CN1038830A

CN1038830A - 可燃污染物或废物转变成洁净的能源和有用的产品的工艺过程和装置

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Publication number: CN1038830A
Application number: CN 88103704
Authority: CN
Inventors: 维莱里奥·托基尼兹奥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1990-01-17
Anticipated expiration: 2003-06-20
Also published as: CN1022928C

Abstract

一种将可燃污染物或废物转变成洁净的能源和可利用的产物的工艺过程，其特征在于：在无空气气氛下对将要处理的物料在没有空气的气氛下在热喷管中进行处理，以使之完全分解并提取得到可燃气、不燃气和惰性气体；

用水冷却热分解产物并由水中分离出惰性产物，同时产生出蒸汽；

把该蒸汽和所述被冷却的气体引入到一种加热了的含碳物质中，以便过滤该气体并部分地将它们转变以得到氢，一氧化碳以及其它有用的气体产物；以及

冷却所述的气体产物。

Description

本发明涉及一种把可燃污染物或废物转变成洁净的能源和有用的产品的工艺过程及装置。

大家都知道可以通过在控制温度和过量空气的条件下使诸如城市垃圾或工业废物一类的废料氧化，从而使之产生热分解并利用烟气的高温得到热能和电能。

但是，这种处理废料回收能量的现行技术只能达到中等效率，而且会排放易燃物质和少量的污染物。

本发明的目的在于消除这一缺点，使在对可燃污染物或废物所进行转变中可以回收全部能量，并得到洁净的能源和有用的产物，从而造福于居民、社会和有利于环境。

本发明的目的也是为了处理城市、工业和农业所产生的各种类型的废料，特别是固体废料、黑色液体残渣（black liquor sludge）以及可燃污染物等等。

本发明的目的也在于采用一种可迅速收回其制造成本的处理废料和可燃污染物的装置。

本发明的目的也是为了从废料处理中获得在工业、建筑业和农业等中有用的产物。

按照本发明，通过一种把可燃污染物或废料转变成洁净的能源和有用的产物的工艺过程，可达到这些目的和以下的其它结果。所述工艺过程的特征为：

将欲处理的物料在热喷管中，在无空气的气氛下进行处理，以使之完全分解并从中提取可燃气，不燃气和惰性气体;

用水冷却热分解产物并从中分离出惰性产物，同时生产蒸汽，

把该蒸汽和所述被冷却的气体引入到一种加热了的含碳物质中，以便过滤该气体并部分地将其转变以得到氢、一氧化碳以及其它有用的气体产物;以及

对该气体产物进行冷却。

为了实施这一方法，本发明包括一种装置，该装置包括：

一种热喷管分散器，这种分散器在无空气的情况下进行操作，使所处理的物质完全分解以便提取可燃气体，不燃气体和惰性气体;

一种水分离器，用以将气体从惰性气体中分离出并产生蒸汽;

一种过滤器-热反应器，内有含碳物质并与上述分散器和分离器相连接，用来过滤分散器和分离器来的气体产物，使它们完全转化成氢气、一氧化碳和其它有用的气体产物;以及一种用于该气体产物的冷却器。

以下附图进一步说明本发明，其中图1示出了本发明方法的方块流程图;图2示意表明了实施本方法的装置;图3给出了采用本发明装置的车间的总图;图4为图3细节的放大图。

从图1可以看出，本发明的流程如下：将所处理的物质引入分散器1，在此由于氧氢火焰2的作用，而产生完全的热分解，以便下一步分离为可燃气体、不燃气体和惰性气体。

从分散器1流出的混合物主要由二氧化碳、氢、一氧化碳、水蒸汽和废液所构成。将混合物通入大量的水3中，进行冷却，并将废液转化成惰性固体（颗粒），同时水被加热，而产生出蒸汽。

分离出的惰性固体可用于各种用途（如用于建筑业），而气体与蒸汽混合物则进入含有含碳物质的过滤器-热反应器4中。

在那里，碳与蒸汽反应形成一氧化碳和氢气并净化和转变其它气体。由于蒸汽与碳反应是收热反应，其所需的热量来自分散器1。

该气体经过过滤器-热反应器4后即为氢，一氧化碳和其它有用的气体产物。

然后，这些气体在热交换器中进行冷却，在经过净化和用蒸汽增湿以后引入变换器39，在此一氧化碳和蒸汽在有合适的催化剂存在的情况下转变成二氧化碳和氢气并冷却到约200℃。

