專利名稱：廢物碳化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢物碳化方法，該方法采用其它廢物碳化和/或活化固體廢物。
這里，固體廢物包括(1)諸如城市垃圾的廢物或者通過壓縮和成型所述廢物形成的物質(zhì)；(2)拆毀和建筑垃圾中的廢木材；(3)森林撫育間伐產(chǎn)生的廢木材；和(4)食品加工產(chǎn)生的廢物，諸如啤酒的過濾殘?jiān)?。但是，只要廢物中包含碳，任何廢物都可被使用。也可以用不是廢物的材料諸如木屑來代替固體廢物。其它廢物可以或者是上述的固體廢物、或者是低品位或低碳含量的固體或液體廢物。其它廢物可以用經(jīng)常使用的燃料諸如煤來代替。
背景技術(shù)：
當(dāng)有機(jī)物在合適的條件下被加熱時(shí)，有機(jī)物通過熱解轉(zhuǎn)化為富碳物質(zhì)，即，無定形碳。該反應(yīng)稱作碳化作用。根據(jù)常規(guī)碳化作用，大約10％到20％(按濕量)的含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為木炭(在木材的情況下)，盡管該值取決于制造工藝。碳化作用產(chǎn)量較低的原因是因?yàn)榘诤嘉镔|(zhì)中的一部分碳作為碳化作用的熱源被慢慢地燃燒掉了。盡管80％到90％的含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化成被排出的蒸汽和氣體，由于包含在含碳物質(zhì)中的一部分碳作為碳化作用的熱源被燃燒掉了，排出的二氧化碳的量還是相當(dāng)大的。
而且，有一種技術(shù)用于在一個(gè)單一階段由植物型或礦物型材料生產(chǎn)活性炭。按照該方法，當(dāng)植物型或礦物型材料與按體積包含0.5％到5％的氧氣的氣體接觸，在植物材料的情況下在400℃或更高的溫度下進(jìn)行煅燒，而在礦物材料的情況下在500℃或更高的溫度下進(jìn)行煅燒，以制造活性炭但是，這種方法涉及經(jīng)濟(jì)上的問題，因?yàn)闅怏w中氧氣的含量是通過將氮?dú)狻鍤饣蚝饧拥矫夯蚴偷娜紵龔U氣中來調(diào)節(jié)的，貴重物質(zhì)被用作原料。具體地，燃燒廢氣中的氧氣濃度是如此的高以致于需要昂貴的惰性氣體將氧氣濃度調(diào)節(jié)到活化作用的最佳值1％到2％。
另一方面，根據(jù)1991年的統(tǒng)計(jì)，在日本廢木材的年產(chǎn)量大約為三千六百萬立方米，它們中的90％沒有被重新利用，而是通過焚燒和回收進(jìn)行處理。這些廢木材主要是由于拆毀房屋和建筑房屋產(chǎn)生的，這類廢木材占所有廢木材的大約74％。尤其是，拆毀房屋產(chǎn)生的廢木材已經(jīng)經(jīng)過防腐處理，諸如CCA(鉻-銅-砷)處理。廢木材的焚燒和回收導(dǎo)致?lián)囊鹑缦颅h(huán)境問題As(砷)混合到焚燒廢氣中；高含量的Cr(鉻)或Cu(銅)包含在焚燒灰中；以及砷、鉻或銅從垃圾填埋地點(diǎn)洗提出來。
目前，以下方法被考慮作為已經(jīng)經(jīng)過防腐處理的這類廢木材的處理或處置方法(1)一種方法是在一個(gè)完全裝備廢氣凈化系統(tǒng)的爐子中進(jìn)行焚燒，焚燒灰和飛塵被穩(wěn)定，然后被拋棄在垃圾填埋地點(diǎn)；(2)一種方法是木材被破碎，然后被拋棄在垃圾填埋地點(diǎn)；和(3)一種方法是采用溶劑萃取除去重金屬。
但是，這些方法具有以下問題。在方法(1)中，需要一個(gè)裝備有用于回收重金屬的廢氣凈化系統(tǒng)的專用焚燒爐以及一個(gè)用于使焚燒灰和飛塵穩(wěn)定的穩(wěn)定系統(tǒng)，這因而增大了處理費(fèi)用。在方法(2)中，需要防止由于木材的腐爛分解導(dǎo)致砷、鉻和銅洗提到瀝出液中，在回收之后利用土地的問題仍然沒有解決。在方法(3)中，還有許多未知的技術(shù)問題，難于從木材中完全地回收重金屬。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的如下(1)為了抑制利用包含在含碳物質(zhì)中的碳作為碳化作用的熱源，以增大碳化作用產(chǎn)量，從而減少所產(chǎn)生的二氧化碳的量，即，在碳化作用過程中使包含在含碳物質(zhì)中的碳的燃燒最少；(2)不用諸如氮?dú)?、氬氣或氦氣的貴重原料就可調(diào)節(jié)周圍氣體中氧氣濃度；以及(3)由包含有害物質(zhì)的廢木材生產(chǎn)活性炭，并使所產(chǎn)生的氣體完全無害。
將詳細(xì)描述目的(3)。已經(jīng)嘗試?yán)糜赡静纳a(chǎn)的木炭的多孔性和利用木炭例如作為吸附劑、濕度控制物質(zhì)、除臭劑和水凈化劑。而且，在鋼鐵工業(yè)中，應(yīng)當(dāng)提倡有效利用廢品。廢品包含有機(jī)物，諸如塑料、油漆或油，擔(dān)心在溶解過程中產(chǎn)生諸如二惡英的有害物質(zhì)。在再熔化焚燒爐的情況下，盡管利用諸如活性炭的具有大吸附能力的物質(zhì)可以有效地去除在再熔化焚燒爐中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，但使用活性炭導(dǎo)致費(fèi)用增大。因此，用廢木材生產(chǎn)價(jià)格便宜但有高吸附性的木炭以利用所獲得的木炭作為鋼生產(chǎn)過程中和再熔化焚燒過程中的吸附劑可以促進(jìn)有效利用廢木材以及減小總的環(huán)境載荷。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的目的之一是生產(chǎn)具有良好吸附能力的木炭。迄今為止，對工業(yè)化地生產(chǎn)木炭的技術(shù)和生產(chǎn)具有良好吸附能力的木炭的條件的研究是不充分的。因此，本發(fā)明的目的之一是上述的目的(3)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用固體廢物生產(chǎn)木炭和/或活性炭的方法，其特征在于，固體廢物間接或直接地暴露在其它廢物和/或燃料的熱解氣化或燃燒所產(chǎn)生的氣體中。
