CN1048088C - 热转化热解反应器系统 - Google Patents

Abstract

一种热转化热解反应器系统包括有接纳气相、液相及固相输出物的系统。还包括废物MW输入、MD输入、反应器室及加热等辅助系统。MD通过在与MW混合之前经反应器室内输送以及还由炉室出来通过热交换器的废气进行预热。系统能使MD回收且由于用热解反应产生的可燃的碳氢化合物气体作为湍流燃烧器的燃料，能量基本上自给。输入材料去除氧且反应器室中保持内部正压，最大程度上达到无氧热解。系统特别适用于使用轮胎碎片、医疗废弃物及工业塑料废物。

Description

热转化热解反应器系统

本发明涉及物料反应系统，更具体地说，涉及用于将可碳化物料转化成气体、液体以及固体残留物的热转化热解反应器。本发明的最佳实施例为特别适应于在无氧反应气氛中分解碳基物料的热转化热解反应器系统。本发明特别适用于车辆轮胎、工业废塑料以及住宅和医院垃圾的热解。

本发明为发明人于1992年4月6日提交的待批申请流水号为07/863,747的部分继续申请。

热解是这样一种术语，即指在所述过程中，可碳化物料在无燃烧或无氧化的情况下被转化为固体、气体以及液体残留物。采用热解的方法其目的在于从废物中获得有用的物质，而避免产生不必要的氧化物以及污染物质。

热解过程一般包括含碳物质热解转化成碳氢化合物。为了防止反应过程中引入过多的氧而产生不希望有的副产品和副作用，重点在于建立的废物输入料系统要使进入的氧或者外界空气减至最小程度。现有技术中有几篇专利涉及了防止过多氧输入的机构，其中包括诸如气销或其他系统的装置。CHAMBERS的美国专利第4,235,676号是其中之一，它公开了一种惰性气体清洗操作，用于连续地除去进入热解室的输入料中的氧。然而，采用输入气体清洗操作，即使用隋性气体也会降低热解过程中产生的碳氢化合物气体的热值并使处理由反应区来的挥发蒸气变难。为了给接近反应器的操作人员提供良好的工作环境，特别要注意防止挥发蒸气从该系统的输入部分泄漏。

本技术的另一方面在于试图提高热解过程中的效率，即研制高效传热法分解可碳化物质。其中有间接传热法，例如SHARMEN的美国专利第4,210,491号中所述的流化床装置；JELINEK的美国专利第4,840,129号的转鼓机构以及上述的CHAMBERS结构，它包括具有进行排气循环的空心轴的炉床，以改善传热过程。GIBSON的美国专利第4,686,008号则说明一种逆向使用中的相同原理。在所说的使用中，内圆筒含有热废气，外室有可碳化物质，一般为轮胎碎片。热动力学原理指出，传热特性随加热的体积与表面之比增大而减少。故而，依照现有技术构成的较大规模的反应器热率较低，因为较小反应物是通过表面进行传热。尤其是当反应物为导热差的物质时，热量传递到反应轴内部的效率则非常低。

由于业已发现间接传热过程只能提供有限的热接触表面和不完全成功的结果，故而人们还致力于直接传热法。其中APFFEL的美国专利第4,839,151号，HARRIS等人的美国专利第5,085,738号以及HABERMAN的美国专利第4,038,100号。这些现有技术的方法是基于诸如采用过热蒸气、热辐射以及微波直接加热传热到轮胎，以提高热解效率。其他还有诸如采用浸在金属液浴中，但业已发现这些方法不能令人满意，因为其副产物不合要求。再有是采用陶瓷材料直接循环，然而，对于这类方法来说，废物(可以包括各种组分)和陶瓷之间可能会发生反应，则是问题所在。

现有技术还存在一些问题，诸如热解过程中可碳化废物阻塞机构和通道。OECK的美国专利第4,412,889号叙述在输入管道外围采用液冷夹套，以便使输入料保持在可以通过管道而不粘附的温度下。但这需要之后补充热量，以实现热解。同时，还揭示了清理管道的特殊结构。这些结构在某些情况下是需要的，但它可增加系统的复杂性以及相应降低可靠性。

各种现有专利还有的问题是热解过程所生成的碳氢化合物产物的性质和质量。在液相输出物包含粘性油和焦油以及这些可以是部分热解过程的固相输出物这个定义上来看，在处理上要求增加步骤，以生产出较有用的物质。MUDGE的美国专利第4,865,625号叙述了这些方法，其中采用氧化方法，使粘性油和焦油催化裂化成气体。MORITA等人的美国专利第4,251,500号则叙述采用氢裂化法且在专门催化剂粉末下用于废橡胶。这些方法导致复杂性升高，想要避免，则要使原过程中产生的不希望有的粘性油和焦油减至最少。

某些输入废物如医院废弃物可能有某些药物残留物或者其他不稳定的危险的化学物质。在许多情况下，这些不希望有的化学物质需要用一种受控危险废物焚化方法来焚化，因为通常的热解会使化合物汽化，把潜在有害物质释放到大气中。为了有效地处理这类废物，必须改进热解方法，使有害化合物稳定化或者无毒化。

