰性液体30和/或经再生惰性液体32从而发起用于加热所述裂化反应的加热步骤12期间再循环。
在图2上所示的根据本发明的方法的特别有利的实施例中，在通过倾析的分离步骤19期间，使惰性液体30的流中的至少一部分再循环，并且形成经再生惰性液体32的流，所述经再生惰性液体32的流经受使该经再生惰性液体32的流在引导到所述裂化腔室中之前加热到大于所述裂化温度的温度。在图2上所示的根据本发明的方法的该特别有利的实施例中，使惰性液体30的流中的至少另一部分再循环，并且形成经再生惰性液体32的流，所述经再生惰性液体32的流能够与呈分开状态的固体材料4混合。
使来自裂化泡沫43的气体相17经受用于冷凝短链烃的蒸汽的冷凝步骤25以便形成燃料50。
图3上示意性地示出了根据本发明的通过催化裂化烃类固体材料产生燃料的燃料产生装置100的第一特别变型。
所述燃料产生装置100包括由刚性材料制成的桶101，所述桶适用于接收惰性液体30的池。桶101是一种热绝缘的桶以便基本上维持在桶101中循环的流体的温度。桶101具有用于部分地分隔的竖直隔板104，所述竖直隔板在称作裂化空间105的第一空间与称作混合空间107的第二空间之间延伸，所述裂化空间包括裂化腔室106，所述混合空间用于准备称作裂化分散体的分散体，所述裂化分散体包括呈分开状态的固体材料、至少一种裂化催化剂、至少一种碱性化合物以及惰性液体。
所述裂化空间105具有大气压并且具有通到桶101的上部上的开口102。桶101的开口102适用于接收用于收集在所述催化裂化反应期间形成的蒸汽并用于分馏冷凝这些蒸汽的收集构件(图3中未示出)。所述收集构件可为用于收集具有液体状态的燃料的分馏蒸馏柱。所述蒸汽收集构件经选择和定尺寸以允许收集短链烃和水以及使两者分离。
所述混合空间107适用于可部分地由惰性液体30的池填充并且封闭用于使所述裂化分散体的流、催化剂的流以及碱性化合物混合的混合构件111。混合构件111经定位成浸入在惰性液体30的池中并且具有通到惰性液体30的池中的上方开口114，以使得惰性液体30的流在经夹置在用于泵送所述裂化分散体的第一泵送部件115的作用下由该开口114引导到混合构件111中，所述第一泵送部件与混合构件111在下游以及与所述催化裂化腔室106在上游以流体连通。第一泵送部件115允许通过抽吸混合构件111中的惰性液体30而进行的引导以及通过朝向所述催化裂化腔室106驱逐所述裂化分散体而进行的分配。混合构件111可呈现具有纵向轴线的圆柱形式，所述圆柱竖直地定位在桶101中并且在自身的上方端部处具有通到惰性液体30的池中的开口114以及通到用于将所述裂化分散体朝向第一泵送部件115引领的引领管道117上的下方开口116。
混合构件111包括用于输入所述干燥材料的经脱氧分散体的输入端108以及用于将催化剂和碱性化合物输入到混合构件111中的输入端109。混合构件111包括用于混合经脱氧分散体、催化剂和碱性化合物的混合部件118，所述混合部件包括由旋转轴支撑的叶片，所述旋转轴由发动机119致动旋转。混合构件111还包括用于破碎呈分开状态的固体材料的附加破碎部件120。附加破碎部件120由发动机121致动旋转，所述发动机与具有与使发动机119与混合部件118联结的轴同轴的轴线的轴联结。
所述混合空间107成形成可在自身的上部中包括具有小于大气压的压力的气体成分的体积122，所述体积与所述惰性液体30的池接触地延伸。这种处于负压状态的体积122与抽吸以使所述体积122处于负压状态的抽吸装置123连通，所述抽吸装置还允许惰性液体30的池的脱氧。
图3上示意性示出的燃料产生装置100还包括用于干燥呈分开状态的固体材料的干燥部件，所述干燥部件包括螺杆式输送机141，所述螺杆式输送机装配有用于存储呈分开状态的固体材料的流并用于使呈分开状态的固体材料的流受控制地分配在干燥输送机141中的料斗142。干燥输送机141装配有加热护套143，所述加热护套适用于可在干燥输送机141中加热和脱水呈分开状态的固体材料。干燥输送机141还装配有用于收集和冷凝在该干燥期间形成的水蒸汽的部件144。干燥输送机141能够在干燥输送机141的输出端145处形成具有湿度经减小的呈分开状态的固体材料。
图3上示意性示出的燃料产生装置100还包括使所述干燥材料分散在惰性液体30的池中的分散装置146，所述分散装置包括具有锥形罩且具有基本上竖直的旋转轴线的蜗杆输送机，所述蜗杆输送机的终端148布置用于将所述干燥材料的分散体引导成与惰性液体30的池接触以及到惰性液体30的池中。分散装置146还装配有用于将所述干燥材料的分散体加热到并维持所述干燥温度的护套147。
