CN1724934B - 垃圾转化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过等离子体焰炬实现垃圾的连续转化的方法，优选移动的弧，由直流电激励，在第一室中操作，至少通过一个分离部件从输入垃圾的第二室分离，能够确保高的热导率，通过这样的方式焰炬不会直接暴露于在垃圾毁灭过程当中所产生的气体以及喷入的或已存在的氧气和/或空气的化学侵蚀。

Description

垃圾转化方法
技术领域
本发明涉及一种连续转化垃圾的方法以及一种实施该方法的装置，在其中发生化学-物理的热分解反应以得到适当控制的合成物的产物。
背景技术
城市固体垃圾的数量有数百万吨。例如在意大利，超过2600万吨的城市固体垃圾被产生，其组成由于城区、地理区域、季节的不同而不同。
一种组份由29％的潮湿的有机物、28％的纸和纸板、16％的塑料构成。
在这大量的物质中必然被加入工业废弃物以及民用的特殊的垃圾，例如医用垃圾以及机动车毁坏的残余物。这些工业残余物以及特殊垃圾的重量大大超过城市固体垃圾。也有一个例子，1998年在意大利产生了6100万吨废弃材料，以及4000万吨民用的特殊垃圾。
这些材料的处理，特别是危险的垃圾，不同的热处理和冷处理技术被使用，例如：热毁灭、化学去毒、长期密封以及特殊的土壤填充方法。
然而，已知的方法，包括现有技术有这样的缺点：使用相同物理状态，例如固体、液体或气体状态的同类的垃圾；低浓度的危险物质的垃圾处理；产生非惰性的固体灰烬。而且，除了高速焚化以外，已经尝试的清除方法中至今为止很少有投放市场的，因为它们的完全的环境安全不能被确保。
已经作出了很多通过等离子体反应器或熔炉来消灭垃圾的尝试，但是典型的是需要喂入单一类型的垃圾，目前存在于等离子体反应器中的这种系统的可靠性，生产率以及它们的高能耗是一种限制。美国文献4644877描述了一种通过高温分解来毁灭垃圾的方法和装置，直接将垃圾输送到等离子体电弧使垃圾经受等离子体电弧的处理。
美国文献5280757另外描述了一种通过使用等离子体焰炬来气化城市垃圾的方法，其中垃圾被直接投入到等离子体焰炬在其中作用的反应室中。通过这样操作，焰炬直接暴露在垃圾毁灭的过程当中形成的气体以及喷入的或者在焰炬所位于的室中存在的氧气的化学侵蚀中。
尽管迄今为止作了很多的努力，没有可利用的技术解决方案能够确保高通用性、可靠性和高热效率。
发明内容
本发明首要的目的是提供一种连续转化垃圾的方法以及一种适于实施该方法的装置，具有高度的结构简单和在将被转化的垃圾的物理状态的类型方面的可靠性，例如确保高反应动力学、可靠性、低能量散析、拥有高等离子体稳定性的焰距的高的热产量。
进一步的目的是提供一种长工作寿命的装置。
因此，本发明计划解决上面所讨论的问题，提供一种连续转化垃圾的方法和装置，其具有权利要求1和6各自的特性。
所述的连续转化垃圾的方法，它的目的是得到适当控制的组份的产物，通过化学--物理反应得到，在等离子体反应器或熔炉中进行，它包括以下的操作：
-在大气压下于第一室内形成等离子体；
-通过一个热传导分配部件将被转化的垃圾，同时随同任何一种助燃剂，输入与第一室分离的第二室中；
-提取具有可被控制的组份的产物。
本发明还提供一种用于完成所描述的转换方法的装置。所述装置包括一个反应器，拥有一个充分圆柱对称性的主体，其特征在于它包括：
-至少一对能够在第一室内操作的等离子体焰炬；
-用于将垃圾和任何一种助燃剂输入到第二室中的装置；
-至少一个将第一室和第二室隔开的部件；
-一个用于排出在这个过程中产生的气体的管道
-一个用于排出液体和固体炉渣的管道；
-一个用于收集炉渣的坩埚；
-一个用于预热助燃剂的系统。
焰炬，优选移动的弧，由直流电激励，在第一室中操作，该第一室通过至少一个分离部件与用于插入垃圾的第二室分离，这样能够确保高热导率，通过这样的方式焰炬不直接暴露于垃圾毁灭的过程当中形成的气体，例如酸性分馏物，以及喷入的或者室中存在的氧气和/或空气的化学侵蚀中。
在反应器的气氛中无氧存在的条件下，输入到反应器中的垃圾达到一个可能形成自由碳的高温环境。助燃剂和输入原料之间的比率可能产生没有自由碳残余的情况，一个低化学计量比率在喷入的原料和助燃剂之间被维持，这样能够形成一个导致气体形成的还原环境，例如碳的氧化物和氢，这可以减少处理过程中产生的烟气中NOx的形成。
