專利名稱：裂解氣化有機廢物的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裂解氣化有機廢物的新方法。
背景技術(shù)：
裂解氣化是處理有機物質(zhì)和從有機物質(zhì)回收能量的方法。在本說明書中，“有機物質(zhì)”和“有機廢物”被理解為意指包含在廢物以及農(nóng)用和生物質(zhì)產(chǎn)品和副產(chǎn)品中的物質(zhì)。從廢物和生物質(zhì)中回收能量是當今最感興趣的，原因在于其致力于有效對抗溫室效應(yīng)和未來化石燃料的短缺。根據(jù)本發(fā)明的方法利用有機物質(zhì)的裂解氣化。存在幾種途徑從有機物質(zhì)回收能量_焚化，一種眾所周知和廣泛使用的方法，目前由于其安裝費用且特別是其高的尾氣(二惡英、呋喃、重金屬等)治理費用而備受指責；-甲烷化，不嚴格地說其是一種采用裂解氣化的并行法，因為其僅用于濕產(chǎn)品。裂解包括在不接觸有機物并因此不接觸空氣的條件下通過熱(500至1100°C )分解有機物質(zhì)。其分解產(chǎn)物是不凝氣體(CO、H2、CO2)、不凝烴類(CH4、C2H6, C3H8, C4H10)、重烴、 在油中可冷凝的焦油、水(H2O)和焦炭(碳)。這些成分的性質(zhì)取決于裂解反應(yīng)條件。如果反應(yīng)在低溫(400至500°C )下進行且停留時間長(幾十分鐘)，則焦炭將是此有機物質(zhì)分解的主要產(chǎn)物。如果反應(yīng)在高溫(700至1000°C )下進行，且升溫迅速和停留時間短(幾秒鐘或幾分鐘)，則大多數(shù)產(chǎn)物將是可燃氣體。在兩種反應(yīng)中，如上所述，產(chǎn)生的氣體由不凝氣體(CO、H2、CO2)和不凝烴類(CH4、 C2H6X3H8^C4H10)組成，這些反應(yīng)產(chǎn)生的其他化合物是重烴、在油中可冷凝的焦油和可凝蒸汽形式的水(H2O)。清除這些焦油以形成焦油含量小于0. lmg/m3(使得此氣體可以在稀薄燃燒氣體發(fā)電機(lean burn gas generator)中回收)的合成氣(C0+H2)是主要問題，因為產(chǎn)生電力是從生物質(zhì)和有機廢物中回收能量的主要方法之一。與使用有機朗肯循環(huán)(ORC)通過汽輪機驅(qū)動的發(fā)電機相比，通過熱機發(fā)電機回收至少增加發(fā)電一倍。目前可以用于能量回收的方法僅通過燃燒器生產(chǎn)氣體，因此稱為蒸汽或ORC法。當前用于實現(xiàn)裂解的主要方法為-依照第一種方法，物質(zhì)在密封的爐膛(熔爐)中借助于雙爐膛的方式加熱，來自燃燒器的燃燒氣體在所述雙爐膛中循環(huán)。由于其不良的熱交換(僅通過壁)，此方法需要大的表面和大的體積。其可用于在低溫(400至500°C)下進行的慢反應(yīng)。該方法的缺點是物質(zhì)的溫度和混合不能處于良好的控制中并且生產(chǎn)不能根據(jù)用戶選擇或需求切換至氣體或油的生產(chǎn)。可以考慮通過燃燒器僅回收氣體。大量的焦炭也是該方法的一個缺點，對于某些經(jīng)裂解的物質(zhì)而言，焦炭是廢物；
-依照另一種方法，使用由火焰釋放的熱氣體直接加熱待裂解的物質(zhì)。采用這種方法，傳熱較好但在與裂解反應(yīng)相同的爐膛中的燃燒需要的供氧大(過量的燃燒空氣)，這危害廢氣的質(zhì)量(可能有含氯產(chǎn)物)且也危害能量生成。存在其他方法，它們使用加熱管、流化床和將物質(zhì)噴霧至高溫反應(yīng)器上，以將能量轉(zhuǎn)移至待裂解的物質(zhì)。這些方法或是不耐用，或是在工業(yè)生產(chǎn)中存在工程問題。此策略中要被強調(diào)的一種方法是這樣一種方法，該方法使用在熔爐外加熱的鋼珠，然后所述鋼珠通過氣鎖系統(tǒng)進入熔爐中，在此它們與待裂解的物質(zhì)在臥式或稍稍傾斜的熔爐中混合。此類方法記述在國際專利申請WO 2005/018841和WO 2006087310中；此方法是有效的，因為其通過控制熔爐轉(zhuǎn)速來充分地控制停留時間，并且通過控制鋼珠溫度來控制溫度。