CN103261792A - 能量和钢铁回收系统 - Google Patents
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Abstract
一个能量和钢铁回收系统,有一个悬置柱体和若干可操作固定在其中的悬置支撑,其中支撑沿着柱体的长度方向相互隔开布置。悬置柱体包括一个机构,用于接收含有能量价值的轮胎和其它废物到一个支撑上,并将轮胎送到一个下方相邻的支撑上,用于对其进一步进行气化,气化过程在低氧环境下发生,以防止它们燃烧。柱体设置成有许多区域,包括加热、干燥、挥发以及固化碳形成区,在此统称为“分馏过程”。
Description
技术领域
本发明涉及能量和钢铁回收系统的改进。特别是,本发明涉及一个系统,用于通过挥发和从轮胎钢铁中固化碳的释放,来回收能量和钢铁,而轮胎悬挂在一个高能量消耗装置产生的滑流中。本发明提供了一种将废弃材料中潜在的能量高效利用的方法,优选类似完整汽车轮胎的这种固体,也可以是其它大块或破碎形式的废弃材料,比如废弃塑料和纸,从而降低在高功率过滤系统中所需的燃料消耗。
背景技术
替代废物衍生燃料可操作设置在一个高温分解货燃烧腔室内,或一个上升管中。使用这类废物产品是燃烧环境的影响结果,比如,在腔体或窑炉内部所需的热量以及含氧量。现在使用轮胎作为一个替代燃料,用于降低传统燃料的使用。人们发现轮胎是非常合适的。在共同待决的美国专利11/850148中,公开了一种工艺,将轮胎送入一个柱体中,柱体位于一个多功能蒸汽产生器边上,通过从锅炉中抽出的滑流气体将轮胎燃烧。轮胎悬挂通过若干叉子在气流中,这些叉子能有序地缩回,轮胎在柱体内部向下掉落的过程中发生燃烧,与气流反向运动。轮胎产生的热量随后被重新回收到锅炉中,钢铁和所有的灰烬会在柱体底部被排出,做最终的回收或处理。先有系统使用轮胎燃烧没有完全回收能量,将轮胎资源充分再利用。
需要改善这种技术,从而提供一个更高效、更易操作、低成本的系统来使用这样的燃料。
发明内容
本发明引入了一个新工艺和新系统,提供了一种方法对废弃可处理材料进行分馏,特别是“轮胎分馏”或其它废弃材料的“分馏”,而不需要将轮胎分解货燃烧,这有许多环境上的好处。轮胎分馏技术直接将轮胎转化成了一种清洁气体化的高Btu(热量)燃料,同时也将高质量的钢带回收可再使用。由于轮胎有更换周期,分馏轮胎燃料是一种可再生及可持续发展的燃料。
轮胎分馏是一个闭环系统,基本上不产生排放。所有的轮胎成分都被回收,无论是作为一种燃料或回收的钢铁。这种工艺涉及将轮胎放入热环境中,这样可将轮胎中的非金属部分转换成包含了固化碳颗粒的可燃气体。
作为一种能源,与其它一些燃料源相比,轮胎有更大的潜力。很重要的一点需要指出的是,轮胎有很高的燃料热值,大约每磅轮胎有12000至16000Btu热值,与其相比,每磅煤炭含有12000Btu,每磅木头仅有5000Btu。一个轮胎中的钢铁含量大约占重量的15%。因此,对于一个每年处理4000000个轮胎的系统,钢铁业能回收大约6000吨钢。
这种技术可产生补充燃料,用于燃煤锅炉的发电站里。分馏轮胎燃料也可帮助降低空气污染物排放。当被作为一种补充燃料用于一个燃煤锅炉中时,分馏轮胎燃料替代了部分本来要在锅炉炉中燃烧的煤。与煤炭相比,分馏轮胎燃料在降低污染排放上有极好的表现。降低的排放中包括二氧化碳、二氧化硫、氧化氮以及一些特别物质,所有锅炉中排放的污染物都得到了降低。使用分馏轮胎燃料的另一个优势是可减少煤炭的燃烧量,同时也减少了煤渣的量,煤渣必须煤灰池中处理或作灰烬填埋处理,这样可延长那些设施的有效寿命,需要更少的新煤灰池及填埋地,降低煤灰飞扬带来的害处。
本发明的一个目标是在废弃可处理燃料的分馏过程,改善能量回收,分馏过程包括对废弃燃料加热、干燥、挥发以及来自钢中的固化碳形成释放,其中分馏过程始终处于一个低氧含量的环境中,含氧量要足够低以防止其中的废弃可处理燃料发生燃烧。
另一个目标是改善废弃可处理燃料分馏过程中回收能量的方法,通过在一个柱体中进行废料的气化的方法,包括废料的加热、干燥、挥发以及固化碳形成,通过气化以及蒸汽和残余副产品有控制地移动到一个锅炉的燃烧区中的方法,来将废弃可处理燃料中的残余能量回收到锅炉中。
另一个目标是提供一个系统和方法用于一种新的废弃燃料分馏工艺。
本发明还有另一个目标是改善锅炉技术。
