專利名稱：可燃污染物或廢物轉(zhuǎn)變成潔凈的能源和有用的產(chǎn)品的工藝過(guò)程和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種把可燃污染物或廢物轉(zhuǎn)變成潔凈的能源和有用的產(chǎn)品的工藝過(guò)程及裝置。
大家都知道可以通過(guò)在控制溫度和過(guò)量空氣的條件下使諸如城市垃圾或工業(yè)廢物一類的廢料氧化，從而使之產(chǎn)生熱分解并利用煙氣的高溫得到熱能和電能。
但是，這種處理廢料回收能量的現(xiàn)行技術(shù)只能達(dá)到中等效率，而且會(huì)排放易燃物質(zhì)和少量的污染物。
本發(fā)明的目的在于消除這一缺點(diǎn)，使在對(duì)可燃污染物或廢物所進(jìn)行轉(zhuǎn)變中可以回收全部能量，并得到潔凈的能源和有用的產(chǎn)物，從而造福于居民、社會(huì)和有利于環(huán)境。
本發(fā)明的目的也是為了處理城市、工業(yè)和農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的各種類型的廢料，特別是固體廢料、黑色液體殘?jiān)?blackliquorsludge)以及可燃污染物等等。
本發(fā)明的目的也在于采用一種可迅速收回其制造成本的處理廢料和可燃污染物的裝置。
本發(fā)明的目的也是為了從廢料處理中獲得在工業(yè)、建筑業(yè)和農(nóng)業(yè)等中有用的產(chǎn)物。
按照本發(fā)明，通過(guò)一種把可燃污染物或廢料轉(zhuǎn)變成潔凈的能源和有用的產(chǎn)物的工藝過(guò)程，可達(dá)到這些目的和以下的其它結(jié)果。所述工藝過(guò)程的特征為
將欲處理的物料在熱噴管中，在無(wú)空氣的氣氛下進(jìn)行處理，以使之完全分解并從中提取可燃?xì)?，不燃?xì)夂投栊詺怏w;
用水冷卻熱分解產(chǎn)物并從中分離出惰性產(chǎn)物，同時(shí)生產(chǎn)蒸汽，把該蒸汽和所述被冷卻的氣體引入到一種加熱了的含碳物質(zhì)中，以便過(guò)濾該氣體并部分地將其轉(zhuǎn)變以得到氫、一氧化碳以及其它有用的氣體產(chǎn)物;以及對(duì)該氣體產(chǎn)物進(jìn)行冷卻。
為了實(shí)施這一方法，本發(fā)明包括一種裝置，該裝置包括一種熱噴管分散器，這種分散器在無(wú)空氣的情況下進(jìn)行操作，使所處理的物質(zhì)完全分解以便提取可燃?xì)怏w，不燃?xì)怏w和惰性氣體;
一種水分離器，用以將氣體從惰性氣體中分離出并產(chǎn)生蒸汽;
一種過(guò)濾器-熱反應(yīng)器，內(nèi)有含碳物質(zhì)并與上述分散器和分離器相連接，用來(lái)過(guò)濾分散器和分離器來(lái)的氣體產(chǎn)物，使它們完全轉(zhuǎn)化成氫氣、一氧化碳和其它有用的氣體產(chǎn)物;以及一種用于該氣體產(chǎn)物的冷卻器。
以下附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，其中

圖1示出了本發(fā)明方法的方塊流程圖;圖2示意表明了實(shí)施本方法的裝置;圖3給出了采用本發(fā)明裝置的車間的總圖;圖4為圖3細(xì)節(jié)的放大圖。
從圖1可以看出，本發(fā)明的流程如下將所處理的物質(zhì)引入分散器1，在此由于氧氫火焰2的作用，而產(chǎn)生完全的熱分解，以便下一步分離為可燃?xì)怏w、不燃?xì)怏w和惰性氣體。
從分散器1流出的混合物主要由二氧化碳、氫、一氧化碳、水蒸汽和廢液所構(gòu)成。將混合物通入大量的水3中，進(jìn)行冷卻，并將廢液轉(zhuǎn)化成惰性固體(顆粒)，同時(shí)水被加熱，而產(chǎn)生出蒸汽。
