CN116390892A - 将固体废物转化为合成气和氢气 - Google Patents
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Abstract
用于转化由城市固体废物(103)制成的固体回收燃料颗粒(117)的方法和设备(1)允许将城市固体废物(103)转化为高产量的氢气，而不是将城市固体废物(103)填埋或焚烧。富氢产物气流(601)可用作化学反应的原料或用于以可释放的方式储存能量。
Description
本发明的主题是将固体废物例如城市固体废物和/或固体回收燃料(SRF)颗粒形式的生物质转化为富含氢气的产物流，优选转化为纯氢气。
城市固体废物(MSW)在世界各地产生，必须加以处理。在西半球，城市固体废物要么被填埋，要么被焚烧。焚烧的重点是最大限度地利用城市固体废物的能量含量，而不是像在化学回收中那样在分子尺度上回收或再利用城市固体废物的内容物。焚烧会产生有关向大气中排放污染物的问题，这导致—根据国家或甚至地方立法—需要做出重大的技术努力以符合国家/地方立法规定的限制。此外，通过焚烧产生的产物，例如飞灰、底灰、石膏和重金属和/或含二噁英的活性煤，对其进一步使用和/或加工带来了进一步的挑战。此外，废物转化为动力的效率，即转化为热能的热值量较低，通常仅在20％至25％的范围内。
基于此，本发明的目的是克服现有技术中已知的缺点。
这一目的通过独立权利要求的特征得以解决。各项从属权利要求涉及本发明的进一步实施方式。可以从包括附图和附图的相应描述的说明书中推导出进一步的实施方式。
本发明的加工固体回收燃料颗粒的方法包括以下步骤：
a)在250℃至300℃的焙烧温度下对颗粒进行焙烧，产生烧焦的颗粒和焙烧气体，步骤a)优选在如下所述的焙烧单元中进行；
b)在第一研磨步骤中将烧焦的颗粒研磨成粗磨的烧焦颗粒，步骤b)优选在如下所述的第二磨机中进行；
c)从粗磨的烧焦颗粒中去除金属残留物，步骤c)优选使用如下所述的第三金属去除单元进行；
d)将粗磨的烧焦颗粒研磨成细磨的烧焦颗粒，步骤d)优选在如下所述的第三磨机中进行；
e)在气流床气化过程中将细磨的烧焦颗粒气化成粗合成气，步骤e)优选在如下所述的气化单元中进行；
f)对粗合成气进行CO变换反应，产生变换合成气，步骤f)优选在如下所述的CO变换单元中进行；
g)从变换合成气中去除二氧化碳和硫化氢，产生合成气；以及
h)通过纯化合成气产生富含氢气的产物气流，步骤g)和h)优选在如下所述的气体清洁单元中进行。
根据本发明，按照上述顺序进行步骤a)至h)，即首先是步骤a)，然后是步骤b)，然后是步骤c)，然后是步骤d)，以此类推。步骤a)中的术语焙烧被理解为在250℃至320℃的温度下对固体回收燃料颗粒进行热化学处理。其在大气压下进行且不添加额外的氧气，例如不提供空气。在焙烧过程中，包含在固体回收燃料颗粒中的水与包含在固体回收燃料颗粒中的挥发物一样都会蒸发。包含在固体回收燃料颗粒中的生物聚合物在挥发物的释放下部分分解。焙烧过程的产物是烧焦的颗粒和焙烧气体。
术语富氢气流或富含氢气的气流被理解为包含至少90体积％氢气、优选至少95体积％氢气、特别是至少99.5体积％氢气的气体。剩余量包括氩气(Ar)、氮气(N2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。优选地，在步骤g)和h)中，首先通过吸附去除二氧化碳和硫化氢，此后，其次通过变压吸附(PSA)过程，从剩余物中分离氢气，以形成富含氢气的产物气流，其中氢气含量优选为至少99.5体积％。
优选地，固体回收燃料颗粒由城市固体废物生产，可能添加有生物质，优选地如下面结合造粒设备所公开的，特别是参考图1和图3。在所述过程中，在生产固体回收燃料颗粒之前，从废物中去除大多数金属残留物。然而，这可能无法完全去除金属残留物。因此，在步骤b)之后，在步骤c)中进一步减少烧焦的颗粒中金属残留物的量。由于应用涡流技术，铁和非铁金属残留物都可以从粗磨的烧焦颗粒中去除。
在步骤b)中，进行研磨过程以产生第一最大粒径优选为10mm[毫米]以下的第一颗粒分布。在步骤d)中，进行研磨过程以产生第二最大粒径显著小于第一最大粒径的第二颗粒分布。优选地，第二最大粒径为350μm[微米]。优选选择第二最大粒径以允许在步骤e)中高效地进行气流床气化。这允许在步骤c)中高效地去除金属残留物，并在步骤e)中高效地进行气流床气化。
步骤e)中的气流床气化优选使用在气流床气化期间产生的合成气的全水骤冷来进行。骤冷导致包括在合成气中的任何固体甚至处于熔融状态都被固化并在该过程中作为炉渣被收集。骤冷水循环使用，即优选地没有水从系统中排出。该过程的废水经过处理和蒸发，最终产生氯化钠(NaCl)作为副产物。冷凝液在该过程中作为过程补给水再利用。
本发明的方法允许对产生氢气的城市固体废物进行化学回收，氢气可用作化学过程中的原料和/或用于储存能量。
根据实施方式，将步骤a)中产生的焙烧气体热裂解以产生焙烧合成气，所述焙烧合成气在步骤f)之前与步骤e)中产生的粗合成气混合。