這里，碳化作用意味著作為含碳有機(jī)物的固體廢物被加熱和干餾以形成富碳固體。活化作用是指在有蒸汽的情況下通過加熱進(jìn)行碳化作用過程中通過使揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)產(chǎn)生的大孔周圍形成微孔(細(xì)小孔)。通常，活性炭是通過碳化作用和活化作用兩個(gè)過程來生產(chǎn)的。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，碳化作用和活化作用在一個(gè)過程中同時(shí)進(jìn)行，即，通過在一個(gè)單一爐子中的一系列步驟。
根據(jù)本發(fā)明，下面是可能的(1)抑制包含在含碳物質(zhì)中的碳作為碳化作用的熱源燃燒，以增大碳化作用產(chǎn)量，從而抑制所產(chǎn)生的二氧化碳的量；(2)不用諸如氮?dú)?、氬氣或氦氣的貴重原料就可調(diào)節(jié)氣體中氧氣濃度；以及(3)用諸如包含有害物質(zhì)的廢木材的固體廢物生產(chǎn)活性炭，并使所產(chǎn)生的氣體完全無害。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種碳化和/或活化固體廢物的方法，其特征在于，一個(gè)裝有固體廢物的殼體暴露在其它廢物熱解氣化所產(chǎn)生的氣體中。
根據(jù)本發(fā)明，裝在殼體中的固體廢物通過間接加熱被干餾并因而轉(zhuǎn)化成氣體和木炭。所產(chǎn)生的氣體的一部分被冷卻和冷凝以獲得焦木酸，其余氣體在一個(gè)后續(xù)階段返回到氣化爐或排渣式燃燒爐。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種用固體廢物生產(chǎn)木炭和/或活性炭的方法，其特征在于，固體廢物直接地暴露在其它廢物和/或燃料的熱解氣化所產(chǎn)生的氣體中，或者通過所產(chǎn)生的氣體干餾。
附圖簡述

圖1是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置的一個(gè)實(shí)施例；
圖2是用于圖1的裝置中的流化床氣化爐的詳細(xì)橫剖視圖；圖3是一個(gè)示意圖，顯示了將本發(fā)明應(yīng)用到一個(gè)流化床氣化和排渣式燃燒系統(tǒng)；圖4是用于圖3的裝置中的流化床氣化爐和排渣式燃燒爐的詳細(xì)垂直剖視立體圖；圖5是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置的另一個(gè)實(shí)施例；圖6是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置的又一個(gè)實(shí)施例；圖7是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置的又另一個(gè)實(shí)施例；圖8是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置的又另一個(gè)實(shí)施例；以及圖9是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置的再另一個(gè)實(shí)施例。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式以下將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的具體實(shí)施例進(jìn)行描述。但是，應(yīng)注意的是，以下實(shí)施例是示例性的，不構(gòu)成對本發(fā)明的技術(shù)范圍的限制。在圖1至9中，相同或?qū)?yīng)的部件或構(gòu)件具有相同的標(biāo)號，以避免對這些部件或構(gòu)件的重復(fù)說明。
圖1是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的一個(gè)裝置。在圖1中，標(biāo)號1表示流化床氣化爐。廢物A通過定量給料器2供給到流化床氣化爐1。在流化床氣化爐1內(nèi)設(shè)置有一個(gè)凈空間(freeborad)3、一個(gè)流化床5、一個(gè)空氣分配板6和一個(gè)空氣室7。一個(gè)分選器8和一個(gè)斗式輸送機(jī)9緊鄰流化床氣化爐1設(shè)置。諸如煤的燃料可以用來代替廢物A。
