技术领域：

本发明涉及用于完全循环利用城市固体废弃物的方法和体系，其 具有最小的环境影响，并使用废弃固体回收燃料(WSRF)生产电能和/ 或氢。

发明背景：

术语“废弃物”是指不再使用和将要抛弃的所有产品和源自人类 活动或自然循环被抛弃或将要被抛弃的任何物质。由于经常增长地要 求有效地、环境友好地处理废弃物并将废弃物功能性地用作能源，已 经长期研究城市固体废弃物处理和循环利用体系。

根据那些要求，本发明的第一目标是寻找能最大回收废弃产品的 方法；本发明的另一个目标是提供使用废弃固体回收燃料(WSRF)的方 法，其后续的能量回收具有最小的环境影响；本发明的还一个目标是 提供合适的体系以实现成本有效和开发能量的循环利用方法。

发明内容：

根据本发明，用权利要求1所述的方法和权利要求13所述的体 系获得划分为城市固体废弃物材料的总体回收程序。

其它优点公开于所附权利要求书中。

具体地，本发明提供的方法特征为下列步骤：

-接收M.S.W.，

-将干部分和湿部分机械分类，

-处理干部分，制备WSRF，

-回收金属，

-处理湿部分，

-精炼稳定的有机部分，

-减少大块材料的体积，

-加工空气处理，

-在具有至少一个燃烧室的反应器中气化WSRF，

-从源自过程的气体中产生电能和/或产生氢。

必须指出，应该在提供合适场地的工厂内开展所有的操作和各种 程序，工厂是封闭的，具有连续运行的强制通风体系，该体系将全部 内环境保持在轻微减压的条件下。这个通风体系集中于中央净化体 系，能确保消除尘土和臭味。

·接收城市固体废弃物

在称重程序后，自身压缩装置将废弃物供应到体系，为了卸载将 装置送入后面的部分。

通过具有自动关闭阀的大门，用自身压缩机将废弃物送到这部 分，只有在车辆经过所需的时间才开放大门。在卸载后，将废弃物运 输到机械分类线，用具有抓斗的电动液压起重机将废弃物装到机械分 类线上，分类线供应生产线，还能除去所有大块材料，它们在特殊的 操作线上被碾碎和减小尺寸。

·将干部分和湿部分机械分类

为体系提供一个或多个容量分别高至100t/h的分类线。对装载 到线上的废弃物进行第一个处理阶段：破开最初收集废弃物的包装， 然后进行按尺寸分类阶段。用低速剪切装置破开包装和大袋以释放内 容物，而不使用任何额外的研磨或挤压作用，因为这些作用会取消区 别各种产品类型的各种特征，从而降低分类过程的效率。

然后通过具有自身清洗装置的旋转分离器的筛选栅将干部分和 湿部分机械分类。

这种旋转分离器配有足够尺寸的网眼以分离下列材料：

-由具有高热值的材料组成的干物质(纸、塑料、布、橡胶等)

-主要由粗糙有机物组成的湿物质(通常还混有玻璃、石头等)。

·处理干部分和制备WSRF

处理干部分，首先除去金属成分，其中除去每一种金属元素，然 后通过配有特种可延长栅的特殊撕碎机进行特别的分尺寸过程，撕碎 机连接至具有后续清洗的吹风体系和质量增强体系。这些装置的组合 作用导致产生废弃固体回收燃料。然后将WSRF运输到两个固定的压 缩机中，以膨松的形式直接装载到拖拉机和半拖挂车上，用于运输到 热量开发工厂。同时，还有一个包装线将材料形成大捆，用伸展膜将 它们收缩包装，用于在发热体系的计划维修间隔期临时贮存WSRF。

·回收金属

通过电磁作用，即在感应电流的作用下分别分离铁和铝。在特别 的线路中纯化含铁的材料，将其转化为“PROLER”。将铝包成大捆。 然后将两种循环产物都送到各自的生产行业供再利用。

