CN107109260B - 用于转化各种来源的工业废物为能量的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于处理含烃废物的设备、系统和方法。该系统和方法包括气化设备的使用，该气化设备包括旋转窑反应器和气体分配器。配置旋转窑反应器和气体分配器，以在气化设备内产生多个反应环境。每个反应环境具有唯一的温度反应条件，以适合与各种来源的含烃废物处理相关的各种物理和化学性质。

Description

用于转化各种来源的工业废物为能量的设备、系统和方法

相关申请数据的交叉参考

这个申请要求美国临时专利申请序列号62/040,943的优先权，其在此处以其整体通过参考文献并入。

技术领域

本申请通常地涉及废物和废液的处理，并且更特别地涉及转化各种来源的工业废物为能量。

背景技术

目前，制造工艺产生了对环境有害的废物。这些废物以固体、液体和气体形式显现，屡次发现它们深埋地下的方式污染了地下水源。也发现了变废物为废液，最终汇入河流的方式，因此污染了河流。如果/当这些废物被发送到填埋场，它们倾向于分解为最有效的温室气体，诸如甲烷。

有时候已经焚化废物，试图减少制造工艺所产生的废物的量。废物的焚化已经被用于从废物回收能量。然而，焚化工艺具有各种缺点。例如，这些废物的焚化导致更多有毒气体，诸如二氧(杂)芑和呋喃排放到空气中。而且，焚化完全地从废物排除了作为能量源的气体燃料的产生，因为在焚化期间，没有一种废物的烃以可燃形式存在。

也已经使用通过气化的能量回收。然而，因为工业和制造加产生了各种来源的废物，它们中的许多在物理和化学性质方面并不相似，它对很好地建立气化的方法，诸如流化床气化、移动床气化和载流床气化已经造成了相当大的挑战。为了有效地工作，这些方法中每种方法都要求严格遵守被处理废物的物理和化学性质。这是个问题，因为工业和制造工艺常常在制造的不同阶段产生废物，涉及这些废物的物理和化学性质是不均匀的。

发明内容

本公开通常地提供了一种用于处理各种来源的含烃废物的改进的气化设备、系统和方法。这产生了处理从制造工艺的各个阶段产生的含烃材料的单个设备、系统或方法，由此增加了环境服务员职位。

该系统和方法包括气化设备的使用，该气化设备包括旋转窑反应器和气体分配器。配置旋转窑反应器和气体分配器以在气化设备内产生多个反应环境。每个反应环境具有处理含烃废物的各种成分的唯一的温度和压力条件。

气化是一种过程，通过该过程含烃材料/废物转化为可燃气体混合物，包含一氧化碳、氢、甲烷、水蒸气和二氧化碳。这种可燃气体混合物有给工业和制造加工提供直接能源的潜力，或者它可以用作燃料，用于产生蒸汽和或电力，用于制造加工。根据本公开，可燃气体混合物转化为能量使用了如这里所描述的改进的气化方法，这是按照完全利用制造和工业过程所产生的所有含烃废物处理的。这产生了更少的环境污染以及制造工业的相当大的节约。

在考虑示例实施本公开的最好实施方式的下面详细描述时，本公开的附加特征将变得对本领域技术人员显而易见。

附图说明

附图的图中示例了装置、系统和方法的实施方式，该实施方式意指示例性和非限制性的，其中类似的附图标记旨在指类似或相应的部件，并且其中：

图1是根据本公开用于处理含烃废物的设备/气化器的侧面截面图。

图2A是根据本公开的设备/气化器的气体分配器的立体图。

图2B是根据本公开的设备/气化器的气体分配器的端部视图。

图3A到图3D是描绘根据本公开的设备/气化器的旋转窑反应器的变化旋转速度的效果的该设备/气化器的端部截面图。

图4是根据本公开的系统方框流程图，示例了用于处理含烃废物的系统构件。

图5是工艺流程图，示例了根据本公开的用于处理含烃废物的方法。

图6是系统方框图，示例了本公开转化工业废物为气体燃料的示例性用途。

图7是本发明转化另一种类型工业废物为气体燃料的用途示例。以及

图8还是转化另一种类型工业废物为气体燃料的本发明的示例。

具体实施方式

这里阐述的本公开方面的详细描述参考了附图，该附图通过示例表示各种实施方式。尽管以使本领域技术人员能够实施本公开的足够详细的方式描述了这些各种实施方式，应该理解可以实现其它的实施方式，并且可以进行逻辑和机械的改变，并不背离本公开的精神和范围。因此，这里仅仅为了示例和非限制的目的呈现了详细的描述。例如，可以通过任何顺序执行在任何方法或过程描述中所述的步骤，并且该步骤不限于所呈现的顺序。而且，参考单个实施方式可以包括多个实施方式，并且参考一个以上构件可以包括单个实施方式。