现有技术如CEWIS的美国专利第4,122,036号业已表明，将污泥变成活性炭的热解方法，用活性炭与污泥混合再进行热解，可能是有效的。另外，CHITTICK的美国专利第4,268,275号说明了将有机物转化成一氧化碳、氢、水蒸气和其他油类及焦油的热解反应。当过量水供入热解过程时，水蒸气在高温下又与活性炭反应生成碳和氢。然而，现有技术中还没有人讨论过将加热物质转化成稳定的或者无毒的。

现有技术方法和装置中还没有能成功地适合处理可碳化的废输入物。为了解决与输入物例如轮胎碎片和医院废弃物有关的具体问题，业已提出并制成专门的结构，但是没有一种全面的方法可成功地以有效的方式处理各式各样废输入物。为此，本技术领域中仍有相当大的改进余地。

本发明的一个目的在于提供一种改进的热转化热解反应器系统，它可有效地用于处理各式各样可碳化的废物。

本发明的另一个目的在于提供一种热解反应器系统，其中输入供料操作有效、可靠以及不间断，而且还可去除含氧气体和挥发蒸气。

本发明的再一个目的在于提供一种热解反应系统，使用一种有效的扩散材料为输入的废物提供最大直接传热。

本发明的又一个目的在于提供一种热解反应器系统，其中有效地使扩散材料预热，以免该系统损失过多的能量。

本发明的还有一个目的在于提供经热解反应器系统的物料流程，它可防止粘结，在一定程度上，可自身清理。

本发明的还有另一个目的在于提供一种热解系统，其中可使轮胎屑状废输入料转换成有用的组分，主要为碳氢化合物气体和低粘性油。

本发明的一个附加目的在于提供危险化学品和废药物料在热解过程中的化学稳定和去毒。

本发明尚有一个目的在于提供一种方法，其中扩散材料可以再生和重新使用，并且通过本方法可以产生附加的扩散材料。

简单地说，本发明的一个最佳实施例是一种热转化热解反应器系统，它适用于处理输入的废物(“MASS，WASTE”，或“MW”)。热解反应器系统利用基本上无氧的反应环境由输入的废物生成气相、液相以及固相输出产物。预热的扩散材料(“MASS，DIFFUSION”或“MD”)最好以炭黑状引入输入的废物流中，以提供直接热扩散，并在一定程度上，使输入的废物经催化转化成符合要求的输出物。最佳实施例采用一废物输入辅助系统，一热解室辅助系统、一扩散材料输入系统、一加热辅助系统以及各种与气体、液体和固体输出物有关的辅助系统。热解反应器系统的每一个组成辅助系统均按照专门的原理构成，以达到效率最高而复杂性最低。

本发明的一个优点在于废物输入辅助系统和扩散材料输入系统均用三扇门配合真空操作，以便有效地去除氧和挥发蒸气，防止污染热解反应器室。

本发明的另一个优点在于采用扩散材料，通过选择耐腐蚀且具有良好传热性能的扩散材料把热量直接传递给废物料。

本发明的又一个优点在于利用反应室的废热来预热扩散材料，以致使能量损失降至最低，重复利用率达到最高。

本发明的再一个优点在于扩散材料直接与废物料直接混合，形成最大的直接传热并提高总的传热效率。

本发明还有一个优点在于物料输送机构可防止粘附并且本系统具有一定程度自身清理，不使用冷却液或者降低总传热效率的其他机构。

本发明又有一个优点在于应用导热扩散材料，从而改善了由诸如车辆轮胎屑的碳氢化合物基材料生成的油的质量。

本发明进一步的一个优点在于用炭黑作为扩散材料，这样可使输入的废物中的不希望有的化合物与炭黑反应，或者进行催化反应生成不具有原来物质的不良性质的化合物。

本发明进一步的另一个优点在于扩散材料没有腐蚀性且耐腐蚀，可以重复使用，至少来自反应器系统的固相输出物的扩散材料可以部分地被重复使用。

本发明进一步的又一个优点在于可以连续生产，对反应室或者输送管道的清理的必要性很小，故而可以以最小的停机时间进行生产。

本发明进一步的又有一个优点在于部分反应产物可成为可燃物质，可以循环作为燃烧器燃料使用，使本系统基本上能量自给。

以下，将结合附图及所附权利要求，对本发明作说明，本领域的技术人员将对本发明的上述的目的和优点以及其他的目的有更清楚的认识。

图1为本发明的热转化热解反应器系统的总示意图；

图2为总反应器系统的废物输入辅助系统部分的示意图；

图3为本发明的另一个实施例的热解反应器室辅助系统使用回旋式预热废气管道的示意图；

图4为本发明的扩散材料输入辅助系统以及固、液废料输出辅助系统的示意图。

目前，实施本发明的最著名的模式是一个热转化热解反应器系统，其适用于把可碳化的废物热解成为可用的组分。反应系统为一个流水作业反应器，它适用于商业性或市政性操作，而且可使用各种各样潜在的废物。