另一方面，該系統(tǒng)使用臥式熔爐并且鋼珠-物質(zhì)混合物被阿基米德螺旋或熔爐旋轉(zhuǎn)裝置(其僅為熔爐的約三分之一)縱向地驅(qū)動，使得其可以填充以所述混合物。由于當珠子被引入時一接觸所述物質(zhì)就產(chǎn)生裂解氣，因此該方法不能充分裂解可凝氣體和焦油，因為從它們產(chǎn)生的時間至它們被抽出的時間，這些氣體都不再與熱珠床和殘留的物質(zhì)接觸。這樣小的接觸表面使得裂解不佳并且不完全。此方法的另一缺點是，當處于簇的形式時，珠子往往團聚在一起，尤其是在高溫下，然后它們變得難以處理和運輸。這尤其適用于第二個專利(W0 200608710)，其中在圓錐體或煙道中標記為40的珠子不循環(huán)或難以循環(huán)。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于所有這些困難，本發(fā)明使用高溫不銹鋼環(huán)狀線圈克服了所述問題。優(yōu)選地，這些環(huán)狀線圈由包含鎳和鈷的合金制成以促進裂解時的催化作用。
將通過參照附圖閱讀說明書來更好地理解本發(fā)明，在附圖中-圖1示意性地顯示實施根據(jù)本發(fā)明的裂解氣化方法的裝置，和-圖2顯示所述裝置的一個實施方案的細節(jié)。
具體實施例方式這些環(huán)狀線圈以與待裂解物質(zhì)相同的方向在固定式豎爐行進。在本發(fā)明中選擇環(huán)狀線圈而非珠子是至關(guān)重要的所述環(huán)狀線圈具有熱交換表面積與重量之間的最高比率，這是重要的，因為在所述環(huán)狀線圈在加熱爐中被加熱時和在此能量被回收和轉(zhuǎn)移至待裂解物質(zhì)時其均提供可能最好的收率。例如，傳統(tǒng)的耐熱鋼珠(即具有40mm直徑的球形)重達261. 4克并具有5026. 55mm2的交換表面。對于基本上等于262 克的重量來說，有可能使用外徑為60mm和內(nèi)徑為24mm的環(huán)狀線圈，得到18mm的橫截面。此環(huán)狀線圈的交換表面將為7461. 42mm2。對于相當重量的鋼，環(huán)狀線圈和球體之間的交換表面積比因此為約1.5。加熱速率和傳熱因此較現(xiàn)有方法得到改善。環(huán)狀線圈(2)有可能具有其他尺寸，但似乎對于15-100mm的內(nèi)徑和50_150mm的
外徑獲得最佳結(jié)果。此外，就冷卻劑(即將熱量帶給待裂解物質(zhì)的金屬塊)的循環(huán)而言，使用環(huán)狀線圈而非珠子具有重要的優(yōu)勢。如上所述，珠子往往團聚使得其難以循環(huán)，與珠子相反，環(huán)狀線圈不會彼此妨礙并且它們的循環(huán)被極大地促進，進一步提高了根據(jù)本發(fā)明的方法的效率。本發(fā)明能處理包含有機物質(zhì)的所有產(chǎn)品，不管它們來自生物質(zhì)并且因此被認為是可再生能源或是不來自生物質(zhì)。可以舉出下列產(chǎn)品作為生物質(zhì)產(chǎn)品的非限制性實例_木材、木屑和鋸末，_ 稻草，-葡萄栽培廢物，-農(nóng)用副產(chǎn)品和廢物(液體和固體肥料、糖漿、骨粉)，-甘蔗渣，-生物燃料(細葉芒等)，_水凈化污泥，-造紙廢液，_紙張、硬紙板、纖維素，-家庭廢物，-固體工業(yè)廢物。在非來源于生物質(zhì)的產(chǎn)品的情況下，可以舉出下列的非限制性產(chǎn)品實例-煤和木炭廢物，-石油工業(yè)廢物，-污染的木材廢料，-有機化學廢物，-廢油漆，-塑料廢物(聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC)，-舊輪月臺。此列舉不是窮盡的，因為含有有機物質(zhì)的任何物質(zhì)可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法進行處理，不管用于熱回收、用于破壞，或用于清除污染。通過根據(jù)本發(fā)明的方法處理的物質(zhì)可以為固體、糊狀物或液體形式。固體產(chǎn)品必須被預(yù)先碾碎成測量為大約50mm的成分。