焙烧气体的热裂解在焙烧气体加工单元中进行，该焙烧气体加工单元将在下文中进行详细描述，特别是参考图4。优选使用亚化学计量氧化过程进行热裂解，以裂解可能存在于焙烧气体和/或用于热裂解的燃料气体中的长烃。优选地，在热裂解过程中使用具有95体积％氧气的富氧气流，优选纯氧。随着焙烧气体的热裂解，焙烧合成气也可用于化学回收，而不是将其燃烧。
根据步骤b)中的实施方式，将烧焦的颗粒研磨至粒径为10mm以下。这允许在步骤c)中高效地去除金属残留物。步骤b)优选在如下所述的第二磨机中进行。
根据步骤c)中的实施方式，使用涡流技术去除金属残留物。涡流的应用方式使得铁和非铁金属残留物都被去除。步骤c)优选使用如下所述的第三金属去除单元进行。
根据步骤d)中的实施方式，将粗磨的烧焦颗粒研磨至粒径为500μm[微米]以下。这允许对细磨的烧焦颗粒进行高效气流床气化。在进行如下所述的气流床气化之前，可以向细磨的烧焦颗粒中添加研磨的生物质。步骤d)优选在如下所述的第三磨机中进行。
根据步骤g)中的实施方式，通过吸附从合成气中去除二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。从相应的至少一个吸附器中吹扫相应的二氧化碳并将其用作化学过程的原料或吹扫至环境中。使用克劳斯工艺将硫化氢转化为元素硫。相应的克劳斯单元废气经过加氢处理并循环至相应的吸附器。
根据步骤g)中的实施方式，使用变压吸附(PSA)从合成气中分离氢气，产生富含氢气的产物气流和吹扫气体。
根据实施方式，将至少一部分吹扫气体提供给步骤e)中的CO变换反应。这允许增加CO变换单元中的转化效率并增加总氢气产量。
根据实施方式，将一部分吹扫气体用作燃料气体。
吹扫气体包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氢气(H2)和氩气(Ar)中的至少一种。
根据本发明的另一方面，提出了一种将固体回收燃料颗粒加工成富含氢气的产物气流的设备，其包括：
-焙烧单元，其将固体回收燃料颗粒焙烧成烧焦的颗粒；
-第二磨机，其将烧焦的颗粒研磨成粗磨的烧焦颗粒；
-第三金属去除单元，其包括从粗磨的烧焦颗粒中去除金属残留物的涡流；
-第三磨机，其将粗磨的烧焦颗粒研磨成细磨的烧焦颗粒；
-气化单元，其包括将细磨的烧焦颗粒气化成粗合成气的气流床气化炉；
-CO变换单元，其对粗合成气进行CO变换反应，产生变换合成气；
-气体清洁单元，其包括从变换合成气中去除二氧化碳和硫化氢的吸附装置和从吹扫气体中分离氢气产生富含氢气的产物气流的氢气分离器。
根据实施方式，设备还包括焙烧气体加工单元，该焙烧气体加工单元对可在焙烧单元中产生的焙烧气体进行热裂解。
根据实施方式，氢气分离器包括变压吸附系统。
应当注意，权利要求中指定的各个特征可以以任何期望的技术上合理的方式彼此组合，并且形成本发明的其他实施方式。说明书、特别是与附图一起，进一步解释了本发明，并具体说明了本发明的优选实施方式。现在将参照附图更详细地解释本发明的特别优选的变型和技术领域。应当注意，附图中所示的示例性实施方式并不旨在限制本发明。附图是示意性的并且可能未按比例绘制。附图显示：
图1将固体废物转化为包含氢气的产物气流的设备的实例；
图2造粒设备的可视化；
图3在造粒设备中使用的干燥器的实例；
图4焙烧单元和气化单元；
图5焙烧气体加工单元；
图6一氧化碳(CO)变换单元；以及
图7气体清洁单元。
图1示意性地示出了造粒设备100，其中将在造粒设备100中制造的固体回收燃料颗粒117提供给设备1，该设备1将固体废物转化为包含氢气的气体，特别是转化为包含氢气的合成气和氢气。在造粒设备100中由固体废物例如城市固体废物103和/或生物质制备颗粒，然后将相应的颗粒117输送到设备1，并提供给焙烧单元200，在该焙烧单元200中在250℃至300℃的温度下对颗粒进行亚化学计量氧化。颗粒的焙烧产生烧焦的颗粒201，其在气化单元300中气化。焙烧的另一产物是焙烧气体202，其被提供给焙烧气体加工单元400，该焙烧气体加工单元400将参照下图5进行详细讨论。焙烧气体加工单元400的产物是焙烧合成气401，气化单元300的产物是粗合成气301。焙烧合成气401和粗合成气301包括水蒸汽、一氧化碳和氢气。将粗合成气301和焙烧合成气401都引入到CO变换单元500，在该CO变换单元500中，一氧化碳(CO)与水蒸汽(H2O)反应生成二氧化碳(CO2)和氢气(H2)：
