专利名称:用颗粒状金属组合物热降解不需要的物质的方法
背景技术:
发明领域本发明广泛涉及热降解不需要的物质的改进方法和产物,涉及将这些物质与颗粒状金属组合物在水和碱金属盐存在下接触。更具体的,本发明涉及这样的方法和产物,其中金属组合物包含各一定量的颗粒状铁和镁,和优选较少量的颗粒状铝和锌;可用这些金属组合物来将农业粪肥等材料热降解到小体积,而不对环境有任何不利影响。
现有技术的描述涉及大规模猪生产的农业区在处置猪粪肥和废料中面临着日益困难的问题。确实,在一些地区,政府的法令在当地严格限制了猪生产者以常规方式处置这些废料的权利;某些情况下,这些限制对这些生产者造成停产的威胁,或加重了其成本,从而使进一步生产难以进行。
有许多其它工业也引起了显著的废料问题。这些之中有罐头加工厂作业、炼油厂和电子公用事业,由于现在使用聚氯化二酚。这些工业也面临着甚至更为苛刻的环境法令,使废料处置问题成为一个重大的业务问题。
过去在热量和氢气的生产中已提供了粉末状的金属组合物。例如,美国专利号4,017,414和3,993,577中描述了设计用来产生相对低温和放出氢气的含铁和镁的组合物,在这些参考文献中描述的具体用途是补充深海潜水者或部队丧失的体热,或者在边远或寒冷地区加热机器或仪器。
发明简述本发明涉及改进的方法和产物,特别是用于热降解不需要的物质,如粪肥、血液或血液衍生产物、基于石油的材料和其它不需要的化学药品如聚氯二酚。广泛的说,本发明的方法涉及在水和碱金属盐存在下将这些物质与颗粒状金属组合物接触,结果在接触步骤中产生热量来降解这些物质。组合物一般包含各一定量的颗粒状铁和镁。
优选形式的组合物包括约10-50%重量的颗粒状铁元素(更优选的约35-45%重量)和约4-90%重量的颗粒状镁元素(更优选的约10-25%重量)。该组合物还可包括较少量的颗粒状铝元素和颗粒状锌元素,一般约0.1-25%重量的铝(更优选的约10-20%重量)和约0.1-25%重量的锌(更优选的约10-20%重量)。如使用铝和锌,优选这些组分的至少一种以约0.1-10%重量的含量存在。
本发明的金属组合物是颗粒形式的,而且一般优选用最小的平均粒度(通常约400筛目),虽然可使用大至小碎片的粒度。最优选的粉末是来自碾压和研磨作业的铸造厂粉尘形式,并且其平均粒度大约对应于烟火颗粒平均粒度±50%。
为了产生所要的放热反应,需将金属组分与水和碱金属盐,优选氯化钠接触。如制造干燥组合物,可直接将盐掺入到金属组分中。就此而言,通常以约0.01-10%重量,更优选约0.01-2%重量含量使用盐。如需要更快引发放热反应,可在组合物中加入少量碘元素,或该少量碘元素在反应过程中与盐一起存在;通常以约达5%重量(基于组合物重量)的含量使用碘。
在组合物的一个特别优选类中,制备了含有约10-25%重量的粉末状镁元素,约35-45%重量的粉末状铁元素的球磨混合物,并将其与约0.01-2%重量的氯化钠混合,组合物余量用粉末状铝元素和粉末状锌元素各约一半补充。
本发明的组合物可直接使用或放在容器中或合成树脂基质中。例如,为了使用方便,可将组合物放在可透过液体的袋中。另外,可制备含有在合成树脂基质中分散并固定的金属组合物的自持物。
优选例详述下列实施例根据本发明和其使用的方法描述了优选金属组合物。然而需理解,提供这些例子仅用于说明,不能作为对发明总范围的限制。
虽然可以用许多不同组合物来实现本发明,现在通常用于热量产生和降解不需要的物质的最优选组合物是由约13%重量的镁铸造厂粉尘颗粒,约40%重量的铁铸造厂粉尘颗粒,少量达约1%重量的氯化钠,和占组合物剩余量各一半的铝铸造厂粉尘颗粒和锌铸造厂粉尘颗粒构成的。这些粉尘颗粒通常的平均粒度接近于对应烟火级颗粒,±50%的平均粒度。在需要快速引发放热反应的情况下,可加入少量的结晶碘元素,通常达组合物重量的约2%。
优选通过球磨所选金属颗粒,从而得到具有基本相似粒度的基本均匀的混合物来制备本发明的组合物。在这种球磨过程中,不宜加入氯化钠或其它碱金属盐,而且还要避免引入水。在含有氯化钠或其它盐的那些组合物中,盐需要在粉末状金属组分球磨完毕后加入。
