CN1019275B - 一种从物料混合物生产组合物、单质或化合物的方法 - Google Patents

Abstract

本方法的目的是得到广泛用作为原料和/或能量载体的有机和/或无机化合物。

本发明的过程特别适合用于加工有机物料、含煤或油的泥土、砂或盐，并且是以适合的富能和贫能物料的混合物的形式加工。本发明的过程不产生废物，但这些废物却能加工成有用的产物。

下面的三个例子更详细地说明了上面的优点：即过滤器粉尘和下水道污泥加工成了陶瓷碱性物质和丙烷或丁烷(一醇)，油，特别是卤化油加工成了合成气，以及食品生产得到的剩余物的气化。

Description

本发明涉及从物料混合物生产组合物、单质或化合物的方法，并且可通过废物的化学变化使巨量的废物减少，以及通过生产过程和消耗过程来减少或消除废物。

Grúter在Schweizer    Ingenieur    und    Architekt    Nr.3，14，Januar    1988中提出排除沉淀淤泥的方法，其中一半用于农业，另一半弃置或焚化。

Egger在同上刊物中提出将垃圾燃烧装置纳入化工厂废物排除方案中，用于处置含有机成分的垃圾。

Stücheli在同上刊物Nr.5，28，Januar    1988中提到瑞士每年要弃置50万吨垃圾，烧掉200万吨垃圾。为防止燃烧产物的污染性，设置烟汽净化装置和残渣处理装置。

Hilscher在Technische    Rundschau    p.78，23/88中提到一种废塑料物质高温分解的循环过程，用以转化成有价值的原料。

然而，在已有的技术或方法中，对于经济地处理不希望的物料，同时生产有价值产物和保护生态环境，还是不能令人满意的。

本发明的目的是利用废弃的物料混合物作为原料，生产组合物、单质或化合物，从而可成功地得到足够高价值的物质。本发明包括这两个具体目的：生产需要更少的原料，这样生产就变得更加经济;以及更重要的是，废弃的有害化合物被消除。根据本发明的方法，利用废弃的化合物在经济方面是引人注意的，并且该方法援救了生态和经济。

本发明方法的这个目的可用下列方式达到：即在规划的流程中，所有化合物和能量的循环都被考虑到并完全闭合，这可以与电路相比。因为电路中从来不会产生废电。因此，必须考虑下述两个要素：生产的连接和反应物的利用，这些反应物在流程中总是以产物的形式存在。可在所谓的hydrokrit过程中使上述要求成为可能。

说明书附图1是本发明所用hydrokrit过程的流程示意图;附图2是本发明所用hydrokrit过程用于油类气化的流程示意图。

Hydrokrit意谓着“水的分离”，更确切地说是：利用水使化学结合的分离。正象在洗涤过程中由水从织物上分离出污物（物理洗涤）一样，在hydrokrit过程中，不希望的化学结合被分解（化学洗涤），最好所用物料中的全部不希望的化合物都被分解。用水分离（分解）在约1000℃温度和过热水蒸汽与要分解的分子的接触时间足够长的条件下可实质上进行完全。应该注意，不但含有碳、氢和氧还含有氯、氟、氮或硫的所有有机气态分子总是分解成各自的小碎片。在此，这些小碎片是 含有一氧化碳、氢气与少量氮气，以及氯、氟、硫或磷与氢的简单化合物的混合物。

一氧化碳和氢气并往往混有少量氮气的混合物是指合成气或水煤气，该混合物可在化学合成生产纯烃类或醇类中用作为原料气。不希望的化合物（如氯化氢、氟化氢、硫化氢和氢化磷）在合成之前在气体洗涤器中用Redox方法分离掉。

在大约1000℃温度，不希望有的分子的分解需要相应温度的热量，而在以后为制备液体可燃物质或原料而进行的分解气体的合成中，在大约200℃温度将有大约相同的热量释放出来。该热量是用来预热水蒸汽发生器的进料水，而生成的分解气体的显热是用来蒸馏洗涤水和将不希望有的化合物（如硫和常存在的挥发性重金属或它们的盐）转化成富集的无毒和难溶形式的物料。所用物料中所含能量的大约一半是用于整个过程中，另一半能量以得到的纯有机原料或能量载体的形式贮存起来。

