專利名稱：用顆粒狀金屬組合物熱降解不需要的物質(zhì)的方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明廣泛涉及熱降解不需要的物質(zhì)的改進方法和產(chǎn)物，涉及將這些物質(zhì)與顆粒狀金屬組合物在水和堿金屬鹽存在下接觸。更具體的，本發(fā)明涉及這樣的方法和產(chǎn)物，其中金屬組合物包含各一定量的顆粒狀鐵和鎂，和優(yōu)選較少量的顆粒狀鋁和鋅；可用這些金屬組合物來將農(nóng)業(yè)糞肥等材料熱降解到小體積，而不對環(huán)境有任何不利影響。
現(xiàn)有技術的描述涉及大規(guī)模豬生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)區(qū)在處置豬糞肥和廢料中面臨著日益困難的問題。確實，在一些地區(qū)，政府的法令在當?shù)貒栏裣拗屏素i生產(chǎn)者以常規(guī)方式處置這些廢料的權利；某些情況下，這些限制對這些生產(chǎn)者造成停產(chǎn)的威脅，或加重了其成本，從而使進一步生產(chǎn)難以進行。
有許多其它工業(yè)也引起了顯著的廢料問題。這些之中有罐頭加工廠作業(yè)、煉油廠和電子公用事業(yè)，由于現(xiàn)在使用聚氯化二酚。這些工業(yè)也面臨著甚至更為苛刻的環(huán)境法令，使廢料處置問題成為一個重大的業(yè)務問題。
過去在熱量和氫氣的生產(chǎn)中已提供了粉末狀的金屬組合物。例如，美國專利號4,017,414和3,993,577中描述了設計用來產(chǎn)生相對低溫和放出氫氣的含鐵和鎂的組合物，在這些參考文獻中描述的具體用途是補充深海潛水者或部隊喪失的體熱，或者在邊遠或寒冷地區(qū)加熱機器或儀器。
發(fā)明簡述本發(fā)明涉及改進的方法和產(chǎn)物，特別是用于熱降解不需要的物質(zhì)，如糞肥、血液或血液衍生產(chǎn)物、基于石油的材料和其它不需要的化學藥品如聚氯二酚。廣泛的說，本發(fā)明的方法涉及在水和堿金屬鹽存在下將這些物質(zhì)與顆粒狀金屬組合物接觸，結(jié)果在接觸步驟中產(chǎn)生熱量來降解這些物質(zhì)。組合物一般包含各一定量的顆粒狀鐵和鎂。
優(yōu)選形式的組合物包括約10-50％重量的顆粒狀鐵元素(更優(yōu)選的約35-45％重量)和約4-90％重量的顆粒狀鎂元素(更優(yōu)選的約10-25％重量)。該組合物還可包括較少量的顆粒狀鋁元素和顆粒狀鋅元素，一般約0.1-25％重量的鋁(更優(yōu)選的約10-20％重量)和約0.1-25％重量的鋅(更優(yōu)選的約10-20％重量)。如使用鋁和鋅，優(yōu)選這些組分的至少一種以約0.1-10％重量的含量存在。
本發(fā)明的金屬組合物是顆粒形式的，而且一般優(yōu)選用最小的平均粒度(通常約400篩目)，雖然可使用大至小碎片的粒度。最優(yōu)選的粉末是來自碾壓和研磨作業(yè)的鑄造廠粉塵形式，并且其平均粒度大約對應于煙火顆粒平均粒度±50％。
為了產(chǎn)生所要的放熱反應，需將金屬組分與水和堿金屬鹽，優(yōu)選氯化鈉接觸。如制造干燥組合物，可直接將鹽摻入到金屬組分中。就此而言，通常以約0.01-10％重量，更優(yōu)選約0.01-2％重量含量使用鹽。如需要更快引發(fā)放熱反應，可在組合物中加入少量碘元素，或該少量碘元素在反應過程中與鹽一起存在；通常以約達5％重量(基于組合物重量)的含量使用碘。
在組合物的一個特別優(yōu)選類中，制備了含有約10-25％重量的粉末狀鎂元素，約35-45％重量的粉末狀鐵元素的球磨混合物，并將其與約0.01-2％重量的氯化鈉混合，組合物余量用粉末狀鋁元素和粉末狀鋅元素各約一半補充。
本發(fā)明的組合物可直接使用或放在容器中或合成樹脂基質(zhì)中。例如，為了使用方便，可將組合物放在可透過液體的袋中。另外，可制備含有在合成樹脂基質(zhì)中分散并固定的金屬組合物的自持物。
優(yōu)選例詳述下列實施例根據(jù)本發(fā)明和其使用的方法描述了優(yōu)選金屬組合物。然而需理解，提供這些例子僅用于說明，不能作為對發(fā)明總范圍的限制。
雖然可以用許多不同組合物來實現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在通常用于熱量產(chǎn)生和降解不需要的物質(zhì)的最優(yōu)選組合物是由約13％重量的鎂鑄造廠粉塵顆粒，約40％重量的鐵鑄造廠粉塵顆粒，少量達約1％重量的氯化鈉，和占組合物剩余量各一半的鋁鑄造廠粉塵顆粒和鋅鑄造廠粉塵顆粒構成的。這些粉塵顆粒通常的平均粒度接近于對應煙火級顆粒，±50％的平均粒度。在需要快速引發(fā)放熱反應的情況下，可加入少量的結(jié)晶碘元素，通常達組合物重量的約2％。
優(yōu)選通過球磨所選金屬顆粒，從而得到具有基本相似粒度的基本均勻的混合物來制備本發(fā)明的組合物。在這種球磨過程中，不宜加入氯化鈉或其它堿金屬鹽，而且還要避免引入水。在含有氯化鈉或其它鹽的那些組合物中，鹽需要在粉末狀金屬組分球磨完畢后加入。