能够以各种方式使用组合物。例如,可将它们直接加入需要热降解的水相系统中,而不加入任何另外的组分。其它例子可以是先形成含有分散并固定在合成树脂基质中的所选金属组合物之一的自持物。例如,首先制备一种熔融合成树脂材料(如聚丙烯等聚烯烃),然后将其与先前制备的金属粉末组合物(最好不加入任何盐)混合,以确保均匀性,会获得良好结果。这时可将混合物倒入盘或其它模子中,使其熟化和干燥。一般说,该体系必须具有重量约达5%的基质(更优选的约达2%)和重量约达95%的金属粉末组合物(更优选的约达98%)。虽然可以这种形式形成各种尺寸形状,已用厚度约1/8-1英寸,更优选约1/4-3/8英寸的长形薄板获得了良好结果。通过将其和盐一起置于水相系统中来使用这些薄板或其它自持物。这导致立即产生热,热量使合成树脂材料熔化并使不需要的物质发生热降解。
在本发明的其它形式中,可将金属组合物置于可透水的容器,如柔性的玻璃纤维袋中。这使组合物更易于处理,并在使用后可回收袋子的残余。
本发明组合物的一个附带用途是产生大量氢气。在大规模使用该组合物的过程中,可回收氢气用作燃料。
在一个试验中,通过球磨含有90-95%重量的铁元素铸造厂粉尘,3-5%重量的镁元素铸造厂粉尘,4%重量的锌颗粒和约1-5%重量的铝元素铸造厂粉尘的混合物,来制备粉末状组合物。在球磨后,加入重量约1%的氯化钠,并将其充分混入金属粉末中。随即将粉末置于大的多孔透水玻璃纤维袋(每袋40英磅组合物)中。这些袋可在为处理猪粪肥设计的系统中使用。
具体说,构建了一个三处理室的系列,各由直径为24英寸,具有端墙和盖子的8英寸长的半圆塑料体构成;盖子上具有在20磅每平方英寸压力下可打开的出气孔。该塑料体还装有通过端墙延伸在中部的有孔长管。在各室中将4个填充有组合物的袋置于有孔长管下方,另将4个置于其上方。将这三个室之间以平行关系与大型200桶油田储罐形式的最终处理容器相互连接。该油田储罐中有2英寸厚的所述组合物(约800磅)。该储罐还装有气密盖,该气密盖配有设定在40磅每平方英寸压力的放气阀。
在试验中,将大量水相猪粪肥通过三个室然后到最终处理储罐中。在处理室中,温度快速上升到约512华氏度,并在粪肥通过过程中维持在该温度,然后温度随着组合物被消耗缓慢下降。一旦温度下降到300华氏度以下,该室中的组合物被认为基本消耗完毕,需要重新补充另外的组合物袋。在室中的处理过程中,释放水蒸气和氢气,排放到大气中。来自各室的废液被直接排到最终储罐,在其中它被最终处理,再次放出大量气体。最终储罐中的温度低于300华氏度。在热降解后剩余在储罐中的最终产物,与原始粪肥体积比较,是体积非常小的灰状粉体(估计其体积是原始粪肥体积的约3%)。
以相同形式,可用本发明的组合物热降解各种产物。这些包括所有类的酿酒产物、血液、石油产物(如原油或精炼油)和聚氯二酚。在热降解这些产物过程中产生的反应温度是可变的,血尿温度通常范围是约500-550华氏度,而其它产物通常是300-400华氏度。
权利要求
1.一种热降解不需要的物质的方法,其特征在于,该方法包括步骤在水和碱金属盐存在下使所述物质与颗粒状金属组合物接触,所述组合物包含各一定量的铁和镁颗粒,并在所述接触步骤中产生充分热量来降解所述物质。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合物包含重量约10-50%的颗粒状铁元素和重量约4-90%的颗粒状镁元素。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合物还包括至少一部分所述盐。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述盐是氯化钠,并在组合物中以重量约0.01-10%的含量存在。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合物还包含各一定量的颗粒状铝元素和颗粒状锌元素。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述铝以重量约0.1-25%的含量存在,而所述锌以重量约0.1-25%的含量存在。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述铝或锌中的至少一种以重量至少约0.1-10%的含量存在。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铁和镁的形式是粉末。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述粉末是大约烟火颗粒的粒型。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法还包括使所述物质与一定量的碘元素接触的步骤。