通過根據(jù)本發(fā)明的方法處理的產(chǎn)品可以包含大量(30至100%)的有機物質(zhì)，并且在此情況下，所述反應(yīng)對于廢物破壞是能量自給的，或能量-過剩的，產(chǎn)生電和蒸汽或熱水形式的能量。被處理的產(chǎn)品也可以是含有很少有機物質(zhì)的被污染的物質(zhì)。在此情況下，該方法可以用來清潔被污染的土地，例如，使用另一種能量來活化裂解反應(yīng)(來自掩埋場所或水處理站的生物氣或來自化石能源的甲烷化氣體)。根據(jù)本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)每年50-10，000噸的有機物質(zhì)的裂解和氣化。對于更大的量，需要并行地運轉(zhuǎn)幾個機組。現(xiàn)在參照圖1，圖1顯示了熔爐(1)，其是其中發(fā)生裂解的小體積立式爐膛(1. 5m3， 用于處理1噸/小時，高度為約2. 5m)。與現(xiàn)有裝置相反，其中發(fā)生裂解氣化的此熔爐充滿了高溫環(huán)狀線圈(2)(根據(jù)需要500至IlO(TC)和待裂解的有機物質(zhì)(3)的混合物；在環(huán)狀線圈(2)和待裂解物質(zhì)(3)之間的比例將以產(chǎn)生最佳裂解氣化反應(yīng)的方式來確定。有機物質(zhì)⑶當是固體時通過氣鎖⑷被引入，如圖1中的情況那樣，或當是液體時通過氣鎖(5) 引入。在此沒有顯示用于攪拌環(huán)狀線圈(2)和有機物質(zhì)(3)的裝置，其設(shè)置在熔爐(1)內(nèi)部，能夠充分地混合所述環(huán)狀線圈(2)和所述有機物質(zhì)(3)，由此提高后者的裂解。該反應(yīng)非常迅速，并且當物質(zhì)(3) —被引入至熔爐(1)中就產(chǎn)生包含不凝以及可凝烴類和焦炭的裂解氣體。通過熔爐(1)的頂部在高溫下傳送環(huán)狀線圈(2)和有機物質(zhì)(3)的混合物的意圖是，由于與過熱環(huán)狀線圈(2)和有機物質(zhì)(3)的非常大的交換表面積的密切接觸，導致沿此路徑發(fā)生烴類的高溫裂解和殘留焦炭的氣化。優(yōu)選地，為了進一步改善此反應(yīng)，選擇了包含鎳和鈷的合金形式的高溫不銹鋼環(huán)狀線圈，其具有催化性改善氣化的作用，由此此環(huán)狀線圈組合物促進了焦油裂解。此反應(yīng)還可以通過在混合路徑上的一些點處添加CO2或水蒸氣以便將殘余的碳化顆粒氣化成CO和H2來改進。上面提及的混合路徑在熔爐(1)的底部處終止，在所述底部處氣體通過設(shè)置有可調(diào)節(jié)抽吸系統(tǒng)(在此未顯示)的出口(6)被抽出，所述可調(diào)節(jié)抽吸系統(tǒng)在熔爐(1)中產(chǎn)生輕微的負壓。優(yōu)選將出口(6)定位在熔爐(1)的下部，因為其能使物質(zhì)3)裂解持續(xù)最大的時間量，因為它們在最大的路徑上，因此改善了所述裂解的結(jié)果。然后這些氣體直接加料以進行熱回收(燃燒器和鍋爐，在此未顯示)，或冷卻和洗滌以在發(fā)電機(7)中實現(xiàn)最佳能量回收。提供燃燒器⑶以使再加熱爐(9)內(nèi)部的環(huán)狀線圈(2)再加熱，在說明書中將進一步對再加熱爐進行解釋，要理解這些燃燒氣體中的一些，10%至100% (在具有低百分比的有機產(chǎn)物的待裂解物質(zhì)被破壞的情況下)被引向再加熱環(huán)狀線圈⑵的熔爐(9)，在此熔爐(9)的上部具有最高溫度，由此使得環(huán)狀線圈(2)在最高溫度下被引入熔爐(1)。環(huán)狀線圈(2)以及被裂解的固體顆粒在熔爐的下方被流動控制系統(tǒng)(1)回收，所述流動控制系統(tǒng)(1)能夠調(diào)節(jié)環(huán)狀線圈(2)和有機物質(zhì)(3)的混合物在熔爐(1)中循環(huán)的速率。然后此混合物被引入分離器(11)中，所述分離器(11)將環(huán)狀線圈(2)與被裂解的殘渣，即由所述被裂解的固體顆粒形成的礦物質(zhì)(12)分離；此分離器(11)包含具有底部篩網(wǎng)(14)的筒體(13)，并且如果其接納處于高溫的產(chǎn)物(400-700°C)，則由耐熱鋼制成。