能夠以各種方式使用組合物。例如，可將它們直接加入需要熱降解的水相系統(tǒng)中，而不加入任何另外的組分。其它例子可以是先形成含有分散并固定在合成樹脂基質(zhì)中的所選金屬組合物之一的自持物。例如，首先制備一種熔融合成樹脂材料(如聚丙烯等聚烯烴)，然后將其與先前制備的金屬粉末組合物(最好不加入任何鹽)混合，以確保均勻性，會獲得良好結(jié)果。這時可將混合物倒入盤或其它模子中，使其熟化和干燥。一般說，該體系必須具有重量約達5％的基質(zhì)(更優(yōu)選的約達2％)和重量約達95％的金屬粉末組合物(更優(yōu)選的約達98％)。雖然可以這種形式形成各種尺寸形狀，已用厚度約1/8-1英寸，更優(yōu)選約1/4-3/8英寸的長形薄板獲得了良好結(jié)果。通過將其和鹽一起置于水相系統(tǒng)中來使用這些薄板或其它自持物。這導致立即產(chǎn)生熱，熱量使合成樹脂材料熔化并使不需要的物質(zhì)發(fā)生熱降解。
在本發(fā)明的其它形式中，可將金屬組合物置于可透水的容器，如柔性的玻璃纖維袋中。這使組合物更易于處理，并在使用后可回收袋子的殘余。
本發(fā)明組合物的一個附帶用途是產(chǎn)生大量氫氣。在大規(guī)模使用該組合物的過程中，可回收氫氣用作燃料。
在一個試驗中，通過球磨含有90-95％重量的鐵元素鑄造廠粉塵，3-5％重量的鎂元素鑄造廠粉塵，4％重量的鋅顆粒和約1-5％重量的鋁元素鑄造廠粉塵的混合物，來制備粉末狀組合物。在球磨后，加入重量約1％的氯化鈉，并將其充分混入金屬粉末中。隨即將粉末置于大的多孔透水玻璃纖維袋(每袋40英磅組合物)中。這些袋可在為處理豬糞肥設計的系統(tǒng)中使用。
具體說，構建了一個三處理室的系列，各由直徑為24英寸，具有端墻和蓋子的8英寸長的半圓塑料體構成；蓋子上具有在20磅每平方英寸壓力下可打開的出氣孔。該塑料體還裝有通過端墻延伸在中部的有孔長管。在各室中將4個填充有組合物的袋置于有孔長管下方，另將4個置于其上方。將這三個室之間以平行關系與大型200桶油田儲罐形式的最終處理容器相互連接。該油田儲罐中有2英寸厚的所述組合物(約800磅)。該儲罐還裝有氣密蓋，該氣密蓋配有設定在40磅每平方英寸壓力的放氣閥。
在試驗中，將大量水相豬糞肥通過三個室然后到最終處理儲罐中。在處理室中，溫度快速上升到約512華氏度，并在糞肥通過過程中維持在該溫度，然后溫度隨著組合物被消耗緩慢下降。一旦溫度下降到300華氏度以下，該室中的組合物被認為基本消耗完畢，需要重新補充另外的組合物袋。在室中的處理過程中，釋放水蒸氣和氫氣，排放到大氣中。來自各室的廢液被直接排到最終儲罐，在其中它被最終處理，再次放出大量氣體。最終儲罐中的溫度低于300華氏度。在熱降解后剩余在儲罐中的最終產(chǎn)物，與原始糞肥體積比較，是體積非常小的灰狀粉體(估計其體積是原始糞肥體積的約3％)。
以相同形式，可用本發(fā)明的組合物熱降解各種產(chǎn)物。這些包括所有類的釀酒產(chǎn)物、血液、石油產(chǎn)物(如原油或精煉油)和聚氯二酚。在熱降解這些產(chǎn)物過程中產(chǎn)生的反應溫度是可變的，血尿溫度通常范圍是約500-550華氏度，而其它產(chǎn)物通常是300-400華氏度。
權利要求
1．一種熱降解不需要的物質(zhì)的方法，其特征在于，該方法包括步驟在水和堿金屬鹽存在下使所述物質(zhì)與顆粒狀金屬組合物接觸，所述組合物包含各一定量的鐵和鎂顆粒，并在所述接觸步驟中產(chǎn)生充分熱量來降解所述物質(zhì)。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合物包含重量約10-50％的顆粒狀鐵元素和重量約4-90％的顆粒狀鎂元素。
3．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合物還包括至少一部分所述鹽。
4．如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述鹽是氯化鈉，并在組合物中以重量約0.01-10％的含量存在。
5．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合物還包含各一定量的顆粒狀鋁元素和顆粒狀鋅元素。
6．如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述鋁以重量約0.1-25％的含量存在，而所述鋅以重量約0.1-25％的含量存在。
7．如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述鋁或鋅中的至少一種以重量至少約0.1-10％的含量存在。
8．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鐵和鎂的形式是粉末。
