廢棄物存儲一體化的系統與方法

2023-06-13 16:34:36

專利名稱：廢棄物存儲一體化的系統與方法
技術領域：
本發明一般涉及替代能源、燃料以及石油化學產品。本發明具體涉及從存儲在一 體化倉儲系統中的廢物材料中回收能源和/或原料，還涉及將廢物流中回收的原料最大化 地轉化為能源、燃料或石油化學產品的方法。
背景技術：
對供暖、運輸以及石油化學產品非常有用的燃料來源越來越缺乏，因此，其成本越 來越高。那些生產能源和石油化學製品的行業正積極地尋找經濟有效的工程燃料原料替代 品，以將其用於生產那些產品和許多其他產品。另外，由於礦物燃料成本的不斷增加，用於 生產能源和石油化學製品的工程燃料原料的運輸成本也在急劇攀升。這些生產能源和石油化學製品的行業以及其他行業，通常在用於能源生產、取暖 和電能的燃燒和氣化過程方面、以及合成氣體(用於化學製品和液態燃料以及渦輪機能源 的下遊操作)的產生方面，已經對礦物燃料(例如煤、油和天然氣)的使用形成依賴。燃燒和氣化是熱化學處理，用來釋放儲存在燃料源中的能量。當存在有過剩的空 氣，或者過剩的氧氣時，反應器中發生燃燒。燃燒通常用來產生蒸汽，而蒸汽用來對動力渦 輪機(汽輪機)發電。然而，燃料完全燃燒的強力特性導致生成的氣體中將產生大量的汙 染物。例如，在礦物燃料的氧化空氣中進行燃燒，例如，煤釋放氧化氮，而氮氧化物是地面臭 氧的前身，會引起哮喘發作。包含含硫的礦石，例如煤，的燃燒還是二氧化硫產生的最大源 頭，而二氧化硫不斷產生形狀為細小顆粒的硫酸鹽。每年，美國的燃煤電廠造成的顆粒汙染 縮短了 30000多人的壽命。成千上百的美國人受到哮喘、心臟疾病以及上呼吸道和下呼吸 道疾病的困擾，這些都與電廠排放的細小顆粒物有關。即使沒有空氣或者只有少量的氧氣存在，氣化也能在反應器中發生。在沒有空氣 或者亞化學計量的氧氣的情況下發生的熱化學反應不會形成氮化物和硫化物。氣化產生氣態的、富含燃料的產物。氣化期間發生有兩個將燃料源轉化為可用燃 氣的工藝。在第一個階段，高溫分解或高溫分解，在低於600°C (1112 T )的溫度下原料釋 放出燃料的揮發性成分，這個工藝被稱作脫揮發。高溫分解中，難以揮發的副產物為焦碳， 主要由固定碳和灰組成。氣化的第二步，將高溫分解剩下的碳進行還原，與水蒸氣和/或氫 氣進行反應。在純氧氣條件下進行的氣化可得到高質量的一氧化碳和氫氣的混合物，該混 合物不含氮氣。所發生的基本的氣化反應l)C+l/202 — CO-110. 5kJ/mol (放熱反應)
2) C+H20 ^ C0+H23)C+C02 —2C04)C+2H2 —CH45) CO+ ^ C02+H2
+131kJ/mol (吸熱反應) +172kJ/mol (吸熱反應) -74kJ/mol (放熱反應) -41kJ/mol (放熱反應)H2O6) C0+3H2 — CH4+H20 _205kJ/mol (放熱反應)所有的反應都是可逆反應，它們的反應速率取決於反應動力學，而反應動力學是 反應器中溫度、壓力和反應物濃度的函數。可直接或間接地提供熱量以滿足吸熱反應的要 求。現在已經發展出了各種各樣的氣化器。它們可以歸為四個主要的類別固定 床上吸式(fixed-bed updraft)、固定床下吸式(fixed-bed downdraft)、起泡流化床式 (bubbling fluidized = bed)以及循環流化床式(ciculating fluidized)。其差別主要 是在於反應容器中對燃料源的支持方式、燃料和氧化劑的流向以及供熱至反應器的方式。上吸式氣化器，也被稱作逆流氣化，是最古老也最簡單的氣化器形式；而且現在它 仍然用於煤的氣化。從反應器的頂部引入燃料，並且反應器底部設置有爐排，對反應床進行 支撐。空氣或氧氣形式的氧化劑和/或蒸汽從爐排下方引入並向上流動通過燃料和炭的反 應床。在理想的氣化器中，焦炭在反應床的底部被完全轉化，釋放出二氧化碳和水。這些熱 氣體(約1000°C )穿過上面的反應床，並在那裡還原成壓和⑶，然後冷卻至約750°C。還 原氣體(H2和CO)繼續進入反應器，熱解下降的乾燥燃料並且最後對任何進入的溼燃料進 行乾燥，使得反應器的溫度較低(約500°C)。上吸式氣化的優勢在於簡單，熱效率更高， 操作成本較低，並能處理溼氣含量較高以及無機含量較高的燃料。上吸式氣化最主要的缺 點在於，合成氣體含有10-20重量百分比的焦油，這就要求在引擎、渦輪機或合成應用前， 要進行大範圍的合成氣清除。下吸式氣化器，也被稱作並流氣化，具有和上吸式氣化器相同的機械構造，除了一 點，下吸式氣化的氧化劑和產物氣體沿著反應器流動(方向與燃料方向相同)。下吸式氣化 與上吸式氣化的主要區別在於這個過程能撞碎形成達到焦油的99.9%。將溼度較小的燃料 (小於20%)與空氣或氧氣在反應器上部的反應區域點燃。火焰引起裂解氣體或蒸氣，氣 體或蒸氣劇烈燃燒只留下5% -15%重量的焦炭和熱氣體。這些氣體往下流動並在800至 1200°C時與炭發生反應，以在冷卻至800°C的同時產生更多的⑶和壓。最後，未轉化的焦炭 和灰塵穿過爐排底部以進行處理。下吸式氣化的優點在於消耗了所形成的焦油的99. 9%, 這就使得對焦油清除的要求很小甚至可以不進行清除。礦物質和炭/灰塵在一起，使得不 再需要旋風器。下吸式氣化的缺點在於需要將原料乾燥成溼度較低的組分(小於20%)； 反應器中的合成氣溫度很高，使得需要二次熱量回收系統；並且4至7%的碳未被轉化。起泡流化床由沙或氧化鋁的細小惰性顆粒構成，且已經在粒度、密度和熱特性方 面對這些顆粒進行了選擇。由於使氣體(氧氣、空氣或蒸汽)強制性地通過顆粒床，那麼 當顆粒和氣體之間的摩擦力抵消固體物的重量時，就實現了目的。在這個氣體流速下(稱 為最小流化速度)，氣體能在介質上鼓泡並通過，使得顆粒仍處於反應器中並表現出「沸騰 狀」。流化的顆粒趨向於將加入到流化床上的生物質破碎並保證熱量在整個反應器中能很 好地進行轉移。起泡流化床式氣化的優勢在於可得到均一的產品氣體；整個反應器的溫度基本一致；可接受的燃料顆粒的大小範圍較大，包括細粉；惰性材料、燃料以及氣體之間 的熱量能以較快的速度進行轉移；轉化率較高，焦炭和未轉化的碳的數量還可能會較少。起 泡流化床式的缺點在於由於氣泡的形成，氣體與固體之間的接觸率較低，增加了磨損與灰 塵夾帶的比率，大的氣泡可能會使得氣體繞過了液化床。在循環流化床氣化器的操作中，氣體速率大於所謂的運送速率導致氣體氣流中夾 帶了大量的顆粒。因此，氣體中夾帶的顆粒從反應器的上部出去後必須通過旋風分離器進 行分離並再次返回到反應器中。循環流化床氣化的優勢在於適合快速反應；較高的熱傳 遞速率，這可能是流化床材料熱容量較大的原因；較高的轉化率，焦炭與未轉化碳的含量可 能也比較低。同時產生能量更高的合成氣體，這可能是由於氣化所需要的熱量可以通過充 當熱載體的循環顆粒從外部帶入。循環流化床氣化的缺點在於在固體流動的方向形成溫 度梯度；熱交換的效率低於起泡流化床式。通常，這些氣化器使用的是同類性質的燃料，因為持續不變地使用同一種燃料可 使得氣化器能針對這種特定的燃料進行最優化設計，用於生產所期望的產品。現在氣化器 所使用的燃料通常為木材、煤、石油以及生物質。由於一些燃料來源越來越昂貴，能源與石 油化學產品的供應商正在尋在一種可替代的燃料原料。廢棄物是可用於氣化的、潛在的大量原料的來源。目前，廢棄物比如城市固體廢棄 物通常是被丟棄或焚燒以產生熱或蒸汽供渦輪機使用。焚燒是一種燃燒過程，其缺點如前 文所述。今天，環境所面臨的最大威脅是排放到大氣中的溫室氣體(GHGs)。溫室氣體(例 如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、水蒸汽、一氧化碳、氧化氮、二氧化氮和臭氧)從射入的太 陽輻射中吸收熱量，但並不將長波輻射反射回天空中。