专利名称：处理和利用城市和生活废物的方法、系统和反应器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及废物处理，更具体而言涉及通过热解处理来进行无废处理和完全利用城市和生活固体废物的方法、系统和反应器。
背景技术：
城市废物、工业废物、农业废物和其它类型废物的清除问题随着人口增加和生产发展日益严重，特别是在工业发达国家中。
每年美国产生110亿吨(100亿公吨)的固体废物。固体废物是含水量小于70% 的废料。该种类废料包括如生活垃圾、某些工业废物、某些矿业废物和油田废物(如钻屑) 等材料。液体废物通常为含有小于固体的废水。此类废物可包含高浓度的溶解盐类和金属。淤泥是一种介于液体和固体之间的废物。它通常包含3%-25%的固体，其余的材料是水溶性材料。
联邦条例将废物归类为三种不同种类，例如无危险的废物(如生活垃圾)、普通有害废物(如具有可燃性或反应性的那些废物)和特殊的有害废物(如放射性废物和医疗废物)。
有许多不同的处理废物的方法，其中最普通的是填埋处理。在现代填埋中，废物是稀疏展开，并且压实层由干净泥土层覆盖。
废物处理的另一方法是焚烧。燃烧使得废物消失的荒诞说法已经导致焚烧成为处理包括有害废物在内的多种废物的广泛使用的方法。然而，伴随着废物的消除，焚烧炉产生剧毒气体。此外，焚烧灰受到重金属、未燃化学品和在燃烧过程中形成的新化学品的污染。 然后这些灰被埋入填埋场中或倾倒在环境中。换句话说，焚烧是工业将大量废物分解并且通过空气、水和灰排放将其散播至环境中。因此，工业隐藏了目前的废物问题并且将它们转嫁给后代。
现有数据表明即使是在“现代化”焚烧炉中燃烧有害废物，也会产生重金属、未燃有毒化学品，并且产生新污染物-在焚烧过程中形成的全新化学品。
废物处理的另一种方法是废物的热解。热解是在无氧气情况下通过加热进行材料的化学分解。已有许多不同的方法和装置在本领域中用于废物的热解处理。
例如，1982年对S. Stokes授权的专利号为4，308，807的美国专利公开了利用明火和对流加热的放射性加热来热解处理由可受热分解的固体材料组成的城市废物和其它废物的装置。该发明目的在于部分初始能量输入的回收。初始热能输入源可从可再生燃料如木屑等的气化到一次燃料的燃烧而变化，但是最好是通过燃烧至少一部分由废物处理而产生的气态热解气体来增加初始热能输入源。此装置能够在即能在热解处理前处理废物也能在热解处理后处理废物。热解温度相对较低，为250°C-600°C。未处理的废物直接在热解反应器中干燥。副产物包含液体燃料如油。尽管由装置产生的热在废物处理系统中再使用，但装置没有产生热能作为其最终产物。它的另一缺点是在处理中产生的气体未经初步净化就排放到空气中。
5 1997年对D. Buizza等人授权的专利号为5，678，496的美国专利记载了用于热解处理含有机材料的废物，特别是城市固体废物的方法和装置。该方法将废物装载到运输车上，将载有废物的电车引入具有热解室的处理隧道中，通过将废物间接加热至 5000C -6000C的温度进行废物的热解，从热解室中排出由热解产生的气相物质，并且从隧道中移开电车以卸载留在电车上的固体残渣。由热解获得的气体通过碳酸氢盐处理进行预先净化，包括使用成核剂和/或吸附剂，例如碳酸氢钠或活性炭细粉。预先净化的气体散逸进入空气中，同时热解的碳残渣可被利用。
1999年对A. Hansen等人授权的专利号为5，868，085的美国专利公开了废料烃成分的热解系统。该系统包括处理装置，其特征为具有形成第一反应釜半部和第二反应釜半部的横截面为椭圆形的反应釜。在系统运行的任何特定时期，待处理材料每次仅选择性地沉积在反应釜的半部上。这样做是为了避免未使用半部的磨损，从而延长了反应釜组件的寿命。为了改善系统效率，热解中形成的气体被重新调整直接进入反应釜内部。在排入空气中之前，热解的气体产物通过使用多个可选择性拆卸的注气管去除污染物得到净化，成为气体热氧化的燃料。各注入管可独立于任何其它注入管被拆除掉用于净化，并且拆除可在不中断系统运行的情况下完成。系统具有使用太阳能的干燥器，其显著限制了系统的使用区域。