与合成气301、401相比具有增加的氢气含量的变换合成气501在CO变换单元500中产生并被传递到气体清洁单元600，该气体清洁单元600从吹扫气体602中分离氢气，产生富含氢气的产物气流601。富含氢气的产物气流601的氢气含量为至少99.5体积％。在气体清洁单元600中，从剩余的气流中分离二氧化碳和硫化氢，产生粗氢气流，将该粗氢气流供给至变压吸附系统，该变压吸附系统允许氢气通过并吸收所有其他分子。通过循环减压，同时使用多个吸收器并用氢气吹扫。产生吹扫气体。同时，产生富含氢气的产物流，其中氢气含量为99.5体积％以上。造粒设备100优选位于场外，即位于与用于将固体废物转化为包含氢气的气体的设备1不同的位置。造粒设备100位于场外是有利的，因为它降低了城市固体废物的质量，因为通常城市废物中约30重量％至35重量％的水含量被蒸发掉了。这显著降低了待输送的质量。此外，由于造粒设备100允许集中生产固体回收燃料颗粒并随后将这些颗粒输送到有需要的化工设备，因此可以降低化工设备(例如设备1)的占地面积。
根据图2，造粒设备100包括粉碎机102。将固体废物103(例如可能附加有生物质的城市固体废物(MSW))提供给粉碎机102，产生粉碎的固体废物104，该粉碎的固体废物104由包含磁体的第一金属去除单元105输送，以从粉碎的固体废物104中去除铁残留物106。此后，将粉碎的固体废物104提供给干燥器107，在该干燥器107中，水108从粉碎的固体废物104中去除。然后将粉碎的固体废物104输送到用于从粉碎的固体废物104中去除金属残留物110的第二金属去除单元109，第二金属去除单元109包括用于进一步去除铁金属的第二磁体139和用于去除非铁金属的涡流。
此后，在密度分级器112中将矿物质和不锈钢作为其他残留物111去除。在密度分级器112中，像不锈钢颗粒这样的既不能用磁铁去除也不能用涡流去除的高密度残留物，是基于其他残留物111和粉碎的固体废物104的剩余物之间的密度差去除的。对于像玻璃或石头这样的矿物质也是如此，这些矿物质是由于其密度差而从粉碎的固体废物104的剩余物中去除的。密度分级器112的优选实例是例如空气分级器。
在去除其他残留物111之后，粉碎的固体废物104从铁金属(例如铁残留物106和金属残留物110)、非铁金属、作为其他残留物111的不锈钢和矿物质等以及水108形式的水分中剥离出来。粉碎的固体废物104的剩余物基本上与向造粒设备100投入的固体废物103相同。特别是，在目前的造粒设备100中，不需要分选例如固体废物103的细小部分或含氯材料，例如聚氯乙烯(PVC)等。这意味着存在于第一金属去除单元105、第二金属去除单元109和密度分级器112下游的预清洁材料流113的质量与投入到造粒设备1的固体废物103的质量之比大于已知方法。
此后，在第一磨机114中研磨预清洁材料流113，特别是研磨至平均粒径小于25mm，以产生研磨的材料流115。随后，将研磨的材料流115引入颗粒压机116以产生固体回收燃料颗粒117。
图3示出了如图1所示的造粒设备100中使用的干燥器107的实例。用于干燥粉碎的固体废物104的干燥器107包括用于容纳粉碎的固体废物104的窑(kiln)118、洗涤塔119(也可称为洗涤器(scrubber))、热泵120和散热器121。空气通过干燥器进气口122被吸入干燥器107，该干燥器进气口122通常与大气流体连接。吸入的空气可以通过未在图3中示出的通风口输送到散热器121。干燥器进气口122通过管道与散热器121的散热器进气口123流体连接。输送到散热器121的空气在散热器121被加热，并通过散热器排气口124离开散热器121。将加热的空气输送至窑118，其中窑进气口125通过管道与散热器排气口124流体连接。粉碎的固体废物104布置在窑118内部，输送到窑118的空气流经粉碎的固体废物104，并通过窑排气口126离开窑118。在干燥过程中进入窑118的空气的温度为约80℃，其中离开窑118的空气呈现约45℃的温度。离开窑118的空气的相对湿度为约100％。
窑118与洗涤塔119流体连通，其中窑排气口126与洗涤塔进气口127流体连接。在洗涤塔119内部，空气与冷水紧密接触。由此，潮湿温暖的空气被冷却下来，使得空气的湿气被冷凝出来，潜热被转化为水的显热。这导致水从约18℃加热到约25℃至28℃，空气从约28℃至32℃冷却到约22℃至24℃。冷却的空气通过洗涤塔排气口128离开洗涤塔119，该洗涤塔排气口128与干燥器排气口129流体连通。
离开洗涤塔119的空气也可以通过再循环管线130输送到干燥器进气口122，使得洗涤塔排气口128与干燥器进气口122流体连接。相应的布置会导致设备100的能耗降低。再循环管线130不一定包括在设备100中，并且可以省略。
关于气流，散热器121位于干燥器进气口122的下游，窑118位于散热器121的下游，洗涤塔119位于窑118的下游，干燥器排气口129位于洗涤塔119的下游。
洗涤塔119还包括与第一热泵进水口132流体连接的洗涤塔出水口131。第一热泵出水口133与洗涤塔进水口134流体连接。因此，水在洗涤塔119和热泵120之间循环。水可以通过未在图3中示出的泵输送。
水在洗涤塔119中通过经由洗涤塔进气口127进入洗涤塔119的空气被加热，并且加热的水通过洗涤塔出水口131离开洗涤塔119，并通过第一热泵入口132进入热泵120。然后，进入热泵120的水的热能被传递到在热泵120和散热器121之间实现的另一个热循环。进入热泵120的水呈现约26℃至28℃的温度，并且通过第一热泵出口133离开热泵120的水呈现约18℃的温度。