本公开通常地涉及用于处理含烃废物的改进的气化设备、系统以及方法。该系统和方法包括气化设备的用途，该气化设备包括旋转窑反应器和气体分配器。配置旋转窑反应器和气体分配器，以在气化设备内产生多个反应环境。每个反应环境具有处理含烃废物的各种成分的唯一的温度和压力条件。这是有利的，因为它能够实现具有广泛不同的物理和化学性质的各种来源的含烃废物的处理。

参考图1，描述了用于进行物理和化学气固反应的设备(即，气化器)100。该设备100包括旋转窑反应器102，其提供在设备100中的第一级气固反应。设计旋转窑反应器102，以产生烃和含烃废物与气体的最佳气固相互作用。同样地，旋转窑反应器102可以包括用于将烃固体和液体引入到旋转窑反应器102的装置104(诸如输送机或螺旋进料器)，使用气体分配器108，用于将气体引入到旋转窑反应器102的进气道106，用于将水引入到旋转窑反应器102的装置110，用于从旋转窑反应器102移除固体的装置112，以及用于从旋转窑反应器102移除气体的装置114。以与进来的废物中存在的不可燃烧部分的存在相称的速率，从设备100移除固体/灰烬。旋转窑反应器102的内表面可以衬有耐火材料116，使得旋转窑反应器102可以在直到约2200℉的温度下运转。

气体分配器108(图2A和2B中提供了放大图)可以分成四个或多个区域。气体分配器108具有的区域的数量可以取决于设备100和/或旋转窑反应器102的长度。根据非限制性示例性实施例，气体分配器108可以具有尽可能少的2个区域以及尽可能多的8个区域。然而，本领域技术人员应该意识到具有其它数量的区域的气体分配器不背离本公开的范围。在实施例中，气体分配器108的每个分别的区域接收来自于单一进气道106的气体。然而，本领域技术人员应该意识到每个区域可以从一个以上进气道106接收气体。每个区域可以从一个或一个以上进气道106接收唯一的气体组分和量，其不同于气体分配器108的其它区域所接收的气体组分。

气体分配器108可以是管状结构，其具有圆形或几乎圆形的截面(如图2B中所示)。而且，气体分配器108可以是固体结构，其由旋转窑反应器102支撑，或者其最近端202由旋转窑反应器102支撑。可以在固定罩使用的整个过程中出现旋转窑反应器102的支撑。气体分配器108的每个区域包括出气道端口204，通过该出气道端口，将来自于进气道106的气体引入到设备100中。气体分配器108的每个区域可以包含相等数量的气体端口，或者每个区域可以包含不同于其它区域的气体端口数量的唯一数量的气体端口。每个区域的气体端口的数量可以取决于在那个区域将要被引入的最大的气体量和可用气体所在的压力。气体端口位于气体分配器的管状部分206圆周约180度的长度。

可移动外罩210固定于气体分配器108的管状部分206。如所示，可移动外罩208是半球形结构，其覆盖管状部分206圆周约180度。同样地，外罩208能够覆盖所有或基本上所有出气道端口204，尽管是在单一方向上。然而，本领域技术人员应该意识到外罩208覆盖管状部分20 6的多于或少于180度，基本上少于所有出气道端口204，以及具有允许它匹配管状部分206的任何形状，不背离本公开的范围。配置可移动的外罩208，以围绕管状部分206旋转，以在期望的范围内引导气流通过出气道端口204。例如，可以移动可移动外罩208以当期望更小压力时，覆盖更少的出气道端口204，以及期望更大压力时，覆盖更多的出气道端口204。可以选择气体分配器108和外罩管道208的组分，以经受住直到约2200℉的温度。

