廢物處理中的改進的製作方法

2023-05-07 18:11:06

廢物處理中的改進的製作方法
【專利摘要】本發明提供了用於熱解和/或氣化如有機塗覆的廢物以及包括生物質、工業廢物、城市固體廢物和淤泥在內的有機材料的系統和方法。在第一操作模式中，該方法/系統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。這將有機內含物熱解和/或氣化，以產生合成氣並且，總是產生菸灰。在第二操作模式中。該方法/系統增加熱氣體的氧含量，使得熱氣體中的氧與受熱的菸灰反應形成一氧化碳。
【專利說明】廢物處理中的改進
[0001]本發明涉及用於通過熱解和/或氣化處理材料的方法和系統，特別是涉及控制作為熱解/氣化過程的結果形成的菸灰的積累的方法和系統。
[0002]材料的熱解/氣化以形成合成氣是廣為人知並且記錄於文獻中的處理方法。用於將材料熱解/氣化的已知處理包括間歇處理和連續處理兩者。在兩種方法中，該處理都基本上由以下步驟構成:對於熱解在基本上無氧的環境中，並且對於氣化在低氧環境中，擊打所要處理的材料，以將材料的有機內含物熱分解，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物是菸灰的產生。菸灰在該處理的過程中積累，並且在處理室以及工藝氣由其通過的系統管道的內表面上形成襯裡。隨著時間經過，菸灰的這種積累可以對系統的操作具有多種有害影響。首先，菸灰積累可以覆蓋系統的任何傳感器，使它們的性能隨時間降低。其次，菸灰的積累可以在系統內造成明顯的危險。例如，如果在處理循環結束後立即打開系統的一部分，而襯在系統內的菸灰仍然處於高溫，例如在400-500°C的區域，則當打開系統時從空氣流入的氧可以導致菸灰的閃燃，可能對當打開系統時處於該區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菸灰，但上述問題在熱解和氣化處理兩者中都出現。正如將理解的是，在打開系統時菸灰起火的危險在需要有規律地打開系統以更換材料批次的間歇作業系統中尤其成問題，並且在打開系統之前等待直至溫度下降到低於菸灰的燃燒溫度將會過度延長每一批次的處理時間，從而明顯降低該處理的效率。
[0004]本發明的目的在於減輕上述問題中的一些。
[0005]根據本發明的第一方面，提供了一種處理具有有機內含物的材料的間歇方法，所述具有有機內含物的材料如有機塗覆的廢物以及包括生物質、工業廢物、城市固體廢物和淤泥在內的有機材料，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過的再循環熱氣體加熱，以將所述材料熱解和/或氣化以產生合成氣、菸灰和殘留材料；以及在第二操作模式中，增加所述處理中所述再循環氣體的氧含量，使得所述氧與受熱的菸灰反應，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行。
[0007]殘留材料可以包含完全惰性的非有機物，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殘留物。在第二操作模式中，可以將殘留材料保留在處理室中。
[0008]如本文所使用的，術語菸灰用於意指不純的碳粒子和包括焦炭和木炭在內的衍生物。
[0009]在優選的操作方法中，在處理室中的大部分材料已經熱解和/或氣化之後，將第一操作模式轉換為第二操作模式。
[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或多項。如果氣體的熱值、氫含量以及一氧化碳含量中的一項或多項非常低或者基本上為零，結束所述處理。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或多項不再增加表示氧不再與任何菸灰反應，並且因此系統不含有菸灰，所以可以安全地打開，以更換材料的批次，即使是在系統的部分內部溫度仍然高於菸灰的燃燒溫度的情況下。氫含量可以指示菸灰的燃燒，因為，如果在再循環氣體中存在水蒸氣，它可以與菸灰和/或一氧化碳反應而釋放氫。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熱氣體中。
[0011]該方法可以包括，在第二操作模式中，監控氣體的溫度，並且如果氣體的溫度基本上保持恆定，結束所述處理。這也指示菸灰的存在，因為菸灰一旦燃燒，將釋放熱，所以其如果存在將釋放熱量。如果當氧含量在第二操作模式中增加時沒有檢測到溫度增加，則這可以用作系統沒有形成菸灰的指示。
[0012]如果，在第二操作模式中，檢測到氣體的熱值、氣體的氫含量以及氣體的一氧化碳含量中的一項或多項增加，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氣體中，並且其中在第三操作模式中，繼續監控氣體的熱值、氣體的氫含量以及氣體的一氧化碳含量中的一項或多項。在第三操作模式中，也可以監控再循環氣體的溫度。當檢測到菸灰存在時，可能需要繼續向系統中引入氧，因為當它與菸灰反應時，氧將隨時間變得耗盡。這樣做的必要性將取決於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熱氣體中。