第一热泵出口133与洗涤塔进水口134流体连接。因此，在热泵120内冷却的水通过洗涤塔进水口134进入洗涤塔119。因此，实现了洗涤塔119和热泵120之间的热循环，其中离开洗涤塔119的水的热能通过热泵120传递到热泵120和散热器121之间的第二个热循环。
第二热泵出口135与散热器进水口136流体连接并因此热连接，散热器出水口137与第二热泵入口138流体连接并因此热连接。由此，水通过未在图三中示出的泵在热泵120和散热器121之间输送。因此，在热泵120和散热器121之间实现了第二个热循环。
来自离开洗涤塔119的水的热能通过热泵120传递到散热器121，并传递到从散热器进气口123到散热器排气口124流经散热器121的空气。
本发明的造粒设备100允许由城市固体废物制造固体回收燃料颗粒，而无需在开始造粒过程之前对城市固体废物的部分进行分离。因此，更多的城市固体废物实际上可用于制造固体回收燃料颗粒。本发明的造粒设备100以及方法可特别用于制造固体回收燃料颗粒，该固体回收燃料颗粒可用于生产富含氢气和/或二氧化碳的合成气，方法是对固体回收燃料颗粒进行焙烧，随后进行气体处理。
图4示出了焙烧单元200和气化单元300的实例。在焙烧单元200中，将固体回收燃料颗粒117提供给熔炉203，在该实施方式中，该熔炉203是多床炉。在该熔炉203中，对固体回收燃料颗粒117进行焙烧。术语焙烧被理解为在250℃至320℃的温度下对固体回收燃料颗粒117进行热化学处理。其在大气压下进行且不添加额外的氧气，例如不提供空气。在焙烧过程中，包含在固体回收燃料颗粒中的水与包含在固体回收燃料颗粒117中的挥发物一样都会蒸发。包含在固体回收燃料颗粒117中的生物聚合物在挥发物的释放下部分分解。焙烧过程的产物是烧焦的颗粒201和焙烧气体202。
将焙烧气体202提供给焙烧气体加工单元400，其将在下面参照图5进行描述。因为固体回收燃料颗粒117的金属部分在焙烧过程中没有被烧焦，所以烧焦的颗粒201包括烧焦的塑料或烧焦的有机部分以及可能的金属夹杂物。将烧焦的颗粒201提供给第二磨机204，进行粒径为10mm以下的粗磨。此后，在基于涡流去除过程的第三金属去除单元205中，去除在固体回收燃料颗粒117的生产期间未被去除的金属残留物206。铁和非铁残留物都通过第三金属去除单元205去除。将剩余的粗磨的烧焦颗粒207移动到第三磨机208，在第三磨机中，进行将粗磨的烧焦颗粒207细磨至粒径为500μm[微米]以下的细磨的烧焦颗粒209的过程。
将细磨的烧焦颗粒209作为原料303提供给包含气流床气化炉302的气化单元300。可以将生物质304(例如干燥污泥)细磨至与细磨的烧焦颗粒209的粒径相同数量级的粒径后，添加到细磨的烧焦颗粒209。将生物质304在相应的第四磨机305中研磨。然后将细磨的生物质306添加到气流床气化炉302上游的原料303。作为另选，但是未在图4中示出，将生物质304与烧焦的颗粒201一起研磨，因此与烧焦的颗粒201一起引入到第二磨机204。
将原料303与富氧气体307一起提供给气流床气化炉302，该富氧气体307具有至少95体积％、优选至少98体积％、特别是99.5体积％以上的氧气含量。气化反应发生在并流中由非常细小的颗粒组成的密集云中。气化在2000℃的温度和40巴的压力下进行。
将得到的中间产物气体308提供到骤冷区309中，在该骤冷区309中，将得到的中间产物气体308用温度优选为180℃至220℃的骤冷水310进行骤冷。固体或熔融固体由于骤冷过程而固化并形成炉渣311，该炉渣311可被去除以用于民用建筑。将生成的粗合成气流312提供给水洗冷却塔313，在水洗冷却塔313中，粗合成气312中包含的水分由于与温度为180℃至200℃(低于粗合成气312的约214℃的温度)的水314接触而趋于凝结。将冷却和洗涤的粗合成气301提供给CO变换单元500。将过量的排出水315提供给浆料汽提器(未示出)，用于从过量的排出水315中去除气体。补给水316由下述CO变换单元500的低温热回收单元524提供。
图5示出了焙烧气体加工单元400。将在焙烧单元200中产生的焙烧气体202引入到燃烧室402。此外，将燃料气体403和富氧气流404引入到燃烧室402。作为燃料气体403，使用天然气和/或现场燃料气体(site fuel gas)。燃料气体包括甲烷、乙烷、氮气和氢气中的至少一种。例如，所谓的现场燃料气体是在蒸汽裂解器中产生的。富氧气流404包含至少95体积％[体积％]的氧气，优选至少98体积％，特别是99.5体积％以上。特别是，如果气化单元300使用平行气流床气化，则容易获得纯氧，即气化单元300中使用的富氧气流307可以由与富氧气流404相同的来源提供。燃烧室402具有用于引入富氧气流404的第一入口436、用于引入燃料气体的第二入口437、以及用于引入焙烧气体202的第三入口438。将得到的粗合成气301提供给CO变换单元500。
