CN1032046C - 处理各式各样废物的方法 - Google Patents
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Abstract
处理各式各样废物的方法，其中，将未分类和未处理的工业垃圾、家庭垃圾和/或其它垃圾由整件制品或破碎的小块压成包块，将它们封闭在100℃以上的通道中，由通道减压进入至少保持1000℃的高温反应器中，在用氧使碳气化的过程中，金属与无机组分在2000℃以上的温度下融化并排出，用已知的分离方法在液体状态下将其分离。高温熔体产物可以加工成有价值的工业品或中间产物。
Description
本发明涉及利用各式各样废物的方法，其中包括可能含有固态和/液态污染物的未分类和未加工的工业垃圾、生活垃圾和列举的其它垃圾。
已知的废物处理方法未能令人满意地解决在危害环境方面起相当大作用的日益严重的废物问题。
丢弃的复合材料工业产品，例如车辆及生活用具，以及油类、电池、清漆、涂料、有毒的浆体、药物和医院废物等，都要服从特定的法律上严格规定的处理条例。但是，生活垃圾是一种杂散的混合物，未经控制，它可能含有实际上所有各种类型的废物和有机组分，在丢弃时未考虑它对环境可能造成的损害。
生活垃圾以垃圾堆的形式堆放是不能令人满意的，垃圾堆生成的难闻的气体和二氧化碳不加控制地进入大气，由堆放的废物产生的被污染的液体和洗提液沾污地下水。
曾经提出将生活垃圾的有机组分和下水道污泥作为肥料施用，以减小要处理的废物的数量。但是，这样作忽略了这些有机物质是混杂的，含有很多不可降解的有毒成分，例如化学制品、药物和重金属残余物，它们在堆肥中保存下来，并且通过植物和动物又返回到生物圈中。
此外，还设法将认为是有价值的材料再利用以减少垃圾的数量。这忽略了分别收集和处理这些废物的高昂花费：重复利用仅仅增高了成本和对环境的损害，同时降低了这样得到的产品的可用性。
在已知的垃圾焚烧埸中，所处理的材料经历最高约达1000℃的很宽的温度范围。在这样的温度下，残余的无机物和金属材料保持不熔化。这些残留固体中包含的能量被浪费了。废物在高温下的停留时间很短和把大置富氮的空气吹入松散的废物中以供燃烧时生成大量灰尘，会促使有危险的氯化烃形成。因此必须将垃圾焚烧场生成的废气送到更高温度下二次燃烧。为了使这类焚烧场的高投资变得合算，有磨蚀和腐蚀作用的热废气与其高灰分一起被送到热交换器中。在热交换器内的较长时间的停留中，通过重新合成又形成了新的氯化烃，它们与夹带的灰尘合并在一起产生了极其有害的滤出物。很难估计它所造成的危害和为排除它们的高昂花费。
尽管目前工艺水平的技术要求很高，但是处理过的废物在焚烧后仍有约40％以灰、渣和毒性很高的滤出物的形式保留下来，就危险性而言，它们可以与放射性废物相比，处置费用高昂。为了减少必须堆放的废物体积，已采用的方法是将金属成分与其余部分分开并用于特殊用途。剩下的灰分和渣分则用高温熔融法处理，这要耗费大量能量。由于所要熔化的起始材料的混杂性，所以熔渣是不均匀的，仍然含有相当多的粒状有机残余物，它们被液态熔融物包封起来，所以未被氧化。
通过在水槽内骤冷，熔体在热裂区无规地破裂，形成了不均匀的颗粒，这就使所包藏的污染物又能被洗提出来。每吨熔体中约200升燃料油的高能含量被浪费了，因为这种粒状熔体只能在筑路或类似工程中作填料用。
迄今为止，在常规反应器中用的热解方法和垃圾焚烧的情形相似，具有很宽的温度范围。在气化区一般均采用高温。所产生的热气体被用来将还未热解的废物预热，随后冷却并且通过形成氯化烃的危险温度区。
对于松散的、未分类和未排放的废物进行热解的所有已知方法，都未能形成令人满意的透气床体，能量耗费过高，气体回收不完全，而且在反应器内停留时间长。由于热流及内部气体压力的结果，产生了大量的灰尘，这需要大的过滤能力。如果制造水煤气，则必须加入另外生成的过热蒸汽，也就是说，要从外部引入蒸汽。剩余的固体物质一般不熔化，而是必须分别处置，就这一点而言，它与常规的垃圾焚烧装置相似。
为了产生生态学上可接受的、有用的纯气体，热解气体在洗涤之前常通过裂解装置。使用热交换器来利用热气体的内部热能也是已知的。因为气体在热交换器内的停留时间而产生了氯化烃，当回收气被用来加热时它们就释放出来。