一個(gè)用于供給固體廢物B的給料器4設(shè)置在流化床氣化爐1的凈空間3中。給料器4具有一個(gè)殼體4a，多個(gè)孔口4b形成在殼體4a位于凈空間3內(nèi)的部分上。廢物A在流化床氣化爐1中被氣化，所產(chǎn)生的熱解氣體的一部分通過這些孔口4b，并與由給料器4所承載的固體廢物B接觸。因此，固體廢物B被加熱。結(jié)果，固體廢物B直接地暴露在給料器4內(nèi)的熱解氣體中，在給料器4內(nèi)的固體廢物B變成碳化物質(zhì)和/或活性炭B′。所產(chǎn)生的碳化物質(zhì)和/或活性炭B′從給料器4的出口排出。當(dāng)固體廢物B是城市垃圾時(shí)，其中木材成分的量較小，形成碳化物質(zhì)(通常是焦炭)。另一方面，當(dāng)固體廢物B是木質(zhì)的時(shí)，形成活性炭。當(dāng)固體廢物B包含有城市垃圾和木質(zhì)物質(zhì)時(shí)，它們分別變成碳化物質(zhì)和活性炭。
替代地，在流化床氣化爐1中所產(chǎn)生的所有量的熱解氣體可以與設(shè)置在凈空間3的水平橫截面的大體整個(gè)區(qū)域上的殼體接觸，所有量的氣體可以通過殼體上的孔口。而且，一個(gè)溝槽狀的多孔板可以用來代替殼體，一個(gè)螺桿可以設(shè)置在多孔板之上。此外，可以安裝一個(gè)用于減小凈空間區(qū)域的隔板，上述殼體或多孔板可以設(shè)置在由隔板和凈空間形成的一個(gè)開口中。通過這種結(jié)構(gòu)，在氣化中所產(chǎn)生的所有量的熱解氣體可以確定地通過殼體的孔口。
如果需要，廢物A可以被預(yù)處理，諸如破碎、分選和脫水，然后通過螺旋式定量給料器2以恒速供給到流化床氣化爐1。一次空氣b供給到氣化爐1中的空氣室7，然后從空氣分配板6向上送以使分配板上的砂子流化。用作流化介質(zhì)的砂子是顆粒直徑為0.5到1.0mm的石英砂。從一個(gè)在流化床之上的位置供給的廢物A落入流化床中，并與溫度保持在450C到650℃，優(yōu)選地保持在500℃到600℃的流化床中的一次空氣b接觸，從而使廢物A被迅速地?zé)峤夂蜌饣?br> 為了防止不燃物在流化床內(nèi)聚集，不燃物和砂子的混合物d連續(xù)地或間歇地從氣化爐1的底部排出。具有較大尺寸的不燃物e通過包括轉(zhuǎn)筒篩等的分選器8被分選和去除。不燃物包括金屬，諸如鐵、銅和鋁。由于爐的內(nèi)部處于還原氛圍，金屬可以以這樣一種狀態(tài)被回收，附著的可燃物被從中去除，金屬是非氧化的、通過砂子磨光的和純凈的。這對于回收有價(jià)值的金屬的十分有用的。通過從中去除不燃物e獲得的砂子f通過斗式輸送機(jī)9向上輸送，再次返回到氣化爐1中。
引入氣化爐1中的廢物A通過熱解氣化反應(yīng)迅速地變成氣體、焦油和焦炭。作為碳化物質(zhì)的焦炭分散在流化床中，同時(shí)與砂子一起被流化，木炭通過氧化反應(yīng)或流化床的攪拌作用被研磨成粉。細(xì)粉狀焦炭被攜帶到流化床之上。二次空氣c在一個(gè)緊鄰流化床上方的位置吹到氣化爐內(nèi)以引起二次燃燒。在碳化裝置(給料器4)周圍的一個(gè)位置處的溫度和氧氣濃度通過二次空氣c的量來控制。三次空氣h在給料器4之上的一個(gè)位置吹到氣化爐中，以完全燃燒在流化床5中所產(chǎn)生的氣體等。在固體廢物B轉(zhuǎn)化成碳化物質(zhì)或活性炭的過程中產(chǎn)生的熱解氣體通過給料器4的殼體4a的孔口4b排到流化床氣化爐1內(nèi)的凈空間3中。然后，從固體廢物B產(chǎn)生的熱解氣體與廢物A氣化產(chǎn)生的熱解氣體一起在凈空間3中被完全燃燒。凈空間3的溫度保持在600到950℃，從而避免形成渣塊。
如圖1所示和以上所述，固體廢物B的給料器4設(shè)置在流化床氣化爐1內(nèi)的凈空間3中。許多孔口4b形成在安裝于凈空間3內(nèi)的給料器4的殼體4a上。殼體4a是圓柱形的，殼體4a的內(nèi)部直徑設(shè)定為150到1000mm。廢物A在流化床氣化爐1中被處理，所產(chǎn)生的熱解氣體的一部分通過孔口4b流入殼體4a，該部分熱解氣體的氧氣濃度為0.1％到3％，優(yōu)選地為0.1％到0.5％，溫度為600到900℃。因此，由給料器4所承載的固體廢物B被加熱和干餾。熱解氣體中的氧氣濃度由作為流化氣體所供給的一次空氣b的量和供給到緊鄰流化床5上方位置的二次空氣c的量來控制。固體廢物B通過破碎等而具有50到200mm的尺寸。固體廢物B暴露在給料器4內(nèi)的熱解氣體中大約20到60分鐘導(dǎo)致給料器4內(nèi)的固體廢物B轉(zhuǎn)化成碳化物質(zhì)和/或活性炭B′。
圖2是一個(gè)橫剖視圖，詳細(xì)地示出用于圖1的裝置中的流化床氣化爐1的結(jié)構(gòu)。
一個(gè)圓錐形的分配板6設(shè)置在流化床氣化爐1的爐底。通過分配板6供給的流化氣體包括中心流化氣體207和周邊流化氣體208，中心流化氣體207作為上升流從爐底的中心部分204供給到爐子內(nèi)部，周邊流化氣體208作為上升流從爐底的周邊部分203供給到爐子內(nèi)部。
中心流化氣體207包括三種氣體中的一種蒸汽、蒸汽和空氣的混合物、以及空氣。周邊流化氣體208包括三種氣體中的一種氧氣、氧氣和空氣的混合物、以及空氣。替代地，周邊流化氣體208包括三種氣體中的一種蒸汽、蒸汽和空氣的混合物、以及空氣。理想的是，中心流化氣體的氧氣濃度低于周邊流化氣體的氧氣濃度。在所有流化氣體中的氧氣總量設(shè)定為等于或大于廢物A燃燒所需氧氣理論量的10％并且等于或小于廢物A燃燒所需氧氣理論量的50％。