图1示意地表明该热转化热解反应器系统的一个最佳实施例，以10表示。由图可见，热解反应器系统10适用接受两种不同形式的输入物。一种是输入的废物12(“MW”)，其为可碳化的物质，例如轮胎屑、塑料瓶、医院废弃物等等；另一种输入物是扩散材料14(“MD”)。扩散材料14是一种良好的储热和导热物质，在热解反应过程中使其与输入的废物12混合，以便使其热效率达到最大。

热解反应器系统10适合将输入的废物12转化成气相输出物16、液相输出物18(在某些情况下不存在或者较多)以及固相输出物20。热转化热解反应器系统10的采用和操作，能使各种输出物均成为可使用物质，这就使附加处理减至最少，与产生不能接受的污染物和(或)非常复杂的输出物的许多现有的系统不同。

热转化热解反应器系统10可以当作一个由许多操作辅助系统构成的组合体。对于最佳实施例来说，这些辅助系统包括废物输入辅助系统22、热解室辅助系统24、扩散材料输入辅助系统26、加热辅助系统28以及气体输出辅助系统30、液体输出辅助系统32和固体输出辅助系统34。各种辅助系统有一定程度重合操作，以达到总的热解反应连续有效地进行。

如图1和图2更详细所示，废物输入辅助系统22适合有效地将废物(MW)12输入热解室辅助系统24。废物输入系统22可以包括MW输入漏斗36，其呈一般漏斗状。可碳化的废物12由此输入。MW12在输入M漏斗36中之前要进行处理，至少要使其成为一种一定程度上可流动的物质。亦即，对车辆轮胎来说，它们要被切割或破碎成小块或屑(即直径≤5CM)，以便它们可以通过管道输送，在废物输入辅助系统22中不致挂料。

MW输入漏斗36位于废物输入辅助系统22的顶部，使可碳化的废物12可靠重力流动。MW输入漏斗36的出口接以垂直向下延伸的管道38。废物管道38为MW流道，它按垂直顺序包括MW滑门，第一MW平板门，MW真空室44及第二MW平板门46。MW滑门40，第一平板门42及第二MW平板门46以控制通过管道38的固体物质的流量。不同门的开关均由MW门操作机构48控制。图中未详细地表明门操作机构48，它可以有各种结构。门操作机构48可以为电动、液动或气动。门操作机构48以时间和程序按顺序排列进行操作。期望该机构最好为气动，因为气动能快速和有效地开关门。

MW真空室44经MW真空室管道50与风机/泵52连接(参见图1)，它也是加热辅助部分28的一部分。风机/泵52在真空管道50中建立负压，从而在真空室44中建立负压。采用真空的优点在于可以从输入的废物12和废物管道38中抽出部分气体，以致于使进入热解室辅助系统24的不希望有的氧降至最少，还可以捕集和回收可能从热解室辅助系统24经废物输入辅助系统22泄漏的碳氢化合物蒸气。

在真空室44内靠近MW真空管道50的交接面设有MW滤网过滤器54(通常为衬在真空室内部的筛网或者为其主要部分，使粘附作用降至最低)。滤网过滤器54防止固体废物粘附真空管道50。介于真空室44和风机/泵52之间的真空管道50中设有MW真空控制阀56。真空控制阀使空气经MW旁通路58被吸到风机/泵52中，此时真空室44业已抽成真空，各门皆关闭。这可使风机/泵52连续工作。

规定块度MW12通过废物输入辅助系统的依次通道如下所述，先将可碳化的废物12聚积在输入漏斗36中。用滑门40控制送进料12进入废物管道38的流量。滑门40还应具有高强度结构，即要设计得能经得住在漏斗36中聚积的MW12的重量。当滑门40被打开时，最下面的MW12将经废物管道38落下并保持在第一平板门42上。然后滑门40关闭，主要起到截获空气作用。当然并不要求该系统绝对气密，而是密封应足够有效，以便使输入到热解室辅助系统24中的不希望有的气体减至最少。

在实际的结构中，这些“门”可能是专门的构件，它们包括构成废物管道38的通道和实际的门机构。可以把一系列普通构件连接在一起。使它们具有较好的气密性，除了被物料卡住，就往往要包括一些清理关闭位置的机构之外。门的精度基本上是设计的选择。

一旦关闭滑门40而建立起有效的密封，则可打开第一平板门42，MW12就落入真空室44(在第二滑门46的顶部)。在这点上，真空控制阀56自动操作，通过经真空管道50向外把气体抽出将具有气体的真空室44抽成真空。在这个过程中关闭第二平板门46，以防蒸气从室24中抽出，除非其在第二平板门46之前的开启中业已存在。通常，10秒钟足以抽成真空。抽真空之后，打开第二平板门46，使MW12从真空室44经废物管道38落入反应器入口60，在此与热解室辅助系统24交接。同时，自热解室辅助系统24中逃逸的气体当第二平板门打开时将漏入真空室44，并因真空被抽出。

输到反应器入口60的MW12将落入热解输送管62，该管通过室壁66延伸进入热解室64中。热解输送管62横向地延伸完全地横穿室64并且穿过对面室壁66与固体输出辅助系统34以及液体输出辅助系统32相交接。如图1所示，螺旋推进废物加料器68处于输送管道62之中，以便连续地将废物12向推进且通过输送管道62。螺旋推进加料68由图1中所示的推进加料器马达70连续驱动。