[0013]在一個實施方案中，該處理是熱解處理，並且將材料在第一操作模式中在基本上不含有氧的環境中處理。在此實施方案中，在第二操作模式中，氧可能增加至I體積％至21體積％的範圍內的值，理想地，氧含量在6至12體積％的範圍內。
[0014]在另一個實施方案中，該處理是氣化處理，並且將材料在第一操作模式中在3體積％至12體積％氧的減氧環境中處理。在此實施方案中，在第二操作模式中，氧可能增加至在6體積％至21體積％的範圍內的值。將理解的是，在第二操作模式的過程中，在這些範圍內的氧含量將高於第一操作模式中的氧含量。
[0015]通過從作為標準熱解/氣化操作的第一操作模式切換至其中系統內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並且變得沉積在系統內表面上的菸灰在第二操作模式的過程中與氧反應，以形成一氧化碳氣體，其隨後形成在系統內或從系統離開的氣體的一部分。以這種方式，周期性地移除在系統內表面上的菸灰沉積物，從而防止菸灰積累到系統受到影響或變得危險的水平。
[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間，以破壞其中任何VOC，並且其中加熱該材料包括在處理室中在燃燒器中使化學計量比的燃料和氧燃燒，並且將熱氣體循環通過處理室；並且其中增加氧濃度包括將附加的含氧氣體加入至循環氣體，以增加其氧濃度。
[0017]在熱解過程中，處理室中化學計量比的燃料和氧在燃燒器中的燃燒產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內一個不同的點加入。備選地，熱可以由獨立的外部熱源提供，並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。
[0018]本方法可以包括使氣體通過在處理室下遊的鍋爐，並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；並且在第二和/或第三操作模式中，將鍋爐在第二水平操作，以由其提取熱，所述第二水平低於所述第一水平，從而移除較少的熱。優選地，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。因為碳積累不限於鍋爐上遊的系統區域，所以有利的是，也能夠處理任何在鍋爐下遊的系統內的菸灰。因為菸灰與氧產生一氧化碳的反應需要升高的溫度，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遊的菸灰反應的水平。
[0019]在第一操作模式中，本方法可以進一步包括使離開鍋爐的氣體通過第一洗滌器，並且在第二和/或第三操作模式中，本方法可以優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]離開系統的合成氣可以在第一洗滌器的下遊使用，例如，它可以在合成氣發動機中燃燒以產生電力。因為在第二和/或第三操作模式過程中離開系統的氣體不具有可確定的品質，即，氣體組成不是恆定的或可預測的，例如，它將包括可變量的氧並且其中一氧化碳水平和氫水平將明顯不同於在第一操作模式的過程中產生的合成氣，所以在第二和/或第三操作模式的過程中該氣體的品質對於在例如合成氣發動機中使用不是足夠可靠的，並且因此將它燃燒放空至大氣。
[0021]本方法可以還包括感測氣體中的氫水平並且響應於感測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，當所處理的材料達到熱解/氣化基本上完全的階段時，產生的氫氣體的量將開始非常快地下降。氫傳感器可以檢測再循環氣體中的氫的水平的起伏，並且，如果其下降一定的量，可見該過程正在接近完成，並且這可以當作從第一操作模式向第二操作模式切換的信號。
[0022]在第三操作模式的過程中，使再循環氣體的速度、再循環氣體的溫度和再循環氣體的氧含量中的一項或多項波動。這已被證明增加菸灰移除的有效性。根據本發明的第二方面，提供了一種用於根據本發明第一方面的方法將如有機塗覆的廢物和包括生物質、工業廢物、城市固體廢物和淤泥在內的有機材料的材料熱解的系統，所述系統包括:處理室，在所述處理室中將所述材料加熱；用於再循環的裝置，所述裝置用於將熱氣體的供應再循環用於通過處理室以加熱其中的所述材料，以將所述材料熱解和/或氣化以產生合成氣、菸灰和殘留材料；熱處理室，在所述熱處理室中，將熱解氣體加熱一段停留時間，以破壞其中任何揮發性有機化合物(VOC);以及控制裝置，所述控制裝置配置為將所述系統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，使得熱氣體將其中的材料熱解和/或氣化，以產生合成氣、菸灰和殘留材料，並且將該系統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行。