分離出的惰性固體可用于各種用途(如用于建筑業(yè))，而氣體與蒸汽混合物則進(jìn)入含有含碳物質(zhì)的過(guò)濾器-熱反應(yīng)器4中。
在那里，碳與蒸汽反應(yīng)形成一氧化碳和氫氣并凈化和轉(zhuǎn)變其它氣體。由于蒸汽與碳反應(yīng)是收熱反應(yīng)，其所需的熱量來(lái)自分散器1。
該氣體經(jīng)過(guò)過(guò)濾器-熱反應(yīng)器4后即為氫，一氧化碳和其它有用的氣體產(chǎn)物。
然后，這些氣體在熱交換器中進(jìn)行冷卻，在經(jīng)過(guò)凈化和用蒸汽增濕以后引入變換器39，在此一氧化碳和蒸汽在有合適的催化劑存在的情況下轉(zhuǎn)變成二氧化碳和氫氣并冷卻到約200℃。
然后，將氣體冷卻到-70℃二氧化碳被固化，氫氣則通過(guò)過(guò)濾器49，后者可用于燃料電池，來(lái)生產(chǎn)電能。
如在變換器39中使用其它催化劑，則可將一氧化碳和氫轉(zhuǎn)化成甲烷或使氫和氮結(jié)合而得到氨。
這一過(guò)程可以通過(guò)采用圖2和圖3示意的裝置實(shí)現(xiàn)。
如這些圖所示，本發(fā)明的裝置具有一分散器，分散器中有氧氫焰2并由廢料管與粉碎，分選，干燥等裝置連接。
該連接管6與兩個(gè)水銀閥7，8連接。
這些閥具有圓筒形殼體9，在其頂部有液壓活塞10，用來(lái)驅(qū)動(dòng)“蓋”11以關(guān)閉出口管12，12′。
密封“蓋”11部分地浸泡于水銀13中，該水銀存于空間14中(并與膨脹室15相連通)。
入口管6具有由液壓活塞17驅(qū)動(dòng)的斜門16，并在頂部上有個(gè)凸出部位18，后者在斜門打開(kāi)時(shí)，起著保護(hù)相應(yīng)的空間14的作用。
在兩個(gè)水銀閥7，8之間的連管12的上部有一抽氣泵19′。(另一個(gè))抽氣泵19通過(guò)管19″與分散器1連接。
在第二個(gè)水銀閥8下，管12′分成幾個(gè)支管與氧氫焰分散器1連接。
這種分散器1是用耐火材料制成，并基本上呈拱形。其拱形蓋板20支撐多個(gè)液壓活塞21，在分散器1內(nèi)，這些活塞驅(qū)動(dòng)環(huán)形推料器22。蓋板20還支撐著熱噴管23。
推料器22沿噴管23同軸運(yùn)行，其極限位置與分散器1內(nèi)的環(huán)形頸部24相配合。
分散器1的底部25稍微向上凸出以保持一定量的液體，它具有中孔26用于輸送分解產(chǎn)物，還具有與熱交換器(圖中未示出)相連的螺旋形盤管27。
分散器1放在基本上呈圓筒形的含碳的過(guò)濾器-熱反應(yīng)器4內(nèi)。
為了充填物料，過(guò)濾器-熱反應(yīng)器4具有外管28，外管28的上端有兩個(gè)與上述閥7、8相同的水銀閥。
過(guò)濾器-反應(yīng)器同軸放置在與其形狀相似的冷卻器29內(nèi)，其中有兩個(gè)由冷卻器29的蓋板32上的兩個(gè)圓孔產(chǎn)生的同軸水膜30、31。
蓋板32具有兩個(gè)同心環(huán)形壁33、34用來(lái)盛水并冷凝從充滿水的槽3(位于所述同心結(jié)構(gòu)的底部)來(lái)的通過(guò)所述冷卻器29的環(huán)形空間35的蒸汽。
收集槽內(nèi)有螺旋管36，該盤管與熱交換器(圖中未示出)相連接。傳送帶37將沉積到箱3底部的物質(zhì)除掉。
該傳送帶37的出口端位于兩個(gè)水銀閥(與上面提到的水銀閥相同)之間。
