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CN1093454A - 可燃材料尤其是工业和普通废物的利用装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气化或焚烧反应器，在该反应 器中产生一种气体，该气体用于产生对环境有利而且 几乎无辐射的能量。此外，还涉及一种从可燃的工业 或普通废料中产生具有一定的高发热值的产生能量 的团块的生产方法。

Description

本发明涉及一种可燃材料的利用装置，特别涉及一种处理有毒的工业及普通废物并回收能量的装置，另外，还涉及一种将这类废弃材料转换成可被上述装置处理的形式、特别是转换成具有一定发热值的团块的方法。
通过焚烧将废物转化成能量的各种方法是众所周知的。用这些焚烧炉处理工业废料，特别是液体和有毒废料所存在的问题是废料产品通常含有一些卤化烃，这会导致燃烧室和焚烧炉被损。此外，可靠地烧毁有毒废物要求在燃烧过程中有恒定而均匀的温度，这一点很难保持，因为不同的废料具有不同的热值。这个问题通常是通过使用燃料来维持所需温度的办法来解决。焚烧有毒废物时，存在的另一个问题是如果能将温度保持在最低温度1260℃，还能有效地毁掉可重新产生的二喔星（di-oxine）和二苯并呋喃。
此外，众所周知，惯用的焚烧方法在焚烧或气化过程中可能使被燃烧物形成致密表面。从而导致过量的炉渣和未燃烧的余料。
另一个问题是贮存和运输这类有毒废物，特别是有毒的液体废料，还有有毒的固体废料需要采取耗资昂贵的安全措施，这就是为什么越来越难被允许建造处理有毒废物的场所及安装有毒废物焚烧炉的原因，结果对建立新的和已存在的焚烧炉持反对意见的人越来越多。
此外，有毒工业废料和其他废料的输送通常也被认为是个难题。
本发明的目的是最好在很高的温度并产生能量的条件下借助于一个焚烧时产生极少或无害的排放物或余渣的气化反应器，同时借助于从固体和液体，至少是能够部分燃烧的废料中产生具有一定发热值的燃料的方法来解决这些难题。实现上述目的的技术方案是提供一个带有以双钟形汽室的形式构成的燃烧室的气化反应器装置，其中内钟形汽室可相对于固定的外钟形汽室转动，特别是双气室反应器与一个催化剂室组合以便提供用于提高气化温度的气体混合物。
下面结合附图详细描述本发明：
图1示出了一种气化反应器，即示出了一种带有封闭环路并产生能量的焚烧炉;
图2详细示出了催化剂室2;
图3示出了用于生产具有一定热值的产生能量的团块的装置的细节，尤其示出了从可燃的工业或普通废料中生产产生能量的团块的装置4的细节。
图中标号表示：
1、发生气化作用的焚烧反应器
1A、内钟形汽室
1B、外钟形汽室
2、催化剂室
3、能量产生器
4、用于生产产生能量的团块的装置，即能量贮存装置
5、液体分离器
6、盛装氢/氧产物的容器（防爆）
7、沉淀物回收室
8、阀门和剂量测定单元
9、镧系溶液
10、沉淀物
11、换热器
12、热源，例如来自气化反应器1中的气体
13、用于封闭环路和回收沉淀物的管道
14、泵
15、将氢/氧混合物输入到气化反应器的输入管道
16、用于减小发热的固体废料尺寸的切碎机
17、发热的液体废料贮存罐
18、化学试剂添加口
19、可燃高强添加剂添加口
20、搅拌箱
21、粉碎后的固体废料输入管道
22、各种金属（锰、锌、镍、铜），与之相应的盐和/或硅酸盐的添加口
22A、凝固剂添加口
23、搅拌和反应箱
23A、X射线处理
24、高压处理
25、为焚烧炉，亦即气化反应器提供单一的产生能量的团块的输入管道，或
25A、将产生能量的团块送至能量贮存地的输入管道
上述气化室处于两个钟形汽室壁之间，它至少有一个从横向输入团块的输入口，一个气体混合物横向输入口和最少一个气体混合物的输出口（outfeed）。