另一个目标是盖上锅炉技术的效率。
本发明的还有另一个目标是提升工艺,其中废气轮胎材料在热的作用下发生气化,在一个悬置系统中干燥,在柱体中发生挥发以及固化碳的释放,实现整个分馏过程,其中分馏过程始终处于一个低氧含量环境中,含氧量要足够低以防止其中的废弃轮胎燃料发生燃烧。
所以,本发明是面向一个能量和钢铁回收系统的。系统中有一个悬置柱体以及若干悬置支撑可操作固定在悬置柱体中,其中支撑沿着悬置柱体长度方向相互间隔布置。悬置柱体包括用于将废弃可处理材料送入到一个支撑上的装置,以及将废弃可处理材料送到一个下方相邻的支撑上的装置,比如通过重力入料,用于进一步分馏废弃可处理材料。特别是,柱体中设计了多个区域,包括加热区、干燥区、挥发区以及固化碳释放区,整个过程始终处于一个低氧含量环境中,低于废弃可处理材料发生燃烧所需的含量(下午中称作“低氧”)。这个过程在这里被称为“分流过程”。一个第一管道包括一个第一端,与处在悬置柱体里低氧环境中的高温气体路径连通,以及一个第二端,与一个锅炉的一个气体出口路径连通,气流在第一管道中从锅炉的气体流出路径流动到悬置柱体的高温气体流动路径里。一个第二管道包括一个第一端,与处在悬置柱体中的高温气体路径连通,以及一个第二端,与一个锅炉的一个回流气体流路径连通,气流在第二管道中从悬置柱体的高温气体流动路径流动到锅炉的回流气体路径里。锅炉可包括一个燃烧区和一个燃料预热区,其上有双燃料预热区将高温及低氧的气体送入到柱体的底部。系统还进一步装备了一个用于将残余物质,比如,钢铁,从悬置柱体中排出的装置。
优选地,悬置柱体可装备一个外部气体流动外壳,包围在一个内侧柱壁外,第一和第二管道与之连通。这样,进入外壳的气体或其它介质,在通过外壳的过程中,由内壁的外表面进行加热,而不与在内壁内部发生的挥发和固化碳生成的气体混合。每个悬置支撑包括若干支撑指,每个支撑指上有一个废弃衍生燃料支撑面,其可从悬置柱体中移出,用于对支撑指的支撑面进行自清洁。优选实施例是,悬置支撑包括用于自动将支撑指从柱体中缩回的装置。另外,系统中海油将废弃材料自动送到悬置支撑的支撑指上的装置。
本发明对于高能量消耗系统中,比如锅炉上,提供补充热能量方面有特别的作用,使用一种新的结构和方法,提供自动将废弃材料,优选轮胎,送入到一个悬置柱体的装置,在轮胎处理过程中,从轮胎中得到的残余金属通过重力作用移动到一个残余废料排出输送器上,或一个多功能气阀上,它们将轮胎中的金属,比如钢铁,排出。使用本发明,可以预计,至少包含部分可处理有机成分废物的可选择废料能量,能提供高温高能量使用系统,比如一个锅炉,大量的热量。本发明的创新点将在下文的描述中更全面地进行讨论,本发明的其它目标和优势将通过对下文的附图及描述体现。
附图说明
图1是本发明实施例的侧面示意图,特别是有着悬置支撑的悬置柱体。
图2A图示说明了本发明一个支撑的第一种形式。
图2B图示说明了图2A中所示支撑的第二种形式。
图3A是本发明第二种形式的另一幅说明视图。
图3B图示说明了本发明中支撑的第三种形式,其中可处理材料已经被输送到一个较低的支撑上。
图3C图示说明了本发明中支撑的第四种形式,其中材料已经被输送到回收输送器上。
图4为本发明一个支撑的透视图。
图5为本发明测试系统的侧面示意图。
图6为本发明另一种方式实施例的侧面示意图。
图7也是本发明另一种方式实施例的侧面示意图。
图8为本发明另一个实施例的侧面示意图。
图9是1/4轮胎试验的腔体入口每分钟平均值曲线图。
图10说明了轮胎NOx试验中,腔体入口每分钟平均值。
图11说明了整个轮胎试验中,腔体入口每分钟平均值。
图12说明了第二天的整个轮胎试验中,腔体入口每分钟平均值。
图13说明了1/4个轮胎试验中,腔体出口气体污染物每分钟平均值。
图14说明了整个轮胎试验中,腔体出口气体污染物每分钟平均值。
图15说明了整个轮胎试验中,腔体出口气体污染物每分钟平均值。
图16说明了所有轮胎送入的时间曲线。
具体实施方式
