由废弃物生产燃料气的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201380034320.2 | 申请日 | 2013-07-01 | 公开(公告)号 | CN104736680A | 公开(公告)日 | 2015-06-24 |
| 申请人 | 乔恩·雅各布森; | 发明人 | 乔恩·雅各布森; | ||||
| 摘要 | 本 发明 描述了一种用于包括天然 碳 质材料和合成 碳质材料 的废弃物的 热处理 和化学转化以产生用于进一步使用的 燃料 气的方法和设备。来自 热解 裂解反应器(40)的 裂解气 和固体废弃物被进一步处理以产生具有基本上稳定的沃泊指数的燃料气。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于废弃物的热处理和化学转化的方法，以产生用于进一步使用的燃料气，所述废弃物包括天然的和合成的碳质材料，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 由废弃物生产燃料气的方法和设备技术领域背景技术[0002] 家庭废弃物是混合物材料，并且包括：所有食品，同时涵盖动物来源和植物来源的食品；纸张和植物纤维制成的其它产品，诸如织物；建筑材料，同时包括木材产品和木类产品、塑料和混凝土；天然高分子材料和合成高分子材料，诸如不同种类的塑料、橡胶、合成橡胶；金属等。 [0003] 传统上，生活废弃物和工业废弃物被填充到填埋场中。填埋场占用了宝贵的空间，并产生了既涉及到“视觉污染”也涉及到与废弃物相关的气味的美学问题。填埋场的另外一个问题是气体、液体或固体形式的有毒的和环境上不可接受的化合物溶解在填埋场中的液体中。由填埋场中的废弃物所释放的气体，除了导致不希望的气味，可以包括有毒和/或环境上不可接受的气态化合物(诸如挥发性有机化合物(VOC))将会从废弃物中被释放到大气中。液体，无论是废弃物的一部分还是通过填埋场的雨水下流所引起的水，将使固体化合物溶解在填埋场中并且从填埋场中泄漏出，从而同时污染河流和湖泊中的地表水并且可能渗透到地下水中。 [0004] 为了避免填埋场填满所有可用的空间并且为了避免与其相关联的其它问题，已经建造了用于将废弃物分类的设备。可回收材料与不可回收废弃物被分离开。可回收材料被送到设备以回收有价值的材料并回收诸如金属的材料。不可回收材料可被分为可燃材料和不燃材料。不可燃材料被送到填埋场等，而可燃材料被引入到焚化设备中。在焚化设备中，可燃物质在高温下燃烧以破坏所有包括有毒的和环境不需要的化合物的温度可降解或可燃材料。此外，不同的机构被包括在内以避免从焚化设备中排放有害气体。 [0005] 通过燃烧，固体废弃物的体积根据废弃物的组成和燃烧技术而降低了50％至90％。燃烧的热量通常用于区域加热和/或冷却。 [0006] 用于将废弃物分类的技术是众所周知的。通常情况下，废弃物是基于它们的物理性能诸如磁特性、密度、表面至重量等进行分类。 [0007] 焚化设备也是众所周知的，并且大量的这类设备正在运行。 [0008] 2001年5月12日的EP 1160307(塑料与环境工程有限公司(KUNSTSTOFF-UND UMWELTSTECHNIK GMBH))涉及了一种用于包括天然碳质材料和合成碳质材料的废弃物的热处理并化学转化以产生进一步使用的燃料气的方法和设备。虽然产物气的组成未被良好确定，但是产物气似乎包括低级烃、CO2、CO和氢气的混合物。在本说明书中，低级烃主要用于包括在环境温度下是气体的烃，诸如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。这指示了，产物气被用于燃气驱动的发动机或涡轮。然而，明显的是，来自根据EP1160307的装置的气体组成将根据引入到装置中的废弃物的实际组成而发生变化。这样的变化虽然使气体不适合于现代高效率的燃气涡轮，但是对效率比现代燃气涡轮低得多的燃气驱动的发动机是可接受的。没有其它潜在的用途被指示用于产物气。 [0009] 本发明基于EP1160307，其中，它使用了其中所描述的用于有机化合物的裂解和热解的核心技术。本发明针对允许获得经调整而适应预期用途的具有预定组成且具有沃泊指-2数(WOBBE index)(沃泊指数＝热值/(气体比重) )的产物气的改进。预定组成主要包括CO、CO2和低级烃，而沃泊指数随着时间推移基本上恒定。 [0010] 尤其是当所产生的气体的预期用途是作为燃气涡轮的燃料时，重要的是确定满足现代高效率燃气涡轮的要求的恒定的沃泊指数，即沃泊指数中的波动在10分钟的时间内小于2％。所产生的气体的组成具有高的氢气含量，从而产生高温火焰，使得保持沃泊指数基本上恒定是特别重要的。 发明内容[0011] 根据第一方面，本发明涉及一种用于包括天然碳质材料和合成碳质材料的废弃物的热处理和化学转化以产生用于进一步使用的燃料气的方法，该方法包括以下步骤： [0012] a.通过干燥或者将水或蒸汽引入到碳质材料中，将碳质材料的湿度调节至预定水平， [0013] b.将保持湿润的碳质材料引入到热解裂解反应器中，在热解裂解反应器中热处理该材料以产生原料热解裂解气和碳质固体剩余物， [0014] c.将蒸汽和来自步骤b)的碳质固体剩余物引入到转化单元中，以引起其中的固体碳质材料部分气化以产生合成气和固体剩余物，该合成气包括氢气、CO和CO2，并且被排出并引入到第二洗涤区域中，而该固体剩余物被排出用于进一步处理或丢弃，[0015] d.将来自步骤b)的原料热解裂解气引入到第一气体净化单元中，在第一气体净化单元中气体被分离成第一轻油部分和洗涤过的原料气部分，该第一轻油部分在大气压下具有170℃至350℃的沸点范围，而该洗涤过的原料气部分主要包括H、CO、CO2和沸点范围低于170℃的烃， [0016] e.将洗涤过的原料气部分引入第一气体分离单元中，在第一气体分离单元中，该原料气被分离成富氢气体部分和低氢部分， [0017] f.将低氢部分引入到转化单元中以与其中的固体一起进行转化，[0018] g.将富氢气体部分引入到第二分离单元中，其中，步骤c)的富氢气体部分和合成气被分离成第二轻油部分和合成气部分，该第二轻油部分在大气压下具有100℃至200℃的沸点范围，而该合成气部分通过合成气管线被排出， [0019] 该方法还包括： [0020] h.将来自步骤d)的第一轻油部分回收到热解裂解反应器中。 [0021] 反应器中所产生的裂解气的后处理和转化单元中的转化对获得足够量的燃料气是必要的，该燃料气具有足以用于预期目的的足够高的沃泊指数，诸如用作燃气涡轮的燃料气。 [0022] 根据一个实施方式，来自步骤g)的第二轻油部分与第一轻油部分被一起回收到热解裂解反应器。第二轻油部分优选通过使轻油暴露在额外的热解裂解循环进行回收，以降低或消除这种轻油在所产生的燃料气中的存在。 [0023] 根据一个实施方式，将第一轻油部分和第二轻油部分引入到裂化单元中，在该裂化单元中轻油的一部分被裂化，并且，在该裂化单元中裂化产生的气体被分离成第三轻油部分和裂化气体部分，该第三轻油部分被引入到热解裂解反应器中，而该裂化气体部分主要包括H、CO、CO2并且通过裂解气管线排出并引入到第一净化单元中。在回收裂化后残留的轻油之前，将第一轻油部分和第二轻油部分引入到裂化单元中来对分解轻油是有效的，以通过添加额外的除去或减少轻油的步骤来提高除去轻油的效率。 [0024] 根据一个实施方式中，合成气管线中的燃料气流被引入到CO2捕获单元中以将CO2的至少一部分与所产生的燃料气分离开。通过将CO2的至少一部分与燃料气分离来提高所产生的燃料气的热值或沃泊指数。此外，捕获CO2导致来自设备的CO2排放降低，并且捕获CO2能够安全地进行沉积或者被用作油气领域中的压力支持(pressure support)。CO2捕获的速率也可被调整，以允许调整沃泊指数来避免沃泊指数中不需要的波动。 [0025] 可控制转化单元中的转化，以稳定所产生的燃料气蒸汽的沃泊指数。通过调整转化单元中的温度、通过调整引入到转化单元中的蒸汽的量以及通过调整从第一分离单元引入到转化单元中的气体的量可以调整上述转化。 [0026] 上述的方法，其中，将进入的废弃物分级成具有不同热值的部分，并且其中，这些部分以各比例再混合以使得输入到热解裂解反应器中的废弃物具有基本上稳定的热值。调整待处理的进入的废弃物是调整所得气体的沃泊指数的额外方式。 [0027] 根据一个实施方式，进入的废弃物在进行分级之前进行蒸压处理。在蒸压处理期间，废弃物经受不同的过程，以除去来自废弃物的气味、降低废弃物的体积，并且由于废弃物中的不同组分变得更加彼此分离而使得分类过程更容易。 [0028] 根据第二方面，本发明涉及用于执行上述方法的设备，该设备包括：废弃物入口；热解裂解反应器，用于热处理废弃物以产生裂解气和固体剩余物；转化单元，用于气化来自反应器的固体剩余物的至少一部分；第一气体净化单元，用于将热解裂解反应器中产生的气体分离成第一轻油部分；轻油回收管线，用于回收来自第一气体净化的轻油；和洗涤过的原料气管线，用于将原料气从第一气体净化单元引入到气体分离单元中；气体管线，用于将分离单元的低氢部分引入到转化单元中，和富氢气体管线，用于将富氢部分引入到第二气体分离单元单元中；转化气体管线，用于将气化过的固体从转化单元中排出到第二气体分离单元中；和燃料气管线，用于排出所产生的燃料气。 [0029] 根据一个实施方式，该设备进一步包括第二轻油回收管线，用于将第二轻油部分从第二气体分离单元回收到反应器。 [0030] 根据一个实施方式，该设备进一步包括裂化单元，用于将第一轻油部分和第二轻油部分裂化并分离成第三轻油部分和裂化气体部分，其中，轻油回收管线被设置以将轻油从裂化单元中排出并将该轻油引入到反应器中，而裂化气体管线被设置用于将裂化气体从裂化单元中排出并该裂化气体引入到第一气体净化单元中。 [0031] 根据具体的实施方式，该设备进一步包括CO2捕获单元，所述CO2捕获单元被连接到所述燃料气管线，用于捕获燃料气中存在的CO2的至少一部分。 [0032] 根据又一个实施方式，该设备进一步包括废弃物分类单元，用于将进入的废弃物分类成具有不同热值的部分，并还用于再混合废弃物的各部分以保持对热解裂解反应器的输入的热值基本上稳定。 [0033] 该设备还可以包括蒸压系统，用于在引入到分类单元中之前蒸压处理废弃物。 [0034] 根据一个实施方式，第一分离单元是膜分离单元。优选的第一分离单元包括两个膜。 [0035] 根据另一个实施方式，第二分离单元是膜分离单元。 [0037] 图1是根据本发明的废弃物处理设备的流程图， [0038] 图2是比图1更详细地示出本发明的实施方式的流程图， [0039] 图3是本发明中使用的反应器的原理图， [0040] 图4是可以在本发明中使用的废弃物分类系统的原理图， [0041] 图5是本发明的替代实施方式的流程图。 具体实施方式[0043] 图1是本发明的实施方式的概要说明，其中，进入物经由废弃物管线1被引入到废弃物预处理区域2中。 [0044] 所示实施方式的预处理区域包括蒸压处理系统3，其中管线1中的MSW首先被引入到蒸压处理系统3中。适用于该目的蒸压处理例如通过英国气动热集团(AeroThermal Group,UK)进行传递。蒸压釜(autoclave)体系优选包括一系列平行布置的旋转蒸压釜，其中，MSW进行分批处理。在正常操作期间，蒸压釜将处于蒸压处理循环的不同部分，以进行半连续操作。 [0045] 蒸压处理循环包括以下步骤：将MSW填充到蒸压釜中，并随后关闭蒸压釜。关闭并随后抽空蒸压釜以除去来自蒸压釜内部的大部分空气。通常在约5.2barg(巴表压)下，将蒸汽引入蒸压釜中来加热蒸压釜及其内容物至约160℃。保持该温度和压力达预定的时间，诸如30～40分钟。在此过程期间，使蒸压釜旋转。 [0046] 在蒸压处理过程期间，对蒸压釜中的MSW进行消毒，并且体积通常降低了约60％。热处理杀死MSW中所有细菌和其它降解生命物(degrading life)，并且因此除去废弃物的气味。诸如PE和PET的塑料达到玻璃-橡胶转化阶段并且通过变形而变小。塑料薄膜虽然大多不受蒸压处理影响，但在该过程循环期间进行清洁。剪草和小院子废弃物被降解为纤维素纤维。此外，木质素和其它大分子被分解和/或凝结。蒸压处理过程从而降低了MSW的各部分之间的结合，并使得进一步加工更容易。 [0047] 在热处理终结之后，将蒸压釜放空，并且将其中的蒸汽引入到冷凝器中，在冷凝器中使蒸汽冷凝以产生水。在进行释放或再使用前，通过废水管线4将水排出并引入到处理过的废水处理单元5中，以避免污染周围环境或避免设备中循环的水中的污染物的累积。通过处理过的水管线6来排出处理过的废水而使其进行释放、进一步处理或再使用。 [0048] 然后再次填充蒸压釜以重启蒸压釜循环。为了获得半连续过程，对平行的蒸压釜的循环进行控制以使得它们彼此异相(out of phase)。 [0049] 此后，通过蒸压处理过的废弃物管线7将蒸压处理过的MSW从蒸压釜3中排出并引入到包括一组输送机和分类装置的分类系统8中，从而将蒸压处理过的MSW分离成不同部分。分类系统优选是现有技术中用于将进入的MSW分离成多个部分的分类系统，诸如德国施泰德工程有限公司(Stadler Anlagenbau GmbH,Germany)所销售并传递的设备。 [0050] 在这样的分类设备中，MSW被分类成各种部分，诸如： [0051] ·PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯) [0052] ·HDPE(高密度聚乙烯) [0053] ·混合塑料，可被分类成单个部分 [0054] ·薄膜 [0055] ·利乐包装 [0056] ·混合纸 [0057] ·SRF(固体回收燃料) [0059] ·含铁金属(Ferrous metal) [0060] ·残留物(不可燃固体残留物) [0061] 富含氮或氯的塑料在大多数根据本发明生产的燃料的潜在用途中是不需要的。主要被包含在地毯中的尼龙含有氮，并且导致在燃烧设备中形成NOx，而PVC产生了与水结合是强酸性的HCl。此外，尼龙和PVC都可作为有价值的回收产品出售。如下面进一步描述的，可以通过计算机操作的风力筛选结合近红外检测来执行从剩余的塑料中分离尼龙和PVC。然而，少量的尼龙和/或PVC作为不同部分的污染物是可接受的。PVC可被使用，条件是： 以总MSW的重量计，PVC的重量小于1％。 [0062] 图4示出了分类设备的典型流程图。通过废弃物管线1使废弃物进入上述的设备并引入到蒸压釜3。将蒸压处理过的废弃物从蒸压釜3中排出并经由管线7引入到第一磁性分离器100中，第一磁性分离器100捕捉蒸压处理过的废弃物材料中存在的大的含铁物件(ferrous piece)并且将它从剩余的废弃物中除去进到第一铁部分101中。 [0063] 在离开第一磁性分离器后，将废弃物进一步在第一丝网102中分类，诸如指状丝网(finger screen)，尺寸被设计为通过允许<200mm的粒子穿过丝网以除去大的物品(诸如具有尺寸>200mm的物品)和粘性材料(像缠绕的箔、织物和绳)。将>200mm的部分收集在大的高热值部分103中。本领域技术人员将理解：在这种设备中什么被认为是大的物品取决于实际设备；以及，200mm的给定限制会因设备而有所不同。如果认为有必要的话，包括近红外检测系统的分类单元可以被设置以从所述部分中除去任何尼龙和/或PVC。 [0064] 其后，穿过第一丝网102的<200mm的材料在第二丝网(诸如 )104中进行筛选，以产生<12mm的扣分和+12mm的部分。将<12mm的部分引入到带式分离器106上的磁鼓中，以分离含铁废弃物部分，该含铁废弃物部分与下文将描述的其它含铁废弃物部分合并。将分离器106中未除去的非铁部分引入到非铁分离器106中，其中，各组分基于其密度进行分离以产生非铁重部分，该非铁重部分与如下文更详细地描述的其它非铁重部分合并。较轻的材料被收集在絮状物(flock)/纤维部分107中。 [0065] 将+12mm的部分引入到第一风力筛选分离器108中，其中，通过吹入空气和重力，大多数密度较小的材料与密度较大的材料分离开。将轻质材料(除了一些额外的轻质材料，大多数轻质材料包括塑料)引导到轻材料部分109中。轻材料部分可以进一步进行分类以将不同的塑料和/或塑料与非塑料材料分离开。 [0066] 将密度大的部分从第一风力筛选分离器108中引入到筛分单元110中，筛分单元110根据尺寸(即，<50mm和>50mm)分离材料。将<50mm的材料引入到带式分离器111上的磁鼓中，以分离如下文所述进行处理的含铁部分和引入到非铁分离器中的非铁部分，从而将密度大的材料(通常为金属)与密度较小的材料分离开。如下文所述收集密度大的材料，而密度较小的材料被引入到将如下文所述的近红外检测器区域116。 [0067] 将来自筛分单元110的>50mm的材料引入到第二风力筛选分离器113中。将来自第二风力筛选分离器113的密度较小的材料与来自上述的第一风力筛选分离器108的密度较小的材料合并。将密度大的材料从第二风力筛选分离器113中引入到带式分离器114上的磁鼓中以产生含铁部分，该含铁部分与来自上文所述的分离器105和111的含铁材料合并并且被引入到含铁部分117中。 [0068] 来自分离器114的非铁部分被引入到非铁分离器115(相应于分离器106和112)中以产生密度大的部分，该密度大的部分与来自分离器106和112的相应部分合并，并被收集作为非铁部分123。 [0069] 近红外分离器区域116通常包括几个相应的分离器，可选地具有用于最终分离含铁材料与剩余废弃物的含铁分离器。