·湿部分的需氧处理

该操作是基于如下方法的生物氧化反应，该方法发生在陈化盆上 的需氧消化器中，消化器包括平行或串联排列的矩形罐作为日常输 出，罐的标准宽度为22米，具有高至超过150米的各种长度。在具 有平行排列的罐和具有串联排列的罐的消化器中，该方法都具有足够 的持续时间以确保有机物的陈化和总体生物稳定性。在该阶段的过程 中，对生物物质进行剧烈的加速反应，在加速反应过程中产生强烈的 生物活性以促进生物可降解物质的迅速分解。将罐安装在完全隔离的 体系区域中。通过强制通风和定时机械翻转，控制罐中约3米厚的生 物物质的生物氧化反应并保持充分含氧。通风体系包括毛细管状分布 网络，从而确保方法均匀，避免可能形成任何氧袋。

通过配有推运螺旋的特别桥进行翻转操作，以确保维持材料的多 孔性，避免形成任何优选通道，否则这些通道会导致过程的异常。

总体上，需氧处理包括下列阶段和程序时间：

-将有机物加速分解2-3周，

-从生物物质中分离惰性加工残渣，和

-将有机部分陈化并稳定5-6周。

所有操作，包括材料装载和卸载都是自动运行的，不需要任何人 为干涉。

·精炼稳定的生物废弃物(或有机部分)

在需氧处理方法的结尾，为了净化掉所有惰性成分如玻璃、石头、 塑料等，将经消化和稳定的有机成分运输到最终的机械精炼线。

该线路还能从加工残渣中回收WSRF。

这个操作也是自动的，在操作结尾获得加工残渣、WSRF和稳定 的生物废弃物(灰色混合肥料)，它们具有适用于生态学恢复操作的动 态呼吸系数(DRI)。

·减少大块材料的体积

对大块材料的处理包括非常强力的研磨操作，该操作通过挤压材 料继续有效地减小体积，同时保证回收所有含铁的材料。

将压碎的材料装载到特别的容器中用于最终的目的，在合适易燃 材料的情况下该目的可以是热量开发工厂，或者送到用于存放的工 厂。

·加工用气处理

这个过程希望通过抽气将每个工作阶段保持在轻微负压的条件 下；然后将所述被抽吸的空气送到WSRF的燃烧循环。被抽吸的空气 通过生物过滤器，该过滤器能保证收率和消除臭味的最佳可能结果。 该过滤器包括一层经过合适处理的生物物质，它们具有高度的多孔性 和延伸的生物活性表面，能保证收率和消除臭味的最佳可能结果。通 过一套离心通风机向消除体系引入强制空气。在机器上使用闭合运输 带和除尘罩能帮助减少释放到工作环境中的灰尘量和因此需要处理 的空气量。有机材料需氧处理盆散发的臭味更大，将这些盆关闭在完 全隔离的区域，持续保持在真空下(日夜不停)以防止任何气体泄漏。

本发明的第二个目标是通过气化和随后用合成气产生电能和/或 氢来开发WSRF的能量。该方法的创新方面在于：将以连续均匀的流 供应的WSRF气化，同时将划分为惰性材料的、并被包含在其中的灰 分熔化和玻璃化，通过组合的高效循环体系用源自气化过程的合成气 产生电力。

对WSRF进行高温气化，通过氧和燃料炉产生反应器内气化反应 所必需的能量。如果气化体系位于废弃物存放区，则主要的WSRF分 类和产生体系事实上位于存放区附近，用于炉的燃料将是从存放处的 堆积生物废弃物自身的无氧消化过程回收的生物气。