大氣中的溫室氣體將吸收的熱量和 地表的熱量截留下來。在美國，溫室氣體的排放大多來自於因經濟增長而需要大量使用能 源、發電所用的燃料以及受天氣模式影響的供暖與冷氣需求。與能量相關的二氧化碳排放 來源於石油和天然氣，佔到美國人為溫室氣體排放量的百分之82。另一種溫室氣體，甲烷， 來源於填埋場、煤礦、石油和氣體操作以及農業；它佔到總排放量的百分之9。同時，一氧 化二氮(佔到總排放量的百分之幻來源於燃燒的礦物燃料以及某些肥料的使用和工業加 工。在2001至2025年間，整個世界的二氧化碳排放量預計要以每年百分之1. 9的速度增 長。預計這些氣體排放量的增長大多都發生在發展中國家，例如中國和印度，其新興經濟的 發展需要礦物燃料。在2001至2025年間，預計發展中國家的排放量每年的增長率高於世 界平均水平，達到百分之2. 7，並且在2018年來臨之前超過工業化國家的排放量。如果在垃圾填埋處沒有或缺乏垃圾填埋氣體連接系統，那垃圾填埋也是溫室氣體 的主要來源。這主要是因為在廢棄物分解的過程中會釋放出甲烷，比如城市的固體廢棄物 (MSW)。與二氧化碳相比，甲烷的溫室效應比二氧化碳的要強21倍。今天，垃圾填埋的氣體 排放量佔人類活動產生的氣體排放量的4%。燃燒廢棄物或在垃圾填埋處收集甲烷都能極 大地減少甲烷氣體的排放。從垃圾填埋處收集的甲烷氣體還不能直接用於能源生產或燃 燒排放，換而言之，即通過燃燒排放而沒有產生能源。參見科學日報2007年12月8號出 版的《燃燒廢棄物能減少溫室氣體的排放》(Combustion Of Waste Reduce Greehouse Gas Emissions, Science Daily, DEC 8 2007)根據人類活動產生的溫室氣體的量來衡量人類活動對環境的影響，方法之一是檢測碳足跡(Carbon footprint)，即以二氧化碳(CO2)為單位進行檢測。碳足跡可看作是一 個產品或一種服務整個周期期間排放的二氧化碳和其他溫室氣體的總量。正常情況下，碳 足跡通常表述為(X)2當量(單位通常為千克或噸)，其說明了不同溫室氣體的對全球變暖產 生同樣的影響。可採用「生命周期評價」方法來對碳足跡進行計算，或者可將碳足跡只限定 為使用礦物燃料的能量所帶來的立接產生的排放。碳足跡的另一定義是在一年的期間，個體行動(主要是通過能量使用)產生的C02 的總量。該定義解釋了對個體碳的計算(器)。這個術語源自於這樣一種想法，即個人活 動後所剩下的就是足跡。碳足跡可以只考慮直接排放(通常由家庭中和移動中的能量使用 所引起，包括開車、坐飛機、乘火車和乘坐其他公共運輸工具進行旅行)，或者也包括間接排 放，其中包括消費商品和享受服務所帶來的C02排放以及隨之而來產生的垃圾。通過執行下列步驟，可有效減少碳足跡(i)進行生命周期評價，以準確確定當前 的碳足跡；(ii)根據能量消耗和與其相關的C02排放，確認熱點；(iii)優化能量效率，並 且由此生產工藝使得C02排放和其他溫室氣體排放量減少；以及(iv)確認解決辦法，以處 理節能措施無法消除的C02排放。最後一個步驟包括碳補償以及目的在於減少C02排放的 工程的投資。購買碳補償是另一種減少碳足跡的方法。一個碳補償可減少一噸CO2當量。出售 碳補償的公司對可再生能源研究、農業和填埋場氣體捕獲以及植樹等工程進行投資。購買和取回排放交易信用額的行為也是存在的，這就在自願的碳市場和管制的碳 市場之間建立了聯繫。排放交易方案為組織和公司提供了降低其碳足跡的經濟刺激。這些 方案受總量管制交易體系的管理，在這一體系中，某一國家、地區或部門的總碳排放量為一 定值，且組織被準許排放總排放量的一部分。那些排放的碳少於其排放目標值的組織可以 出售他們「多出來的」碳排放量。對於許多廢棄物來說，經過處理的材料表現為經過一系列步驟後所剩下的東西， 這些步驟包括(i)原材料的提取和處理；(ii)產品製造；(iii)運輸材料和產品至市場； (iv)消費者使用；以及(ν)廢棄物管理。實際上在「生命周期」的每一步驟中，溫室氣體 (GHG)的潛在影響都存在。廢棄物管理對溫室氣體的影響是影響與製造、運輸、使用以及處 理變為廢棄物的產物或材料相關的能量消耗(具體地，礦物燃料的燃燒)以及影響來自垃 圾填埋場中的廢棄物的溫室氣體排放。從傳統意義上說，人們嘗試了各種各樣的焚燒方法，以減少在廢棄物填埋處必須 丟棄的材料的數量或體積。然而，基本沒有經濟可行的改進方法或能有效解決固體廢棄物 問題的方法。當然，儘管焚燒能減少廢棄物填埋處的廢棄物體積，但是焚燒會產生大量的溫 室氣體，因此，已變成廢棄物的產品的碳足跡並沒有減少。人們對直接利用固體廢棄物也做 了很多嘗試，與其它固體或液體燃料混合或經過一定的加工作為電力生產的燃料。儘管已 證明，一些項目在技術上是可行的，但是只有一部分是環境友好的或具有經濟吸引力的，大 多數的廢棄物能源回收項目與其所代替的廢棄物填埋相比，要耗費更多的政府資金，同時 也沒表現出環境的大體改善。焚燒通常能將城市固體廢棄物的體積減少90%，只留下原體積的10%，這部分殘 餘物通常採用廢棄物填埋的方式進行處理。在焚燒的過程中產生了大量的溫室氣體二氧化 碳。通常，在焚燒過程中排放等量的二氧化碳所產生的能量的焦耳數是相當低的。因此，為能源生產而焚燒城市固體廢棄物不僅向大氣釋放出溫室氣體，而且所得到的能量是相對較 低的。因此，如果需要避免溫室氣體的排放，那麼還需要除了填埋和焚燒以外的新的廢棄物 (例如，都市固體廢棄物)處理辦法。每種經過處理成為廢棄物的材料都會產生不同的溫室氣體影響，這取決於製造和 處理方式。廢棄物管理的目標中最重要的溫室氣體是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和全氟碳 (perfluorocarbons) 0在這些溫室氣體中，二氧化碳(⑶幻是目前為止美國排放的最常見 的溫室氣體。大多數二氧化碳的排放都來源於能量的使用，特別是礦物燃料的燃燒。二氧化 碳是測量截熱潛能值(heating-trapping potential)(也被稱作全球變暖潛能值(GWP)) 的參比氣體。就定義來看，一千克二氧化碳的GWP是1。甲烷的GWP是21，也就是說一千克 甲烷的截熱潛能值與21千克的C02—樣。一氧化二氮的GWP是310。全氟碳的GWP最高， 其中CF4達到6500的GWP以及C2F6達到9200的GWP。二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和全氟 碳的排放量通常以「碳當量」來表示。由於C02按重量算是碳的12/44，所以一公噸C02等 於12/44或者0. 27公噸碳當量(MTCE)。一公噸其他氣體的MTCE值是通過將其GWP與因 子12/44相乘而確定的(參見政府間氣候變化問題小組(IPCC)，氣候變化1995 氣候變化 的科學，1996，121頁)。在無氧(厭氧的)環境中，例如填埋場中，有機廢棄物分解時會產 生GHG更高的甲烷(CH4)。在美國，填埋場是產生甲烷的最大源頭。與廢棄物填埋相比，用具有生物降解能力的廢棄進行物堆肥和消化的處理方法能 減少溫室氣體的排放。在植物的消化中產生的沼氣與堆肥相比，如果沼氣能被用於熱量、電 或運輸燃料，能減少更多的氣體排放。如果在來源處對廢棄物進行分類並用沼氣代替化石 燃料，效能還可以更好。當回收的廢棄材料經過處理後用於取代礦物燃料時，通常會更好地實現溫室氣體 排放的減少。如果被取代的材料具有生物性(來源於活生物體的材料)，那麼並不總是能 降低排放量。即使是其他因素(例如廢棄材料的處理和使用過的產品的處理)也會影響排 放平衡。