红外分离器(例如四个分离器)都是相应的分离器，相应的分离器被调整用于分离不同类型的塑料材料。本领域技术人员知道如何根据使用近红外检测器可检测的化学组成来调整用于分离不同类型塑料的检测器。 [0070] 如果近红外分离器区域116包括如下所示的四个红外线分离器，那么它将能够将所引入的材料分离成各种部分，如：将PCV分离成部分118，将尼龙分离成部分119，将PET分离成部分120，将混合塑料分离成部分121，将高热量的最终产品分离成部分122，和任选的未示出的额外的金属部分。 [0071] 从设备中输出可回收材料，诸如，含铁部分101、117，非铁部分123，PVC部分118和尼龙部分119。然而，PVC部分118可以在内部用于产生燃料气，前提是：以所添加的分类过的MSW的总重量计，PVC小于约1％。如果所有PET不需要用于产生气体，那么甚至可以输出其它部分，诸如PET部分120。 [0072] 将不可回收的可燃废弃物部分从分类设备中排出，虽然输出管线未在图4中示出。经由不可回收物管线10将不可回收物引入到湿度调整单元11。 [0073] 本领域技术人员理解，对于上述部分给定的尺寸限制是实例，并且尺寸限制可以根据设备的供应商和新设备的具体计划而基本上彼此不同。部分的数目和不同分类过程的顺序也可以不同。此外，分类后不充分均匀的部分可被回收到较早的分类步骤。 [0074] 正常的生活MSW通常具有约20重量％至30重量％的湿度。蒸压处理后，湿度通常被提高至约50重量％。进一步处理所需的湿度通常为约10重量％至25重量％，诸如15重量％至20重量％，例如约18重量％。相应地，废弃物的湿气通常必须进行干燥。如果废弃物太干燥，那么添加水和/或蒸汽以使废弃物保持湿润。通过过量的水管线12将任何多余的水从湿度控制单元11中除去并引入到上述的废弃物水处理单元5中。或者，可以通过未示出的管线添加水和/或蒸汽。 [0075] 可以通过空气吹入MSW或通过加热MSW或者它们的组合来获得MSW的干燥。用于干燥湿度调整单元11中的不可回收物的热量可来自于在稍后描述的燃气涡轮发电设备30中和/或来自于通过点燃稍后气体生产单元中产生的可燃气在用于加热待干燥的材料而设置的燃烧室中产生的热水/蒸汽。 [0076] 本领域技术人员将理解，所描述的预处理区域2是目前优选的预处理区域；以及，在不脱离本发明的范围的情况下，任何可以产生分类过和分级过的废弃物的预处理单元可以替代所描述的单元。替代的预处理区域可以是切碎机类型的废弃物处理设备等。 [0077] 通过预处理过的废弃物管线13，将分类过和湿度调整过的废弃物从湿度调整单元11中排出，并引入到气体生产和处理区域20中。经由预处理过的废弃物管线13将预处理过的废弃物引入到热解裂解单元21，用于生产合成气和固体剩余物，该合成气主要包括氢气、CO和CO2，并且通过燃料气管线22排出用于预期用途；固体剩余物主要包括碳，并且在从管线23中排出并从设备中被输出用于进一步使用或沉积。热解裂解单元21将在下面进一步说明。 [0078] 本领域技术人员将理解，除了或代替将水和/或蒸汽添加到单独的湿度调整单元中，如果废弃物太干燥的话，那么当废弃物被供给到反应器21中时水和/或蒸汽可被引入到废弃物中。 [0079] 从管线22中排出的合成气可被原样使用，或者被引入到可选的分离单元24中用于分离或捕获来自合成气的CO2。在第二分离单元中，进入的合成气被分离以产生CO2流和CO2低的合成气，该CO2流通过CO2输出管线25被排出，而CO2低的合成气通过CO2低的燃料气管线26被排出。第二分离单元21可以是任何熟知类型，诸如吸收/解吸单元、变压单元或膜类单元。目前优选的CO2捕获单元是膜类单元，由于其运行成本低。这样的解决方案是可商购的。 [0080] 来自CO2捕获单元的并通过CO2输出管线25输出的CO2可被送至碳存储设施，用于以熟知的方式将CO2储存在枯竭的油井或气井中或含水层中；或者可被出售用于提高油回收中的压力支持的用途。或者，所捕获的CO2或其一部分可被用于农业或水产业目的，并且可被引入到用于藻类生产的温室或设备中作为碳源。 [0081] 热解裂解单元21中产生的气体具有许多潜在的用途。在所示的实施方式中，气体在穿过CO2捕获单元24后被引入到燃气涡轮中。取决于预期用途，气体可以可选地被传送用于其最终用途(诸如，例如燃气涡轮)，而没有CO2捕获。对于大多数目的，管线22中气体中存在的CO2是惰性气体，惰性气体降低气体的热值并且提高气体的体积。