[0024]殘留材料可以包含完全惰性的非有機物，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殘留物。在第二操作模式中，殘留材料可以保留在處理室中。
[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]本系統可以進一步包括用於感測氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項或多項並且建立其指示信號的裝置；並且其中控制裝置還配置為監控由該感測裝置建立的信號，並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或多項非常低或基本上為零，則結束所述處理。
[0027]可以設置溫度傳感器並將其配置為感測在系統內再循環的氣體的溫度並且建立其指示信號。於是，可以進一步將控制裝置配置為監控氣體溫度的指示信號，並且如果氣體的溫度少保持基本上恆定，結束所述處理。
[0028]可以設置用於將水蒸氣引入至本系統中的裝置，並且控制裝置可以配置為，在第二操作模式中，操作所述用於將水蒸氣引入的裝置，以將水蒸氣引入至本系統中。
[0029]控制裝置可以配置為監控氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項或多項的指示信號，並且如果在所述氣體的熱值等中的一項或多項中監控到上升，控制裝置可以配置為，將本系統在其中將更多的氧引入至再循環氣體中的第三操作模式中操作，並且在所述第三操作模式中，繼續監控所述信號。
[0030]本系統可以包括從熱處理室引向鍋爐的管道，並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，以保持鍋爐下遊的氣體溫度超過350°C，優選400°C以上。
[0031]可以在鍋爐下遊設置一個或多個洗滌器。在使用兩個洗滌器的情況下，設置換向閥裝置，以在第一操作模式中將氣體引導至所述洗滌器中的第一個，並且在第二操作模式中將氣體引導至所述洗滌器中的第二個。優選地，本系統還包括洗滌器下遊的火炬煙囪和合成氣發動機。在設置單一洗滌器的情況下，在洗滌器下遊設置換向閥，用於將氣體送至合成氣發動機或者送至火炬煙囪。在設置兩個洗滌器的情況下，一個洗滌器的出口可以連接至合成氣發動機，並且另一個洗滌器可以連接至火炬煙囪。
[0032]本發明的優選系統包括一氧化碳傳感器，並且控制配置為響應一氧化碳下降低於預定水平從第二操作模式切換至第一操作模式。
[0033]本系統可以還包括氫傳感器，並且控制器可以配置為響應感測到的氫水平從一個操作模式切換至另一個操作模式。
[0034]現在將參照附圖，藉助實施例描述本發明的實施方案，在附圖中:
[0035]圖1顯示根據本發明的系統的示意圖；
[0036]圖2顯示備選的根據本發明的系統的示意圖；
[0037]圖3顯示用於間歇處理熱解/氣化系統的生產率對時間的圖；
[0038]圖5顯示本發明的熱解方法的示意性流程圖；並且
[0039]圖6顯示本發明的氣化方法的示意性流程圖。
[0040]參照圖1，該系統包括處理室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流處理室。它可以是，例如，如Perry等的國際專利申請W02006/100512中所述的爐。
[0041]管道12將處理室連接至熱處理室16。位於熱處理室16頂部的是燃燒器18，其設置有燃料源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計量比燃燒，以在不燃燒任何可能通過熱解/氣化處理產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的熱氣體經由管道12和14循環通過處理室10，以在基本上不含有氧或減氧的環境中，加熱其中的材料。當將氣體循環時，在氣化過程中，燃料和氧可以在燃燒器中以非化學計量比燃燒，具有稍微過量的氧，以將熱處理室16加熱，並產生具有減低(與大氣比較)的，優選在3至12體積％的範圍內的氧含量的氣氛。
[0044]作為備選，在氣化過程中，熱處理室可以燃燒化學計量比的燃料和氧，以在不燃燒任何可能通過氣化處理產生的合成氣的情況下將熱處理室16加熱，並且可以將附加的氧或含氧氣體在氣體流內的別處加入至循環氣體中。
[0045]備選地，可以省略流路14，並且可以使用單獨的外部熱源15加熱處理室10。
[0046]當材料熱解和/或氣化時，它產生合成氣和菸灰。位於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，它們可信號發送至控制系統30。儘管顯示為位於熱處理室16中，顯然的是，這些傳感器可以位於再循環流路內的任何地方，例如，它們可以位於管道12和14之一中，或在處理室10本身中。
[0047]由傳感器產生的信號被送至控制系統30，三種氣體的比例是所製得的合成氣的品質的指示。
