(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不溶性固体に付着した有機物を含有する原料を少なくとも１つの有用な物質へ転化するための方法であって、
前記原料からスラリーを調製するステップと、
前記スラリーを加熱し、前記不溶性固体を含む液体混合物および固体物質を製造するステップと、
前記固体物質を前記液体混合物から除去するステップと、
前記液体混合物を第１の反応で反応させ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造するステップと、
前記少なくとも１つの反応固体生成物、前記水、および前記少なくとも１つの反応液体生成物を前記反応原料から分離するステップと、
前記少なくとも１つの反応液体生成物を、少なくとも燃料油を含む少なくとも１つの有用な物質へ転化するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの有用な物質が炭素固体である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの有用な物質が炭化水素の混合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記炭化水素の混合物が燃料ガスおよび油を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記調製するステップが前記原料からアンモニアを排除するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の反応が２０−１２０気圧の圧力で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記圧力が５０気圧である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の反応が１５０℃〜３３０℃の範囲の温度で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応原料を製造するステップが少なくとも１つの汚染物質を排除する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの汚染物質がイオウ含有物質である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの汚染物質が水銀含有物質である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体混合物および固体物質を製造するステップが２７５°Ｆ〜３８０°Ｆの範囲で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体混合物および固体物質を製造するステップが２７５°Ｆ〜３２５°Ｆの範囲で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記液体混合物および固体物質を製造するステップが３００°Ｆ〜３２５°Ｆの範囲で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記液体混合物および固体物質を製造するステップが前記原料中のタンパク質を分解する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記除去するステップが、重力分離、固液遠心分離、ろ過、またはスクリーンの使用より成る群から選択される方法によって達成される請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応原料を製造するステップが蒸気を排除する請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記蒸気が前記調製中に前記スラリーを加熱するように戻される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記分離するステップが第１の分離および第２の分離を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの反応液体生成物が少なくとも１つの脂肪誘導体または脂肪酸を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの反応固体生成物が少なくとも１つの無機化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記転化するステップの前に、前記少なくとも１つの反応液体生成物の一部を迂回させ、前記一部を、脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド又はアミノ酸を含む少なくとも１つの特殊化学物質へ別々に転化するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの特殊化学物質が脂肪酸を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記転化するステップが４００℃〜６００℃の範囲の温度で行われる第２の反応を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの有用な物質が病原体を含まない請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記原料が都市の下水スラッジを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記原料が食品加工廃棄物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記食品加工廃棄物がシチメンチョウ臓物を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記原料が牛臓物を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記原料が動物糞堆肥を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記原料が、不溶性固体に付着した有機物を含有し、かつ家禽、ブタ、魚、シカ、およびウシより成る群から選択される動物、またはそれの一部に由来する食品製造および流通の１つもしくはそれ以上の副産物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記原料がシチメンチョウの臓物を含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記原料が牛臓物を含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記原料が、刈り取られた芝、木の葉、バガス、海藻、綿廃棄物、および動物廃棄物より成る群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記原料が、炭疽菌の胞子、感染性医療廃棄物、および生物病原体より成る群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの有用な物質が炭素質物質である請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記炭素質物質は、水銀含有汚染物質が減損している請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記炭素質物質は、イオウ含有汚染物質が減損している請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
都市の下水スラッジを、炭化水素油、燃料ガス、または鉱物と炭素の混合物を含む少なくとも１つの有用な物質へ転化するための方法であって、
前記都市の下水スラッジからスラリーを調製するステップと、
前記スラリーを第１の反応で反応させ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造するステップと、
前記少なくとも１つの反応固体生成物、前記水、および前記少なくとも１つの反応液体生成物を前記反応原料から分離するステップと、
前記少なくとも１つの反応液体生成物を少なくとも１つの有用な物質へ転化するステップと、
第２の反応において、前記少なくとも１つの反応固体生成物を炭化水素油と、燃料ガスと、鉱物及び炭素の混合物と、の混合物へ転化するステップと
を含む方法。
【請求項４０】
前記第１の反応が１７０℃〜２５０℃の温度で行われる請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２の反応が３００℃〜５２５℃の温度で行われる請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
シチメンチョウ臓物を少なくとも１つの有用な物質へ転化するための方法であって、
前記シチメンチョウ臓物からスラリーを調製するステップと、
前記スラリーを加熱し、液体混合物および骨材料を製造するステップと、
前記骨材料を除去するステップと、
前記液体混合物を第１の反応で反応させ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造するステップと、
前記少なくとも１つの反応固体生成物、前記水、および前記少なくとも１つの反応液体生成物を前記反応原料から分離するステップと、
第２の反応において、前記少なくとも１つの反応固体生成物を炭化水素油、燃料ガス、および炭素の混合物へ転化するステップと
を含む方法。
【請求項４３】
前記第１の反応が１５０℃〜３３０℃の温度で行われる請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第２の反応が３００℃〜５２５℃の温度で行われる請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の反応が２５０℃で行われる請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１の反応が２０−１２０気圧で行われる請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１の反応が５０気圧で行われる請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記液体混合物および骨材料を製造するステップが２７５°Ｆ〜３５０°Ｆの温度で行われる請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
前記転化するステップが液液分離を含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の請求
[0001]  本出願は、２００３年３月２８日出願の米国仮出願第６０／４５８，５２０号明細書に対する米国特許法第１１９条（ｅ）による優先権の利益も同様に主張する米国特許第１０／７１７，０７６号明細書の一部継続出願であり、その両方は参照によりその全体が本明細書で援用される。
【０００２】
発明の分野
[0002]  本発明は一般に骨材料など不溶性固体に付着した有機物質を含有する廃棄物質の加工に関する。一般的な廃棄物質としては動物の部分、食品加工廃棄物、および都市の下水スラッジが挙げられる。より具体的には、本発明は一般にかかる廃棄物質を燃料油、肥料、および特殊有機化学薬品など商業的に有用な製品へ転化するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
[0003]  人間社会によって生成される廃棄物の多くは、最終的に、それら独自の固有の価値を有する少数の単純な有機物質へ分解されうることが長く認められている。この転化がエネルギー効率的に、かつ十分に大きな規模で達成されうる場合は、社会には多大な利点がありうる。
【０００４】
[0004]  家庭および商業用途で使用される大部分の生体を構成する物質、および大部分の合成有機物質は、さまざまな組成物の炭素ベースのポリマーを含む。適切な条件下、大部分のかかる物質（木材、石炭、プラスチック、タイヤ、および動物廃棄物を含む）は気体生成物、油、および炭素の混合物に分解する。農業廃棄物などの物質は、鉱物製品に分解する無機物質をも含有しうる。これらの製品のほぼすべては、有機または無機に関係なく、多くの有利かつしばしば利益の多い用途において新たに利用しうる。
【０００５】
[0005]  本来なら無用の廃棄物から有用な物質を生じさせる原理は魅力であるだけではない。すなわち、廃棄物質の再利用は、急速な人口増加が２１世紀における主要な課題に対処する方法として根本的に重要である。人類が直面する２つの主な課題は、限りある地球資源の供給、および地球温暖化により増大する環境に対する脅威の削減に対処することである。実際に、急速に流行している考えが、地球温暖化は、地下の石油、天然ガス、および石炭の堆積物からの新しい炭素源ではなく生物圏内からの炭素ベースの物質を再利用することによって軽減されうるというものである。
【０００６】
[0006]  しかし、今日現在、主に有機物質を含む大量の廃棄物を出現させる産業は、その廃棄物の処理および貯蔵、およびそれの最大限有効利用において多大な課題に直面する。
【０００７】
[0007]  適例を挙げれば、世界中の食品加工業は毎年数十億ポンドの有機的に豊富な廃棄物を発生させる。これらの廃棄物は動物および植物製品の加工と関係があり、シチメンチョウ、魚、ニワトリ、ブタ、ウシの加工および畜産廃棄物を含む。食品加工業は成長し続け、その構成員はその廃棄物で何か生産的に行動を起こすよう多大な経済的および環境的圧力に直面している。かかる廃棄物は多くの重要な問題を引き起こす。他の利点なしに、埋立て、土地応用、または食品廃棄物の消化による二酸化炭素およびメタンなど温室効果ガスの発生が、かかる問題の１つである。理想的には、食品業界は、悪臭または好ましくない汚染物質を放出することなくその廃棄物を管理する有効かつ経済的な方法を採用しなければならない。
【０００８】