气化反应器1的钟形汽室1A和1B是由耐高温的材料制成。这种材料的规格分别由产生能量的团块在反应器中产生的高温确定。为了气化或焚烧废料，特别是焚烧有毒工业废料，同时使排放物为最少或无排放物，因此就需要有至少1260℃的高温，最好是最低温度从1500℃到2000℃或更高，为了经受住这样的高温，反应器的钟形汽室是由特殊的陶瓷材料，例如用于航天飞机的陶瓷材料或可耐这样高的温度的特殊金属合金制成。
每个钟形汽室体最好为球截体，尾部呈圆锥形。在一个优选实施例中，两个钟形汽室彼此同轴安装，内钟形汽室1A可转动，这样可在不产生过量炉渣的情况下使气化作用均匀，而且该钟形汽室最好能在垂直方向相对于外汽室1B可调。通过这些调整可使在汽室1A和1B之间的气化室的尺寸变化，同时可对燃烧速度，燃烧材料的输送速度分别进行调节。在大多数应用中，两个汽室的底部之间的最佳距离为5-10cm。
内汽室的直径通常大于1m，一般来说接近1.5m，这种尺寸的反应器可燃烧或气化大约1吨团块或废料。
用于输入待燃烧或气化的团块或废料的开口最好开在钟形汽室顶部。此外，汽室至少要有一个气体横向输入口和一个气体输出口，汽室最好装有几个这样的位于外汽室上不同标高上的横向输入口和输出口，这些输入口和输出口设在反应器的下部，即在反应器内部高度下部的2/3处。
业已发现在气化或焚烧过程中，不仅输入空气或氧气到燃烧室中可提高温度，而且输入氢/氧混合气体可大大提高气化或焚烧效率。
上述氢氧混合气体可通过不同方法得到，例如通过电解作用来得到。一种低成本高效能的方法是使用以酸溶液中的镧系元素为基的催化剂。
在催化室中，最好是在高压容器中，生成这种气体混合物。
为了生产氢/氧混合物，镧系元素（主要是镧和铈）是做为可燃高强添加剂来使用的，这种添加剂最好保存在一个高压容器中的酸溶液中，而镧系元素组合物则呈溶解形式保存在该容器中。这种溶液起到使水分解成氢和氧的催化作用。当pH值升高时，在反应结束前，镧系元素开始产生沉淀物，可在高压容器6或另一个容器7中通过加酸使上述沉淀物重新溶解，再使其重新进行反应。掺入少量其他的催化金属，特别是锰、锌、镍和/或铜，它们通常占镧系元素含量的1-10%，可产生完全反应。
还发现当温度在50-60℃之间时反应最佳，产生的氢氧气态混合物的体积比约为1∶2到1∶5，最好为1∶3。
理想的是，气化反应器排出的热气体可用于使催化室工作，在催化室中气体通过换热器加热液体催化剂，上述换热器有助于促进生产氢气和氧气所要求的反应。
最好在催化剂室2和发生器3之间对从反应器中获得的气体进行分析，以便调整氢气与氧气的比例，从而获得希望的混合气体来操作，例如驱动发电机的引擎3。还可再用氢气和氧气对从引擎排出的大部分气体进行调整，并将其送回气化反应器。只有少量排出的气体由催化剂清洁后经一个过压阀排放到大气中。
最好使催化剂室与气化反应器相连，用最佳的方法对添加的氢气/氧气进行调整，从而获得气化应器中所需的高温。
由于主要部分是封闭循环，而且具有高气化温度，由于吸附处理，则可生成极干净的排放气体。
该装置在不同的地方装有相应的分析仪及监测仪，用来监测气体的成分和防止系统中氢气的浓度过大，为安全起见，氢气的浓度按体积计不得超过4%。
该装置或气化反应器可实现多级运行，这样有利于系统的保养并提高系统的灵活性及安全性。
例如，通过反复利用90%的气体并在1500℃的温度添加氢和氧的混合气的条件下运行。本发明的装置可从1吨的废料中最少产生1500kwh的电能并生成不高于2%的炉渣和1%的炉灰。
为了使反应器工作在最佳状态，采用具有连续的和一定热值的产生能量的团块是较理想的。这类团块可按为本发明部分内容的方法制造。
生产这种产生能量的团块的原材料不仅可以是化学工业，制药工业，炼油厂所生成的各种工业废物，城市废物和有毒废物，和有机材料残渣等，而且也可以是废弃涂料，油漆，胶，树脂和各种不同的塑料和/或纺织废料。
这些材料可根据本发明下面所描述的方法转化成产生能量的团块。
