有機廢棄物的快速幹法碳化的方法和裝置，與該方法相關的裝置和催化體系與流程

2023-10-26 22:34:22 3

技術領域：
涉及使有機廢棄物轉化為煤、碳化方法和裝置，以及催化體系。
背景技術：
：隨著世界人口的增加，所產生的廢棄物增加。廢棄物對環境、經濟以及整個社會的影響正成為地球上的嚴重問題。目前，存在處理有機廢氣物的若干種選擇。其中一種選擇是受控的填埋，受控的填埋以掩埋固體廢棄物為基礎，並且通過以下來進行：將無害廢棄物鋪設在地下挖出的層、孔或溝中；壓實該無害廢棄物；並且在每個工作日結束時用土壤覆蓋它們。遺憾的是，該處理導致有毒氣體的排放並且可能會由於甲烷積累而引起自燃和爆炸。與受控的填埋相關的主要成本包括土地徵用費用，用非滲透性塑料布作為地面的襯壁以防止危險物質洩露至土壤和地下水和含水層，運輸至偏遠且非常大的填埋場，以及連續監控/處理以避免過量甲烷積累。如果存在洩露或甲烷的積累，則在傾倒之前，需要對填埋場進行維修。有氧消化技術和厭氧消化技術或者堆肥技術涉及通過微生物(通常為細菌和真菌)將有機廢棄物分解為更簡單的形式。這些微生物將廢棄物中的碳作為能源使用。含氮材料的分解使得原材料分解成更一致的產物(可用作土壤富集)。在該過程中所產生的熱殺死了許多不需要的生物體，諸如雜草種子和病原體。厭氧堆肥導致部分的廢棄物的發酵。通常，對於這些技術，需要較大的空間，這也可能是昂貴的。堆肥的過程厭氧地產生生物氣(例如，甲烷氨和二氧化碳)。由於厭氧堆肥發生在密封的無氧環境或在水中進行，有機材料的分解可能由於含硫化合物(諸如硫化氫)的釋放而產生非常令人不愉快的氣味。厭氧堆肥的主要缺點之一是如果堆肥沒有足夠的時間(至少一年)來發酵以及分解生物質原料，則堆肥存在含有有害病原體的風險。此外，如果發生洩露，則地下水可能受到汙染。此外，通過堆肥所產生的肥料質量差，這是由於碳和氮被轉化成二氧化碳和氨而導致含碳和氮較少。甲烷化是一種這樣的廢棄物處理方法：其中，通過來自廢棄物處理廠以及甚至填埋地的許多不同類型的動物源有機物質和植物源有機物質的發酵來自然地產生生物氣。甲烷化可提供加熱、電力或燃料。然而，甲烷化是導致甲烷和二氧化碳產生的複雜過程；與其它現有技術相比，該甲烷化，特別是基於生物甲烷化技術的那些項目是高度資本密集的，這是由於該技術需要關鍵且昂貴的裝備；並且甲烷化不適用於含少量有機降解物質的廢棄物。此外，需要洩露防護來避免地下廢棄物汙染。焚燒是一種廢棄物熱處理，涉及廢棄物材料中所含的有機物質的燃燒，將其轉化為灰分和煙道氣。該灰分主要由廢棄物的無機組分形成，並且可為煙道氣所攜帶的固體塊或顆粒的形式。在所生成的煙道氣排放到大氣之前，必須對其進行清潔以去除可能的有毒汙染物。在一些情況下，通過焚燒所產生的熱可用於通過蒸汽來產生電力。其可降低廢棄物的體積和重量。遺憾的是，其還可導致有毒氣體(如二噁英)、呋喃和nox氣體的排放，這需要對空氣進行監控和處理。焚燒廠的成本是高的，並且操作人員需要是熟練且經訓練的。此外，一些廢棄物材料需要額外的燃料來焚燒它們。廢棄物氣化涉及通常在超過700℃的溫度下，碳質原料與含氧試劑(通常是氧氣、空氣、蒸汽或二氧化碳)的反應。其涉及物質的部分氧化，這意味著加入氧，但是氧的量不足以使燃料被完全氧化和發生完全燃燒。該過程大量放熱，但是可能還需要一些熱來引發並保持氣化過程。主要的產物是含有一氧化碳、氫氣和甲烷的合成氣。通過氣化產生的其它主要產物是不燃材料(灰分)的固體殘餘物，其含有相對低水平的碳。在氣化期間，焦油、重金屬、滷素和鹼性化合物釋放至產物氣體中，並且可導致環境和操作問題。焦油是高分子量有機氣體，其破壞重整催化劑、除硫系統、陶瓷過濾器並且增加了鍋爐中以及其它金屬和耐火材料表面上的渣化的發生。鹼可導致在一些氣化系統中所使用的硫化床中聚集體的增加，並且也可在燃燒期間破壞燃氣渦輪。重金屬是有毒的，並且如果釋放到環境中則會產生積累。滷素是腐蝕性的，並且如果排放到環境中則導致酸雨。等離子體電弧技術基於供應到兩個電極之間產生電弧的氣炬(torch)上的電力。然後，通過電弧將惰性氣體加熱至極高的溫度。由於該極高的溫度，廢棄物氣化。在該溫度下，所有的無機材料，諸如金屬、二氧化矽、混凝土、礫石、玻璃等，或者有機材料發生玻璃化，並且在冷卻後，落到爐的底部。在排放之前，應當儲存所得材料來進行冷卻。通常在處理危險廢棄物中使用該技術。這是一個非常複雜和非常昂貴的技術。該技術需要連續地更換等離子體氣炬，並且其產生非常高且不可接受的噪聲汙染。熱解是一種熱分解，即，熱化學分解，其在有機材料暴露於高溫且不存在氧氣、溼氣和任何滷素的情況下發生。熱解需要在有機材料進入反應腔室之前，對該有機材料進行乾燥(通過低於10％的水分)。熱解涉及化學組成和物理狀體的不可逆的且同時性變化。其在1巴至4.5巴的壓力且在400℃至600℃(有時高達1200℃)的溫度下進行，並且停留時間為數小時。通常，有機物質的熱解產生氣體和液體(水和生物油)產物，並且產生富含碳含量和炭的固體殘餘物。熱解在化學工業中大量使用。其也是在將木材燒成木炭中所涉及的過程，並且也可在固體燃料燃燒的火災中發生或者在火山熔巖中當植被與巖漿接觸時發生。極度熱分解，主要產生碳作為殘餘物，也被稱為碳化。缺點是在進入熱解單元前，必須將廢棄物切成碎片或進行分離以防止進料和運輸系統的堵塞。