[0008]  さらに最近では、多くの領域における使用できない副産物を倉庫に入れる費用が顕著に増大している。農業用家畜に供給されうる廃棄物の種類はますます規制されるようになった。例えば、ヨーロッパのＢＳＥ／ＣＪＤの恐怖をきっかけに、多くの廃棄物は単に倉庫に入れられており、適切な運命を待っている。明らかに、かかる物質を清潔に加工し、利用するために許容できる手段を見出すさらに緊急の必要がある。好ましくは、食品加工廃棄物を有用な高価値製品へ転化する方法が見出されることである。
【０００９】
[0009]  処理の代替を求める追加の原動力は、廃棄水排出規制および下水追加料金の段階的拡大の複合施行である。食品加工業は、廃棄水および固体（湿潤）廃棄物の前処理または完全な処理を提供する費用対効果の優れた技術を追求しなければならない。歴史的に、市町村内またはそれに隣接して位置した食品工業施設は、廃棄水処理および処分のための地元の公共汚水処理所（ＰＯＴＷ）に依存していた。次第に、この選択肢は、より厳格な施行の結果として利用できなくなっている。廃棄水排出許可に応じる圧力が増大した。新しい改良型のＰＯＴＷを構築するための連邦助成金の減少もこの選択肢が魅力的でないことを意味する。したがって、食品加工業は、その食べられない製品をいかに効率的に処理するかに関してますます圧力がかけられている。
【００１０】
[0010]  ダイオキシンなど難分解性の化学物質の生物濃縮および狂牛病（ＢＳＥ）などの生命にかかわる疾患の蔓延の可能性は、食品加工業者および食品消費者にとって同様に別の脅威である。この脅威は、家畜への食品加工残留物の再供給によって大幅に深刻化され、食品加工業はこの循環を壊す経済的な解決を必要としている。
【００１１】
[0011]  さらに、都市および地域の下水道当局は、業界に対しその有機生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、および下水道に対する固体負荷を削減することを要求している。高レベルの浮遊固体、アンモニア、およびタンパク質化合物を有する高濃度食品加工排水において一般的に見られる高いＢＯＤ濃度により、食品加工業界はさらに詳しい調査中である。食品加工施設は、その廃棄水および固体廃棄物を効率的に管理する費用対効果に優れ、かつ用途特異的な処理技術を必要とする。
【００１２】
[0012]  同様の問題が、他の産業にわたって多くの異なる方法で増加、増幅、および増強されている。例えば、熱によって動物廃棄物を脂肪およびタンパク質へ転化する動物飼料精製工場と関連した悪臭のある空気排出物の発生はかかる問題の１つである。別の問題が、高濃度の病原体を含有する都市の汚泥の土地応用である。
【００１３】
[0013]  また、動物の体の一部を含有し、またはこれに由来する有機廃棄物を処理する大きな困難が、骨などの固体物質からの有用な有機物質の分離である。最終的に骨、および鉱物などの固体生成物は、それらが容器の内壁へのスケールの蓄積をもたらしうるとともに、そのすべてが顕著にプラントの運用コストを増加させるパイプやポンプの表面へのスケールおよび腐蝕の原因となりうるため取り出されなければならない。しかし、骨材料など不溶性固体が取り出されうる前に、それに付着している有機物を除去することが好ましい。その有機物はタンパク質、脂肪、および糖質を含み、かつ潜在的に高い価値を有する。かかる有機物は骨材料に付着したままであるが、かかる物質の粒径を増大させ、プラント装置における沈着物形成および腐蝕をもたらす。有機物は、それがろ過によって除去されると固体物質に付着したままである場合は失われることもあり、それによって結果として有機物由来の製品の生産が減少する。
【００１４】
[0014]  好気性および嫌気性消化剤が都市の下水スラッジを処理する下水処理プラントで使用されている。それらの使用と関連した多くの問題がある。それらの操作の背後の基本原理は、生物が豊富な物質が生体物質を消化する細菌を含有する大きな保持容器へ方向づけられることである。一般的に、溶解固体は好気性消化剤に方向づけられ、浮遊固体が嫌気性消化剤に方向づけられる。栄養原料物質が減損（枯渇）すると、微生物は自ら維持することができず、死亡する。消化期の最終生成物は死んだ細菌を含有するスラッジであり、これは何とかして処分されなければならない。結果として生じる物質の１つの問題は、それが依然として病原体を含有するということである。方法全体の追加の問題としては、一般に、消化容器における保持時間が１７日もの長い間でありうること、および動作条件の維持が困難であることが挙げられる。例えば、比較的大きい容器（一般的に直径２０−３０ｆｔ．）は通常、８５°Ｆ超、かつ場合によって１２２°Ｆ超で維持される。
【００１５】
[0015]  産業、具体的には食品加工業に現在利用可能な処理技術のすべては、代替法の調査の動機を与える顕著な制限および不利点を有する。これは、既存のＰＯＴＷの使用に加えて技術に適用される。具体的には、４種類の方法、土地処理（埋立て、堆肥化、土地応用）、バイオ処理、焼却／燃焼などの伝統的な熱酸化処理、および熱分解／ガス化はすべて別々の不利点を有する。
【００１６】
[0016]  土地処理の不利点としては、高い運搬または輸送費用、浸出からの地下水汚染の大きな可能性、および（土地応用の場合の病原体など）高濃度の有害汚染物質への地域在住者の曝露が挙げられる。埋立ては、温室効果ガスの発生を含む大気汚染問題を生じさせうるガスを製造する。
【００１７】
[0017]  廃棄物のバイオ処理の不利点としては、管理困難、および土壌への十分な気流の検証困難のため性能の検証不能が挙げられる。気流は、好気性細菌を使用する場合は酸素を供給するために維持されなければならない。例えば、特定の化合物を消費するように開発されている細菌は、土壌中に配置されると、代わりの酵素系を活性化し、最も容易に入手可能な化合物を消費する。
【００１８】
[0018]  焼却または燃焼を実行する古いユニットの不利点としては、政府によって継続的により厳格に行われている大気汚染排出基準に合致する器具を追加する要件が挙げられる。焼却に関する重大な社会問題により他の技術に比べ焼却炉に対する空中放出許可を得るのに長くかかりうる。また、排気管での廃棄物の処理は大量のガスの処理を意味し、きわめて大きなプラント器具が必要とされる。原料も熱価値が低い。一部の焼却炉は固体燃料または固体廃棄物に適合せず、これらの物質は炉の上で高すぎる酸化を開始する。逆に言えば、焼却または燃焼中に水は蒸発し、除去される−約１，０００Ｂｔｕ／ｌｂの蒸発水を必要とする方法のため、原料中の高い水分含量も問題である。これはシステムの莫大な熱／エネルギー損失を示す。
【００１９】
[0019]  使用される技術の最後のカテゴリー（熱分解／ガス化）は、上記のその他と異なり、廃棄物を油や炭素など利用可能物質への転化を試みるという点で魅力的である。廃棄物を分解する最適な方法の調査に際しての主たる関心事は、いかにして結果として生じる物質の組成を調節すると同時に、分解をもたらすために必要なエネルギーの量を最小限に抑えるかである。過去において、使用されている主たる熱分解法およびガス化法では単一段階の方法で廃棄物の分解が試みられたが、単一段階は最終生成物の純度および組成のコントロールが不十分となることがわかった。具体的には、特定の物質が分解する温度は他と同じではない。例えば、プリオンの破壊および都市の下水スラッジの熱水処理を扱う文献から、タンパク質分解が２７５°Ｆ以上の温度範囲で起こることが知られている。（例えば、ヨシダ（Ｙｏｓｈｉｄａ）ら「亜臨界加水分解による魚肉からの有機酸およびアミノ酸の製造（Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ａｃｉｄｓ  ａｎｄ  Ａｍｉｎｏ  Ａｃｉｄｓ  ｆｒｏｍ  Ｆｉｓｈ  Ｍｅａｔ  ｂｙ  Ｓｕｂ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｗａｔｅｒ  Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ）」、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ  Ｐｒｏｇ．、１５：１０９０−１０９４頁（１９９９年）も参照））。
【００２０】
[0020]  パイロライザが、有機物質をガス、石油やタール、および炭素物質に分解するために使用されている。パイロライザが有機物質の高温、〜４００−５００℃への加熱を可能にするが、エネルギー効率は不十分であり、結果として生じる物質の組成のコントロールはほとんど得られない。具体的には、大部分の廃棄物（特に農産業からのもの）は５０％までの水を含有する。パイロライザはその水を煮沸する必要があり、これはきわめてエネルギー的に厳しい方法である。また、熱分解室は処理量を最大限にするために大きくなり、次いで熱分解室にわたって顕著な温度勾配を生じる傾向がある。したがって、熱分解法は廃棄物の不均一の加熱を伴い、結果として生じる最終生成物における不十分な品質または不純なタールおよび石油をもたらす。
【００２１】
[0021]  ガス化装置は、廃棄物の部分燃焼を達成するために使用されている。本質的に、ガス（通常、空気、酸素、または蒸気）は、可燃性物質すべてを酸化するには不十分である量で廃棄物を通り過ぎる。したがって、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、Ｈ２、および軽質炭化水素など一部の燃焼生成物が生成され、発生した熱は残留廃棄物を油、ガス、および炭素質物質へ転化する。生成されるガスは導入ガスの一部を含有するが、生成されるガスは保存するには多量すぎ、直ちに使用され、またはそれらが利用されうる場所に移送される必要がある。ガス化装置もパイロライザと同じ不利点の一部を被り、例えば、水含有廃棄物は水分の蒸発において多くのエネルギーを消費する。
【００２２】
[0022]  熱分解法およびガス化法はさらに、結果として生じる物質が許容できないレベルの不純物を含有するという問題を有する。具体的には、廃棄物におけるイオウおよび塩素含有物質は、それぞれ、結果として生じる最終生成物におけるメルカプタン、および有機塩化物などイオウ含有化合物を発生させる。一般的に、１−２ｐｐｍのレベルでの塩素化炭化水素は炭化水素油で許容されるが、ガス化法でも熱分解法でもかかる低レベルを信頼性とともに保証することはできない。
【００２３】
[0023]  さらに、熱分解法およびガス化法は効率が低く、一般に約３０％である。この理由の１つは、製品が熱含量に関して最適ではないということである。別の理由は、単一段階の方法において、物質はそのエネルギーが方法内で有用に再使用されることを可能にする形で生成されない。例えば、生成される固体生成物における熱エネルギーを捕捉し、それを反応容器の加熱を補助するために方向転換することは困難である。これらの方法のすべては、有機物を骨などの固体から有効に分離し、したがって、ポンピングの容易さ、および原料の熱含有量の完全な活用を可能にする前処理ステップから恩恵を受けるであろう。
【００２４】
[0024]  全体的に、次いで、熱分解法／ガス化法はいくつかの点で劣っている。石油製品は一般にタールやアスファルトなど望ましくない高い粘度の成分が豊富である。熱分解法およびガス化法は熱交換特性が不十分であり、したがって均一に加熱することがない。したがって、最終生成物は数が大きく変動し、経済的回収のために十分な量または質はほとんどない。湿潤原料は蒸発するために大きなエネルギーを必要とし、水が積み重ねられたガスとして出るためシステムに対する大きなエネルギー損失を示す。したがって、要約すれば、熱分解／ガス化の不利点は、全体的な操業費が高く、方法は資本集約的であり、かつ一部の副産物は限定的または無価値でありうる。
【００２５】
[0025]  熱分解法およびガス化法の多くの変形が存在しているが、そのすべてには概して同様の不利点を被り、従来の方法の単一段階の方法を２段階の方法で置き換えるシステム（例えば、米国特許第５，２６９，９４７号明細書、同第５，３６０，５５３号明細書、および同第５，５４３，０６１号明細書を参照）は結果として処理効率の増大をもたらした。第１の段階（しばしば「湿潤」段階と呼ばれる）において、廃棄物は約２００−２５０℃および約２０−１２０大気圧で加熱される。かかる条件下、廃棄物質の水分が脂肪やタンパク質など存在しうるバイオポリマーの多くを加水分解し、油の混合物を形成する。第２の段階（しばしば「乾燥」段階と呼ばれる）において、混合物は低い圧力に急激に落とされ、その間に約半分の水が蒸気として排除される。混合物は依然としてさらに加熱され、残った水を蒸発させると同時に、混合物は最終的に気体生成物、油、および炭素へ分解する。
【００２６】
[0026]  これら２段階方法の主な進歩は、以前の単一段階の方法のいずれかよりも高い品質および有用な油の混合物の生成を可能にすることであった。しかし、かかる方法の製品は依然として汚染の問題、イオウおよび塩素含有化合物などの物質に悩まされ、相当な部分の水を蒸発させる必要は実質的なエネルギーの不利益を伴う。また、有機物質を骨などの固体から除去する方法なしには、これら２段階方法を商業的に実行可能にするには困難とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
[0027]  したがって、動物性物質の混合物など異種原料を処理する方法を含む許容できる資本および運用コストで廃棄物および低価値製品を加工し、確実な純度および組成で有用な物質を製造する方法の必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
発明の概要
[0028]  本発明は、許容できるコストで、悪臭の放出物を生じさせることなく、かつ高いエネルギー効率により確実な純度および組成で有用な物質を製造するための骨材料などの不溶性固体に付着した有機物質を含有する廃棄物および低価値製品の加工に関する。具体的には、本発明は、それ以外にはほとんど商業的価値がない原料を、ガス、油、特殊化学物質（脂肪酸など）、肥料、および炭素固体を含む有用な物質に転化する多段階方法を含む。本発明はさらに、廃棄物を有用な物質へ転化する多段階方法を実行するための装置、およびこの方法から生じる少なくとも１つの油製品を含む。本発明の装置および方法は、家禽（シチメンチョウ、ニワトリ、ダチョウなど）、ウシ、ブタ、魚、および他のあらゆる動物からの臓物、および動物糞堆肥、油脂、植物油、および都市の下水スラッジなど他の廃棄物を含む有機および無機廃棄物の処理に特に適用可能である。本発明は、それ以外にはヒトの消費に適合しない死亡または疾患動物の解体処分にも適用可能である。