[0048]圖2顯示典型的通過間歇處理循環的氫生產率曲線。在區段I中，處理室10中的材料開始加熱，並且當它加熱時，熱解/氣化反應開始，並且所生產的氫的量開始增加。在圖的中間區段2中，主要反應正在進行，並且可以生產相當恆定品質的合成氣。將理解的是，在此中間區段中曲線的形狀將依賴於所處理的廢物的類型，並依賴於使輸入系統的熱的量適中的燃燒器18的控制。當處理繼續並且處理室10內的大部分材料已經熱解/氣化時，氫的生產率開始降低，並且曲線進入最終區段3。
[0049]再次參照圖1，管道32從熱處理室176通向充當與輸入水36熱交換以產生水蒸氣38的熱交換器的鍋爐34。可以通過控制進入鍋爐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，並且運行以將離開鍋爐的冷卻的氣體在儲存或使用之前清潔。例如，合成氣可以直接在合成氣發動機44中燃燒以產生電力。本系統還包括鍋爐34下遊的溫度傳感器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中所示的備選實施方案中，在鍋爐34下遊設置單一的洗滌器42，在洗滌器42下遊設置換向閥48，其將氣體流轉向至合成氣發動機44或火炬煙囪52。閥48的操作如上關於圖1所述，除去它僅在合成氣發動機44和火炬煙囪52之間轉向以外。
[0052]如上所述，處理室10可以由循環通過處理室16、管道14和處理室10的再循環氣體加熱，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]現在參照圖1至5，該設備具有控制器30，其可操作為可該系統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循環，並且第二操作模式是清潔循環的一部分，特別是，第二操作模式是清潔循環的測試階段，以測定是否需要完全清潔。在第一操作模式中，使熱氣體經由管道12和14循環通過處理室和熱處理室，並且將循環氣體的一部分經由管道32抽取並使其通過鍋爐34以將它冷卻，通過洗滌器42以將它清潔，並且通過合成氣發動機44以將它轉化為電力。
[0054]如上所述，在操作過程中發生的熱解/氣化反應產生菸灰，菸灰覆蓋系統的內表面並且隨時間經過可以降低系統的功能，並且可能存在潛在的危險。運行清潔循環以從系統清除菸灰，並且從而防止菸灰的繼續積累。
[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通過系統，以將材料加熱，以將它熱解/氣化。為了進入清潔循環，控制器監控系統內氣體的氫含量。一旦氫含量下降得低於預定閾值，即它從圖2上的圖中的區段2進入區段3，則確定處理室10內的大部分材料已經熱解/氣化，並且現在產生的合成氣是較差品質的。當這被監控到時，換向閥48接收來自控制器30的信號，並且將氣體流引導至第二洗滌器50，其後將它在火炬煙囪52中燃燒放空至大氣。同時，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監控輸出氣體的溫度，並且向控制器30放出信號，其隨後可以控制鍋爐34的功率，以將離開鍋爐34的氣體保持在高於350°，優選高於最少400。的溫度。
[0056]隨後，改變存在於燃燒器18的燃料與氧的比率，使得提供過量的氧。這導致燃料20的燃燒消耗比所提供的氧少的氧，並且因此，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。循環通過處理室10的氣體、還有通過鍋爐34及相關管道32和40的氣體，都具有增加的氧含量以及其中過量的氧，並且因此將與系統中的任何菸灰反應以產生一氧化碳。正如將理解的，附加的氧至燃燒器中的引入也將導致在處理室中製得的合成氣的至少一部分的燃燒。然而，因為在清潔階段過程中不使用，例如不在合成氣發動機中使用合成氣，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，可以實現對鍋爐的控制，以不減少從熱氣體中提取的能量，但提取所需的能量以產生所需的增加的下遊溫度。歸因於通過合成氣在處理室中的燃燒釋放的附加的能量，這可能產生相同或甚至增加的從鍋爐提取的能量。然而，就實際情況而言，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，這發生在循環的末尾，當合成氣的量和品質改變以至於合成氣水平下降時，將需要增加所需的燃料以維持VOC破壞和菸灰消除所需的溫度。
[0057]在第二操作模式中也可以將水蒸氣注入至循環氣體中，並且其也將和菸灰在高溫反應，和/或將和碳與增加的氧的氧化副產物反應。
[0058]在第二操作模式中，監控氣體的熱值、氣體的氫含量和氣體的一氧化碳含量中的一項或多項，並且如果它們中的一項或多項非常低或基本上為零，控制器可以結束所述處理。這些參數非常低或基本上為零將指示基本上沒有碳反應發生(即系統是潔淨的)，並且因此可以安全地關機並打開。
[0059]在第二操作模式中，也可以監控氣體的溫度，並且如果氣體的溫度保持基本上恆定，控制器可以結束該過程。溫度也指示菸灰的存在，因為菸灰一旦燃燒，將釋放熱，所以如果存在，將釋放熱。如果在第二操作模式中當氧含量增加時沒有監控到溫度增加，則這可以用作系統沒有形成菸灰的指示。優選地，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以上在內的多個參數的組合，確定系統中沒有碳反應。