参考附图,一个能量和钢铁回收系统通常参考数字为10。本发明提供了一个改进的方法,用于将废弃可加工燃料中的能量回收,比如一个轮胎(12),通过在低氧环境下使轮胎发生气化,将轮胎汽化的有机物和固定碳共同移动到一个锅炉72中的燃烧区73里。轮胎的辐射能量在锅炉72中回收,并在一个柱体14中将灰烬除去,从而得到更高的钢铁质量。柱体14设计成有多个区域,标号分别为100、101、102和103,通过加热区100、烘干区101、挥发区102和固定碳形成区103来进行气化。在足够低的氧气含量下轮胎12能被分馏,而不发生燃烧,高速和高温,比如1100°F(约593.3℃)的情况下,能为锅炉72产生气体的和固体的燃料,而不会对锅炉72产生任何负面影响,并实现用轮胎12生产出高质量的剩余回收钢铁。本发明将在此描述的过程定义为“轮胎分馏法”。
收集了过程中产生灰烬的一个样品并进行分析。其中含有的汞含量为不可探测,锌中12300mg/Kg,效法了用于金属的ERA标准、VOC(挥发性有机化合物)和SVOC(半挥发性有机化合物) TCLP(毒性特征沥滤方法)试验。由于Btu(英国热量单位)值较高切含锌量较高的轮胎与煤相比有优势,轮胎衍生燃料(TDF)在使用煤作为燃料的环节里,能作为一种补充的燃料被广泛使用。
过程中需要消耗气流来运送轮胎12(理论上可又其它废塑料、废纸,等等),回收其中的能量、矿物以及钢铁成分。系统10使用一种高温、低含氧量的气流来提供移动所需的动力。轮胎12中的高温气体挥发有机物和蒸汽整个都在气流里。
一旦有机溶剂从轮胎12中脱离出来,会剩下一种固定碳化炭。小部分的固定碳化炭也会残留在气流中。所有钢铁会残留在柱体14中,并通过气阀集成104排出。携带着蒸汽和固定碳成分的气流,被引导入消耗高能量构件(锅炉72)的燃烧区73,能量得到回收。
作为一个可选过程,系统10可让作为载体的气体流过一个旋风分离器85,将固定碳从气流中分离出来。通过这样做,任何较重的金属可从固体部分中回收,比如在轮胎12中的锌。由于蒸汽成分位于爆炸上限(UEL)和爆炸下限(LEL)之间,所以氧含量在系统中是受到监控的。如果由于流动气体的作用,氧气含量上升,一种惰性气体,比如氮气将被引入,从而降低含氧量,并使系统10回到正常的安全运行范围。
本发明可面向一组固体分馏系统和/或者一个连续固体分馏系统。在组合分馏系统的一个单元中,形如系统10的装置进行工作,系统10将一直运转,知道所有的有机物被蒸发,随后其被停止,将任何残余物比如轮胎中的钢移除。在一个连续单元中,系统会通过两个或三个气阀门持续加料和移除原料和残余物,同时连续产出废弃衍生燃料气体。
废气气流可被再引入形成一股回流,从而使受废气补充的燃料蒸汽和固体部分更丰富。其中,可以是气体和固体都回流,或者是固体被移走,而只让气体回流。系统10的优势在于能将回收的能量、矿物和钢铁以及钢铁的再制造最大化。重要的是,完成上述目标采用的是燃烧废气燃料而将排放减到最小。通过替代锅炉中的煤,能降低SOx、NOx以及二氧化碳的排放,并减少煤渣产出。这些气化的有机物形成一种可在就近锅炉85中燃烧的燃料,而回收钢铁被送往一个金属回收设施。系统10的优点是,轮胎不需要存放在地板上,而是存放在封闭的卡车上,随后直接装载到系统10的物料处理送入机构16上。这个新的处理方式降低了大量理垃圾填埋的浪费,减少了最终使用者使用传统燃料的数量,减轻了锅炉中的碳迹问题,减少了锅炉NOx排放,并能回收废料中所有的有机物和矿物价值。
本发明中的分馏作用将整个轮胎转化清洁燃料,而不发生燃烧。每年都有数以百计的轮胎被替换(平均在美国一人一个)。如果没有合适的处理方式,使用过的轮胎会造成大量的环境、健康以及安全问题。然而,使用过的轮胎中有价值的能量和可重复使用的钢铁可被回收,这种形式既符合可持续发展,又是十分有竞争力的经济模式。
本发明中的轮胎分馏过程能将轮胎直接转换成一种情结气体燃料,同时回收高质量的钢带供重复使用。轮胎的所有组成成分或者重新变成了一种清洁燃料,或者回收钢。
本装置10的加工过程中需要通过气体热流来控制轮胎的爆点,使轮胎12中的非金属部分转化成气体燃料以及碳颗粒。垂直柱体14安装在锅炉72的旁边。一股从锅炉72中出来的燃烧气体直接进入到柱体14的底部,并沿着柱体14上升。这股气流温度很高而含氧量很低(含氧量要低于轮胎12燃烧所需要的量)。所有的轮胎12放在一个垂直输送16系统上,并沿着柱体14下降。
在一个轮胎12达到柱体14的底部之前,热量将轮胎12中所有的有机物部分转换成了气体以及良好的碳颗粒。产生的气体作为燃料有充足的能量价值,通过管道输送到锅炉72中用以燃烧。轮胎12中的金属带没有被燃烧或转换成气体,而是在柱体底部累积,之后被输送出装置外进行回收。