热解输送(“PT”)管道62是主要热解反应出现的场所，输送管道62必须强度高且为高传热材料，例如不锈钢，其也是一种抗表面粘附及系统粘结的材料。热解输送管道62的朝上表面设有一系列通孔72。这些通孔使气体输出物16从输送管道62中排出，而不给大量固体提供出路。在热解过程中热解输送管道62内产生的气相输出物16经通孔72排出而进入室64的内部。

热解室64的内部由封闭式室壁66限定，室壁66最好用高强度、耐腐蚀和不粘的材料构成，例如不锈钢，它能经受其中产生的高温。封闭式室壁的内表面要求为非活性材料，例如不锈钢，特别是暴露于热解过程中所产生的碳氢化合物气体的部分。为了减少能量损耗和使安全及可容许环境条件增至最大，在整个室64的周围设置一层保温层67。保温层67可保护阻止自室壁66的辐射热损以及防止热量因对系统20的其他作业造成不必要的影响而从室64中损失。

在最佳实施例10的情况下，高温由图1所示的加热辅助系统28提供。最佳实施例10的加热辅助系统28包括一个或多个高效煤气喷嘴燃烧器74，其通过室壁66伸入室64。煤气喷嘴燃烧器74接受由下文将讨论的燃料供给系统76及空气供给系统78来的输入物。空气供给78接在风机/泵52的输出口。故而，输给煤气燃烧器74的一些气体物质是从真空室44中抽出的物质。风机/泵52始终为煤气燃烧器74提供充足数量和压力的燃料并且还使室64保持相对正压。风机/泵52提供足够的空气流量，在煤气燃烧器74中产生湍流燃烧图样。有助于避免炉室88中因不完全对流所造成的“冷点”。

除了热解输送管道62之外，室64还包含扩散材料输送管道80。MD输送管道80在PT管道62之上且与其平行，横穿室64。MD输送管道80在靠近热解输送管道62进入室64处，通过MD直管82与热解输送管道62连接。与PT管62的MW通孔72相似，MD输送管80也设有一系列MD通孔84。

分隔部分86由PT管62的两侧延伸到关连的室壁66，以便使室64的内部分隔提供有效密封，形成个别的垂直区。分隔部分86和PT管62将室64适合地分隔上、下存在的部分。由于加热辅助系统28使燃烧气体和剩余氧引入室64，故而重要的是使MW12与它们隔开，以便保持热解反应的完全性。位于PT管62和分隔部分86下面的那部分室64是有效地密封加热室或者炉室88。因为实际燃烧固定在炉室88中，并且因为气(与碳氢化合物气体相反)作为反应物存在，不像在反应区90，炉室88需要内部绝热。为此，除了PT管62和分隔部分86的下表面之外，炉室88的内部均设有保温衬里，例如陶瓷耐火砖等等。包括PT管62内部和分隔部分86以上的室的全部内部的室64部分构成进行热解反应的反应区90。

炉室88包括煤气燃烧器74的喷焰端并接受其可燃和不可燃的输出物。这将包含自风机/泵52来的可接受进入煤气燃烧器74的不可燃气体。调节煤气燃烧器74以使炉室88保持在高温之下，例如适用于用车辆轮胎屑的热解系统10其温度大约为500℃。

排气管92在煤气燃烧器74的相对一端的室壁66向外延伸。排气管适用于将炉室88中产生的废气带到其他地方。在图1所示中，排气管92直接与MD输入辅助组合系统26连接，在此可利用高温废气94来预热扩散材料14。在图3所示的另一个实例中，排气管92包括一个或多个回旋部分96，密封的排气管92通过室壁66并进入反间区90。这样，使废气94能够从反应区90的热能中吸取更多热量，当其到达MD输入辅助组合系统26时将扩散材料加热到更高温。

扩散材料14(以“MD”14表示)通过图1和4中所示的MD输入辅助系统26进入热解室辅助系统24，由此可见，MD输入辅助系统26在结构上和操作上与MW输入辅助系统22十分相似。

因此，MD输入辅助系统26包括输送扩散材料14的MD输入漏斗98，通常最佳实施例10中的炭黑则向下进入MD管道100。MD滑门102、第一MD平板门104、处于MD真空室108中的MD滤网过滤器106以及第二MD平板门110均在MD输入漏斗98下面的MD管道100中。与MW门机构48相似的MD门机构112控制各门的动作而且还提供包括MD真空管道114、MD控制阀116以及MD旁道118的抽真空系统。由图1可见，真空管道114还与风机/泵52连接，这样可通过MD滤网过滤器106抽MD真空室108的真空并且还把从反应区90经MD输入辅助系统26泄漏的挥发蒸气返回到风机/泵52中，再由湍动煤气燃烧器74进行燃烧。

MD管道100的底部与为使扩散材料14进入MD输送管道80的MD入口120交接。在MD输送管80中，MD螺旋推进加料器122由MD驱动马达124驱动。MD螺旋推进加料器122所成倾斜方向正好与废物输送螺旋推进器68的方向相反，以便使扩散材料14以与MW12通过PT管道62推进的方向相反的方向通过MD输送管道80推进。