Hydrokrit方法除生产这些液体有机产品外，还生产出固体或溶解化合物，作为产品或用作以后过程的中间产物。

简短概括地说，hydrokrit工艺过程由下面4个分步骤组成：

1.在易燃气体的火焰中，在350-1050℃温度用水蒸汽和二氧化碳分解准备加工的物料。

2.在950-1050℃温度，在直接接触至少1秒钟的时间内，将所有生成气体分解成低分子化合物和（或）单质。

3.通过将热气体通入水中来洗涤分解气体，并使合成气（CO与H₂的混合物）与水中所含的其他低分子化合物或单质分离。通过蒸发回收洗涤水，并使生成的盐水中的难溶物质沉淀。

4.由该分解气体合成液体有机化合物，并将合成中得到的气态烃和二氧化碳混入易燃气体中。

在hydrokrit过程中得到：第一步骤产生的无机产物混合物，第三 步骤产生的浓的洗涤水和第四步骤产生的烃类和（或）醇类。用目前的测试方法可测知这些产物中不含不希望的残余物。

所用的物料可以是均匀的或不均匀的，也可以是有机来源或无机来源，并且它们可以以三种聚集物状态（固态、液态或气态）的任何一种状态存在。例如这些物料可以是家庭的废物、下水道污泥、废物燃烧的残余物，如炉渣或过滤器粉尘，矿渣，农业、工业或医院的废物或食品的废物，其他种类的物料是：含砂、盐、油的矿物或含石块的碳。通常是使用这些物料的混合物。

物料混合物是以这样的方式组成的，即在任何个别情况下，所选用的条件使在转化器中的化学变化能产生出所要的固体产物，并同时能在气体洗涤器中分离成为合成气，难溶残余物和盐水。

在转化的充足时间内，除了送入水蒸汽外，还要向转化器加入至少一种可燃气体、氧气以及二氧化碳，直到所用物料达到所要的转化程度。在可能时，准备加入的气体可由操作过程的其他步骤得到的气体和另外同时操作的过程得到的气体来代替。

本发明的方案之一将通过流程图（图1）得到更详细的说明。所用物料混合物是利用螺旋输送机（1）从三个物料贮仓（2）或淤渣贮仓（3）中取出，并输送到转化器（4）中。二氧化碳和约10%（体积）的氧气的混合物通过供应管线（5）送入转化器（4），所需的可燃气体混合物通过控制阀（6）送入转化器（4）。利用水蒸汽发生器（7）将外加的水蒸汽送入转化器（4）中。转化器（4）中产生的气体混合物在旋风分离器（8）中与微粒分开，该微粒再循环到该物料流中（以上相当于前述步骤1和2）。与微粒分开的气体混合物通过供应管线（9）和进气环（10）进入气体洗涤塔（11）。洗涤过的气体混合物经过冷凝器（12），在冷凝器（12）中，水蒸汽被冷凝和分离，进入进料水罐（13）。泵（14）泵出的水少部分通过喷洒头（15）进入气体洗涤塔，这是用来冷却和改善洗涤效果（以上相当于 前述步骤3）。进料水的主要部分是用来冷却波动反应器（wave    reactor）（16），由此使进料水经过预热后进入水蒸汽发生器（7）。气体压缩机（17）将洗涤过的合成气压缩到5-20巴的压力，然后送入波动反应器（16）。在波动反应器（16）中发生放热的合成反应，并生成水蒸汽、二氧化碳、以及包括丙烷和丁烷的气态烃（以上相当于前述步骤4）。在第一种情况下，气态混合物被送入蒸馏器（18）中，然后冷却使水和丙烷或丁烷冷凝。水送入电解槽（19），最后送入进水容器（13），丙烷和丁烷贮存在罐（20）中。气态产物通过管线（21），并与电解氢气一起送入水蒸汽发生器（7）和转化器（4）中。在水蒸汽发生器（7），通过调节控制阀（22）和（23）控制送入的气体和氧气，其控制方式是这样的，即将蒸汽压力控制在8-10巴的范围内，并使废气出口保持足够过量的氧气以保持转化器（4）中的温度。