在燃烧室402中发生亚化学计量氧化，由此源自焙烧气体202和/或燃料气体403的较大烃分子被热裂解并转化为包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)和水(H2O)的合成气407。由于焙烧气体202的高水分含量(通常至少为50体积％)，抑制了元素碳的产生，从而抑制了烟灰的产生。
燃烧室402中的温度在1000℃至1200℃的范围内。通过燃烧室出口405后，用充当骤冷气体的循环合成气406将合成气407骤冷至730℃至770℃的温度，优选740℃至760℃的温度，特别是约750℃。将合成气407引入到混合室408，在该混合室408中发生骤冷过程以及伴随的与循环合成气406的混合，得到在混合室408中冷却的骤冷合成气409。骤冷在具有循环合成气406的入口440的骤冷区439中进行。骤冷过程的效果，即由于引入较冷的循环合成气406而突然降低温度的效果，是存在于合成气407中的任何固体或熔融固体都被固化。这些固体可以与焙烧气体202一起引入。燃烧室202和混合室408都是内部隔热且不制冷的。
在混合室408的下游，将骤冷合成气409引入到热回收系统410，在该热回收系统410中将骤冷合成气409的热能(thermal energy)或热能(heat energy)在第一热交换器441中传递到热载体411，优选热油。在能量传递到热载体411的下游，进一步的热能在第二热交换器442中传递到锅炉进料水412，产生高压蒸汽413，其中至少一部分通过第四热交换器414传递，以加热循环合成气406，优选加热至超过200℃的温度，特别是约225℃。在热回收系统410中，在具有锅炉进料水412的第二热交换器441下游的过热器443中，将来自骤冷合成气409的进一步热能传递到低压蒸汽415以使其过热，从而产生过热低压蒸汽416。将热载体例如从300℃的温度加热到400℃的温度，并且可用于例如间接加热焙烧单元200。高压蒸汽413在离开热回收系统410时具有例如140巴的压力和350℃的温度。过热低压蒸汽在离开热回收系统410时具有约275℃的温度，并且优选用于焙烧单元200中的焙烧过程。骤冷合成气409在约170℃以上的温度下离开热回收系统410，以避免形成氯化铵(NH4Cl)，导致腐蚀和/或结垢。为了确保不低于约170℃的温度，将锅炉进料水412引入到140℃以上的热回收系统410中。
在热回收系统410的下游，将骤冷合成气409引入到湿式洗涤系统417，以去除固体和卤素(主要是氯化物)。湿式洗涤系统417是常见的湿式洗涤塔。用过的洗涤水418从湿式洗涤系统417的槽(sump)419排出。将用过的洗涤水418传递到废水处理设备(未示出)以进行循环。清洁合成气420从湿式洗涤系统417的顶部421离开湿式洗涤系统417。将清洁合成气420的第一部分用作循环合成气406，并且如上所述被重新加热并用于合成气407的骤冷。使用清洁合成气420作为循环合成气406降低了骤冷合成气409中污染物(例如固体、卤素，特别是氯化物)的浓度，并且避免了热回收系统中的热交换表面的破坏，特别是腐蚀，特别是避免了用于将低压蒸汽415过热为过热低压蒸汽416的表面的腐蚀。同时，60体积％以上的高水分含量增加了循环合成气406的热容量，并且因此增加了骤冷过程中的冷却效率。循环合成气406由压缩机423进行压缩。
将清洁合成气420的第二部分即剩余部分424引入到两级水洗冷却塔422。由于与塔422中较冷的水紧密接触，因此合成气424中的水分被冷凝。相应的冷凝热加热塔422中的洗涤水。将来自槽425的洗涤水426提供给热泵427用于冷却，例如从约85℃的温度下降至75℃的温度。在热泵427中，产生低压蒸汽，该低压蒸汽优选用于焙烧单元200以进行过程控制。大部分洗涤水426被集中地引入塔422，分布在塔422的第一级428和第二级429。将一小部分洗涤水426通过空气冷却器430进一步冷却，优选冷却至约25℃的温度，从而使离开塔422时合成气424的温度达到约30℃的温度。合成气422的冷却中，约60％质量以水的形式被去除。将过量的洗涤水431部分用作湿式洗涤系统417的补给水432。可以将过量的洗涤水431作为排出水433引导到汽提器系统(未示出)，在该汽提器系统中从排出水433中汽提气体，特别是从排出水433中汽提氨气(NH3)、二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。
合成气输送装置434，优选风扇或鼓风机，用于将离开塔422的焙烧合成气401输送到CO变换单元500(参见图1)和/或火炬(flare)435。合成气输送装置434产生负压，该负压将骤冷合成气406拉过热回收系统410。
焙烧气体加工单元400允许对例如由固体回收燃料(固体回收燃料)颗粒117通过焙烧产生的焙烧气体202进行化学回收，而不需要燃烧焙烧气体202。