例如，回收由回收織物製造的吸油片(面紙)，與使用新的塑料相比，會降低排放。 另一個例子發現，將回收的塑料用作建築材料的原料比採用浸漬木材要好。這是因為塑料 的燃燒在降低排放上比起浸漬木材會導致更多的排放。如果被取代的材料是基於礦物燃料 的，或者是混凝土或鋼，那麼結果可能會比回收的塑料的結果更好。考慮到溫室氣體對環境的影響，各級政府正考慮，在一些情況下已經啟動以降低 在燃料轉化為能量期間釋放至大氣中的溫室氣體為目的的項目。一個類似的行動就是「區 域溫室氣體減排行動」(RGGI)。RGGI是面向市場的項目，旨在降低東北地區發電廠造成的 全球變暖性汙染。美國的不同地區正在考慮在整個聯邦內進行其他此類行動。RGGI是位於 美國東北部的政府託管的溫室氣體交易體系。例如，該項目將要求燃煤發電廠平均每年積 極地減少其2. 5%的溫室氣體排放。實現該目的的其中一個方式就是更換燃料來源或清洗 排放物以減少汙染物。另一個替代方式就是向那些能夠補償其大氣排放的其他公司購買碳 信用額。因此，需要一種能高效燃燒並清潔的替代燃料，該燃料可用於能源生產或/和用 於生產石油化學產品的粗原料的生產。同時，還需要一種可採用各種方法以減少廢棄物的 溫室氣體排放量的廢棄物管理系統。特別地，需要通過影響材料的末端生命晚期管理來降 低其碳足跡。通過利用廢棄物含有的能含量，能夠在廢棄物處理期間降低溫室氣體的排放，並且有效地利用商業和居民消費者產生的廢棄物。本發明的目的在於通過回收廢棄物中的能源與所含物質以及減少對礦物燃料的 需求，為國內廢棄物的處理提供一種改良的、經濟的方法。本發明的又一個目的在於為能源 生產和/或石油化學產品的原料生產提供一種產率可控的原料。本發明的再一目的是為含 碳材料的熱轉化提供一種改良的原料以避免現有技術的不足。基於廢棄物的物理或化學性質，為廢棄物流提供一種一體化的倉儲系統也是本發 明的目的之一。這些物理和/或化學性質在化學轉化中會對能源生產和/或石油化學產品 粗原料生產過程中的產量產生影響。本發明的另一目的是基於廢棄物的化學組分和在化學 轉化過程中將廢棄物用作混合原料，提供為廢棄物流一種一體化的倉儲系統。本發明的又 一目的是基於廢棄物流的能源組分，為廢棄物流提供一種一體化的倉儲系統。本發明的再 一目的是基於在物料流中的能源組分需要最優的熱轉化，提供一種廢棄物流的存儲工藝。發明概述本發明基於廢棄物流的組成和性質，提供一體化的倉儲系統。具體的，本發明根 據一套物料特性，提供一種產生個性化(單個)廢棄物流的加工方法。根據本發明的系統 和方法，從存儲在倉中的廢棄物篩分出來的單個廢棄物流以一定的物料比相互混合得到原 料，該原料在化學轉化過程中能得到預期的產出，比如在氣化過程中。根據本發明所述的系統，該系統包含有用於存儲從混合的都市固體廢棄物流中分 揀出來的第一種廢棄物組分的第一倉，以及用於存儲從混合的都市固體廢棄物流中分揀出 來的第二種廢棄物組分的第二倉。第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分的區別在於化學 組分的不同的。這兩種廢棄物組分的區別在於它們相互混合得到的混合原料在該混合物被 轉化的氣化過程中對如何氣體產品中1)氫氣與一氧化碳的比例和2、氫氣與一氧化碳的總 量的至少一個有影響。另一方面，根據本發明所述的系統，該系統包含有用於存儲從固體廢棄物流中分 揀出來的第一種廢棄物組分的第一倉，以及用於存儲從固體廢棄物流中分揀出來的第二種 廢棄物組分的第二倉。第一種廢棄物組分是根據至少一種廢棄物組分的物理性質和化學性 質與第二種廢棄物組分區分開來的。廢棄物類型的區別還在於包含由第一和第二倉中的廢 棄物組分組合得到的混合原料對化學轉化過程的產率的影響，在所述的轉化過程中上述的 混合原料發生了轉化。再一個方面，根據本發明所述的固體廢棄物流，該固體廢棄物流含有城市固體廢 棄物的混合物。根據本發明所述的固體廢棄物流，該固體廢棄物流含有來源分離流。任意 地，來源分離流含有可回收的材料，來源分離流可含有回收的殘渣。又一方面，根據本發明所述的第一種廢棄物組分，該組分含有的材料包括高密度 聚乙烯、低密度聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯聚對苯二甲酸乙二酯、纖維、紙張、報紙、木材、 脂肪、油以及油脂(FOGs)中的一種。類似地，第二種廢棄物組分區別於第一種廢棄物組 分，所含的材料包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene ter印thalate)、纖維、紙張、報紙、木材、脂肪、油以及油脂(FOGs)中的一種。在本發明的一方面，所述的第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分的區別在於所 含的廢棄物組分至少包含一種碳、氫、氮、氧、硫、氮、氯以及灰分中的一種。在本發明的另一 方面，所述的第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分的區別在於廢棄物組分的水分含量。
根據本發明所述的方法，該方法包括提供第一、第二倉以及根據廢棄物組分中至 少一種物理性質或化學性質區分第一種固體廢棄物組分與第二種廢棄物組分，以及根據第 一種與第二種廢棄物組分組合得到的可用於化學轉化過程中的混合原料中廢棄物組分對 化學轉化產率的影響區別第一種固體廢棄物組分與第二種廢棄物組分。該方法還包括將第 一種廢棄物組分置於第一倉，將第二種廢棄物組分置於第二倉。根據本發明的另一方面，該方法還包括將第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分 相互混合得到混合的原料。任意地，該方法還包括混合原料的稠密化(硬化或固化)。根據本發明的另一方面，所述的製備含有所期望的化學組分的工程原料的方法包 括提供了放置第一種廢棄物組分的第一倉以及放置第二種廢棄物組分的第二倉，其中第一 種廢棄物是從混合固體廢棄物流中挑選出來的，第二種廢棄物是從混合固體廢棄物流中挑 選出來的。該方法還包括第二倉中廢棄物化學組分的測定。該方法進一步包括第一倉的廢 棄物組分與第二倉的廢棄物組分之間的數量比的測定，當該廢棄物組分以一定的數量比相 混合時可得到含有所期望的化學組合物的工程原料。該方法還包括將第一倉和第二倉的廢 棄物組分以一定的數量比相互混合得到含有預期化學成分的工程原料。根據本發明的又一方面，第一倉廢棄物組分的化學組分的測定與第二倉廢棄物組 分的化學組分的測定中至少有一種是根據化學組分所收集到的信息來測定的，該信息是與 普遍發生在市政固體廢棄物流的廢棄物種類有關。任意地，在城市固體廢棄物流中收集到 化學組分信息可以是一個查詢表。根據本發明的另一方面，光學篩分器(光照揀選機)應至少收集一個倉中或/和 混合成的混合原料的廢棄物組分的體積和質量相關的數據。任意地，這些數據可由第三方 進行鑑定。


圖Ia和Ib是篩分廢棄物材料的流程圖；圖2是將篩分的廢棄物處理成氣化原料的流程圖；圖3是將各種來源的廢棄物料進行加工的流程圖；圖4是估計美國社區廢棄物的典型組成；圖5說明水分對廢棄物料的發熱值的影響；圖6為廢棄物原料的發熱值；圖7是將廢氣物料加工成具有同一性質的、含有適於氣化的能源組分的燃料。