蒸馏器（18）的排放水通过电解槽（19）送入水罐（13）中。冷却器（12）、蒸馏器（18）和转化器（4）的冷却都是利用各自的冷却水回路来实现的，该冷却水回路有冷却水入口（KE）和出口（KA），并通过外部的水-水或水-空气热交换器将热量传递给使用者。

转化器（4）中产生的固态产物，根据它的品质通过螺旋输送机（25）分别贮存在三个不同产品贮仓（26）中，然后可以进一步加工处理。产生的盐水贮存在罐（27）中，然后可以进一步加工。洗涤器中收集的难溶淤渣在淤渣罐（28）中从盐水中分离出来，并经过或不经过进一步处理循环到淤渣贮仓（3）中。

由下面的操作实施例对本发明的方法进行说明。

实施例1

这是过滤器粉尘处理过程，按前述图1的流程方案，将含有65%（重量）的下水道污泥（干含量为40%（重量））和35%（重量）来自废物燃烧的湿法洗涤装置的过滤器粉尘的混合物送入转化器（4）中，并将该混合物 在850-1000℃温度，在含有30%（体积）水蒸汽，10%（体积）甲烷，10%（体积）氢气，45%（体积）二氧化碳和5%（体积）氧气的气流中暴露半个小时。其结果，电解槽（19）在720千瓦·小时的电耗，对每1000千克的所用物料混合物可电解出160标准立方米的氢气和80标准立方米的氧气。水蒸汽发生器（7）以约30标准立方米的合成气或氢气的气体消耗量，可产生480标准立方米压力为10巴的饱和水蒸汽。该加工过程总结果是得到460标准立方米的合成气，和80千克丁烷。在该过滤器粉尘处理过程中，有650千克下水道污泥被气化，350千克过滤器粉尘被净化，同时电耗为720千瓦·小时，并生产出80千克丁烷（所贮存的能量为960千瓦·小时）。

实施例2

对油的气化，特别是卤代烃的气化（按图2，相当于前述步骤的1、2、3步，不包括第4步），转化器（24）是设计成为一种气体燃烧器，该转化器（24）在操作时，通入了来自洗涤器（29）的合成气，该气是从洗涤器（29）送往冷却器（30）的管路上分支引出的。通过压缩机（31），将空气送入转化器，该空气通过热的合成供料管线（32）而预热到约400℃，合成供料管线（32）以同轴方式包围着空气入口。来自装有搅拌器（34）的油罐（33）的油经过阀（35）进入燃烧器，该油在经预热的空气流中汽化，产生的汽化物被燃气体火焰吸入燃烧器中。因为来自洗涤器（29）的合成气含有大约相同体积的水蒸汽，并且该混合物在热交换器（36）中与转化器（24）出口的裂化气进行换热而得到充分预热，因此，油能够有效地汽化。合成气可直接用来加热或用作发动机燃料，或送入发电厂。在加工氯化油或氟化油的情况下，必须将白垩、苏打或金属氢氧化物加到供料水罐（37）的供料水中，以中和所形成的盐酸。生成的盐酸也可在盐水罐（38）中直接产出，这取决于所用油的品质和过程的控制方式。

在氯含量为约30%（重量）的氯化油的情况下，每兆瓦·小时的热值 需要约300标准立方米的合成气，并需要约170标准立方米的空气。与氮气混合的合成气，当合成气占约70%（体积）时，它的热值为每标准立方米约2千瓦·小时。通过油加工得到的罐（33）或淤渣罐（39）中的残留淤渣可用于类似于下水道污泥的加工方法进行加工。

在生产咖啡或香料提取物中，得到的残渣不能完全地用作为进料或肥料。这些物料可用本发明的方法转化成合成气或甲烷或丁烷。

Hydrokrit过程不同于常规的生产或再生过程，不同之处在于：不希望的化合物或组合物的根本性降解是通过与水蒸汽或等效的反应物发生热化学反应来进行的。而在多数生产过程中，所选择的合成步骤都没有或仅有不重要的降解反应发生，而在hydrokrit过程中却是从根本上降解。在前两个加工步骤中所不希望的化合物完全降解成简单的单质或至多含有两种不同元素的化合物。因此，在没有充分降解的生产过程中，有许多不希望的成分是作为废物而产出，或在废物再生中，也只有一部分是能以合理成本来再生废物。目前废物废弃或高温焚化都需较高的费用。相反，本发明的hydrokrit过程通过完全地利用用过的物料和能量，使再组构或避免废物废弃和高温焚化成为可能。