所述干燥材料的分散装置146的锥形罩具有用于输入惰性液体的输入端，所述用于输入惰性液体的输入端与所述分散装置146的供应回路以惰性液体连通，所述惰性液体来自所述混合空间107的不含呈分开状态的固体材料的惰性液体的池。该供应回路包括用于泵送惰性液体的泵送部件156以及用于运送惰性液体的运送管道158，所述运送管道能够在分散装置146中维持基本上恒定的惰性液体等级。
燃料产生装置100还包括用于使呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体脱氧和干燥的脱氧输送机149。这种脱氧输送机149是具有加热护套且装配有钟形件150的蜗杆输送机，所述钟形件与用于抽吸以使该钟形件150处于负压状态的抽吸装置123以气态流体连通，所述抽吸装置适用于使在脱氧输送机149中循环的惰性液体30与具有小于大气压的压力的气体成分接触。脱氧输送机149的终端通到混合构件111中。这种脱氧输送机149允许呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体至少部分地脱气和干燥。
所述裂化空间105适用于可部分地由惰性液体30的池填充并且封闭裂化管道或裂化穹顶
Figure BDA0002117010390000301
127，所述裂化管道或裂化穹顶具有基本上圆柱形的形状并且具有在所述裂化空间105中竖直地延伸的纵向轴线。裂化穹顶127的下部定位成可浸入到惰性液体30的池中，并且裂化穹顶127的上部定位成可浸入到惰性液体30的池中。裂化穹顶127在自身的下部中具有用于将所述裂化分散体输入到与第一泵送部件115以流体连通的穹顶127中的输入端128，以使得第一泵送部件115能够将所述裂化分散体的流引导到裂化穹顶127的下部。第一泵送部件115适用于可调整输入到裂化穹顶127中以及所述裂化腔室106中的裂化分散体的流。裂化穹顶127在自身的下部中形成用于加热在裂化穹顶127中循环的裂化分散体的流的加热管道124，所述加热管道装配有用于加热所述裂化分散体的流的第一加热部件129，以便在所述裂化腔室106的输入端133处形成经加热到具有小于所述固体材料的每种烃类化合物的裂化温度的温度的裂化分散体的流，所述裂化温度根据呈分开状态的固体材料而在240℃与340℃之间，尤其是在280℃与340℃之间。
裂化穹顶127在自身的中部中具有用于将惰性液体的流输入到裂化穹顶127中的输入端130，该惰性液体的流由用于泵送从混合空间107中抽取的惰性液体30的第二泵送部件131驱逐到裂化穹顶127中。第二泵送部件131允许通过通到所述裂化腔室106中的分散孔口135将惰性液体30的流引导到所述裂化腔室106中的这种引导。
第二泵送部件131适用于可基于在所述混合空间107中延伸的不含固体物质的惰性液体形成惰性液体30的流，并且适用于可调整输入到裂化穹顶127中的惰性液体的流。裂化穹顶127还包括用于加热所述惰性液体的流的第二加热部件132，所述第二加热部件适用于加热由泵送部件131驱逐到所述裂化腔室106中的惰性液体的流，并且适用于在自身与所述裂化分散体混合之前预先地形成热的惰性液体的流。第二加热部件132布置用于加热所述惰性液体的流以及不加热在加热管道124中流动的裂化分散体的流。
所述裂化腔室106具有用于使所述裂化分散体的流与所述惰性液体的流混合的混合部件，所述混合部件具有由与传动轴137联结的发动机136驱动旋转的混合叶片134。
裂化穹顶127在自身的上部中具有与所述裂化腔室106的开通开口138相面对地延伸的破碎装置139，所述破碎装置用于破碎通过在所述裂化腔室106中催化裂化所述裂化分散体而形成的裂化泡沫，并且包括用于使所述泡沫离心的部件以及用于破碎由所述离心部件投射穿过破碎格栅140的泡沫的部件。
在根据本发明的装置100中，破碎装置139产生固体/液体混合成分，所述固体/液体混合成分通过重力下落到裂化空间105的惰性液体30的池中。(用于将惰性液体30的流和/或经再生惰性液体泵送到所述混合空间107中同时使该流引导到混合空间107的穹顶127中的)第二泵送部件131以及(能够经由混合构件111从所述混合空间107中抽取惰性液体30同时将所述裂化分散体40驱逐到所述裂化空间105中的)第一泵送部件115有助于形成循环，有助于形成惰性液体在所述裂化空间105与所述混合空间107之间的再生，并且有助于使惰性液体和呈分开状态的固体材料在所述混合空间107与所述裂化空间105之间循环。由此造成连续地产生燃料。