本发明的生产过程如图3所示。
待转化成团块的废料经过分析，然后被贮藏在各贮藏器或容器中。对该过程而言，重要的数据为PH值、发热值及碳氢化合物的含量。第一步，分别处理液态和固态废料。在第一步中，将固态废料16切碎，中和液态废料17，并用几种化学制剂18对其进行处理。这些化学制剂是混合在一起以便调节成品的PH值或者在处理过程中用作还原剂或氧化剂的一些酸或碱。在这个阶段希望发生放热反应。在搅拌箱20中经强化搅拌和均匀搅拌后，在特殊的搅拌及反应箱23中将经过处理的液态废料注入固态废料中。
同时将凝固剂22A注入混合物23中。为了通过过滤试验而得到在环境中为稳定的产品，使这种产品作为无危险的废物，可将所获得的糊状产品置于高压室中或用高压泵在温度为20-120℃之间，压力为2到4，通常高达400kg/cm2的条件下进行处理，这样可完成产品的固化作用。
同时，还要完成脱水。在处理过程中，排出的少量液体在封闭环路里被回收。可将团块制成多种形状，以便输入气化室或贮存起来。
可以用各种呈酸性或碱性试剂形式的液态废料作为试剂18。就酸处理而言，可用任何强无机酸或它们的混合物。碱性试剂则可选择钠的氧化物，氯化钙，硫酸钙及类似的试剂。做为还原剂和氧化剂较为理想的是卤化物。氧分子臭氧或二价及三价铁盐的混合物，其量占0.2-0.3%体积百分比。
做为凝固剂22A的原料可以是各种单基物或低聚合物及硅酸盐溶液，它们要求反应的条件通常温度为20-120℃，压力为2-400kg/cm2，凝固剂固化废料时不会影响气化或焚烧过程，丙烯酸单基体，尤其是丙烯酸酯类，另外还有一些聚丙烯酸，例如从BASF中得到的丙烯腈，还有已提及的可溶性硅酸盐最有用。添加多元醇和异氰酸酯也可较理想地改善团块的贮存特性和不可沥滤性并提高其闪蒸点。
此外，已经发现固态和液态废料混合比例在固态废料占65-45%而液态废料占35-55%时极为有利，废料能够在使用极少的少于总体积的3%的丙烯酸酯类时就能发生固化。如果固态废料的体积减少，起固化作用的成分则必须增加。
整套设备要安装得可对反应箱中的反应试剂的剂量随时进行调节。
此外，该方法预见到可用添加剂19调节团块所要求的热值。这类添加剂可在处理过程的任何阶段加入反应箱或搅拌器，但为了获得均匀分布，这类添加剂最好在搅拌箱20内。特别适用于提高团块的焚烧和气化性能的添加剂是镧浓度提高到3%-30%镧系元素的盐或独居石矿砂添加剂，或者最好是与一种或几种硅酸盐或任一种其他镧系盐与纯镧系盐的混合物，通常这类添加剂的浓度大约占20%。用数量相等的团块并添加那些可提高气化性能的添加剂，可使被控制的温度提高100-500℃，这样就可按要求采用外部催化室，当然这并不是绝对需要的。
改进后的处理方法还允许在反应箱23前附加一个可产生r射线的装置，以便通过r射线例如钴60来破坏卤代烃或其副产品。由于存在试剂使经r射线照射后的卤族原子降低为卤化物，再将其均匀地掺入团块中。
本方法还预见到可以在反应箱中添加添加剂23，推荐添加锰、锌、镍、铜或硅酸盐，最好添加上述金属的硅酸盐。添加含有硅酸盐的锰和/或锌和/或镍和/或铜可以提高团块的燃烧性能并有利于减少炉渣。添加这些金属还可提高镧系催化剂的功效，通常这些金属添加剂的用量大约是所用镧化合物的体积的10%。同时还发现这些金属（特别是铜）通过部分催化作用增加了从氯化烃中除去氯的能力。
采用本发明的方法可产生一种改进的燃料即团块，上述团块除了含有镧系元素外还含有来自锰和/或锌和/或镍和/或铜的硅酸盐。
本发明的方法适用于生产燃料或团块，这种燃料或团块最好能用于与一个产生能量的系统相连的焚烧炉或气化反应顺。如果产品中含有氯气，在焚烧炉或气化室上安装净气器是有利的。不过在PH值呈中性的团块中这类氯化物通常已被破坏或已被矿化在炉渣中了。

Claims (20)