本发明能让轮胎不成为废品以及环境问题。存放或丢弃在地面上的轮胎很不美观,不会发生分解,甚至会存在非受控火灾的危害以及蚊虫滋生。如果使用本发明中的分馏法对废气轮胎进行回收,可存在的环境效益包括:
降低CO2排放、节约矿物燃料、降低SOx和NOx排放、降低煤渣的产生、回收轮胎中的钢铁、环保的轮胎处理方式。
能量和钢铁回收系统10在下文中会更详细地进行描述。可选择的燃料,优选为可加工的废弃轮胎12,由包括一个输送装置的送料机构16送入悬置柱体14。悬置柱体14优选可包括一个或若干,优选若干悬置支撑18A, 18B, 18C, 18D, 18E, 18F, 18G, 18H, 181, 181, 18K, 18L, 18M,其可位于悬置柱体14内部,其中悬置支撑18A, 18B, 18C, 18D, 18E, 18F, 18G, 18H, 181, 181, 18K, 18L, 18M沿着悬置柱体14纵向长度方向分散布置。悬置支撑18A, 18B, 18C, 18D, 18E, 18F, 18G, 18H, 181, 181, 18K, 18L, 18M的数量和两者间的布置距离可适应悬置柱体14的长度和尺寸进行调整,同时也要根据在过程中经过分馏作用的物质来调整。比如,布置位置要求能让轮胎12可从位于上方的悬置支撑18A易移动至支撑18B,等等。每个悬置支撑18A, 18B, 18C, 18D, 18E, 18F, 18G, 18H, 181, 181, 18K, 18L, 18M可有相似的设计和功能,相似的标号用于描述相似的部件,支撑18A例外,其连接在一些附加部件上,这些将在下文中描述。
在这里,悬置支撑18A与外壳24连接,外壳上包括一个外门20以一个内门22,在轮胎12进入到悬置柱体14中,内门关闭来实现封闭。外门20在内门22关闭时打开,将废弃衍生燃料物质输送到一个支撑外壳24。当内门22打开,将轮胎12从支撑外壳24输送如支撑柱体14时,外门22关闭。图2A-4对此进行了图示说明。
比如,悬置支撑18A包括若干支撑指26A,每个支撑指有一个废料支撑面28A,通过有开口的表面32A伸入悬置柱体14,表面32A上的开口用于支撑指26A从柱体14中抽出后,对支撑表面28A进行自清洁。在此,有开口的表面32A可以是柱体14上的一个面,支撑指26A在其中可前后移动,从而实现将参与废料13移除。
优选地,悬置支撑18A包括装置30A,用于自动地将支撑指26A从柱体14中拉回。装置30A可包括一个电机31A和一个直线促动器33A,其可交联在可移动的外壳52和支撑指26A上。装置30A位于一个平台56上。
对于轮胎12的送入过程,设有送料机构16用于将轮胎12自动地送入支撑18A,到悬置支撑18A的支撑指26A上。送料机构16可包括一个倾斜的输送带34,轮胎12放置在其上,并被输送通过闸门20到达支撑外壳24。一个卡车斜坡36可位于一辆拖车自卸车38的附近,可使卡车将轮胎12倒入一个储料箱40中。一个旋转圆盘轮胎分隔器42可位于储料箱40旁边,将轮胎12分隔并使之进入堆积处44,用于检查。不适合的轮胎会被挑出并存放到一个不合格轮胎传送带上(未示出),而合格的轮胎12被送入倾斜传送带34上。这个输送过程是瘦一个控制装置46控制的,其可与一个传感器48相连,传感器48位于悬置柱体14上,用于探测何时环境是适合于下一个在线上轮胎12挥发和固定碳形式发生的。
如图2A和2B所示,一个直线驱动活塞50可部分位于外壳52中,外罩54与外壳24相连,并可有控制地在支撑外壳24中前后移动。控制器46收到一个信号要输送一个轮胎12,并触发活塞50推动轮胎12从支撑外壳24进入到悬置柱体14内,并位于悬置指26A上。随后轮胎12在悬置柱体14中进入分馏过程。轮胎12也可通过其它方式机械地输入到悬置支撑18A上,比如一个进给丝杆或者其它相似的装置(未示出),同时保持原有的气阀封闭方式。
在此,锅炉72可包括燃烧区73以及一个燃料预热区75,使用双燃料预热区送入高温“低氧”气体到柱体14的底部位置。锅炉72可配备一股或多股从锅炉72的燃料预热区75中送出的热气滑流,并输送到柱体14的底部位置,如图7所示。轮胎12处于热气流中,直到其中的橡胶发生气化并进行硫化过程。如图6-8所示,从柱体14中连出的一个通风口82可回路到锅炉燃烧区73里,作为一个燃料的补充。作为一个备选方案,连接在柱体14上部的导管83可将高温有机物蒸汽和固化碳颗粒导出,其可与一个旋风分离器85相连,后者可将气体和固化碳颗粒输送到锅炉72的燃烧区73中。一个CO2移除装置87可连接在旋风分离器85上,将气流89中的CO2排出到柱体14,进一步降低锅炉72的排放。