【００２９】
[0029]  全体的に、本発明による方法では、骨材料などの不溶性固体に付着した１つもしくはそれ以上の炭素化合物を含有する未加工物質から、十分な熱を加えて有機物を骨などの固体物質からバラバラにすることによって原料を作り、適切に調製された原料を熱および圧力にかけ、結果として生じる原料のさまざまな成分を取り出し、次いで、さらに１つもしくはそれ以上のその成分に熱および圧力をかける。本発明の方法における異なる時点で生成されるさまざまな物質が再利用され、本発明の方法内で他の役割を果たすために使用されうる。
【００３０】
[0030]  本発明は、骨材料などの不溶性固体に付着した有機物質を含有する原料を少なくとも１つの有用な物質へ転化するための方法を含み、これは原料からスラリーを調製するステップと、スラリーを第１の反応で反応させ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造し、少なくとも１つの反応固体生成物、水、および少なくとも１つの反応液体生成物を反応原料から分離するステップと、少なくとも１つの反応液体生成物を第２の反応で少なくとも１つの有用な物質へ転化するステップとを含む。
【００３１】
[0031]  本発明はまた、骨材料などの不溶性固体に付着した有機物質を含有する原料を少なくとも１つの有用な物質へ転化するための装置を含み、これは原料から加熱スラリーを製造するための前処理ユニットと、加熱スラリーから固体物質を取り出して液体混合物を得るための予備分離ユニット、容器と連通し、液体混合物を受入れる第１の段階の反応器であって、液体混合物を第１の上昇温度および第１の上昇圧力にかけ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造するように構成された第１の段階の反応器と、第１の段階の反応器と連通し、少なくとも１つの固体生成物、少なくとも１つの液体生成物、および水を受入れる少なくとも１つの分離ユニットであって、少なくとも１つの反応固体生成物、水、および少なくとも１つの反応液体生成物を取り出すように構成された前記ユニットと、分離ユニットと連通し、少なくとも１つの反応液体生成物を受入れる第３の段階の反応器であって、少なくとも１つの反応液体生成物を第２の上昇圧力および第２の上昇温度にかけ、それによって少なくとも１つの反応液体生成物を少なくとも１つの有用な物質に転化するように構成された第３の段階の反応器とを含む。好ましい実施形態において、前処理ユニットは、原料から原料スラリーを生じさせるスラリー化デバイスを含む調製ユニットと、原料調製ユニットと連通し、原料スラリーを原料調製ユニットから受入れる容器と、ポンプなどの追加の機器と、スラリーを加圧および加熱し、加熱スラリーを製造するように構成された熱交換器とを含む。
【００３２】
[0032]  本発明はまた、骨材料などの不溶性固体に付着した有機物質を含有する原料を少なくとも１つの有用な物質へ転化するための方法を含み、骨などの固体物質に付着した有機物がそれらから分離されるように原料を加熱することによってスラリーを調製するステップと、スラリーを熱交換器に通過させ、ここで１つもしくはそれ以上の気体が通気され、調整スラリーを製造するステップと、調整スラリーを第１の反応で反応させるステップであって、蒸気と気体が遊離され、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造し、反応固体生成物が少なくとも１つの鉱物を含み、反応原料の温度を低下させ、かつ圧力を低下させ、中間原料を製造するステップと、少なくとも１つの鉱物を前記中間原料から分離し、それによって、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む混合物を製造するステップと、水を貯蔵室に迂回させるステップと、少なくとも１つの反応液体生成物を第２の反応にかけ、炭素固体および炭化水素の蒸気と気体の混合物が製造されるステップとを含む。
【００３３】
[0033]  本発明はまた、都市の下水スラッジを少なくとも１つの有用な物質へ転化するための方法を含み、これは都市の下水スラッジからスラリーを調製するステップと、スラリーを加熱し、その中に含まれる無機物質に付着した有機物質を分解し、結果として生じる固体物を取り出すステップと、スラリーを第１の反応で反応させ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造するステップと、少なくとも１つの反応固体生成物、水、および少なくとも１つの反応液体生成物を反応原料から分離するステップと、少なくとも１つの反応液体生成物を少なくとも１つの有用な物質へ転化するステップと、第２の反応において、少なくとも１つの固体生成物を炭化水素油、燃料ガス、および鉱物と炭素の混合物の混合物へ転化するステップとを含む。
【００３４】
[0034]  本発明は、動物の体の一部、例えばシチメンチョウの臓物または牛臓物を含む骨材料などの不溶性固体に付着した有機物質を含む動物廃棄物を少なくとも１つの有用な物質へ転化するための方法も含み、これは動物廃棄物からのスラリーを調製するステップと、スラリーを加熱し、その中に含まれる骨および他の無機固体に付着したタンパク質化合物などの有機物質を分解し、有機物質が骨および無機固体から分離されるようにするステップと、スラリーの加熱から生じる固体物を取り出し、液体混合物を得るステップと、液体混合物を第１の反応で反応させ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を製造するステップと、少なくとも１つの反応固体生成物、水、および少なくとも１つの反応液体生成物を反応原料から分離するステップと、第２の反応において、少なくとも１つの反応液体生成物を炭化水素油、燃料ガス、および炭素の混合物へ転化するステップとを含む。
【００３５】
[0035]  本発明はさらに、動物廃棄物を動物食品製品へ加工する方法において使用されうるように、かつ動物の一部および廃棄物の燃料や動物飼料など有用な製品への転化を必要とする他のかかる方法のために、骨および他の固体物を動物廃棄物から効果的に除去する方法を含む。動物の加工に適用されると、本発明の方法は、現在の方法によるよりも有用な製品の製造を可能にする。
【００３６】
[0036]  したがって、本発明はさらに、不溶性固体に付着した有機物を含有する動物の体の一部を加工するための方法を含み、これは動物の体の一部からのスラリーを調製するステップと、スラリーを加熱して液体混合物および不溶性物質を製造するステップと、骨材料を除去するステップとを含む。
【００３７】
[0037]  本発明はさらに、その方法が、骨材料などの付着不溶性固体をも含有する炭素含有原料からスラリーを調製するステップと、スラリーを加熱し、その中に含まれる無機物質に付着した有機物質を分解し、結果として生じる固体物を取り出し、液体混合物を得るステップと、液体混合物を第１の反応で反応させ、少なくとも１つの反応固体生成物、少なくとも１つの反応液体生成物、および水を含む反応原料を産生するステップと、前記少なくとも１つの反応固体生成物、前記水、および前記少なくとも１つの反応液体生成物を前記反応原料から分離するステップと、前記少なくとも１つの反応液体生成物を第２の反応における燃料油へ転化するステップとを含む方法によって製造される燃料油をさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
詳細な説明
[0047]  本発明の方法は、通常の家庭内の慣行、または商業的な操業のいずれかによって社会全体で発生される低価値物または廃棄物から１つもしくはそれ以上の有用な物質を製造するステップに関し、ここで低価値物または廃棄物が不溶性固体に付着した有機物を含有する。不溶性固体は、一般的に、鉱物などの粉末および粒子物質、および具体的には骨材料などの骨格部分を含む。一般的に、本発明の方法は、廃棄物、または他の低価値物、例えば、実質的な割合の有機物質を含有する油脂に適用される。しかし、本発明は、通常、低価値とみなされていない他の製品をより高い価値の製品に転化することに適用されうる
。
【００３９】
[0048]  本明細書で使用される有機物質は、当業者によって一般的に理解されているものである。具体的には、本発明による使用のために、有機物質は、その構成元素が、水素、酸素、窒素、イオウ、およびリン、およびハロゲン元素、具体的には、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素などの１つもしくはそれ以上の他の元素といっしょに炭素を含む物質である。本発明のために、有機物質は、ヒ素、セレン、およびシリコンなどの元素のほか、有機分子の塩、およびマグネシウム、水銀、鉄、亜鉛、クロム、銅、鉛、アルミニウム、およびスズなどであるがこれらに限定されない金属との有機分子の錯体などといっしょに炭素を含有する化合物をも含む。本発明により使用される多くの有機物質は生物源由来であり、タンパク質、脂質、でんぷん、核酸、糖質、セルロース、リグニン、およびキチンのほか、全細胞を含む。本発明による使用のための他の有機物質は、人工、または、プラスチック、および他の石油由来製品など合成源を有する。
【００４０】
[0049]  本発明の方法において、熱および圧力は、原料の有機成分（特にタンパク質）の長い分子鎖を切断し、その中に含まれる骨などの無機固体に付着している有機成分を分離するために必要とされるレベルで原料に加えられる。したがって、原料物質は分子レベルで１つもしくはそれ以上の構成物質に分解される。この方法において、原料は原価もしくは低価値から利益、もしくは大幅な費用削減、またはより高い価値へ転化される。重要なことに、この方法は病原体を破壊することができる。本明細書で使用されている骨（または骨材料）という語は、タンパク質物質が付着しうるとともに、通常、熱のみの適用では分解しない蹄、角、または軟骨など硬い不溶性の動物の体の一部を包含しうる。
【００４１】
[0050]  本発明の基本的な方法は、骨材料などの不溶性固体に付着した有機物質を含有する潜在的に廃棄物または低価値製品を処理するために考えられており、具体的には、ありとあらゆる種類の動物からの動物の体の一部、および以下のいずれかを単独もしくは組合せて含む。すなわち、シチメンチョウ臓物、フライ用油、トウモロコシ茎、もみ殻、廃棄物断片、カノーラ油、ダイズ油、ヤシ油、ココナッツ油、ナタネ油、綿実油、トウモロコシ油、またはオリーブ油、および他の油などの最終圧搾食用油、食品加工廃棄物、および海産食品業廃棄物など食品製造および販売の副産物、セルロースおよびリグニン副産物、および紙パルプ排水などの紙および他の木工業製造の副産物、木の葉および刈り取られた芝などの庭廃棄物、タイヤ、ペットボトル、港湾浚渫堆積物、使用済みプラスチックおよび古いコンピュータなど電子機器、都市の固体廃棄物、石油精製残留物、産業スラッジ、バガス、海藻、製粉廃棄物、黒液、石炭精製廃棄物、タールサンド、シェール油、ボーリング泥水、綿廃棄物、動物糞堆肥などの農業加工廃棄物、感染性医療廃棄物、生物病原体、および生物兵器を製造するために使用されうる炭疽菌の胞子などの物質を含む潜在的に廃棄物または低価値製品を扱うために考えられている。前記物質のリストは包括的なリストではないと理解すべきである。前記リストにおいて、バガスはサトウキビ加工の副産物であり、黒液は、木材チップの溶解、リグニンの遊離、および繊維の遊離に由来し、リグニンおよび半セルロース溶液を生じさせる化学的木材パルプ化の副産物である。
【００４２】
[0051]  本発明による使用のための廃棄物は、一般的に他の即時の用途を有さず、かつ／または通常処分される他の産業プロセス、商業的調製、および家庭または都市の用途の一般的な副産物または最終生成物である。低価値製品は同様に他の産業プロセス、商業的調製、および家庭または都市の用途の副産物または最終生成物でありうるが、一般的に、きわめて低い再販売価値を有し、かつ／または多少の用途へ転化される一部の別の加工を必要とする物質である。
【００４３】
[0052]  本発明の方法により使用される場合、廃棄物および低価値製品は一般的に原料または未加工原料と呼ばれる。本発明の方法により使用される未加工原料は、多くの供給源からの、および多くの異なる種類の廃棄物および／または低価値製品を含むことも理解すべきである。例えば、食品加工廃棄物は、都合がよければ、農業加工廃棄物と組合され、かつ同時に加工されうる。
【００４４】
[0053]  さらに本発明により使用するための他の例としての未加工原料物質は都市の下水スラッジを含む。
【００４５】
[0054]  本発明の実施形態によって加工される廃棄物および低価値物質は一般に３種類の有用な物質へ転化されるが、そのすべては有益であり、環境に対して本質的に有害ではない。すなわち、高品質油、クリーン燃焼ガス、および鉱物、および製造のための燃料、肥料、または原材料として使用されうる炭素固体を含む精製固体である。また、場合によって「フィッシュソリューブル」と同様の濃縮物を含むさまざまな副流が本発明の方法中に生成される。一般的に、有用な物質は、原料となった廃棄物、低価値、または他の物質よりも高い経済的価値を有するものとみなされている。かかる有用な物質は、例えば、高い熱含量を有し、またはそれらが由来した原料よりも広い範囲の用途を有しうる。
【００４６】
[0055]  本発明の方法は、図１および２に示されているように多くの段階を含む。図１は、概略として、本発明の方法の実施形態の主たる特徴を示す。図２は、本発明による方法を行うための例として装置２００を示す。
【００４７】
[0056]  図１に示されている未加工原料１００は、潜在的に廃棄物または低価値有機および／または無機蒸気でありうる。好ましくは、未加工原料は実質的な量の炭素含有物質を含有し、食品加工廃棄物または相当な割合の動物の体の一部を含有する他の物質由来である。
【００４８】