9．如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述粉末是大約煙火顆粒的粒型。
10．如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括使所述物質(zhì)與一定量的碘元素接觸的步驟。
11．如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述碘以重量約達所述組合物重量的5％的含量存在。
12．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合物包含重量約10-25％的粉末狀鎂元素、重量約35-45％的粉末狀鐵元素、重量約0.01-2％的氯化鈉和占所述組合物剩余量約各一半的粉末狀鋁元素和粉末狀鋅元素。
13．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合物在所述接觸過程中產(chǎn)生氫氣，所述方法還包含收集所述氫氣的步驟。
14．一種熱分解物體，其特征在于，該熱分解物體包含分散并固定在合成樹脂基質(zhì)中的金屬組合物，所述金屬組合物包含各一定量的鐵顆粒和鎂顆粒。
15．如權利要求14所述的物體，其特征在于，所述合成樹脂基質(zhì)選自聚烯烴合成樹脂。
16．如權利要求14所述的物體，其特征在于，所述物體由重量約達5％的所述基質(zhì)、重量約達95％的所述組合物構成。
17．如權利要求14所述的物體，其特征在于，所述物體是厚度約1/8到1英寸的長形薄板形式。
18．如權利要求14所述的物體，其特征在于，所述組合物包含重量約10-50％的顆粒狀鐵元素和重量約4-90％的顆粒狀鎂元素。
19．如權利要求14所述的物體，其特征在于，所述組合物還包含各一定量的顆粒狀鋁元素和顆粒狀鋅元素。
20．如權利要求19所述的物體，其特征在于，所述鋁以重量為所述組合物約0.1-25％的含量存在，而所述鋅以重量為所述組合物約0.1-25％的含量存在。
21．如權利要求19所述的物體，其特征在于，所述鋁或鋅中的至少一種以重量為所述組合物的至少約0.1-10％的含量存在。
22．如權利要求14所述的物體，其特征在于，所述鐵和鎂的形式是粉末。
23．如權利要求22所述的物體，其特征在于，所述粉末是大約煙火顆粒的粒型。
24．一種熱降解不需要物質(zhì)的方法，其特征在于，該方法包括在水和堿金屬鹽存在下，將所述物質(zhì)與權利要求14所述的物體接觸的步驟。
25．一種熱降解選自糞肥、血液、石油產(chǎn)物、聚氯二酚及其混合物等不需要的物質(zhì)的方法，其特征在于，該方法包括步驟在水和堿金屬鹽存在下使所述物質(zhì)與顆粒狀金屬組合物接觸，所述組合物包含各一定量的鐵和鎂顆粒，并在所述接觸步驟中產(chǎn)生充分熱量來降解所述物質(zhì)。
26．一種顆粒狀金屬組合物，其特征在于，該組合物包含各一定量的顆粒狀鐵、鎂和鋁。
27．如權利要求26所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括重量為約10-50％的顆粒狀鐵元素，重量約4-90％的顆粒狀鎂元素，和重量約0.1-25％的顆粒狀鋁元素。
28．如權利要求26所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括一定量的氯化鈉。
29．一種顆粒狀金屬組合物，其特征在于，該組合物分別包括一定量的顆粒狀鐵、鎂和鋅。
30．如權利要求29所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括重量約10-50％的顆粒狀鐵元素，重量約4-90％的顆粒狀鎂元素，和重量約0.1-25％的顆粒狀鋅元素。
31．如權利要求29所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括一定量的氯化鈉。
32．如權利要求29所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括一定量的顆粒狀鋁。
33．如權利要求32所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括重量約0.1-25％的顆粒狀鋁元素。
全文摘要
提供了熱降解不需要的物質(zhì)的方法,涉及在水和一種堿金屬鹽存在下將這些物質(zhì)與顆粒狀金屬組合物接觸,結(jié)果在該接觸過程中產(chǎn)生足夠熱量來降解這些物質(zhì)。顆粒狀金屬組合物包含各一定量的鐵和鎂顆粒,和可任選的一定量的鋁和鋅顆粒。組合物在該熱降解過程中產(chǎn)生300-500華氏度的溫度和一定量的氫氣和水蒸氣。
文檔編號A62D101/20GK1305436SQ9980713
公開日2001年7月25日 申請日期1999年6月3日 優(yōu)先權日1998年6月8日
發(fā)明者S·R·托馬斯 申請人:量子市場股份有限公司