表1-1 轮胎气化成TDF气流抽样情况
从轮胎12的气化中形成的燃料气流被采样并进行分析,包括在各种情况下的流量(速度)、温度、湿度、分子量、热含量、气体密度、半挥发性有机物生成、挥发性有机物硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)、总有机碳(TOC)、氧气(O2),以及绝对压强。腔体进气口的流量(速度)、温度以及O2需要监控。
第一种情况是将一个1/4的轮胎放入气化机构中,使其位于高温、低氧以及高速流动的滑流气体中。第二种情况是将一个完整的轮胎放入气化机构中,使其位于与第一种情况相同的高温、低氧以及高速流动的滑流气体中。第三个测试情况是将一个完整的轮胎放入气化机构中,使其位于高温、低氧以及低速流动的滑流气体中。在第一个轮胎被气化后,第二个轮胎马上放入构件中。
轮胎气化进气口处对烟气速度、温度、O2以及CO2含量进行采样。轮胎气化出气口处对烟气的速度、温度、半挥发性有机成分、挥发性有机成分、硫化氢、燃料密度、热含量以及气体污染(O2、CO2、NOx、CO、VOC)进行采样。表2-1、2-2和2-3展示了在所有三个试验情况下,间隔每分钟在进气室处的烟气速度、温度以及气体均值。表2-4、2-5和2-6展示了间隔每分钟在出气室处的烟气速度、温度以及气体污染均值。
所有的废旧轮胎通过卡车、铁路或驳船运到现场,具体需要根据运输网络的可及性以及经济性来决定。货物会经过称重、分类,并在到达时进行检测。到达的轮胎储存在密闭的拖车或建筑里。从储存区取出轮胎,并以每小时600个轮胎或每小时12000磅(约合5.44吨)的输送速率送入倾斜的输送带。分馏柱体是一个垂直的圆柱塔,大约120英尺(约合36.6米)高,如图1中所示,柱体安装在邻近锅炉72处。一股高温锅炉燃气滑流(750至900℉)直接引入到柱体的底部,并沿着柱体上升。如图2所示,整个轮胎悬停在一个垂直输送系统上,并沿着柱体向下移动。在封闭塔体中,高温的锅炉气流相对下降的轮胎逆向流动。柱体在亚化学计算的氧气水平下工作,引起轮胎蒸发出挥发物质或发生气化,而不是变成无用的垃圾。在一个轮胎到达柱体的底部之前,热量将路辽宁台中非金属的部分转化成一种挥发性气体和大小精细的固化碳颗粒,它们的Btu含量较高。在轮胎中的金属带没有发生燃烧或转化成气体,但在柱体的底部聚集,之后被送出进行回收。
图3A-3C展示了几个轮胎12的处理步骤,在低氧环境下轮胎不发生燃烧,剩余的轮胎12进一步采用重力送入,比如下降到一个较低的支撑18B上,最终落到一个拉出式输送带58上,其可以是一个位于一个容器59里的输送链,将落在上面的所有东西拖拽出去。可通过柱体14的内侧柱壁80伸入到水平面以下形成一个水密封61。这样,引入的流动气体不会进入挥发和固化碳形成区,在此显然系统10只是从锅炉72处引入了滑流气体。系统中有一个钢铁或 金属碾压容器60以及残余灰烬碾压容器62,输送器58可配备有自动分开残余灰烬和金属的装置,比如通过配备一个磁力输送器。
按照通常的构思,第一根管道64包括一个第一端66,其可与一个加热气流通道连通,气流通道位于悬置柱体14的环形外壳68上,一个第二端70与一个高能量消耗装置,比如一个锅炉72的出气通道连通,在通道64中,气流从锅炉72流向外壳38内。第二根管道74包括一个第一端76,其与外壳68上的加热气流通道连通,以及一个第二端78与锅炉72上的返回气流通道连通,在通道72中,气流从外壳68流动到锅炉72内。需要注意的是,柱体14和外壳68可用于将热的气体、气流或热油产生的热量回收。
如图1中所示的实施方案,悬置柱体14上设有外部气体流动外壳68,包围在一个内侧柱壁80外,然而可以设想,其它气体通道也可以设计进去。这样,气体进入外壳68并在其中运动,内侧柱壁80的外表面对其中的气体进行加热,而不会与在内侧柱壁80内发生挥发和构成固化碳的气体混合。系统10中有鼓风机81,选择的形式是可使气体通过所述的气流通道中循环流通。同时,在柱体14上设有通风孔82,管道83将外壳68与柱体14连接起来。在此,锅炉72中的一股滑流挥发并形成固化碳可通过管道83,重新送入锅炉72中,如上文所述。这样,通过重新引入挥发以及固化碳生成气体,从外壳68以及锅炉72上可回收热量,系统中还有一个热量回收锅炉。