[0057]  未加工原料１００は原料調製とスラリー化１１０において調製段階にかけられる。調製段階の態様は、パルプ化および他の粉砕技術を使用することにより未加工原料のサイズを、ポンピングに適したサイズに削減することである。調製段階は１つもしくはそれ以上のステップを含み、かつ物質を未加工原料に添加し、または物質を未加工原料から排除するステップを含みうるとともに、結果としてスラリー１１２がもたらされ、加熱されタンパク質成分を分解し、結果として生じる液体混合物が第１の段階１２０に移動される前に骨から有機物を分離する。スラリー化は、その初期の水分量によって水（または他の適切な流体）を未加工原料１００に添加するステップを含みうる。スラリーの使用は、調製段階におけるように、湿潤粉砕により摩擦およびエネルギー消費が削減されるという点で、かつスラリーは１つの容器から別の容器へポンプによって容易に移動されうるという点で有利である。適切なスラリー化デバイスとしては、パルパー、インライングラインダー、またはパルプ製造機（ｍａｓｅｒａｔｏｒ）が挙げられる。水蒸気と気体の混合物（以下、単に「水蒸気と気体」ともいう。）１２１が調製段階から排出される。
【００４９】
[0058]  骨および他の無機鉱物物質は動物および動物廃棄物の不可欠な部分である。タンパク質、脂肪、および糖質の形態での有機物は、この無機鉱物物質に物理的および化学的に付着され、その２つが分離されていない限り、有機物の有用な製品への加工を困難にする。したがって、熱交換器１１４におけるステップでは、スラリーは２７５°Ｆ〜３８０°Ｆ、好ましくは、２７５°Ｆ〜３２５°Ｆ、かつさらにより好ましくは、３００°Ｆ〜３２５°Ｆの温度に加熱され、骨および固体物を有機構成物質から分離する。加熱は、少なくとも１５分間、好ましくは４５分間行われる。加熱時間は温度の程度に依存し、高温では１５分ほどが必要とされ、低温では１時間以上必要とされる。かかる温度への加熱はスラリーの全体的な粘度を劇的に低下させ、原料中のタンパク質物質のそのアミノ酸構成要素（またはジおよびトリペプチド）への加水分解と一致し、鉱物物質との物理的および化学的結合は破壊される。粘度のかかる削減は、望ましくない鉱物物質および微粉骨を含む骨材料１１６Ａなど付着不溶性固体のスラリーからの分離を可能にし、それによって、実質的に第１の段階に入る液体混合物１１８が生じる。
【００５０】
[0059]  この段階で取り出す鉱物物質は、主に粉末および粒子骨材料のほか、砂、土壌、または原料に入った他の汚染物質からの若干の鉱物を含む。残りの物質からの鉱物物質の分離は重力分離によって達成され、または液体／固体遠心分離機、スクリーン、またはフィルタなど当業者に周知の分離装置を使用することができる。こうして分離された鉱物物質は鉱物肥料として使用されうる。分離鉱物物質は、好ましくは、有機物質を含まないが、実際には微量が分離プロセスにわたって存在する。
【００５１】
[0060]  分離から生じる液体混合物１１８は、一般的に、脂肪および糖質を含有する油相、およびタンパク質の分解から得られたアミノ酸および小ペプチドが溶解している水相を含む。また、液体混合物は、分解されていない一部の鉱物および一部のペプチドを含む一部の不溶性物質を含みうる。
【００５２】
[0061]  当業者によって理解されるように、熱交換器１１４におけるステップの加熱方法は、骨および鉱物物質を含有する動物廃棄物が分解され他の利用可能な物質を形成する、動物加工など他の方法にも用途がある。一般に、２７５°Ｆ〜３８０°Ｆ、好ましくは２７５°Ｆ〜３２５°Ｆ、かつさらにより好ましくは、３００°Ｆ〜３２５°Ｆの熱のかかる原料への適用により、有機物の骨および鉱物からの分離が従来可能であったよりも有効に達成される。かかる方法は、それによって、骨および鉱物物質の残りの原料からの分離を促進し、より純粋な有機部および利用不可能な鉱物物質に付着されることにより廃棄される有機物質の量の削減をもたらす。
【００５３】
[0062]  したがって、本発明はさらに不溶性固体に付着した有機物を含有する動物の体の一部を加工するための方法を含み、これは動物の体の一部からスラリーを調製するステップと、スラリーを２７５°Ｆ〜３８０°Ｆ、好ましくは、２７５°Ｆ〜３２５°Ｆ、かつさらにより好ましくは、３００°Ｆ〜３２５°Ｆに加熱し、液体混合物および不溶性物質を製造するステップと、骨材料を除去するステップとを含む。注意すべきは、動物加工のための従来の方法が一般的にそれほど高温には加熱せず、一般に２１２°Ｆ（１００℃）以下の温度にしか加熱しないことである。さらに、動物加工のための従来の方法では一般的に２バッチの製品、すなわち、第１のバッチで肉＋骨粉、および第２のバッチで脂肪が生成される。それに反して、本発明の方法では２バッチの異なる構成要素、すなわち、完全に分離され、例えば、鉱物肥料として使用されうる主に骨を含有する固体物質と、動物の補給食料品として使用されうる（水中に溶解したアミノ酸を含有する）脂肪酸および水性部を作るために使用されうるそれ自体、分離油部を含む液体部とを生成する。
【００５４】
[0063]  第１の段階１２０において、スラリーは熱および上昇圧力にかけられ、スラリーは、第１の段階の反応とも呼ばれる第１の反応を受ける。熱および圧力のかかる条件は、すでに分解されていないスラリーの生体部分の細胞構造の分解をもたらし、タンパク質、脂肪、核酸、および糖質などの構成分子を放出する。また、多くのポリマー有機物質はスラリー中の水によって、より単純な有機物の混合物に加水分解される。具体的には、脂肪は部分的に分裂され、脂肪酸（カルボン酸基含有）、および水溶性グリセロール（すなわち、３つの水酸基を含有する分子）など浮揚性の有機物質を生じる。タンパク質および存在するとすればこれまで損傷のなかったポリペプチドは、一般的により単純なポリペプチド、ペプチド、および構成アミノ酸へ分解される。糖質は主として単純な水溶性の糖へ分解される。さらに、第１の段階における水の存在は、原料に熱を伝えるのに役立つという点で有利である。
【００５５】
[0064]  反応する（ｒｅａｃｔ）、反応（ｒｅａｃｔｉｎｇ）、および反応（ｒｅａｃｔｉｏｎ）という語は、本発明の実施形態とともに使用される場合、多くの異なる種類の化学変化を包含しうることを理解すべきである。具体的には、反応（ｒｅａｃｔｉｏｎ）という語は、１つもしくはそれ以上の製品を生じる２つもしくはそれ以上の種の組合せまたは結合から生じる化学変化を包含し、かつ温度、圧力、または電磁放射の影響によって誘導されるように、単一の種の分解または転化を含む他の分解または転化を包含し、さらに加水分解などの溶媒を含む転化を包含しうる。さらに、「反応（ｒｅａｃｔｉｏｎ）」または「反応する（ｒｅａｃｔ）」という語は本明細書では方法、または方法における段階を述べるために使用され、次いで２つ以上の化学変化が同時に起こりうることを理解すべきである。したがって、反応が同時に、例えば、加水分解および分解を含みうる。
【００５６】
[0065]  水蒸気と気体１２６は一般的に第１の段階１２０におけるスラリーから遊離される。第１の段階からもたらされる反応原料１２２は一般的に反応固体生成物と反応液体生成物の混合物から成る。これらさまざまな生成物は一般的に油相、水相、および湿潤鉱物相として特徴づけられる。水相および油相は一般的にさまざまな溶解有機物質を含有する。第１の段階１２０において生成される水蒸気と気体１２６は、好ましくは、凝縮器によって分離され、蒸気は入ってくるスラリーを予熱するために使用される。
【００５７】
[0066]  次いで、反応原料１２２は分離段階１３０にかけられ、別の水蒸気と気体１３２が排除され、鉱物１３４の混合物または他の固体物質が取り出される。好ましくは、この段階で得られる固体物質は、炭素固体が入力原料に存在しなかった限り炭素固体を含むことはない。分離段階１３０は２つ以上の別々の分離を含みうる。
【００５８】
[0067]  分離段階１３０からの残留物質は、生成水１３８（可溶分による水）および有機液５００を含む液体生成物の混合物から成る。有機液５００は一般的に、第１の反応からの反応液体生成物などの炭素含有種の混合物を含有する液体である。好ましくは、生成水１３８の大部分は取り出され、有機液５００などの液体生成物は第３の段階１４０に方向づけられる。したがって、有機液は、好ましくは、水から分離され、ほとんどの場合に反応固体生成物からも分離される反応液体生成物を含む。生成水１３８は、イオウおよび塩素含有物質を含む無数の化合物を含有し、好ましくは、濃縮１３９のために迂回される。かかる化合物を取り出すことが望ましく、好ましい実施形態においては、濃縮は凝縮物１５１（その純度は通常、都市濃度廃棄水のものより優れている）、および濃縮物１５３（多くの場合、フィッシュソリューブルと同様に液体肥料として使用されうる）を生じる。
【００５９】
[0068]  有機液５００の一部は任意の分離１３７に迂回され、例えば、有機液の部分蒸留によって脂肪酸またはアミノ酸などの特殊有機化学物質である特殊化学物質１４３を形成しうる。残留留分、分留液１４５は、しばしば「重液」と呼ばれるが、特殊化学物質として有用でない留分を含むが、第３の段階１４０に戻されうる。
【００６０】
[0069]  原料が都市の下水スラッジである場合、第１の段階の反応からの反応原料１２２は一般的に生成水、予め分離されていないいくらかの無機物質、および少量の有機液を含む。都市の下水スラッジからの生成水は次いで濃縮のために迂回され、肥料として使用される生成物を形成する。
【００６１】
[0070]  第３の段階１４０において、有機液５００は、第２の反応を受ける条件にかけられる。有機液が第３の段階にも通される多少の量の反応固体生成物を含有することも可能である。同時に、有機液および反応固体生成物は固体マトリクスとも呼ばれる。第２の反応において、有機液は、通常、炭素固体１４２を含む有用な物質の混合物、および一般的に炭化水素の蒸気と気体１４８として放出される炭化水素の混合物に転化される。かかる転化は、有機液における１つもしくはそれ以上の物質の分解を含みうる。第３の段階における適切な条件では一般的に第１の段階に対して上昇される温度、および第１の段階に対して削減される圧力が使用される。第３の段階では一般的に添加水の使用は含まれない。
【００６２】
[0071]  炭素固体１４２は一般的にコークスと同様であり、すなわち、通常、燃料としての使用に適切な高い発熱量を有する硬い炭素質物質である。炭素固体１４２は、好ましくは、たとえあったとしても、一般的に酸素不足大気中で炭素含有物質の焼却に由来する非可燃性鉱物をほとんど含有しない。炭素固体１４２の鉱物含有量は、好ましくは、１０重量％未満、より好ましくは、５重量％未満、さらにより好ましくは、２重量％未満、かつ最も好ましくは、１重量％である。炭素固体１４２が鉱物を含有する場合、それらは炭素鉱物マトリクスとしても記載されうる。
【００６３】
[0072]  炭化水素の蒸気と気体１４８は、生体物質が本発明の方法に対する原料であればいつでも「生物由来炭化水素」と呼ばれる。炭化水素の蒸気と気体は、未加工原料がそれぞれ、タイヤ、ゴム、またはプラスチックを含む場合は、「タイヤ由来」、「ゴム由来」、または「プラスチック由来」とさまざまに呼ばれうる。炭化水素の蒸気と気体１４８は、一般的に炭化水素ガスを含むが、場合により非炭化水素ガスの微量の不純物を有する。炭化水素ガスは燃料ガス１４６などのガスを含み、炭化水素の蒸気は＃２ディーゼル油の軽い構成などの液体または油１４４に容易に凝縮されうる。当業者は、＃２ディーゼル油が比較的低い粘度または密度を有する油であることを理解する。
【００６４】
[0073]  原料が都市の下水スラッジである場合、第３の段階からの固体生成物は一般的に炭化水素油、燃料ガス、および固体形態での炭素との鉱物の混合物を含む。
【００６５】
[0074]  本発明の方法の操作パラメータは、異なる種類の未加工原料物質を調整するために１つもしくはそれ以上の場合に調節されうると理解すべきである。例えば、シチメンチョウ臓物などの未加工原料との関連で、主な成分は動物脂肪、タンパク質、糖質、および鉱物である。したがって、主な成分の均衡は本発明の操作条件の一部の態様を決定しうる。さらに、第１および第３の段階の反応器の温度範囲は特定の製品を製造するために制御され、それによって、さまざまな製品の生産から得られうる経済的価値を最大限にしうる。
【００６６】
[0075]  本発明による方法を行うための装置２００が図２に示されている。本発明の方法に基づき、装置２００のさまざまな要素の組立てはプロセス工学または化学工学の当業者の能力範囲内であろう。したがって、当業者に周知であろうかかる方法の詳細は本説明から除外されている。本明細書で述べられる加熱および加圧は一般的に液体混合物を保持する容器、液体混合物に圧力を増大させるためのポンプ、および液体混合物を加熱する熱交換器を含む器具において行われる。
【００６７】
[0076]  原料調製およびスラリー化は、一般的に、原料が骨などの粉末不溶性物質を含むスラリー１１２を製造するために粉末にされる原料調製装置２１０において行われる。原料調製および原料のスラリー化後、スラリーは、好ましくは、内容物を加熱して生物活性を制限する熱交換器（図２に示さず）に移動される。一般的に、約１４０°Ｆおよび約１ｐ．ｓ．ｉ．の条件がここでは使用される。その後、スラリーは、好ましくは、大きな貯蔵タンク（これも図２に示さず）に移され、ここに長時間、一般的に約７００分であるが週末の間も存在しうる。
【００６８】
[0077]  次いで、原料は、別の熱交換器２１２において、２７５−３８０°Ｆ、好ましくは、２７５−３２５°Ｆ、かつさらにより好ましくは、３００−３２５°Ｆまでの加熱にかけられ、この温度でスラリーを維持する反応器（図２に示さず）に移動される加熱スラリー２１４を製造する。この加熱ステップの条件は効果的に生物活性の停止をもたらし、原料におけるタンパク質物質と骨材料などの付着不溶性固体との結合も破壊する。スラリーを少なくとも１５分間、好ましくは、１時間以上、この温度で保持した後、温度によって、スラリーは骨材料１１６Ａや鉱物などの固体物質１１６、および液体混合物１１８を含む。固体物質は、例えば、重力分離、スクリーンもしくはフィルタ、または液体／固体遠心分離機を使用して分離ユニット２１６によって取り出され、液体混合物１１８を残す。液体混合物１１８は通常、水相を含むが、ここにはアミノ酸および小ペプチドなどのタンパク質分解の溶解産物、および脂肪や糖質など他の有機物質を含有する非水相のほか、不溶性タンパク質および微量の鉱物物質など一部の不溶性物質がある。液体混合物は、第１の段階の反応器に入る前に原料貯蔵タンク（ＦＳＴ）と呼ばれる低圧ベント型容器２２０に移動される。