中心流化氣體207的質(zhì)量速度設(shè)定為小于周邊流化氣體208的質(zhì)量速度。在爐子的上部周邊區(qū)域中的流化氣體上升流通過偏轉(zhuǎn)板206被偏向爐子中心區(qū)域。因此，流化介質(zhì)(通常是石英砂)在其中下行和擴(kuò)散的流化床209形成在爐子中心區(qū)域，流化介質(zhì)在其中活躍地被流化的流化床210形成在爐子周邊區(qū)域。如箭頭118所示，流化介質(zhì)在爐子周邊區(qū)域中的流化床210內(nèi)上升、通過偏轉(zhuǎn)板206被偏向流化床209的上部分、并在流化床209中下行。然后，如箭頭112所示，流化介質(zhì)沿著分配板6移動并且移動到流化床210的下部。按照這種方式，流化介質(zhì)如箭頭118和112所示地循環(huán)通過流化床210和流化床209。
當(dāng)通過定量給料器2供給到流化床209上部的廢物A與流化介質(zhì)一起在流化床209中下行時(shí)，揮發(fā)性物質(zhì)主要通過保持在流化介質(zhì)中的熱量被氣化。由于在流化床209中沒有或有少量的氧氣，由氣化產(chǎn)生的熱解氣體沒有燃燒，而是如箭頭116所示地通過流化床209。結(jié)果，流化床209形成一個(gè)氣化區(qū)G。移動到凈空間102中的所產(chǎn)生氣體如箭頭120所示地上升，并且通過殼體4a的孔口4b。因此，固體廢物B被加熱而轉(zhuǎn)化成碳化物質(zhì)和/或活性炭。在固體廢物B碳化或活化過程中產(chǎn)生的氣體等連同上述的所產(chǎn)生氣體一起通過凈空間3，并作為所產(chǎn)生的氣體g從氣體出口108排出。在圖1所示實(shí)施例中，三次氣體h被吹入凈空間3中以完全燃燒所產(chǎn)生的氣體。另一方面，在圖2所示實(shí)施例中，三次氣體沒有被吹入凈空間3中，因此，所產(chǎn)生的氣體g從氣體出口108排出。從氣體出口108排出的所產(chǎn)生的氣體g在一個(gè)后續(xù)的燃燒爐(未示出)中完全燃燒。
沒有被氣化、作為主要組分的焦炭(固定碳)114如箭頭112所示地與流化介質(zhì)一起從流化床209的下部移動到在爐子周邊區(qū)域中的流化床210的下部，并且部分地被具有相對大的氧氣濃度的周邊流化氣體208所氧化。按照這種方式，流化床210形成一個(gè)氧化區(qū)S。另外，可燃物的主要組分是焦炭。在流化床210中，流化介質(zhì)被在流化床中的燃燒熱量加熱。被加熱的流化介質(zhì)通過偏轉(zhuǎn)板206如箭頭118所示地被翻轉(zhuǎn)并輸送到流化床209，再次作為氣化熱源。按照這種方式，流化床209溫度保持在450到650℃，優(yōu)選地是500到600℃，不完全燃燒反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。用于排出不燃物124的環(huán)形不燃物排出口205形成在流化床氣化爐1的爐底的周邊部分上。
在示于圖2的流化床氣化爐1中，氣化區(qū)G和氧化區(qū)S形成在流化床中。由于流化介質(zhì)在兩個(gè)區(qū)中用作熱傳遞介質(zhì)，在氣化區(qū)G中產(chǎn)生具有高熱值的可燃?xì)怏w，而難于被氣化的焦炭114在氧化區(qū)S中被有效地燃燒。結(jié)果，可以提高供給到流化床氣化爐1中的廢物的氣化效率，并且可產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的可燃?xì)怏w(熱解氣體)。
通過給料器4使固體廢物B暴露在流化床氣化爐1中產(chǎn)生的熱解氣體中，固體廢物B在流化床氣化爐1的凈空間3中的停留時(shí)間可以通過根據(jù)固體廢物的組成、尺寸、含水量等來改變固體廢物B的運(yùn)送速度來合適地控制。停留時(shí)間如下(1)在是具有相對低的含水量的壓縮和成型城市垃圾的情況下，大約是20到40分鐘；(2)在是拆毀建筑廢物中的廢木材的情況下，大約是30到40分鐘；以及(3)在是由森林撫育間伐產(chǎn)生并具有相對高的含水量的廢物以及通常固體廢物的情況下，大約是30到60分鐘。按照這種方式，停留時(shí)間主要受固體廢物B中的含水量影響。
在固體廢物B轉(zhuǎn)化成碳化物質(zhì)或活性炭的過程中所產(chǎn)生的熱解氣體可以通過給料器的殼體4a的孔口4b排到流化床氣化爐1的凈空間3中。隨后，這種熱解氣體與在流化床氣化爐1中處理廢物A所產(chǎn)生的熱解氣體一起從流化床氣化爐1中排出，并可在后續(xù)階段中在熱解氣體利用裝置，例如排渣式燃燒裝置中使用?？卓?b布置成使得孔直徑是3到20mm，孔面積比率是5到30％，優(yōu)選地是10％到20％。殼體4a的孔口4b用作由固體廢物A產(chǎn)生的熱解氣體從其通過的通道，以及也用作固體廢物B碳化過程中產(chǎn)生的蒸汽和氣體被排出的排出口。
試驗(yàn)結(jié)果的示例顯示在表1中，BET比表面積的測量結(jié)果的示例顯示在表2中。
表1試驗(yàn)示例條件1)固體廢物A；城市垃圾(從F市收集的)2)固體廢物A的供給速度890到1020kg/h3)凈空間溫度781到924℃4)二次氣體流速174到203m3/h(NTP)

碳化率＝(處理后(g)/處理前(g))×100(％)表2活化性能示例