具體實施例方式氣化是一種熱化學過程，它能得到富含燃料的氣態產品。不管氣化器是如何設計 的，為了得到有用的燃料氣體，氣化操作必須經過兩步。第一步，在600攝氏度((1112°F) 以下高溫分解將燃料的易揮發組分釋放出來。高溫分解中，難以揮發的副產物為焦碳，主要 由固定碳和灰組成。氣化的第二步，將高溫分解剩下的碳進行還原，與水蒸氣、氫氣、空氣或 純氧氣進行反應。在空氣中氣化可得到富含氮的、含有能源組分較少的燃料氣體。在純氧 氣條件下進行氣化可得到高質量的一氧化碳和氫氣的混合物，該混合物不含氮氣。在水蒸 氣條件下進行氣化通常稱為改造，氣化得到富含氫氣和二氧化碳的合成氣體(syngas).。通常，碳與氧之間的放熱反應可為高溫分解和焦炭氣化反應提供所需的熱量。所發生的基本的氣化反應
l)C+l/202co-110. 5kJ/mol (放熱反應)
2) c+h20co+h2+131kJ/mol (吸熱反應)
3) c+c022c0+ 172kJ/mol (吸熱反應)
4) c+2h2ch4-74kJ/mol (放熱反應)
5) c0+h20co2+h2-41kJ/mol (放熱反應)
6) c0+3h2ch4+h2o-205kJ/mol (放熱反應)
所有的反應都是可逆反應，它們的反應速率取決於反應動力學，而反應動力學是
反應器中溫度、壓力和反應物濃度的函數。可通過氣化生成合成氣體的原料，其潛在的來源 是廢棄物。氣化過程可液化和氣化廢棄物中的固態或液態的碳氫化物，並將其轉化為能源 含量較低或中等的氣體。將廢棄物氣化與傳統的焚燒相比，具有一些優勢。氣化發生在還 原性的環境中，限制了二惡英、硫化物(SOx)與氮化物(NOx)的形成。而且，它所需要的氧氣 僅是焚燒所需的化學計量的一小部分。因此，所加工的氣體的體積是很小的，只需使用規模 較小，價格低廉的空氣清潔設備和熱交換設備。氣體體積的減小也意味著廢氣中的汙染物 的局部壓力增加。根據化學熱力學公式AG = -RTln(P1ZPtl)，壓力增加有利於完全吸附和 顆粒的俘獲。最後，氣化產生的燃料氣體與相互連接的循環渦輪機和往復式發動機，還可能 與燃料電池形成一體，該體系與傳統的蒸汽鍋爐相比，能更有效地將燃料能源轉化成電力。參見附圖，尤其是參見圖Ia和圖lb，一般為100，篩分廢棄物材料用作工程燃料的 原料的流程。例如，廢棄物材料可以是混合的城市固體廢棄物流，一來源不同的物料流(比 如在廢棄物的源頭將可回收材料與不可回收材料區分開的流)，和/或循環利用的殘遺物 流，即廢棄物流除去一定數量的可回收材料後，仍然存在的物料流。廢棄物材料通過廢棄物 收集工具以單一物流或多股物流的形式運送到大的接收區。廢棄物流可以是裝袋的、未裝 袋的或拆建物料(C&D)流。未裝袋的廢棄物材料包括，比如，混合的廢棄物材料、單一的廢 棄物材料和陳舊的波紋紙板(OCC)。將廢棄物材料倒入傾翻板102上，然後通過運輸裝載機 將其推到傳送裝置上。在一個實施例中，未裝袋的廢棄物材料由客戶進行預分類。在另一 個實施例中，未裝袋的廢棄物在用戶現場通過收集服務進行預分類。未裝袋的廢棄物材料 通過傳送裝置從傾翻板102運輸至預分類站104，在預分類站104，將未裝袋的廢棄物材料 分成大塊的鐵、大塊的塑料(比如大塊的硬塑料)和塑料薄膜的子物流。從預分類站104 出來的每一個子物流又進一步分為兩個物料流10 和104b。從預分類站104出來的乾淨 的、已分類的廢棄物材料歸於第一物料流104a，然後傳送至倉106。在一個實施例中，倉106 為第一物料流10 的每一種材料設置了間隔。從預分類站104出來的，已分類的廢棄物材料包括汙染物分入第二物料流104b， 並傳送至OCC篩114。OCC篩114將，比如，紙、袋子和褶皺的光纖從物料流104b中篩分出 去。根據本發明所述的OCC篩114，該篩是一種OCC圓盤篩，含有各種各樣可旋轉和加料的 圓盤，比如，波狀運動會使大的物體比如OCC向上移動，遠離物料流104b的殘餘物。在一些 實施例中，OCC篩114可用於將混合的、辦公室紙張從OCC中去除。OCC篩114可用於，比 如，0.5英寸厚的鋼板製成橢圓形的鋸齒狀圓盤。圓盤的大小可以改變，而且圓盤之間的距 離或排數也可以調節以應對廢棄物材料的物料流。在一個實施例中，OCC篩114含有3個層面以去除OCC纖維、非OCC纖維和大小在8到12英寸之間的器皿。被OCC篩114消極分 選的OCC物料流11 被轉移到挑選平臺118，在挑選平臺118上纖維碎片和垃圾從物料流 114a中除去。纖維碎片、垃圾和OCC從挑選平臺118下來後被轉移到倉120.如果從傾翻板上下來的廢棄物含有袋裝的廢棄物材料，傳送裝置將袋裝的廢棄物 材料傳送去進行袋撕裂。在袋子被傳送去撕裂之前，可能會用天平對材料進行稱量。袋子 分裂機108將袋子撕開並將廢棄物材料傳送至流程中的其它單元進行篩檢的操作。流程中 的每一個單元均可從廢棄物材料中取出某一類型的材料。首先，從袋子分裂機108出來的材料被輸送至夾雜物篩選單元110。夾雜物篩選單 元110可除去長長的縷(如線、纖維狀夾雜物、絲、磁帶以及繩子等)，這些物質會損壞下遊 的裝置。除去纖維狀夾雜物後，廢棄物材料被運送至滾筒篩112。在滾筒篩112處，過大的 材料將被去除以免造成下遊分揀裝置的損壞。滾筒篩是一種旋轉的圓柱形篩子，該篩子偏 離水平線向下傾斜一定的角度。例如，滾筒篩設置有8英寸大小的洞，使得小於8英寸的材 料能穿過圓篩而大於8英寸的材料還繼續留在圓筒中。材料從滾筒篩翹起的一段加入，在 材料下滑的過程的同時也進行了篩分。滾筒篩的翻轉可將相互黏貼的材料分離開。在本發 明的一個實施例中，篩檢的程序可能會進行調整使得袋裝的廢棄物材料可直接送至含有截 齒的滾筒篩。滾筒篩的截齒可連接到圓柱篩上，它可用於溫和地解開袋子，將材料分散而沒 有對其大少進行篩分。經滾筒篩分級得到的廢氣物材料經過夾雜物篩選單元以除去廢棄物 材料中的線。被滾筒篩112消極分選的物料流11加(比如，在滾筒篩中大小超過8英寸的材料) 與傾翻板102上出來的未裝袋的廢棄物材料相混合，然後加入到預分類站104.例如，未篩 選的物料流11 可能含有大於8英寸的材料和較高的纖維組分。被滾筒篩112肯定篩選 的物料流112b與被OCC篩114肯定篩選的物料流114b(比如，OCC篩子下面的物料)相混 合，然後加入中圓盤篩116中。儘管沒有表明，在滾筒篩112的後面可連接另外一個篩檢平 臺以除去那些有問題的物料或那些不能被流程100所加工的材料。圓盤篩116將器皿從加入物料流114b的纖維中篩檢出來，並將分類的材料分成輸 出物料流116a-Co在一個實施例中，圓盤篩116類似於OCC篩114，但圓盤間的間隔更小。 例如，圓盤篩116的圓盤間隔可允許尺寸在2. 5到3英寸之間的器皿從圓盤間落下。在另 外一個實施例中，那些如美國2008年9月19號提交的美國臨時中請文件NO. 61/098525所 公開的系統，可用於將器皿從纖維中分離出來或進一步叢其它材料中分離紙和/或纖維， 該申請的題目為使用空氣流混合材料的系統和方法，在此作為參考文獻整體引入。尤其地， 可在OCC篩114的下方放置空氣噴嘴，從物料流的平衡中除去紙和/或纖維。從圓盤篩和/ 或其它器皿/纖維分離裝置輸出的物料流116a輸入到上方的磁鐵線122。輸出物料流116a 可能還包括滾筒篩下部的物質、OCC下部的物質，大多數的玻璃材料以及從圓盤篩116的圓 盤間落下的器皿。將正篩選的輸出物料流116a輸入到上方的磁鐵線122以從輸出物料流116a中分 離金屬鐵。被篩選出去的材料可進一步分成雙線輸出物料流116b-c，該材料還可輸入到磁 鐵線122，將金屬鐵從輸出物料流116b分離出去。輸出物料流116a-c減少了重負，增加了 回收率以及減輕了汙染程度。上方的磁鐵線122包括一個磁鐵傳送帶，該傳送帶懸掛在傳 送裝置的上方以拾起鐵材料並將其傳送到將鐵材料運送至鐵倉儲1 的傳送裝置上。從上方的磁鐵線122出來後，剩下的不含鐵的廢棄物流被分成12h_b。第一個從物料流(次物料流)12 可能含有塊狀的輕材料(主要是玻璃的碎片)， 塑料以及尺寸小3英寸或等於3英寸的非鐵器皿。