【００６９】
[0078]  好ましい実施形態において、原料貯蔵タンクは、約２８０°Ｆの温度で維持されうるタンクを含む。このタンクは内容物を約１００ｐ．ｓ．ｉ．まで、かつ一般的には約５０ｐ．ｓ．ｉ．の圧力にかける。圧力は一般に所定温度で混合物の飽和圧力をわずかに上回る。例えば、混合物の飽和圧力は、約３００°Ｆ（約１５０℃）で６６ｐ．ｓ．ｉ．である。タンクにおける条件は一般的に十分に厳しく、スラリー中の残りの損傷のないタンパク質物質を分解し、スラリーを緩め、かつアンモニアを排除する。タンクの最大容積は、一般的に２，５００Ｕ．Ｓ．ガロンである。したがって、１つの実施形態において、毎分約４０ガロンの流量によりタンクにおける約１時間の滞留時間が得られる。都市の下水スラッジなど特定の原料に対する、例えば、タンクにおける数時間のより長い、好ましい滞留時間は、低めの流量で達成されうる。最初のスラリー中に存在する固体物質の大部分がＦＳＴに入る前に取り出されているということは２つの理由で有利である。すなわち、第一に、これにより容易にポンピングされうる緩んだ混合物の製造におけるＦＳＴの作業をもたらし、第二に、それが第１の段階の反応器に入る前に調整原料を加圧するポンピング装置に対する硬い固体物質の衝撃を小さくする。
【００７０】
[0079]  粉末および粒子骨のほか他の無機固体物質を含む鉱物物質は、重力分離、または液体／固体遠心分離機、またはスクリーン、またはフィルタなどの方法によって取り出され、肥料としての使用に蓄えられる。残りの物質、液体混合物は水および有機物質を含有し、第１の段階の反応器２３０に迂回される。
【００７１】
[0080]  それらを実施するための上述のステップおよび装置が、ありとあらゆる種類の動物の体の一部の分解を伴う食品加工業において使用される他の方法に容易に適用可能であることは当業者によって理解されるであろう。例えば、かかるステップは、さらに本明細書で述べられるように、動物加工に適用可能でありうる。
【００７２】
[0081]  本発明の第１の段階は第１の段階の反応器２３０において行われ、これは好ましくはマルチチャンバー容器を含み、スラリーの構成物質の狭い分布の滞留時間があるようになっている。別の実施形態において、第１の段階の反応器はオーガー反応器でもありうる。好ましくは、容器には、バッフル、および各々チャンバーにおけるスラリーを同時に攪拌しうるマルチブレード電動式撹拌機が備えられている。好ましい実施形態において、かかる容器には４つのチャンバーがある。別の好ましい実施形態において、スラリーの加熱はこの容器より前の数段階で行われる。
【００７３】
[0082]  第１の反応後の反応原料のフラッシングは通気口を有するフラッシュ容器（「第２の段階の分離器２４０」）において達成されうる。好ましくは、フラッシュ容器における圧力は第１の段階の反応器２３０におけるよりも相当に低い。１つの実施形態において、フラッシュ容器における圧力は約３００ｐｓｉであり、ここで第１の段階の反応器における圧力は約６００ｐｓｉである。
【００７４】
[0083]  さまざまな器具を使用し、第１の段階の反応器２３０から出てくる原料のさまざまな第２の段階の分離を達成することができる。好ましくは、かかる分離は、水蒸気と気体１３２、有機液５００、鉱物１３４、および可溶分による生成水１３８の混合物を提供する。水蒸気と気体１３２は、好ましくは、もとの調製段階に戻され、原料加熱を助ける。
【００７５】
[0084]  有機液および水からの鉱物の分離は、遠心分離機、水サイクロン、または静的タンクで達成されうる。鉱物１３４の乾燥は、例えば、乾燥窯または「リング」乾燥機などの鉱物乾燥機で達成されうる（図２に示さず）。（別の実施形態において、分離は化学物質を添加し、乳化を分解することによって促進されうる。）
【００７６】
[0085]  水からの有機液の分離の結果として生じる可溶分による生成水１３８は、一般的に産業で利用可能である種類の蒸発器２５０で濃縮されうる。鉱物および水から分離された有機液５００は、第３の段階の反応器２６０に移す前に有機液保持容器２５２に含有されうる。かかる保持容器は産業で一般的に使用される通常の貯蔵容器でありうる。
【００７７】
[0086]  有機液５００の一部を迂回し、１つもしくはそれ以上の特殊化学物質を得ることができる。一般的にこれは有機液を部分蒸留にかけるステップを含む。部分蒸留にかけられる有機液は一般的に蒸留カラム２５４で蒸留される。有機液は酸洗いにかけられ、それを蒸留カラムに通す前に微量アミノ酸を取り出す。脂肪酸など有機液からのより多くの揮発性物質が蒸留され、収集される。蒸留カラムの底に見られる非揮発性脂肪および脂肪誘導体などより重い物質が第３の段階の反応器２６０に達する。
【００７８】
[0087]  第２の段階の分離に由来する有機液も第３の段階の反応器２６０に通り、ここで第２の反応が行われ、有機液は油、および炭素固体１４２などの１つもしくはそれ以上の有用な物質へ転化される。第３の段階の反応器から出てくる油は分離器２７０におけるさらなる分離にかけられ、油１４４および燃料ガス１４６を製造しうる。分離はさまざまなステップで油を凝縮するステップ、およびそれを貯蔵容器における油貯蔵室２８０に迂回するステップを含みうる。第３の段階の反応器に由来する炭素固体１４２は冷却されるが、保存もされ、さらに加熱され、次いで当業者に周知である方法にしたがってそれらを活性化するために処理されうる。例えば、炭素固体は追加の反応器で加熱され、過熱蒸気の注入によって活性化されうる。
【００７９】
[0088]  上述したように、例としての未加工原料物質は農業および食品加工業からの廃棄物を含む。かかる廃棄物は翼、骨、羽根、臓器、皮膚、頭部、血液および頸部、軟部組織、つめおよび毛髪などの動物の一部を含みうる。一般的な動物の一部はシチメンチョウの臓物および食肉処理場からのガラの残部に存在するものである。一般にありとあらゆる種類の動物の体の一部が本発明により使用されうることが意図されている。例えば、かかる動物としては、シチメンチョウのほか、ニワトリ、アヒル、ガチョウを含む他の家禽、ブタ、ウマ、ウシ、ヒツジ、魚、クジラ、ラマ、ワニ、カンガルー、およびシカが挙げられるが、これらに限定されない。本発明による方法による加工に適切である食品加工業からの他の廃棄物としては、ハンバーガーフランチャイズなどファストフード施設からの未使用油脂、および食品加工工場からの気泡浮上分離法（「ＤＡＦ」）スラッジなどの物質が挙げられる。農業廃棄物としてはヒツジ、ブタ、およぶウシの動物の糞尿、およびニワトリの残部および作物遺体など他の物質も挙げられうる。図３−５に示されている例としての実施形態において、未加工原料１００はシチメンチョウの臓物などの食品加工副産物である。
【００８０】
[0089]  図３に示されているように、未加工原料１００は最初に原料調製とスラリー化１１０にかけられ、水蒸気と気体１２１を伴う原料のスラリー１１２を製造する。スラリー１１２は熱交換器１１４に移され、ここで加熱され、混合物中の骨および他の硬い体の一部に付着しているタンパク質物質を分解する。食品加工廃棄物または都市の下水スラッジなどの原料に対するかかる目的のための加熱は、２７５°Ｆ〜３８０°Ｆ、好ましくは、２７５°Ｆ〜３２５°Ｆ、かつさらにより好ましくは、３００°Ｆ〜３２５°Ｆの温度になる。３００°Ｆ〜３２５°Ｆの範囲の加熱は、好ましくは、約１時間とすべきである。かかる加熱の結果は、スラリーの粘度を低下させ、内容物を生物学的に不活性化し、鉱物物質（粉末および粒子骨を含む）の混合物、および液体混合物を製造することになる。分離器３１０でのステップでは、鉱物および骨材料１１６Ａを含む不溶性固体は、例えば、重力分離もしくは液体／固体遠心分離機、もしくはスクリーンまたはフィルタによって、液体混合物１１８から分離される。水および水不溶性有機要素および一部の微量鉱物を含む液体混合物は、冷却され、原料貯蔵タンクである原料貯蔵室３２０（「ＦＳＴ」またはホモゲナイザー）に方向づけられる。内容物はＦＳＴにおいて約２７５−２８０°Ｆに加熱され、約５０ｐ．ｓ．ｉ．の圧力にかけられ、第１の段階の反応器に移動させるために適切な比較的均質の原料の調整原料３２２を製造する。原料貯蔵中、水蒸気と気体不純物３３８は、好ましくは、通気される（通気口３３６）。したがって、本発明の１つの利点は、脱ガスがＦＳＴで行われ、望ましい気体不純物が本発明の全体的な方法の早期段階で除去されることである。好ましくは、ＦＳＴは、一定の原料流を、原料を加圧する高圧スラリーポンプに供給し、それを第１の段階の反応器に輸送する。好ましい実施形態において、原料のスラリー１１２は、本発明の方法によってさらに加工が予定されるまでの都合のいい時間、大きな貯蔵タンクにとどまりうる。
【００８１】
[0090]  シチメンチョウの臓物などの大量のアンモニア（ＮＨ３）を含有する未加工原料物質には、水蒸気と気体１２１の１つの成分の場合である調製中、または水蒸気と気体不純物３３８といっしょに通気される原料貯蔵室３２０中のいずれかに遊離アンモニアを除去することが有利である。アンモニアの１つの供給源は、しばしば動物の体の一部の集合体に存在する尿酸の分解である。アンモニアを除去する方法は当業者の知見の範囲内であり、スラリー化前の尿内容物の分離、酵素分解の使用、加熱の適用を含むが、これらに限定されない。また、アンモニアは酸性化によって硫酸アンモニウム、またはリン酸アンモニウムなどの塩に転化されうる。好ましい実施形態において、ＦＳＴは異なる条件で維持された２つの容器を含む。第１のかかる容器は貯蔵室の役割を果たし、第２の容器はタンパク質の分解をもたらし、かつアンモニアを放出する。
【００８２】
[0091]  原料貯蔵室３２０を出るスラリーである調整原料３２２は第１の反応３３０にかけられ、ここで調整原料３２２における水分が存在するバイオポリマーの多くの加水分解をもたらす。十分な攪拌（ミキサーおよび／または再循環デバイスによって提供）が提供され、固体が浮遊状態で維持される。第１の反応は一般的に約５〜約６０分かかる。第１の反応からの出力は反応原料１２２である。一般的に水蒸気と気体３３９も第１の反応から放出される。
【００８３】
[0092]  第１の反応３３０において、一部の脱ガス化が行われ、ここで窒素およびイオウ化合物の部分的な除去が起こり、脱アミン化および脱炭素反応が行われ、ここで大量の残留タンパク質、ペプチド、およびアミノ酸もアンモニア、および潜在的に二酸化炭素などの生成物にも分離しうる。実際に、本発明の方法には、二酸化炭素以外の生成物は、水溶性、および揮発性の傾向があるアミンであるため脱炭素反応は望ましくない。したがって、一般に、脱アミン化反応が脱炭素反応よりも好ましく、第１の段階から得られる反応液体生成物は一般的に、原料がタンパク質および脂肪などの物質を含む場合にカルボン酸を含む。したがって、脱炭素反応は一般的に脱アミン化よりも高い温度で起こるため、第１の反応は、好ましくは、脂肪分子が分裂する可能な最低温度で実行される。別の方法として、第１の段階におけるｐＨは酸を添加することによって変えられ、それによって脱炭素反応を阻止しうる。
【００８４】
[0093]  この段階、および先行予熱段階での窒素およびイオウ化合物の除去は、第３の段階の反応器により加工されることが可能な場合は、結果として生じる生物由来炭化水素の望ましくない成分になりうる望ましくない追加の有機窒素化合物、より多くのアンモニア、およびさまざまなイオウ化合物の形成を阻止する。
【００８５】
[0094]  この実施例における第１の反応を行うための一般的条件は１５０℃〜３３０℃であるが、好ましくは、約２５０℃であり、かつ第１の段階の反応器で得られうるように、約５０大気圧、または６００ｐｓｉである。一般に、第１の段階の反応器における圧力は２０−１２０大気圧の範囲である。総予熱および第１の段階の加熱時間は約１２０分までである。かかる条件は、使用される原料によって変動しうる。大量の塩素含有物質を含有する原料に適用される本発明の１つの態様において、第１の段階における動作温度は十分に高く、その後に洗浄ステップが行われ、塩素含有製品が除去される。
【００８６】
[0095]  一般に、第１の反応は約１５０℃〜約３３０℃の範囲の温度で行われ、以下の３つの転化の少なくとも１つが行われうるようになっている。第一に、残留するタンパク質およびポリペプチドがそれらを構成する個別のアミノ酸残留物に転化される。これは約１５０−２２０℃の範囲の温度でタンパク質の骨格におけるアミノ酸残留物の各々のペア間のペプチドアミド結合を加水分解することによって達成されうる。第二に、脂肪分子が脂肪酸分子に分解されうるが、これは２００−２９０℃の範囲で起こりうる方法である。実際には、脂肪酸は加水分解され、トリグリセリドを解体し、遊離脂肪酸およびグリセロールを形成する。第三に、アミノ酸の脱アミン化および脱炭素が第１の段階で起こりうる。カルボン酸基は、第３の段階の反応器に移される場合には、依然としてそのそれぞれのアミノ酸部分に付着されているが、最終的に比較的穏やかな動作条件で炭化水素に転化されうる。また、脱アミン化される一部のアミノ酸がありうるが、これは一般的に２１０−３２０℃の温度範囲で起こる方法である。したがって、第１の段階においてのみ、スラリーに存在する実質的にすべてのタンパク質が比較的低い第１の段階での動作温度でアミノ酸に転化される。さらに、アミノ酸脱アミン化の程度は、第１段階の動作温度の慎重な選択によって制御されうる。
【００８７】
[0096]  当業者によって理解されるように、第１の段階の反応器が実行される実際の条件は使用される原料によって変動する。例えば、動物の臓物では一般に約２００℃〜約２５０℃の範囲の第１の反応温度が使用される。都市の下水スラッジでは一般的に約１７０℃〜約２５０℃の範囲の第１の反応温度が使用される。
【００８８】
[0097]  第１の段階の反応器における圧力は、一般的に問題の動作温度で水の飽和圧力に近くなるように選択される。飽和圧力は、水の沸騰を避けるために所定温度で適用されることが必要である圧力であり、精製原料スラリー中の他のガスの存在および量にも左右される。反応器中の総圧力がスラリー混合物における水の蒸気圧力よりも大きく、水はボイルオフすることはない。圧力は、好ましくは、４５−５５大気圧の範囲であり、４０−６０大気圧の範囲でありうるとともに、３０−７０大気圧の範囲でもありうる。一般的に、圧力は飽和を上回る０−１００ｐｓｉまで、かつこの範囲の量によって調節され、望ましくないガスは原料調製、原料貯蔵室、または第１の段階の反応器から通気される（通気口３３６）。