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述碘以重量约达所述组合物重量的5%的含量存在。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合物包含重量约10-25%的粉末状镁元素、重量约35-45%的粉末状铁元素、重量约0.01-2%的氯化钠和占所述组合物剩余量约各一半的粉末状铝元素和粉末状锌元素。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合物在所述接触过程中产生氢气,所述方法还包含收集所述氢气的步骤。
14.一种热分解物体,其特征在于,该热分解物体包含分散并固定在合成树脂基质中的金属组合物,所述金属组合物包含各一定量的铁颗粒和镁颗粒。
15.如权利要求14所述的物体,其特征在于,所述合成树脂基质选自聚烯烃合成树脂。
16.如权利要求14所述的物体,其特征在于,所述物体由重量约达5%的所述基质、重量约达95%的所述组合物构成。
17.如权利要求14所述的物体,其特征在于,所述物体是厚度约1/8到1英寸的长形薄板形式。
18.如权利要求14所述的物体,其特征在于,所述组合物包含重量约10-50%的颗粒状铁元素和重量约4-90%的颗粒状镁元素。
19.如权利要求14所述的物体,其特征在于,所述组合物还包含各一定量的颗粒状铝元素和颗粒状锌元素。
20.如权利要求19所述的物体,其特征在于,所述铝以重量为所述组合物约0.1-25%的含量存在,而所述锌以重量为所述组合物约0.1-25%的含量存在。
21.如权利要求19所述的物体,其特征在于,所述铝或锌中的至少一种以重量为所述组合物的至少约0.1-10%的含量存在。
22.如权利要求14所述的物体,其特征在于,所述铁和镁的形式是粉末。
23.如权利要求22所述的物体,其特征在于,所述粉末是大约烟火颗粒的粒型。
24.一种热降解不需要物质的方法,其特征在于,该方法包括在水和碱金属盐存在下,将所述物质与权利要求14所述的物体接触的步骤。
25.一种热降解选自粪肥、血液、石油产物、聚氯二酚及其混合物等不需要的物质的方法,其特征在于,该方法包括步骤在水和碱金属盐存在下使所述物质与颗粒状金属组合物接触,所述组合物包含各一定量的铁和镁颗粒,并在所述接触步骤中产生充分热量来降解所述物质。
26.一种颗粒状金属组合物,其特征在于,该组合物包含各一定量的颗粒状铁、镁和铝。
27.如权利要求26所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括重量为约10-50%的颗粒状铁元素,重量约4-90%的颗粒状镁元素,和重量约0.1-25%的颗粒状铝元素。
28.如权利要求26所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括一定量的氯化钠。
29.一种颗粒状金属组合物,其特征在于,该组合物分别包括一定量的颗粒状铁、镁和锌。
30.如权利要求29所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括重量约10-50%的颗粒状铁元素,重量约4-90%的颗粒状镁元素,和重量约0.1-25%的颗粒状锌元素。
31.如权利要求29所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括一定量的氯化钠。
32.如权利要求29所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括一定量的颗粒状铝。
33.如权利要求32所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括重量约0.1-25%的颗粒状铝元素。
全文摘要
提供了热降解不需要的物质的方法,涉及在水和一种碱金属盐存在下将这些物质与颗粒状金属组合物接触,结果在该接触过程中产生足够热量来降解这些物质。颗粒状金属组合物包含各一定量的铁和镁颗粒,和可任选的一定量的铝和锌颗粒。组合物在该热降解过程中产生300-500华氏度的温度和一定量的氢气和水蒸气。
文档编号A62D101/20GK1305436SQ9980713
公开日2001年7月25日 申请日期1999年6月3日 优先权日1998年6月8日
发明者S·R·托马斯 申请人:量子市场股份有限公司