例如，使用固体输送机，诸如螺旋进料机，可以将含烃废物输送给旋转窑反应器102。螺旋进料机104使用旋转的螺旋桨叶将含烃废物移动到旋转窑反应器102中。

经由进水口110，可以将水引入到旋转窑反应器102。水可以占干重计的各种来源的含烃废物的约25％到约30％重量的比率被引入。而且，含烃废物可以是气态、固态和/或液态。引入到气体分配器108的气体可以是含氧和/或不含氧的。通过沿着旋转窑反应器102的壁，允许气体接触含烃废物的方式，以沿着旋转窑反应器102的长度，以变化的量和组分，可以将气体输送到旋转窑反应器102中。

通过改变旋转窑反应器102内进气道106的长度，可以获得沿着旋转窑反应器102长度的气体分配。在实施例中，如图1中所示，每个进气道106可以具有不同于其它进气道106长度的长度。然而，本领域技术人员应该意识到具有相同或基本上相同长度的两个或多个进气道106不背离本公开的精神和范围。

固体和液体含烃废物与气体的接触可以引起物理相互作用和化学反应，这些改造从所述废物产生的气体燃料的化学组分。而且，固体和液体含烃废物与气体的接触也可以引起将固体转换为气态的热化学转换。这些相互作用和转换产生了气体燃料。尽管本公开的设备100被配置为进行上述确定的相互作用和转换，但是该设备也可以被配置为干燥含烃废物以及除去含烃废物的易挥发性物质，以除去和毁坏有机材料，包括土壤中有机试剂的污染，并且以从生物量产生生物炭，不需要设备100的实际改变。可以配置设备100以每次进行仅仅一部分上述确定的操作，在这种情况下，进行不同操作的配置之间的转换可以是自动的和瞬时的。

设备100独立于含烃废物的类型运转，由此能够使具有不同组分和物理性质的含烃废物被设备100处理，而不需要以任何材料方式改变设备100。设备100也可以独立于其中所引入的含烃废物的尺寸运转，由此允许设备100处理变化尺寸的含烃废物，而不需要以任何材料方式改变设备100。例如，设备100可以处理范围从约0.1英寸到约6英寸，并且优选地从约0.1英寸到约2英寸的含烃废物。在实施例中，可以配置设备100以允许气体通过设备100，该设备100的重量比被引入到旋转窑反应器102中并且由其处理的含烃废物的重量要大约40倍。在另一个实施例中，可以配置设备100以允许气体设备100，该设备100的重量比被引入到旋转窑反应器102中并且由其处理的含烃废物的重量要大约20倍。设备100可以在包括约100℉到约3000℉，并且优选地从约100℉到约2200℉的温度范围进行处理操作。设备100也可以在包括设备100内的压力是约负1英寸水柱到约100英寸水柱的压力范围进行处理操作。

参考图3A到3D，描述了旋转窑反应器102内的运转条件。尽管旋转窑反应器102示例性地示意为逆时针旋转的，但是旋转窑反应器102不限于仅仅逆时针旋转。一旦含烃废物302经由(例如，上面参考图1所述的)进口装置104被引入到旋转窑反应器102中，由旋转窑反应器102旋转引起的惯性力致使含烃废物302内固体受重力作用移向旋转窑反应器102的外壁304。旋转窑反应器102可以在含烃废物302引入之前旋转，或者直到含烃废物302引入到其中之后才开始旋转。沿着旋转窑反应器102外壁304表面积的含烃废物302表面积覆盖的量取决于旋转窑反应器102的转速。在固体方式中(图3A中示例的)，含烃废物302的固体停留在旋转窑反应器102的底部。随着旋转窑反应器102的转速的增加(图3B示例了低转速，图3C示例了中转速，以及图3D示例了高转速)，含烃废物302的固体变得更多地沿着外壁304分配，由此覆盖外壁304的更大表面积。可以改变气体分配器108和外罩管道208的相对位置，以调整或改变出气道端口204相对于旋转窑反应器102内部的轨迹(例如，在图3、4到3D内通过气体分配器108和外罩管道208的比较证明的)。可以配置气体分配器108和外罩管道208，以引导从出气道端口204分散的气体与含烃废物302之间的最大量接触。