Hydrokrit过程与目前已经用于处理塑料废物的热解过程在某些地方相似。例如，不用空气或水蒸汽而只用富氧的燃烧空气。与热解过程一样，本发明的过程也生成一种可加工成化学原料的气体混合物。但是，在热解过程中，形成了很多种产物，并且生成的固体残余物不能再利用。另外，还生成了大量含炭黑的重金属，这些不得不将之贮放在废弃场。

Claims (13)

1、一种从物料混合物生产组合物、单质或化合物的方法，其特征在于：

第一步骤，将所说的物料混合物加热到350℃-1050℃温度，然后与含有水蒸汽、至少一种可燃气体、氧气和二氧化碳的混合物反应，反应经过充足的时间，直到所用物料混合物中的有机成分降解到其含量每1000千克物料混合物低于100克有机组分，从而生成固体无机产物混合物和气体混合物；

第二步骤，生成的气体混合物在950℃-1050℃温度，以至少1秒钟时间分解成低分子化合物和(或)单质；

第三步骤，为了将生成的一氧化碳和氢气(简称为合成气)的混合物分离和将剩余的低分子化合物和(或)单质保留在水(简称为洗涤水)中，将得到的200℃-800℃温度低分子化合物和(或)单质通入水中；

第四步骤，将混合有水蒸汽的合成气按常规方法催化转化成液态烃类和(或)醇类，然后，将副产得到的气态烃和二氧化碳加入第一步骤所需要的可燃气体中；

产出在第一步骤生成的固体无机产物混合物，在第三步骤生成的洗涤水，在第四步骤生成的烃类和(或)醇类。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于所说的物料混合物含有至少一种，或至少两种选自下列的原料：

含砂、盐、油的矿物或含石块的碳;

炉渣：包括工业燃烧设备、高炉、热电厂或废物焚化装置的炉渣;

粉尘：包括电除尘器的过滤粉尘，或者废料焚化装置或工业燃烧设备的烟道气进行湿法、半湿法或干法净化的干燥残余物;

污泥：包括清理下水道时得到的下水道污泥，受重金属污染的下水道污泥，电镀得到的污泥，来自火药和爆炸物生产的污泥，溶剂蒸馏的残余物，染料和油漆生产的残余物;

食品：包括食品生产或消费产生的残余物或副产物，咖啡渣滓，屠宰厂的废物;

器官：包括来自外科手术的尸骸、组织和血液物质以及医院的其他固体残余物，受污染的药品。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于该物料混合物是选自过滤器粉尘和下水道污泥的混合物，过滤器粉尘和煤的混合物，砂、下水道污泥和煤的混合物。

4、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于所说的物料混合物含有至少一种，或至少两种选自下列物料的原料：

油类;

卤代烃。

5、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于所说的物料混合物选自废油和氯代烃的混合物，砂、下水道污泥和卤代烃的混合物。

6、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于第一步骤中所述的气体混合物含有10-40%（体积）水蒸汽，10-40%（体积）可燃气体，包括甲烷，5-20%（体积）氧气和30-70%（体积）二氧化碳。

7、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于在第一步骤中，液体物料混合物的反应时间为0.5-3秒，固体物料混合物的反应时间为20分钟至2小时。

8、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于第一步骤中所述的气体混合物为混合秽气，包括燃烧过的气体、内燃机的废气或通风井的排出空气。

9、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于第一步骤中所述的反应是将液体物料混合物在气体燃烧器中进行反应的，该气体燃烧器是用合成气和第三步骤中得到的水蒸汽的混合物操作的。

10、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于第二步骤是在第二燃烧室中进行。

11、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于第一步骤中所述的反应是将固态和泥浆状物料混合物在固体物质燃烧设备中进行反应的，所说的燃烧设备是用合成气和第三步骤中得到的水蒸汽的混合物操作的。

12、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于第一步骤中所需的氧气是残余氧气，该残余氧气是包含在燃烧辅助设备的废气、内燃机的废气或通风系统的废气中的氧气。

13、根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于第三步骤中所需的水是废水、废弃物的渗滤水，受污染的水或海水。

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