在根据本发明的燃料产生装置100中，竖直隔板104在自身的下部中管理在所述混合空间107与所述裂化空间105之间的连通。竖直隔板104形成用于使惰性液体与固体物质(初始的固体物质和/或在所述催化裂化期间形成的固体物质)分离的固体/液体分离构件151，所述固体/液体分离构件允许在所述裂化空间105中建立和导向载有来自催化裂化的固体物质的惰性液体的竖直流(下降，基本上从所述桶的高处向低处地流动)，以及在所述混合空间107中建立基本上不含固体物质的惰性液体30的竖直流(上升，基本上从所述桶的低处向高处地流动)，并且允许固体物质从倾析区域157中倾析出以及惰性液体再生成，所述倾析区域在再定向所述流时在桶101的底部上延伸。用于使所述惰性液体与所述固体物质分离的固体/液体分离构件151可为通过所述固体材料的倾析来分离固体/液体的构件，固体/液体分离通过具有大于所述惰性液体的密度的密度的固体物质的沉降式驱动并且通过所述惰性液体的流的再定向来获得。根据本发明的装置能够使所述固体物质在桶101的底部处倾析出并通过任何已知的手段排放所述固体物质。
根据本发明的燃料产生装置100还包括用于输入惰性液体(尤其是经再循环惰性液体)的输入端159，从而在桶101中维持惰性液体的等级。
根据本发明的燃料产生装置适用于允许包括惰性液体的流体成分在热绝缘的单一桶中在以下空间之间的循环：
-所述单一桶的裂化空间，在所述裂化空间中，所述流体成分的呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物至少部分地通过催化裂化转变成燃料；
-固体/液体分离空间，所述固体/液体分离空间用于使固体物质(呈分开状态的固体材料和/或在所述催化裂化期间形成的固体物质)与来自该分离的经再循环惰性液体分离；
-混合空间，所述混合空间用于混合包括至少一种烃类化合物的呈分开状态的固体材料、催化剂、碱性化合物以及经再循环惰性液体，以便形成用于催化裂化的流体成分。
图4上示意性地示出了根据本发明的通过催化裂化烃类固体材料产生燃料的装置200的第二特别变型。装置200包括由刚性材料制成的桶201，所述桶适用于包括惰性液体30的池。桶201具有热绝缘材料的外部罩251，并且能够限制在桶201的组件中循环的流体的热力能量损失。桶201具有用于部分地分隔出裂化空间205的内部竖直隔板204，所述裂化空间一方面包括裂化腔室206以及另一方面包括用于混合和准备所述裂化分散体的混合空间207。
裂化空间205具有通到大气压中的上方开通开口225，所述上方开通开口适用于与用于收集和冷凝在所述催化裂化反应期间形成的蒸汽并用于分馏冷凝这些蒸汽的构件(图4中未示出)配合，所述裂化空间205包括处在上部中的具有大气压的气囊。隔板204能够在桶201包括所述惰性液体时借助于抽吸装置223在混合空间207中形成气囊，所述气囊被密封地困在(piégée)惰性液体30上方并且可安置成处于负压状态(也就是说，具有小于大气压的压力)。
隔板204通过与第一泵送部件215组合形成用于通过倾析使惰性液体与固体物质(初始的固体物质和/或在所述催化裂化期间形成的固体物质)分离的固体/液体分离构件281，所述第一泵送部件用于将所述裂化分散体泵送到混合空间207中、用于将所述裂化分散体驱逐到裂化空间205中并且用于建立包括所述惰性液体的液体成分在桶20中的循环。
在图4上所示的根据本发明的实施例中，燃料产生装置200的桶201包括具有导向坡度的底部，所述导向坡度用于朝向收集器259导向在倾析区域268中倾析出的固体物质，所述收集器尤其是用于朝向排放阀260导向经倾析固体物质的蜗杆式输送机。
所述混合空间207封闭用于混合和准备裂化分散体的混合构件211，所述混合构件定位成部分地浸入在惰性液体30的池中，以使得惰性液体30的池与混合构件211热交换。混合构件211具有上方开口214，所述上方开口浸入在惰性液体30的池中并且形成用于接收包括催化剂和碱性化合物的成分的接收口264，所述接收口包括在容器209中。