從物料流12 輸入到圓盤篩126以打 破玻璃並將其與塑料分開。在一個實施例中，圓盤篩126將可尺寸小於3/8英寸的顆粒從 亞物料流12 中除去。從圓盤篩1 中分離出來的玻璃顆粒存儲在倉128。圓盤篩輸出的 126a主要含有塑料、少量的玻璃以及可漂浮的材料，將這些材料輸入到去石器130(比如， 空氣震蕩分類器)以分離密度更大的材料，比如玻璃和可漂浮的材料。廢棄物材料經過去 石器130的震蕩篩，密度較大的材料比如玻璃和可漂浮的材料可從篩的孔隙間落下，而較 輕的物質由於電風扇提供空氣仍然停留在篩子的上面。含有從去石器130中分離出來的玻 璃材料的輸出物料流130b與輸入物料流126b相混合，然後傳送至存儲倉128。將含有從去 石器130中分離出來的可漂浮的材料的輸出流130c傳送至存儲倉132。從去石器130出來 後，剩下的輸出物料流130a輸入到光學篩分器146(如圖Ib所示).主要由光纖和少量的塑料組成的第二個從物料流122b加入到光學篩分器(挑揀 器)134。光學篩分器134可將塑料棕色光纖中除去。光學篩分器134的光照射在傳送裝置 上，傳感器可檢測塑料反射回來的光線。通過這種信息，傳感器將塑料材料定位，往塑料的 位置噴射空氣流撞擊塑料，將塑料從傳送裝置上除去。在一個實施例中，光學篩分器134能 在8英尺寬的傳送裝置上檢測塑料材料。經光學篩分器134後，剩餘的物料流主要含纖維， 該物料流又分成棕色纖維與其它纖維。將棕色纖維轉移並存儲在倉136中，其它纖維輸入 至挑揀平臺138。在挑選平臺138，可將棕色物質、舊報紙、塑料與垃圾物除去。在一個實施 例中，其它纖維作為雙線物料加入到挑揀平臺138。經挑揀平臺138篩選出來的棕色物質、 舊報紙以及垃圾物被轉移至倉140.接著，運用一套級聯的光學篩分器根據塑料的顏色、大小進行篩分。這些級聯的光 學篩分器中的傳感器能鑑別不同顏色和大小的塑料。光學篩分器134噴出的、大於預定尺 寸的塑料將被加入到光學篩分器142。比如，將噴出的3英寸以上的塑料加入到光學篩分器 142，光學篩分器142對其進行檢測並將密度較大的聚乙烯彩色塑料從物料流中剔除。在一 個實施例中，光學篩分器能在8英尺寬的傳送裝置上檢測聚乙烯彩色塑料。含有噴出的聚 乙烯彩色塑料的輸出物料14 被運送至倉144進行儲存。對於剩下的塑料材料，光學篩分 器142對預定尺寸的塑料進行檢測並在下行的彈道中將其彈出。在一個實施例中，小於3 英寸的分類塑料在下行的彈道中被彈出。在另一個實施例中，大約3英寸-大約7英寸的 分類塑料被在下行的彈道中被彈出。輸出地物料流142b含有被彈出的、預定大小的塑料， 該物料流被運送至倉160進行存儲。將剩下的所有尺寸大於預定尺寸的塑料加入到光學篩 分器148。光學篩分器148對物料流中的聚乙烯對苯二酸酯進行檢測並將其除去。在一個實 施例中，光學篩選器148能在8英寸寬的傳送裝置上對聚乙烯對苯二酸酯進行檢測。輸入物 料流148a含有彈出的聚乙烯對苯二酸酯，該物料流被運送至倉150進行存儲。光學篩分器 148對剩下的物料流進行檢測，尺寸大於預定尺寸的塑料將在下行的彈出道中被彈出。在一 個實施例中，大小小於3英寸的分類塑料在下行的彈出道中被彈出。在另一個實施例中，大 小在3-7英寸之間的分類塑料在下行的彈出道中被彈出。輸出物料流148a含有被彈出的、 預定尺寸的塑料，該物料流與輸出物料流142b相混合，然後運送至倉160進行存儲。將剩下的大小大於預定尺寸的塑料加入到光學篩分器154。光學篩分器巧4對物料流中所有天然的聚乙烯對苯二酸酯進行檢測並剔除。在一 個實施例中，光學篩分器巧4能在6英寸寬的傳送裝置上對天然的聚乙烯對苯二酸酯進行 檢測。輸出物料流15 含有彈出的天然的聚乙烯對苯二酸酯，該物料流被運送至倉156進 行存儲。在預定尺寸內，光學篩分器1 對剩下的塑料進行檢測，檢測到的塑料在下行的彈 出道中被彈出。在另一個實施例中，大小為3-7英寸的塑料在下行的彈出道中被彈出。輸 出物料流154b含有被彈出的、預定尺寸的塑料，該物料流於輸出物料流142b相混合，運送 至倉160進行存儲。運用另一套級聯光學篩分器對去石器130的輸出物料流130a中的塑料進行顏色 和大小的分類。光學篩分器146對輸出物料流130a中的高密度聚乙烯對苯二酸酯進行檢 測並將其剔除。在一個實施例中，光學篩分器146能在4英寸寬的傳送裝置上檢測聚乙烯 對苯二酸酯彩色塑料。輸出物料流146a含有被彈出的聚乙烯對苯二酸酯彩色塑料，該物料 流與輸出物料流14 相混合，運送至倉144進行存儲。在預定尺寸內，光學篩分器146對 剩下的塑料進行檢測，並將檢測到的塑料在下行的彈出道中彈出。在一個實施例中，小於3 英寸的分類塑料在下行的彈出道中被彈出。在另外一個實施例中，3-7英寸的分類塑料在下 行的彈出道中被彈出。輸出物料流146b含有被彈出的、預定尺寸的塑料，該物料流與輸出 物料流142b相混合，並運送至倉160進行存儲。輸出物料流146含有剩下的、所有大於預 定尺寸的塑料，將該物料流加入到光學篩分器152。光學篩分器152對輸出物料流146c中所有的高密度聚乙烯對苯二酸酯塑料進行 檢測。在一個實施例中，光學篩分器152能在4英寸寬的傳送裝置上對聚乙烯對苯二酸酯進 行檢測。輸出物料流15 含有被彈出的聚乙烯對苯二酸酯塑料，該物料與輸出物料流148a 相混合，並運送至倉150進行存儲。在預定尺寸範圍內，光學篩分器152對剩下的塑料進行 檢測，檢測到的塑料將在下行的彈出道中被彈出。在一個實施例中，小於3英寸的分類塑料 在下行的彈出道中被彈出。在另一個實施例中，3-7英寸的分類塑料在下行的彈出道中被 彈出。輸出物料流152b含有被彈出的、預定尺寸的塑料，該物料流與輸出物料流142b相混 合，並運送至倉160進行存儲。輸出物料流152c含有所有剩下的、尺寸大於預定尺寸的塑 料，將該物料流加入到光學篩分器158。光學篩分器158對輸出物料流152c中的所有高密度的聚乙烯天然塑料進行檢測。 在一個實施例中，光學篩分器158能在4英尺寬的傳送裝置上檢測聚乙烯、天然塑料。輸出 物料流158a含有被彈出的聚乙烯天然塑料，該物料流於輸出物料流15 相混合，並運送至 倉156進行存儲。在預定尺寸範圍內，光學篩分器158對剩下的塑料進行檢測，並在下行的 彈出道中將檢測到的塑料彈出。在一個實施例中，小於3英寸的分類塑料在下行的彈出道 中被彈出。在另一個實施例中，大約3英寸-大約7英寸的分類塑料在下行的彈出道中被 彈出。輸出物料流158b含有被彈出的、預定大小的塑料，該物料流與輸出物料流130c相混 合併進行再次分類，然後被加入光學篩分器146。含有所有的、大於預定尺寸的塑料的輸出 物料流158c加入到(輥式)渦電流分選機162。輥式渦電流分選機162對輸出物料流158c中的非鐵金屬的材料進行分離。輥式 渦電流分選機含有一個旋轉磁鐵，該磁鐵可將非金屬鐵的材料比如鋁從傳送裝置上彈出。 分離裝置將帶有電荷的非鐵材料加入，所述的電荷與小磁鐵所帶的電荷為同種電荷。由於同性相斥，非鐵材料從磁鐵上蹦出，進入斜槽。輸出物料流16 含有分類的非鐵材料，將該 物料流運送至倉164進行存儲。經過輥式渦電流分選機166出來的剩餘材料作為殘遺物放 置於倉166中。儘管沒有標明，在輥式渦電流分選機166之後還可添加去石器，比如去石器 130，用於將較輕的材料與較重的材料分開。同樣，在經過了各種分離操作以後剩下的材料 可通過流程100進行再次回收以增加各倉中的分離得到的材料。上述的分類、分離技術可 與下述專利公開的技術相結合，這些專利文件分別為2008年9月25號提交的美國臨時申 請文件NO. 