1、一种气化装置包括或含有一个带有燃烧室或气化室的燃烧或气化反应器(1)，至少有一个用于添加燃料的开口，至少一个气体横向输入口和至少一个气体排气口，其特征在于该燃烧或气化反应器是一个带燃烧或气化室的双钟形汽室反应器(1)，上述燃烧或气化室由一个外钟形汽室1B和一个可转动的，最好是与钟形汽室1B同心的内钟形汽室(1A)组成，其中至少有一个上述汽室(1A，1B)在垂直方向上可调。
2、根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于上述双汽室反应器（1）上至少有一个横向输入口直接和/或间接地输入含有氢和/或氧的混合气体。
3、根据权利要求1或2所述的气化装置，其特征在于上述双汽室反应器（1）直接和/或间接地与至少一个催化室（2）相连，以便产生氢氧混合气体。
4、根据权利要求1到3中任何一项所述的气化装置，其特征在于上述的双汽室反应器（1）的排气输出口是直接和/或间接地与一个用于驱动发生器（3）的能量产生机械相连。
5、根据权利要求1到4中任何一项所述的气化装置，其特征在于驱动发生器（3）的能量发生机械有一个排出气体的气体输出口，允许至少部分气体返回到气化反应器（1）。
6、根据权利要求1到5中任何一项所述的气化装置，其特征在于上述双汽室反应器（1）的钟形汽室（1A，1B）是由耐热材料、特殊的陶瓷材料或一种合适的金属合金制成。
7、将有机工业废料和/或普通废料转化成具有一定发热值的产生能量的团块的处理方法，其特征在于将固态废物切碎，然后将固态废料与液态废料混合并加入凝固剂，然后在压力下使上述混合物固化。
8、根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于切碎后的固态废料与液态废料混合比例为固态废料占65-45%，液态废料占35-55%。
9、根据权利要求7或8所述的处理方法，其特征在于用丙烯酸酯类和/或可溶性硅酸盐，和/或聚丙烯酸和/或它们的盐和/或多元醇与二异氰酸盐的混合物作为固化成分。
10、根据权利要求7至9中任何一项所述的处理方法，其特征在于在液态废料与固态废料混合之前，将液态废料与酸类和/或碱类和/或还原剂和/或氧化剂化合物做为化学添加剂化合物，在混合过程中可调节和重新调配这类化学试剂，而化学反应试剂本身也可以是废料。
11、根据权利要求7至10中任何一项所述的方法，其特征在于在液态废料与固态废料混合之前，将镧系化合物加入液态废料中，以及必要时在添加固态废料的同时和/或之后，将锰和/或锌和/或镍和/或铜和/或硅酸盐，最好是这里所提及的一种或几种金属的硅酸盐一起加入液态废料中。
12、根据权利要求7至11中任何一项所述的方法，其特征在于将全部混合物置于20-120℃的温度和2-400kg/cm2的压力下进行固化处理。
13、根据权利要求7至12中的任何一项所述的方法，其特征在于使废料产品进入搅拌箱23前受到X射线处理。
14、用于助燃的试剂，其特征在于它是由酸溶液中的镧系化合物组成。
15、根据权利要求14所述的试剂，其特征在于镧系化合物是由镧和/或铈组成。
16、根据权利要求14或15所述的试剂，其特征在于它还可以由锰和/或锌和/或镍和/或铜和/或硅酸盐，特别是这里提及的一种或几种金属的硅酸盐组成。
17、根据权利要求14至16中任何一项所述的试剂的应用，该试剂用于生产氢/氧混合气体和/或用作液态燃料的添加剂。
18、从有机工业废料或普通废料中生产出的带有一定发热值并含有镧系化合物的固体燃料。其特征在于它还有含有锰和/或锌和/或镍和/或铜的硅酸盐。
19、根据权利要求18所述的固体燃料，其特征在于它的发热值超过1500BTU，最好是在4000-5500BTU之间。
20、根据权利要求18或19所述的固体燃料，其特征在于它具有中性的PH值。
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