如这里提到的，可以在设备100内，即，在旋转窑反应器102内干燥湿的含烃废物。当湿的含烃废物在旋转窑反应器102中时，热气经由出气道端口204进入到旋转窑反应器102中。热气可以具有约300℉到约1000℉的温度。在引入到旋转窑反应器102中之前，湿的含烃废物可以是在室温。当热气均匀地分布在气体分配器108的四个区域内时，获得湿的含烃废物的优选的干燥。在湿的含烃废物与热气之间接触期间，热从气体转移到含烃废物(例如，固体)，导致含烃废物加热到约150℉到约250℉的范围，在此时，含烃废物(例如，固体)中的水分蒸发，并且转化为蒸汽。蒸汽与其它热气从旋转窑反应器102排出，并且被引导到(下面详细描述的)旋风分离器400。

在湿的含烃废物的干燥期间所涉及的总反应或示意性反应如下：

含烃材料+水+热气→含烃材料+蒸汽+冷却的气体

干燥的含烃废物经由用于从旋转窑反应器102移除固体的装置112，作为灰烬从旋转窑反应器102排出。

设备100通过加热烃固体到约800℉到约1000℉范围的温度，可以进行含烃废物的热解，在此时汽化含烃废物中存在的挥发性物质。挥发性物质主要包括大分子烃、小分子烃、包括一氧化碳和氢的可燃气体、包括二氧化碳、氮和水的不可燃气体。在利用设备100用于含烃废物的热解中，将含烃废物进入到旋转窑反应器102中，在这里它们与通过气体分配器108引入到旋转窑反应器102中的热气接触。

在含烃废物的热解期间所涉及的总反应或示意性反应如下：

含烃废物+热气→烃+CO+H₂+CO₂+H₂O

烃→液态烃+气态烃

使用下面的方法学也可以发生含烃废物的汽化。部分地燃烧含烃废物，以产生足够的热，升高含烃废物的温度到约800℉到约1000℉。在引入含烃废物之前，加热旋转窑反应器102到含烃废物的引燃温度以上的温度。将用于引燃含烃废物的含氧气体通过气体分配器108引入到旋转窑反应器102中。将室温的含烃废物引入到预热的旋转窑反应器102中。在将含氧气体引入到旋转窑反应器102之前，期间或之后，可以发生将室温的含烃废物引入到旋转窑反应器102中。当含氧气体均匀地分布在气体分配器108的整个四个区域上时，获得了使用这种方法的含烃废物热解的有益结果。在旋转窑反应器102中固体含烃废物与含氧气体接触期间，部分地燃烧含烃废物。燃烧的热导致含烃废物的温度升高到约800℉到约1000℉，在此时含烃废物中包含的挥发性物质蒸发成气相。在该热解方法学中所涉及的总反应或示意性反应如下：

含烃废物+空气→烃+CO+H₂+CO₂+H₂O+N₂

烃→液态烃+气态烃

根据上述方法学，从旋转窑反应器102排出的固体残留物包含含烃废物的有机成分以及含烃废物中存在的固定碳。该固体残留物具有清洁燃烧性质，并且由此认为其是高级固体燃料。当该热解方法学期间使用的含烃废物是生物量时，从旋转窑反应器102排出的固体残留物构成了生物炭。

当设备100的意欲用途是进行含烃废物的气化，以产生实际使用的清洁气体燃料时，在升高的温度，含烃废物与含氧气体(即，空气)和水(即，蒸汽)反应，以转化含烃材料为可燃和不可燃气体的混合物。燃料气体混合物可以包括一氧化碳、氢、甲烷、乙烷、二氧化碳、水蒸气和氮。此外，燃料气体混合物可以具有在约80到约320BTU/每立方英尺的范围的热量值，与所处理/气化的各种来源的含烃废物的组分无关。在这种情况下，将室温含烃废物引入到窑反应器102中，该反应器被预热到含烃废物的引燃温度以上的温度。含氧气体用于引燃含烃废物以及通过气体分配器108被引入到旋转窑反应器102中。对于有益地发生的气化，含烃废物可以具有约20％到约50％的水含量。如果含烃废物在引入到旋转窑反应器102中之前不含有足够的水含量，那么就将水引入到旋转窑反应器102中的含烃废物。可替代地，代替水，可以将蒸汽引入到旋转窑反应器102中的含烃废物。