冷卻器29底部上的管38使冷卻器與變換器39的幾個(gè)同心區(qū)域40相連通。所述各同心區(qū)域各有不同的催化劑，催化劑是根據(jù)所要求的出口氣體確定的。該同心區(qū)域40具有水噴嘴(圖中未示出)和加料裝置41，這樣它們便與加料管28相連。
變換器39的同心區(qū)域40的底部還有卸料裝置42。
變換器39由管43連接到冷凍器44上，后者由與通常的熱泵(圖中未示出)相連接的盤管45冷卻。在冷卻器44的底部還配有推料器46以沿斜槽47排掉冰和反應(yīng)的廢物。
斜槽47底端的傳送帶48把斜槽47來(lái)的冰運(yùn)送到設(shè)備外。
冷凍器44連接自清洗氫過(guò)濾器49，后者再由具有水銀閥51(與上述提到的水銀閥相同)的管50通到裝置外部。
整個(gè)裝置包含在充有惰性氣體(如CO2)的殼體52內(nèi)，以便避免空氣滲入裝置內(nèi)以保證其安全。
按照本發(fā)明，該裝置的運(yùn)行方式如下經(jīng)合適的處理、粉碎、分選及干燥的物質(zhì)通過(guò)管6輸送到水銀閥7中。
在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)，液壓活塞10將蓋11升起，打開(kāi)管12的通孔使已溢入室15的水銀13流回到空間14。
當(dāng)蓋11已完全升起時(shí)，由液壓活塞17驅(qū)動(dòng)的斜門16開(kāi)始下降。門16頂部的凸出部分18將空間14閉上以防止來(lái)自閥7的物料將該空間充滿。
當(dāng)需要量的物料已通過(guò)時(shí)，門16重新閉上管6，同時(shí)蓋11重新閉上管12。
在完成以上二工序后，管12頂部上的泵19′開(kāi)始啟動(dòng)，將隨處理的物料經(jīng)閥7進(jìn)來(lái)的空氣抽出。
在管12中重新建立起真空后，水銀閥用如閥7同樣裝置開(kāi)啟，使物料通過(guò)管12′進(jìn)入分散器1。
當(dāng)閥8開(kāi)啟時(shí)，分散器中的氣體可進(jìn)入管12′中，不過(guò)這些氣體將由抽氣泵19′通過(guò)管19″抽出并送回到分散器內(nèi)。
在分散器內(nèi)聚集的物質(zhì)由推料器22推向環(huán)形頸24將其輸送走。
在這一工序中，物料與熱噴管23接觸將其冷卻，并為下面的分散室53起著塞子的作用。
這樣，從該分散室逸出的氣體部分地被阻擋，以保護(hù)分散器1的上部避免與氧氫焰2000℃的高熱接觸。
由于進(jìn)氣管的斜度氧氫焰2具有特殊形狀，從而使得通過(guò)頸24的壓縮物料進(jìn)行四次分解，第一次是在焰頭，第二、三、四次是在尾部，如圖2間斷線所示。
分解的物質(zhì)部分在分散器1的底部13匯集，從而使其免受到與火焰的直接接觸。
進(jìn)一步分解后，液態(tài)物質(zhì)和通過(guò)頸24的氣體落入充滿水(由盤管36保持在一定的溫度下)的槽3中。由水3中沉淀出的固體顆粒由傳送帶37輸送出并在設(shè)備外卸料。
一部分冷卻分解產(chǎn)物的水汽化產(chǎn)生蒸汽，并與CO、CO2等氣體混合。這些氣體通過(guò)管54進(jìn)入過(guò)濾器-熱反應(yīng)器4中，后者通過(guò)管28充填含碳物質(zhì)。在過(guò)濾器-熱反應(yīng)器4中，含碳物質(zhì)中的碳由于從分散器1吸收熱量而與氣體反應(yīng)，從而產(chǎn)生出一氧化碳和氫氣并進(jìn)一步凈化氣體。
由此得到的氣體通過(guò)管55進(jìn)入冷卻器29，在此通過(guò)水膜30和31而被冷卻，變得穩(wěn)定并被進(jìn)一步凈化，同時(shí)調(diào)整H2O/CO的比率。經(jīng)冷卻和增濕的氣體進(jìn)入具有幾層催化劑變換器39中，第一層催化劑組分是Fe2O3-Cr2O3，第二層和第三層催化劑的組分是Cu-ZnO-AC2O3。在第一層中，放熱反應(yīng)使氣體溫度升到450℃;在進(jìn)入第二層之前，進(jìn)行噴水以便把氣體冷卻到180℃。