其導致高濃度的co氣體的產生，該高濃度的co氣體需要處理。此外，熱解油和焦油含有有毒的致癌化合物。確實存在一種用於廢棄物處理方法的未解決的需要，該廢棄物處理方法與現有技術相比，至少成本更低、需要更小的空間、環境友好無汙染物排放、速度快，或者能夠將廢棄物體積降低至最低。wo2008081407a2(antacorltd.)公開了水熱碳化，即，固液加熱系統，其中，壓力被調節至至少7巴，並且在10巴至34巴之間變動；溫度在100℃和300℃之間變動。處理時間為至少2小時並且可為12小時至60小時。起始材料必須切割為毫米級。該方法需要通過在酸中溫育材料2小時至6小時來進行預處理。在處理前和處理後，必須加入催化劑。該催化劑是二元羧酸或三元羧酸或硫酸。金屬也可用作催化劑，這些金屬是重金屬並且可能是有毒的。該過程在處理過程中採用液體噴射混合泵。在處理之後，終產物是一種泥漿，並且需要移除水，並且對材料進行乾燥。通過納米過濾或反滲透對水進行處理。該過程基於美拉德(maillard)反應(胺基酸和還原糖之間的化學反應)，其涉及三個階段的處理。終產物是泥炭、褐煤、黑煤腐殖質(一種肥料)。最終產物包括65％的原起始物質。在所述方法中，使用還原性氫氣、o2和n2。黎巴嫩專利lb9444(dr.jamilrima)要求保護一種將固體有機廢棄物轉化成煤的溼法碳化過程。將以下條件施加至反應器中：1)將氣壓固定為10巴；2)將溫度固定為450℃；3)引入由石墨和氦氣製成的催化劑。根據該公開，在將垃圾引入到反應器之後且在恰當的調節之後，有機材料在十五分鐘內轉化成碳並且不產生有毒排放物。遺憾的是，在反應器中存在水而由此幹擾碳化反應時，該方法不能進行。得到的是炭，而不是煤。值得注意的是，有機廢棄物具有70％至80％的水含量。rima等人(journalofappliedsciencesresearch,9(3):1666-1674,2013)公開了利用高壓和高溫的碳化過程處理醫療廢棄物和市政廢棄物來用於煤產生。根據該過程，得到了炭。沒有提供關於用於有機固體廢棄的碳化的催化劑、機理和條件的任何細節。wo2014/032844a1(hempelas)公開了一種抗腐蝕塗覆組合物，包括：粘合劑體系、鋅顆粒、中空玻璃微球以及導電顏料，如石墨。本發明的目的是提供一種方法，該方法能夠使有機廢棄物碳化，而不產生任何有毒排放物，其中，有機廢棄物包括但不限於市政固體廢棄物、大多數醫院廢棄物、過期藥物、屠宰場廢棄物、收集自汙水的汙泥以及工業有機廢棄物。本發明的目的是提供與現有技術相比，需要相對較少投資的廢棄物處理方法、裝備和材料。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法由於其需要極少的勞力和能源而具有低操作成本。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法是快速的，需要15分鐘至35分鐘的時段將廢棄物轉化為碳。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法是通用的，該處理方法在起始材料具有大於80％溼氣時能夠進行，或者在存在滷素的情況下進行，或者在應用該處理工藝之前，需要對廢棄物進行最少的分揀。本發明的目的是提供一種廢棄物處理裝備，該廢棄物處理裝備需要較小的操作面積並且是耐久的。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法是碳平衡的(或者甚至在一些情況下，是碳減少的)，從而不會產生汙染，沒有有毒排放物，並且因此是環境友好的。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法產生高品質碳，該高品質碳可用於能源或作為能源來出售。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法產生隨後被冷卻且轉化成蒸餾水的蒸汽。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法既降低廢棄物的體積又降低廢棄物的重量。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法在處理之前，需要最小程度的因不能轉化成碳的非有機廢棄物(諸如金屬或玻璃)而進行的分揀。本發明的目的是提供一種廢棄物處理方法，該廢棄物處理方法能夠處理大多數的醫療廢棄物，而無需傳統滅菌且不會產生有毒排放物。本發明試圖滿足上述提及的目的中的至少一個。令人驚奇地，本發明人已經發現通過微調反應器中應用的條件和步驟(理念上涉及碳化開始之前廢棄物的完全乾燥，即，基本上去除水)，來產生完全優化的碳化過程。令人驚奇地，本發明人已經發現，通過使加熱速率和加壓速率的加速，獲得了改進的方法，在該改進的方法中，在約5分鐘至35分鐘內使全部的起始材料碳化。令人驚奇地，本發明人還發現，通過選擇合適的催化劑混合物，改善了熱量在正在處理的廢棄物中的恰當分布。令人驚奇地，本發明人還發現，通過用一種催化劑組合物塗覆反應器的內壁，每次運行僅需要外部的催化氣體的補給，其中，該催化氣體在瓶中提供，從而極大地簡化了該方法。