專利名稱：利用廢物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用各式各樣廢物的方法，其中包括可能含有固態(tài)和/液態(tài)污染物的未分類和未加工的工業(yè)垃圾、生活垃圾和列舉的其它垃圾。
已知的廢物處理方法未能令人滿意地解決在危害環(huán)境方面起相當(dāng)大作用的日益嚴重的廢物問題。
丟棄的復(fù)合材料工業(yè)產(chǎn)品。例如車輛及生活用具，以及油類、電池、清漆、涂料、有毒的漿體、藥物和醫(yī)院廢物等，都要服從特定的法律上嚴格規(guī)定的處理條例。但是，生活垃圾是一種雜散的混合物，未經(jīng)控制，它可能含有實際上所有各種類型的廢物和有機組分，在丟棄時未考慮它對環(huán)境可能造成的損害。
生活垃圾以垃圾堆的形式堆放是不能令人滿意的，垃圾堆生成的難聞的氣體和二氧化碳不加控制地進入大氣，由堆放的廢物產(chǎn)生的被污染的液體和洗提液沾污地下水。
曾經(jīng)提出將生活垃圾的有機組分和下水道污泥作為肥料施用，以減小要處理的廢物的數(shù)量。但是，這樣作忽略了這些有機物質(zhì)是混雜的，含有很多不可降解的有毒成分，例如化學(xué)制品、藥物和重金屬殘余物，它們在堆肥中保存下來，并且通過植物和動物又返回到生物圈中。
此外，還設(shè)法將認為是有價值的材料再利用以減少垃圾的數(shù)量。這忽略了分別收集和處理這些廢物的高昂花費重復(fù)利用僅僅增高了成本和對環(huán)境的損害，同時降低了這樣得到的產(chǎn)品的可用性。
在已知的垃圾焚燒埸中，所處理的材料經(jīng)歷最高約達1000℃的很寬的溫度范圍。在這樣的溫度下，殘余的無機物和金屬材料保持不熔化。這些殘留固體中包含的能量被浪費了。廢物在高溫下的停留時間很短和把大量富氮的空氣吹入松散的廢物中以供燃燒時生成大量灰塵，會促使有危險的氯化烴形成。因此必須將垃圾焚燒場生成的廢氣送到更高溫度下二次燃燒。為了使這類焚燒場的高投資變得合算，有磨蝕和腐蝕作用的熱廢氣與其高灰分一起被送到熱交換器中。在熱交換器內(nèi)的較長時間的停留中，通過重新合成又形成了新的氯化烴，它們與夾帶的灰塵合并在一起產(chǎn)生了極其有害的濾出物。很難估計它所造成的危害和為排除它們的高昂花費。
盡管目前工藝水平的技術(shù)要求很高，但是處理過的廢物在焚燒后仍有約40％以灰、渣和毒性很高的濾出物的形式保留下來，就危險性而言，它們可以與放射性廢物相比，設(shè)置費用高昂。為了減少必須堆放的廢物體積，已采用的方法是將金屬成分與其余部分分開并用于特殊用途。剩下的灰分和渣分則用高溫熔融法處理，這要耗費大量能量。由于所要熔化的起始材料的混雜性，所以熔渣是不均勻的，仍然含有相當(dāng)多的粒狀有機殘余物，它們被液態(tài)熔融物包封起來，所以未被氧化。
通過在水槽內(nèi)驟冷，熔體在熱裂區(qū)無規(guī)地破裂，形成了不均勻的顆粒，這就使所包藏的污染物又能被洗提出來。每噸熔體中約200升燃料油的高能含量被浪費了，因為這種粒狀熔體只能在筑路或類似工程中作填料用。
迄今為止，在常規(guī)反應(yīng)器中用的熱解方法和垃圾焚燒的情形相似，具有很寬的溫度范圍。在氣化區(qū)一般均采用高溫。所產(chǎn)生的熱氣體被用來將還未熱解的廢物預(yù)熱，隨后冷卻并且通過形成氯化烴的危險溫度區(qū)。
對于松散的、未分類和未排放的廢物進行熱解的所有已知方法，都未能形成令人滿意的透氣床體，能量耗費過高，氣體回收不完全，而且在反應(yīng)器內(nèi)停留時間長。由于熱流及內(nèi)部氣體壓力的結(jié)果，產(chǎn)生了大量的灰塵，這需要大的過濾能力。如果制造水煤氣，則必須加入另外生成的過熱蒸汽，也就是說，要從外部引入蒸汽。剩余的固體物質(zhì)一般不熔化，而是必須分別處置，就這一點而言，它與常規(guī)的垃圾焚燒裝置相似。
為了產(chǎn)生生態(tài)學(xué)上可接受的、有用的純氣體，熱解氣體在洗滌之前常通過裂解裝置。使用熱交換器來利用熱氣體的內(nèi)部熱能也是已知的。因為氣體在熱交換器內(nèi)的停留時間而產(chǎn)生了氯化烴，當(dāng)回收氣被用來加熱時它們就釋放出來。