对源自气化的合成气进行强制清洗过程，从而使它们可以用于高 效组合的能量循环，例如：

·吸热发动机，具有回收锅炉和通过汽轮-交流发电机的蒸汽循 环，

·燃气轮机，具有带热-交流发电机的蒸汽循环回收锅炉，

·燃料电池，

·汽轮气体供热工厂。

这种技术与常规的WSRF能量开发体系非常不同，因为在包括栅 格熔炉或锅炉和/或流化床熔炉或锅炉的方法中，通过将燃烧过程产 生的热烟中所含的热能直接转化为高压蒸汽，来回收WSRF中所含的 能量，而高压蒸汽在发电汽轮中会膨胀。此外，来自常规燃烧过程的 固体包括炉渣、灰分和过滤粉末，这些通常是不可回收的产物。

相反，在本文提出的气化方法中，通过高温熔化方法能够将WSRF 中所含的无机化合物转化为可循环的矿物质(玻璃化矿物颗粒和金属 颗粒)，同时除去合成气中存在的硫化合物(H2S、CS2、COS)，从而回 收硫。最后，合成气的快速冷却方法(仅几毫秒)避免再形成任何二氧 芑和呋喃化合物，而在常规的废弃物燃烧方法中，由于在250至300 ℃的温度范围内冷却炉内的烟，会再形成二氧芑和呋喃化合物。

本发明还一个目标是提供用于实现上述方法的体系。已经发现该 体系能最佳地匹配优化城市固体废弃物循环的需要，具有最小的环境 影响并使用废弃的固体回收燃料，该体系包括：

-用于连续均匀地供应WSRF的体系(A、B)

-具有至少一个燃烧室的气化反应器(8)

-颗粒收集罐(13)

-气化反应器(8)的外出通道(15)

-用于水淬火的部分(16、17)

-用于酸洗的部分(18)

-用于碱洗的部分(19、20)

-用于初始消除硫酸的部分(21)，

-用于消除细微粒的部分(22)

-用于消除有机硫化合物的催化剂(27)

-用于消除残余硫酸的部分(28)

-用于产生电能的组合循环体系和/或用于产生氢的体系。

附图说明：

为了更好地理解方法和体系特征，现在将参考附图对方法和体系 进行详述描述，其中：

图1A：显示螺杆加料器体系的简图

图1B：显示倾斜加料器体系的简图

图2：显示气化反应器的简图

图3：显示清洗和过滤体系的简图

图4：显示紧急燃烧室、催化剂和清洗方法的简图。

具体实施方式：

·WSRF供应体系

因为根据尺寸和化学-物理特征，WSRF都是均匀的燃料，所以方 法不需要任何预处理，从而燃料可以以“膨松”的形式供应，不需要 像其它气化处理中那样进行任何额外的挤出和/或颗粒制备的处理。

将WSRF运输到气化反应器8的方法具有特别新颖的特点，在于 所用的技术允许燃料连续均匀地流入反应器。

由于使用均匀的燃料如WSRF，连续供应方法允许获得稳定的气 化以及合成气相对气体自身体积和热量值的稳定产生速率。

在图1中用两个不同的图形A、B显示用于将WSRF连续供应到反 应器8的体系，该体系包括：

-WSRF贮存仓库

-WSRF从贮存仓库到定量接收器(2)的运输体系(1)

-WSRF从定量接收器(2)到入口体系(5)，再进入气化反应器(8)的 运输体系(3)

-具有阀门的双重密封体系(4)

-具有氮的惰性化体系

-用于将WSRF供应到气化反应器(8)的运输体系(5)

-额外容量的回收体系(6)。

如图2所示，通过加料器体系5将WSRF供应到高温反应器8中， 加料器体系5可以是冷却的螺杆加料器或斜坡加料器。由于用氧和生 物气(或天然气或LPG)供应能量的炉11所产生的热能，使气化反应 器8内的还原环境保持在高温下，从而允许发生气化。WSRF中的挥 发性成分被立即气化，而较少挥发性的碳质部分沉积在反应器8的下 部9上，随后被气化。由于在反应器中有足够长的反应时间(＜2秒)， 合成气中存在的大分子成分在反应器的上部10被转化为简单分子 (H2、CO、CH4、CO2、H2O)，从而确保热动力平衡。由于反应器的巨大 截面积，气化所产生的合成气以2至4m/s的上升速度从反应器中心 向反应器的壁淡化，从而避免大量碳和熔化的矿物微粒物质运输到反 应器出口。