样本是在三种不同的工艺条件下获取的。第一种情况是将1/4个轮胎送入气化元件,使其位于一个高温、低氧以及高速的环境中。第二种情况是将一个完整的轮胎送入气化元件中,使其在与第一种情况设置相同的高温、低氧和高速的环境中。第三个试验情况是将一个完整的轮胎送入元件中,使其位于高温、低氧以及低速气流环境中。在第一个轮胎被气化后,第二个轮胎马上送入元件。
在气化进气口处对烟气速度、温度、O2以及CO2含量进行采样。在轮胎气化出气口处对烟气速度、温度、半挥发有机物成分、挥发有机物成分、硫化氢、燃料密度、热含量以及气体污染物(O2、CO2、NOx、CO、VOC)。试验的结果如下。
表2-1 腔体入口每分钟平均值
1/4个轮胎试验
a总体平均值表征了从轮胎送入腔体直到整个过程结束的时间段。
b平均值表征了从气化开始(目测)直到新鲜空气腔体打开的时间段。
注意:试验环境完全在一个“高温”和“低O2”的环境中进行。
表2-2 腔体入口每分钟平均值
整个轮胎试验
a总体平均值表征了从轮胎送入腔体直到整个过程结束的时间段。
b平均值表征了从气化开始(目测)直到新鲜空气腔体打开的时间段。
注意:试验环境完全在一个“高温”和“低O2”的环境中进行。
表2-3 腔体入口每分钟平均值
整个轮胎第二个试验日
日期:2007年3月28日
Recyclean -迈阿密堡, 俄亥俄州
a总体平均值表征了从轮胎送入腔体直到整个过程结束的时间段。
b平均值表征了从气化开始(目测)直到新鲜空气腔体打开的时间段。
注意:试验环境完全在一个“高温”和“低O2”的环境中进行。
表2-4 腔体出口气体污染物每分钟平均值
1/4个轮胎试验
表2-4(续)
a总体平均值表征了从轮胎送入腔体直到整个过程结束的时间段。
b平均值表征了从气化开始(目测)直到新鲜空气腔体打开的时间段。
注意:试验环境完全在一个“高温”和“低O2”的环境中进行。
表2-5 腔体出口气体污染物每分钟平均值
整个轮胎试验
a总体平均值表征了从轮胎送入腔体直到整个过程结束的时间段。
b平均值表征了从气化开始(目测)直到新鲜空气腔体打开的时间段。
注意:试验环境完全在一个“高温”和“低O2”的环境中进行。
表2-6 腔体出口气体污染物每分钟平均值
整个轮胎试验
表2-6(续)
a总体平均值表征了从轮胎送入腔体直到整个过程结束的时间段。
b平均值表征了从气化开始(目测)直到新鲜空气腔体打开的时间段。
本发明用于通过轮胎在低氧、高速以及大约1100℉的高温环境下,发生气化回收轮胎中的能量。本系统10能从锅炉的气体预热区75处获取滑流气体,可从一个点或多个点获取,从而达到调节进气口温度的目的,并使用废余热量以及现有处理过程中的低氧环境来实现整个运转过程所需要的环境要求。一个引导空气的鼓风机77可安装在所需的地方,比如,装在一个单独轮胎柱体的出口,拉动热空气通过柱体,并将燃气以及固化碳吹入锅炉72的燃烧区73中。
我们进行了多个试验。第一天的试验是让整个机构在一个高速气流环境下运行。第二天,气流速度下降,便于采集数据,以获得气流速度对于整个运行过程的重要性。
对于重3.6磅(约合1.63kg)的1/4个轮胎,在低于4%氧含量以及1149℉的蒸汽流环境下,10分钟后,轮胎重量减轻到0.40磅(约合0.18kg)钢铁重量(重量减少88.88%)。轮胎的所有热价值都被输送到锅炉的燃烧区73中,包括蒸汽和固化碳。
之后将重18.68磅(约合8.47kg)的整个轮胎放入系统中,在低于4%氧含量以及1149℉的蒸汽流环境下,9分钟后,轮胎重量减轻到1.96磅(约合0.89kg)钢铁重量(重量减少92.40%)。轮胎钢铁中的固化碳停止释放,收集到1.42磅(约合0.644kg)固化碳炭灰并进行分析。材料的热值为4,867 Btu/磅。
第二天的两个轮胎,总重37.48磅(约合17.00kg),相互间隔11分钟送入4%含氧量、1180℉的环境中。两个轮胎在23分钟后重量减轻到3.72磅(约合1.69kg)钢铁重量(重量减少90.07%)。
观察