使用豎式爐進行垃圾焚燒的很大缺點是熱解物質(zhì)在爐內(nèi)燒結(jié)和橋連，于是這類反應(yīng)器裝有機械設(shè)備，例如攪棒、振動器等，但它們至今尚未令人滿意地解決這一問題。
轉(zhuǎn)鼓式和旋風(fēng)式氣化器，由于部分銳邊的廢物對爐壁的機械磨損而容易停機、灰塵形成極多，并且要求技術(shù)上復(fù)雜的不透氣的密封。這就使維修要求很大，相應(yīng)地成本增高。
為避免上述垃圾焚燒和熱解方法的缺點，還采用了在無機物或金屬高溫熔槽上分解廢物和有毒物質(zhì)或是將廢物加到熔槽之中以保證廢物在高溫下快速受熱分解的方法。這一方法的主要缺點是不能使用液體或濕的廢物，這是因為有爆炸的危險，而且由于所產(chǎn)生的高壓，形成的氣體在熔體內(nèi)沒有足夠長的停留時間來分解有機污染物。即使使用干燥的但是未脫氣的有機廢物，由分解的有機物產(chǎn)生的氣體壓力是如此之高，因而也不會有足夠長的停留時間。熔體產(chǎn)物在短時間內(nèi)即被碳粒飽和，這些碳粒因為包封在熔體中而不能被氧化，于是進一步加入廢物已無意義。
在另一種已知的垃圾熱處理法中，先將無機的和金屬的組分與有機組分分離開，將分離出的有機物干燥，然后磨碎。所得之粉末送入在合適溫度下的高溫熔槽或焚燒爐中立即分解，通過吹入氧氣或富氧空氣使污染物破壞。
雖然從生態(tài)學(xué)的觀點看這一方法產(chǎn)生了令人滿意的結(jié)果，但是它仍有相當(dāng)多的缺點，例如，不能處理液體廢物或復(fù)合材料形式的其它材料。其最終成本無法接受。
上述的焚燒和熱解方法全都有這樣的缺點，即，在焚燒或熱解分解期間汽化的液體或固體與燃燒或熱解生成的氣體在達到為破壞所有污染物所必須的溫度及在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間之前已經(jīng)混合。這一蒸汽不能用來制造水煤氣。因此，常常在焚燒爐和熱解裝置的裂解工段設(shè)有二次燃燒室。
在本發(fā)明中提出了上述類型的一種方法，不管要處理的材料中含有什么起始材料，它消除了上面提到的缺點。因此對環(huán)境完全無害，同時可以從殘留物中回收有多種不同用途的有價值的中間體或最終工業(yè)產(chǎn)品，而技術(shù)要求及操作費用很低。
本發(fā)明包括處理各式各樣廢物的方法，其中，將可能含有固態(tài)和/或液態(tài)污染物的未分類和未處理的工業(yè)垃圾、家庭垃圾和/或列舉的其它垃圾，以及廢棄的工業(yè)品，在高溫下熱分解或熱轉(zhuǎn)換，所生成的固體殘余物以最高的能量效益轉(zhuǎn)化成高溫熔體，此方法的特點在于，欲處理的產(chǎn)物(破碎或未破碎成大塊)與存在的任何液體組分一起，在不失去其不均勻與復(fù)合結(jié)構(gòu)的情況下，分批地壓制成緊密的包塊，將其送入熱至100℃以上的通道中，同時，保持施于其上的壓力使它們連接在一起
壓實的材料在與通道壁接觸時保持滑動以保持連接在一起，直到最初存在的所有液體都被汽化，而且各個廢物組分的內(nèi)部機械回復(fù)力已經(jīng)松馳，有機組分至少已經(jīng)部分地起粘合劑的作用為止；將從通道中以團塊形式擠出的成型和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的固態(tài)堆集體送入高溫反應(yīng)器中，反應(yīng)器在其整個容積內(nèi)保持至少1000℃。
廢棄的工業(yè)產(chǎn)品，例如完整的電冰箱、洗衣機、電器和電子設(shè)備、已拆除的車輛的大部件等，仍然是許多材料的混合物并具有復(fù)合物結(jié)構(gòu)，它們與未分類和未處理的垃圾和液體廢物一起被分批壓實到空隙空間減至最小，欲處置材料的固體組分用機械方法牢固地連接在一起，而所存在的多余的液體與制成的壓實包塊一起被送入一個狹長的外加熱的通道，從而在通道的入口處形成了不透氣的堵塞物，由于不透氣而起著封閉通道的作用。這些液體不必經(jīng)過任何分離處理，也不需要將處在通常很大容積內(nèi)的具有高度絕熱性的空氣加熱。由壓實步驟制成的壓實包塊，其導(dǎo)熱率由于金屬及無機物含量高和密度高而顯著增加。即使用小型設(shè)備，也能達到較高的處理能力，而不需要昂貴的預(yù)先處理，例如分離收集和技術(shù)上要求的準備工作、粉碎、劈裂、干燥和制團等。