然后，将气体冷却到-70℃二氧化碳被固化，氢气则通过过滤器49，后者可用于燃料电池，来生产电能。

如在变换器39中使用其它催化剂，则可将一氧化碳和氢转化成甲烷或使氢和氮结合而得到氨。

这一过程可以通过采用图2和图3示意的装置实现。

如这些图所示，本发明的装置具有一分散器，分散器中有氧氢焰2并由废料管与粉碎，分选，干燥等装置连接。

该连接管6与两个水银阀7，8连接。

这些阀具有圆筒形壳体9，在其顶部有液压活塞10，用来驱动“盖”11以关闭出口管12，12′。

密封“盖”11部分地浸泡于水银13中，该水银存于空间14中（并与膨胀室15相连通）。

入口管6具有由液压活塞17驱动的斜门16，并在顶部上有个凸出部位18，后者在斜门打开时，起着保护相应的空间14的作用。

在两个水银阀7，8之间的连管12的上部有一抽气泵19′。（另一个）抽气泵19通过管19″与分散器1连接。

在第二个水银阀8下，管12′分成几个支管与氧氢焰分散器1连接。

这种分散器1是用耐火材料制成，并基本上呈拱形。其拱形盖板20支撑多个液压活塞21，在分散器1内，这些活塞驱动环形推料器22。盖板20还支撑着热喷管23。

推料器22沿喷管23同轴运行，其极限位置与分散器1内的环形颈部24相配合。

分散器1的底部25稍微向上凸出以保持一定量的液体，它具有中孔26用于输送分解产物，还具有与热交换器（图中未示出）相连的螺旋形盘管27。

分散器1放在基本上呈圆筒形的含碳的过滤器-热反应器4内。

为了充填物料，过滤器-热反应器4具有外管28，外管28的上端有两个与上述阀7、8相同的水银阀。

过滤器-反应器同轴放置在与其形状相似的冷却器29内，其中有两个由冷却器29的盖板32上的两个圆孔产生的同轴水膜30、31。

盖板32具有两个同心环形壁33、34用来盛水并冷凝从充满水的槽3（位于所述同心结构的底部）来的通过所述冷却器29的环形空间35的蒸汽。

收集槽内有螺旋管36，该盘管与热交换器（图中未示出）相连接。传送带37将沉积到箱3底部的物质除掉。

该传送带37的出口端位于两个水银阀（与上面提到的水银阀相同）之间。

冷却器29底部上的管38使冷却器与变换器39的几个同心区域40相连通。所述各同心区域各有不同的催化剂，催化剂是根据所要求的出口气体确定的。该同心区域40具有水喷嘴（图中未示出）和加料装置41，这样它们便与加料管28相连。

变换器39的同心区域40的底部还有卸料装置42。

变换器39由管43连接到冷冻器44上，后者由与通常的热泵（图中未示出）相连接的盘管45冷却。在冷却器44的底部还配有推料器46以沿斜槽47排掉冰和反应的废物。

斜槽47底端的传送带48把斜槽47来的冰运送到设备外。

冷冻器44连接自清洗氢过滤器49，后者再由具有水银阀51（与上述提到的水银阀相同）的管50通到装置外部。

整个装置包含在充有惰性气体（如CO₂）的壳体52内，以便避免空气渗入装置内以保证其安全。

按照本发明，该装置的运行方式如下：

经合适的处理、粉碎、分选及干燥的物质通过管6输送到水银阀7中。

在预定时间间隔内，液压活塞10将盖11升起，打开管12的通孔使已溢入室15的水银13流回到空间14。

当盖11已完全升起时，由液压活塞17驱动的斜门16开始下降。门16顶部的凸出部分18将空间14闭上以防止来自阀7的物料将该空间充满。

当需要量的物料已通过时，门16重新闭上管6，同时盖11重新闭上管12。

在完成以上二工序后，管12顶部上的泵19′开始启动，将随处理的物料经阀7进来的空气抽出。

在管12中重新建立起真空后，水银阀用如阀7同样装置开启，使物料通过管12′进入分散器1。

当阀8开启时，分散器中的气体可进入管12′中，不过这些气体将由抽气泵19′通过管19″抽出并送回到分散器内。

在分散器内聚集的物质由推料器22推向环形颈24将其输送走。

在这一工序中，物料与热喷管23接触将其冷却，并为下面的分散室53起着塞子的作用。

这样，从该分散室逸出的气体部分地被阻挡，以保护分散器1的上部避免与氧氢焰2000℃的高热接触。

由于进气管的斜度氧氢焰2具有特殊形状，从而使得通过颈24的压缩物料进行四次分解，第一次是在焰头，第二、三、四次是在尾部，如图2间断线所示。

分解的物质部分在分散器1的底部13汇集，从而使其免受到与火焰的直接接触。

进一步分解后，液态物质和通过颈24的气体落入充满水（由盘管36保持在一定的温度下）的槽3中。由水3中沉淀出的固体颗粒由传送带37输送出并在设备外卸料。

一部分冷却分解产物的水汽化产生蒸汽，并与CO、CO₂等气体混合。这些气体通过管54进入过滤器-热反应器4中，后者通过管28充填含碳物质。在过滤器-热反应器4中，含碳物质中的碳由于从分散器1吸收热量而与气体反应，从而产生出一氧化碳和氢气并进一步净化气体。