[0060]如果，在第二操作模式中，監控到溫度、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或優選多項的上升，系統可以進入第三操作模式，其中，將更多的氧引入至再循環氣體中，並且其中，繼續監控溫度、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或多項。當監控到菸灰存在時，可能需要將氧繼續引入至系統，因為當它與菸灰反應時，氧將隨時間變得耗盡。這樣做的必要性將取決於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熱氣體中。和在第二操作模式中一樣，一旦菸灰耗盡，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，並且一旦這被檢測到，控制器可以結束所述處理以允許批次更換。在打開設備時，即使它仍然是熱的，這也可以安全地完成，因為不存在否則可能閃燃的碳。
[0061]將理解的是，當使用不是熱處理室的外部熱源15為熱解/氣化提供熱時，可以通過改變在那個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(循環氣體/外部熱源)，可以將附加的氧或含氧氣體在系統中任何合適的點引入至通過系統的氣體流中。
[0062]氧傳感器24監控系統中的氧，並且控制器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，並且在I體積％至21體積％的區域內，優選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％的範圍內，並且在第二操作模式過程中在6體積％至21體積%的範圍內。
[0063]在操作的該清潔模式中，菸灰與在氣體中的氧反應，產生一氧化碳，其水平通過一氧化碳傳感器26監控，並反饋至控制30。一旦系統中的大部分菸灰與氧反應，則系統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定閾值，則控制器可以確定系統已經充分清潔並且清潔循環可以結束。在連續處理系統中，將通過處理室10的材料的通過流重新啟動，並且控制器向鍋爐34發送信號，以增加它的功率，以由其回收更多的熱，並向換向閥48發送信號，以將來自鍋爐通過第一洗滌器42送至合成氣發動機44的氣體轉向。任選地，控制器可以監控H2含量，並且一旦H 2含量達到預定閾值，僅將氣體轉向回到合成氣發動機。
[0064]—旦清潔循環完成，可以將燃燒器停機，並且可以更換處理室10中的材料批次，並將燃燒器18重新啟動。控制器可以向鍋爐34和閥48發送信號，以增加鍋爐功率並將系統氣體轉向至第一洗滌器42。隨後使來自燃燒器18的氣體循環通過處理室，並且處理下一批次的材料。
[0065]可以遵照以下啟動順序: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，直至由氫傳感器28檢測的氫含量達到特定的預定閾值，即它跨過圖2的區段I和區段2之間的邊界並且，僅當氫含量已經通過此閾值後，操作閥48，以將流從洗滌器2轉向至洗滌器I。這確保通過合成氣發動機44的氣體是一定品質的。
[0066]在本方法中另一個附加的階段可以還包括在圖2中所示的生產圖的區段I過程中運行清潔過程。在該方法中，在新一批次的材料已經置於處理室10中之後，使含有增加的氧水平的熱氣體循環通過處理室，並隨後經由管道12和14通過處理室(或者通過外部熱源15供應)，以與其中任何碳反應，並且將氣體從其繼續引導通過第二洗滌器50和火炬煙囪52。一旦氫含量上升至突變(sudden)預定閾值，控制器30變更通過處理室的氣體中氧的比例。對於熱解處理，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計量比並且變更成含有基本上為零的氧含量的氣體來實現，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現。控制器向閥48發送信號，以將離開鍋爐的氣體導回至第一洗滌器42，並增加鍋爐34的功率，並且該系統再一次處於它的第一操作模式，此時它是將材料在處理室10中熱解/氣化以產生合成氣，所述合成氣用於合成氣發動機44以產生電力。
[0067]通過在間歇處理循環的過程中的處理開始和結束時都運行清潔循環，那麼在間歇處理循環的最終區段3中，可以將大部分菸灰從系統清除，使得打開處理室以移除並替換其中的材料批次是安全的。在第一區段I的過程中，當新的批次開始其循環時，最初產生的氣體品質不足以有效地用於合成氣發動機，並且因此，任選地，也可以在此階段的過程中運行清潔循環，以繼續清潔在系統中沉積出的菸灰。
[0068]通過運行如本文所述的處理和清潔循環，當由特殊的批次產生氣體在合成氣發動機44中轉化成能量不再有效時，可以使系統的整體清潔循環適合這些周期過程中的一般批次循環時間。