在現(xiàn)有碳化方法中，由于包含在將要碳化的材料中的一部分碳作為碳化作用的熱源被燃燒掉，碳化率在大約10％到20％的范圍內(nèi)。相反，根據(jù)本發(fā)明，其它廢物可用作碳化作用的熱源，因此，如圖1所示，碳化率可以提高到21％或更高。
在表2中，活化性能表示為用根據(jù)本發(fā)明的廢物活化過程中產(chǎn)生的每克活性炭的表面積(m2)的BET比表面積。如表2所示，根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的大部分活性炭具有不小于500m2/g的比表面積，這顯示了令人滿意的吸附性能。由RDF產(chǎn)生的木炭具有小的比表面積。因此，對使用木炭作為活性炭具有限制。但是，在這種木炭被制成固體燃料例如木炭球的情況下，由于不包含氯，這種固體燃料的燃燒不產(chǎn)生二惡英。而且，由于焦炭不包含氯，焦炭可優(yōu)選地用作標(biāo)準(zhǔn)水泥(卜特蘭水泥)的原料。根據(jù)本發(fā)明，在廢物被碳化并且隨后被成型的情況下，該產(chǎn)品作為新的RDF可具有許多用途并且可以同時(shí)被有效地利用。
圖3顯示了本發(fā)明應(yīng)用到一個(gè)流化床氣化和排渣式燃燒系統(tǒng)。
在圖3所示實(shí)施例中，一個(gè)排渣式燃燒爐10設(shè)置在圖1所示流化床氣化爐1的后續(xù)階段。而且在圖3所示實(shí)施例中，廢物A在流化床氣化爐1中處理，所產(chǎn)生的一部分熱解氣體通過給料器4的殼體4a的孔口4b以加熱固體廢物B，從而使固體廢物B轉(zhuǎn)化成碳化物質(zhì)和/或活性炭B′。流化床氣化爐1的結(jié)構(gòu)與圖1所示實(shí)施例相同。固體廢物B的碳化過程與圖1所示實(shí)施例中的相同。
但是，在圖3所示實(shí)施例中，由于三次空氣沒有供給到流化床氣化爐1中，所產(chǎn)生的氣體沒有被完全燃燒。更具體地，在流化床氣化爐1內(nèi)的廢物A氣化過程中所產(chǎn)生的熱解氣體和在固體廢物B的碳化過程中所產(chǎn)生的熱解氣體以及焦油和木炭從氣化爐1中排出，供給到排渣式燃燒爐10內(nèi)的一次燃燒室11，并在一回旋流中與預(yù)熱的三次空氣h混合。該混合物在溫度為1200℃或更高，優(yōu)選地在1300℃或更高，更優(yōu)選地在1200到1500℃，還更優(yōu)選地在1300到1400℃快速地燃燒。燃燒在二次燃燒室12中基本上是完全的，所產(chǎn)生的燃燒廢氣1從爐渣分離部13的上部排出。該高溫燃燒將包含在焦炭中的灰分轉(zhuǎn)化成爐渣霧。通過回旋流的離心力捕集在一次燃燒室11的爐壁上的爐渣j由于其重力在爐壁上向下流動并進(jìn)入二次燃燒室12。爐渣接著從二次燃燒室12向下流動進(jìn)入爐渣分離部13并且從爐渣分離部13的下部向下流動進(jìn)入水淬槽14。應(yīng)注意的是，排渣式燃燒爐的結(jié)構(gòu)并不局限于圖3所示結(jié)構(gòu)。
水淬槽14具有這樣一種結(jié)構(gòu)使得水在一個(gè)滑板上流動。為了加倍小心，槽14設(shè)置成即使?fàn)t渣塊落下，也不會發(fā)生蒸汽噴發(fā)。已經(jīng)向下流動到水淬槽14上的爐渣j與在槽上有力地流動的循環(huán)水i接觸。結(jié)果，爐渣j被快速地冷卻從而變成小豆?fàn)畹乃銧t渣，水淬爐渣接著進(jìn)入爐渣輸送機(jī)15。隨后，水淬爐渣通過爐渣輸送機(jī)15輸送到外部。由爐渣輸送機(jī)15輸送出來的水淬爐渣j在被輸送時(shí)被破碎成幾毫米的小顆粒。
在排渣式燃燒爐10內(nèi)的高溫燃燒的目的也是為了分解二惡英和二惡英衍生物，一次燃燒室11和二次燃燒室12的總體積設(shè)計(jì)成使得氣體停留時(shí)間為0.5秒或更長，優(yōu)選地為1.5到2.0秒。從排渣式燃燒爐10排出的燃燒廢氣1通過一系列熱回收裝置，諸如廢熱鍋爐、廢氣預(yù)熱器和空氣預(yù)熱器，以及除塵裝置，然后排到大氣中。在排渣式燃燒爐10的一次燃燒室和二次燃燒室的每一個(gè)中設(shè)置有起動用油燃燒器。在固體廢物B是已經(jīng)進(jìn)行防腐處理的廢木材等的情況下，理想的是使用圖3所示氣化和排渣式燃燒系統(tǒng)。大約90％的灰分作為無害爐渣回收，其余10％的飛塵(由除塵裝置收集)受到穩(wěn)定化處理。
圖4是用于圖3的裝置中的流化床氣化爐1和排渣式燃燒爐10的詳細(xì)垂直剖視立體圖。
如圖4所示，流化床氣化爐1具有與圖2所示流化床氣化爐相同的結(jié)構(gòu)，因此，對其描述省略。顯示在圖4中的給料器是一個(gè)單螺桿給料器?？商娲氖?，可以使用一個(gè)多螺桿給料器。即，多螺桿給料器可以是這樣一種結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)殼體的多個(gè)單螺桿給料器的并排排列，或者具有單一殼體的多個(gè)螺桿給料器的并排排列。流化床氣化爐1的氣體出口108連接到排渣式燃燒爐10的氣體入口142。排渣式燃燒爐10包括一個(gè)具有大體上為垂直軸線的圓柱形一次燃燒室11和一個(gè)沿著水平方向傾斜的二次燃燒室12。在流化床氣化爐1中產(chǎn)生的燃燒氣體g和細(xì)顆粒通過氣體入口142供給到一次燃燒室11內(nèi)，以便繞著一次燃燒室11的軸線打旋。