使用竖式炉进行垃圾焚烧的很大缺点是热解物质在炉内烧结和桥连，于是这类反应器装有机械设备，例如搅棒、振动器等，但它们至今尚未令人满意地解决这一问题。
转鼓式和旋风式气化器，由于部分锐边的废物对炉壁的机械磨损而容易停机、灰尘形成极多，并且要求技术上复杂的不透气的密封。这就使维修要求很大，相应地成本增高。
为避免上述垃圾焚烧和热解方法的缺点，还采用了在无机物或金属高温熔槽上分解废物和有毒物质或是将废物加到熔槽之中以保证废物在高温下快速受热分解的方法。这一方法的主要缺点是不能使用液体或湿的废物，这是因为有爆炸的危险，而且由于所产生的高压，形成的气体在熔体内没有足够长的停留时间来分解有机污染物。即使使用干燥的但是未脱气的有机废物，由分解的有机物产生的气体压力是如此之高，因而也不会有足够长的停留时间。熔体产物在短时间内即被碳粒饱和，这些碳粒因为包封在熔体中而不能被氧化，于是进一步加入废物已无意义。
在另一种已知的垃圾热处理法中，先将无机的和金属的组分与有机组分分离开，将分离出的有机物干燥，然后磨碎。所得之粉末送入在合适温度下的高温熔槽或焚烧炉中立即分解，通过吹入氧气或富氧空气使污染物破坏。
虽然从生态学的观点看这一方法产生了令人满意的结果，但是它仍有相当多的缺点，例如，不能处理液体废物或复合材料形式的其它材料。其最终成本无法接受。
上述的焚烧和热解方法全都有这样的缺点，即，在焚烧或热解分解期间汽化的液体或固体与燃烧或热解生成的气体在达到为破坏所有污染物所必项的温度及在反应器内的停留时间之前已经混合。这一蒸汽不能用来制造水煤气。因此，常常在焚烧炉和热解装置的裂解工段设有二次燃烧室。
本发明的目的在于提供一利处理各式各样废物的方法。该方法可以处理含有任何起始材料的废物，它消除了上面提到的已知方法的缺点，因此对环境完全无害，同时可以从残留物中回收有多种不同用途的有价值的中间体或最终工业产品，而技术要求及操作费用很低。
按本发明处理各式各样废物的方法，其中，将可能含有固态和/或液态污染物的未分类和未处理的工业垃圾、家庭垃圾和/或列举的其它垃圾，以及废弃的工业品，在高温下热分解或热转换，所生成的固体残余物以最高的能量效益转化成高温熔体，此方法的特点在于，欲处理的产物(破碎或未破碎成大块)与存在的任何液体组分一起，在不失去其不均匀与复合结构的情况下，分批地压制成紧密的包块，将其送入热至100℃以上的通道中，同时，保持施于其上的压力使它们连接在一起：
压实的材料在与通道壁接触时保持滑动以保持连接在一起，直到最初存在的所有液体都被汽化，而且各个废物组分的内部机械回复力已经松驰，有机组分至少已经部分地起粘合剂的作用为止；
将从通道中以团块形式挤出的成型和结构稳定的固态堆集体送入高温反应器中，反应器在其整个容积内保持至少1000℃。
废弃的工业产品，例如完整的电冰箱、洗衣机、电器和电子设备、已拆除的车辆的大部件等，仍然是许多材料的混合物并具有复合物结构，它们与未分类和未处理的垃圾和液体废物一起被分批压实到空隙空间减至最小，欲处置材料的固体组分用机械方法牢固地连接在一起，而所存在的多余的液体与制成的压实包块一起被送入一个狭长的外加热的通道，从而在通道的入口处形成了不透气的堵塞物，由于不透气而起着封闭通道的作用。这些液体不必经过任何分离处理，也不需要将处在通常很大容积内的具有高度绝热性的空气加热。由压实步骤制成的压实包块，其导热率由于金属及无机物含量高和密度高而显著增加。即使用小型设备，也能达到较高的处理能力，而不需要昂贵的预先处理，例如分离收集和技术上要求的准备工作、粉碎、劈裂、干燥和制团等。
在开始进行处理时，通常将要处理的压实包块送入加热至100℃以上的通道中，维持施加于其上的压力使它们连接在一起，在形成气压的同时，它们在通道内保持与壁面接触以使压实包块保持整体，直到伴随的液体和挥发性物质汽化，各单独组分的内部机械回复力已经松驰，并且伴随的有机组分至少已经部分地起粘合剂作用为止。通道内的有机组分在这一过程中不发生热解，但是部分分解可能是相当可取的。这一过程足以使所有的细粒子粘合起来，产生成型的和结构稳定的块状团聚体。在开始进行根据本发明的这一方法时，在废物于加热的通道内停留短时间之后，形成了紧密连接的坯体，和废物一起引入的细粒子和灰尘被粘合在坯体中，随着坯体表面区域处气体足够快地形成和压力增高，保证了废物快速受热通过，并且至少有机组分会塑化，使废物组分的回复力得以减轻。以结合在一起与壁面接触的方式，废物压实包块和在其中继续生成的气体沿工艺过程方向穿过加热通道。于是废物被粘附、烧结和结合在一起，放出水分，在靠近通道出口处形成无尘、成型和结构稳定的块状团聚体。这些块状固态团聚体通过通道的端口落入高温气化器的竖井中，它们是在随后的高温反应器中形成透气无尘床体和在反应器中进行完全的高温气化的先决条件。