61/100，038，該申請文件的題目為《用於組分鑑定的產品標示系統與方法》;2008 年5月27號提交美國專利申請文件No. 11/883，758，該申請文件的題目為《在材料回收工廠 中可循環分類的系統與方法》;2006年7月17號提交美國專利申請文件No. 11/487，372，該 申請文件的題目為《在材料回收工廠中可循環分類的系統與方法》；2005年4月15號提交 美國專利申請文件No. 11/106，634，該申請文件的題目為《在材料回收工廠中用於分類、收 集並證明可循環數據系統與方法》，2008年3月11號頒發的現在是美國專利No. 7341156 ； 2007年5月23號提交的美國專利申請文件No. 11/802497，該申請文件的題目為《在原料回 收工廠中優化單一物料流的系統與方法》；所有這些文件在此作為參考文獻整體引入。在上述每個倉中的分類材料可根據市場與經濟需求，打包賣給回收工廠，或是作 為工程原料加工以產生燃料。分類的廢棄物通常分為光纖維、塑料、油脂/油/油膏(FOG) 和汙泥。分類垃圾的每一類均可用於生產具有預定組成的工程原料，該原料通過化學轉化 操作可得到預期的產出。如本文所述，預期的產出包括化學轉化操作得到的產品的一個或 多個方面。比如，預期的產出包括，但不限制於，操作得到的產品的總量，操作得到的產品中 特定材料的數量，操作得到的材料中特定的物料比，操作得到的產品某種雜質的含量，以及 操作得到的材料具有較高的發熱值。正如前文所述，一個氣化單元能夠很好地利用各種各樣的工程原料。因此，用作說 明的目的，下面將描述本發明的一個實施例，該實施例將氣化用作以化學轉化操作。但是， 其它化學轉化操作均可理解在本發明的範圍之內。比如，在氣化單元，工程原料可轉化為合 成氣體。所得的合成氣體可用於鍋爐以生產蒸汽，該蒸汽可帶動渦輪機(汽輪機)，或是用 於Fischer-Tropsch加工以產生燃料。圖2，通常為流程200，是將篩分的廢棄物處理成氣化原料的流程圖。在204步，稱 量從倉202中取出的每一種廢棄物的重量，並通過溼度傳感器206測定其溼度。比如，原料 溼度成分可用紅外檢測器或微波檢測器進行檢測。控制單元208接收溼度傳感器206發出 的每一種廢棄物的水分含量信息，然後相應地調整廢棄物的取出速率。控制單元208根據 預定的方法對將取出的廢棄物的類型和數量進行分類，而這種特定的方法則是基於各種廢 棄物不同的化學與物理性質。比如，可以考慮放熱量和/或含化學組分的廢棄物。因此，廢 棄物的絕對基本含量(比如，碳，氧，硫和/或氮)以及特定化合物或元素在廢棄物所佔的 比率均可用於決定廢棄物取出的數量與類型。在204步中將取出的廢棄物進行稱量以後， 將廢棄物轉移至器皿210中，用於混合和乾燥。比如，用螺旋鑽將器皿210中的廢棄物混 勻。根據本發明所述的廢棄物熱量，該廢棄物熱量可從氣化器222或Fischer-Tropsch裝 置230中得到，可用於器皿210中廢棄物的乾燥。利用從溼度傳感器206得到的溼度信息， 控制單元208可決定用於調整器皿210中的廢棄物混合物的溼度含量所需要的廢棄物熱量 的量。控制單元208將氣化器224中或Fischer-I^ropsch裝置230中的熱量導向器皿210直到器皿210中的混合物達到了預期的溼度含量。將器皿210中混合併經過溼度調整的廢棄物轉移至磨碎機212。磨碎機212可將 廢棄物材料磨碎得到預定大小的廢棄物材料，該尺寸與預期氣化器的產出相對應。預期氣 化器的產出由控制單元208決定，同時磨碎機212的磨碎率由控制單元208進行調整。控制 單元208也可將廢棄物的磨碎成本考慮進去，因為磨碎的尺寸越小，操作成本就越高。根據 氣化器對原料的要求，控制單元208決定是否在214步中將磨碎的廢棄物轉換成球狀。如 果控制單元208決定不用將磨碎的廢棄物轉化成球狀，磨碎的廢棄物將被轉移至廢棄物加 料器216。為了得到預期的氣化器輸出值，廢棄物加料器216將磨碎的廢棄物加工成具有最 佳特性的加密的原料，並將加密的廢棄物直接加入到氣化器222。廢棄物加料器216提供了 一個加工(過程)將稠密的廢棄物驅入反應裝置(任何一種類型的反應裝置)，該程序需要 保持反應器的不同溫度或壓力使得反應器處於最佳的狀態。該加工過程還可使反應器接收 以均一速率加入的原料。該加工具有極少的移動部件，並利用廢棄物的性質來封閉反應器。而且，工程原料不僅能得到預期的氣化器產出，而且能使得其它各種廢棄物的堆 積物也能被利用，只要這些堆積物是同類的廢棄物。將廢棄物分解再重組成工程原料並不 會改變廢棄物多樣性，相反，本發明的實施例中所得到的工程原料是相互一致的。這種一致 性使得氣化過程的可控性增加。沒有工程原料，氣化器操作的產出可能會因為反應器進料 性質的改變而出現很多不可預測的變化。工程原料可減少廢棄物原料的變化，增加反應原 料系統的穩定性。因此，本發明的實施例使各種固體廢棄物和液體的混合達到精確的水平， 優化由最佳的反應和燃料要求所要求的放電特性。而且，本發明的實施例提供了創建具有 化學組成的工程原料的方法，這種化學組成在自然中是不存在的，因此可減少自然燃料在 氣化過程中發生的不期望的反應，比如硫氧化物(SOx)與氮氧化物的形成(NOx)。如果控制單元208決定將磨碎的廢棄物轉化成球狀廢棄物，將從磨碎機212出來 的磨碎廢棄物運送到制粒機218。制粒機218將磨碎的廢棄物轉化成球狀，轉化成球狀的 廢棄物能以一定的速率進行高溫分解。在一個實施例中，將Limdell 850的加(稠)密器 (購自Lundell Manu長度約2_6英寸的顆粒，顆粒的密度為451b/ft3到601b/ft3。其它加 密的方法可用於代替制粒機218，這些方法製備出來的長度更大或更小，密度更大或更小的 顆粒均落在本發明的範圍之內。而且，本發明所述的制粒技術與下列專利中所公開的技術、 設備或系統相結合，這些專利為2009年6月25號提交美國專利申請文件No. TAB，該申請 文件的題目為《用工程燃料顆粒代替煤發電廠中使用的煤》；2009年6月25號提交美國專 利申請文件No. TAB，該申請文件的題目為《工程燃料顆粒》;2009年6月25號提交美國專利 申請文件No. TAB，該申請文件的題目為《惰性的工程燃料顆粒》；所有這些專利在此作為參 考文獻整體引入，能被用作另外的或組合的上述球化技術。根據控制單元208所設定的加 料速率，將從制粒機218出來的顆粒加入到氣化器222。將制粒機218中過多的顆粒調整成 含有標記物，並運送至倉220進行存儲。加入到氣化器222中的顆粒經過高溫分解轉化成合成氣體。用紅外檢測器2 檢 測合成氣體的組成，並將信息轉移到控制單元208。從紅外檢測器2M得到的組份信息可被 控制單元208用於調整將廢棄物從202倉中取出的速率以及用於調整廢棄物混合物中水分 的含量以獲得期望的氣化輸出。至少某種程度上，顆粒的消耗速率也可用於測定物料加入 氣化器222的速率，比如控制加料速率可在氣化器222中維持材料的穩定。氣化器222所產生的合成氣體可用於鍋爐2 以產生蒸汽帶動渦輪機232，或用於Fischer-Tropsch操作 230以產生燃料。圖3，通常為流程300，將存儲在倉中的不同廢棄物進行加工成適於氣化的原料的 示例方法，所述的原料具有一定的成成份與特性，可得到期望的氣化器輸出，比如，含有特 定能源組分的氣體，含有一定碳氫比率的組分和/或本文所提及的其它特性。圖3還描述了 這樣一種方法，該方法根據可得到氣化器預期輸出的原料的組成和特性，調整每一種廢棄 物的數量組合成原料，比如，合成氣體的能源組分，合成氣體中氫氣與一氧化碳的比率，和/ 或產品中總的氫氣與一氧化碳的比例。進一步，分成纖維、塑料、FOG和汙泥並存儲在倉202 中的廢棄物可能含有不同成分與水汽含量的組成。而且，可將混合的廢棄物分成特定份類 型，而不是圖3所描述的類型，比如，紙、報紙、雜誌、具體的塑料類型、紡織物、庭院廢棄物 和橡膠。每一種廢棄物的組成與水分含量由於其時間和來源的不同會有所不同，但是整體 的區別並不是很明顯。圖4是對美國社區廢棄物的典型組成的估計。尤其地，圖4描述的 是美國社區所產生的城市固體廢棄物在回收之前相當於2. 46億噸。粗廢棄物的熱含量取決於廢棄物中易燃有機材料的濃度、灰燼以及溼度含量。類 似的，不同類型的廢棄物具有不同的化學組成。表1為廢棄物中易燃組分的典型數據。表 權利要求