将第一室从第二室分离的部件是热传导的，优选从包括碳化硅(SiC)、钼的组中选择的材料制成。
用于从上面输送垃圾的工具优选的由包括重力系统、喷射枪的组中选择。用于侧面输送垃圾的工具也可以被提供。
用于侧面输送将被转化的垃圾和助燃剂的工具由朝向转化装置的中心的多个喷嘴构成，在反应器下部区域圆周形排列，水平或向下倾斜。
用于从下面输送助燃剂的工具由优选排列在反应器下部区域的周向的多个喷嘴构成。所述的喷嘴倾斜一个与水平方向成0-40度的角度。
反应器的内壁，在第一室和第二室之间的区域，与垂直方向可以成20-50度的倾斜角度以促进垃圾的排出。
将被转换的材料与助燃剂一起输入也可以通过多个输入点进行，它们可以不在一个水平上，通过喷嘴或其他装置增加反应面。
从属权利要求描述了本发明一些其它的优选的实施例。
附图说明
本发明进一步的特点和好处通过优选实施例的描述将变得更加明显，但是不是唯一的，所描述的等离子体反应器的实施例，是非限制性的例子，借助于附随的图表，其中：
图1示出了按照用于固体垃圾的第一操作模式的反应器的熔炉中心处的纵向截面示意图；
图2示出了按照用于流体垃圾的第二操作模式的反应器的纵向截面示意图。
具体实施方式
参照图1，一个反应器被示出，其包括：
-一个主体1；
-一对等离子体焰炬2，其中一个是阳极，另一个是阴极；
-一个第一室3，焰炬2设置在其中并且等离子体在其中形成；
-一个垃圾被输入其中的第二室6；
-一个热传导部件7，用于分离两个室2，3；
-用于输入垃圾的装置4；
-用于输入助燃剂的装置5；
-管道8，用于排出气体，部分说明，将反应器在反应过程中产生的气体输送出去；
-用于排出炉渣的管道9；
-用于收集炉渣的坩埚10；
-用于预热助燃剂的系统11。
反应器，其可以用水冷却，它有用耐火材料作衬里的内壁，例如氧化铝。
反应器的下部，由底和下壁构成，其可以与垂直方向成30-40度的倾斜角度，其由硅碳化物构成，或者其它材料，防止由于与炉渣相接触而形成任何类型的化合物。
用于排出炉渣的管道9优选由难熔的氧化镁构成。下表总结了反应器一个实施例的主要特征。
底部直径 600mm
熔炉中心内直径 680mm
外高度 1300mm
内高度 600mm
有效容积 50L
难熔的衬里 氧化铝、碳化硅(SiC)
水冷却 顶部，壁的上部
排出或流出孔 中央
操作压力 大气压
焰炬2，一个阳极，一个阴极，由顶进入到反应器到达操作位置离底部距离300-400mm。下表示出了焰炬2操作时使用的操作参数。
焰炬数目 2
平均额定功率 130KW
平均弧光长度 120mm
用于阴极焰炬的氩 30L/min
用于阳极焰炬的氩 40L/min
焰炬长度 1100mm
焰炬活动 三维(on three axis)
优选地，反应器装备有带有有关的传感器的自动操作和控制系统用于调整焰炬2的位置、垃圾的输入速率以及供给焰炬的电动力。
一个用于过滤和回收来自排出管道8的气体热量的装置，图中未示出，也被提供。
借助附图，本发明的两个实施例将被提供，以更容易的理解本发明的目的、特征、好处和操作过程。
第一个实施例，图1所示，涉及一个用于固体垃圾转化的装置。
参照这幅图，在等离子体反应器的顶部有用于固体垃圾通道的圆形管道，与装置4相连用于输送和计量固体垃圾。
输入到反应器上部的原料的处理发生在降落在室6的过程当中。
处理也可以通过喷入助燃剂到或只是在炉渣的自由表面来得到，其中残留的碳以及产生的灰烬被收集。这种助燃气体，用于气化，优选地在它进入反应器之前被预热。这个操作被执行通过使气体流过坩埚10下面的难熔底部中的预热系统11以回收能量。
通过适当数量的输入点，可能在不同的水平上，热的助燃剂与碳和/或仍未烧焦的垃圾之间的接触效率得到增加，因此增加反应产量和动力。
连续的转化具有，有或没有添加助燃剂(O2)的气化过程，来自垃圾的燃烧60千克/小时，导致按照辅助的助燃剂加入的数量每小时形成约120-150m3(STP)的气体，下表中示出了混合物中的主要成分：
成分 ％体积
CO 23-30
CO2 2-10
H2 20-25
H2O 2-10
烟囱中气体的污染物的浓度在法律所允许的范围之内。
第二个实施例，图2所示，涉及一个用于流体垃圾转化的装置。
