廢物處理中的改進(jìn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于熱解和/或氣化如有機(jī)涂覆的廢物以及包括生物質(zhì)、工業(yè)廢物、城市固體廢物和淤泥在內(nèi)的有機(jī)材料的系統(tǒng)和方法。在第一操作模式中，該方法/系統(tǒng)將所述材料在處理室(10)中通過使熱氣體通過所述處理室加熱。這將有機(jī)內(nèi)含物熱解和/或氣化，以產(chǎn)生合成氣并且，總是產(chǎn)生煙灰。在第二操作模式中。該方法/系統(tǒng)增加熱氣體的氧含量，使得熱氣體中的氧與受熱的煙灰反應(yīng)形成一氧化碳。
【專利說明】廢物處理中的改進(jìn)
[0001]本發(fā)明涉及用于通過熱解和/或氣化處理材料的方法和系統(tǒng)，特別是涉及控制作為熱解/氣化過程的結(jié)果形成的煙灰的積累的方法和系統(tǒng)。
[0002]材料的熱解/氣化以形成合成氣是廣為人知并且記錄于文獻(xiàn)中的處理方法。用于將材料熱解/氣化的已知處理包括間歇處理和連續(xù)處理兩者。在兩種方法中，該處理都基本上由以下步驟構(gòu)成:對(duì)于熱解在基本上無氧的環(huán)境中，并且對(duì)于氣化在低氧環(huán)境中，擊打所要處理的材料，以將材料的有機(jī)內(nèi)含物熱分解，以形成通常稱為合成氣的合成氣體。
[0003]該處理的不可避免的副產(chǎn)物是煙灰的產(chǎn)生。煙灰在該處理的過程中積累，并且在處理室以及工藝氣由其通過的系統(tǒng)管道的內(nèi)表面上形成襯里。隨著時(shí)間經(jīng)過，煙灰的這種積累可以對(duì)系統(tǒng)的操作具有多種有害影響。首先，煙灰積累可以覆蓋系統(tǒng)的任何傳感器，使它們的性能隨時(shí)間降低。其次，煙灰的積累可以在系統(tǒng)內(nèi)造成明顯的危險(xiǎn)。例如，如果在處理循環(huán)結(jié)束后立即打開系統(tǒng)的一部分，而襯在系統(tǒng)內(nèi)的煙灰仍然處于高溫，例如在400-500°C的區(qū)域，則當(dāng)打開系統(tǒng)時(shí)從空氣流入的氧可以導(dǎo)致煙灰的閃燃，可能對(duì)當(dāng)打開系統(tǒng)時(shí)處于該區(qū)域中的任何操作者造成毀滅性的影響。雖然在熱解處理中形成更多的煙灰，但上述問題在熱解和氣化處理兩者中都出現(xiàn)。正如將理解的是，在打開系統(tǒng)時(shí)煙灰起火的危險(xiǎn)在需要有規(guī)律地打開系統(tǒng)以更換材料批次的間歇操作系統(tǒng)中尤其成問題，并且在打開系統(tǒng)之前等待直至溫度下降到低于煙灰的燃燒溫度將會(huì)過度延長每一批次的處理時(shí)間，從而明顯降低該處理的效率。
[0004]本發(fā)明的目的在于減輕上述問題中的一些。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種處理具有有機(jī)內(nèi)含物的材料的間歇方法，所述具有有機(jī)內(nèi)含物的材料如有機(jī)涂覆的廢物以及包括生物質(zhì)、工業(yè)廢物、城市固體廢物和淤泥在內(nèi)的有機(jī)材料，所述方法包括:在第一操作模式中，將所述材料在處理室中通過從所述處理室經(jīng)過的再循環(huán)熱氣體加熱，以將所述材料熱解和/或氣化以產(chǎn)生合成氣、煙灰和殘留材料；以及在第二操作模式中，增加所述處理中所述再循環(huán)氣體的氧含量，使得所述氧與受熱的煙灰反應(yīng)，以形成一氧化碳。
[0006]第二操作模式在與第一操作模式相同的處理室中進(jìn)行。
[0007]殘留材料可以包含完全惰性的非有機(jī)物，即金屬、玻璃等，或者可以任選地包括來自熱解/氣化處理的焦炭或含碳?xì)埩粑?。在第二操作模式中，可以將殘留材料保留在處理室中?br> [0008]如本文所使用的，術(shù)語煙灰用于意指不純的碳粒子和包括焦炭和木炭在內(nèi)的衍生物。
[0009]在優(yōu)選的操作方法中，在處理室中的大部分材料已經(jīng)熱解和/或氣化之后，將第一操作模式轉(zhuǎn)換為第二操作模式。
[0010]該方法可以還包括:在第二操作模式中，監(jiān)控氣體的熱值、氣體的氫含量以及氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。如果氣體的熱值、氫含量以及一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)非常低或者基本上為零，結(jié)束所述處理。氣體的熱值、氣體的氫含量以及氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)不再增加表示氧不再與任何煙灰反應(yīng)，并且因此系統(tǒng)不含有煙灰，所以可以安全地打開，以更換材料的批次，即使是在系統(tǒng)的部分內(nèi)部溫度仍然高于煙灰的燃燒溫度的情況下。氫含量可以指示煙灰的燃燒，因?yàn)椋绻谠傺h(huán)氣體中存在水蒸氣，它可以與煙灰和/或一氧化碳反應(yīng)而釋放氫。本方法可以包括在第二操作模式中可水蒸氣引入至再循環(huán)熱氣體中。
[0011]該方法可以包括，在第二操作模式中，監(jiān)控氣體的溫度，并且如果氣體的溫度基本上保持恒定，結(jié)束所述處理。這也指示煙灰的存在，因?yàn)闊熁乙坏┤紵?，將釋放熱，所以其如果存在將釋放熱量。如果?dāng)氧含量在第二操作模式中增加時(shí)沒有檢測(cè)到溫度增加，則這可以用作系統(tǒng)沒有形成煙灰的指示。