混合构件211还具有用于输入烃类固体材料(尤其是经脱水且经脱氧的烃类固体材料)在惰性液体30中的分散体的输入端208，以便通过使所述烃类固体材料的分散体与所述催化剂和碱性化合物的成分混合来形成所述裂化分散体。在根据本发明的装置200的运行模式中，用于输入裂化分散体的输入端208在混合构件211的惰性液体的等级下方延伸。用于输入所述烃类固体材料的分散体的输入端208与运送输送机241以流体连通，所述运送输送机用于朝向混合构件211的输入端208运送所述烃类固体材料在惰性液体中的分散体。输送机241包括与输送槽配合的蜗杆，所述输送槽在自身的上面上打开并且在自身的下面上具有由从混合空间207中抽取的热的惰性液体的流流经的外部加热护套252，所述热的惰性液体的流经由分配孔口257引导到外部加热护套252中。该热的惰性液体的流被驱动到外部加热护套252中并且在所述输送机的长度上由使惰性液体循环的泵266接触，并且由将该热(大约260℃)的惰性液体的流引导到输送机241中的引导开口282引导到输送机241的内部体积中，所述输送机基本上定位在输送机241的纵向端部中的一个上。以该方式，所述热的惰性液体将热传输到输送机241并到在输送机241中循环的烃类固体材料的分散体，并且维持所述分散体的温度，然后有助于通过与所述烃类固体材料混合来形成所述烃类固体材料的分散体。
输送机241的蜗杆是基本上水平的并且在混合空间207的惰性液体的等级下方延伸，以使得不需要任何特定的手段来给螺杆式输送机241供应惰性液体。螺杆式输送机241还包括钟形件250，所述钟形件用于脱气(尤其是脱氧)所述烃类固体材料在惰性液体中的分散体，所述钟形件借助于抽吸装置223维持处于负压状态(也就是说，具有小于大气压的压力)，所述抽吸装置通过管道256与用于脱氧的钟形件250以及与混合空间207连通。这种用于脱气(尤其是脱氧)的钟形件250运行形成烃类固体材料在惰性液体中的经脱气(尤其是至少部分地经脱氧)且经脱水分散体。图5上示出了输送机24的在用于脱气的钟形件250位置处的横截面视图。
在图4上示意性示出的燃料产生装置200还包括运送装置246，所述运送装置用于将呈分开状态的烃类固体材料从用于装载呈分开状态的烃类固体材料的装载料斗242运送到螺杆式输送机241中。用于装载所述烃类固体材料的装载料斗242包括用于将所述烃类固体材料加热到例如在50℃与100℃之间的温度(尤其是80℃)的加热构件243以及热绝缘护套253。装载料斗242还包括用于控制经引导到燃料产生装置200中的烃类固体材料的流的控制部件255。运送装置246可为蜗杆输送机，所述蜗杆输送机具有基本上呈锥形形状的套筒以及具有基本上竖直的旋转轴线的蜗杆，所述蜗杆的终端248布置用于可给螺杆式输送机241供应呈分开状态的烃类固体材料。
根据本发明的装置200的混合构件211包括混合部件218，所述混合部件用于使烃类固体材料在惰性液体中的经脱气(尤其是经脱氧)分散体的流与形成所述裂化分散体的催化剂和碱性化合物的成分混合。混合部件218具有通过由发动机219驱动旋转的轴267支撑的叶片或刀片。可使用任何其它混合和/或弄碎手段。燃料产生装置200包括第一泵送部件215，所述第一泵送部件用于从混合构件211起泵送所述裂化分散体并且用于朝向裂化空间205驱逐所述裂化分散体。所述裂化分散体在第一泵送部件215的上游处在与混合构件211的下方开口216连通的管道217中被驱动，以及在第一泵送部件215的下游处由通到在裂化空间205的下部处延伸的加热管道224中的管道265驱动。
根据本发明的装置200包括初级加热部件229，所述初级加热部件用于将所述裂化分散体加热到具有小于所述裂化温度的温度。在图4上所示的变型中，初级加热部件229包括热交换器261，所述热交换器适用于在与所述裂化分散体的流接触的加热管道224中延伸。热交换器261成形成能够在在热交换器261中循环的载热流体与所述裂化分散体之间热交换。所述载热流体在所述载热流体的循环管道262中在热交换器261的输入端和输出端与用于加热所述载热流体的加热单元(图4中未示出)之间循环。循环管道262包括电磁阀263，所述电磁阀用于根据在加热管道224中循环的裂化分散体的流的温度和流量调整所述载热流体的流的流量。初级加热部件229适用于可将所述裂化分散体加热到小于包括至少一种烃类化合物的呈分开状态的固体材料(尤其是废物)的裂化温度的温度(尤其是大约240℃至280℃的温度)。
图4上所示的根据本发明的装置200包括用于加热惰性液体的次级加热部件232，所述次级加热部件适用于可加热惰性液体的流并且将该热的惰性液体的流安置成与所述裂化分散体接触。用于加热惰性液体的次级加热部件232可具有任何性质。所述次级加热部件可涉及包括载热流体回路的热交换器，所述热交换器被加热到一定温度，该温度被选择用于可(根据所述载热流体和所述惰性液体的各自的流量)将惰性液体的流的温度提升到足以把所述裂化分散体的温度提升到大约260℃至300℃(尤其是大约280℃)的值的温度(例如大约330℃)。用于加热惰性液体的次级加热部件232配置用于不加热在加热管道224中流动的裂化分散体的流，以使得所述次级加热部件不导致焦炭的形成。