通过在高温反应器的下部和上部区域控制添加超过化学计量的 氧，并且由于从中产生的放热反应，气体出口15的温度达到1100℃。 为了避免由向上流动的合成气所运输的灰分熔化，要避免高于1200℃ 的温度，因为灰分自身的冷凝会堵塞就在淬火16之前的体系部分。

将一套炉安装在反应器上部10处，高于供应体系，这些炉轻微 地搅动合成气，以优化温度均匀化。这种均匀化能防止形成任何较冷 上升流(＜800℃)的危险，它们会引起产生长分子链如焦油。

在反应器8的下部9中，平均温度为1500至1700℃，更具体为 约1600℃，WSRF的无机成分即金属和矿物质在这里熔化。通过重力 将熔化的物质收集到熔化坩锅9中。通过添加生物气(或者中性气体 或LPG)和纯氧将坩锅保持在工作温度，用足够的保持期从中获得熔 化物质的掺混。

一套炉水平地位于熔化坩锅9的放射状洗涤槽中，这些炉提供将 无机材料如WSRF中最初所含的矿物和金属保持在液态所需的热能， 从而保证熔化坩锅内的稳定水平。其次，由上述炉产生的气流产生的 一种动力推动足以防止如下危险，即将入口槽内任何未燃烧的WSRF 意外地直接运输到坩锅9的洗涤槽。熔融体通过通道12进入颗粒贮 存罐13，由于水淬火，因此在这里固化而产生玻璃化和金属性的不 可过滤的矿物颗粒。

还有一套炉垂直安装在坩锅洗涤槽的出口处，这意味着所产生的 热量能够熔炼由于冷却而固化的任何最终材料，其冷却是由收集罐的 上升水蒸汽和矿物和金属颗粒水力挤碎装置导致的。

为了避免任何合成气通过熔化坩锅9的洗涤槽流出气化反应器 到达外面，将矿物和金属颗粒收集罐13直接连接到熔化坩锅。

·将不可过滤的矿物颗粒和金属颗粒玻璃化

在引入气化体系的WSRF中，约有7％以惰性玻璃化矿物颗粒和金 属颗粒的形式返回。

为了确证其成分，罗马大学对玻璃化矿物颗粒的样品进行了各种 传递测试和相对分析。结果示于下面表1中：

表1-惰性渣存放处的流出物浓度限度   成分   mg/l   As   0.05   Ba   2   Cd   0.004   Cr   0.05   Cu   0.2   Hg   0.001   Mc   0.05   Ni   0.04   Pb   0.05   Sb   0.006   Se   0.01   Zn   0.04   氯化物   80   氟化物   1   硫酸盐   100   苯酚系数   0.1   DOC   50   TDS*   400

*可能用TDS(总溶解固体)系数代替硫酸盐和氯化物值。

基于这些分析，玻璃化矿物颗粒也可以用于下列应用：

·混凝土添加剂，作为沙砾的代用品

·道路建筑

·景观美化

·代替天然石头

·用作喷沙材料，

而金属颗粒可以送往铸造回收。

·将合成气淬火和纯化

如图2所示，在这部分体系中将合成气冷却并纯化。从合成气中 除去所有不合意的化学物质和有机残渣以促进其循环。从高温反应器 8的上部15流出的合成气进入下列阶段：

-用水淬火(16、17)

-酸洗(18)

-碱洗(19、20)

-初始消除硫酸(21)

-通过湿电过滤器消除细微粒(22)

-催化以消除有机硫化合物(27)

-消除残余的硫酸(28)。

·用水淬火

未经处理的合成气以800至1200℃、更具体约1100℃的温度离 开反应器，在淬火阶段16中通过水冷却，直到温度降至90-95℃。 这种突然冷却能“冻结”由高温反应器引起的热动力平衡，从而避免 再形成二氧芑和呋喃。如上所述，这种迅速冷却方法的具体特征在于 不使用技术装置如换热器和通常用于冷却流体的其它装置。