在第二層中，氣體的溫度升到250℃;噴水進(jìn)行中間冷卻，使進(jìn)入第三層的溫度降低到200℃。
含有大量氫氣的氣體于220℃離開(kāi)最后一層，進(jìn)入深冷器44，使其溫度降到約-70℃。
在深冷器44入口處即深冷器的底部固態(tài)二氧化碳(干冰)由推料器46排出。在通過(guò)自凈化過(guò)濾器49和水銀閥51后，唯一剩下的氣體是純氫氣，它被送出裝置外以供使用。
下面的實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
通過(guò)管6，12和12′，將具有以下基本組成的780kg/h的城市和工業(yè)廢料引入分散器碳44.46%氫9.89%氮1.62%氧35.84%硫1.33%氯0.83%其它6.03%進(jìn)行熱分解的氧氫焰所需O2為526公斤/小時(shí)水為287公斤/小時(shí)。
所需的純氧氣由裝置外部專用制氧裝置提供，而氫氣由裝置本身提供。
在冷卻槽3所含的水部分蒸發(fā)后，從分散器1的出口的1400℃氣體中含有由冷卻槽3中水汽化的蒸汽，其體積流量為2598Nm3/h，其組分如下CO22.3%氫氣44.4%CO22.3%H2O 29%其它微量65kg/h惰性固體廢物沉淀在水槽3中。
熱分解完全而不產(chǎn)生碳黑。
分散器1及其耐火材料的溫度很高(2000℃)其熱回收率為50，000kcal/h。
2598Nm3/h的氣體通過(guò)管54進(jìn)入過(guò)濾器-熱反應(yīng)器4，該氣體與238kg/h的焦碳反應(yīng)，得到3023Nm3/h的具有以下組成的氣體CO32.8%氫氣56.2%H2O 11%其它微量這些氣體在進(jìn)入變換器39之前從800℃冷卻到380℃從而使之穩(wěn)定。
在冷卻過(guò)程中用了607kg/h的水和1098kg/h的蒸汽以重新調(diào)整H2O/CO的比率。
3467Nm3/h、溫度為380℃的含有大量水蒸汽的氣體進(jìn)入含F(xiàn)e2O3-Cr2O3的變換器39的第一層，進(jìn)行放熱反應(yīng)，使其溫度升高到450℃。
在進(jìn)入含Cu-ZnO-Al2O3的第二催化層之前，氣體由水冷卻到180℃，其熱回收率為2000Kcal/h。
在第二催化層中，氣體的溫度升高到250℃;允許熱回收率為94，000Kcal/h的內(nèi)冷卻工藝使得第三層的入口溫度為200℃。
從變換器39流出具有如下組成的5145Nm3/h(220℃)氣體混合物。
氫氣49.8%CO20%H2O 28%富氫氣體從變換器39(220℃)流出，進(jìn)入深冷器44，冷卻到-70℃。
2077kg/h的CO2以干冰的形式匯集在深冷器44的底部，通過(guò)傳送帶48運(yùn)走。從同一深冷器44還回收229kg/h的氫，其中66kg/h用于分散器1的氧氫焰2，而163kg/h為外供。例如，要是將這種氫氣用于燃料電池，便可獲得約2600Kwh/h的輸出功率。
從以上可清楚地看出，按照本發(fā)明的方法和實(shí)施本方法的裝置提供了多種優(yōu)點(diǎn)，具體地說(shuō)潔凈能源生產(chǎn)率高;
全部回收次要產(chǎn)物;
安全性最高;
無(wú)污染;
投資可迅速回收;
能使設(shè)備轉(zhuǎn)變成無(wú)污染的高效推進(jìn)系統(tǒng)，用作消除污染的裝置。
權(quán)利要求