根据本发明的装置200包括泵送部件231，所述泵送部件用于将不含呈分开状态的固体材料以及催化剂的惰性液体的流泵送到混合空间207中并且用于驱逐与次级加热部件232接触的该惰性液体的流，在所述次级加热部件中，所述惰性液体的流被再加热并引导到裂化腔室206中处于压力状态。所述裂化分散体的流与所述热的惰性液体的流在裂化腔室206中的混合使得该混合物基本上达到所述裂化温度，而无需使所述裂化分散体与经加热到能够导致焦炭形成的温度的壁接触。
用于加热惰性液体的次级加热部件232布置在壳体的内部面上，所述壳体形成用于使所述惰性液体的流分配在裂化腔室206中的第一周边环件269，所述裂化腔室的细节部分如图6上所示。分配环件269经由用于将惰性液体引领到分配环件269中的引领管道270与用于泵送所述惰性液体的流的泵送部件231连通，并且具有用于注射热的惰性液体的注射孔口271，所述注射孔口通到裂化腔室206中并且与所述裂化分散体接触，由此，所述裂化分散体几乎达到至少一种烃类化合物的裂化温度。由所述裂化反应造成在所述裂化分散体中产生具有气体状态的烃、具有气体状态的氢气(H2)、二氧化碳以及水蒸汽，这导致形成膨胀状态的泡沫，伴随着这些具有气体状态的化合物的形成。
裂化腔室206包括用于在所述裂化腔室的上部处混合和驱动所述裂化分散体及所述膨胀状态的泡沫的涡轮机272。涡轮机272装配成与旋转轴237连成一体，所述旋转轴与以大约每秒3转的速度驱动旋转的发动机236。
在图4和图6上所示的变型中，燃料产生装置200的裂化腔室206包括用于使含氧气体成分分配在裂化腔室206中的下部周边环件273。下部周边环件273经由用于将含氧气体成分引领到下部周边环件273中的引领管道274与含氧气体成分的鼓风机275连通，并且具有用于将含氧气体成分注射到裂化腔室206中的注射通孔276。由该氧气添加造成与在所述催化裂化的初始期间产生的具有气体状态的氢气发生放热反应，以至少部分地补偿所述燃料的汽化(吸热)焓。所述催化裂化反应继续进行而不与热壁接触形成焦炭。
在图4和图6上示出的变型中，燃料产生装置200的裂化腔室206包括用于使含氧气体成分分配在裂化腔室206中的上部周边环件277。上部周边环件277经由用于将含氧气体成分引领到上部周边环件277中的第二引领管道274与含氧气体成分的鼓风机275连通，并且具有用于将含氧气体成分注射到裂化腔室206中的注射孔。由该含氧气体成分(尤其是该气体成分的氧气)的添加造成与在所述催化裂化的继续期间产生的具有气体状态的氢气发生放热反应，以至少部分地补偿所述燃料的汽化(吸热)焓，并且能够使在所述裂化腔室中的温度维持具有(甚至增加到)大约330℃至340℃的用于使所述燃料的烷烃完全蒸发的温度。所述催化裂化反应继续进行而不与经加热到大于360℃的温度的壁接触形成焦炭。
在图4和图6上所示的燃料产生装置200的变型中，不可旋转的裂化腔室206具有处在自身的上部中的上方开口238，所述上方开口通到用于破碎由涡轮机272驱动的裂化泡沫的旋转式破碎装置239中。旋转式破碎装置239装配成与由发动机驱动装置236驱动旋转的旋转轴(例如涡轮机272的旋转轴237或与涡轮机272的旋转轴237同轴的旋转轴)连成一体。旋转式破碎装置239和裂化腔室206具有用于使旋转式破碎装置239相对于裂化腔室20旋转导向的互补轴承278。旋转式破碎装置239具有用于使旋转式破碎装置239与旋转轴237连成一体和定中心的径向膨胀279。这些径向膨胀279可形成用于从裂化腔室206起朝向旋转式破碎装置239驱动所述裂化泡沫的叶片。旋转式破碎装置239形成具有竖直旋转轴线的转鼓，所述转鼓的圆柱形壁经镂空。所述圆柱形壁可由平行的多个板条280形成，所述多个板条彼此间隔开以设置裂化泡沫的破碎通道，所述裂化泡沫由旋转装置239的旋转朝向所述转鼓的外部驱动。旋转式破碎装置239还可包括具有网的外部格栅240，所述网适用于能够破碎经投射穿过该网的裂化泡沫。所述裂化泡沫的这种破碎能够释放所述裂化泡沫的气体化合物并且能够使这些气体化合物随后在所述收集构件(图4和图5中未示出)中冷凝。旋转式破碎装置239还包括封闭板279，所述封闭板用于封闭与平行的板条280并且与旋转轴237连成一体的转鼓的上部纵向端部。