由这样的技术观点和环境观点来看，在使用或销售所产生的气体之前捕获CO2因此是有利的。通过捕获CO2，设备的CO2足迹大幅降低。 [0082] 在所示的实施方式中，管线26中离开气体生产和处理单元20的所产生的气体被引入到燃气涡轮设备30中以产生电力，该电力可被用于需要电力的内部过程并且其中过剩的电能可通过电力线31而被出售给电网。 [0083] 通过蒸汽管线32将燃气涡轮设备30中所产生的蒸汽排出，以传递热水和/或蒸汽来加热设备(诸如蒸压釜3)中需要热量的过程，并且经由内部蒸汽管线33’、33”来干燥湿度调整单元11。本领域技术人员也将能够识别热水或蒸汽中热能的其它可能的内部消耗者。可通过蒸汽输出管线33将蒸汽和/或热水形式的多余的热量从设备中输出用于例如区域加热。 [0084] 根据替代实施方式，燃气涡轮30被费托(Fischer-Tropch，FT)设备取代，用于以熟知方式将合成气转化成合成烃。 [0085] 本领域技术人员将理解，目前的气体生产和处理单元20可被用于非MSW的其它富烃材料，诸如，例如作为废塑料材料(诸如农业塑料废弃物，或轮胎)的更均匀的废弃物材料。这样的材料具有对单元21中的高效热解裂解来说太低的湿度。通过未示出的水引入管线可以将水添加到湿度调整单元11中的这类废弃物中和/或添加到热解裂解单元21中，以使得单元21中的水含量以引入的废弃物的重量计为约20％。 [0086] 通过管线22从热解裂解单元21中排出的固体可以根据进入的废弃物而在组成和潜在用途中不同。通过管线22排出的固体剩余物的一个潜在用途是通过将材料铺展在农田上来改良土壤。 [0087] 图2是气体生产和处理单元20的一个实施方式的图示，但是也包括湿度控制单元11；而图3是作为处理装置20的中心部分的反应器40的原理草图。 [0088] 通过上述的废弃物管线10将废弃物引入到湿度控制单元11中，湿度控制单元11在这里被示出为干燥单元。将用于干燥湿度控制单元11中的废弃物的热量以通过管线33’的蒸汽，或者以来自将在下面进一步解释的源的燃料气管线48中的热燃料气提供到加热室11’。进行冷却后，在加热和干燥废弃物的同时，通过排气释放管线48’释放冷却的排气。 [0089] 经由保持湿润的废弃物管线13将废弃物从湿度控制单元11中引入到主反应器40中，并引入到例如在上述识别的EP1160307A中描述的那种的主反应器40中。本领域技术人员将理解，所示出的反应器40可以是一个反应器或平行排列的两个或更多个反应器。这同样适用于下面描述的所有元件。 [0090] 通过废弃物管线13将水从湿度控制单元11引入到主反应器40中，进入到由通过加热气管线41引入的加热气和通过空气管线47引入的空气的燃烧所加热的热夹套46包围的混合室45中。通过废气释放管线48排出来自燃烧的废气。 [0092] 通过螺旋输送器50将混合室中的废弃物混合物传输到高温室51中。在高温室51中，通过燃烧包围高温室51的加热套54中的加热气来进一步加热废弃物。通过气体管线41’将加热气引入到加热套54中，而通过空气管线47’将用于燃烧的空气引入。在启动设备期间，气体管线41’被设置用于将天然气添加到管线41中。 [0093] 混合室45和高温室51中的总废弃物因此在不存在氧气的情况下进行加热以影响其中的热解裂解。同时通过加热套46和在混合室和高温室中产生的热解裂解气来加热混合室中的废弃物。通过与混合室连接的热解气管线52排出通过混合室和高温室中的热解裂解所产生的气体的一部分。混合室中的温度通常为500℃至700℃，而高温室中的温度由于额外的加热而较高，诸如通常为约1000℃。反应器40中的压力通常约为大气压或略高于大气压。 [0094] 由于反应器40中的热解裂解，通过熟知的热解或裂解反应将废弃物的原始质量的主要部分转化成气体。小有机分子和大有机分子(诸如合成或天然的聚合物或大分子，诸如碳水化合物、脂肪、蛋白质、塑料等)进行热裂化，即，分子经由不同反应进行分裂，以形成更小的分子。废弃物中存在的湿度和/或在引入到混合室中期间引入到废弃物中的水/蒸汽导致在反应器中发生一些蒸汽裂化反应以及热裂化。由于反应器40中水的存在，数个反应在其中发生。首先，温度引起引入到反应器中的烃材料的热解或裂解，以产生固体炭剩余物和气体，气体主要是氢气、甲烷、较少量的低级烃和焦油，或将在较低温度下冷凝的高级烃。