参照所述图，至少在一个水平上存在喷头用于输入垃圾以及，有可能，同时输入助燃剂。喷射通过排列在多个圆周的周向的多个喷嘴12发生，在径向上喷射，为了包括分离部件13的整个外表面。管道14被使用以排出过程当中所产生的气体。
考虑到化学反应的高效以及反应器的灵活性和生产率这些目的，需要高的动力。
通过高氯(47％)多氯联苯100千克/小时的高温分解过程的热毁灭导致每小时产生约56m3(STP)的气体，其中有下表中所示的成分。
成分 ％体积
CO 2-5
CO2 0-1
H2 10-20
H2O 0-1
总共的碳氢化合物(TOC) <0.06
HCL 50-60
N2 1-2
氩 20-30
NOx <200ppm
如表所示，气体中主要是氢和氯化氢。关于二氧(杂)芑，在反应器的输出中数值是0.1ng/m3(STP)，因此浓度低于法律要求的烟囱中的浓度限制。关于其它的有机污染物，气体的处理允许在烟囱中以低于法律要求的限制携带它们，无机物质如(HCL，SO2，CO)等也一样。
由这些数据得到的毁灭的程度是99.999％，同时最大消耗能量是2.5KWh/kg。而且，约形成40kg固体碳，通过等动力的气体取样计算。每种情况下，固体和流体垃圾，方法和设备的完全的环境安全被确保；与大量的通过等离子体反应器销毁垃圾尝试相比，方法和设备也确保通用性、可靠性、良好的可靠性和少的能量消耗。
因此，本发明解决了现有技术的问题并确保高稳定性等离子体焰炬的高效。
上面所描述的方法和装置，对于本领域技术人员来说，考虑到相应的需求，可能作出并不脱离权利要求所限定的保护范围的修改和变化。

Claims (13)

1.一种连续转化垃圾以得到适当控制组份的产物的方法，其特征在于，包括以下的操作：
-在第一室(3)中在大气压下形成等离子体；
-将要被转化的垃圾同时与助燃剂一起输入到通过至少一个分隔部件(7)与第一室(3)分隔的第二室(6)中；
-提取可被控制组份的产物，
其中，所述的分隔部件(7)是热传导的。
2.如权利要求1所述的转化方法，其特征在于，将被转化的垃圾从顶部竖直输入。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，被转化的垃圾的输入在侧面进行，在径向上，通过多个位于不同水平面上的输入点进行。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，助燃剂从下部导入，同时侧面在径向上通过多个位于不同水平面上的输入点进行。
5.一种用于实现如权利要求1到4任一项所述的连续转化垃圾以得到适当控制组份的产物的方法的装置，包括一个主体(1)，其特征在于还包括：
-至少一对能在第一室(3)内操作的等离子体焰炬(2)；
-用于将垃圾输入到第二室(6)中的装置(4)；
-至少一个将第一室(3)和第二室(6)分隔的部件(7)；
-一个用于排出气体的管道(8)；
-一个用于排出炉渣的管道(9)；
-一个用于收集炉渣的坩埚(10)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，提供了用于输入助燃剂到第二室(6)中的装置。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，提供一个用于预热助燃剂的系统(11)。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的分隔部件(7)由从碳化硅(SiC)、钼中选择的材料制成。
9.如权利要求5到8任一项所述的装置，其特征在于，用于从上面输入垃圾的装置(4)从重力系统、喷射枪中选择。
10.如权利要求5到8任一项所述的装置，其特征在于，用于侧面输入将被转化的垃圾和助燃剂的装置由朝向中心的多个喷嘴构成，该多个喷嘴周向排列，水平或向下倾斜。
11.如权利要求5到8任一项所述的装置，其特征在于，用于从下面输入助燃剂的装置(5)由在反应器下部区域周向排列的多个喷嘴构成。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的喷嘴倾斜一个与水平面成0-40度的角度。
13.如权利要求5到8任一项所述的装置，其特征在于，所述的装置包括一个用于过滤和回收从排出管道(8)排出的气体的热量的元件。
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