可以发现,低氧环境能不让轮胎12中的废弃可处理成分流失。还可以发现,提高的温度能让橡胶中的有机挥发成分蒸发。最后,可以发现,必须采用高速气流,从而将轮胎12中的固化碳成分从轮胎钢丝中抽离出来,从单个轮胎试验柱体14中抽出,进入到锅炉的燃烧区73中。这样,在轮胎中的残余能量可回收到锅炉72中,在柱体14中没有灰烬留下,并产生了高质量的钢。所以,本发明提供了一个新工艺“轮胎分馏法”。
同时可以观察到,该工艺过程有四个独立步骤:
1) 加热 —> 2) 干燥 —> 3) 挥发 —> 4) 固化碳的形成
可以得出以下结论,在正确的环境条件下,轮胎12分馏的速率与它们的重量相关。(换句话说,1/4个轮胎与整个轮胎在相同的时间长度里发生分解)。通常,它们会遵循下述时间:
加热 1分钟
干燥 1-2分钟
挥发 2-3分钟
固化碳形成 5分钟
从开始到结束 9-11分钟
工艺过程中产生的炭灰样本也被收集并进行分析。其包含了不可检测到的贡,12300mg/Kg的锌,正如意料之中,还要根据金属的EPA标准、VOC和SVOC TCLP测试标准。没有明显的证据显示,从固化碳炭灰中所得的灰烬附加到锅炉灰烬中,会对锅炉的运转产生有害影响,类似炉渣因素的影响。
这个试验显示,轮胎12可在低氧和高温,大约1100℉环境中,发生分馏并产生一种气化的和固态的燃料,用于锅炉,而对锅炉不会造成负面影响,并生产出高质量的可回收钢铁。
在本发明的一方面,从轮胎12中生成的气体,可通过将空中蒸汽流的部分回流到柱体14的蒸汽化区102中来进行浓缩。另外,固化碳颗粒可通过一个在线的旋风分离器85从空中的蒸汽流中分离出来,之后重新引入到燃料添加输送管92中进入到锅炉72里,或者也可在灰烬中将其收集起来,用于进一步回收金属,比如锌。一个工业破碎机或研磨机94可位于旋风分离器85的底部,从而在这些固体送入锅炉72中之前,将它们细化,以优化燃烧过程。
由于轮胎12中有更高的Btu值和更高的含锌量,与煤炭相比有优势,轮胎衍生燃料(TDF)能成功广泛地作为补充燃料,使用在使用煤炭燃烧的工艺中。
分馏的轮胎燃料作为补充的锅炉燃料有许多优点。这些废弃产品本来会带来许多环境问题,使用它们是非常好的主意,它们能降低动力锅炉的排放。这是一种比煤炭更好更清洁的能量来源,同时也不会影响矿物燃料的燃烧,因此有助于提高能量的多样化,并减少温室气体的排放。
上述描述的实施例是作为例子阐述的,并不是对于本发明的一种限制。显然,本领域中的技术人员可对这些实施例进行改进、衍生和变化,而不背离本发明的范围。所以,在此附加的权利要求应该涵盖整个范围,包括任何此类改进、衍生和变化。
Claims (22)
1.一种用于废弃燃料的能量回收系统,其特征在于,该系统包括:
一个维持在低氧环境中的悬置柱体,以使废弃燃料发生分馏;
设置于所述悬置柱体内的若干悬置支撑,用于将废弃燃料撑起;
一个接收机构,用于将废弃燃料送入到一个位于所述柱体内的所述上
方悬置支撑上,并将所述可处理的废弃燃料送到一个下方邻近的悬置支撑上;
以及,一个气化装置,可操作连接在所述悬置柱体上,用于将废弃燃料气化,通过使用一股足够低含氧量的蒸汽流,不让其中的废弃燃料发生燃烧来实现。
2. 根据权利要求1所述的能量回收系统,其特征在于,所述悬置柱体包括至少一个气阀,用于收集所述废弃燃料,并将残余物从所述柱体中排出。
3. 根据权利要求2所述的能量回收系统,其特征在于,该系统包括一个可操作连接在所述柱体上的旋风分离器。
4. 根据权利要求3所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,该系统包括一个可操作连接在所述旋风分离器和所述柱体上的二氧化碳除去装置。
5. 根据权利要求3所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,该系统包括一个锅炉,锅炉上有一个燃烧区和一个燃料预热区,所述锅炉可操作连接在所述旋风分离器和所述悬置柱体上。
6. 根据权利要求1所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,所述悬置支撑沿着所述悬置柱体的长度方向,相互间隔一定距离布置。
7. 根据权利要求1所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,该系统还包括一个风扇,可操作连接在所述气化装置上,用于调整气流速率。