由此得到的气体通过管55进入冷却器29，在此通过水膜30和31而被冷却，变得稳定并被进一步净化，同时调整H₂O/CO的比率。经冷却和增湿的气体进入具有几层催化剂变换器39中，第一层催化剂组分是Fe₂O₃-Cr₂O₃，第二层和第三层催化剂的组分是Cu-ZnO-AC₂O₃。在第一层中，放热反应使气体温度升到450℃;在进入第二层之前，进行喷水以便把气体冷却到180℃。

在第二层中，气体的温度升到250℃;喷水进行中间冷却，使进入第三层的温度降低到200℃。

含有大量氢气的气体于220℃离开最后一层，进入深冷器44，使其温度降到约-70℃。

在深冷器44入口处即深冷器的底部固态二氧化碳（干冰）由推料器46排出。在通过自净化过滤器49和水银阀51后，唯一剩下的气体是纯氢气，它被送出装置外以供使用。

下面的实施例进一步描述本发明。

通过管6，12和12′，将具有以下基本组成的780kg/h的城市和工业废料引入分散器：

碳 44.46%

氢 9.89%

氮 1.62%

氧 35.84%

硫 1.33%

氯 0.83%

其它 6.03%

进行热分解的氧氢焰所需O₂为526公斤/小时水为287公斤/小时。

所需的纯氧气由装置外部专用制氧装置提供，而氢气由装置本身提供。

在冷却槽3所含的水部分蒸发后，从分散器1的出口的1400℃气体中含有由冷却槽3中水汽化的蒸汽，其体积流量为2598Nm³/h，其组分如下：

CO 22.3%

氢气 44.4%

CO₂2.3%

H₂O 29%

其它微量

65kg/h惰性固体废物沉淀在水槽3中。

热分解完全而不产生碳黑。

分散器1及其耐火材料的温度很高（2000℃）其热回收率为50，000kcal/h。

2598Nm³/h的气体通过管54进入过滤器-热反应器4，该气体与238kg/h的焦碳反应，得到3023Nm³/h的具有以下组成的气体：

CO 32.8%

氢气 56.2%

H₂O 11%

其它微量

这些气体在进入变换器39之前从800℃冷却到380℃从而使之稳定。

在冷却过程中用了607kg/h的水和1098kg/h的蒸汽以重新调整H₂O/CO的比率。

3467Nm³/h、温度为380℃的含有大量水蒸汽的气体进入含Fe₂O₃-Cr₂O₃的变换器39的第一层，进行放热反应，使其温度升高到450℃。

在进入含Cu-ZnO-Al₂O₃的第二催化层之前，气体由水冷却到180℃，其热回收率为2000Kcal/h。

在第二催化层中，气体的温度升高到250℃;允许热回收率为94，000Kcal/h的内冷却工艺使得第三层的入口温度为200℃。

从变换器39流出具有如下组成的5145Nm³/h（220℃）气体混合物。

氢气 49.8%

CO 20%

H₂O 28%

富氢气体从变换器39（220℃）流出，进入深冷器44，冷却到-70℃。

2077kg/h的CO₂以干冰的形式汇集在深冷器44的底部，通过传送带48运走。从同一深冷器44还回收229kg/h的氢，其中66kg/h用于分散器1的氧氢焰2，而163kg/h为外供。例如，要是将这种氢气用于燃料电池，便可获得约2600Kwh/h的输出功率。

从以上可清楚地看出，按照本发明的方法和实施本方法的装置提供了多种优点，具体地说：

洁净能源生产率高;

全部回收次要产物;

安全性最高;

无污染;

投资可迅速回收;