[0012]如果，在第二操作模式中，檢測(cè)到氣體的熱值、氣體的氫含量以及氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)增加，本方法還包括第三操作模式，其中將更多的氧引入至再循環(huán)氣體中，并且其中在第三操作模式中，繼續(xù)監(jiān)控氣體的熱值、氣體的氫含量以及氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。在第三操作模式中，也可以監(jiān)控再循環(huán)氣體的溫度。當(dāng)檢測(cè)到煙灰存在時(shí)，可能需要繼續(xù)向系統(tǒng)中引入氧，因?yàn)楫?dāng)它與煙灰反應(yīng)時(shí)，氧將隨時(shí)間變得耗盡。這樣做的必要性將取決于在操作的第二階段中加入的氧的量。在第三操作模式中，也可以將水蒸氣引入至再循環(huán)熱氣體中。
[0013]在一個(gè)實(shí)施方案中，該處理是熱解處理，并且將材料在第一操作模式中在基本上不含有氧的環(huán)境中處理。在此實(shí)施方案中，在第二操作模式中，氧可能增加至I體積％至21體積％的范圍內(nèi)的值，理想地，氧含量在6至12體積％的范圍內(nèi)。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施方案中，該處理是氣化處理，并且將材料在第一操作模式中在3體積％至12體積％氧的減氧環(huán)境中處理。在此實(shí)施方案中，在第二操作模式中，氧可能增加至在6體積％至21體積％的范圍內(nèi)的值。將理解的是，在第二操作模式的過程中，在這些范圍內(nèi)的氧含量將高于第一操作模式中的氧含量。
[0015]通過從作為標(biāo)準(zhǔn)熱解/氣化操作的第一操作模式切換至其中系統(tǒng)內(nèi)的氧水平提高的第二操作模式，任何在第一操作模式的過程中形成的并且變得沉積在系統(tǒng)內(nèi)表面上的煙灰在第二操作模式的過程中與氧反應(yīng)，以形成一氧化碳?xì)怏w，其隨后形成在系統(tǒng)內(nèi)或從系統(tǒng)離開的氣體的一部分。以這種方式，周期性地移除在系統(tǒng)內(nèi)表面上的煙灰沉積物，從而防止煙灰積累到系統(tǒng)受到影響或變得危險(xiǎn)的水平。
[0016]操作方法可以還包括:使合成氣通過熱處理室，在熱處理室中將其加熱一段停留時(shí)間，以破壞其中任何VOC，并且其中加熱該材料包括在處理室中在燃燒器中使化學(xué)計(jì)量比的燃料和氧燃燒，并且將熱氣體循環(huán)通過處理室；并且其中增加氧濃度包括將附加的含氧氣體加入至循環(huán)氣體，以增加其氧濃度。
[0017]在熱解過程中，處理室中化學(xué)計(jì)量比的燃料和氧在燃燒器中的燃燒產(chǎn)生基本上不含有氧的熱氣體，其是加熱所要處理的材料以使其熱解所需的。增加氧濃度可以由將附加的含氧氣體加入至燃燒器中組成，或者可以備選地包括將附加的含氧氣體在系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)不同的點(diǎn)加入。備選地，熱可以由獨(dú)立的外部熱源提供，并且也可以包括熱氣體流，其具有基本上零的氧含量，或者在氣化情況下，具有減少的氧含量，但是不再循環(huán)。
[0018]本方法可以包括使氣體通過在處理室下游的鍋爐，并且在第一操作模式中，將鍋爐在第一水平操作，以由其提取熱；并且在第二和/或第三操作模式中，將鍋爐在第二水平操作，以由其提取熱，所述第二水平低于所述第一水平，從而移除較少的熱。優(yōu)選地，在第二和/或第三操作模式中，操作鍋爐，使得由其排出的氣體超過350°C，更優(yōu)選400°C以上。通過該方法，鍋爐在第一操作模式中從由其通過的氣體提取廢熱，以冷卻輸出的氣體。因?yàn)樘挤e累不限于鍋爐上游的系統(tǒng)區(qū)域，所以有利的是，也能夠處理任何在鍋爐下游的系統(tǒng)內(nèi)的煙灰。因?yàn)闊熁遗c氧產(chǎn)生一氧化碳的反應(yīng)需要升高的溫度，則通過減少鍋爐從由其通過的熱氣體中取得的功率的量，將離開鍋爐的氣體的排放溫度提高至它可以與鍋爐下游的煙灰反應(yīng)的水平。
[0019]在第一操作模式中，本方法可以進(jìn)一步包括使離開鍋爐的氣體通過第一洗滌器，并且在第二和/或第三操作模式中，本方法可以優(yōu)選包括使離開鍋爐的氣體通過第二洗滌器。可以使通過第二洗滌器的氣體燃燒放空(flare)至大氣。
[0020]離開系統(tǒng)的合成氣可以在第一洗滌器的下游使用，例如，它可以在合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒以產(chǎn)生電力。因?yàn)樵诘诙?或第三操作模式過程中離開系統(tǒng)的氣體不具有可確定的品質(zhì)，即，氣體組成不是恒定的或可預(yù)測(cè)的，例如，它將包括可變量的氧并且其中一氧化碳水平和氫水平將明顯不同于在第一操作模式的過程中產(chǎn)生的合成氣，所以在第二和/或第三操作模式的過程中該氣體的品質(zhì)對(duì)于在例如合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用不是足夠可靠的，并且因此將它燃燒放空至大氣。
[0021]本方法可以還包括感測(cè)氣體中的氫水平并且響應(yīng)于感測(cè)到的氫水平在第一操作模式和第二操作模式之間切換。在第一操作模式的過程中，當(dāng)所處理的材料達(dá)到熱解/氣化基本上完全的階段時(shí)，產(chǎn)生的氫氣體的量將開始非?？斓叵陆?。氫傳感器可以檢測(cè)再循環(huán)氣體中的氫的水平的起伏，并且，如果其下降一定的量，可見該過程正在接近完成，并且這可以當(dāng)作從第一操作模式向第二操作模式切換的信號(hào)。