一次燃燒室11具有安裝在其頂部上的起動用燃燒器132和用于供給燃燒空氣以便繞著一次燃燒室11的軸線打旋的多個(gè)空氣噴嘴134。二次燃燒室12具有鄰近一次燃燒室和二次燃燒室之間的接合處設(shè)置的一個(gè)輔助燃燒器136和用于供給燃燒空氣的空氣噴嘴134。爐渣分離部13具有與二次燃燒室12連通的下端部，并具有設(shè)置在二次燃燒室12下端部用于從其排出熔渣的排出口152和設(shè)置在排出口152上方的排氣口154。一個(gè)輻射板162設(shè)置在爐渣分離部13內(nèi)，以減少經(jīng)由輻射通過排氣口154發(fā)出的熱量。此外，輻射板162可以省略。
圖5是一個(gè)示意圖，顯示了用于在一個(gè)流化床氣化和排渣式燃燒系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，給料器4的結(jié)構(gòu)不同于圖1所示給料器4的結(jié)構(gòu)。具體地，給料器4的殼體4a沒有孔口或者僅有少量的孔口。在沒有孔口的情況下，在流化床氣化爐1內(nèi)的廢物A的氣化過程中所產(chǎn)生的熱解氣體與給料器4的殼體4a的外表面接觸。結(jié)果，在殼體4a內(nèi)的固體廢物B通過由殼體4a傳遞的熱量被干餾、碳化并且轉(zhuǎn)化成氣體和木炭。由碳化所產(chǎn)生的氣體排到殼體4a的外部，并且通過冷卻部20中的冷卻介質(zhì)m被間接地冷卻，從而一部分氣體被冷凝。從氣體冷凝產(chǎn)生的冷凝物中回收焦木酸等。包含有害組分的其余氣體在回收焦木酸之后被返回到凈空間3中，并且被完全燃燒以變成無害的。可替代地，所產(chǎn)生的氣體不經(jīng)過冷卻地返回到凈空間3中。而且，如圖5中的虛線箭頭所示，包含有害組分的氣體在回收焦木酸之后可以供給到后續(xù)階段中的燃燒爐(圖3所示后續(xù)階段中的排渣式燃燒爐10)，氣體在這里可以與氣化爐1所排出的氣體匯合并且被燃燒。
如上所述，在殼體4a上沒有孔口的情況下，不能獲得產(chǎn)生活性炭的活化作用條件，結(jié)果導(dǎo)致小的BET比表面積。但是，在這種情況下，可以獲得木炭(干餾木炭)。如果需要活性炭，應(yīng)當(dāng)給予活化作用條件。因此，需要設(shè)置小的孔口，以便在廢物A氣化過程中所產(chǎn)生的氣體的一部分可以進(jìn)入殼體4a。在將要促進(jìn)活化作用的情況下，殼體4a的孔口數(shù)量可以增加。但是，在這種情況下，需要提供通風(fēng)裝置，諸如風(fēng)扇，以便將氣體排到外部。在該實(shí)施例中，在其它廢物熱解氣化過程中所產(chǎn)生的熱解氣體用作碳化作用的熱源?？商娲?，可以使用在其它廢物燃燒過程中所產(chǎn)生的高溫燃燒氣體。
而且，如圖6所示，圖5所示的給料器4也可以包含在圖3所示裝置中。具體地，在圖6所示實(shí)施例中，固體廢物B被供給到上部殼體4a，并隨后通過活門30轉(zhuǎn)移到下部殼體4a，碳化物質(zhì)和/或活性炭B′從下部殼體的出口排出。其它功能與圖5所示實(shí)施例相同。如圖1、3、5和6所示，一個(gè)調(diào)節(jié)板分別設(shè)置在給料器4的入口側(cè)和出口側(cè)。而且，如圖5和6所示，一個(gè)閥門設(shè)置在冷卻部20下游側(cè)的焦木酸排出口上?？商娲?，所產(chǎn)生的氣體可以不經(jīng)過冷卻地返回到凈空間3中。而且，所產(chǎn)生的氣體可以供給到后續(xù)階段中的燃燒爐(未示出)，所供給的氣體與從氣化爐排出的氣體一起可在燃燒爐中燃燒。
圖7是一個(gè)示意圖，顯示了用于在一個(gè)流化床氣化和排渣式燃燒系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的廢物碳化方法的裝置的又另一個(gè)實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，給料器4的結(jié)構(gòu)不同于圖6所示給料器4的結(jié)構(gòu)。具體地，給料器4的殼體4a是可旋轉(zhuǎn)的。給料器4具有旋轉(zhuǎn)滾筒式結(jié)構(gòu)，其中，高度為30到100mm的翼片成螺旋形地安裝在殼體4a內(nèi)，用于沿著軸向方向輸送內(nèi)含物。殼體4a設(shè)置在爐子的上部和下部。即，殼體4a(上部殼體)沒有孔口4b，殼體4a(下部殼體)如圖所示具有孔口4b。每個(gè)殼體設(shè)計(jì)成可以通過電機(jī)(未示出)繞著其軸線旋轉(zhuǎn)。不用說，在殼體4a和流化床氣化爐1之間的邊界處設(shè)置有氣體密封裝置。而且，用于將要碳化的材料輸送到殼體4a的輸送裝置22設(shè)置在每個(gè)殼體4a的入口。固體廢物B被供給到上部殼體4a，隨后通過活門30被轉(zhuǎn)移到下部殼體4a，碳化物質(zhì)和/或活性炭B′從下部殼體的出口排出?？商娲?，殼體4a可以不分成上下殼體，并且可以具有如圖1所示的單一殼體的結(jié)構(gòu)。這種情況下，殼體在其前半部分沒有孔口并進(jìn)行固體廢物B的干餾，而在其后半部分具有孔口并進(jìn)行活化作用。按照這種方法，由于在干餾和活化過程中所產(chǎn)生的氣體被排入凈空間中，不能回收焦木酸。
圖8是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的碳化方法的裝置的又另一個(gè)實(shí)施例。