MD14用于把热量直接传送给MW12。MD14用于预热废料以及通过把热量传送给PT管道62中的MW12及保温促进热解反应。另外，当选择诸如炭黑作扩散材料14时，可以起到与可碳化的废物12中的某些组分发生反应或者进行催化反应，导致物料充分热解和裂化并且使可利用输出物的收率更高。

由于扩散材料14在输送到使MD14落入在PT管62中靠废物输送螺旋加料器68推进的MW12中之前要求MD14业被加热到很高的温度且保持在该温度，故而MD输送管道80在反应室内延伸，以便使其及其输送物被预热。另外，排气管92中的热废气94也把热量带给扩散材料14，特别是当排气管92包括回旋管道96时，因为这使废气94在其输入到扩散材料14之前可以吸收更多热量，废气94和扩散材料14之间的接触界面在靠近MD入口120的输送管80端头上的热交换器126内。

热交换器126可以为一些可使废气94预热在MD输送管80中推动的MD14的任何结构。这可以简单地在MD输送管80周围形成一个室让废气94在其中通过，或者可以为较复杂回旋状的热交换器126。在最佳实施例10中，如图1和4所示，热交换器126的出口管为废气出口128，其中包括排气风扇130。启动排气风扇130可从炉室88中通过热交换器126连续地抽出废气94，以便在炉室88内保持良好的燃烧条件。另外也使扩散材料14得到连续预热。

扩散材料14经废气94和热交换器126部分预热之后，由MD螺旋推进加料器122连续地在MD输送管80中推进。这条输送管道的主要部分处在热解室64内和反应区90中。反应区90内的高温以及MW12的气体输出物16传热给MD14均将在其通过MD输送管80时进一步对MD14进行预热。通过通孔84使气体与MD14混合进行传热。MD通孔84还可使因MD14通过MD输送管80在其中产生的膨胀气体逸出。

在MD输入辅助系统26的另一侧的室64的端部，MD14由MD输送管80输入MD直管82。在此处，扩散材料14落入热解输送管62，在废物输送螺旋推进加料器68的推动下，它与业已处于PT管62中的废物12混合。扩散材料14与废物12的混合由于传热使热解过程的效率提高，并且在较小程度上是由于直接反应或者催化作用。还可以看出，从MD直管82起的流道观点上，PT管62的内容物将是废物12和扩散材料14的混合物，热解过程在整个PT管62的长度上连续进行。

输入的废物12的热解结果是产生气相输出物16、液相输出物18以及固相输出物20的反应产物。气相输出物16由图1中所示的气相输出辅助系统30输送，而液相输出物18和固相输出物20将通过PT管62传送并被输送到固体输出辅助系统34，液体输出辅助系统32由其分支。图1和4表明了液体输出辅助系统32和固体输出辅助系统34。

参照图1，可以看出，气相输出辅助系统30用于接受经室64顶部上的气体出口132被抽出的气相输出物16。气体出口132使室64与气体管道134连接。气体管道134向上延伸且离开室64。气体碳氢化合物不断地通过气体管道134进入冷凝器136。气体输出物16在冷凝器136中基本上都转变成气体碳氢化合物和各种液体。通常，冷凝器136可以使用油冷、水冷或者风冷凝技术。

输出物从冷凝器136经管道138被输入贮存罐140。液体组分从贮存罐140经液体管道142被抽出；再作处理。液体组分可为油状、液体碳氢化合物状或其他然后可用常规提炼的方法提炼液体。液体中主要为碳氢化合物。它们一旦被分成各种组分，则有广泛的用途。

保持气相的那部分气相输出物16在通过冷凝器136之后，从贮存罐140经过与气体泵146相连的气体管道144被去除。经气体管道144输送到气体泵146的气体主要为可燃性气体碳氢化合物，例如甲烷，它适合用作煤气喷嘴燃烧器74的燃料。因此，作为气体泵146的输出物就成为主要燃料的供给线76中的燃烧。

对于单靠由贮存罐140供应可燃性碳氢化合物气体给燃烧器74作燃料还不够的情况下，则辅助气体管148经由辅助气体阀150提供辅助天然气供给且控制外部能源如罐或者煤气管线。期待在整个操作过程中，因有足够的碳氢化合物燃料来保持燃烧器74工作而可以关闭辅助气体阀150，但是在开始工作以及当从贮存罐140流出的燃料不足以供给燃烧器74时的任何时刻，气体阀150将被打开。

还有可能是有时热解反应和能量利用技术很有效，以致于由气相输出辅助系统30产生的可燃性碳氢化合物气体比由湍流煤气燃烧器72有效燃烧掉的多。因此，设置多余气体放气阀151，以便排放和贮存多余产生的气体。