【００８９】
[0098]  本発明の１つの利点は、原料調製とスラリー化１１０、原料貯蔵室３２０、および第１の反応中の通気によりアンモニア、二酸化炭素、およびイオウ含有ガスなどのガス不純物が除去されうることである。一般的に、第１の反応３３０はさまざまな生体材料におけるイオウ含有部分の分解かイオウ含有ガスを生じる。イオウの主な供給源はタンパク質分子およびそれらの分解生成物であり、その多くはシステイン残留物間にイオウ架橋を有する。イオウ含有ガスは一般的に硫化水素（Ｈ２Ｓ）、およびメチルメルカプタンなどのメルカプタン（アルキル−イオウ化合物）である。また硫化カルシウム（ＣａＳ）など一部の塩が生成されうるが、これらは通常、後の段階中に分離される。
【００９０】
[0099]  第１の反応後、一般的に少なくとも１つの反応液体生成物および少なくとも１つの反応固体生成物および水を含む反応原料１２２は低圧にフラッシング３４０され、過剰な熱が第１の反応前に元の加熱段階に放出される。一般的に、フラッシングは、好ましくは、２〜３段階での多数の圧力削減により達成される。フラッシングの効果は、反応原料と関連する残留する水蒸気と気体１３２を放出させることである。減圧による脱水は、水が加熱を行うことなく排除されるため有効である。余分な熱の有効な使用は熱回収として周知であり、さらに本発明の方法の進歩を示す。第１の反応では、水蒸気と気体３３９において他の気体といっしょに水蒸気として通気されうる水が使用されることは、それ自体、有効なエネルギー回収に至る。水および蒸気は熱交換において有効であり、１つもしくはそれ以上の凝縮器を使用する第１の反応前に加熱段階に迂回されうる。凝縮器はきわめて小型であり、効率を促進する。したがって、反応原料１２２から通気された水蒸気と気体１３２も好ましくは流入原料の加熱および第１の反応の温度の維持の補助に使用され、それによって本発明の方法のエネルギー喪失を低減する。水蒸気と気体３３９は原料貯蔵室３２０の前、または後に配置された１つもしくはそれ以上の熱交換器にも通されうる。蒸気は、場合によって元の流入原料である未加工原料１００へ直接注入もされうる。好ましくは、第１の反応３３０からの水蒸気と気体３３９は熱交換器１１４に移動する前に水蒸気と気体１３２と結合される。
【００９１】
[0100]  熱交換器１１４において、水蒸気と気体はそれぞれ分離される。蒸気の大部分は凝縮して凝縮物１５１を生じうる。好ましくは、この凝縮物は迂回され、以下でさらに述べられる本発明の方法の後の段階に由来する「生成水」と結合する。残りの少量の蒸気はガスといっしょに通気される（通気ガス１１７）。好ましくは、これらの通気ガスは、本発明の方法の後の段階によって製造される他のガスと結合され、燃料ガスを生じる。
【００９２】
[0101]  反応原料がフラッシング３４０され、かつ熱が回復された後、中間原料４００は一般的に少なくとも１つの反応液体生成物、少なくとも１つの反応固体生成物、および水を含む。少なくとも１つの反応液体生成物は一般的に有機液の構成要素であり、少なくとも１つの反応固体生成物は一般的に以前に取り出されていない鉱物を含む。中間原料は、好ましくは、実質的に気体生成物を含まない。
【００９３】
[0102]  図４は、中間原料に適用される一連の分離である。第１の反応に由来する中間原料が、第３の段階の反応における加工前に鉱物および水を除去する１つもしくはそれ以上の分離段階にかけられることは、本発明の方法の別の利点である。分離段階では、遠心分離機、水サイクロン、蒸留カラム、ろ過デバイス、およびスクリーンなどの分離用器具が使用され、中間原料４００からきわめて微細な炭素固体を除去する蒸留も使用されうる。一般に、さらなる圧力削減により多くの蒸気が回復され、固体／液体分離が促進され、鉱物および他の固体を回復する。
【００９４】
[0103]  一般的に有機液、水、および鉱物を含む中間原料４００は、好ましくは、大部分の鉱物４１２（図１に示す鉱物１３４に相当）を除去し、かつ灰分が低い有機液と水の混合物（有機液／水混合物４１４）を製造する第１の分離４１０にかけられる。かかる分離は固体／液体分離と特徴づけられ、第１の遠心分離機により、もしくは固体／液体分離デバイスによって、例えば機械的方法、もしくは重力沈降などの非機械的方法によって達成されうる。取り出される鉱物４１２は一般的に湿潤であり、したがって、乾燥鉱物貯蔵室４３０に移動する前に乾燥段階（乾燥４２０）にかけられる。乾燥段階は一般的に標準大気圧条件下に行われる。結果として生じる乾燥鉱物は、土壌改良または他の産業の前駆物質として重要な商業的用途がありうる。
【００９５】
[0104]  有機液／水混合物４１４は第２の分離４４０にかけられ、水を排除し、有機液５００を残す。かかる第２の分離は、第２の液体／液体遠心分離機（または他の分離デバイス）を使用して達成されうる。重力の差により生成水と有機液の遠心分離が可能である。排除される生成水１３８は、グリセロールなどの大量の溶解小有機分子およびタンパク質の分解由来の若干の水溶性アミノ酸を含有する。生成水は一般的に塩素不純物をも含む。かかる不純物を第３の段階の反応前に取り出すことは、後の製品がそれによって汚染されないため本発明の追加の利点を示す。
【００９６】
[0105]  生成水１３８は、例えば蒸発、本発明の方法の範囲内で再利用されうる水の凝縮物１５１、および濃縮物貯蔵室４６０に送られる濃縮物１５３を製造することによって濃縮１３９にかけられうる。蒸発は一般的にわずかな真空の適用によって達成される。主にアミノ酸、グリセロール、および潜在的に硫酸アンモニウムまたはリン酸塩などのアンモニウム塩のスラリーを含む濃縮物は、一般的に、例えば、家庭庭園店で販売されている「フィッシュソリューブル」として周知の肥料として商業的な価値を有する。
【００９７】
[0106]  本発明が２つのステップを含む分離段階に限定されないことを理解すべきである。本発明は分離ステップが行われる順序によっても限定されない。したがって、中間原料４００の有機液、鉱物、および水などの製品への分離が単一ステップもしくは２つを超えるステップで行われる場合には本発明と一致する。さらに、鉱物は、場合によって、意図的に有機原料中に放置されうるため、その分離は第３の段階の加工前に行われる必要がない。
【００９８】
[0107]  図５は、図４の分離段階に由来する有機液５００が第３の段階１４０にかけられ、１つもしくはそれ以上の有用な製品を製造する本発明の方法の段階を示す。有機液５００は通常、さらに加工される前に保持容器に移動する。
【００９９】
[0108]  有機液５００の一部、または全部は、場合により、第３の段階１４０の前の加工のために方向づけられ、１つもしくはそれ以上の特殊化学物質１４３を得ることができる。かかる任意の方法によれば、有機液５００の一部の所望部分は一般的に部分蒸留５１０などの分離方法、またはアルコールなどの化合物との反応にかけられ、当業者によって理解される別の化合物を形成する。かかる分離方法により特殊化学物質１４３が生成され、トリグリセリド油などの高分子量有機分子を含む「重液」としばしば呼ばれる分留液１４５が残される。分留液１４５は、同様にして有機液５００に加工するための第３の段階１４０に方向転換されうる。
【０１００】
[0109]  特殊化学物質１４３は一般的に脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、またはさまざまなアミノ酸などの有機化合物である。好ましくは、特殊化学物質１４３は脂肪酸である。より好ましくは、特殊化学物質１４３はＣ１２−２０の範囲の脂肪酸である。さらにより好ましくは、特殊化学物質１４３はＣ１６−２０の範囲の脂肪酸である。特殊化学物質１４３が脂肪酸アミドおよび脂肪酸エステルである場合、それらは一般的に脂肪酸との反応によって形成される。シチメンチョウの臓物などの原料に由来する特殊化学物質１４３は、潤滑剤およびコーティング剤および塗料としての用途がありうる。
【０１０１】
[0110]  第３の段階１４０において、有機液５００の水分の含有量はほぼゼロであり、第３の段階の条件は残留有機分子が主に、過剰な、または追加された水または蒸気による加水分解ではなく、高温の適用によって分解されるようになっている。第３の段階を行うための一般的な条件は、第３の段階の反応器で得られるように約４００℃である。第３の段階は一般的に約５分〜約１２０分かかる。実際に、さまざまな液相は第３の段階の反応器でさまざまな量の時間を費やす。例えば、蒸気は比較的迅速に通過し、液体は長くかかる。第３の段階からの出力は、別々に、二酸化炭素、ＣＯ、および窒素などの炭化水素の蒸気と気体１４８とイオウ含有化合物、および炭素固体１４２の混合物を含む。炭素固体１４２は、好ましくは、高品質コークスに似ている。炭化水素の蒸気と気体１４８は、一般的にオイル蒸気を含有する。第３の段階の条件は、好ましくは、炭素固体１４２、および炭化水素の蒸気と気体１４８の混合物の純度を最適化するために選択される。炭化水素の蒸気と気体１４８などの熱蒸気の急冷により、反応が停止され、第３の段階後の炭素のチャー形成が最小限に抑えられる。好ましい実施形態において、上記の急冷は、蒸気をドラム一杯の水へ方向づけることによって、または熱流体および冷却剤を使用して多数の急冷ステップによって達成されうる。かかる多数の急冷ステップが使用される場合、さまざまな留分を迂回し、商業的用途に分離しうるように、油から多数の取り分（ディーゼル、ガソリン等）を取ることが有利である。あるいは、別の実施形態において、オイル蒸気は入ってくる有機液の存在下に急冷され、それによってエネルギーの回復も促進しうる。
【０１０２】
[0111]  一般に、第３の段階は約３１０℃〜約５１０℃の範囲の温度で行われ、以下の２つの転化の少なくとも１つが行われうる。第一に、脂肪酸が炭化水素に分解される。これはカルボキシル基を各脂肪酸分子から約３１６−４００℃の範囲の温度で除去することによって達成されうる。第二に、炭化水素分子そのものが「クラッキングされ」て低分子量の分子の分布を形成するが、これは約４５０−５１０℃の範囲で起こりうる過程である。しかし、一般的に、炭化水素のクラッキングは４８０℃超で起こる。好ましくは、第３の段階は第１の段階でよりも高温で行われる。第３の段階に利用可能な本明細書に記載された温度は、本発明の原理を大きく逸脱することなく変動されることが理解されるであろう。例えば、第３の段階は、約３００−５２５℃の温度範囲、および４００−６００℃の範囲で効率的に行われうる。一部の実施形態において、第３の段階の反応器の温度は約４００℃〜約５１０℃である。
【０１０３】
[0112]  さらに、少なくとも１つの実施形態において、第３の段階の反応器は、約１５ｐｓｉｇ〜約７０ｐｓｉｇ、すなわち、ゲージ圧で約１５ｐｓｉ〜ゲージ圧で約７０ｐｓｉの圧力にわずかに加圧される。好ましくは、第３の段階の反応器における圧力は、第１の段階の反応器におけるよりも低い。
【０１０４】
[0113]  第３の段階から生成される炭素固体１４２は一般的に最初に第１の冷却器６３０である炭素固体冷却器に移動され、ここで炭素はその残留熱を失わせられる。冷却後、炭素固体１４２は炭素貯蔵室５４０に移動され、多くの有用な用途のために販売されうる。例えば、炭素は、土壌中の細菌の多くが炭素源を必要とするため家庭用園芸において使用するための「活性炭」として販売されうる。具体的には、製造される炭素は、多くの形態の「活性炭」と同様の品質であり、したがって、自動車の蒸気放出を吸収するため、または家庭用水フィルタにおいて使用するための物質としての用途もありうる。また炭素は、その純度のレベルのため、石炭のような固体燃料としても用途もありうるが、一般的に石炭製品に見られる汚染物質の燃焼から生じる有毒の放出物を生成する不利点がない。多くの毒性物質も本発明の方法に由来する炭素固体状の炭素添加剤の使用によって土壌マトリクス中で中和されうる。
【０１０５】
[0114]  炭素固体１４２の代わりに、またはそれに加えて、本発明の方法によって生成される有用な製品は精炭でありうる。精炭は未加工原料が未加工石炭である場合に生成される。本発明の方法によって製造される石炭微粉は、一般的に入手可能な未加工石炭よりもイオウおよび塩素含有汚染物質が有利に含まれていない。本発明の方法によって生成される石炭のこれらの特性により、クリーンな燃焼の燃料源としてそれらを特に魅力的なものにしている。
【０１０６】
[0115]  第３の段階の反応器によって製造される炭化水素の蒸気と気体１４８は一般的に、混合物を燃料ガス１４６と炭化水素油に分離する冷却器／凝縮器８５０に方向づけられる。燃料ガス１４６は発熱量を有し、それ自体、さまざまな段階で加熱するためのエネルギーを提供する目的のために本発明の方法の範囲内において内部で再配分され、または外部使用または内部使用のためのエネルギーの電気または他の形態のエネルギーを製造するために使用されうる。油１４４は一般的にその炭素鎖が２０個以下の炭素原子を有する炭化水素を含む。この点において、混合物は＃２級のディーゼル油などの燃料油の軽い成分と似ている。かかる製品は商業的にも販売可能である。しかし、油１４４の精確な組成が原料に依存すると理解すべきである。したがって、原料がタイヤから成る場合に得られる油の成分は、原料がシチメンチョウの臓物である場合の組成と異なる。高い脂肪含有量を有する原料に由来する油はオレフィン、およびジオレフィンが豊富であることがわかっている。望ましくない場合は、かかるオレフィンは再飽和法または分離法から除去されうる。
【０１０７】
[0116]  未加工原料が都市の下水スラッジである場合、無機物質からの有機物の分離を促進することが好ましい。したがって、好ましい実施形態において、炭化水素の油１４４、この場合には生物由来炭化水素の一部は未加工原料または第１の反応の製品に方向づけられ、物質の流動化を助ける。他の実施形態において、例えばファーストフードチェーン店から得られるトラップ油脂などの物質が使用されうる。物質を流動化する背後の原理は、水より軽い物質が未加工原料、または第１の反応の製品に導入され、水より重い有機物質の流動化を助け、それによって無機物質からの有機物の分離を促進することである。その結果は、それ以外の場合よりも容易に遠心分離されるスラッジである。