固體廢物B通過破碎機(jī)24破碎成尺寸為1到50mm，優(yōu)選地為3到20mm。在捏合機(jī)25中，破碎的廢物與粘合劑n被捏合在一起，并通過設(shè)置在捏合機(jī)25的排出部分上的模26被擠壓形成壓縮成型廢物C。廢物A被供給到燃燒器27，并通過一次空氣b和二次空氣c被燃燒。設(shè)置在燃燒器27內(nèi)的加熱室28中的給料器4包括沒有孔口4b的殼體4a，壓縮成型廢物C在加熱室28內(nèi)被干餾，從而形成碳化物質(zhì)。另一方面，在干餾過程中所產(chǎn)生的干餾氣體k被返回到燃燒器27中并用作燃料。供給用于起動和輔助目的的輔助燃料q的裝置設(shè)置在燃燒器27中。殼體4a可以具有上述的旋轉(zhuǎn)滾筒式結(jié)構(gòu)，在殼體4a內(nèi)的螺桿給料器可以省略。而且，孔口4b可以設(shè)置在殼體4a上。
圖9是一個(gè)示意圖，顯示了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的碳化方法的裝置的再另一個(gè)實(shí)施例。
固體廢物B在設(shè)置在燃燒器27內(nèi)的上部給料器4的殼體4a內(nèi)被碳化，并且接著由破碎機(jī)29破碎成尺寸為1到50mm，優(yōu)選地為3到20mm。此后，破碎的廢物在捏合機(jī)31中與粘合劑n捏合在一起，接著通過設(shè)置在捏合機(jī)31出口處的模32被壓縮和成型以形成壓縮成型廢物C。此后，壓縮成型廢物C在下部給料器4的殼體4a內(nèi)被加熱，并作為粒狀木炭B′從殼體4a排出。在這種連接中，殼體4a可以具有如圖7所示的上述旋轉(zhuǎn)滾筒式結(jié)構(gòu)，在殼體4a內(nèi)的螺桿可以省略。而且，孔口4b可以設(shè)置在殼體4a上。在這種情況下，殼體4a的數(shù)量在上部和下部可以分別是多個(gè)。
而且，例如，在圖2所示實(shí)施例中，碳化作用后的氣體包含大量的氫氣和一氧化碳，因此，在熱解氣化爐1中所產(chǎn)生的氣體可以被處理和被轉(zhuǎn)換以便獲得燃料電池用的燃料氣體。
在附圖所示實(shí)施例中，盡管殼體4a的數(shù)量為1或2，具有孔口4b的殼體4a的數(shù)量和不具有孔口4b的殼體4a的數(shù)量可以分別是多個(gè)。
圖1至6所示殼體4a可以是圖7所示旋轉(zhuǎn)滾筒式的。
根據(jù)本發(fā)明，廢物暴露于其氧氣濃度大約為0.1％到3％，優(yōu)選地為0.1％到0.5％且溫度為600到950℃的熱解氣體的時(shí)間如下(1)在是城市垃圾的壓縮成型產(chǎn)品等的情況下，大約是20到40分鐘；(2)在是拆毀和建筑廢物中的廢木材的情況下，大約是30到40分鐘；以及(3)在是由森林撫育間伐產(chǎn)生的廢物以及通常固體廢物的情況下，大約是30到60分鐘。因此，固體廢物可以在30到60分鐘的相對短時(shí)間內(nèi)被碳化。而且，在城市垃圾等被轉(zhuǎn)化為RDF并隨后被碳化時(shí)，大量能量被消耗，用于將廢物轉(zhuǎn)化為RDF。但是，如果城市垃圾無須太多勞動力和多個(gè)過程就被碳化，這種碳化方法更經(jīng)濟(jì)。在這種情況下，作為碳化物質(zhì)的焦炭可以容易地與不燃物分開。
從上述描述可以看出，本發(fā)明可以提供如下優(yōu)點(diǎn)(1)可以抑制利用包含在含碳物質(zhì)中的碳作為碳化作用的熱源，以增大碳化作用產(chǎn)量，從而抑制所產(chǎn)生的二氧化碳的量。即，在碳化作用過程中使包含在含碳物質(zhì)中的碳的燃燒最少。
(2)不用諸如氮?dú)?、氬氣或氦氣的貴重原料就可調(diào)節(jié)氣體中氧氣濃度；以及(3)可以由包含有害物質(zhì)的廢木材生產(chǎn)活性炭，并且所產(chǎn)生的灰分和氣體是無害的。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，通過廢物的碳化和/或活化可以生產(chǎn)木炭和/或活性炭，因此，本發(fā)明可用于將廢物轉(zhuǎn)化為資源。
權(quán)利要求
1.一種用固體廢物生產(chǎn)木炭和/或活性炭的方法，其特征在于，所述固體廢物直接地暴露在其它廢物熱解氣化所產(chǎn)生的氣體中。
2.一種碳化和/或活化固體廢物的方法，其特征在于，所述固體廢物直接地暴露在其它廢物熱解氣化所產(chǎn)生的氣體中。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，所述熱解氣體包括在一個(gè)流化床氣化爐中所產(chǎn)生的氣體。
4.如權(quán)利要求1至3任一所述方法，其特征在于，二次空氣被供給到所述氣化爐的上部，以控制碳化和活化的氣氛。
5.如權(quán)利要求3或4所述方法，其特征在于，通過在500到600℃調(diào)節(jié)所述流化床氣化爐中的流化床的溫度、在600到950℃調(diào)節(jié)所述流化床氣化爐中的凈空間的溫度以及調(diào)節(jié)二次空氣的供給量，將氣氛中的氧氣濃度控制在0.1％到3％的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求3至5任一所述方法，其特征在于，將要被碳化和/或活化的所述固體廢物暴露在所述氣化爐內(nèi)的凈空間中。