[0069]在如圖6所示的本發明的另一個實施方案中，顯示了上述系統的一種變型，在此實施方案中，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中製得的合成氣。
[0070]當利用上述系統時，處理室10可以通過將熱氣體從處理室16經由管道12、14再循環而加熱，或者備選地，可以設置單獨的熱源15並省略管道14。離開熱處理室16的熱氣體進入鍋爐34，在那裡它交換熱，以產生例如能夠用於驅動蒸汽機以產生電力的水蒸氣。離開鍋爐34的冷卻的氣體隨後經由管道40通到洗滌器42，以在將它排出前將其清潔，儘管取決於熱處理室16中處理的完全性這一最終階段洗滌可能是不必要的。控制器30以如上所述的不同的操作模式控制系統，以清潔系統的菸灰。特別地，在再循環系統中，通過供應完全燃燒熱處理室中的合成氣所需的過量的氧，可以增加系統中的氧以除去菸灰。
[0071]備選地，如果省略管道14並且處理室10通過獨立熱源15加熱，當需要時可以將氧獨立地從燃燒器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，加入用於操作的第二階段的氧。在使用再循環氣體的情況下，與在燃燒器10中加入額外的氧相反，可以在再循環氣體路徑中的任何點加入它。
[0072]將要理解的是，關於圖1至5描述的系統的操作的大部分描述加以必要的修正之後也適用於圖6的系統。
【權利要求】
1.一種將材料熱解和/或氣化的間歇處理方法，所述材料如有機塗覆的廢物以及包括生物質、工業廢物、城市固體廢物和淤泥在內的有機材料，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熱氣體加熱，以將所述材料熱解和/或氣化以產生合成氣和菸灰和殘留材料；以及 在第二操作模式中，增加所述再循環熱氣體的氧含量，使得所述氧與所述菸灰反應以形成一氧化碳。
2.如權利要求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行。
3.如權利要求1或權利要求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.如權利要求1至3中的任一項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或多項；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或多項非常低或基本上為零，結束所述處理。
5.根據在前權利要求中的任一項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，監控所述氣體的溫度，以及 如果所述氣體的溫度保持基本上恆定，結束所述處理。
6.根據在前權利要求中的任一項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入至所述再循環熱氣體中。
7.根據權利要求4至6中任一項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或多項的上升，並且進行第三操作模式，在所述第三操作模式中，將更多的氧引入至再循環氣體中；其中，在所述第三操作模式中，繼續監控所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述再循環氣體的一氧化碳含量中的一項或多項。
8.根據7所述的間歇處理方法，其中在所述第三操作模式中，監控所述再循環氣體的溫度。
9.根據權利要求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熱氣體中。
10.根據權利要求7至9中的任一項所述的間歇處理方法，其中所述處理是熱解處理，並且在所述第一操作模式中所述熱氣體基本上不含有氧，並且在所述第二和/或第三操作模式中，所述熱氣體含有1-21體積％氧。
11.根據權利要求7至9中任一項所述的間歇處理方法，其中所述處理是氣化處理，並且在所述第一操作模式中所述熱氣體含有3-12體積％氧，並且在所述第二和/或第三操作模式中，所述熱氣體含有6-21體積％氧。
12.根據在前權利要求中的任一項所述的間歇處理方法，其中在大部分所述材料已經熱解和/或氣化之後，將所述第一操作模式轉換為所述第二操作模式。
13.根據在前權利要求中任一項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，將所述再循環氣體的溫度升高。
14.根據權利要求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遊的鍋爐； 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，所述第二水平低於所述第一水平，從而移除較少的熱。