在開始進行處理時，通常將要處理的壓實包塊送入加熱至100℃以上的通道中，維持施加于其上的壓力使它們連接在一起，在形成氣壓的同時，它們在通道內(nèi)保持與壁面接觸以使壓實包塊保持整體，直到伴隨的液體和揮發(fā)性物質(zhì)汽化，各單獨組分的內(nèi)部機械回復(fù)力已經(jīng)松馳，并且伴隨的有機組分至少已經(jīng)部分地起粘合劑作用為止。通道內(nèi)的有機組分在這一過程中不發(fā)生熱解，但是部分分解可能是相當(dāng)可取的。這一過程足以使所有的細粒子粘合起來，產(chǎn)生成型的和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的塊狀團聚體。在開始進行根據(jù)本發(fā)明的這一方法時，在廢物于加熱的通道內(nèi)停留短時間之后，形成了緊密連接的坯體，和廢物一起引入的細粒子和灰塵被粘合在坯體中，隨著坯體表面區(qū)域處氣體足夠快地形成和壓力增高，保證了廢物快速受熱通過，并且至少有機組分會塑化，使廢物組分的回復(fù)力得以減輕。以結(jié)合在一起與壁面接觸的方式，廢物壓實包塊和在其中繼續(xù)生成的氣體沿工藝過程方向穿過加熱通道。于是廢物被粘附、燒結(jié)和結(jié)合在一起，放出水分，在靠近通道出口處形成無塵、成型和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的塊狀團聚體。這些塊狀固態(tài)團聚體通過通道的端口落入高溫氣化器的豎并中，它們是在隨后的高溫反應(yīng)器中形成透氣無塵床體和在反應(yīng)器中進行完全的高溫氣化的先決條件。
根據(jù)本發(fā)明，預(yù)先熱處理過的壓實包塊一旦離開加熱通道即變成不承壓狀態(tài)，與高溫氣化器內(nèi)的團塊相似。高溫反應(yīng)器的特點在于，在其整個容積內(nèi)部保持至少1000℃。這樣，至少在送入的壓實包塊或斷裂成的團塊的表面處，有機組分被突然碳化。這些團塊帶著內(nèi)能一起在高溫氣化器內(nèi)形成松散的透氣床體。
利用在通道內(nèi)的熱處理，基本上防止了系統(tǒng)內(nèi)爆炸性氣體混合物的形成。所有的氣態(tài)和固態(tài)廢物都停留足夠長的時間經(jīng)受高溫處理，以使全部熱活性污染物都完全破壞。因為固體材料團塊的有機組分在進入高溫反應(yīng)器時至少其外部區(qū)域會立即受熱分解，所以避免了材料在柱內(nèi)結(jié)團以及橋連和粘結(jié)在反應(yīng)器壁面上。在床體之上形成了一個含碳床，蒸汽穿過此床體，這些蒸汽是由在加熱通道內(nèi)形成的原材料所夾帶的液體產(chǎn)生的。這有利地保證了水煤氣反應(yīng)的發(fā)生，而無需任何外部生成的蒸汽。透氣床體是同時發(fā)生稱作Boudouard反應(yīng)的先決條件。用氧將碳氣化所產(chǎn)生的二氧化碳，在通過床柱時轉(zhuǎn)化成一氧化碳。
因為高溫反應(yīng)器中即使在流化床之上也至少有1000℃，所有氣體必須以足夠長的停留時間通過硫化床，這就保證了氯化烴化合物(二噁英和呋喃)被破壞和長鏈碳水化合物被裂解。這可靠地防止了凝聚物(例如焦油和油)的形成。
處在至少1000℃下的合成氣混合物在離開高溫反應(yīng)器后直接驟冷到100℃并清除灰塵，從而防止再形成氯化烴。
固體團塊隨反應(yīng)器內(nèi)高溫反應(yīng)而熔化最好是在2000℃左右或更高的溫度下進行。此溫度是由于加入氧使碳氣化而產(chǎn)生的。
在高溫反應(yīng)器固體床之下的熔融區(qū)內(nèi)，無機組分，也就是說，所有的玻璃、金屬和其它無機物，全都熔化。固體材料中含有的一部分重金屬由于在還原氣氛中加入計量的氧而處在元素形式，并且與熔體中的其它組分形成薄層。如果需要，將熔融的液體排放掉并分離出來。
如果在用放熱過程進行高溫處理時大部分熱解焦炭被燒掉或是殘留物中所有可氧化的組分均被氧化，而且無機組分完全液化，那末這發(fā)生在約2000℃或更高的溫度。但是，妝使用未經(jīng)分類的廢物時，排出的熔體具有結(jié)構(gòu)很不均勻的特征。熔點較高的組分，例如碳及某些金屬，仍以固態(tài)聚集體的形式存在并形成包藏物，于是試圖利用殘渣產(chǎn)物是無意義的。