1.一種系統，含有第一倉，用於存儲從混合的城市固體廢棄物中分離出來的第一種廢棄物組分；第二倉，用於存儲從混合的城市固體廢棄物中分離出來的第二種廢棄物組分；其中，所述的第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分的區別在於廢棄物組分中化學成 分的不同，及第一倉與第二倉的廢棄物組分組合得到的混合原料如何對在該原料轉化的所 述氣化過程中產生的1)氫氣與一氧化碳的產量比及其2、對氣化過程中得到的氫氣與一氧 化碳的總量的至少一個產生影響。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的第一種廢棄物組分主要含有塑料 材料。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述的第二種廢棄物組分主要含有紙質 材料。
4.一種系統，含有第一倉，用於存儲從固體廢棄物流中分離出來的第一種廢棄物組分；第二倉，用於存儲從固體廢棄物流中分離出來的第二種廢棄物組分；其中，所述的第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分的區別在於它們之間至少有一種 廢棄物組分的物理性質與化學性質是不同的，及第一倉與第二倉的廢棄物組分組合得到的 混合原料在所述原料被轉化的化學轉化過程中如何對化學轉化過程的輸出的影響。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述的固體廢棄含有混合的城市固體廢 棄物。
6.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述的固體廢棄物含有來源不同的的物 料流的物料流。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述的來源不同的物料流含有可回收的 材料。
8.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述的來源不同的物料流含有回收再利 用的殘餘物。
9.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述的化學轉化過程包括氣化過程。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，混合原料對輸出的影響是指對氣體產品 中一氧化碳與氫氣的物料比的影響。
11.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，混合原料對輸出的影響是指對合成氣體 產品的總量的影響。
12.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述的化學轉化過程包括燃燒過程。
13.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述的混合原料對輸出的影響是指對 燃燒過程中釋放出的總熱量的影響。
14.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述的第一種廢棄物組分含有高密度的 聚乙烯，低密度的聚乙烯，聚乙烯對苯二酸酯，纖維，紙，報紙，木材，脂肪，油以及油脂的一 種。
15.根據權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述的第二種廢棄物組分不同於第一 種廢棄物組分，含有以下材料的一種高密度的聚乙烯，低密度的聚乙烯，聚乙烯對苯二酸 酯，纖維，紙，報紙，木材，脂肪，油以及油脂。
16.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分 的區別在於廢棄物組分中的碳、氫、氧、硫、氮、氯以及灰土組分中至少有一種是不同的。
17.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述的第一種廢棄物組分與第二種廢棄 物組分的區別在於廢棄物組分的溼度的不同。
18.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，該系統進一步含有將第一種廢棄物組分 與第二種廢棄物組分區別開的篩分系統。
19.根據權利要求18所述的系統，其特徵在於，所述的篩分系統包括光學篩分器，該光 學篩分器可用於收集與第一種廢棄物組分和/或第二種廢棄組分中的體積和質量至少一 個相關的數據。
20.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述的數據可由第三方進行鑑定。
21.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，該系統進一步含有一個用於至少將第一 種廢棄物組分與第二種廢棄物組分混合到所述的混合原料的混合系統。
22.根據權利要求21所述的系統，其特徵在於，所述的混合系統包括光學篩分器，該光 學篩分器可用於收集與第一種廢棄物組分和/或第二種廢棄組分中的體積和質量的至少 一個的相關的數據。
23.根據權利要求22所述的系統，其特徵在於，所述的數據可由第三方進行鑑定。
24.一種方法，包括提供第一倉；提供第二倉；其中，所述的第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分的區別在於廢棄物組分中至少有 一種物理性質或化學性質不同，及第一倉與第二倉的廢棄物組分組合得到的所述混合原料 在所述的化學轉化過程中如何對化學轉化過程的輸出的影響；將第一種廢棄物組分置於第一倉；以及將第二種廢棄物組分置於第二倉；
25.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，所述的固體廢棄物混合物料流包括城 市固體廢棄物。
26.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，所述的固體廢棄物物料流含有來源不 同的物料流。
27.根據權利要求沈所述的方法，其特徵在於，所述的來源不同的物料流包括可回收 的材料。
28.根據權利要求沈所述的方法，其特徵在於，所述的來源不同的物料流包括回收利 用的殘餘物。
29.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，所述的化學轉化過程包括氣化過程。
30.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，該方法進一步包括數據收集，收集與置 於第一倉的廢棄物組分和/或置於第二倉的廢棄物組分的體積和質量至少一個相關的數 據。
31.根據權利要求30所述的方法，其特徵在於，所述的數據可由第三方進行鑑定。
32.根據權利要求四所述的方法，其特徵在於，混合原料對輸出的影響是指對氣體產 品中氫氣與一氧化碳的生產比例的影響。