一旦进入预热的旋转窑反应器102，立即从含烃废物汽化小量的挥发性物质。由于预加热旋转窑反应器102到挥发性物质燃烧的闪燃点，当接触空气或一些其它含氧气体时，瞬时地引燃挥发性物质。对于目前的气化方法学，沿着旋转窑反应器102的长度所引入的含氧气体的量远低于含烃废物完全燃烧所需的量。含氧气体的量可以是含烃废物完全燃烧所需量的以百分体积计的约30％到约70％的范围。含烃废物的化学组分、其中含有的水分的量以及气化反应意欲的温度规定了含氧气体的量。

在气化期间，沿着旋转窑反应器102的长度产生四个不同的气固反应区域，并且每个区域中相应的温度由含烃废物汽化的挥发性物质的部分燃烧以及水蒸气和含烃废物之间的气化反应而引起。四个区域由控制允许进入旋转窑反应器102的总的含氧气体的部分所产生。

由工业和制造过程产生的废物在它们的物理和化学性质方面显著地变化。为了能够分开地或联合地处理这些废物中每种废物，应该提供在旋转窑反应器102内的适合的反应条件，以符合废物的要求。含烃废物的物理性质通常地涉及尺寸、密度和它们的水分含量。物理性质要求分配给废物在旋转窑反应器102内一定的停留时间，以使废物与旋转窑反应器102边界内气体反应物充分地反应。本公开增加旋转窑反应器102区域内局部温度的能力加速旋转窑反应器102内的反应。通过这种方式，本公开的设备100能够容纳所接收含烃废物的物理性质的变化。

相反，含烃废物的化学性质由它们的元素成分和它们的挥发性表征，通过废物内含有的挥发性碳含量和固定碳的量确定它们的元素成分和它们的挥发性。元素成分确定含氧气体量以及充分地气化废物所需水的量。挥发性要求其中引入反应气体用于废物的有效气化。例如，塑料废物和炭的混合物包括几乎50％挥发性碳和50％固定碳，而纺织废物主要地包括挥发性碳。对于塑料盒和炭混合物的气化，沿着旋转窑反应器102的长度，含氧气体的逐渐引入是有效的气化方式。反应物气体的逐渐引入的原因是挥发性碳具有与反应气体瞬时反应的趋势，而固定碳要求与反应物气体更长的接触时间以发生气化反应。本公开的旋转窑反应器102具有通过区域的气体分配器108，沿着旋转窑反应器102的长度，根据废物的要求引入反应物气体的能力。对于纺织废物，气化的有效方式包括在接近将废物引入到旋转窑反应器102中地方的区域中，大部分需要的含氧气体和水的引入。因此，在这种情况下，所有的含氧气体可以进入气体分配器108的第一区域中。

下面的段落描述了使用包含几乎等份的挥发性碳和固定碳的含烃废物，本公开用于气化的示例性应用。如下仅仅是示例性应用，它不意指限制性的。本领域技术人员应该意识到本公开提供了在旋转窑反应器102的边界内无穷数量的反应条件，以包括用于各种来源含烃废物的有效气化所需的所有类型的气体/固体反应。

在下面的实施例中，在第一区域中处理包含约等份挥发性碳和固定碳的废物，该第一区域可以是最接近含烃材料进入到旋转窑反应器102中，维持温度在约800℉以下，因此含烃材料中包含的水分首先释出，接着是挥发性物质的部分蒸发。在第一区域中，引入约10％到约25％的含氧气体。在第一区域中，下面的反应代表气体和固体含烃废物之间的相互作用。

含烃材料+热气→挥发性物质+蒸汽

挥发性物质+空气→CO₂+CO+H₂+H₂O+烃

在第二区域中，引入另外的约10％到约25％的含氧气体，以进一步燃烧挥发性物质，其继续汽化。在第二区域中，允许温度升高到约1000℉到约1200℉。第二区域配置的目的是从含烃材料完全地汽化挥发性物质。