图4上所示的燃料产生装置200包括用于在桶201中维持惰性液体30的等级的装置。这种装置可包括用于补充惰性液体30的补充泵和/或用于将惰性液体30输入到桶201中的输入阀258。燃料产生装置200还包括用于检测在桶201中的惰性液体30的等级以及用于在惰性液体等级小于该等级的阈值时断开(déclanchement)所述输入阀和/或所述泵的部件。
根据本发明的燃料产生装置适用于能够：
-控制所述裂化分散体的流的流量和温度；
-控制所述惰性液体的流的流量和温度；以及
-在必要时，控制所述含氧气体成分的流的流量。
示例1：生活垃圾的处理
从城市收集的生活垃圾典型地平均包括大约32％(按质量计)的易腐烂物质(即动物来源或植物来源的生物质)、大约45％(按质量计)的可燃物质(其中包括34％基本上为纤维素的纤维素材料以及11％的聚合或复合合成材料)以及大约23％(按质量计)的惰性物质(玻璃、金属、矿物)。在从这些生活垃圾去除惰性物质之后，使生活垃圾经受在如EP0563173中所描述的压机中压缩的压缩步骤。在该压缩期间，所述生活垃圾被分离出流动穿过压机堆芯并且呈现包括具有96％至97％质量比例的易腐烂物质的有机浆料的部分以及保留在所述压机中并且包括大约70％的纤维素物质(尤其是纸、纸箱、卫生纺织品)以及大约30％的聚合合成废物的称作固体生活废物的部分。所述固体生活废物还包括大约3％的不可燃惰性物质(各玻璃、金属、矿物以及其它躲过初始筛选的物质)以及大约4％的易腐烂有机物质。所述固体生活废物的相对湿度在离开所述压机时即时变化大约10％的值并且在存储之后通过由空气湿度再自然加湿而稳定到大约28％的值。在如EP0563173中所描述的挤压机或压机的输出端处，所述固体生活废物呈现紧凑层块的形式，所述紧凑层块具有的密度基本上为大约0.85并且是不易燃的紧凑质量块。该固体生活废物是易碎的，尤其是通过撕扯易碎的。形成了呈分开状态的固体废物，所述呈分开状态的固体废物由具有小于或等于大约20mm的最大尺寸以及至少一个小于3mm的最小尺寸的颗粒形成。而且，这种固体生活废物仅包括大约3％的惰性(或顽固)物质(例如砾石、玻璃、其它……)，所述惰性(或顽固)物质不会经受根据本发明的催化裂化。
在根据本发明的方法的预备步骤中，在外部罩中将呈分开状态的固体废物引导到称作干燥输送机的旋转螺杆式输送机中，所述干燥输送机，所述外部罩被加热到一定温度，该温度适用于允许所述固体废物加热、所述固体废物的湿度的至少部分蒸发以及所述固体废物的至少部分干燥。所述干燥输送机还具有冷凝柱，所述冷凝柱用于冷凝来自呈分开状态的固体废物的经释放水蒸汽。由该加热步骤产生称作干燥废物的废物，所述干燥废物在离开所述干燥输送机的输出端处具有在8％与10％之间的湿度百分比并且适用于可随后经受根据本发明的催化裂化。
接下来，使一定量的干燥废物与一定量的对催化裂化呈惰性的惰性液体混合。借助于在所述干燥输送机的输出端处延伸的螺杆式输送机实施该混合，所述干燥输送机的螺杆的旋转轴线是基本上竖直的并且所述螺杆的旋转方向适用于使得所述转移输送机朝向低处运送所述干燥废物直到惰性液体的池，所述转移输送机的螺杆沉浸在所述惰性液体的池中，以便将经脱水废物引导到所述惰性液体的池中。该构型特别地能够促进所述干燥废物分散在惰性液体的池中并且避免在所述干燥废物与所述惰性液体接触时由于堵塞而闭塞所述装置。
在根据本发明的方法中，在将所述混合物转移到输送机中期间，使所述混合物经受加热到150℃的温度以及用于在加热所述混合物的期间在小于大气压的压力下脱气的脱气阶段。
通过催化裂化经脱水废物实施处理，以便以大约1000L/h的流量制造燃料，该流量对应于对于0.86的燃料密度的大约0.24Kg/s的燃料产生流量。经脱水废物包括大约70％(按干燥废物的质量计)的纤维素废物(例如纸、纸板箱、卫生纺织品)以及大约30％(按干燥废物的质量计)的聚合合成废物(其中包括复合合成废物)。
仅作为说明性示例，经脱水废物具有的基本成分表达成所述干燥废物的质量百分比并且由下面的表格1给出，该基本成分主要取决于所述废物的来源和性质。
碳 H<sub>2</sub> 硫 O<sub>2</sub> N<sub>2</sub> 氯
53.5％ 7.7％ 0.5％ 37％ 0.7％ 0.6％
表格1
纤维素废物的裂化效率为大约32％，并且聚合合成废物的裂化效率为大约80％。该废物的整体平均裂化效率为大约46.4％。
反应物(输入物)和经产生燃料的质量流量在下面的表格2中给出。
Figure BDA0002117010390000401
表格2