令人驚奇地，本發明人還發現，每次運行僅需要外部的混合有納米流體的催化氣體的補給，從而極大地簡化了該方法。附圖說明圖1為有機廢棄物的一些代表性化學組分。圖2示出了分子中c-c鍵的內部斷裂。圖3為示出了來自廢棄物材料的代表性組分和轉化後的材料的示意圖。溼氣作為蒸汽水被排出，同時有機物質轉化成碳。圖4示出了根據本發明配置的3500kg容量的反應器的圖片。圖5a和圖5b示出了在碳化之前和碳化之後的相同材料-藥物產品。圖6a和圖6b示出了在碳化之前和碳化之後的相同材料-聚乙烯瓶。圖7a和圖7b示出了在碳化之前和碳化之後的相同材料-皮革。圖8a和圖8b示出了在碳化之前和碳化之後的相同材料-捲心菜。圖9a和圖9b示出了在碳化之前和碳化之後的相同材料-香蕉。圖10a和圖10b示出了在碳化之前和碳化之後的相同材料-廢棄物。圖11示出了溫度對碳化水平的影響，即，表示為當壓力設定為10巴，並且使溫度從150℃升高至450℃時，所產生的碳的百分比。圖12示出了壓力對碳化水平和灰分形成水平的影響，即，表示為當溫度設定為400℃且當壓力從1巴升高至10巴，所得到的碳和灰分的百分比。圖13示出了在根據實施例2中所述的條件下進行15分鐘後，由3.5噸市政固體廢棄物所得到的碳。圖14示出了在根據實施例2中所述的條件下進行15分鐘後，從含3.5噸市政固體廢棄物的反應器排出的蒸汽水。技術實現要素：廢棄物和有機材料的快速碳化是能夠將廢棄物和有機材料總體轉化為碳的技術，並且能夠使用該技術而不產生任何環境有毒排放物。除了如果存在於起始原料中的非有機材料之外，最終產物是碳和水，諸如特別是蒸餾水。該技術能夠在5分鐘到35分鐘內將廢棄物和有機物質轉化為碳。它是環保的一種經濟方法。所獲得的碳可被重新用於產生熱，例如用在水泥製造或其它冶金工業中。這種技術也是清潔的熱水的新來源。本發明的基礎依賴於以下的組合：第一步驟，乾燥起始材料(如果尚未乾燥)，在短時間內施加熱(其中溫度保持在250℃至450℃，優選在350℃至450℃)，3巴以上，優選8巴以上的氣壓，從而使有機材料碳化並將其轉化為碳。這可以通過有效且快速的熱傳遞來實現，其中，在一個實施方式中，通過催化體系來實現，該催化體系以高效的方式捕集熱並使熱擴散到待碳化材料中。在另一個實施方式中，通過將熱量擴散到待碳化材料中的催化體系來實現。本發明具有的額外優點是其具有能夠在氧氣和溼氣同時存在下進行的能力。具體實施方式在一個實施方式中，本發明憑藉催化體系，通過結合熱、氣壓和快速的熱傳遞來進行，從而在短時間內使有機材料轉化為碳。溼氣轉化為水蒸汽。隨後，可使所述水蒸汽冷卻成水，諸如特別是蒸餾水。起始有機材料在處理後成為優選含量為92％至96％的高純度碳。本發明能夠使有機廢棄物(例如，市政廢棄物、醫院廢棄物、過期藥物、屠宰場廢棄物、皮和肉、汙水汙泥以及工業有機廢棄物等)碳化，並且既可在存在或不存在氧的情況進行，又可在存在或不存在水分的情況下進行。本發明的有益結果包括：產生作為能源的碳；產生可被進一步使用的水蒸汽/蒸餾水；所需的使用空間小；處理時間快；成本低；以及該方法是環境友好的，而不會產生任何有毒排放物。具體地，本發明能夠在無需進行滅菌的情況下，通過使醫院廢棄物轉化為碳來處理大部分的醫院廢棄物。本發明還能夠在不產生任何有毒排放物的情況下，通過使過期藥物轉化成碳來處理過期藥物。本發明還能夠在不產生任何有毒排放物的情況下，使汙水汙泥轉化為碳。本發明還能夠在不產生任何有毒排放物的情況下，使屠宰場廢棄物轉化為碳。根據本發明的方法如下進行。形成起始廢棄物的化學分子包括大量的分子(如圖1所示的那些分子)。在水蒸發之後，保持碳分子的鍵開始斷裂，如下圖2所示。在所需循環結束時，所有的水都以水蒸汽的形式從有機材料中提取出來，剩餘的所有材料都轉化為煤(碳)，如圖3所示。測試已經表明：在對水進行冷卻之後，蒸汽轉化成蒸餾水，並且由上述碳化過程所產生的碳在水蒸發後呈現為高純度碳(如95％至98％)的乾材料，如下表所示：編號樣品實驗％n％c％h％s1固體1097.8558002固體2098.120700在從該經處理的廢棄物蒸發水之後，僅殘留乾材料，在熱、氣壓和至廢棄物的快速熱傳遞的影響下，在一個實施方式中，該廢棄物憑藉催化體系通過有機分子的c-c鍵的內部斷裂來轉化成碳。根據本發明，c-c鍵的斷裂以快速、經濟、清潔且有效的方式來實現。本發明依賴於熱達到所需溫度水平的速度以及使熱量傳遞到反應器內有機材料的所有組分的擴散能力。對於實現該熱傳遞速度的方式的實例，本發明提供一種催化體系，該催化體系除了使用導熱氣體(包括氦氣)的混合物、納米流體以及它們的任何混合物之外，包括熱捕獲組合物，熱捕獲組合物由石墨製成、由sol-gel技術製備並且塗覆反應器的內壁。在吸收通過sol-gel方法所製備的材料所持有的熱之後，該氣體的混合物或納米流體(其高熱傳導性是已知的)使得所述熱分散或加載(vehiculate)在需要被處理的廢棄物材料中，該分散確保了熱量以所需的速度散布並且散布在整個廢棄物材料內。對於實現該熱傳遞速度的方式的另一個實例，本發明提供一種催化體系，該催化體系包括混合有納米流體材料的導熱氣體(包括氦氣)的混合物。混合有納米流體的該氣體混合物(其高熱傳導性是已知的)使得所述熱分散或加載在需要被處理的廢棄物材料中，該分散確保了熱量以所需的速度散布並且散布在整個廢棄物材料內。