在第三区域中，将另外的约25％到约40％的含氧气体引入并且导向含烃材料，其现在应该没有挥发性物质，但是包含含烃废物的固定碳和有机成分。第三区域的配置允许固定碳的充分燃烧。在第三区域中，允许温度升高到约1800℉到约2000℉的范围，以加速固定碳的燃烧。在旋转窑反应器102内第三区域处存在的重烃和可燃气体也部分地与含氧气体燃烧。在旋转窑反应器102内第三区域处的气体中存在的水蒸汽也与固定碳以及与汽化的挥发性物质中存在的重烃分子反应，因此导致这些分子分解为更小的烃分子和可燃气体，主要包括一氧化碳和氢。在第三区域中，主要反应如下：

C+O₂→CO₂

CO+H₂+O₂+重烃→CO₂+H₂O+CH₄+C₂H₆+CO+H₂

在第四区域和随后的区域(如果有)，关于那里的温度和引入的含氧气体的量维持与第三区域中条件相似的条件。

例如，如果用含有几乎所有挥发性碳的废物替代含烃废物，100％含氧气体将会进入到气体分配器108的第一区域中，并且所有的气化反应将在第一区域内发生。

不是设备100的所有构件对所有处理功能都是必要的，并且因此取决于设备100所进行的处理功能，只可以使用设备100有关的构件。可以简单地绕过在特定处理功能期间不使用的设备100的空闲构件，由此不会以任何方式影响特定处理功能的效率。

参考图4，描述了用于处理含烃废物的系统400。使用输送机装置(例如，螺旋进料机)404，将含烃废物从储料器402(例如，漏斗)引导至气化器(诸如，设备100)。使用这里所述的功能性，通过气化器/设备100可以处理含烃废物。

引入到气化器/设备100中的气体，通过引入的气体与含烃废物的反应产生的气体，以及在气化器/设备100中产生的、但是没有被气化器/设备100另外地处理的反应灰烬被引向旋风分离器406。此外，固体/灰烬以与含烃废物中存在的不可燃部分的存在相称的速率进入旋风分离器。这些气体和灰烬可以具有约1800℉的温度。在旋风分离器406，至少一部分接收到的灰烬与气体分离开，并且从系统消除灰烬。在旋风分离器406中保留的气体，在利用它们作为能源之前，可以通过两种方法冷却它们。通过在淬火器中直接接触水发生一种冷却方法。用于冷却气体的可替代的方法是通过在废热交换器(“交换器()414中使用接触气体与水的间接装置。

一旦气体退出淬火器408或者一旦退出WHE414，在通过，例如燃烧器412利用它之前，进一步纯化气体，以使用旋风分离器410或过滤器416移除另外的灰烬。例如，缓冲罐418包括在系统400中以缓解从含烃废物气化生产燃料气体中的波动，该波动因为气体的物理和化学性质的变化。

例如，一旦气体进入淬火器408，气体可以具有约1800℉的温度，并且一旦气体退出淬火器408，气体可以具有约350℉的温度。在淬火器408和燃烧器412之间，以及在WHE414和燃烧器412之间转移期间，气体可以具有基本上恒定的温度。例如，恒定的温度可以是约350℉。

当气体进入WHE414时，气体可以是约1800℉，并且当气体离开WHE414时，气体可以是约350℉。可以将石灰引入到过滤器416中，以移除其中污染物。

现在应该注意到图5，其示例了根据本公开用于处理含烃废物的方法500。在方框502，含烃废物与含氧气体和水在至少三个不同反应环境下反应。这可以使用设备/气化器100进行。含烃废物可以具有约20％到约50％的水含量。下面描述在所有或几乎所有反应环境中使用的含氧气体。总体反应可以涉及气化含烃废物。第一个反应环境涉及进入设备的室温含烃废物，在那时，由于预热设备到含烃废物燃烧的引燃温度/闪燃点以上的温度，含烃废物的至少一部分挥发性物质被瞬时汽化。在第二个反应环境中，维持设备的温度在约800℉以下，导致含烃废物中含有的水分首先释出，接着是挥发性物质的部分蒸发。在第三个反应环境中，维持设备的温度在约1000℉和约1200℉之间，导致挥发性物质从含烃废物完全蒸发。这产生了含烃废物中保留的固定碳和有机成分。在第四个反应环境中，维持设备在约1800℉到约2000℉的范围，导致含烃废物的固定碳的燃烧。第四个反应环境的条件也产生了正在部分地燃烧的重烃可燃气体，以及与烃反应以产生更小烃分子和可燃气体的水蒸气(例如，一氧化碳和氢)。第五反应环境和随后的反应环境(如果有)具有与第四反应环境的条件相似的条件。