图4基本上表明了最佳液体输出辅助系统32和固体输出辅助系统34，其中可见，由废物输送螺旋加料器68输送到PT管62的输出物的物料，将经由下落管152输入向下延伸到输送管道154。下落直管152中的物料在大多数情况下将为液体输出物18和固体输出物20的混合物。当然，在大多数情况下，热转化热解反应器系统10的液体输出组分至少经PT管62将是相当少的，所存在的任何液体物质可能被收集在固体输出物20的物料中，以致于其不是单独组分。然而在某些情况下，重要的是收集液体输出物18，以便可以分别被收集。固体输出物20由螺旋输送器156经输送管154向上输送，而液体18向下流入输送管154的底部并经排放管158流入收集罐160。在输送管154中可以设有过滤圆盘162，以防止呈可流动的粉末固体输出物20阻塞排放管或者流入收集罐160。在收集罐160中收集的液相输出物18按需要，根据其性质要经进一步处理。

以废物残留物和扩散材料14的形式的固相输出物20将由输送马达164驱动的螺旋输送器156经输送管154向上输送。残留物由螺旋输送器156向上输送到输送管154顶部，由此再送入残留物直管166。残留物直管166的底部设在残留物滑门168上。残留物在滑门168打开之前均将处于滑门168之上。当滑门168打开之后，残留物经过收集直管170落入收集漏斗172。

在许多实施例中，需要对固体残留物进行进一步冷却。这可以在输送管154周围采用冷却夹套或者交换器来实现。风冷也可以作为降低残留物温度的一种方法，以利于其后处理。

对于本发明最佳实施例10来说，其优点之一在于扩散材料14可基本上自残留物中回收。实施的机构是这样的，当残留物自收集直管170进入收集漏斗172时，它将落入分离器174上。最佳的分离器174为一种细孔筛，其筛孔足以使细粒炭黑的扩散材料14通过进入收集漏斗172中的MD收集室176，而MD收集室176在分离筛174之下。图1和4中所示的最佳分离筛174呈一定斜度，以便使未通过分离筛174的较大直径残留物滑下到筛174的端部而进入残留物收集室178。

当然，上面讨论的分离系统先决条件是MD14为细粒状，例如，炭黑的粒度小于固体残留物的剩余部分。如果使用粒状MD14，则情况又反过来了，MD可能具有较大的粒度。在这种情况下，MD收集室176和残留物收集室178的设置也将互换。

正如本领域技术人员所知道的那样；为了达到所要求的结果，还可以以上述具体结构的各种改型和变形代替最佳实施例。例如，上述的直管、门以及管道的具体结构可以作很大的改型而仍保持其基本功能特性和提供比现有技术为好的效果。无疑，尺寸和材料也可以更改，具体应取决于采用热转化热解反应器系统10的具体目的。

本方法中一个很重要的部分是选择扩散材料14。如上所述，最佳的MD14为一种细粒结晶状碳质材料——炭黑。其他的扩散材料可能是合适的，但它们必须从具有高导热性和耐蚀性良好的材料中选择。潜在的替换MD14是一种耐蚀金属，例如不锈钢颗粒。其他的一些金属材料如锡、铅及其合金并不适于用作MD14，因其熔点低。另一些为热良导体的材料如银和铜很适用，但是可能有不良的副用作，因为这些金属和所包含的碳氢化合物产物之间存在着反应。陶瓷扩散材料例如氮化铝、碳化硅等等具有耐蚀性，可以用作扩散材料14。然而，陶瓷材料易碎，不容易回收，故而其并非优选材料。

可以用作传热的扩散材料14的另一组材料为耐蚀的钨化合物类材料。这些材料包括钨化合物和二氧化钨、三氧化钨和碳化钨。钨化合物的可能缺点是它们太重并且要求处理结构的材料较强。采用钨化合物与较轻的材料的混合物如不锈钢可稍微降低一些这种要求。

扩散材料如炭黑的一个优点在于石墨结构可提供润滑及传热作用。这种作用使材料流经反应器达到最佳状态，防止了诸如粘附的问题。随着输送螺旋推进加料器68提供的旋转运动，它还起清理和润滑作用，使因要清理而停止生产的必要性降至最小。润滑和传热的综合作用使本方法的效率达到最高。另外，有些扩散材料14可以不时地加入MW输入漏斗36中，以帮助清理废物管道38和有关的结构。

反应器及有关机构的尺寸和材料应按照任何组合要合适和可按经验调整扩散材料14和废物12的比率来选择，以达到预期的目的。

本领域的技术人员将容易认识到，在不脱离本发明的精神和范围之下，可以对具体的结构、尺寸、材料以及组件作出许多其他改型和变换。因此，以上的揭示并不认为仅限于此，而附上的权利要求被理解为包括本发明整体范围。

本发明的热转化热解反应器系统10适用于要求将可碳化材料转变成各种工业和市政可使用的副产品。系统10特别适用于废物，例如车辆轮胎碎片、塑料瓶及医院废弃物。假定起始物料通过热解可产生大量碳氢化合物气体，则系统10在起动之后可以做到动力自给。

当需要采用本发明时，在输入任何物料之前，先要点燃煤气喷嘴燃烧器74预热炉室88达到要求的温度。对待热解的废物12为轮胎碎片来说，工作温度将在400℃到760℃范围内。不过在材料的容许温度范围内采用较高温可用于各种目的。炉室88中的加热温度一般要求比MW12的汽化温度高得多，以保持良好的工作效率。