【０１０８】
[0117]  本発明の方法のさらなる利点は、製品のすべてがＤＮＡおよび病原体を含まないことである。すなわち、それらは、動物細胞、細菌、ウイルス、またはプリオン由来の病的物質を含まない。かかる物質は、本発明の方法の後にまで損傷なく残ることはない。これは、かかる分子が食物連鎖に再侵入する危険がありうる農業用途において本発明の方法の製品のいずれかを使用する危険がないため重要な結果である。
【０１０９】
[0118]  反応液体生成物を有機液などの分離段階から炭化水素、および炭素固体の混合物へ転化するための装置が、本発明の方法で使用するための適切な第３の段階の反応器である。図６に示されているように、本発明の実施形態による第３の段階の反応器６００が、有機液を加熱し、それによって液体と蒸発油の混合物を製造するための加熱器６１０、液体と蒸発油の混合物を炭素固体１４２へ転化するための反応器６２０、および炭化水素の蒸気と気体１４８の混合物、炭素固体１４２を受入れるための第１の冷却器６３０、および炭化水素の蒸気と気体を受入れるための第２の冷却器６４０を含む。第３の段階の反応器６００はさらに炭化水素の蒸気と気体１４８を炭素固体１４２から分離するための反応器６２０と連通する流体／固体分離器６２４を含みうる。
【０１１０】
[0119]  加熱器６１０は、好ましくは効率的かつ小型であり、熱交換のための大表面積を生じる多数の内部管を含む。加熱器６１０は一般的に「加熱炉」である。加熱器６１０は一般的に有機液および蒸気６０２を受入れるための入口、および加熱有機液／蒸気混合物を反応器６２０に方向づけるための出口を有する。約２−５重量％の量の蒸気６０２は、それが加熱器６１０に入ると有機液を伴う。かかる量の蒸気は均一の加熱に役立ち、加熱器の内部の残留物の集結を阻止する。好ましい実施形態において、１つもしくはそれ以上の予熱器を使用し、有機液５００を蒸気と混合し、かつ／または加熱器６１０に移動する前に加熱する。第３の段階のための圧力がポンプシステムによって与えられる。
【０１１１】
[0120]  反応器６２０は、好ましくは、少なくとも１つの加熱するオーガーを有し、かつそれぞれ、加熱器６１０から液体と蒸発油の加熱混合物を受入れ、炭素固体および炭化水素とガスの混合物を液体−固体分離器へ方向づけるように構成された入口および出口を有する。蒸気による液体と蒸発油の加熱混合物は反応器６２０へ移動され、ここでそれは炭素固体、および好ましくは油と燃料ガスの成分を含有する炭化水素ガスの混合物に分解される。一般的に製造される炭素固体は、液体と蒸発油の混合物の約１０重量％に達する。他の実施形態において、未加工原料の成分によって、製造される炭素固体は液体と蒸発油の混合物の約５重量％〜約２０重量％である。本発明の一部の実施形態において、反応器６２０における過剰な炭素固体の集積を避けるために、加工される原料の量は調節される。
【０１１２】
[0121]  入ってくる有機液の滞留時間および温度の制御を可能にし、かつ炭素固体と揮発性製品の効率的な分離を可能にするため、オーガーが炭素固体および炭化水素の混合物を製造するために適切である。好ましくは、オーガーの寸法は、結果として生じる炭化水素の混合物および炭素固体の純度が最適化されるように選択される。例えば、オーガーの断面寸法により主にそれを通る蒸気の流量が決定される。好ましくは、流量は、埃が蒸気とともに運ばれ、不純な炭化水素の混合物を生じるほど高くはない。有機液、蒸気、および水蒸気の加熱混合物の滞留時間により、それが反応すると、オーガーのサイズも決定される。
【０１１３】
[0122]  好ましくは、第３の段階の反応器６００は、反応器６２０の出口と連通する流体／固体分離器を含む。流体／固体分離器は好ましくは、炭化水素および気体のための第１の出口、および炭素固体のための第２の出口を有する。炭化水素と気体の混合物からの燃料ガスの一部は、元の加熱器６１０に戻されて燃焼され、加熱器における温度の維持を助け、それによって本発明の方法の全体的な効率を促進する。
【０１１４】
[0123]  炭素固体（しばしば約５００℃ほどの高い温度で）は、第１の冷却器６３０である炭素固体冷却器に方向づけられるが、これは好ましくは、エアロックデバイス、または場合により流体／固体分離器を通じて反応器と連通する冷却するオーガーである。本発明の一部の実施形態において、２つ以上の第１の冷却器６３０である冷却するオーガーが使用されうる。水６３２を第１の冷却器６３０である炭素固体冷却器へ導入し、冷却方法を助けることが好ましい。炭素固体は、場合により移動オーガー、またはバケットエレベータ６５４などの一部の他の輸送デバイスによって完成品貯蔵システム６５０、または別の加熱器／反応器に移動され、炭素固体を活性化する。
【０１１５】
[0124]  炭化水素の蒸気と気体の混合物を受入れるための第２の冷却器６４０は、好ましくは、残留炭素固体を取り出し、それらを反応器６２０に戻すための炭素粒子分離器を含む。
【０１１６】
[0125]  本発明の方法の変更形態を使用し、蒸気を地下のタールサンド堆積物へ注入し、次いで堆積物を表面で軽油に精製し、この豊富なアクセス困難な資源をはるかに入手しやすくしうる。実験でも本発明の方法によりイオウ、水銀、ナフサ、およびオレフィン（すべて販売可能な生活必需品）が石炭から抽出され、それによって石炭をより熱くクリーンに燃焼させうることが示される。本発明の方法による前処理により一部の石炭はより脆くもなり、それらを発電プラントにおける燃焼前に破砕するためにエネルギーがほとんど必要とされない。
【０１１７】
[0126]  一定の原料のために、本発明の方法では原料調製段階の一環として流体から微細浮遊固体を分離するためのデバイスが使用される。例えば、都市の下水スラッジは一般的に３００ｐｐｍの固体を含有し、したがって、事前の濃縮なしに本発明の方法により効果的に加工するには薄すぎる。したがって、分離器を使用し、水をＭＳＳなど薄いスラリーから粒子をろ過することによって除去することが好ましい。次いで、粒子は、より濃縮したスラリー（１０，０００ｐｐｍ〜５００，０００ｐｐｍの範囲の粒子濃度を有する）中の若干の水および排出余剰水を伴って捕捉される。次いで、濃縮スラリーは、本発明の方法により使用される原料となる。
【０１１８】
[0127]  また、多くの他の産業および商業上の用途では液体から浮遊固体を分離することが必要とされる。図７は、かかる分離に有用である本発明の好ましい実施形態による分離デバイス７００を示す。固体浮遊の分離を必要とする用途の別の例は、全血からの赤血球と白血球の分離である。浮遊固体粒子のサイズが大きく、またはその密度が流体のものと大きく異なる場合、それらを分離する多くの異なる種類の装置がある。例えば、浮遊固体粒子よりも小さい開口を有する多くの異なる構成のフィルタが、負荷がかけられた状態で大きく変形することがない固体物質のために使用されうる。固体粒子と流体との間に大きな密度差がある場合には浄化器、沈降室、および単純なサイクロンを効率的に使用することができる。サイズまたは密度差が小さくなると、遠心力を使用する能動デバイスが有効に使用されうる。しかし、これらの分離デバイスのすべての効率は、浮遊流体のものとほんのわずかに異なる密度を有する変形可能な物質によるきわめて小さな粒径の場合、劇的に減少する。
【０１１９】
[0128]  本発明の好ましい方法に関して、浮遊固体が小さく、変形可能であり、かつ小さな密度差を有する１つの用途が都市の下水スラッジ（ＭＳＳ）である。ＭＳＳ中の浮遊物質は、主に細菌からの細胞物質および細胞残屑から成り、一般的に約１マイクロメートルの寸法を有する。この物質は変形可能であり、浮遊水溶媒の１０％以内の有効密度を有する。この固体物質を水から分離することは、本発明の方法のための原料としてＭＳＳの調製における好ましいステップである。かかる分離は遠心分離機の使用により達成されうるが、しかし、好ましい実施形態においては、分離デバイス７００が使用される。
【０１２０】
[0129]  本発明の好ましい実施形態によれば、図７に示されているように、本発明の方法によってさらに加工する前に、ＭＳＳなどの未加工原料の固体と液体成分を分離するために分離デバイス７００を使用することが好ましい。かかるデバイスは、その固体粒子が変形可能であり、またはその有効密度が液相の約１０％以内である他の産業または商業上の廃棄水スラッジにも適用されうる。
【０１２１】
[0130]  分離デバイス７００は、好ましくは、円錐台の形状を有する内室７０６に取付けられた回転アセンブリ７０４を含有するハウジング７０２を含む。内室７０６の形状は一般的に先細りの角度を有する円錐台の部分を含み、回転アセンブリ７０４の他の部分を収容する円錐台の下部および／または上部に追加の部分を有する。ハウジング７０２は、好ましくは、互いに結合し、かつ回転アセンブリ７０４を取囲むスピナーケース下部７１４およびスピナーケース上部７１６を含む。分離デバイス７００はさらに、内室と連通する入口７１０と第１の出口７３０、および第２の出口７５０を含む。入口７１０は、浮遊固体を含有する流体の内室の固定内壁７２０と回転アセンブリとの間の環状通路７１２への導入を可能にする。
【０１２２】
[0131]  回転アセンブリは、好ましくは、それ自体スピナーケース上部７１８に接続されている先細りの円筒状の壁７２４に接続されたスピナーケース下部７２２で製造される円錐台状のシリンダを含む。回転アセンブリは、一般的に約１，０００ｒ．ｐ．ｍ．〜約５０，０００ｒ．ｐ．ｍ．の範囲の速度で回転する中空のスピンドル７２６の長手方向軸７３６上に同軸に取付けられている。ＭＳＳの分離のための好ましい実施形態において、回転速度は約１０，０００ｒ．ｐ．ｍ．である。好ましくは、回転速度はカオス流を最小限に抑えるために選択される。回転アセンブリは先細りになっており、有効な断面積が、幅が狭くなるに従って減少する。一般的に先細りの角度は約１°〜約１０°である。好ましい実施形態において、先細りの角度は約２°〜約２．５°であり、さらにより好ましくは、約２．２５°である。回転アセンブリの中空内部は第２の出口７５０と連通する。
【０１２３】
[0132]  好ましくは、分離デバイス７００の入口７１０と内部との間には圧力差がある。一般的に、この圧力差は約３−１５０ｐ．ｓ．ｉであり、２つのポンプ（図７に示さず）によって制御される。
【０１２４】
[0133]  異なるサイズの分離器の流量は、回転シリンダの表面積に対応する。好ましくは、入口および環状空隙は、毎分約１〜約２００ガロンの量を供給するように構成されている。より好ましくは、流量は毎分約１〜約２０ガロンである。さらにより好ましくは、ＭＳＳの処理のために、流量は毎分約１０ガロンである。
【０１２５】
[0134]  回転アセンブリの壁７２４は有孔である。壁７２４の細孔径は一般的に約１〜約２００マイクロメートルである。好ましくは、細孔径は約５０マイクロメートルである。壁７２４は、好ましくは、ＨＤＰＥなどのプラスチック物質、または吸湿性ではない他の物質で製造され、操作中の細孔の閉鎖を回避する。
【０１２６】
[0135]  流体および浮遊物質は一般に軸方向で環状通路７１２に沿って流れると同時に、流体の一部が有孔回転壁である壁７２４を通じてシリンダの中空内部７２８へ流れる。中空内部７２８はスピンドル入口７３２を通じて中空のスピンドル７２６と連通する。浮遊粒子の大部分は、回転シリンダの表面で剪断および遠心力により有孔シリンダを通じて流体とともに流れるのが阻止される。シリンダの回転速度は浮遊粒子の剪断および遠心力を有効に使用し、有孔シリンダを通じて流体に付随するのが阻止されうる粒子の最小サイズを制御するために使用されうる。シリンダの中空内部７２８へ流れる水および粒子は、その後にスピンドル入口７３２を通じて中空のスピンドル７２６の中心へ流れ、第２の出口７５０を通じて排出される前にスピンドル出口７３４の方へ流れる。
【０１２７】
[0136]  環状通路７１２中の物質は回転シリンダの動きに応じて狭いらせん流路をたどる。好ましくは、環状通路７１２の厚さはその長さに沿って一定である。一部の用途ではこの環状空間は上部から下部まで変動しうる。環状空間の変動は有孔表面に近い流れ条件を与えうる。現在の濃縮流体蒸気を排出するための第１の出口７３０が、入口から離れて環状通路の端に提供されている。
【０１２８】
[0137]  図７のデバイスの操作は、好ましくは、方向非依存性である。好ましい実施形態において、先細りシリンダの軸は下部の第１の出口７３０とともに垂直に方向づけられている。
【０１２９】
[0138]  当業界で周知の他の分離デバイスに対する図７のデバイスの利点は、具体的には、１マイクロメートル以下の範囲のサイズの変形可能な浮遊固体を有するもの、または浮遊流体の１０％以内の密度を有するものを含む、広範囲の粒子特性を有するスラッジを加工できることである。好ましい実施形態において、壁７２４における環状空隙および細孔径は、都市の下水スラッジの浮遊を分離するために構成されている。本発明の方法の一部の実施形態において、多くのかかる分離器が、並行して、未加工原料の高い処理量の分離を達成するために使用される。
【０１３０】
[0139]  図７に示されている分離デバイス７００は正確な尺度に描かれていないが、さまざまな要素は互いにほぼ比例していると理解すべきである。したがって、分離デバイス７００は機械工学および設計の当業者に周知の通常の原理に従って構成されうる。
【０１３１】
[0140]  好ましい実施形態において、スピナーケース下部７２２の外径は約２インチであり、かつスピナーケース上部７１８の外径は約２．２インチである。スピナーケース下部７１４の好ましい長さは、約７インチ〜約８インチである。スピナー壁である壁７２４の好ましい長さは、約４インチ〜約６インチであり、その好ましい厚さは、好ましくは、その長さに沿って一定であり、約１．５インチである。かかるスピナーとともに出口７３０の好ましい直径は約０．８インチであり、スピナーケース下部の外径は、好ましくは、約３インチである。次いで、スピナーケース上部の外径は、好ましくは、約４インチである。スピンドル７２６は中空であり、好ましくは、約０．２５インチの内径を有する。スピンドル７２６の外径はその長さに沿って変動し、約０．５インチ〜約０．７５インチでありうる。スピンドル入口７３２とスピンドル出口７３４との距離は、かかる実施形態において約６インチでありうる。環状通路７１２の厚さは、好ましくは、約０．０５〜約０．５０インチである。