此外，反应器50中反应混合物中存在的水将根据以下反应与碳反应： [0095] [0096] [0097] 如上所述，通过管线52可以排出所产生的气体的一部分，将在下面进一步详细地描述。通过高温室出口55将固体废弃物的剩余质量从高温室51的底部排出，并且直接引入到一系列的次级反应器60，在这里被示为一个反应器60。将通过管线52排出的气体引入到第一次级反应器60，以参与到次级反应器60中的烃的进一步分解。 [0098] 次级反应器60具有共同的设计，该共同的设计为设置有螺旋输送器的管式反应器，同时用于混合的固体物质和气体并用于运载通过反应器的剩余的固体材料。此外，如关于主反应器40，这些反应器设置有通过燃烧进行加热的加热套59，用于剩余的固体废弃物的进一步裂解和热解，并且用于确定产生的气体从其中的固体废弃物中释放出来。将次级反应器中的温度维持在与在高温室中的大约相同的温度下。根据具体的设备，两个或多个次级反应器60可被串联连接，以提供废弃物的最大程度的热解裂解。通过固体管线69将来自最后的次级反应器60的固体剩余物排出并引入到转化单元70中。 [0099] 通过原料气排出管线61将由固体碳化废弃物产生和/或释放的气体从次级反应器60中排出并引入到第一气体净化单元62中。第一气体净化单元62被设置用于从原料气流中除去焦油、油和灰尘颗粒。第一净化单元62包括一系列洗涤器，其中气体在缓冲液体介质中进行洗涤。第一净化单元可以是在2003年4月6日的EP 1316351 A2(安德烈亚斯·昂格尔博士(DR.ANDREAS UNGER)所描述的那种。从一个洗涤器到下一个洗涤器成阶段地降低原料气的温度，以将冷凝物和固体颗粒与气体分离开。以常规方式进行控制洗涤介质的温度、pH值和组成。 [0100] 通过废水管线63将来自洗涤器的废水从第一气体净化单元62中除去并引入到上述废水处理单元5中。 [0101] 经由洗涤过的原料气管线64将主要包括CO、CO2和具有低于170℃的沸点范围的烃的洗涤过的原料气从第一气体净化单元62中排出并引入到包括两个膜类分离单元的气体分离单元65中，一个膜单元产生通过富氢气体管线66排出的富氢气体部分，而一个膜单元产生通过热气管线41排出的富烃部分(待用于上述的加热目的的点燃)以及通过气体管线67排出的包括主要是低级烃、CO、CO2和一些氢气的气体混合物的第三原料气部分。将管线67中的气体引入到上述转化单元70中。 [0102] 在线路69中引入到转化单元70中的固体通过热气体在加热套79中的燃烧进行加热，并且与通过管线67引入的气体和通过蒸汽管线71引入的蒸汽进行反应，以进一步分解气体中的烃，并且根据“气化”反应用于固体中碳的气化： [0103] 以将额外的合成气添加到所产生的气流。根据通过蒸汽管线71引入的蒸汽的量，所产生的CO可通过反应 而被进一步转化 成CO2和氢气。 [0104] 然而，在以加热转化单元70所使用的气体为代价下，转化单元70中的转化的确导致产物气中的氢气的浓度更高。 [0105] 通过转化气体管线72将转化单元70中产生的气体排出并引入到第二气体净化单元75中，在第二气体净化单元75中气体与上述富氢气体管线66中的气体合并并且在一系列的洗涤器中进行洗涤，在洗涤器中用于除去气体中的不需要的元素的氢氧化钙或硫酸，和/或其它化学品(诸如Ca(OH)2和硫酸)可以被包括在洗涤溶液中。通过供给管线95、96和97分别添加用于洗涤的水和洗涤化学品的水溶液。通过使用过的水管线76将用过的洗涤溶液除去并引入到废水单元5中。 [0106] 通过固体废弃物管线23将来自转化器70的固体废弃物排出，并可选地引入到炭处理单元90中，在炭处理单元90中固体材料被分离成通过炭管线91排出的炭和通过灰管线92排出的灰和炭的混合物。炭和灰被输出用于设备，并被出售/放置。 [0107] 通过上述的管线41引入用于加热套46、54，59、70的加热气。在正常工作期间，将加热气从上述的气体分离单元65中排出。通过启动气体管线39可以引入用于启动设备的启动加热气，或补充气(在从气体分离中排出的加热气必需被补充以产生所需要的加热的情况下)。通过空气管线47加入诸如空气的氧化剂或其它含有氧的气体，以通过燃烧加热气来获得燃烧和加热套中热量的产生。 [0108] 经由第一轻油管线68将在大气压力下具有约170℃～350℃的沸点范围的第一轻油部分从第一气体净化单元62中排出并引入到轻油循环管线81中，用于将轻油引入到主反应器40中。