另一重要方面是在反應器內使用高壓，反應器內的高壓需要達到3巴或更高、優選7巴或更高、更優選8巴或更高，這種高壓防止燃燒反應，進而防止不希望形成的灰分比碳多。實施方式本發明涉及一種用於在反應器中使廢棄物轉化成碳的方法，所述方法包括：a)通過使所述廢棄物經受至少3巴的壓力和至少250℃的溫度來乾燥所述廢棄物；b)使水蒸汽釋放出所述反應器，以及；c)通過在至少5分鐘的時段內，使所述廢棄物保持至少3巴的壓力和至少250℃的溫度來使所述廢棄物至少部分地碳化，從而獲得碳；以及d)可選地，分離非有機材料和所獲得的碳。應當理解的是，釋放的蒸汽可被冷卻為水。可選地，通過冷卻該釋放的水蒸汽可獲得蒸餾水。在一個實施方式中，在步驟a)和步驟c)中，所述壓力各自獨立地為至少4巴、至少5巴、至少6巴、至少7巴、至少8巴、至少9巴或至少10巴。在一個實施方式中，在步驟a)和步驟c)中，所述溫度各自獨立地為至少275℃、至少300℃、至少325℃或至少350℃。在一個實施方式中，在步驟c)中，所述時段為至少7分鐘、至少10分鐘、至少15分鐘或至少20分鐘。優選地，本發明涉及一種用於在反應器中使廢棄物轉化成碳的方法，所述方法包括：a)通過使所述廢棄物經受8巴至10巴的壓力和350℃至450℃的溫度來乾燥所述廢棄物；b)使水蒸汽釋放出所述反應器，以及；c)通過在至少5分鐘至25分鐘的時段內，使所述廢棄物保持8巴至10巴的壓力和350℃至450℃的溫度來使所述廢棄物至少部分地碳化，從而獲得碳；以及d)可選地，分離非有機材料和所獲得的碳。應當理解的是，釋放的蒸汽可被冷卻為水。可選地，通過冷卻該釋放的水蒸汽可獲得蒸餾水。在一個實施方式中，在根據本發明的方法中，在碳化步驟c)之後，該方法進一步包括在低於100℃的溫度下進行減壓和冷卻。該減壓和冷卻步驟能夠使得安全打開該反應器並且移除所轉化的碳，以及可選地，如果存在非有機材料，則可移除該非有機材料。在另一實施方式中，在根據本發明的方法中，在碳化步驟c)之後，該方法進一步包括在腔室內，尤其是安裝在反應器下方的冷卻腔室內進行碳的轉移。在低於100℃的溫度下對所述腔室進行減壓能夠衝刷(flush)該碳。如果需要，則在同一時間，可通過優選安裝在碳化反應器上方的另一室將另一批的廢棄物加入到反應器中，從而替換所述腔室內轉移後的經碳化的廢棄物。在該模式中，根據本發明的方法是連續方法，從而能夠節省時間和能量。在一個實施方式中，在根據本發明的方法中，通過加熱構件和催化體系來提供至少250℃的溫度。在一個實施方式中，所述催化體系包括：i)熱捕獲組合物，該熱捕獲組合物至少部分塗覆反應器的內壁；以及ii)供應到所述反應器內的至少一種導熱氣體。在一個實施方式中，該熱捕獲組合物由膠體溶液製成，該膠體溶液包括：i)耐高達500℃的溫度的無機水基粘合劑；ii)熱捕獲粉末；以及iii)合適的溶劑。在一個實施方式中，熱捕獲粉末包括：i)碳基粉末，所述碳基粉末選自石墨粉末、碳黑粉末、碳納米管、碳纖維、焦炭、石墨烯、木炭粉末，以及它們的任意混合物；以及可選地，ii)金屬粉末，所述金屬粉末選自鋅、錫、鐵、鋁、鎢、鈦、鋯、鈮、硼、任何過渡金屬，以及它們的任意混合物。在一個實施方式中，熱捕獲粉末在幹法篩分時具有小於10μm的粒徑d90。在一個實施方式中，抵抗高達500℃溫度的無機水基粘合劑是無機矽水基粘合劑。在一個實施方法中，該至少一種導熱氣體選自氦氣、氫氣、co2、co、氬氣、乙烯、hcl、h2s、氖氣以及它們的任意組合。在一個實施方式中，該至少一種導熱氣體是通過在水中混合二氧化鈦納米顆粒和十二烷基硫酸鈉所獲得的納米流體。在一個實施方式中，該至少一種導熱氣體是氫氣和氦氣的非爆炸性混合物，並且氫氣通過產氫粉末，優選氫化物粉末供應至反應器。在一個實施方式中，在步驟b)之前，即，當反應器內仍然存在一些水或水蒸汽時，將產氫粉末供應到反應器。在一個實施方式中，除了導熱氣體之外或為了替代導熱氣體，使用例如由二氧化鈦納米顆粒、十二烷基硫酸鈉和水的混合物(10g的二氧化鈦，十二烷基硫酸鈉的濃度＝1mol/l)所獲得的納米流體。在另一實施方式中，催化體系包括：至少一種導熱氣體和至少一種納米流體材料(例如導熱納米流體液體)的混合物。所述導熱納米流體液體可被供應至反應器。這種納米流體材料的實例可為混合有其它無機納米顆粒或在水性溶液中混合有十二烷基硫酸鈉的二氧化鈦納米顆粒的混合物。在一個實施方式中，廢棄物選自市政固體廢棄物、醫院廢棄物、藥物、屠宰場廢棄物、收集自汙水的汙泥，以及工業有機廢棄物。在一個實施方式中，廢棄物包括非有機材料，諸如金屬或玻璃。在一個實施方式中，使所獲得的碳的至少一部分再循環來加熱所述反應器。本發明進一步涉及一種用於將有機材料或廢棄物轉化為碳的反應器，其特徵在於，該反應器的內壁部分地塗覆有熱捕獲組合物，所述熱捕獲組合物如上所述由膠體溶液製成，該膠體溶液包括i)耐高達500℃的溫度的無機水基粘合劑；ii)熱捕獲粉末；以及iii)合適的溶劑。在一個實施方式中，所述反應器進一步包括：入口，所述入口用於供應如上所限定的至少一種導熱氣體；以及出口，所述出口用於釋放水蒸汽。在一個實施方式中，所述反應器進一步包括加熱系統、冷卻系統、氣壓系統、安全閥以及一個或兩個通道。