在方框504，从含烃废物气化产生的气体分离由含烃废物气化产生的固体残留物。这可以使用旋风分离器406进行。在方框506，使用与水直接接触淬灭气体的含烃废物。使用淬火器408可以进行气体的含烃废物的淬灭。在方框508，从含烃废物气化产生的淬灭的气体分离另外的固体残留物。这可以使用淬火器旋风分离器410进行。在方框510，燃烧分离的气体。使用燃烧器412可以进行所述气体的燃烧。

在方框512，通过间接装置，从含烃废物气化产生的热气捕获热能。这可以使用WHE414进行。在方框514，从含烃废物分离另外的固体灰烬。这可以使用过滤器416进行。在方框516，燃烧由含烃废物气化产生的气体，作为含烃废物气化产生的燃料气体实用性的一个示例。这可以使用燃烧器412进行。气体利用的可替代的选项是工业和制造处理中燃料的直接替换，用于产生蒸汽的锅炉中燃料的直接替代，以及用于产生电的燃气发动机中燃料的直接替换。

现在参考图6，描述了用于转化工业废物为气体燃料的示例性系统600。所用的各种来源的工业废物来源可以是通过典型的化学处理工厂产生的各种废物的组合。在表1中描述了系统600可以处理的各种工业废物的示例性成分。系统600示例了如何使用15吨/天的各种来源的废物，可以使用本公开回收蒸汽形式或可用燃料气体形式的能量。

表1：由典型的化学工厂产生的废物的可能组分

图7示例了实际上将如何使用每天15吨的另一种类型的各种来源废物，利用本发明回收蒸汽形式或可用的燃料气体形式的能量。

图6、图7和图8中废物类型之间不同的特征是它们固有的热量值，从它们化学性质的立场来看，该热量值使得它们。例如，气体可以以约2,110kg/h、约2,756kg/h或约3,212kg/h的速率进入WHE414。例如，气体可以以约1,385kg/h或约1,400kg/h的速率进入淬火器408。例如，气体可以以约1,720kg/h、约1,820kg/h或约1,920kg/h的速率进入旋风分离器410。例如，气体可以以约1,720kg/h、约1,820kg/h或约1,920kg/h的速率进入燃烧器412。例如，气体可以以约2,100kg/h、约2,756kg/h或约3,212kg/h的速率进入旋风分离器406。例如，灰烬可以以约9.65kg/h、约6.80kg/h或约3.88kg/h的速率从系统消除。尽管它们在化学性质的差异，由本发明设备的热化学转换产生的燃料的热值保持几乎相同。

本公开的上述教导意指示例性的。选择它们用于解释本公开的原理和应用，并且不意欲穷尽或限制本公开。所公开实施方式的许多修改和变化对本领域技术人员可以是显而易见的。而且，可以没有此处所公开的一些或所有特定的细节和步骤实施本公开，它对本领域技术人员而言显而易见。

相应地，以示例性而不是限制性的意义考虑说明书和附图。然而，可以对其进行各种修改和改变，而不背离如权利要求中所阐述的本公开的更宽的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于各种来源含烃废物气化的系统，其特征在于该系统包括：

旋转窑反应器，配置它以热化学地转化各种来源的含烃废物为可燃燃料气体，各种来源的含烃废物具有各种物理和化学性质，其中旋转窑反应器的长度和直径提供了各种来源含烃废物气化所需的停留时间；

进料机，其与旋转窑反应器连通；

气体分配器，被包括在旋转窑反应器内，配置该气体分配器，以沿着旋转窑反应器的长度，将反应气体以相等或变化的量引入旋转窑反应器中，由此根据各种来源的含烃废物的化学性质在旋转窑反应器中产生2到8个反应区域；