能使设备转变成无污染的高效推进***，用作消除污染的装置。

Claims

1、一种把可燃污染物或废物转变成洁净能源和可利用产物的工艺过程，其特征在于：

在无空气的气氛下对要处理的物料在热喷管中进行处理，以使之全部分解并提取可燃气、不燃气和惰性气体；

用水冷却热分解产物并将水中惰性产物分离出来，同时产生出蒸汽；

把该蒸汽和所述冷却气引到一种加热了的含碳物质中，以便过滤该气体并部分地将它们转变以得到氢、一氧化碳以及其它有用的气体产物；以及

冷却所述的气体产物。

2、按权利要求1的工艺过程，其特征在于应用来自不同冷却工序的热量予热所处理的物料并使其达到合适的温度。

3、按权利要求1的工艺过程，其特征在于使要处理的物料在热喷管（23）中处理之前该物料受到压缩。

4、按权利要求3的工艺过程，其特征在于压缩要处理的物料是通过迫使所述物料通过入口孔（24）进入分解室（53）实现的。

5、按权利要求1的工艺过程，其特征在于要处理的物料的热分解是用一种氧氢焰（2）实现的。

6、按权利要求5的工艺过程，其特征在于要处理的物料几次通过氧氢焰（2）。

7、按权利要求1的工艺过程，其特征在于在热分解要处理的物料的过程中，分解室（53）底部（25）的覆盖层由以前分解的物质保护。

8、按权利要求1的工艺过程，其特征在于冷却工艺中用的水表面上被要冷却的热分解产物覆盖。

9、按权利要求1的工艺过程，其特征在于所有惰性产物是在一个区域汇集的。

10、按权利要求1的工艺过程，其特征在于来自热喷管（23）的热量被回收，以使热分解所产生的气体和分离所得惰性产物转化成可燃气体。

11、按权利要求1的工艺过程，其特征在于使可燃气体经过至少一个水膜（30，31）而使它们稳定和得到纯化。

12、按权利要求1的工艺过程，其特征在于在有催化剂的情况下用蒸汽使一氧化碳转化成氢气和二氧化碳。

13、按权利要求12的工艺过程，其特征在于采用FeO-CrO作一种催化剂。

14、按权利要求12的工艺过程，其特征在于采用Cu-ZnO-ACO作一种催化剂。

15、按权利要求12的工艺过程，其特征在于将二氧化碳冷却以得到干冰。

16、按权利要求12的工艺过程，其特点为氢气要经过净化工序。

17、按权利要求12的工艺过程，其特征在于用氢作为燃料电池的动力。

18、一种实施按照权利要求1-17中的一项或多项的工艺过程的装置，其特征在于所述设备包括：

一种热喷管分散器（1），这种分散器在无空气的情况下进行操作，使要处理的物料完全分解，以便提取可燃气体、不燃气体和惰性气体;

一种水分离器（3），用以将惰性气与其它气体分离并产生蒸汽;

一种过滤器-热反应器（4），它含有含碳物质并连接到所述分散器（1）和所述分离器（3）上以过滤由此得来的气体产物并使它们完全转化成氢气、一氧化碳和其它有用的气体产物;以及一种用于所述气体产物的冷却器（29）。

19、按照权利要求18的装置，其特征在于分散器（1）具有一个耐火材料复盖层，四周衬耐火材料的用于氧氢焰的喷管（23）和推料器（22），在上述衬层和喷管间的空间内将要处理的物料推向上述氧氢焰（2）。

20、按照权利要求19的装置，其特征在于围绕氧氢焰（2）的分散器（1）的一部分（53）具有拱顶，拱顶上开口，作为所述喷管（23）和所述物料的环状推料器（22）的通路。

21、按权利要求19的装置，其特征在于围绕氧氢焰（2）的分散器（1）的部分（53）由用耐热材料制成的具有锥形的底部（用于汇集分解物质）隔开，该底部具有中孔（26）作为所述分解物质的通路。

22、按权利要求18的装置，其特征在于分离器（3）是由所述分散器（1）下部的槽（3）组成。

23、根据权利要求18的装置，其特征在于过滤器-热分散器（4）是由一个连接到所述分散器（1）和所述的分离器（3）的含碳物质的容器构成。

24、按权利要求23的装置，其特征在于过滤器-热反应器（4）同心放置在分散器（1）外部并且二者均与下面的分离器（3）相连接。

25、按权利要求24的装置，其特征在于在过滤器-热反应器（4）中的含碳物质的入口管（28）位于分散器（1）的能受到热喷管（23）的热量影响的区域。

26、按权利要求21和23的装置，其特征在于分散器（1）的锥底（25）和/或分离器（3）的底部配有调节温度的装置（27、36）。

27、按权利要求22的装置，其特征在于分离器（3）配有装置（37）以提取惰性物质。

28、按权利要求18的装置，其特征在于分离器（1）的入口和过滤器-分离器（4）的入口以及分离器（3）的出口都具有密封阀。

29、按权利要求18的装置，其特征在于冷却器（29）有两个同心圆筒形液膜（30、30）。

30、按权利要求24和29的装置，其特征在于冷却器（29）的两个圆筒液膜（30、31）在过滤器-热反应器外部并且共轴线。