因此，對于本方法，特別優(yōu)越和重要之處是，對通常仍占原始廢物體積1％的熔融態(tài)的殘余產(chǎn)物進行另外的后加工，在加工中用回收的合成氣對其加熱均化處理。熔體保留在約1800℃的氧化氣氛中，直到它變成脫氣的高溫均勻熔體。在該方法的一種變型里，高溫反應(yīng)器中排出的不均勻熔體先在一個容器內(nèi)激烈混合，有時甚至能通過熔體的排放實現(xiàn)徹底的混合。在一種連續(xù)方法中，通過密度分離在凈化處理之中或之后排出足夠體積的熔體，如果需要，甚至可以分級。這種高溫熔體完全消除了不均勻結(jié)構(gòu)，從而使長期洗脫的可能性也被排除。這種高溫熔體的特點是，就整個原始原材料而言，材料完全轉(zhuǎn)化。
最后，本發(fā)明方法的特別優(yōu)越之處在于，高溫熔體產(chǎn)物可以加工成許多種有價值的工業(yè)品或中間產(chǎn)物。由這種熔體出發(fā)，利用它的內(nèi)能可以制造與天然存在的這些產(chǎn)物相似的有價值的工業(yè)產(chǎn)品，而不必停下來冷卻。例如，可以將熔體紡成礦物纖維，另外，利用熔體鑄造法可以制造諸如齒輪等有價值的機械部件。對于其它的有價值的工業(yè)品，可以使用模塑和壓制工藝。利用吹制法可以制成低比重的絕緣體。高溫熔體的粘度可以根據(jù)產(chǎn)品和方法、無論是鑄造、紡絲、模塑或壓制法，作出最佳規(guī)定。
采用上述方法，第一次可以有一種通用的廢物處置方法，這種方法是綜合性的，不再需要分離收集和準備工作，例如粉醉、分類、干燥、壓團，也不需要將所處理的各式各樣材料再循環(huán)。夾帶的液體被用來通過水煤氣反應(yīng)產(chǎn)生能量，氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)廢物都在高溫反應(yīng)器內(nèi)在高于1000℃的最低溫度下保持長時間，使所有的污染物都受熱破壞。通過將氣體驟冷，完全消除了氯化烴的再形成，以液態(tài)形式排出的任何剩余物質(zhì)可以任選地分離出金屬級分，利用它本身的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成有價值的工業(yè)產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.處理各式各樣廢物的方法，其中，將可能含有固態(tài)和/或液態(tài)污染物的未分類與未處理的工業(yè)垃圾、家庭垃圾和或列舉其它垃圾，以及丟棄的工業(yè)品，加熱至高溫進行熱分解或熱轉(zhuǎn)化，將生成的固體殘余物以最高的能量效益轉(zhuǎn)化成高溫熔體，此方法的特征在于，欲處理的產(chǎn)物(破碎或不破碎成大塊)與存在的任何液體組分一起，在不失去其不均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)的情況下分批地壓制成壓實的包塊，將這些壓實包塊送入熱至100℃以上的通道中，同時維持施加于其上的壓力使它們結(jié)合在一起壓實的材料在與通道壁面接觸時保持滑動，以便使它們保持結(jié)合，直到最初存在的液體均被汽化、各處廢物組分的內(nèi)部機械回復(fù)力已經(jīng)松馳和有機組分至少已經(jīng)部分地起粘合劑作用為止將以團塊形式從通道中擠出的成型和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的固體堆集體送入高溫反應(yīng)器中，反應(yīng)器的整個容積都保持至少1000℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過對廢物分批壓實使固體組分靠機械力及其形狀相連結(jié)，將原始的空隙空間減至最小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，以團塊形式從加熱通道中擠出的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的固化堆集體是干燥的并清除了易揮發(fā)組分，將它立即直接送入高溫反應(yīng)爐中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的方法，其特征在于，由高溫反應(yīng)器內(nèi)的固體材料團塊形成并保持一個直到加熱通道高度的透氣的床體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的方法，其特征在于，固體材料床頂?shù)母叨缺３趾愣?