本發明進一步涉及一種膠體溶液，該膠體溶液包括：i)耐高達500℃的溫度的無機水基粘合劑，ii)熱捕獲粉末，以及iii)合適的溶劑；其中，該熱捕獲粉末包括：iia)碳基粉末，所述碳基粉末選自石墨粉末、碳黑粉末、碳納米管、碳纖維、焦炭、石墨烯、木炭粉末，以及它們的任意混合物；以及可選地，iib)金屬粉末，所述金屬粉末選自鋅、錫、鐵、鋁、鎢、鈦、鋯、鈮、硼、任何過渡金屬，以及它們的任意混合物；其中，該熱捕獲粉末在幹法篩分時具有小於10μm的粒徑d90；其特徵在於，熱捕獲粉末的碳基粉末相對於無機水基粘合劑的重量比為0.70～1.30:1，優選1:1。本發明進一步涉及一種由如上所限定的由膠體溶液製成的熱捕獲組合物。本發明進一步涉及一種催化體系，該催化體系包括：i)如上所限定的熱捕獲組合物；以及ii)如上所限定的至少一種導熱氣體。在一個實施方式中，本發明的所獲得的碳具有至少80％、優選至少90％(w/w)、更優選至少92％、甚至更優選至少95％、又甚至更優選至少98％的純度。本發明進一步涉及膠體溶液、熱捕獲組合物、導熱氣體、催化體系以及塗覆有本發明的熱捕獲組合物的反應器在碳化有機廢棄物中作為試劑和工具的應用。定義術語「碳化(carbonization)」或「使……碳化(carbonizing)」涉及通過碳-碳鍵的斷裂使有機分子轉化為碳或含碳殘餘物。催化體系本發明的催化體系由兩個主要組分組成：熱捕獲組合物和至少一種導熱氣體。出於實際的原因，熱捕獲組合物採取塗覆至少部分、優選大部分或整個反應器內壁的固體層的形式，但是本發明不限於該具體形式。術語「塗層」是指這樣的液體組合物、可液化組合物或組合物：其在以薄層的形式施加至基底之後，轉化為固體膜。熱捕獲組合物在反應器內表面吸收最大熱量。基於高溫(即本發明中高達500℃)下的耐性以及吸收最大熱量的潛能，來選擇用作熱捕獲劑的原材料。石墨是可用作熱捕獲劑的材料，這是因為它支持這些高溫，同時假定它是一個黑體，它還可吸收最大的熱量。如本領域技術人員所知曉的，術語「黑體」是指這樣的理想化物理體：其吸收所有入射的電磁輻射，而與頻率或入射角度無關。熱平衡(即，恆溫)中的黑體發射被稱為黑體輻射的電磁輻射。該輻射根據普朗克定律來發射，這意味著它的光譜僅由溫度決定，而不由該黑體的形狀或組成決定。熱平衡中的黑體具有兩個顯著的性質：(1)它是理想的發射體：在每個頻率下，在相同溫度下，它所發射的能量與任何其它物體一樣多或更多。(2)它是一個漫射體：所輻射的能量各向同性、與方向無關。石墨的等價物包括但不限於：黑色陽極氧化鋁；木炭粉末，諸如日本bincho木炭粉末；炭黑粉末；碳納米管；碳纖維；焦炭；石墨烯；任何碳複合材料；或這些材料中的至少兩種的混合物。本文感興趣的是所使用材料的物理特性，諸如傳熱係數、熱導率和熱容量。合適石墨的實例為graphitaf96/97graphitwerkkropfmühlag-德國(石墨)；cond8/96,graphitetyn,spol,s.r.o.-捷克共和國(微粉化石墨)；donacarbos-241,osakagaschemicalsco,ltd-日本(碳纖維)；minatec40cm,merckkgaa-德國(塗覆有銻摻雜氧化錫的雲母)；raven1000,來自columbiancarbon-美國(炭黑)；carbonblackpowercarbon4300f,來自yongfengchemicals-中國；lampblack103,來自degussaag-德國(炭黑)；specialblack1000,來自orionengineeredcarbonsgmbh-德國(炭黑)。在一個實施方式中，除了黑體類材料之外，該熱捕獲劑還包括金屬粉末。該金屬粉末為選自鋅、錫、鐵、鋁、鎢、鈦、鋯、鈮、硼、任何過渡金屬粉末，以及它們的任何組合中的至少一種。其作用是提高防腐蝕性，提高熱導率和耐高溫性。在一個實施方式中，通過溶膠-凝膠方法由膠體溶液來製備該塗覆至少部分、優選大部分或整個反應器內壁的固體層：這是溶質(約100g)和溶劑(500ml)的混合物，其中溶質由直徑小於10μm(優選約5μm)的石墨粉末和可選的金屬粉末(優選鋅)，以及無機水基粘合劑(優選無機矽水基塗料)組成，溶劑由水和有機溶劑如醇、糖醇、乙醇、異丙醇組成。反應器的內表面塗布有含黑體材料的該膠體溶液，以使黑體材料儲存最大量的熱量。術語「膠體溶液」是指在其內材料均勻分散在液體中的溶液。膠體溶液可為泡沫(定義為液體中夾帶氣體)，例如氣溶膠剃鬚膏；乳液(定義為液體分散在另一液體)，例如牛奶；或溶膠(定義為固體均勻地分散在液體中)，例如，二氧化矽顆粒在液體中的分散體。優選地，膠體溶液是溶膠，並且使用溶膠凝膠法。在一個實施方式中，通過任何常規方法，包括但不限於通過刷子、輥、無空氣噴塗、空氣噴塗、浸漬等將本發明的膠體溶液至少部分地塗覆到反應器的內壁。所塗覆的塗層通常具有5μm至300μm的幹膜厚度。術語「小於10μm的粒徑d90」描述了在直徑中，90％的分布具有小於10μm的粒度，並且10％的分布具有較大的粒度。可替代地，可使用sympatecgmbh雷射衍射裝置來測量材料的粒度分布。參數d90是體積累積分布q3為90％的值的等效粒徑。由於聚矽氧烷對紫外線、高溫(500℃)、氧化和腐蝕具有優異的耐性，所以優選的無機矽水基塗料包括聚矽氧烷。