图6示意性地示出了设备1中包含的一氧化碳(CO)变换单元500。在一氧化碳变换单元500中，发生一氧化碳(CO)变换反应，其中一氧化碳(CO)与水(H2O)反应，形成二氧化碳(CO2)和氢气(H2)：
该反应处于化学平衡，其可以在反应物(educts)或产物的方向上以通常的方式受到影响，例如通过使用相应的温度以及特定催化剂的使用和浓度。由于反应是吸热的，因此水通常以水蒸汽的形式提供。为了将化学平衡转移到产物侧以增加氢气的产生，已经发现蒸汽与一氧化碳的摩尔比为约2.3至2.7、特别是约2.5是有利的。蒸汽优选在高于发生变换反应的压力(优选约40巴)的压力下提供。如果使用蒸汽与一氧化碳的摩尔比为2.5，则反应器中每残留1摩尔二氧化碳，就会剩余1.5摩尔蒸汽。这导致CO变换反应的产物气体中含有大量的水。当这种产物气体被冷却时，这会导致大量的冷凝，因此，在产物气体被冷却到环境温度时，在冷却系统中产生大量的低水平热量。这种能量的大部分通常被丢弃，导致低的能量效率。
将由气化单元300产生的粗合成气301引入到高压洗涤单元502。高压洗涤单元502是常规的湿式洗涤单元，其中从粗合成气301中去除例如高级烃。高压洗涤单元502供给有进料水503，该进料水503是来自将在后文描述的低温热回收的冷凝水508。将在高压洗涤单元502的槽504中收集的水505通过输送装置506输送到排出水导管507。不需要作为进料水503的过量冷凝水508也被输送到排出水导管507。将在高压洗涤单元502产生的清洁合成气509提供给高压洗涤单元502下游的第一热交换器518。本文中的术语输送装置被理解为泵和/或压缩机。在高压洗涤单元502中清洁粗合成气301的同时，可以控制清洁合成气509的水分。
将在焙烧气体加工单元400中产生的焙烧合成气401通过输送装置511输送到饱和塔510。通过输送装置511对焙烧合成气401进行压缩，优选压缩到压力为40巴。输送装置511可以包括几个具有中间冷却器的压缩机，该冷却器提供焙烧合成气401的多级中间冷却压缩。同样地，来自气体清洁单元600的吹扫气体602也通过输送装置512输送到饱和塔510。通过输送装置512对吹扫气体602进行压缩，优选压缩到压力为40巴。输送装置512可以包括几个具有中间冷却器的压缩机，该冷却器提供吹扫气体602的多级中间冷却压缩。饱和塔510是常规的湿式洗涤器，其通过输送装置514提供有来自后文描述的低温热回收单元524的工艺水513。将在饱和塔510的槽516中收集的水515用作下述低温热回收单元524的工艺水。通过饱和塔510对焙烧合成气401和吹扫气体602进行混合，同时将水分添加到所得的饱和塔产物气体517中。根据饱和塔的操作参数，即特别是水流和水温，可以控制饱和塔产物气体517的水分。
将饱和塔产物气体517与清洁合成气509一起提供给第一热交换器518。在第一热交换器518，能量从高温CO变换反应器废气519传递到清洁合成气509和饱和塔产物气体517，它们在第一热交换器519的下游合并成合并的合成气流520。通过第一热交换器518中的热交换，相应的高温CO变换反应器废气519被冷却，而清洁合成气509和纯化的气流517被加热。优选地，饱和塔510的驱动方式使得合并的合成气流520的水蒸汽与一氧化碳的摩尔比为2.0至3.0，优选2.4至2.6，特别是约2.5。
将合并的合成气流520提供给第一热交换器518下游的高温CO变换反应器521，在其中进行上述变换反应。与合并的合成气流520相比，高温CO变换反应器废气519具有降低的水/蒸汽和一氧化碳含量，以及增加的氢气(H2)含量。如下所述，将高温CO变换反应器废气519引导通过几个热交换器以降低其温度，包括第一热交换器518到发生上述CO变换反应的低温CO变换反应器522。与进入低温CO变换反应器522的高温CO变换反应器废气519相比，低温CO变换反应器废气523的氢气(H2)含量增加。
将低温CO变换反应器废气523引导通过低温CO变换反应器522下游的低温热回收单元524。在该低温热回收单元524中，低温CO变换反应器废气523的热含量用于提高若干水流的温度。进入低温热回收单元524后，低温CO变换反应器废气523随后被引导通过第二热交换器525、第三热交换器526、第四热交换器527、第五热交换器528和第六热交换器529。当通过这些热交换器524、525、526、527、528、529时，低温CO变换反应器废气523的温度稳定地降低，然后作为合成气流530离开低温热回收单元524，并且如有必要，可选地通过空气冷却器531。此后，如上所述，将合成气流530提供给气体清洁单元600。
首先，在第二热交换器525中，合成气流530的热含量用于加热将在气化单元300中使用的进料水508。例如，因此可以将该水508从158℃加热到205℃。第二，在第三热交换器526中，水被加热，例如可以用于产生高压蒸汽。例如，水通常从155℃被加热到200℃。第三，在第四热交换器527中，工艺水513通常从135℃被加热到158℃，其用于饱和塔510中。可以进一步使用这种水作为进料水508，特别是在通过第二热交换器525之后。在第四热交换器527中，低温CO变换反应器废气523被冷却到其露点以下，因此，大量的冷凝热被释放出来并用于相应的热传递。第四，在第五热交换器528中，锅炉进料水536通常从35℃被加热到155℃，其优选用于制备高压蒸汽。第五，在第六热交换器529中，水通常从25℃被加热到135℃，用于在气化单元300中使烧焦的颗粒201气化。