8. 根据权利要求1所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,所述气化装置包括一个第一管道,第一管道上有第一端,与所述悬置柱体上的高温气体路径连通,以及一个第二端,与一个高能量消耗装置上的气体输出路径连通,在第一管道中,气流从所述高能量消耗装置中的所述气体输出路径流动到所述悬置柱体的高温气体路径里;以及,一个第二管道,第二管道上有第一端,与所述悬置柱体的高温气体路径连通,以及一个第二端,与一个所述高能量消耗装置上的回流气体路径连通,在第二管道中,气流从所述悬置柱体中的锁住高温气体路径流动到所述高能量消耗装置中的回流气体路径里。
9. 根据权利要求1所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,该系统进一步包括一个气阀,用于将残余的以及不能处理的废弃材料从所述悬置柱体中排出。
10. 根据权利要求9所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,该系统进一步包括一个位于所述悬置柱体下方的输送系统,可操作地相邻所述输送器设置。
11. 根据权利要求10所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,所述输送系统包括一个磁力输送器。
12. 根据权利要求8所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,所述悬置柱体包括一个外部气体流动外壳,包围在一个内侧柱壁的外部,所述第一和第二管道与外壳连通,这样进入所述外壳并流过所述外壳的所述气体可被所述内壁的外表面加热,而不会与在所述内壁内部挥发和固化碳形成发生的气体混合。
13. 根据权利要求1所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,每个悬置支撑包括若干支撑指,每个支撑指有一个可移动设置在所述悬置柱体的废物衍生燃料支撑面,通过从所述悬置柱体中移出,提供对所述支撑指的所述支撑面的自清洁。
14. 根据权利要求13所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,所述悬置支撑包括用于自动将所述支撑指从所述柱体中缩回的装置。
15. 根据权利要求1所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,该系统进一步包括用于自动将废弃物质送到所述悬置装置上的设备。
16. 根据权利要求1所述的废弃燃料能量回收系统,其特征在于,该系统进一步包括气体增流器,用于让所述气体在所述气体路径中循环。
17. 一种生成能量回收的方法,其特征在于,该方法包含:
(a)将废弃燃料放在一个位于上方的悬置装置上,可操作固定在一个悬置柱体里,其中所述悬置柱体包括可操作固定在所述悬置柱体里的若干悬置装置,其中所述悬置装置沿着所述悬置柱体的长度方向相互间隔布置;
(b)在所述柱体内进行一个分馏过程,将所述废弃燃料送入一个邻近下方的悬置装置,进一步气化所述可处理物质,同时保证其中的废弃物质处于低氧环境中,防止它们发生燃烧;以及
(c)收集从分馏过程中释放出来的能量。
18. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,在所述分馏过程中的所述步骤包括加热、干燥、挥发以及固化碳形成。
19. 根据权利要求18所述的方法,其特征在于,该方法包括了加热、干燥、挥发以及固化碳形成的步骤。
20. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,所述废弃燃料包括含有钢铁的轮胎。
21. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,该方法包括除去残余的钢铁物质。
22. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,该方法进一步包括形成一个气体路径,穿过所述悬置柱体的一个表面,将所述气流直接引入一个高能量消耗装置。
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