7.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，用于供給所述固體廢物的供給裝置的殼體設(shè)置在所述凈空間中，并且具有多個(gè)孔口，以使所述熱解氣體由此通過。
8.如權(quán)利要求1至7任一所述方法，其特征在于，在所述固體廢物的碳化和/或活化過程之后，供給空氣以完全燃燒所述熱解氣體。
9.如權(quán)利要求1至7任一所述方法，其特征在于，在所述固體廢物的碳化和/或活化過程之后，供給空氣或氧氣以燃燒所述熱解氣體，從而將溫度保持在1200℃或更高，并且在所述熱解氣體中的灰分被熔融。
10.一種碳化和/或活化固體廢物的方法，其特征在于，裝有所述固體廢物的殼體暴露在其它廢物熱解氣化所產(chǎn)生的氣體中。
11.如權(quán)利要求10所述方法，其特征在于，所述熱解氣體包括在一個(gè)流化床氣化爐中所產(chǎn)生的氣體。
12.如權(quán)利要求10或11所述方法，其特征在于，用于供給所述固體廢物的供給裝置的所述殼體設(shè)置在所述凈空間中，并且沒有孔口，或者具有少量孔口，以使所述熱解氣體由此通過。
13.如權(quán)利要求12所述方法，其特征在于，在所述熱解氣體與所述殼體接觸時(shí)通過干餾所述固體廢物所產(chǎn)生的氣體被排到外部，并隨后被冷卻和冷凝，以作為液體回收一部分氣體，所產(chǎn)生的其余氣體被返回到所述凈空間。
14.一種用固體廢物生產(chǎn)木炭和/或活性炭的方法，其特征在于，所述固體廢物直接地暴露在其它廢物和/或燃料的熱解氣化或燃燒所產(chǎn)生的氣體中，或者被所述所產(chǎn)生的氣體干餾。
15.如權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，一個(gè)流化床爐用于所述熱解氣化或所述燃燒，并且所述固體廢物供給到所述流化床爐內(nèi)的凈空間中。
16.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，二次空氣被供給到所述流化床氣化爐內(nèi)的所述凈空間中。
17.如權(quán)利要求16所述方法，其特征在于，所述流化床氣化爐內(nèi)的流化床的溫度被控制在450到650℃的范圍內(nèi)，所述流化床氣化爐內(nèi)的所述凈空間的溫度被控制在600到950℃的范圍內(nèi)，以及所述凈空間中的氧氣濃度被控制在0.1％到3％的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，設(shè)置在所述流化床氣化爐內(nèi)的所述凈空間中、并且用于將所述固體廢物暴露在所述熱解氣體中的殼體具有多個(gè)孔口，以使所述熱解氣體由此通過。
19.如權(quán)利要求14至18任一所述方法，其特征在于，在所述固體廢物的碳化和/或活化過程之后，所述熱解氣體被燃燒以將溫度保持在1200℃或更高，從而熔融灰分。
20.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，設(shè)置在所述流化床氣化爐內(nèi)的所述凈空間中、并且用于將所述固體廢物暴露在所述熱解氣體或燃燒氣體中的殼體沒有使所述熱解氣體或所述燃燒氣體由此通過的孔口。
21.如權(quán)利要求20所述方法，其特征在于，在所述固體廢物的碳化和/或氣化過程中所產(chǎn)生的氣體被排出，并隨后被冷卻以回收焦木酸，所產(chǎn)生的其余氣體被返回到所述凈空間或者被供給到后續(xù)的燃燒過程。
22.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，設(shè)置在所述流化床氣化爐內(nèi)的所述凈空間中、并且用于將所述固體廢物暴露在所述熱解氣體中的殼體僅在其后半部分具有孔口，以使所述熱解氣體由此通過。
23.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，在所述固體廢物的所述碳化和/或氣化過程中，設(shè)置有多個(gè)殼體，所述固體廢物首先通過沒有孔口的殼體，隨后通過具有孔口的另一殼體，以使所述熱解氣體由此通過。
24.如權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，所述固體廢物被破碎并隨后與粘合劑混合，混合物接著被成型以生產(chǎn)木炭和/或活性炭。
25.如權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，所述固體廢物被碳化，接著被破碎并與粘合劑混合，混合物接著被成型以生產(chǎn)木炭和/或活性炭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用諸如廢木材的固體廢物生產(chǎn)木炭和/或活性炭并且使產(chǎn)生的氣體完全無害的方法,其中,當(dāng)其它廢物(A)在氣化爐(1)中熱解氣化時(shí),固體廢物(B)暴露在所產(chǎn)生的氣體中以生產(chǎn)木炭和/或活性炭。
文檔編號C10B47/44GK1326423SQ9981348
公開日2001年12月12日 申請日期1999年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月28日
發(fā)明者藤村宏幸, 高野和夫, 內(nèi)野章, 大下孝裕, 廣勢哲久 申請人:株式會社荏原制作所