用于气化单元300的进料水508是如上所述收集在饱和塔510的槽519中的水515的至少一部分。收集在饱和塔510的槽516中的水515进入第四热交换器527。来自废水处理单元(未示出)的水521可以在通过第六热交换器529之后与水515混合。在第二热交换器527的下游，将加热的第四热交换器水流出物(water offstream)533部分用作饱和塔510中的来自低温热回收的工艺水513，并且部分被引导通过第二热交换器525以在第二热交换器525的下游部分用作冷凝水508，部分用作高压洗涤单元502中的进料水503，部分用作焙烧单元200中的工艺水。将第六热交换器529下游的另一部分水用作冷凝液534，例如提供给水汽提器。其他的水，例如为设备1外部的应用而产生的外部高压锅炉进料水535被引导通过第五热交换器528，以部分用作锅炉进料水536，例如在气化单元300中和/或用于产生低压蒸汽和/或在焙烧单元200中。锅炉进料水535的另一部分被引导通过第五热交换器528下游的第二热交换器526。此后，它通过第七热交换器537。
作为设备1的一部分用于将固体废物转化为包含氢气的产物气流的CO变换单元500允许节能地使用低温热回收单元524中的低温热能以加热设备1中使用的工艺水流。
图7更详细地示出了气体清洁单元600。将作为CO变换单元500的输出物的变换合成气501引入到气体清洁单元600，随后经过硫化氢吸附装置603和二氧化碳吸附装置604。此后，它通过变压吸附装置605，其中通过变压吸附，产生富含氢气、优选纯氢气、氢气含量至少为99.5体积％的产物气流601。通常，用氢气吹扫变压吸附装置605的单个吸附器，产生吹扫气体602。
收集在硫化氢吸附装置603中的硫化氢用于通过克劳斯工艺生产硫606。在二氧化碳吸附装置603中吸附的二氧化碳607可以从中提取出来并用于其他过程。
用于转化由城市固体废物103制成的固体回收燃料颗粒117的方法和设备1允许将城市固体废物103转化为高产量的氢气，而不是将城市固体废物103填埋或焚烧。富氢产物气流601可用作化学反应的原料或用于以可释放的方式储存能量。
附图标记
1将固体废物转化为包含氢气的气体的设备
100 造粒设备
102 粉碎机
103 固体废物
104 粉碎的固体废物
105 第一金属去除单元
106 铁残留物
107 干燥器
108 水
109 第二金属去除单元
110 金属残留物
111 其他残留物
112 密度分级器
113 预清洁材料流
114 第一磨机
115 研磨的材料流
116 颗粒压机
117 固体回收燃料颗粒
118 窑
119 洗涤塔
120 热泵
121 散热器
122 干燥器进气口
123 散热器进气口
124 散热器排气口
125 窑进气口
126 窑排气口
127 洗涤塔进气口
128 洗涤塔排气口
129 干燥器排气口
130 再循环管线
131 洗涤塔出水口
132 第一热泵入口
133 第一热泵出口
134 洗涤塔进水口
135 第二热泵出口
136 散热器进水口
137 散热器出水口
138 第二热泵入口
139 第二磁体
200 焙烧单元
201 烧焦的颗粒
202 焙烧气体
203 熔炉
204 第二磨机
205 第三金属去除单元
206 金属残留物
207 粗磨的烧焦颗粒
208 第三磨机
209 细磨的烧焦颗粒
300 气化单元
301 粗合成气
302 气流床气化炉
303 原料
304 生物质
305 第四磨机
306 细磨的生物质
307 富氧气流
308 中间产物气体
309 骤冷区
310 骤冷水
311 炉渣
312 粗合成气
313 水洗冷却塔
314 水
315 过量的排出水
316 补给水
400 焙烧气体加工单元
401 合成气
402 燃烧室
403 燃料气体
404 富氧气流
405 燃烧室出口
406 循环合成气
407 合成气
408 混合室
409 骤冷合成气
410 热回收系统
411 热载体
412 锅炉进料水
413 高压蒸汽
414 第四热交换器
415 低压蒸汽
416 过热低压蒸汽
417 湿式洗涤系统
418 用过的洗涤水
419 槽
420 清洁合成气
421 顶部
422 两级水洗冷却塔
423 压缩机
424 清洁合成气的剩余部分
425 槽
426 洗涤水
427 热泵
428 第一级
429 第二级
430 空气冷却器
431 过量的洗涤水
432 补给水
433 排出水
434 合成气输送装置
435 火炬
436 第一入口
437 第二入口
438 第三入口
439 骤冷区