1.一種把可燃污染物或廢物轉(zhuǎn)變成潔凈能源和可利用產(chǎn)物的工藝過(guò)程，其特征在于在無(wú)空氣的氣氛下對(duì)要處理的物料在熱噴管中進(jìn)行處理，以使之全部分解并提取可燃?xì)?、不燃?xì)夂投栊詺怏w；用水冷卻熱分解產(chǎn)物并將水中惰性產(chǎn)物分離出來(lái)，同時(shí)產(chǎn)生出蒸汽；把該蒸汽和所述冷卻氣引到一種加熱了的含碳物質(zhì)中，以便過(guò)濾該氣體并部分地將它們轉(zhuǎn)變以得到氫、一氧化碳以及其它有用的氣體產(chǎn)物；以及冷卻所述的氣體產(chǎn)物。
2.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于應(yīng)用來(lái)自不同冷卻工序的熱量予熱所處理的物料并使其達(dá)到合適的溫度。
3.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于使要處理的物料在熱噴管(23)中處理之前該物料受到壓縮。
4.按權(quán)利要求3的工藝過(guò)程，其特征在于壓縮要處理的物料是通過(guò)迫使所述物料通過(guò)入口孔(24)進(jìn)入分解室(53)實(shí)現(xiàn)的。
5.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于要處理的物料的熱分解是用一種氧氫焰(2)實(shí)現(xiàn)的。
6.按權(quán)利要求5的工藝過(guò)程，其特征在于要處理的物料幾次通過(guò)氧氫焰(2)。
7.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于在熱分解要處理的物料的過(guò)程中，分解室(53)底部(25)的覆蓋層由以前分解的物質(zhì)保護(hù)。
8.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于冷卻工藝中用的水表面上被要冷卻的熱分解產(chǎn)物覆蓋。
9.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于所有惰性產(chǎn)物是在一個(gè)區(qū)域匯集的。
10.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于來(lái)自熱噴管(23)的熱量被回收，以使熱分解所產(chǎn)生的氣體和分離所得惰性產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w。
11.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于使可燃?xì)怏w經(jīng)過(guò)至少一個(gè)水膜(30，31)而使它們穩(wěn)定和得到純化。
12.按權(quán)利要求1的工藝過(guò)程，其特征在于在有催化劑的情況下用蒸汽使一氧化碳轉(zhuǎn)化成氫氣和二氧化碳。
13.按權(quán)利要求12的工藝過(guò)程，其特征在于采用FeO-CrO作一種催化劑。
14.按權(quán)利要求12的工藝過(guò)程，其特征在于采用Cu-ZnO-ACO作一種催化劑。
15.按權(quán)利要求12的工藝過(guò)程，其特征在于將二氧化碳冷卻以得到干冰。
16.按權(quán)利要求12的工藝過(guò)程，其特點(diǎn)為氫氣要經(jīng)過(guò)凈化工序。
17.按權(quán)利要求12的工藝過(guò)程，其特征在于用氫作為燃料電池的動(dòng)力。