，于是在剛剛從加熱通道中排出之后，固體材料團塊的有機組分至少在外部區(qū)域處立即受熱分解。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的方法，其特征在于，固體材料床體中的碳組分由于計量加入的氧而氣化成二氧化碳，以便使二氧化碳在通過含碳的固體材料床時轉(zhuǎn)化成一氧化碳(Boudouard反應(yīng))。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的方法，其特征在于，通過在加熱通道內(nèi)進行熱處理使其中的廢物的液體組分產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽在高壓下從通道中排放出來，貫穿由含碳團塊的熱分解碳化邊緣區(qū)形成的含碳流化床，通過床體的表面(水煤氣反應(yīng))。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的方法，其特征在于，所有的氯化烴化合物(二噁英和呋喃)均在加熱到至少1000℃的流化床之上的區(qū)域被分解，而在有機組分熱分解期間形成的長鏈烴化合物則被裂解，同時防止了凝結(jié)物(例如焦油和油)的生成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的方法，其特征在于，被加熱到至少1000℃的夾帶污染物的合成氣在離開高溫反應(yīng)器之后(排除再合成二噁英和呋喃)立即用水驟冷至100℃以下并使之變得無塵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的方法，其特征在于，在用氧使碳氣化的過程中形成的金屬與無機組分在2000℃以上的溫度下融化并排出，用已知的分離方法在液體狀態(tài)下將其分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的方法，其特征在于，在高溫氣化后殘留下的主要由無機物組成的高溫熔體在氧化氣氛中保持處于液相，直到形成成分與天然存在的產(chǎn)物相似的完全凈化、脫氣和均勻的熔體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11的方法，其特征在于，利用這種均勻的高溫熔體含有的至少大部分能量，對其進行擠壓、壓制、模塑和/或擴張加工，制得有價值的工業(yè)產(chǎn)品。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12的方法，其特點在于，用產(chǎn)生的合成氣來加熱通道和高溫反應(yīng)器，以便凈化熔體和開動依靠燃氣發(fā)動機或渦輪機的制氧廠。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特點在于，在遠離后繼工序的時間和或地點將廢物壓實，其結(jié)果是形成可獨立運輸?shù)?、至少是可暫時儲存的包塊，氣味小，基本無菌，而且具有預(yù)定的形狀和尺寸。
全文摘要
處理廢物的方法，其中，將末分類和未處理的工業(yè)垃圾、家庭垃圾和/或其它垃圾由整件制品或破碎的小塊壓成包塊，將它們封閉在熱至100℃以上的通道中，由通道減壓進入至少保持1000℃的高溫反應(yīng)器中。
文檔編號C10J3/46GK1070356SQ9210344
公開日1993年3月31日 申請日期1992年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月10日
發(fā)明者G·H·基斯 申請人:熱選擇有限公司