除了上文描述的变型和应用之外，本发明可涉及多个变型和应用。特别地，当然，除非另有说明，上文描述的实施例中的每个的不同结构性特征或功能性特征不应被视作紧密地和/或不可分割地组合和/或彼此联系，而是相反地被视作简单的并置。而且，上文描述的不同实施例的结构性和/或功能性特征可完全或部分地涉及任何不同并置或任何不同组合。例如，所述装置的不同组成元件的尺寸、空间组织以及设计是无数变型的对象。

Claims (14)

1.一种通过催化裂化烃类固体材料产生能量产品的方法，在所述方法中，加热包括以下物质的称作裂化分散体(40)的分散体：
-呈分开状态的固体材料(1)，所述呈分开状态的固体材料包括至少一种烃类化合物；
-至少一种催化裂化催化剂(10)；
-至少一种碱性化合物(20)；以及
-对催化裂化呈惰性的惰性液体(30)；
以使得所述裂化分散体(40)达到称作裂化温度的温度，所述裂化温度在240℃与340℃之间，并且所述裂化温度能够催化裂化所述裂化分散体(40)的至少一种烃类化合物，以引起产生称作短链烃(50)的烃，所述短链烃比所述烃类化合物具有更小的分子量；
其特征在于，通过使一定量的裂化分散体(40)与一定量的惰性液体(30)混合来达到所述裂化温度，所述一定量的惰性液体不含呈分开状态的固体材料(1)和催化剂(10)，并且所述惰性液体被加热到大于所述裂化温度且小于360℃的温度，实施所述混合以使得经形成混合物达到至少等于所述裂化温度且小于焦炭形成温度的温度，并且，给具有所述裂化温度的裂化分散体(40)添加一定量的含氧气体成分，所述一定量的含氧气体成分能够促使与在所述裂化期间产生的氢气中的至少一部分发生放热反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实施用于干燥呈分开状态的固体材料(1)的干燥步骤(3)，在所述干燥步骤期间，使呈分开状态的固体材料(1)在惰性液体中的分散体维持大于100℃的温度，以便形成称作干燥材料(4)的呈分开状态的固体材料在惰性液体中的分散体，所述干燥材料具有小于10％的湿度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，实施用于给呈分开状态的固体材料(1)脱氧的脱氧步骤(7)，在所述脱氧步骤期间，具有所述裂化温度的呈分开状态的固体材料(1)在惰性液体中的分散体维持与气态气氛接触，所述气态气氛具有的氧气分压的值小于大气空气的氧气分压，以便形成呈分开状态的固体材料(1)在惰性液体(30)中的经脱氧分散体(8)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，实施按照连续流的混合步骤(11)，在所述混合步骤中，使以下物质接触和混合：
-干燥材料(4)在惰性液体(30)中的经脱氧分散体(8)的流；
-至少一种催化裂化催化剂(10)；以及
-至少一种碱性化合物(20)；以及
-惰性液体(30)的流；
以便形成具有小于所述裂化温度的温度的裂化分散体(40)的流，并且，在所述裂化分散体中，至少一种催化剂(10)与呈分开状态的固体材料(1)的至少一种烃类化合物接触。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，加热所述惰性液体(30)的流，以使得流中的惰性液体(30)达到大于所述裂化温度的温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，选择和调整：
-所述惰性液体(30)的流的温度，
-所述裂化分散体(40)的流的温度，
-所述惰性液体(30)的流的流量，以及
-所述裂化分散体(40)的流的流量；
以使得所述裂化分散体(40)与所述惰性液体(30)的混合物的温度达到至少等于呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物的裂化温度且小于焦炭形成温度的温度。
7.根据权利要求1、2和4至6中任一项所述的方法，其特征在于，经加热到至少等于所述裂化温度的温度的裂化分散体(40)由于裂化反应而形成称作裂化泡沫(43)的泡沫，使所述裂化泡沫(43)经受离心步骤(16)，通过所述离心步骤，实施使气体相(17)与固体/液体混合成分(18)分离，所述固体/液体混合成分由来自裂化的固体物质(21)在惰性液体(30)中的分散体形成。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在能够形成所述能量产品的条件下实施所述气体相(17)的冷凝。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使来自所述离心步骤(16)的固体/液体混合成分(18)经受液体/固体分离步骤(19)，在所述液体/固体分离步骤中，形成不含固体物质(21)的惰性液体(30)，然后使所述惰性液体(30)再循环。