冷却方法需要的热能来自蒸发淬火回路所用的水。

通过最后阶段的加工用水处理重整的气化水，几乎全部用于在碱 性过滤阶段的冷凝处理。

·合成气处理

在淬火阶段16中蒸发而冷却的气体进入酸洗阶段18作进一步处 理。WSRF中存在的氯化物和氟在高温反应器中形成HCl和HF。这些 成分在水淬火阶段溶解，产生高酸性的pH值。

由于在pH＜3下处理，未经处理的合成气中所含的挥发性重金属 以氯化物和氟化物的形式溶解，因此被从合成气中除去。导致形成酸， 例如H2S、SO2、和CO2的其它化学物质继续保持气态，进入后续的处 理阶段。用于酸洗的淬火水和液体在闭合回路中运行，将它们脱气， 然后送往沉淀和过滤过程以分离固体物质。

在用换热器冷却后，用回路中的泵将纯化的洗涤液体送往淬火。

在碱洗阶段20中，来自前面的酸处理阶段、由合成气气流运输 的液滴被中和。为了这个目的，通过添加NaOH将洗涤液体的pH值保 持在7-7.5的水平。剩余的水来自冷凝WSRF所含的水分以及冷却过 程产生的水蒸气，它们从淬火阶段流出，被送往化学物理体系进行加 工用水处理。

通过将三价铁转化为二价铁，然后在再生阶段输入空气进行再氧 化，将硫化氢分解成硫元素和氢。在脱硫处理阶段21中除去H2S，在 该阶段，通过液体向洗涤器的细微的发散保证合成气与液体溶液的接 触。

在再生阶段发生二价铁离子的氧化和后来脱硫液体的再生、以及 硫元素的分离。在沉降后，在压滤机中将硫脱水并从过程中除去。

在脱硫阶段后，在湿静电过滤器(EFU)22中以与前面阶段相同的 温度处理气体。该处理阶段中的电物理方法能消除挥发性微粒和仍然 存在于合成气中的浮质。体系还希望在半闭合水回路中再循环以将一 部分污染的水运输到氧化阶段，重整来自蒸发阶段的清水，使加工水 处理体系结晶。

·水压保护和紧急燃烧室

高温反应器和合成气处理阶段两者都在轻微的过压条件下(高至 450bar)运行，从而避免渗入空气中存在的氧，导致形成爆炸性气体 混合物。

如图3所示，将合成气处理部分的主要管道23连接到水压保护 24，水压保护24作为安全阀门。在任何压力突然增加超过安全限度 的情况下，通过水压保护将合成气直接运输到安全燃烧室25进行燃 烧。

紧急燃烧室斗25是重要的安全元素，因为在任何体系故障的情 况下，气化过程不能突然中断，在任何情况下都必须以安全的方式处 理掉气体。

·加工用水处理

加工用水主要由气体处理阶段冷凝的水蒸汽组成，它部分地来自 WSRF中存在的水分，部分地来自气化和燃烧过程。

在这个单元中纯化源自酸-碱处理合成气的加工水。冷凝流包含 金属和盐。

化学-物理处理的主要相是：

·氧化

·沉淀

·沉降

·中和

·蒸发和结晶。

处理终产物是：

·金属氢化物和碳残渣的浓缩物

·混合的盐。

将最后处理阶段蒸发的加工用水冷凝后，用于蒸发塔的冷却回 路，从而保证体系不含回流液体。然后将从碱洗处理阶段流出的加工 用水送到氧化罐。通过添加过氧化氢将它氧化，从而将溶于水的硫化 氢转化为溶解的硫，以避免硫化氢气体在后来的处理阶段泄漏。同时， 将二价铁转化为三价铁以改善沉淀条件。搅拌器保证了氧化阶段中强 烈的混合作用。在氧化来自碱洗处理的液体后，将泥状碳沉积物和来 自最初淬火回路的清水运输到冷凝物贮存罐，冷凝物产生于冷却过程 的所有气体处理阶段。这个贮存区域能规划液体以流到后续处理阶 段。