在此筒體(13)中，環(huán)狀線圈(2)和礦物質(zhì)(12)(可以包含金屬)的混合物被由齒輪電動機 (16)驅(qū)動的阿基米德螺旋(15)推動；當所述混合物前進時，尺寸比環(huán)狀線圈(2)小得多的礦物質(zhì)顆粒(12)通過篩網(wǎng)(14)(優(yōu)選地被布置在大多數(shù)螺旋(15)的上方)被分離出，并且在容器(17)中回收，所述容器(17)被設(shè)計成抽吸所述顆粒并且設(shè)置有氣鎖以防止空氣在此抽吸過程中進入根據(jù)本發(fā)明的裝置中。顆粒因此被抽吸以便用作能量回收或被處理， 取決于被裂解氣化的產(chǎn)物是否被歸類為“廢物”。在此分離器(11)中路徑的末端處，環(huán)狀線圈(2)和礦物質(zhì)(12)被全部分離，并且僅環(huán)狀線圈(2)被加料至再加熱爐(9)。此熔爐(9)的功能是加熱環(huán)狀線圈(2)至對于在裂解氣化爐(1)中進行裂解反應(yīng)所確定的必需溫度，所述裂解反應(yīng)可能處于連續(xù)的循環(huán)中。其還起提升環(huán)狀線圈(2)從而將它們從分離器(11)帶到裂解氣化爐(1)頂部處的較高水平的作用。環(huán)狀線圈(2)通過阿基米德螺旋(18)移動至再加熱爐(9)，如在分離器(11) 中那樣。驅(qū)動軸的齒輪電動機(19)使螺旋(18)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)分離器(11)和熔爐(1)之間待提升的程度將所述組件斜置。環(huán)狀線圈(2)通過與燃燒器(8)燃燒氣體接觸而直接被加熱， 為了不引入在燃燒氣體中小量存在的氧，需要調(diào)節(jié)在此未顯示的提取器和煙霧流動以便在再加熱爐(9)和裂解氣化爐(1)之間建立中性壓力點。此再加熱爐(9)必須經(jīng)得起高達 iioo°c的溫度，其由高溫耐熱鋼制成。在這些溫度下，金屬的膨脹是非常明顯的，并且此熔爐的設(shè)計是優(yōu)選實施方案的主題，所述優(yōu)選實施方案較好地反映在圖2中。在此圖2中圖示的實施方案中，螺旋(18)的螺線不直接與驅(qū)動它們旋轉(zhuǎn)的軸(20) 連接，而是與圍繞軸(20)的套筒(21)連接；根據(jù)圖2中圖示的實施方案，此套筒是中空的并且填充以絕熱體(22)，但根據(jù)另一個實施方案，所述套筒本身由絕熱材料制成。不管哪個實施方案，套筒(21)的存在相當大地限制了熱量向軸(20)的傳輸使得所述軸(20)保留其初始的機械特性。由此被保護的軸(20)可以在在此未顯示的軸承的水平上被安全地冷卻。高溫(1000°C )燃燒氣體一旦被檢查出符合排放規(guī)定并且在傳統(tǒng)的交換器中冷卻以便回收它們所包含的能量(例如干燥待裂解的產(chǎn)品)后就被抽出。在一個在此未圖示的實施方案中，還能夠提供高溫(ioocrc )燃燒氣體的回收，所述氣體被加料至雙爐膛中，所述雙爐膛則設(shè)置有裂解氣化爐(1)以便回收最大能量用于在熱或電回收的情況下裂解烴類和焦油，之后這些氣體如上所示一旦被檢查出符合排放規(guī)定并且在傳統(tǒng)的交換器中被冷卻后就被抽出。被加熱至所需溫度的環(huán)狀線圈(2)以根據(jù)在熔爐⑴中待裂解氣化的物質(zhì)的量和質(zhì)量所必需的流速引入。待處理的有機物質(zhì)以由氣鎖系統(tǒng)調(diào)節(jié)的速率被引入以便不引入氧。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的通用設(shè)計中，圖1圖示了優(yōu)選實施方案，其減小了尺寸并且能夠最適地實施根據(jù)本發(fā)明的方法；因此，所述裝置的這三種必要部件，即裂解氣化爐
(I)、分離系統(tǒng)(11)和再加熱爐(9)以直角三角形布置，其中熔爐(9)占據(jù)斜邊的位置，其他兩邊對應(yīng)于熔爐(1)，優(yōu)選立式熔爐，和基本上為臥式的系統(tǒng)(11)。在一個變體中，系統(tǒng)
(II)可以稍稍傾斜，其中上述的三角形的直角將是稍微鈍角的。
權(quán)利要求