经由第二轻油管线77将在大气压力下具有约100℃～200℃的沸点范围的第二轻油部分从第二气体净化单元75中排出并也引入到轻油循环管线81中。回收到主反应器中轻油部分参与到主反应器40中的反应中，并如上文所述进行进一步分解。 [0109] 通过合成气管线22将原料燃料气排出并可引入到CO2分离单元24中，用于如上文所述从气体中除去CO2的主要部分。 [0110] 图5示出了本发明的特定的实施方式，其中裂化单元80被设置用于接收并裂化在管线68和76中的第一轻油部分和第二轻油部分。在裂化单元80中，通过用来自主反应器40的加热环46、54的废气加热裂化单元来使烃进行热裂化，通过废气管线82将废气排出并引入到包围裂化单元80的加热环78中。通过废气回流管线83使使用过的废气从加热环 78中回流到上述排出管线48中。 [0111] 轻油部分在裂化单元中进行热裂化，以产生主要包括氢气、CO和CO2的合成气。裂化单元中的裂化是不完整的。通过轻油循环管线81将未在裂化单元中裂化的轻油排出，以回收到上述的主反应器中。 [0112] 通过裂化气体管线74将裂化单元80中产生的合成气排出并引入到第一气体洗涤区域62，作为待在其中洗涤并分离的气体的一部分。 [0113] 下面的表1给出了根据图5中示出的本发明的示例性的废弃物处理设备中不同管线中用于处理MSW的物质种类、质量流、温度和压力的典型值，其中所得到的气体被用于燃气涡轮，用于产生电力和区域加热和/或冷却。 [0114] 表1 [0115]流中的材料 管线号 质量(kg/h) 温度(°) 压力(毫巴) 进入的MSW 10 14000 20 - 干燥的MSW 13 13200 100 - CO2/燃料气 22 7600 800 50 CO2 25 3300 燃料气 26 4300 原料气 61 12800 800 50 加热气 41 3800 炭 91 1400 灰/炭 92 1400 [0116] [0117] 从表中尤其可以看到，总质量降低了约80重量％。由于碳质剩余物的重量可通过上述的气化反应进行的碳转化而大幅降低，固体的量依赖于转化单元70中的转化。除了重量和相应的体积的这样显著降低，从设备中输出的固体材料具有使产品能够在市场上出售的有价值的性质。固体废弃物可以在农业中用于土壤改良，和/或发现在不同的工业应用中的用途。如果对固体废弃物不能出售，那么它可以安全地丢弃，而这对于在处理之前的MSW是不能的。 [0118] 管线10中的输入废弃物可能随时间变化，这种变化可能会影响沃泊指数。沃泊指数的稳定化可通过一种或一种以上的措施而被完成，诸如：限制通过管线13进入气体生产和处理单元20中的均匀的原料、调整管线13中的原料的湿度、调整转化单元70中转化苛刻度(severity)以影响其中产生的氢气比CO比CO2的比率、主动地控制CO2捕获单元24中的CO2捕获，并且调整裂化装置80中轻油的裂化苛刻度。 [0119] 本发明参照具体设备和具体实施方式进行说明。本领域技术人员将知道如何根据进入的废弃物来调整参数，以获得管线26中的适合用于根据现有技术的燃气涡轮之外的其它用途的燃料气。管线26中的燃料气包括CO、氢气、CO2和低级烃(诸如，甲烷、乙烷、丙烷和丁烷)的混合物。所产生的燃料气可被进一步分离，以产生混合物中一种、两种或更多种的气体的各个部分。气化和热解单元也可以在更高的温度下操作，和/或通过引入更多的蒸汽以引起更多蒸汽重整以使产物相对氢气和CO2进一步移动。 [0120] 据推测，可以接受相对纯的氢气作为燃料的燃气涡轮将在几年内可用。本领域技术人员将知道如何调整上述设备的不同部分中的参数，在以具有比氢气低得多的热值的CO为代价下以获得管线26中产生的主要包括氢气的气体。 [0121] 相应地，如果所产生的燃料气的预期用途是来自燃料气的其它产物，而不是产生电力和用于区域加热和/或冷却的热水，本领域技术人员将理解如何调整上述设备的操作的参数。然后，该设备将被调整以产生最适合于预期目的的燃料气混合物，诸如用于合成高级烃的费托设备的燃料气。 [0122] 参考文献 [0123] EP 1160307 A(KUNSTSTOFF-UND UMWELTSTECHNIK GMBH)05.12.2001[0124] EP 1316351 A(DR.ANDREAS UNGER)04.06.2003. |
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