33.根據權利要求四所述的方法，其特徵在於，混合原料對輸出的影響是指對合成氣 體產品的總量的影響。
34.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，所述的化學轉化方法包括燃燒過程。
35.根據權利要求34所述的方法，其特徵在於，所述的混合原料對輸出的影響是指對 燃燒過程中釋放出的總熱量的影響。
36.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，所述的第一種廢棄物組分含有高密度 的聚乙烯，低密度的聚乙烯，聚乙烯對苯二酸酯，纖維，紙，報紙，木材，脂肪，油以及油脂。
37.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於，所述的第二種廢棄物組分不同於第一 種廢棄物組分，含有以下材料高密度的聚乙烯，低密度的聚乙烯，聚乙烯對苯二酸酯，纖 維，紙，報紙，木材，脂肪，油以及油脂。
38.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組 分的區別在於廢棄物組分中的碳、氫、氧、硫、氮、氯以及灰土組分中至少有一種是不同的。
39.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，所述的第一種廢棄物組分與第二種廢 棄物組分的區別在於廢棄物組分的溼度的不同。
40.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，該方法進一步含有將第一種廢棄物組 分與第二種廢棄物組分區別開。
41.根據權利要求M所述的方法，其特徵在於，該方法進一步含有一個混合系統用於 至少將第一種廢棄物組分與第二種廢棄物組分混合到混合原料。
42.根據權利要求41所述的方法，其特徵在於，進一步含有數據收集，收集由第一種廢 棄物組分與第二種廢棄物組分混合得到的廢棄物組分的化學成分數據。
43.根據權利要求42所述的方法，其特徵在於，所述的數據可有第三方進行鑑定。
44.根據權利要求41所述的方法，其特徵在於，進一步含有使混合原料稠密。
45.一種生產含有希望的化學組分的工程原料的方法，該方法包括提供第一倉，用於存儲從混合固體廢棄物料流中分離出來的第一種廢棄物組分；提供第二倉，用於存儲從混合固體廢棄物料流中分離出來的第二種廢棄物組分；測定第一倉中的固體廢棄物的化學組分；測定第二倉中的固體廢棄物的化學組分；測定第一倉與第二倉的廢棄物組分的數量比，將廢棄物組分以該數量比進行混合時， 提供含有希望的化學組分的工程原料；根據該數量比將第一倉的廢棄物組分與第二倉的廢棄物組分相互混合以便得到含有 預期化學組分的工程原料。
46.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的混合固體廢棄物流含有城市固 體廢棄物。
47.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的混合固體廢棄物流含有不同來 源的物料流。
48.根據權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述的不同來源的物料流含有可回收 的材料。
49.根據權利要求47所述的方法，其特徵在於，所述的不同來源地物料流含有回收利 用的材料。
50.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，進一步含有將混合廢棄物組分加工成 稠密原料。
51.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，測定第一倉中廢棄物組分的化學成分 與第二倉中廢棄物組分的化學成分的方法之一是基於收集到的化學組分的信息，該信息與 城市固體廢棄物流經常出現的廢棄物種類相關。
52.根據權利要求51所述的方法，其特徵在於，與城市固體廢棄物流經常出現的廢棄 物種類相關的化學組分信息的收集是一查找表。
53.根據權利要求51所述的方法，其特徵在於，進一步含有數據收集，收集由第一倉與 第二倉混合得到的廢棄物組分的化學成分的數據。
54.根據權利要求53所述的方法，其特徵在於，所述的數據可由第三方進行鑑定。
55.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，進一步將混合廢棄物組分與添加劑進 行混合。
56.根據權利要求55所述的方法，其特徵在於，添加劑為脂肪、油、油脂中的一種或一 種以上。
57.根據權利要求55所述的方法，其特徵在於，添加劑為庭院廢棄物、汙泥中一種或一 種以上。
58.根據權利要求55所述的方法，其特徵在於，添加劑為輪胎、廢膠末中一種或一種以上。
59.根據權利要求55所述的方法，其特徵在於，添加劑為石油廢棄物。
60.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的第一倉廢棄物組分主要含有報 紙材料，第二倉廢棄物組分主要為塑料材料，數量比為大約82份的第一倉廢棄物組分對大 約18份的第二倉廢棄物組分。
61.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的第一倉廢棄物組分主要含有雜 志材料，第二倉廢棄物組分主要為塑料材料，數量比為大約36份的第一倉廢棄物組分對大 約64份的第二倉廢棄物組分。
62.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的第一倉廢棄物組分主要含有紙 質材料，第二倉廢棄物組分主要為紡織物材料，數量比為大約24. 5份的第一倉廢棄物組分 對大約75. 5份的第二倉廢棄物組分。
63.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的第一倉廢棄物組分主要含有報 紙材料，第二倉廢棄物組分主要為塑料材料，數量比為大約91. 8份的第一倉廢棄物組分對 大約2. 2份的第二倉廢棄物組分，該方法進一步包括將該混合廢棄物組分與6. 0份的庭院 廢棄物相混合。
64.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的第一倉廢棄物組分主要含有紙 質材料，第二倉廢棄物組分主要為橡膠材料，數量比為大約68. 0份的第一倉廢棄物組分對 大約32. 0份的第二倉廢棄物組分。
65.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，所述的第一倉廢棄物組分主要含有橡 膠材料，第二倉廢棄物組分主要為紙質材料，數量比為大約80. 0份的第一倉廢棄物組分對 大約20. 0份的第二倉廢棄物組分，該方法進一步包括將該混合廢棄物組分與13. 0份的水 相混合。
全文摘要
本發明根據廢棄物流的組成與特點，提供一種一體化的廢棄物流倉儲系統。具體地，本發明根據一組物料特性，提供了一種能產生個性化廢棄物流的加工方法。根據本發明的系統和方法，將存儲在倉中的個性化廢棄物流以特定的物料比相互混合可得到一種原料，該原料在化學轉化過程中，比如在氣化過程中，能產生預期輸出。原料的組成數據可由任意第三方進行鑑定。
文檔編號B29B17/02GK102083601SQ200980125176
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年6月26日
發明者傑姆·W·保利, 道格拉斯·R·凱斯勒 申請人:凱斯勒廢物系統公司