1.一種使用下述類型裝置裂解氣化有機廢物的方法(a)熔爐，在所述熔爐中進行與升溫至高溫的金屬塊混合的所述廢物的裂解，所述熔爐具有用于所述廢物和所述金屬塊的入口以及用于裂解氣體的出口，(b)分離經(jīng)裂解的殘渣和所述金屬塊的系統(tǒng)，和(c)用于再加熱所述金屬塊以形成新的裂解氣化循環(huán)的熔爐，其特征在于所述金屬塊由不銹鋼制成的環(huán)狀線圈⑵組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述環(huán)狀線圈(2)包含鎳和鈷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述環(huán)狀線圈⑵的內(nèi)徑為15-100mm 且外徑為50-150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于所述裂解氣體出口(6)設(shè)置在進行所述裂解的所述熔爐(1)的下部處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述出口(6)設(shè)置有在所述熔爐(1)內(nèi)部產(chǎn)生輕微負壓的系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于在進行所述裂解的所述熔爐(I)的底部處，是調(diào)節(jié)所述環(huán)狀線圈(2)和裂解殘渣的卸料速率的裝置(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于分離所述經(jīng)裂解的殘渣和所述環(huán)狀線圈(2)的系統(tǒng)(11)具有阿基米德螺旋(15)，所述阿基米德螺旋將所述殘渣和所述環(huán)狀線圈(2)從熔爐(1)的底部帶到能夠再加熱所述環(huán)狀線圈(2)的熔爐(9)的底部，所述經(jīng)裂解的殘渣在經(jīng)過布置在所述螺旋(15)的下方和后者的基本長度上的篩網(wǎng)(14)的同時被回收至容器(17)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于能夠再加熱所述環(huán)狀線圈(2) 的所述熔爐(9)設(shè)置有燃燒器(8)和阿基米德螺旋(18)，使得借助于所述燃燒器(8)再加熱的所述環(huán)狀線圈(2)被帶到所述熔爐(1)頂部處的上部水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述螺旋(18)的螺線與驅(qū)動所述螺旋的軸 (20)被套筒(21)隔開，所述套筒(21)使所述軸(20)與所述螺旋(18)的螺線隔熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其特征在于所述熔爐(1)、所述分離系統(tǒng)(II)和所述熔爐(9)分別形成直角三角形的直角邊及其斜邊，所述熔爐(1)是立式的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于裂解氣化有機廢物的新方法。根據(jù)本發(fā)明的方法采用填充以金屬環(huán)狀線圈(2)形狀的金屬塊和待裂解的有機物質(zhì)(3)的豎爐(1)，所述金屬塊預(yù)先被升溫至高溫(500至1100℃)。其還采用用于加熱由被齒輪電動機(19)驅(qū)動的阿基米德螺旋(18)輸送的環(huán)狀線圈(2)的熔爐(9)，以及用于回收礦物殘渣(12)的分離器(11)，由此借助于篩網(wǎng)(14)和被齒輪電動機(16)驅(qū)動的阿基米德螺旋(15)實現(xiàn)環(huán)狀線圈(2)和殘渣(12)的分離。對包括來自生物質(zhì)并且因此被認為是可再生能源或非來自生物質(zhì)的有機物質(zhì)的所有產(chǎn)品施加處理。
文檔編號C10B49/18GK102459516SQ201080032829
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者弗朗索瓦·胡斯泰奇, 艾倫·香泰萊特 申請人:弗朗索瓦·胡斯泰奇, 艾倫·香泰萊特, 雅克·波音特