聚矽氧烷具有許多其它性質，使得它們是作為塗層粘合劑的良好選擇，例如作為粘合促進劑，並與金屬形成牢固的粘合。此外，無機聚矽氧烷是不可燃的。在本發明中用作粘合劑體系的聚矽氧烷包括至少一種可固化的聚矽氧烷改性的成分，其中粘合劑體系的主要部分由聚矽氧烷部分組成，即，粘合劑體系的至少20體積％的固體、例如至少25體積％的固體、優選至少35體積％的固體，例如大於50體積％的固體為聚矽氧烷部分。聚矽氧烷部分應當被理解為包括任何側鏈的有機取代基，例如烷基結構、苯基結構、飽和環狀結構或它們的組合，並且還可包括可固化的取代基，其實例是烷氧基，不飽和丙烯酸基等。在一個實施方式中，聚矽氧烷具有側鏈氨基或末端氨基，即氨基官能化聚矽氧烷和氨基矽烷。其它合適的聚矽氧烷系統例如描述在wo96/16109、wo01/51575和wo2009/823691中。膠體溶液通常包括溶劑。溶劑的實例為水；醇，諸如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇或苄醇；醇/水混合物，諸如乙醇/水混合物；脂肪烴，脂環烴和芳烴，諸如石油溶劑油(whitespirit)、環己烷、甲苯、二甲苯和石腦油溶劑；酮，諸如甲基乙基酮、二甲基酮、二乙基酮、丙酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲基異丁基酮、甲基異戊基酮、雙丙酮醇和環己酮；醚醇，諸如2-丁氧基乙醇、丙二醇單甲醚和二乙二醇丁醚；酯，諸如乙酸甲氧基丙酯，乙酸正丁酯和乙酸-2-乙氧基乙酯；以及它們的混合物。塗覆反應器內壁的熱捕獲組合物與氣體的混合物結合，該氣體的混合物在從熱捕獲組合物吸收熱之後使熱分散在反應器內部。熱被迅速地分散到反應器內的所有物質中。術語「導熱氣體」是指傳導或傳遞熱的氣體。輕質氣體(諸如氫氣和氦氣)通常具有高導熱率。密集氣體(諸如氙氣和二氯二氟甲烷)具有低導熱率。催化導熱氣體的作用是將從反應器內表面捕獲的熱量向內傳遞至待處理的材料。可替代地，本發明的催化體系包括兩個主要組分：至少一種納米流體材料；以及至少一種導熱氣體。術語「納米流體」是指含納米尺寸顆粒(被稱為納米顆粒)的流體。這些流體是基礎流體中納米顆粒的工程化膠體懸浮液。用於納米流體的納米顆粒通常由金屬、氧化物、碳化物或碳納米管制成。常見的基礎液體包括水、乙二醇和油。優選地，本發明的催化體系包括：(i)納米流體水性溶液，以及ii)供應到反應器中的至少一種導熱氣體。在一個實施方式中，使用的納米流體水性溶液是二氧化鈦納米顆粒、十二烷基硫酸鈉和水的混合物(10g的二氧化鈦，十二烷基硫酸鈉的濃度＝1mol/l)。在一個實施方式中，使用的納米流體是其它無機氧化物(mgo、feo……等)、十二烷基硫酸鈉和水的混合物。通過物質的氣體狀態以及所選氣體或氣體的混合物或納米流體的導熱性能，這種熱傳遞是可能的且是增強的。從而能夠使熱傳遞到待處理材料的所有部分。為此，氣體或納米流體必須具有相對高的導熱率，並且同時應當能夠穿過反應器內的壓實材料，以期望的速度到達材料的所有部分。氫氣在氣體中具有最高的導熱率。氦氣也具有高熱導率。因為氫氣的操作可能導致爆炸，因此優選地，與其它合適的氣體例如氦氣以1份至2份氫氣對10份至1000份氦氣(w/w)，優選1/1000(w/w)，還優選10/1000(w/w)的比例進行混合。通常，從氦氣瓶直接將氦氣注入反應器。氫氣可通過以粉末形式諸如到反應器內的氫化物與存在於反應器內的溼氣(水)之間的化學反應來產生。在與水接觸之後，引起以下反應式的反應：nabh4+2h2o→nabo2+4h2術語「產氫粉末」是指當與合適的試劑(例如水性溶液)接觸時，產生氫氣的粉末或粉末混合物。產氫粉末的實例是氫化物。氫化物可選自硼氫化鈉、氫化鈉、氫化鉀、氫化鋁鋰等。co2或其它高導熱率氣體可用於替代氫氣，其中，這些氣體具有與上述氫氣/氦氣比不同的比例。必須在每個循環中注入氣體或其混合物。下表列出了可用於反應器的其它可能的替代方案。氣體(室溫和大氣壓)導熱率(mw.cm-1.k-1)氬氣0.16co20.146co0.232乙烯0.17氦氣1.42氫氣1.68hcl0.13h2s0.13氖氣0.46參見：crchandbookofchemistryandphysics50ther.c.weastedthechemicalrubberco1969下表列出了在不同的溫度和壓力水平下，氣體：氫氣、氦氣和co2的不同導熱率。溫度(k)壓力(巴)氣體導熱率(mw.cm-1.k-1)3501h21.6863501he1.423501co20.257501h23.27501he2.87501co20.4975010h27.375010he6.3475010co21.2催化劑的導熱係數能夠使熱進入到反應器內存在的材料中的所有位置，並通過斷裂c-c鍵引起有機材料的碳化。在一個優選的實施方式中，本發明的工作溫度為約450℃，工作壓力為約10巴。如上表所示，在該溫度和壓力水平下，處於氣態的氫氣和氦氣的導熱率高於co2和其它氣體的導熱率。因此，有利的是，使用這些氣體更有效地將熱從反應器內壁傳遞到壓實的材料。裝備系統、裝置、罐、容器、設備或反應器可由防鏽金屬(如不鏽鋼)或適合於熱感應的含鐵材料或能夠承受高達500℃溫度的任何其它金屬製成。