10.一种通过催化裂化烃类固体材料产生能量产品的装置(100，200)，所述装置包括：
-称作裂化腔室(106，206)的腔室，所述裂化腔室成形成能够使对催化裂化呈惰性的惰性液体的流与称作裂化分散体(40)的分散体的流混合，所述惰性液体不含呈分开状态的固体材料和催化剂，所述裂化分散体包括：分散在所述惰性液体中的
○呈分开状态的固体材料，所述呈分开状态的固体材料包括至少一种烃类化合物；
○至少一种催化裂化催化剂；以及
○至少一种碱性化合物；
所述裂化腔室(106，206)具有：
■第一输入端(133，233)，所述第一输入端用于输入所述裂化分散体的流，所述裂化分散体的流具有小于呈分开状态的固体材料的每种烃类化合物的催化裂化温度的温度；
■第二输入端(130，230)，所述第二输入端用于输入所述惰性液体的流，所述惰性液体的流具有大于呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物的催化裂化温度的温度；
■混合部件(134，272)，所述混合部件用于使所述裂化分散体的流与所述惰性液体的流在所述裂化腔室(106，206)中混合；以及
■至少一个排泄开口(138，238)，所述至少一个排泄开口用于排泄呈现称作裂化泡沫的泡沫的形式的裂化分散体，所述裂化泡沫包括通过催化裂化形成的烃；
-第一加热部件(129，229)，所述第一加热部件用于将所述裂化分散体的流加热到小于所述催化裂化温度的温度；
-第二加热部件(132，232)，所述第二加热部件用于将所述惰性液体的流加热到大于呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物的催化裂化温度的温度，以及
-至少一个引导装置(273，277)，所述至少一个引导装置用于将含氧气体成分引导到所述裂化腔室(106)中。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置包括热绝缘的单一桶(101，201)，所述热绝缘的单一桶适用于能够包括惰性液体的池并且封闭：
-所述裂化腔室(106，206)；
-至少一个称作混合管道(111，211)的装置，所述混合管道被置于使以下物质接触和混合：
○烃类材料在惰性液体中的分散体的流；
○至少一种催化剂；以及
○至少一种碱性化合物；以及
○基于所述惰性液体的池形成的惰性液体的流；
所述混合管道适用于形成具有小于所述催化裂化温度的温度的裂化分散体的流；
-至少一个液体/固体分离构件(151，281)，所述至少一个液体/固体分离构件用于使来自催化裂化的固体物质与所述惰性液体分离；
-第一泵(115，215)，所述第一泵夹置在所述混合管道(111，211)与所述裂化腔室(106，206)之间，并且适用于经由所述第一加热部件(129，229)向所述裂化腔室(106，206)中发送所述裂化分散体的流；
-第二泵(131)，所述第二泵夹置在所述液体/固体分离构件(151，281)与所述裂化腔室(106，206)之间，并且适用于经由所述第二加热部件(132，232)向所述裂化腔室(106，206)中发送不含固体物质的惰性液体的流。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述装置包括置于所述裂化腔室(106，206)的至少一个开口(138，238)之上的离心构件(139，239)，所述离心构件用于离心称作裂化泡沫的泡沫，所述裂化泡沫通过催化裂化呈分开状态的固体材料的至少一种烃类化合物来形成，所述离心构件适用于使包括能量产品的气体相与固体/液体混合成分分离，所述固体/液体混合成分由来自裂化的固体物质在惰性液体中的分散体形成。
13.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述装置配备有冷凝装置，所述冷凝装置用于冷凝具有气体状态的短链烃并且用于将所述具有气体状态的短链烃转变成液体能量产品。
14.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述装置包括压机，所述压机用于将生活垃圾压缩到至少等于750巴的压力并且用于挤出烃类固体材料。
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