[0022]在第三操作模式的過程中，使再循環(huán)氣體的速度、再循環(huán)氣體的溫度和再循環(huán)氣體的氧含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)波動(dòng)。這已被證明增加煙灰移除的有效性。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法將如有機(jī)涂覆的廢物和包括生物質(zhì)、工業(yè)廢物、城市固體廢物和淤泥在內(nèi)的有機(jī)材料的材料熱解的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:處理室，在所述處理室中將所述材料加熱；用于再循環(huán)的裝置，所述裝置用于將熱氣體的供應(yīng)再循環(huán)用于通過處理室以加熱其中的所述材料，以將所述材料熱解和/或氣化以產(chǎn)生合成氣、煙灰和殘留材料；熱處理室，在所述熱處理室中，將熱解氣體加熱一段停留時(shí)間，以破壞其中任何揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC);以及控制裝置，所述控制裝置配置為將所述系統(tǒng)在第一操作模式操作以向所述處理室提供含有減少的氧或基本上無氧的熱氣體的供應(yīng)，使得熱氣體將其中的材料熱解和/或氣化，以產(chǎn)生合成氣、煙灰和殘留材料，并且將該系統(tǒng)在第二操作模式操作，其中使氣體的氧含量增加。
[0023]第二操作模式在和第一操作模式相同的處理室中進(jìn)行。
[0024]殘留材料可以包含完全惰性的非有機(jī)物，即金屬、玻璃等，或者可以任選地包括來自熱解/氣化過程的焦炭或含碳?xì)埩粑铩Ｔ诘诙僮髂Ｊ街?，殘留材料可以保留在處理室中?br> [0025]可以將控制器配置為在不移除任何所述殘留材料的情況下從第一操作模式切換至第二操作模式。
[0026]本系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于感測(cè)氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)并且建立其指示信號(hào)的裝置；并且其中控制裝置還配置為監(jiān)控由該感測(cè)裝置建立的信號(hào)，并且還配置為如果氣體的熱值、氫含量和一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)非常低或基本上為零，則結(jié)束所述處理。
[0027]可以設(shè)置溫度傳感器并將其配置為感測(cè)在系統(tǒng)內(nèi)再循環(huán)的氣體的溫度并且建立其指示信號(hào)。于是，可以進(jìn)一步將控制裝置配置為監(jiān)控氣體溫度的指示信號(hào)，并且如果氣體的溫度少保持基本上恒定，結(jié)束所述處理。
[0028]可以設(shè)置用于將水蒸氣引入至本系統(tǒng)中的裝置，并且控制裝置可以配置為，在第二操作模式中，操作所述用于將水蒸氣引入的裝置，以將水蒸氣引入至本系統(tǒng)中。
[0029]控制裝置可以配置為監(jiān)控氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的指示信號(hào)，并且如果在所述氣體的熱值等中的一項(xiàng)或多項(xiàng)中監(jiān)控到上升，控制裝置可以配置為，將本系統(tǒng)在其中將更多的氧引入至再循環(huán)氣體中的第三操作模式中操作，并且在所述第三操作模式中，繼續(xù)監(jiān)控所述信號(hào)。
[0030]本系統(tǒng)可以包括從熱處理室引向鍋爐的管道，并且控制裝置還配置為控制在第二操作模式中從鍋爐提取的熱的量，以保持鍋爐下游的氣體溫度超過350°C，優(yōu)選400°C以上。
[0031]可以在鍋爐下游設(shè)置一個(gè)或多個(gè)洗滌器。在使用兩個(gè)洗滌器的情況下，設(shè)置換向閥裝置，以在第一操作模式中將氣體引導(dǎo)至所述洗滌器中的第一個(gè)，并且在第二操作模式中將氣體引導(dǎo)至所述洗滌器中的第二個(gè)。優(yōu)選地，本系統(tǒng)還包括洗滌器下游的火炬煙囪和合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)。在設(shè)置單一洗滌器的情況下，在洗滌器下游設(shè)置換向閥，用于將氣體送至合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)或者送至火炬煙囪。在設(shè)置兩個(gè)洗滌器的情況下，一個(gè)洗滌器的出口可以連接至合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并且另一個(gè)洗滌器可以連接至火炬煙囪。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)包括一氧化碳傳感器，并且控制配置為響應(yīng)一氧化碳下降低于預(yù)定水平從第二操作模式切換至第一操作模式。
[0033]本系統(tǒng)可以還包括氫傳感器，并且控制器可以配置為響應(yīng)感測(cè)到的氫水平從一個(gè)操作模式切換至另一個(gè)操作模式。
[0034]現(xiàn)在將參照附圖，借助實(shí)施例描述本發(fā)明的實(shí)施方案，在附圖中:
[0035]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；
[0036]圖2顯示備選的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；
[0037]圖3顯示用于間歇處理熱解/氣化系統(tǒng)的生產(chǎn)率對(duì)時(shí)間的圖；
[0038]圖5顯示本發(fā)明的熱解方法的示意性流程圖；并且
[0039]圖6顯示本發(fā)明的氣化方法的示意性流程圖。
[0040]參照?qǐng)D1，該系統(tǒng)包括處理室10，在其中將材料加熱以將它熱解或氣化。處理室10可以是任何已知的處理室，例如它可以是間歇處理室或連續(xù)流處理室。它可以是，例如，如Perry等的國際專利申請(qǐng)W02006/100512中所述的爐。
[0041]管道12將處理室連接至熱處理室16。位于熱處理室16頂部的是燃燒器18，其設(shè)置有燃料源20，例如天然氣，和氧源22，例如空氣。燃料和氧在燃燒器中燃燒，以便將熱處理室16加熱，以升高其中合成氣的溫度，以破壞其中任何VOC或長鏈烴。