室一旦被预热，则可开始将扩散材料14输入扩散材料输入系统26。这一步的完成要使经预热的扩散材料14在第一批废物12到达反应器室64的时候就已经在适当的位置。MD14首先由热交换器126中废气预热，然后，当MD14通过MD输送管80时再由反应器室90中的热量预热。

置于输入漏斗36中的废物12经门系统(上已叙述)送入反应器入口60。当进入时，为了去除氧，MW12中的多余气体将被基本上排除，具体地说，是采用施加于真空室44的真空抽力去除。虽然，期望MW12基本上呈固体状，但也有可能存在液体组分，所有这些均将通过重力以及门操作机构48的动作输送到热解输送管62。

废物料输送螺旋推进加料器68的动作将把废物12向前经PT管62送到直接处于扩散材料直管82之下的地方，在这时经预热的扩散材料14将置于其上并通过螺旋加料器68的运动而相互混合。MD14将作为传热介质和作为润滑剂，同时，在较小程度上作为反应催化剂。扩散材料14的传热特性能较快地加热MW12，以致于加快热传递过程成为可能。这意味着螺旋加料器马达70可以以适合的速度运转，以便在最短时间内使热解室辅助系统24中的热解完成。在炉室温度大约为750℃(1382°F)以及不锈钢和氮化铝粒的MD14的情况下，为了热解一般的轮胎碎片，其在热解反应器辅助系统24中停留时间大约需25分钟。

在热解反应中，MW12将在无氧的反应下形成碳氢化合物气体及其他气相输出物16和残留的固相输出物20。当选择的MW12为轮胎碎片时，仅产生极少量的液相输出物18。气相输出物16将从PT管经在其上表面上的通孔72逸出。这些气体然后通过反应室90，一部分有助于预热的扩散材料14和MD输送管80，最后将通过气体出口132从室64中排出。如上所述，气相输出物16将由气体输出辅助系统30处理，其一部分为可燃性碳氢化合物气体，之后返输到加热辅助系统28，为湍流煤气喷嘴燃烧器74提供燃料。热转化热解反应器系统10以这种方式基本上可做到能量自给并且在没有补加燃料的情况，可以连续进行工作。

固相输出物20主要为扩散材料14、由可碳化的废物热解所产生的增加的碳，以及轮胎中不可碳化的物质如残留的钢丝和玻璃纤维或者其他合成绳索，它均将通过PT管62被输送到落料直管152，由此落入输送管154。任何液相输出物18将通过过滤圆盘162并向下到收集罐160。残留固体则由螺旋输送器156向上通过斜置输送管154输送到残留物直管166。

当残留物直管166中收集到一定数量的物质时，则打开残留物滑门168，使物料经收集直管170聚积在分离器174的顶部。置于收集漏斗172中的分离筛174上的物质则通过震动使扩散材料14通过筛进入MD收集室176，筛上残留物则被输送到残留物收集室178，在MD收集室中收集的扩散材料14可以输入到MD漏斗98中再利用。

系统10的输出废气从炉室88中出来的为废气94，它经过废气排管128过向大气；而气相输出物16由冷凝器136转变成的冷凝物为液相碳氢化合物；收集在收集罐160中为液相输出物18；留在残留物收集室178的为固体残留物20。已知MW12的参数，则可期待每种最终产物均较易处理且可使用，这和输入到热解反应器系统10的废物料大不相同。

虽然以上叙述的是用于车辆轮胎碎片，但本发明的热解装置和方法还可用于其他可碳化的物质，例如木屑、地毯、塑料、泥状沉积物等等。对于一般废物，优先采用预吸附，以去除抗反应或者可使装置阻塞的物质。这些物质包括玻璃、铝罐等等。一般的目标是仅可能有效和充分地使供入物料汽化。

当输入MW12为医院废弃物或者其他可能含有不稳定或危险的化合物质时，用炭黑作为扩散材料14则特别需要。在热转化热解过程中，利用炭黑与供入物料反应，结合成稳定化合物以及破坏许多危险的化学物质，否则它们在通常的热解反应中可能蒸化和污染气相输出辅助系统30。在这些情况下，主要的目标是在不产生不良副产物之下有效而充分地回收所需的碳氢化合物蒸气。

由于本发明的热转化热解反应器系统10的许多效果和优点，故而可期望会引起许多潜在使用者的兴趣。工作效率高、清理时间降至最少，基本能量自给以及扩散材料14的可回收性等优点使本结构更具吸引力。因此，预计本发明的热转化热解反应器系统10将具有工业实用性和具有广泛持久的商业使用价值。

Claims (20)

1.一种用于热解可碳化的废物(MW)的热解反应器系统，其特征在于所说的系统包括：

包含一封闭反应器室的反应器室辅助系统；

用于将可碳化的废物输入到所说的反应器室辅助系统的MW输入辅助系统；

用于将扩散材料(MD)输入到所说的反应器室辅助系统的MD输入辅助系统；

使所说的反应器室辅助系统保持在足以使可碳化的废物热解的加热装置；

用于接纳和处理从所说的反应器室辅助系统来的热解反应气相产物的气相输出辅助系统；以及

用于将自所说的有关的输入辅助系统来的MW和MD经过所说的反应器室辅助系统以及经过位于其一端的非气相输出辅助系统输送的输送装置；

其中，使MD升至高温并与在接近MW进入所说的反应器室辅助系统处的MW混合，以便MD把热量传递给MW，当MW和MD一起通过所说的反应器室辅助系统时，强化其上的热解过程。