18.一種實(shí)施按照權(quán)利要求1-17中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的工藝過(guò)程的裝置，其特征在于所述設(shè)備包括一種熱噴管分散器(1)，這種分散器在無(wú)空氣的情況下進(jìn)行操作，使要處理的物料完全分解，以便提取可燃?xì)怏w、不燃?xì)怏w和惰性氣體;一種水分離器(3)，用以將惰性氣與其它氣體分離并產(chǎn)生蒸汽;一種過(guò)濾器-熱反應(yīng)器(4)，它含有含碳物質(zhì)并連接到所述分散器(1)和所述分離器(3)上以過(guò)濾由此得來(lái)的氣體產(chǎn)物并使它們完全轉(zhuǎn)化成氫氣、一氧化碳和其它有用的氣體產(chǎn)物;以及一種用于所述氣體產(chǎn)物的冷卻器(29)。
19.按照權(quán)利要求18的裝置，其特征在于分散器(1)具有一個(gè)耐火材料復(fù)蓋層，四周襯耐火材料的用于氧氫焰的噴管(23)和推料器(22)，在上述襯層和噴管間的空間內(nèi)將要處理的物料推向上述氧氫焰(2)。
20.按照權(quán)利要求19的裝置，其特征在于圍繞氧氫焰(2)的分散器(1)的一部分(53)具有拱頂，拱頂上開(kāi)口，作為所述噴管(23)和所述物料的環(huán)狀推料器(22)的通路。
21.按權(quán)利要求19的裝置，其特征在于圍繞氧氫焰(2)的分散器(1)的部分(53)由用耐熱材料制成的具有錐形的底部(用于匯集分解物質(zhì))隔開(kāi)，該底部具有中孔(26)作為所述分解物質(zhì)的通路。
22.按權(quán)利要求18的裝置，其特征在于分離器(3)是由所述分散器(1)下部的槽(3)組成。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其特征在于過(guò)濾器-熱分散器(4)是由一個(gè)連接到所述分散器(1)和所述的分離器(3)的含碳物質(zhì)的容器構(gòu)成。
24.按權(quán)利要求23的裝置，其特征在于過(guò)濾器-熱反應(yīng)器(4)同心放置在分散器(1)外部并且二者均與下面的分離器(3)相連接。
25.按權(quán)利要求24的裝置，其特征在于在過(guò)濾器-熱反應(yīng)器(4)中的含碳物質(zhì)的入口管(28)位于分散器(1)的能受到熱噴管(23)的熱量影響的區(qū)域。
26.按權(quán)利要求21和23的裝置，其特征在于分散器(1)的錐底(25)和/或分離器(3)的底部配有調(diào)節(jié)溫度的裝置(27、36)。
27.按權(quán)利要求22的裝置，其特征在于分離器(3)配有裝置(37)以提取惰性物質(zhì)。
28.按權(quán)利要求18的裝置，其特征在于分離器(1)的入口和過(guò)濾器-分離器(4)的入口以及分離器(3)的出口都具有密封閥。
29.按權(quán)利要求18的裝置，其特征在于冷卻器(29)有兩個(gè)同心圓筒形液膜(30、30)。
30.按權(quán)利要求24和29的裝置，其特征在于冷卻器(29)的兩個(gè)圓筒液膜(30、31)在過(guò)濾器-熱反應(yīng)器外部并且共軸線。
全文摘要
一種將可燃污染物或廢物轉(zhuǎn)變成潔凈的能源和可利用的產(chǎn)物的工藝過(guò)程，其特征在于在無(wú)空氣氣氛下對(duì)將要處理的物料在沒(méi)有空氣的氣氛下在熱噴管中進(jìn)行處理，以使之完全分解并提取得到可燃?xì)?、不燃?xì)夂投栊詺怏w；
文檔編號(hào)C10L9/00GK1038830SQ8810370
公開(kāi)日1990年1月17日 申請(qǐng)日期1988年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年5月28日
發(fā)明者維萊里奧·托基尼茲奧 申請(qǐng)人:維萊里奧·托基尼茲奧