本發明的實施通過以下來完成：製造基於上述規格來處理廢棄物的特定機器，將廢棄物轉化為碳，同時將水分轉化成蒸餾水。可製造具有不同能力的機器。典型的能力可不限於20kg/15min、1000kg/15min和3500kg/15min。這些機器的主要組件為：優選為圓柱形的防鏽金屬容器或反應器，其是能夠承受本發明的加熱和壓力條件的容器；加熱系統或機制，其可以由不同的能源供電並且提供足夠的熱來實現本發明的方法所需的溫度，其中，不同的能源例如但不限於電、氣體、燃料油、機器本身或其它方式產生的碳，足夠的熱可為約1000w至5000w，優選約2000w；帶有安全釋放閥的氣壓系統，例如壓縮機，其可以確保至少3巴、優選至少8巴或至少10巴的工作壓力；以及壓力控制器，該壓力控制器可實施用於調節和監測壓力；上述的催化熱捕獲組合物，用於使加熱過程加速並吸收與所需熱一樣多的熱。該催化熱捕獲組合物優選在反應器生產過程期間一次地塗布在反應器的內壁上。通常在不同的循環之後不需要進一步塗覆內壁，這是由於如上所述塗層通常不會隨著機器的重複使用而劣化；入口，用於供應或注入導熱氣體(包括那些諸如產氫粉末的那些前體)，其將來自反應器壁的熱傳遞到反應器內的有機材料的所有組分；可能地，分配器，用於在碳化過程中容納和分配納米流體；出口，用於釋放反應器內產生的水蒸汽；活性炭過濾器，用於去除不需要的化合物和氣味，例如在蒸汽水的減壓期間排出的碳粉末或在碳化前可形成的一些揮發性化合物；冷卻系統；可選地，用於分離排出的空氣與水的系統；一個或兩個通道(door)，用於放入廢棄物並取出所獲得的碳。可替代地，為了在催化劑氣體或納米流體的位置處進行熱傳遞，這些機器可包括攪拌系統以確保有機材料與反應器主體的內表面的接觸。方法所有上述組件的組合使得該新技術能夠在5分鐘到35分鐘內處理有機廢棄物並使有機廢棄物轉化為碳而無任何有毒排放物產生，其中有機廢棄物包括但不限於城市固體廢物、大多數醫院廢棄物、過期藥物、屠宰場廢棄物，收集自汙水的汙泥，以及工業有機廢棄物。碳化在兩個步驟中實現。在第一步驟中，隨著由於使用本發明的包括具有上述熱捕獲組合物的塗層和導熱氣體的催化體系或者由於使用本發明的包括上述導熱氣體的混合物與納米流體溶液的催化體系而使得熱在反應器內的積累，存在於廢棄物中的溼氣開始蒸發。然後，可在反應器之外收集該蒸汽並進行冷卻以產生蒸餾水。這使得廢棄物完全乾燥(即99％至100％乾燥)。通常，碳佔該乾物質的化學成分的大部分。在第二步驟中，一旦溫度達到至少250℃、優選350～450℃、甚至高達500℃的適當水平且壓力處於至少3巴、優選8巴、更優選9巴、甚至更優選10巴的適當水平時，則達到閃點，構成廢棄物材料的分子裂化，從而使廢棄物轉化為碳。只要使溫度和壓力保持在所需的水平，碳化過程便開始並需要5分鐘至35分鐘。一旦該循環完成，能夠容易地分離不能轉化為碳的非有機材料(諸如金屬和玻璃)和碳。從而避免了在用本發明的方法處理廢棄物之前，需要對廢棄物進行廣泛的分揀。在整個方法中，不產生有毒排放物，因此是環境友好的方法。此外，所獲得的碳可用作生物燃料能量的新來源。在優選的實施方式中，儘可能快地，優選在30分鐘內、更優選在15分鐘內或更短的時間內進行熱積聚的第一步驟以連續地對材料進行乾燥。熱量本發明取決於熱量，該熱量為通過若干種可能的能源(例如電、氣體、煤或任何其它適當的來源)或通過本發明的催化體系使溫度升高所需的任何其它來源以達到至少250℃，優選在350至450℃之間所需的熱量。可以從包括但不限於電、氣體、燃料油、煤的任何能源或任何可替代的適當來源來產生熱量並將其傳遞到反應器。也可使用機器自身生產的碳來產生熱量。反應器內的熱優選達到350℃至450℃。氣壓應當使氣壓升高至至少3巴、優選至少8巴、9巴或10巴。壓力用於確保通過防止焚化使廢棄物轉化為碳而不是轉化為灰分。雖然在3巴的壓力下開始形成碳，但本發明方法的優選在至少8巴、優選10巴的壓力下實施，在該壓力下，完全形成碳。實施例實施例1：熱擴散催化膠體溶液和反應器的內部塗層的製備起始材料：購自默克公司的聚矽氧烷、多晶矽、石墨80目、乙醇和鋅粉末。本地製備去離子蒸餾水。塗料的製備如下：實驗中使用的石墨粉末是純度為98％的人造石墨。石墨粉末顆粒和鋅粉末顆粒的尺寸為5μm或更小。填充材料是石墨粉末和鋅粉末的混合物。膠體溶膠由500ml溶劑(400ml水和100ml乙醇)以及由石墨粉末、鋅粉末和無機矽(多晶矽)水基塗料(聚矽氧烷或矽氧烷)組成的100g溶質製成。100g溶質組合物具有25g石墨、25g無機矽和50g鋅。攪拌15分鐘後，形成均勻的溶膠。在室溫和大氣壓力下，使用噴槍將製備的溶膠噴塗到反應器的內表面上，然後在約100℃的保溫箱中進行乾燥以形成約350μm厚的塗層。實施例2：市政固體廢棄物的處理用本發明的內部塗覆的原型機反應器處理市政廢棄物以證實本發明的有效性。收集3.5噸城市廢棄物，並且將其放入到反應器中，然後適當地對反應器進行加壓和密封，以避免碳化過程中的任何滲漏。使用電加熱器來加熱反應器並且使用空氣壓縮機以保持適當的壓力。通過將壓力增加到2巴來開始，在壓力為2巴時，開始加熱反應器。當內部溫度達到150℃至160℃且壓力升高到7巴時，反應器中存在的水開始以水蒸汽的形式從反應器中出來。此時，將硼氫化鈉粉末和氦氣注入反應器中。硼氫化鈉與反應器內仍然存在的水發生反應，從而產生氫氣。