与旋转窑反应器连通的第一旋风分离器；

与第一旋风分离器连通的淬火器或废热交换器；

与淬火器连通的第二旋风分离器或者与废热交换器连通的过滤器；

与第二旋风分离器连通的燃烧器或者与过滤器连通的燃烧器；

其中，该气体分配器包括管状部分，沿着气体分配器的径向圆周90度到180度穿孔气体分配器的管状部分，以在管状部分上形成出气道端口；配置可移动外罩，以围绕该管状部分旋转，以在期望的范围内引导气流通过出气道端口。

2.根据权利要求1的系统，其中至少两个反应区域具有相等的长度。

3.根据权利要求1的系统，其中通过旋转窑反应器的旋转速度控制旋转窑反应器内固体的位置。

4.根据权利要求1的系统，其中利用系统以进行干燥湿固体、各种来源的含烃废物的热解和各种来源的含烃废物的燃烧中至少之一。

5.根据权利要求1的系统，其中将各种来源的含烃废物热化学地转化为可燃燃料气体混合物，包括一氧化碳、氢、甲烷、乙烷、二氧化碳、水蒸气和氮，可燃燃料气体混合物具有每立方英尺80到320BTU范围的热量值，与各种来源的含烃废物的组分无关。

6.根据权利要求1的系统，其中引入到旋转窑反应器中的水的量是以干重计的各种来源的含烃废物量的25％到30％重量。

7.根据权利要求1的系统，其中旋转窑反应器具有第一反应区域，第一反应区域具有800℉以下的温度。

8.根据权利要求1的系统，其中旋转窑反应器具有第二反应区域，第二反应区域具有1000℉和1200℉之间的温度。

9.根据权利要求1的系统，其中旋转窑反应器具有第三反应区域，第三反应区域具有1800℉和2000℉之间的温度。

10.根据权利要求1的系统，其中离开旋转窑反应器的各种来源的含烃废物具有2000℉的温度。

11.一种利用权利要求1至10中任一权利要求所述的用于各种来源含烃废物气化的系统，产生用于能量的可燃燃料气体的方法，该方法包括：

提供包含含碳材料的各种工业废物的来源；各种来源的含烃废物具有各种物理和化学性质；

使用进料机移动废物到旋转窑反应器，配置旋转窑该反应器以热化学地转换各种来源的含烃废物为可燃燃料气体，各种来源的含烃废物具有各种物理和化学性质，其中旋转窑反应器的长度和直径提供了各种来源含烃废物气化所需的停留时间；

沿着旋转窑反应器的长度，将反应气体以相等或变化的量引入旋转窑反应器中；

通过围绕管状部分旋转可移动的外罩，以在期望的范围内引导气流通过出气道端口，

该旋转窑反应器具有至少四个反应区域：

第一个反应区域，涉及进入旋转窑反应器的室温含烃废物，由于预热旋转窑反应器到含烃废物燃烧的引燃温度或闪燃点以上的温度，含烃废物的至少一部分挥发性物质被瞬时汽化；

第二反应区域，具有800℉以下的温度，导致含烃废物中含有的水分首先释出，接着是挥发性物质的部分蒸发；

第三反应区域，具有1000℉和1200℉之间的温度，导致挥发性物质从含烃废物完全蒸发，产生了含烃废物中保留的固定碳和有机成分；

第四反应区域，具有1800℉和2000℉之间的温度，导致含烃废物的固定碳的燃烧，产生了正在部分地燃烧的重烃可燃气体，以及与烃反应以产生更小烃分子和可燃气体的水蒸气；

使用与旋转窑反应器连通的第一旋风分离器，从含烃废物气化产生的可燃燃料气体分离由含烃废物气化产生的固体残留物；

使用与第一旋风分离器连通的淬火器或者废热交换器，用淬火器冷却来自第一旋风分离器的可燃燃料气体，或者使用废热交换器从含烃废物气化产生的热气捕获热能；

使用与淬火器连通的第二旋风分离器，从含烃废物气化产生的淬灭的气体分离另外的固体残留物；或者，使用与废热交换器连通的过滤器，从含烃废物分离另外的固体灰烬；

使用与第二旋风分离器连通的燃烧器，燃烧分离的气体；或者使用与过滤器连通的燃烧器燃烧由含烃废物气化产生的气体。

12.根据权利要求11的方法，其中进料机是螺旋进料机。

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