【０１３２】
[0141]  本明細書で示された好ましい寸法は１つの説明として考えるべきであり、設計の選択および所望の処理量に従って、当業者の機械エンジニアであれば、動作効率を達成するために分離デバイス７００のさまざまな要素のサイズを拡大または縮小しうる。
【０１３３】
[0142]  本発明の方法を行うための全体的な装置は、好ましくは、弁、ポンプ、および温度の単純な制御器を含むコンピュータ制御システムを伴う。かかるシステムの開発は、コンピュータ処理制御工学の当業者の能力範囲内である。
【０１３４】
[0143]  本発明の装置は必要に応じてスケール化されうる。例えば、毎日何千トンもの廃棄物を処理するプラントが想定されうるが、平床トラックの後部で輸送され、毎日１トンの廃棄物のみ処理しうるポータブルプラントも構築されうる。
【実施例】
【０１３５】
[0144]実施例１：パイロットプラント
パイロットプラントが本発明の装置および方法を使用して構築されている。パイロットプラントでは毎日およそ７トンの廃棄物が処理されうる。
【０１３６】
[0145]  パイロットプラントの一例としての用途によれば、実験原料はシチメンチョウ加工プラントの廃棄物、すなわち、羽根、骨、皮膚、血液、脂肪、内臓であった。この物質の１０，０４４ポンドの量を装置の第１の段階、すなわち、この物質を灰褐色のスラリーへ変化させる３５０馬力のグラインダーへ入れた。そこから、物質は、混合物を加熱しリフォームする一連のタンクおよびパイプへ流れた。
【０１３７】
[0146]  ２時間後、蒸熱精油の淡褐色蒸気が製造された。この方法によって製造された油はきわめて軽い。最長の炭素鎖はＣ２０である。製造された油は、半燃料油、半ガソリンの混合物と同様である。
【０１３８】
[0147]  本発明の方法は、シチメンチョウの臓物など複合原料に有効な８５％のエネルギーであることが証明された。これは、プラントに入る原料中すべての１００Ｂ．ｔ．ｕ．（イギリス熱単位）で１５Ｂ．ｔ．ｕ．のみが方法を実行するために使用されることを意味する。効率は、プラスチックなど炭素重または分子軽の未加工物質など比較的乾燥物質でより優れている。
【０１３９】
[0148]  第１の段階の反応器は、高さおよそ２０フィート、幅およそ３フィート、および電熱コイルで厳しく絶縁され、包装されたタンクを含む。第１の段階の反応器において、原料が加熱および圧力によって加水分解される。温度および圧力は、水が熱を原料へ伝えるのを助けるため、製造するにはきわめて極端ではなく、またはエネルギー集約的ではない。通常、この方法がパイロットプラントで行われるには約１５分かかるのみである。
【０１４０】
[0149]  有機物質が加熱され、部分的に反応器の容器で脱重合された後、第２の段階が開始する。この相において、スラリーは低い圧力に落とされる。急速減圧によりスラリーの自由水の約半分が即座に放出される。減圧による脱水は、特に熱は無駄にならないため、水の加熱および煮沸による除去よりもはるかに有効である。「フラッシングオフ」される水は、加工の開始に戻し、入ってくる加工蒸気を加熱するパイプを上がって送られる。
【０１４１】
[0150]  第２の段階において、鉱物は沈降し、貯蔵タンクに送られる。シチメンチョウの廃棄物において、これらの鉱物は主に骨由来である。鉱物は、カルシウムおよびリンが豊富である乾燥した褐色の粉末という結果になる。これは微量栄養素のバランスがとれているため肥料として使用されうる。具体的には、これは微量栄養素と多量栄養素の有用な範囲を有する。鉱物は健康な植物の成長および発達に必要とされるカルシウムおよびリンなどの要素の正確な量を含有する。
【０１４２】
[0151]  パイロットプラントにおいて、残留濃縮有機物質は第３の段階の反応器へ流れ込み、上記の第３の段階の加工にかけられる。加工に由来するガスはプラントの施設内で使用され、本発明の方法を加熱した。油および炭素は有用な高価値製品として貯蔵室へ流れ込む。
【０１４３】
[0152]  原料と第１および第３の段階の加工時間によって、本発明の方法は他の特殊化学物質を製造しうるが、これらは加工のさまざまな部分で抽出される。例えば、シチメンチョウの臓物は、石鹸、タイヤ、塗料、および潤滑剤において使用するための脂肪酸を製造しうる。
【０１４４】
[0153]実施例２：動作プラント
フル規格の商業的規格の設備が、毎日２００トンを超えるシチメンチョウの廃棄物を処理することが意図されて建設中である。このプラントは毎日約１０トンのガスを製造するために設計されているが、このガスはシステムに戻ってシステムに動力を供給する熱を発生させる。このプラントが約２１，０００ガロンの水を製造するが、この水は都市の下水システムへの排出に十分にクリーンであり、病的ベクターも含まない。このプラントは、約２５トンの鉱物、濃縮物、および炭素、および約５００バーレルの＃２暖房用油と同じ等級の高品質油も製造する。
【０１４５】
[0154]実施例３：例としての廃棄物の転化
表１は、本発明の方法んを使用して有用物質に転化される場合の、以下の廃棄物の１００ｌｂｓの各々の最終生成物、およびその割合を示す。すなわち、都市の下水廃棄物（７５％の下水スラッジおよび２５％の油脂トラップ廃棄物を含む）、家禽加工廃棄物（臓器、骨、血液、羽根、および脂肪を含む）、紙、および重油（精製真空残留物およびタールサンドなど）。表１の量の単位はポンドである。
【０１４６】
【表１】
0005486767.tif 000002
【０１４７】
[0155]  ウシおよびブタの加工併記物からの生産が家禽加工廃棄物からのものと同様であることは注目に値する。
【０１４８】
[0156]実施例４：生物由来油
生物由来油を本発明の方法を使用して広範囲の有機物質から製造されうる。かかる生物由来油の１つがシチメンチョウの臓物に由来し、Ｃ−２０および短い炭素鎖成分を含み、燃料として使用される場合の粒子排出物を実質的に除去する。この油は、製油所またはミキサーに代替燃料、または可燃性燃料の混合成分として使用されうる狭い範囲の４０プラス米国石油協会（ＡＰＩ）再生可能油を提供する。この油の顕著な特性が表２に示されているが、仕様記述法はＡＳＴＭ（米国試験物質協会）コードによって指定されている。
【０１４９】
【表２】
0005486767.tif 000003
【０１５０】
[0157]  表２において、パラフィン、オレフィン、ナフテン、および芳香族化合物の重量パーセントは、１３個の炭素原子までを含有し、かつこれを含む分子を指す。
【０１５１】
[0158]実施例５：第３の段階の反応器および冷却器／凝縮器の実施形態
図８Ａおよび８Ｂは、本発明の方法により使用するための装置の実施形態を示す。一部の要素は図６にも示されている。
【０１５２】
[0159]  図８Ａは、本発明の方法の第３の段階により使用するための装置を示す。有機液５００は貯蔵タンク８１２へ移動する。場合により、有機液および油は液体／液体分離器８１４に方向づけられ、第１の部分の分留液／油８１６、および第２の部分の分留液／油８２２または残留物へ分けられうる。第１の部分の分留液／油は完成品貯蔵室８１８に方向づけられ、かつ分留液／油８２０として配分され、これは再利用または販売されうる。第２の部分の分留液／油８２２は１つもしくはそれ以上の予熱器８３０に迂回される。
【０１５３】
[0160]  加熱されると、分留液／油８２２、または有機液５００である非分離液／油は、好ましくは、蒸気６０２を伴って加熱器６１０に移動される。結果として生じる液と気化液／油８３６は、オーガーなどの反応器６２０に移動され、炭化水素の蒸気と気体１４８、および炭素固体１４２に分離される。炭化水素の蒸気と気体１４８は冷却器／凝縮器８５０に移動されるが、これは図８Ｂに記載されている。残留炭素固体８４４などの油蒸気と気体中の残留粒子が除去され、反応器６２０に戻される。
【０１５４】
[0161]  炭素固体１４２はエアロック８４６を通じて方向づけられ、第１の冷却器６３０である炭素固体冷却器へ移動され、ここでそれらは水６３２と混合される。水と炭素固体の結果として生じる混合物は、別のエアロック８５４を通じて完成品貯蔵システム６５０へ移動される。最終生成物の炭素固体１４２は、１つもしくはそれ以上の商業的用途に流通されうる。
【０１５５】
[0162]  図８Ａに示されている装置８００とともに使用するために、冷却器／凝縮器８５０が図８Ｂに示されている。冷却器／凝縮器８５０は多くの分離サイクルを促進し、ここで水および粒子をも含有しうる油蒸気と気体の混合物が多くの異なる分離ステップにかけられる。反応器６２０からの炭化水素の蒸気と気体１４８は炭素粒子分離器８４２へ移動し、ここで残留炭素固体８４４などの残留固体粒子を取り出し、かかる固体をもとの反応器６２０に戻す。
【０１５６】
[0163]  炭素粒子分離器から出る炭化水素の蒸気と気体は、当業者によって理解される一般原理に従って実施される蒸気急冷システム８６０へ移動する。蒸気急冷システムから、油と気体８７０が油／水／気体分離器８７２へ移動し、これはさらに油８６２、廃油８７６、ガスとＬＰＧ８７４、および油／炭素スラリー８８１などのさまざまな成分を分離する。
【０１５７】
[0164]  油８６２は熱交換器８６４に移動し、その後に完成品貯蔵システム８６６へ移動し、油１４４として販売される。
【０１５８】
[0165]  ガスと液体石油ガス（「ＬＰＧ」）８７４は凝縮器８９０へ移動するが、これはＬＰＧ８９８を他のガス成分から取り出す。ガス８９４は過熱器８９２に移動して燃料ガス１４６をもたらし、これはエネルギー源として１つもしくはそれ以上のデバイスに送達されうる。ＬＰＧ８９８が以下の方法で再利用される。最初に、ＬＰＧ８９８は液体／固体分離器８８４を通過し、残留炭素固体８８６が除去される。次いで、油／炭素スラリー８８１から分離された油と混合された分離ＬＰＧは油／水／気体分離器８７２へ戻され、さらなる分離が行われる。ガスとＬＰＧの混合物が分離されて凝縮されるサイクルは必要に応じて何度でも反復されうる。
【０１５９】
[0166]  油／固体混合物、一般的に油／炭素スラリー８８１は、残留炭素固体８８６を除去するために、油／水／気体分離器８７２から液体／固体分離器８８４にも方向づけられうる。ＬＰＧと混合された分離油は、好ましくは、必要に応じて、さらなる戻りのための油／水／気体分離器に戻される。
【０１６０】
[0167]  油／水／気体分離器８７２からの廃油８７６は油／水分離器８７８に移動され、水８８０は放出され、または再利用されうる。油／水分離器からの油８８２は、分離サイクルのさらなる反復のために元の油／水／気体分離器に移動される。
【０１６１】
[0168]実施例６：付着不溶性固体からのタンパク質物質の分離
本明細書に記載された鉱物分離の方法は、動物廃棄物スラリーの粘度を測定するために行われた試験に由来する。この試験中、スラリー粘度は、スラリーが特定の温度超に加熱されると劇的に低下することが見いだされた。この温度未満では、粘度は比較的高く、温度の上昇とともに徐々に低下した。しかし、一定の温度に達すると、粘度は温度のきわめてわずかな上昇で５倍低下した。この意外な結果は、その特徴にどのような変化が生じていたかを判定する動物廃棄物原料の検査をもたらした。
【０１６２】
[0169]  この所見を分析する試験が行われた。これらの試験は、所定の時間、高温および適切な水飽和圧力下に保持された動物廃棄スラリーによるパー（Ｐａｒｒ）型オートクレーブ反応器における実験で構成された。反応器の内容物の排出後、実験遠心分離機を使用し、反応物質を低密度、油性有機相、高密度、鉱物相、および水性相へ途中で分離した。これらの試験の結果は、正確な加工温度では各相は十分に分離されること、かつ鉱物相はきわめて少ない有機物を含むが、有機相はきわめて少ない鉱物相を含むことを示した。鉱物分離のための特定の閾値温度未満で行われた試験により混合有機物、水、および鉱物のほぼ均質なスラリーが得られた。有効と特定された温度範囲を超えると、作動圧力は顕著に高く、有機物はより完全に分解された。
【０１６３】
[0170]  図９は、さまざまな加工温度での剪断速度に対する粘度のプロフィールを示す。１８０°Ｆおよび２５０°Ｆの温度では、原料は顕著な粘度を有することが明らかである。しかし、３２５°Ｆ以上の温度では、粘度は劇的に低下する。粘度は、与圧および加熱粘度計によって測定される。剪断速度は、−ｄｖ／ｄｒ＝８Ｖ／Ｄと定義され、式中、ｒはパイプ半径、ｖが半径ｒでの流速、Ｖは平均流速、およびＤがパイプ内径である。図９の剪断速度は、第１の段階の反応器に入る前の物質の配管に一般的である。
【０１６４】
[0171]  前記説明は本発明のさまざまな態様を説明することが意図されている。本明細書に示された実施例が本発明の範囲を限定することは意図されていない。本発明は現在、完全に記載され、それに加えて多くの変形や変更が添付の請求項の精神または範囲を逸脱することなくなされうることが当業者には、明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】[0038]本発明による全体的な方法のフローチャートを示す図である。
【図２】[0039]本発明の方法を実行するための装置を示す図である。
【図３】[0040]本発明の方法の調製および第１の段階の反応のフローチャートを示す図である。
【図４】[0041]本発明の方法の第２の分離段階のフローチャートを示す図である。
【図５】[0042]本発明の方法の第３の段階の反応のフローチャートを示す図である。
【図６】[0043]本発明の方法の第３の段階を実行するための装置を示す図である。
【図７】[0044]流体から微細浮遊固体を分離するための装置を示す図である。
【図８Ａ】[0045]本発明による方法とともに、それぞれ、第３の段階反応器および冷却器／凝縮器の使用を示す図である。
【図８Ｂ】[0045]本発明による方法とともに、それぞれ、第３の段階反応器および冷却器／凝縮器の使用を示す図である。
【図９】[0046]さまざまな温度での原料の粘度と剪断速度との関係を示す図である。
【図１】
0005486767.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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