原位生成的氫氣和注入的氦氣的混合物將來自反應器壁的熱傳載至廢棄物中。當溫度開始達到250℃至300℃且壓力為約9巴時，基本上，反應器中存在的所有水已作為水蒸汽從反應器中釋放出來。此時，將額外的氦氣注入到反應器中並使壓力在10巴且溫度在350℃至450℃下保持15分鐘。15分鐘後，停止加熱，並且使反應器冷卻到100℃以下的溫度。還對反應器進行減壓。打開反應器，並使用真空系統回收所得產物。所得產物幾乎完全由碳組成，其中，相應於3.5噸原料總重量僅約700千克，並且證實了有機化合物中發生了c-c鍵的內部斷裂，從而實現了將有機物轉化為碳。圖13示出了以3.5噸市政固體廢棄物作為起始材料來獲得的碳。圖14示出了從容納有3.5噸廢棄物且經上述條件進行處理的反應器中所排出的蒸汽水。圖10a和圖10b示出了用本發明的方法處理前後的混合的市政廢棄物的樣品。參考圖10a和圖10b可以看出，所得產物是黑色材料，並且沒有氣味。實施例2a：市政固體廢棄物的處理用我們的原型機來處理市政廢棄物。收集3.5噸市政廢棄物，並且將其放入到反應器中，然後適當地對反應器進行加壓和密封，以避免碳化過程中的任何滲漏。使用電加熱器來加熱反應器並且使用空氣壓縮機以保持適當的壓力。通過將壓力增加到2巴來開始，在壓力為2巴時，開始加熱反應器。當內部溫度達到150℃至160℃且壓力增加到7巴時，反應器中存在的水開始以水蒸汽的形式從反應器中出來。此時，將硼氫化鈉粉末和氦氣注入反應器中。硼氫化鈉與反應器內仍然存在的水發生反應，從而產生氫氣。原位生成的氫氣和注入的氦氣的混合物將來自反應器壁的熱傳載至廢棄物中。從處理開始時，將納米流體溶液(二氧化鈦納米顆粒+十二烷基硫酸鈉的水性溶液)注入到材料中。使用攪拌器系統來混合反應器內的材料。當溫度開始達到250℃至300℃且壓力為約9巴時，基本上，反應器中存在的所有水已作為水蒸汽從反應器中釋放出來。此時，將額外的氦氣注入到反應器中並使壓力在10巴且溫度在350℃至450℃下保持15分鐘。15分鐘後，停止加熱，並且使反應器冷卻到100℃以下的溫度。還對反應器進行減壓。打開反應器，並使用真空系統回收所得產物。所得產物幾乎完全由碳組成，其中，相應於3.5噸原料總重量僅約700千克，並且證實了有機化合物中發生了c-c鍵的內部斷裂，從而實現了將有機物轉化為碳。實施例3：家庭廢棄物的處理將約1千克的家庭廢棄物樣品引入反應器。距家庭廢棄物放入反應器且運行反應器後15分鐘內，從反應器內取出所得材料。所有的材料已經轉化為煤。實驗室測試表明：煤的重量為原廢棄物重量的20％至25％，從而知曉剩餘物的75％至80％表示廢棄物中水的量，在水蒸發後，碳佔剩餘乾材料的92％至95％。對其它類型工業廢棄物，如動物肉、動物皮、動物骨、蔬菜(圖8a和圖8b)、香蕉果實(圖9a和圖9b)、穀物、皮革(圖7a和圖7b)、聚乙烯瓶(圖6a和圖6b)、汙水殘餘物(汙泥)和過期藥物(圖5a和圖5b)進行測試，並且與上文所示一樣，已經表明，在15分鐘後，所有物質都轉化為碳殘餘物。用有機元素分析儀(flashea1112，thermoscientific)分析不同廢棄物樣品在碳化後得到的產物。元素分析儀裝配有兩個燃燒塔，一個燃燒塔用於在高氧條件下分析碳、氮、氫和硫，而另一燃燒塔設定用於在無氧環境中進行氧分析。在錫杯或鋁杯中對所有樣品進行稱重以進行chns分析，或在銀杯中進行稱重以進行氧分析。元素分析結果如下表所示：樣品編號％n％c％h％s109800.22098.500.1309400409700509300.076097.500.57099008098.800上表中所示的結果表明，大部分的乾物質為碳，殘餘部分由幾種礦物質，如鉀、鈣或其它無毒化合物構成。用本發明方法處理後，樣品的元素分析表明，根據測試的初始廢棄物材料，所得產物的90％至98％為高純度碳。此外，在根據本發明的處理後，所得產物的重量為處理前的初始廢棄物的20％至25％。實施例4：溫度對碳形成的影響為了測試溫度對碳形成的影響，使反應器內的壓力固定在10巴，溫度從150℃變為450℃。對於每個溫度值，抽出樣品並通過有機元素分析儀(flashea1112，thermoscientific)進行分析。在不同溫度下，對相同量的碳化15分鐘的有機廢棄物進行了若干次測試。對於每次測試，在flashea1112儀器中進行分析，以確定碳的百分比。使所有獲得的結果在通過每個樣品所得到的碳質量作為溫度的函數所繪製的圖(圖11)進行組合。圖11表明，隨著溫度的升高，所形成的碳的百分比升高，並在約350℃時達到適當的水平，在約400℃時趨向於穩定。實施例5：壓力對碳形成的影響為了測試壓力對碳形成的影響，在將溫度固定在450℃後，對相同量的碳化15分鐘的有機廢棄物進行了若干次測試，同時從1巴開始以1個單位巴變化至10巴。對於每次測試，進行有機元素分析，以確定在15分鐘的相等處理時間後碳和灰分的百分比。圖12的圖中示出的所有結果表明，當壓力大於3巴時，開始形成碳，在到達4巴後，碳化開始變得顯著，且一旦壓力達到8巴，優選10巴，即達到高水平的碳化。在大氣壓下，材料被完全燃燒並轉化為灰分。在4巴之後，灰分形成很少，並且相反地有些物質被轉化為碳。圖12顯示了作為壓力變化函數的碳化的演變。當前第1頁12