根据本发明，预先热处理过的压实包块一旦离开加热通道即变成不承压状态，与高温气化器内的团块相似。高温反应器的特点在于，在其整个容积内部保持至少1000℃。这样，至少在送入的压实包块或断裂成的团块的表面处，有机组分被突然碳化。这些团块带着内能一起在高温气化器内形成松散的透气床体。
利用在通道内的热处理，基本上防止了系统内爆炸性气体混合物的形成。所有的气态和固态废物都停留足够长的时间经受高温处理，以使全部热活性污染物都完全破坏。因为固体材料团块的有机组分在进入高温反应器时至少其外部区域会立即受热分解，所以避免了材料在柱内结团以及桥连和粘结在反应器壁面上。在床体之上形成了一个含碳床，蒸汽穿过此床体，这些蒸汽是由在加热通道内形成的原材料所夹带的液体产生的。这有利地保证了水煤气反应的发生，而无需任何外部生成的蒸汽。透气床体是同时发生称作Boudouard反应的先决条件。用氧将碳气化所产生的二氧化碳，在通过床柱时转化成一氧化碳。
因为高温反应器中即使在流化床之上也至少有1000℃，所有气体必须以足够长的停留时间通过流化床，这就保证了氯化烃化合物(二噁英和呋喃)被破坏和长链碳水化合物被裂解。这可靠地防止了凝聚物(例如焦油和油)的形成。
处在至少1000℃下的合成气混合物在离开高温反应器后直接骤冷到100℃并清除灰尘，从而防止再形成氯化烃。
固体团块随反应器内高温反应而熔化最好是在2000℃左右或更高的温度下进行。此温度是由于加入氧使碳气化而产生的。
在高温反应器固体床之下的熔融区内，无机组分，也就是说，所有的玻璃、金属和其它无机物，全都熔化。固体材料中含有的一部分重金属由于在还原气氛中加入计量的氧而处在元素形式，并且与熔体中的其它组分形成薄层。如果需要，将熔融的液体排放掉并分离出来。
如果在用放热过程进行高温处理时大部分热解焦炭被烧掉或是残留物中所有可氧化的组分均被氧化，而且无机组分完全液化，那是在约2000℃或更高的温度下发生的。但是，当使用未经分类的废物时，排出的熔体具有结构很不均匀的特征。熔点较高的组分，例如碳及某些金属，仍以固态聚集体的形式存在并形成包藏物，于是试图利用残渣产物是无意义的。
因此，对于本方法，特别优越和重要之处是，对通常仍占原始废物体积1％的熔融态的残余产物进行另外的后加工，在加工中用回收的合成气对其加热均化处理。熔体保留在约1800℃的氧化气氛中，直到它变成脱气的高温均匀熔体。在该方法的一种变型里，高温反应器中排出的不均匀熔体先在一个容器内激烈混合，有时甚至能通过熔体的排放实现彻底的混合。在一种连续方法中，通过密度分离在净化处理之中或之后排出足够体积的熔体，如果需要，甚至可以分级。这种高温熔体完全消除了不均匀结构，从而使长期洗脱的可能性也被排除。这种高温熔体的特点是，就整个原始原材料而言，材料完全转化。
最后，本发明方法的特别优越之处在于，高温熔体产物可以加工成许多种有价值的工业品或中间产物。由这种熔体出发，利用它的内能可以制造与天然存在的这些产物相似的有价值的工业产品，而不必停下来冷却。例如，可以将熔体纺成矿物纤维，另外，利用熔体铸造法可以制造诸如齿轮等有价值的机械部件。对于其它的有价值的工业品，可以使用模塑和压制工艺。利用吹制法可以制成低比重的绝缘体。高温熔体的粘度可以根据产品和方法，无论是铸造、纺丝、模塑或压制法，作出最佳规定。
采用上述方法，第一次可以有一种通用的废物处置方法，这种方法是综合性的，不再需要分离收集和准备工作，例如粉碎、分类、干燥、压团，也不需要将所处理的各式各样材料再循环。夹带的液体被用来通过水煤气反应产生能量，气态、液态和固态废物都在高温反应器内在高于1000℃的最低温度下保持长时间，使所有的污染物都受热破坏。通过将气体骤冷，完全消除了氯化烃的再形成，以液态形式排出的任何剩余物质可以任选地分离出金属级分，利用它本身的内能转化成有价值的工业产品。
Claims (13)