[0042]在第一操作模式中，燃料和氧可以在燃燒器中以化學(xué)計(jì)量比燃燒，以在不燃燒任何可能通過熱解/氣化處理產(chǎn)生的合成氣的情況下，將熱處理室16加熱。
[0043]任選地，可以將來自熱處理室16的熱氣體經(jīng)由管道12和14循環(huán)通過處理室10，以在基本上不含有氧或減氧的環(huán)境中，加熱其中的材料。當(dāng)將氣體循環(huán)時(shí)，在氣化過程中，燃料和氧可以在燃燒器中以非化學(xué)計(jì)量比燃燒，具有稍微過量的氧，以將熱處理室16加熱，并產(chǎn)生具有減低(與大氣比較)的，優(yōu)選在3至12體積％的范圍內(nèi)的氧含量的氣氛。
[0044]作為備選，在氣化過程中，熱處理室可以燃燒化學(xué)計(jì)量比的燃料和氧，以在不燃燒任何可能通過氣化處理產(chǎn)生的合成氣的情況下將熱處理室16加熱，并且可以將附加的氧或含氧氣體在氣體流內(nèi)的別處加入至循環(huán)氣體中。
[0045]備選地，可以省略流路14，并且可以使用單獨(dú)的外部熱源15加熱處理室10。
[0046]當(dāng)材料熱解和/或氣化時(shí)，它產(chǎn)生合成氣和煙灰。位于熱處理室中的是氧傳感器24、一氧化碳傳感器26和氫傳感器28，它們可信號(hào)發(fā)送至控制系統(tǒng)30。盡管顯示為位于熱處理室16中，顯然的是，這些傳感器可以位于再循環(huán)流路內(nèi)的任何地方，例如，它們可以位于管道12和14之一中，或在處理室10本身中。
[0047]由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)被送至控制系統(tǒng)30，三種氣體的比例是所制得的合成氣的品質(zhì)的指示。
[0048]圖2顯示典型的通過間歇處理循環(huán)的氫生產(chǎn)率曲線。在區(qū)段I中，處理室10中的材料開始加熱，并且當(dāng)它加熱時(shí)，熱解/氣化反應(yīng)開始，并且所生產(chǎn)的氫的量開始增加。在圖的中間區(qū)段2中，主要反應(yīng)正在進(jìn)行，并且可以生產(chǎn)相當(dāng)恒定品質(zhì)的合成氣。將理解的是，在此中間區(qū)段中曲線的形狀將依賴于所處理的廢物的類型，并依賴于使輸入系統(tǒng)的熱的量適中的燃燒器18的控制。當(dāng)處理繼續(xù)并且處理室10內(nèi)的大部分材料已經(jīng)熱解/氣化時(shí)，氫的生產(chǎn)率開始降低，并且曲線進(jìn)入最終區(qū)段3。
[0049]再次參照?qǐng)D1，管道32從熱處理室176通向充當(dāng)與輸入水36熱交換以產(chǎn)生水蒸氣38的熱交換器的鍋爐34。可以通過控制進(jìn)入鍋爐34的水的流量控制從流過管道32的氣體提取的熱量。
[0050]管道40從鍋爐34通向洗滌器42。洗滌器42可以是合適的已知類型的，并且運(yùn)行以將離開鍋爐的冷卻的氣體在儲(chǔ)存或使用之前清潔。例如，合成氣可以直接在合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44中燃燒以產(chǎn)生電力。本系統(tǒng)還包括鍋爐34下游的溫度傳感器46，以及在鍋爐和第一洗滌器42之間的換向閥48。換向閥48的備選出口通向第二洗滌器50，其將流經(jīng)其的氣體在它在火炬煙囪53中燃燒放空之前清潔。
[0051]在圖2中所示的備選實(shí)施方案中，在鍋爐34下游設(shè)置單一的洗滌器42，在洗滌器42下游設(shè)置換向閥48，其將氣體流轉(zhuǎn)向至合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44或火炬煙囪52。閥48的操作如上關(guān)于圖1所述，除去它僅在合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44和火炬煙囪52之間轉(zhuǎn)向以外。
[0052]如上所述，處理室10可以由循環(huán)通過處理室16、管道14和處理室10的再循環(huán)氣體加熱，或者備選地，室10可以由可以包含燃燒器的直接熱源15加熱。
[0053]現(xiàn)在參照?qǐng)D1至5，該設(shè)備具有控制器30，其可操作為可該系統(tǒng)在第一和第二操作模式中操作，第一操作模式是正常的合成氣生產(chǎn)循環(huán)，并且第二操作模式是清潔循環(huán)的一部分，特別是，第二操作模式是清潔循環(huán)的測(cè)試階段，以測(cè)定是否需要完全清潔。在第一操作模式中，使熱氣體經(jīng)由管道12和14循環(huán)通過處理室和熱處理室，并且將循環(huán)氣體的一部分經(jīng)由管道32抽取并使其通過鍋爐34以將它冷卻，通過洗滌器42以將它清潔，并且通過合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44以將它轉(zhuǎn)化為電力。
[0054]如上所述，在操作過程中發(fā)生的熱解/氣化反應(yīng)產(chǎn)生煙灰，煙灰覆蓋系統(tǒng)的內(nèi)表面并且隨時(shí)間經(jīng)過可以降低系統(tǒng)的功能，并且可能存在潛在的危險(xiǎn)。運(yùn)行清潔循環(huán)以從系統(tǒng)清除煙灰，并且從而防止煙灰的繼續(xù)積累。
[0055]在第一操作模式中，基本上不含有氧/含有減少的氧的熱氣體循環(huán)通過系統(tǒng)，以將材料加熱，以將它熱解/氣化。為了進(jìn)入清潔循環(huán)，控制器監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)氣體的氫含量。一旦氫含量下降得低于預(yù)定閾值，即它從圖2上的圖中的區(qū)段2進(jìn)入?yún)^(qū)段3，則確定處理室10內(nèi)的大部分材料已經(jīng)熱解/氣化，并且現(xiàn)在產(chǎn)生的合成氣是較差品質(zhì)的。當(dāng)這被監(jiān)控到時(shí)，換向閥48接收來自控制器30的信號(hào)，并且將氣體流引導(dǎo)至第二洗滌器50，其后將它在火炬煙囪52中燃燒放空至大氣。同時(shí)，例如通過減少向其的水流降低鍋爐功率，使得從通過其的氣體中提取較少的熱。溫度傳感器46監(jiān)控輸出氣體的溫度，并且向控制器30放出信號(hào)，其隨后可以控制鍋爐34的功率，以將離開鍋爐34的氣體保持在高于350°，優(yōu)選高于最少400。的溫度。