2.根据权利要求1所述的热解反应器系统，其特征在于用于输送MW和MD的所说的输送装置包括：

一般在所说的反应器室水平延伸输送MW的热解输送管，其靠近所说的MW输入辅助系统有一输入端，而靠近非气相输出辅助系统有一输出端；

一般在所说的反应器室中水平延伸输送MD的MD输送管，MD输送管置于热解输送管之上，其靠近所说的MD输入辅助系统有一输入端和一终端；

MD直管置于MD输送管的终端和靠近热解输送管的输入端之间；

MD螺旋推进加料器在MD输送管中延伸与MD螺旋加料器马达连接而使MD螺旋推进加料器旋转，将MD通过MD输送管送到终端并在重力下MD通过直管输入热解输送管；以及

MW螺旋推进加料器在热解输送管中延伸与MW螺旋加料器马达连接而使MW螺旋推进加料器旋转，使由MD直管进入热解输送管的MD与由所说的MW输入辅助系统接纳的MW混合，使MW和混合的MD从输入端送到输出端。

3.根据权利要求2所述的热解反应器系统，其特征在于热解输送管在其上表面设有通孔，使气相输出物从热解反应中逸出。

4.根据权利要求2所述的热解反应器系统，其特征在于分隔装置从热解输送管延伸到所说的反应器室的壁，把所说的反应器室分隔成处于下面的炉室和处于上面的反应室，热解输送管内部有部分为反应室。

5.根据权利要求4所述的热解反应器系统，其特征在于MD输送管处于反应室之中且设有向上开设的通孔，使反应室中的气体与经MD管输送的MD接触并将热量传给MD。

6.根据权利要求2所述的热解反应器系统，其特征在于从炉室排出的废气被输送到与所说的MD输入辅助系统连接的热交换器，把热量传递给MD。

7.根据权利要求1所述的热解反应器系统，其特征在于所说的MW输入辅助系统和所说的MD输入辅助系统均包括除气装置，以使MD和MW在输入所说的反应器室之前基本上除去氧和挥发性气体。

8.根据权利要求1所述的热解反应器系统，其特征在于所说的气相输出辅助系统包括将回收的可燃性气体输送到所说的加热装置的装置。

9.一种用于热解可碳化的废物(“MW”)的热转化热解反应器系统，其特征在于所说的系统包括：

热解室，其内部被加热到使M热解的温度(“T”)。

将M输入并通过所说的热解室的M输送装置；

将传热的扩散材料(“MD”)输送到所说的室的内部的MD输送装置，其使MD与MW混合在一起且输送通过所说的热解室；

在输送到及与MW混合之前，将MD加热到接近T的温度；以及

接纳和处理热解过程的反应产物及所说的热解室的未反应输出物。

10.根据权利要求9所述的热转化热解反应器系统，其特征在于所说的MD输送装置和所说的预热装置包括基本上在所说的热解室内部延伸的MD输送管，以便于在其被输送的MD在与MW混合之前吸收所说的热解室内部的热量。

11.根据权利要求9所述的热转化热解反应器系统，其特征在于所说的热解室分成炉室和反应室，其中炉室由湍流燃烧器提供燃烧热均匀地加热炉室内部，而MW和MD在热解反应过程中均处于反应室中；以及

所说的预热装置包括将炉室中所产生的废气输送去预热MD。

12.根据权利要求11所述的热转化热解反应器系统，其特征在于所说的输出物处理装置包括回收可用于湍流燃烧器的可燃性气体反应产物的装置。

13.根据权利要求11所述的热转化热解反应器系统，其特征在于所说的MW装置和所说的MD装置分别包括除气装置，以使MD和MW在输入所说的热解室之前基本上除去气体，由除气装置除去的气体再输送到湍流燃烧器。

14.根据权利要求9所述的热转化热解反应器系统，其特征在于所说的输出物处理装置包括使MD与其他反应产物分开的装置，以便MD可以回收再使用。

15.根据权利要求9所述的热转化热解反应器系统，其特征在于所说的热解室的内部相对于环境保持在正压，以便使含氧气体的进一步减至最少。

16.一种用于热解可碳化的废物(“MW”)的热转化热解反应器系统中，其包括加热反应器室、MW输入装置、通过反应器室输送M的装置以及处理产物、副产物及流动型热解反应法的残留物的输出物处理装置，其特征在于，为与MW混合提供预热扩散材料(“MD”)，与MW混合并与MD一起在室中输送，使热量从MD传递给MW，由此强化热解反应并使所耗反应时间减少到可接受的程度。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于热解反应器系统通过回收将输出物处理装置中的可燃反应产物输给燃烧器，用于把加热反应器室温度提高，达到能量自给。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于MD在与MW混合之前，通过主要在加热室中停留的时间内进行预热。

19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于反应室内部通过MW和MD在进入反应室之前所进行的除气处理基本上保持无氧并维持在相对正压。

20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于MD选用炭黑。

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