通过添加苛性钠调节设定的pH值8.5至9.0，从而分离重金属 氢氧化物。通过多孔膜添加CO2，使溶于水的钙以碳酸钙的形式沉淀。 将由碳颗粒、碳酸钙和金属氢氧化物组成的泥状沉积物送到后来的贮 存和脱水阶段，在清洁水性阶段将它泵入中和体系。添加盐酸以中和 源自沉淀的加工水，然后将加工水送入后面的离子交换器。中和阶段 能在蒸发阶段以盐的形式结晶氯酸钠和氯酸铵，否则它们会由于碱性 pH工作值随水蒸发。

用两个交替运行的阳离子交换器运输钙、锌和其它金属的残渣。 当其中一个模块运行时，另一个模块进行再生。在再生过程中，所保 留的金属离子被钠离子取代，然后为了保留金属离子，钠离子在运行 阶段被转移到水中。盐在蒸发体系中结晶。将所产生的水蒸汽冷凝， 然后送到冷却回路，以部分补偿运行蒸发塔所需的重整水。用离心机 处理晶体水溶液以除去盐结晶。这个过程不会产生任何废水，因此没 有任何回流液体。

来自WSRF的水仅能部分地满足蒸发冷却回路的需要，尤其是在 夏天的月份。因此，为了冷却必须连接到工业干线，为了卫生必须连 接到饮用水干线。或者，在某些地域条件下，为了循环经处理的加工 水并节约水资源，可以由第三方帮助将液体废弃物(即污水渗滤)处理 部分安装在气化体系中。

·产生氧的体系

空气分馏体系产生纯氧、氮和压缩空气。在修复和保持操作中， 将氧用于热处理，将氮用于补偿体系中各种惰性元素，而将压缩空气 用于控制调整和封闭元素。在某些情况下，空气分馏体系不是气化体 系的完整部分；而是从位于附近、为各种工业用途生产工程氧的外部 体系，通过低压管道供应气化过程必需的氧。

·产生电力

可以将纯化的合成气运输到下列体系以开发其能量潜能：

·在一个或多个压缩阶段后送入燃气轮机；与组合了蒸汽汽轮的 循环组合以仅仅产生电力，或者通过共生循环产生蒸汽和/或热水；

·气体发动机与共生循环组合，用于产生电力、蒸汽和/或热水；

·包含熔化碳酸盐或者在固体氧化物上运行的可燃电池以产生电 能，与再生循环组合以产生蒸汽和/或热水，或者通过蒸汽泵产生冷 能量。

合成气还可以用作气体燃料，用于：

·工业锅炉；

·热电力工厂，甚至“汽轮气体”型；

·工业熔炉。

在燃烧合成气以产生热和电能的过程中，本方法提供的合成气强 制纯化过程确保了符合大量污染物大气排放涉及的规则，大量污染物 为例如酸性气体(HCl、HF)、氧化硫和微粒形式的物质，同时排除了 有机氯化化合物如二氧芑和呋喃的存在。

由于本发明的气化体系具有减少的环境影响，可以将WSRF理想 地用于能确保重复说明的利益的体系，并且有可靠的响应和先进的技 术方案，因为WSRF能确保最大地回收废弃物所含的资源，同时将环 境影响限制到最小，因为它：

·按实际处理的废弃物重量计，将送往最终贮存的残渣百分比减 至20-25％的最小比率；

·保证最大地回收和循环金属(铁、铝、金属颗粒)以及用于建筑 部分(矿物颗粒)和环境恢复的材料，

·在大量和微量空气污染排放方面都减少了环境影响，

·允许合理使用水资源，

·保证使加工残渣完全惰性和稳定，备于送往最终的贮存。