[0056]隨后，改變存在于燃燒器18的燃料與氧的比率，使得提供過量的氧。這導(dǎo)致燃料20的燃燒消耗比所提供的氧少的氧，并且因此，在熱處理室中的氧含量，以及因此管道12、14和處理室10中的氧含量增加。循環(huán)通過處理室10的氣體、還有通過鍋爐34及相關(guān)管道32和40的氣體，都具有增加的氧含量以及其中過量的氧，并且因此將與系統(tǒng)中的任何煙灰反應(yīng)以產(chǎn)生一氧化碳。正如將理解的，附加的氧至燃燒器中的引入也將導(dǎo)致在處理室中制得的合成氣的至少一部分的燃燒。然而，因?yàn)樵谇鍧嶋A段過程中不使用，例如不在合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用合成氣，則通過在熱處理室16中燃燒它的至少一部分，可以在鍋爐中回收一些附加的熱。因此，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的控制，以不減少從熱氣體中提取的能量，但提取所需的能量以產(chǎn)生所需的增加的下游溫度。歸因于通過合成氣在處理室中的燃燒釋放的附加的能量，這可能產(chǎn)生相同或甚至增加的從鍋爐提取的能量。然而，就實(shí)際情況而言，向燃燒器的燃料輸入將隨著燃燒的合成氣的量按比例減少。由圖2可見，這發(fā)生在循環(huán)的末尾，當(dāng)合成氣的量和品質(zhì)改變以至于合成氣水平下降時(shí)，將需要增加所需的燃料以維持VOC破壞和煙灰消除所需的溫度。
[0057]在第二操作模式中也可以將水蒸氣注入至循環(huán)氣體中，并且其也將和煙灰在高溫反應(yīng)，和/或?qū)⒑吞寂c增加的氧的氧化副產(chǎn)物反應(yīng)。
[0058]在第二操作模式中，監(jiān)控氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，并且如果它們中的一項(xiàng)或多項(xiàng)非常低或基本上為零，控制器可以結(jié)束所述處理。這些參數(shù)非常低或基本上為零將指示基本上沒有碳反應(yīng)發(fā)生(即系統(tǒng)是潔凈的)，并且因此可以安全地關(guān)機(jī)并打開。
[0059]在第二操作模式中，也可以監(jiān)控氣體的溫度，并且如果氣體的溫度保持基本上恒定，控制器可以結(jié)束該過程。溫度也指示煙灰的存在，因?yàn)闊熁乙坏┤紵?，將釋放熱，所以如果存在，將釋放熱。如果在第二操作模式中?dāng)氧含量增加時(shí)沒有監(jiān)控到溫度增加，則這可以用作系統(tǒng)沒有形成煙灰的指示。優(yōu)選地，將使用包括氣體的溫度、氫含量、一氧化碳含量和熱值中的兩項(xiàng)以上在內(nèi)的多個(gè)參數(shù)的組合，確定系統(tǒng)中沒有碳反應(yīng)。
[0060]如果，在第二操作模式中，監(jiān)控到溫度、氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或優(yōu)選多項(xiàng)的上升，系統(tǒng)可以進(jìn)入第三操作模式，其中，將更多的氧引入至再循環(huán)氣體中，并且其中，繼續(xù)監(jiān)控溫度、氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。當(dāng)監(jiān)控到煙灰存在時(shí)，可能需要將氧繼續(xù)引入至系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)它與煙灰反應(yīng)時(shí)，氧將隨時(shí)間變得耗盡。這樣做的必要性將取決于在操作的第二階段中加入的氧的量。在第三操作模式中，也可以將水蒸氣引入至再循環(huán)熱氣體中。和在第二操作模式中一樣，一旦煙灰耗盡，氣體的氫含量、一氧化碳含量和熱值將下降至非常低或基本上零值，并且一旦這被檢測(cè)到，控制器可以結(jié)束所述處理以允許批次更換。在打開設(shè)備時(shí)，即使它仍然是熱的，這也可以安全地完成，因?yàn)椴淮嬖诜駝t可能閃燃的碳。
[0061]將理解的是，當(dāng)使用不是熱處理室的外部熱源15為熱解/氣化提供熱時(shí)，可以通過改變?cè)谀莻€(gè)外部熱源的燃燒器中的氣體混合變更氧含量，或者備選地，在任一情況下(循環(huán)氣體/外部熱源)，可以將附加的氧或含氧氣體在系統(tǒng)中任何合適的點(diǎn)引入至通過系統(tǒng)的氣體流中。
[0062]氧傳感器24監(jiān)控系統(tǒng)中的氧，并且控制器30可以改變輸入至燃燒器的氧的量，以保持所需的氧含量。在熱解處理(圖4)過程中，氧含量在操作的第一階段中將基本上為零，并且在I體積％至21體積％的區(qū)域內(nèi)，優(yōu)選6體積％至21體積%。在氣化處理(圖5)過程中，氧含量在第一操作模式過程中在3體積％至12體積％的范圍內(nèi)，并且在第二操作模式過程中在6體積％至21體積%的范圍內(nèi)。