15.根據權利要求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.根據權利要求14至15中任一項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.根據在前權利要求中的任一項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.根據在前權利要求中任一項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間以破壞其中的任何VOC，並且其中: 加熱所述材料包括在所述處理室中在燃燒器中使化學計量比的燃料和氧燃燒，並且將所述熱氣體循環通過所述處理室；並且其中 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.根據權利要求7至9中的任一項所述的間歇處理方法，其中在所述第三操作模式的過程中，所述再循環氣體的速度、所述再循環氣體的溫度和所述再循環氣體的氧含量中的一項或多項是波動的。
20.一種用於根據權利要求1至19中的任一項所述的方法將材料間歇熱解的系統，所述材料如有機塗覆的廢物以及包括生物質、工業廢物、城市固體廢物和淤泥在內的有機材料，所述系統包括: 處理室，在所述處理室中，將所述材料加熱； 用於再循環的裝置，所述裝置用於將熱氣體的供應再循環通過所述處理室以加熱其中的所述材料，以將其熱解產生合成氣和菸灰； 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，以向所述處理室提供基本上不含有氧的熱氣體的供應，使得所述熱氣體將所述材料熱解以產生合成氣、菸灰和殘留材料，並且在第二操作模式操作所述系統以向所述處理室提供基本上不含有氧的熱氣體的供應，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.根據權利要求20所述的系統，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換至所述第二操作模式。
22.根據權利要求20或21所述的系統，所述系統還包括用於感測所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述氣體的一氧化碳含量中的一項或多項並且建立其指示信號的裝置；並且其中所述控制裝置還配置為監控由所述感測裝置建立的所述信號，並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或多項非常低或基本上為零，結束所述處理。
23.根據權利要求20至22中任一項所述的系統，所述系統還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器配置為感測在所述系統中再循環的氣體的溫度，並且建立其指示信號，並且其中所述控制裝置還配置為監控所述氣體溫度的所述指示信號，並且如果所述氣體的溫度保持基本上恆定，結束所述處理。
24.根據權利要求20至23中任一項所述的系統，其中所述系統還包括:用於將水蒸氣引入至所述系統中的裝置，並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於引入水蒸氣的裝置，以將水蒸氣引入至所述系統中。
25.根據權利要求20至24中任一項所述的系統，其中所述控制裝置配置為監控所述氣體的熱值、所述氣體的氫含量和所述氣體的一氧化碳含量中的一項或多項的指示信號，並且如果監控到所述氣體的熱值的所述一項或多項的上升，所述控制裝置還配置為在第三操作模式中操作所述系統，其中將更多的氧引入至再循環氣體中，並且在所述第三操作模式中，繼續監控所述信號。
26.根據權利要求20至25中任一項所述的系統，所述系統還包括: 管道，所述管道由所述熱處理室通向鍋爐，並且其中 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，以保持所述鍋爐下遊的所述氣體的溫度超過350°C。
27.權利要求26的所述系統，所述系統還包括:兩個在所述鍋爐下遊的洗滌器，和閥裝置，並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向所述洗滌器中的第一個，並且在所述第二操作模式中將所述氣體導向所述洗滌器中的第二個。
28.權利要求26的所述系統，所述系統還包括: 所述鍋爐下遊的火炬煙囪和換向閥，所述火炬煙囪用於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向至所述火炬煙囪。
29.權利要求28所述的系統，所述系統還包括合成氣發動機，並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向至所述合成氣發動機。
【文檔編號】C10J3/62GK104487550SQ201380037143
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年5月8日 優先權日:2012年5月15日
【發明者】瑞法特·阿爾·沙拉比, 奧菲尼爾·亨利·佩裡 申請人:奇努克終極回收有限公司