1.处理各式各样废物的方法，其中，将可能含有固态和/或液态污染物的未分类与未处理的工业垃圾、家庭垃圾和/或列举其它垃圾，以及丢弃的工业品，加热至高温进行热分解或热转化，将生成的固体残余物以最高的能量效益转化成高温熔体，此方法的特征在于，欲处理的产物(破碎或不破碎成大块)与存在的任何液体组分一起，在不失去其不均匀的复合结构的情况下分批地压制成压实的包块，将这些压实包块送入热至100℃以上的通道中，同时维持施加于其上的压力使它们结合在一起；
压实的材料在与通道壁面接触时保持滑动，以便使它们保持结合，直到最初存在的液体均被汽化、各处废物组分的内部机械回复力已经松驰和有机组分至少已经部分地起粘合剂作用为止；
将以团块形式从通道中挤出的成型和结构稳定的固体堆集体送入高温反应器中，反应器的整个容积都保持至少1000℃；
在用氧使碳气化的过程中，金属与无机组分在2000℃以上的温度下融化并排出，用已知的分离方法在液体状态下将其分离。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过对废物分批压实使固体组分靠机械力及其形状相连结，将原始的空隙空间减至最小。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，以团块形式从加热通道中挤出的结构稳定的固化堆集体是干燥的并清除了易挥发组份，将它立即直接送入高温反应炉中。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，由高温反应器内的固体材料团块形成并保持一个直到加热通道高度的透气的床体。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，固体材料床顶的高度保持恒定，于是在刚刚从加热通道中排出之后，固体材料团块的有机组分至少在外部区域处立即受热分解。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，固体材料床体中的碳组分由于计量加入的氧而气化成二氧化碳，以便使二氧化碳在通过含碳的固体材料床时转化成一氧化碳(Boudouard反应)。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过在加热通道内进行热处理使其中的废物的液体组分产生蒸汽，该蒸汽在高压下从通道中排放出来，贯穿由含碳团块的热分解碳化边缘区形成的含碳流化床，通过床体的表面(水煤气反应)。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所有的氯化烃化合物(二英和呋喃)均在加热到至少1000℃的流化床之上的区域被分解，而在有机组分热分解期间形成的长链烃化合物则被裂解，同时防止了凝结物(例如焦油和油)的生成。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，被加热到至少1000℃的夹带污染物的合成气在离开高温反应器之后(排除再合成二英和呋喃)立即用水骤冷至100℃以下并使之变得无尘。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，在高温气化后残留下的主要由无机物组成的高温熔体在氧化气氛中保持处于液相，直到形成成分与天然存在的产物相似的完全净化、脱气和均匀的熔体。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，利用这种均匀的高温熔体含有的至少大部分能量，对其进行挤压、压制、模塑和/或延伸加工，制得有价值的工业产品。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于，用产生的合成气来加热通道和高温反应器，以便净化熔体和开动依靠燃气发动机或涡轮机的制氧厂。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于，在远离后继工序的时间和/或地点将废物压实，其结果是形成可独立运输的、至少是可暂时储存的包块，气味小，基本无菌，而且具有预定的形状和尺寸。
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