[0063]在操作的該清潔模式中，煙灰與在氣體中的氧反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳，其水平通過一氧化碳傳感器26監(jiān)控，并反饋至控制30。一旦系統(tǒng)中的大部分煙灰與氧反應(yīng)，則系統(tǒng)中的一氧化碳的量將慢慢開始下降。一旦一氧化碳下降超過特定預(yù)定閾值，則控制器可以確定系統(tǒng)已經(jīng)充分清潔并且清潔循環(huán)可以結(jié)束。在連續(xù)處理系統(tǒng)中，將通過處理室10的材料的通過流重新啟動(dòng)，并且控制器向鍋爐34發(fā)送信號(hào)，以增加它的功率，以由其回收更多的熱，并向換向閥48發(fā)送信號(hào)，以將來自鍋爐通過第一洗滌器42送至合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44的氣體轉(zhuǎn)向。任選地，控制器可以監(jiān)控H2含量，并且一旦H 2含量達(dá)到預(yù)定閾值，僅將氣體轉(zhuǎn)向回到合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0064]—旦清潔循環(huán)完成，可以將燃燒器停機(jī)，并且可以更換處理室10中的材料批次，并將燃燒器18重新啟動(dòng)。控制器可以向鍋爐34和閥48發(fā)送信號(hào)，以增加鍋爐功率并將系統(tǒng)氣體轉(zhuǎn)向至第一洗滌器42。隨后使來自燃燒器18的氣體循環(huán)通過處理室，并且處理下一批次的材料。
[0065]可以遵照以下啟動(dòng)順序:該順序包括將含有減少的氧(氣化)或基本上為零的氧(熱解)的熱氣體循環(huán)，直至由氫傳感器28檢測(cè)的氫含量達(dá)到特定的預(yù)定閾值，即它跨過圖2的區(qū)段I和區(qū)段2之間的邊界并且，僅當(dāng)氫含量已經(jīng)通過此閾值后，操作閥48，以將流從洗滌器2轉(zhuǎn)向至洗滌器I。這確保通過合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44的氣體是一定品質(zhì)的。
[0066]在本方法中另一個(gè)附加的階段可以還包括在圖2中所示的生產(chǎn)圖的區(qū)段I過程中運(yùn)行清潔過程。在該方法中，在新一批次的材料已經(jīng)置于處理室10中之后，使含有增加的氧水平的熱氣體循環(huán)通過處理室，并隨后經(jīng)由管道12和14通過處理室(或者通過外部熱源15供應(yīng))，以與其中任何碳反應(yīng)，并且將氣體從其繼續(xù)引導(dǎo)通過第二洗滌器50和火炬煙囪52。一旦氫含量上升至突變(sudden)預(yù)定閾值，控制器30變更通過處理室的氣體中氧的比例。對(duì)于熱解處理，這可以通過將在燃燒器18中燃燒的氧和燃料的定量變更至化學(xué)計(jì)量比并且變更成含有基本上為零的氧含量的氣體來實(shí)現(xiàn)，或者在氣化處理中，這可以通過變更在燃燒器18中燃燒的氧和燃料的配給量以降低氧含量來實(shí)現(xiàn)?？刂破飨蜷y48發(fā)送信號(hào)，以將離開鍋爐的氣體導(dǎo)回至第一洗滌器42，并增加鍋爐34的功率，并且該系統(tǒng)再一次處于它的第一操作模式，此時(shí)它是將材料在處理室10中熱解/氣化以產(chǎn)生合成氣，所述合成氣用于合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44以產(chǎn)生電力。
[0067]通過在間歇處理循環(huán)的過程中的處理開始和結(jié)束時(shí)都運(yùn)行清潔循環(huán)，那么在間歇處理循環(huán)的最終區(qū)段3中，可以將大部分煙灰從系統(tǒng)清除，使得打開處理室以移除并替換其中的材料批次是安全的。在第一區(qū)段I的過程中，當(dāng)新的批次開始其循環(huán)時(shí)，最初產(chǎn)生的氣體品質(zhì)不足以有效地用于合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并且因此，任選地，也可以在此階段的過程中運(yùn)行清潔循環(huán)，以繼續(xù)清潔在系統(tǒng)中沉積出的煙灰。
[0068]通過運(yùn)行如本文所述的處理和清潔循環(huán)，當(dāng)由特殊的批次產(chǎn)生氣體在合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)44中轉(zhuǎn)化成能量不再有效時(shí)，可以使系統(tǒng)的整體清潔循環(huán)適合這些周期過程中的一般批次循環(huán)時(shí)間。
[0069]在如圖6所示的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，顯示了上述系統(tǒng)的一種變型，在此實(shí)施方案中，代替向熱處理室的燃燒器18提供足夠的氧22以恰好燃燒燃料20，提供充足的氧，以也燃燒在處理室10中制得的合成氣。
[0070]當(dāng)利用上述系統(tǒng)時(shí)，處理室10可以通過將熱氣體從處理室16經(jīng)由管道12、14再循環(huán)而加熱，或者備選地，可以設(shè)置單獨(dú)的熱源15并省略管道14。離開熱處理室16的熱氣體進(jìn)入鍋爐34，在那里它交換熱，以產(chǎn)生例如能夠用于驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)以產(chǎn)生電力的水蒸氣。離開鍋爐34的冷卻的氣體隨后經(jīng)由管道40通到洗滌器42，以在將它排出前將其清潔，盡管取決于熱處理室16中處理的完全性這一最終階段洗滌可能是不必要的?？刂破?0以如上所述的不同的操作模式控制系統(tǒng)，以清潔系統(tǒng)的煙灰。特別地，在再循環(huán)系統(tǒng)中，通過供應(yīng)完全燃燒熱處理室中的合成氣所需的過量的氧，可以增加系統(tǒng)中的氧以除去煙灰。
[0071]備選地，如果省略管道14并且處理室10通過獨(dú)立熱源15加熱，當(dāng)需要時(shí)可以將氧獨(dú)立地從燃燒器18引入。在這種情況下，可以在熱源15中、在熱源和處理室10之間或直接向處理室10中，加入用于操作的第二階段的氧。在使用再循環(huán)氣體的情況下，與在燃燒器10中加入額外的氧相反，可以在再循環(huán)氣體路徑中的任何點(diǎn)加入它。