440 骤冷区入口
441 第一热交换器
442 第二热交换器
443 过热器
500 CO变换单元
501 变换合成气
502 高压洗涤单元
503 进料水
504 槽
505 水
506 输送装置
507 排出水导管
508 冷凝水
509 清洁合成气
510 饱和塔
511 输送装置
512 输送装置
513来自低温热回收的工艺水
514 输送装置
515 水
516 槽
517 饱和塔产物气体
518 第一热交换器
519高温CO变换反应器废气
520合并的高温合成气流
521高温CO变换反应器
522低温CO变换反应器
523低温CO变换反应器废气
524 低温热回收单元
525 第二热交换器
526 第三热交换器
527 第四热交换器
528 第五热交换器
529 第六热交换器
530 合成气流
531 空气冷却器
532 废水处理单元
533 第四热交换器水流出物
534 冷凝液
535 高压锅炉进料水
536 锅炉进料水
537 第七热交换器
538 饱和塔产物气体
600 气体清洁单元
601 富含氢气的产物气体
602 吹扫气体
603 硫化氢吸附装置
604 二氧化碳吸附装置
605 变压吸附装置
606 硫
607 二氧化碳
Claims (12)
1.加工固体回收燃料颗粒(117)的方法，其包括以下步骤：
a)在250℃至300℃的焙烧温度下对所述颗粒(117)进行焙烧，产生烧焦的颗粒(201)和焙烧气体(202)；
b)在第一研磨步骤中将所述烧焦的颗粒(201)研磨成粗磨的烧焦颗粒(207)；
c)从所述粗磨的烧焦颗粒(207)中去除金属残留物(206)；
d)将所述粗磨的烧焦颗粒(207)研磨成细磨的烧焦颗粒(209)；
e)在气流床气化过程中将所述细磨的烧焦颗粒(209)气化成粗合成气(301)；
f)对所述粗合成气(301)进行CO变换反应，产生变换合成气(501)；
g)从所述变换合成气(501)中去除二氧化碳和硫化氢，产生合成气；以及
h)通过纯化所述合成气产生富含氢气的产物气流(601)。
2.如权利要求1所述的方法，其中将步骤a)中产生的焙烧气体(202)热裂解以产生焙烧合成气(401)，所述焙烧合成气(401)在步骤f)之前与步骤e)中产生的粗合成气(301)混合。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b)中，将所述烧焦的颗粒(201)研磨至粒径为10mm以下。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤c)中，使用涡流技术去除所述金属残留物(206)。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤d)中，将所述粗磨的烧焦颗粒(207)研磨至粒径为500μm[微米]以下。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤h)中，通过吸附从所述合成气中去除二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤g)中，使用变压吸附系统从所述合成气中分离氢气，产生富含氢气的产物气流(601)和吹扫气体(602)。
8.如权利要求7所述的方法，其中将所述吹扫气体(602)的至少一部分提供给步骤e)中的CO变换反应。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中将所述吹扫气体(602)的一部分用作燃料气体。
10.一种将固体回收燃料颗粒(117)加工成富含氢气的产物气流(601)的设备(1)，其包括：
-焙烧单元(200)，其将所述固体回收燃料颗粒(117)焙烧成烧焦的颗粒(201)；
-第二磨机(204)，其将所述烧焦的颗粒(201)研磨成粗磨的烧焦颗粒(207)；
-第三金属去除单元(205)，其包括从所述粗磨的烧焦颗粒(207)中去除金属残留物(206)的涡流；
-第三磨机(208)，其将所述粗磨的烧焦颗粒(207)研磨成细磨的烧焦颗粒(209)；
-气化单元(300)，其包括将所述细磨的烧焦颗粒(209)气化成粗合成气(301)的气流床气化炉(302)；
-CO变换单元(500)，其对所述粗合成气(301)进行CO变换反应，产生变换合成气(501)；
-气体清洁单元(600)，其包括从所述变换合成气(501)中去除二氧化碳和硫化氢的吸附装置(603、604)和从吹扫气体(602)中分离氢气产生富含氢气的产物气流(601)的氢气分离器。
11.如权利要求10所述的设备，其还包括焙烧气体加工单元(400)，所述焙烧气体加工单元(400)对可在所述焙烧单元(200)中产生的焙烧气体(202)进行热裂解。
12.如权利要求10或11所述的设备，其中所述氢气分离器包括变压吸附装置(605)。
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