[0072]將要理解的是，關(guān)于圖1至5描述的系統(tǒng)的操作的大部分描述加以必要的修正之后也適用于圖6的系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種將材料熱解和/或氣化的間歇處理方法，所述材料如有機(jī)涂覆的廢物以及包括生物質(zhì)、工業(yè)廢物、城市固體廢物和淤泥在內(nèi)的有機(jī)材料，所述方法包括: 在第一操作模式中，將所述材料在處理室中通過從所述處理室穿過的再循環(huán)熱氣體加熱，以將所述材料熱解和/或氣化以產(chǎn)生合成氣和煙灰和殘留材料；以及 在第二操作模式中，增加所述再循環(huán)熱氣體的氧含量，使得所述氧與所述煙灰反應(yīng)以形成一氧化碳。
2.如權(quán)利要求1所述的間歇處理方法，其中所述第二操作模式在與所述第一操作模式相同的處理室中進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的間歇處理方法，所述方法包括在所述第二操作模式的過程中將所述殘留材料保留在所述處理室中。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，所述方法還包括: 在所述第二操作模式中，監(jiān)控所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)；以及 如果所述氣體的熱值、氫含量和一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)非常低或基本上為零，結(jié)束所述處理。
5.根據(jù)在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，所述方法還包括: 在所述第二操作模式中，監(jiān)控所述氣體的溫度，以及 如果所述氣體的溫度保持基本上恒定，結(jié)束所述處理。
6.根據(jù)在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，其中在所述第二操作模式中，將水蒸氣弓I入至所述再循環(huán)熱氣體中。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，所述方法包括:在所述第二操作模式中，檢測(cè)所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的上升，并且進(jìn)行第三操作模式，在所述第三操作模式中，將更多的氧引入至再循環(huán)氣體中；其中，在所述第三操作模式中，繼續(xù)監(jiān)控所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述再循環(huán)氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
8.根據(jù)7所述的間歇處理方法，其中在所述第三操作模式中，監(jiān)控所述再循環(huán)氣體的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的間歇處理方法，其中在所述第三操作模式中，將水蒸氣引入至所述再循環(huán)熱氣體中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，其中所述處理是熱解處理，并且在所述第一操作模式中所述熱氣體基本上不含有氧，并且在所述第二和/或第三操作模式中，所述熱氣體含有1-21體積％氧。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，其中所述處理是氣化處理，并且在所述第一操作模式中所述熱氣體含有3-12體積％氧，并且在所述第二和/或第三操作模式中，所述熱氣體含有6-21體積％氧。
12.根據(jù)在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，其中在大部分所述材料已經(jīng)熱解和/或氣化之后，將所述第一操作模式轉(zhuǎn)換為所述第二操作模式。
13.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，其中在所述第二和/或第三操作模式的過程中，將所述再循環(huán)氣體的溫度升高。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的間歇處理方法，所述方法還包括使所述氣體通過在所述處理室下游的鍋爐； 在所述第一操作模式中，在第一水平操作所述鍋爐，以從其提取熱；以及在所述第二和/或第三操作模式中，在第二水平操作所述鍋爐，以從其提取熱，所述第二水平低于所述第一水平，從而移除較少的熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的間歇處理方法，其中在所述第二和/或第三操作模式中，操作所述鍋爐，使得由其離開的氣體超過350°C。
16.根據(jù)權(quán)利要求14至15中任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，所述方法還包括: 在所述第一模式操作中，使離開所述鍋爐的氣體通過第一洗滌器；以及 在第二和/或第三操作模式中，使離開所述鍋爐的氣體通過第二洗滌器。
17.根據(jù)在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，所述方法還包括:在第二和/或第三操作模式中，將離開所述第二洗滌器的氣體燃燒放空至大氣。
18.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，其中所述方法還包括: 使所述合成氣通過熱處理室，在所述熱處理室中，將它加熱一段停留時(shí)間以破壞其中的任何VOC，并且其中: 加熱所述材料包括在所述處理室中在燃燒器中使化學(xué)計(jì)量比的燃料和氧燃燒，并且將所述熱氣體循環(huán)通過所述處理室；并且其中 增加所述氧濃度包括向通過所述處理室的所述熱氣體加入另外的含氧氣體，以增加其氧濃度。
19.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項(xiàng)所述的間歇處理方法，其中在所述第三操作模式的過程中，所述再循環(huán)氣體的速度、所述再循環(huán)氣體的溫度和所述再循環(huán)氣體的氧含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)是波動(dòng)的。
20.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1至19中的任一項(xiàng)所述的方法將材料間歇熱解的系統(tǒng)，所述材料如有機(jī)涂覆的廢物以及包括生物質(zhì)、工業(yè)廢物、城市固體廢物和淤泥在內(nèi)的有機(jī)材料，所述系統(tǒng)包括: 處理室，在所述處理室中，將所述材料加熱； 用于再循環(huán)的裝置，所述裝置用于將熱氣體的供應(yīng)再循環(huán)通過所述處理室以加熱其中的所述材料，以將其熱解產(chǎn)生合成氣和煙灰； 熱處理室，在所述熱處理室中，將熱解氣體加熱一段停留時(shí)間，以破壞其中的任何VOC ;和 控制裝置，所述控制裝置配置為在第一操作模式操作所述系統(tǒng)，以向所述處理室提供基本上不含有氧的熱氣體的供應(yīng)，使得所述熱氣體將所述材料熱解以產(chǎn)生合成氣、煙灰和殘留材料，并且在第二操作模式操作所述系統(tǒng)以向所述處理室提供基本上不含有氧的熱氣體的供應(yīng)，其中在所述第二操作模式中所述氣體的氧含量比在所述第一操作模式中大。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述控制器配置為在不移除任何所述殘留材料的情況下從所述第一操作模式轉(zhuǎn)換至所述第二操作模式。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括用于感測(cè)所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)并且建立其指示信號(hào)的裝置；并且其中所述控制裝置還配置為監(jiān)控由所述感測(cè)裝置建立的所述信號(hào)，并且還配置為如果所述氣體的熱值、氫含量和一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)非常低或基本上為零，結(jié)束所述處理。
23.根據(jù)權(quán)利要求20至22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器配置為感測(cè)在所述系統(tǒng)中再循環(huán)的氣體的溫度，并且建立其指示信號(hào)，并且其中所述控制裝置還配置為監(jiān)控所述氣體溫度的所述指示信號(hào)，并且如果所述氣體的溫度保持基本上恒定，結(jié)束所述處理。
24.根據(jù)權(quán)利要求20至23中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括:用于將水蒸氣引入至所述系統(tǒng)中的裝置，并且其中所述控制裝置配置為在所述第二操作模式中操作所述用于引入水蒸氣的裝置，以將水蒸氣引入至所述系統(tǒng)中。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制裝置配置為監(jiān)控所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述氣體的一氧化碳含量中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的指示信號(hào)，并且如果監(jiān)控到所述氣體的熱值的所述一項(xiàng)或多項(xiàng)的上升，所述控制裝置還配置為在第三操作模式中操作所述系統(tǒng)，其中將更多的氧引入至再循環(huán)氣體中，并且在所述第三操作模式中，繼續(xù)監(jiān)控所述信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20至25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括: 管道，所述管道由所述熱處理室通向鍋爐，并且其中 所述控制裝置還配置為控制在所述第二操作模式中從所述鍋爐提取的熱的量，以保持所述鍋爐下游的所述氣體的溫度超過350°C。
27.權(quán)利要求26的所述系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括:兩個(gè)在所述鍋爐下游的洗滌器，和閥裝置，并且其中所述控制裝置配置為操作所述閥裝置以在所述第一操作模式中將所述氣體導(dǎo)向所述洗滌器中的第一個(gè)，并且在所述第二操作模式中將所述氣體導(dǎo)向所述洗滌器中的第二個(gè)。
28.權(quán)利要求26的所述系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括: 所述鍋爐下游的火炬煙囪和換向閥，所述火炬煙囪用于由其通過的氣體的燃燒，其中所述控制裝置配置為在所述第二操作模式中將所述合成氣流轉(zhuǎn)向至所述火炬煙囪。
29.權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并且其中所述控制裝置配置為操作所述換向閥，以在第一操作模式中將所述氣體流轉(zhuǎn)向至所述合成氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
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【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月15日
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