2001年对M. Kaneko等人授权的专利号为6，178，899的美国专利记载了用于工业和家庭废物的热解处理的装置，其通过在隔绝空气条件下碳化含有机物质的废物以便将废物分离为热解气体和热解残渣。该热解处理在1000°C-120(TC的高温下进行。在该方法的气相裂化步骤中，热解气体与氧化物组分反应以热分解热解气体中的高分子烃。氧化反应产生的热使包含低分子烃的裂解气生成。然后产物通过残渣冷却步骤，冷却和固化热解残渣。获得的固体残渣经机械压碎后分类获得主要由热解的有机物质和无机组分构成的热解炭。将获得的热解炭与燃料和氧气或空气混合使其在高温下燃烧，熔融和气化碳组分以获得包含低分子烃的气化气体。因此，从裂解炉中获得的热解气体和热解残渣被分别处理。该方法中获得的净化气体储存在贮气罐中并且可按要求将其提供给气体发动机、锅炉、热解室或任何其它装置。尽管气体在多个步骤中净化，但系统并未除去CO2，这会妨碍得到的气体燃料中含热量的增加。
2005年公开的美国专利(申请公开号20059939650，发明人C. Cole等人)记载了以某种方式通过温度改变引起容器的极小移动或弯曲的废物处理热解反应器。在反应器中借助单叶轴混合废物。
2003年对W. Walker授权的美国专利(专利号6，619，214)公开了用于废物处理的方法和装置。该装置包括四个主要相互配合的子系统，即热解转炉、两级热氧化炉、蒸汽发生器和由蒸汽发生器产生的蒸汽驱动的汽轮机。在运转中，加热热解转炉时火焰不接触反应器组件，待热解废料由一对纵向延伸的并行材料传输机构输送通过热解转炉的反应室。 然而，系统仅设计用于气体的二次燃烧，无法进行后续处理以将气体产物作为发电机燃料。 尽管废物进料器制造为两个平行搅龙，但后者只能输送废物而不能有效混合废物。
2007年公开的美国专利申请(公开号20070113761，发明人C. Cole，等人)公开了具有双刀间阀的废物处理热解反应器。该装置具有热容器、连接热容器的用于将废料供入热容器的进料口、加热热容器的加热器、和至少一个双刀闸阀，其位于装置中用于控制废料通过装置的内部空间的通道并且限制气体进入热容器。双刀闸阀具有至少一个向另一桨叶移动的活动桨叶。废物在移动过程没有得到有效混合。
2007年公开的美国专利申请(公开号20070186829，发明人C. Cole，等人)公开了变速废物处理热解装置，包括热解室和适合于使废物以不同速度沿热解室的长度方向移动通过热解室的运动机构。该系统的总构思是改变材料通过热解室的运动速率。具体而言， 当材料刚刚进入室时其可以以较慢速率运动，而在将它加热后向热解室出口运动时可以以较快速率运动。运动机构包含配有螺杆的两个轴，螺杆转变为浆叶。轴以相反方向旋转，因此可从中心区获得材料并将其输送至热解室外围。
2007年公开的美国专利申请(公开号20070289507，发明人W. Parrott等人)公开了在多个热解室中热解废物以生产气体燃料和残留材料的系统、方法和装置。将气体燃料送至二次燃烧室，可向其中加入其它原料以产生具有预定温度的加热气体。可在各种设备，例如热交换器等中使用该加热气体。但该系统没有配备材料碾碎机和干燥器。
2008年公开的美国专利申请(公开号20080236042，发明人J. Summerlin)公开了农村城市废物-能源转化系统和通过厌氧消化(AD)和热解/气化将废物转化为可燃气体的方法。将方法中获得的可燃气体混合后用于发电。通常由市政收集的城市固体废物的量可能在体积上不足以生产足够供应整个社区发电的充足可燃气体。因此可能需要来自所包括的周围地区的其它废物。市政府必须具有其自己的公共电力设施，能够为保证收益而进行必要的收费。不包括废物干燥步骤，并且合成气未经任何初级净化而与生物气体混合。
2008年公开的美国专利申请(公开号20090020052，发明人F. Becchetti等人) 记载了用于固体废物处理的方法，特别是城市固体废物处理并伴随热能回收，其基于常规热解处理并加以改进，以便在一方面提高能量产量，并且在另一方面降低将要送至废物处理装置的不可用的固体残渣的量，无用的固体废物被限制在初始残渣总重量的10-15%。该方法及其相应装置包括引入废物的增压处理，同时将废物初步分离为三种固体部分，其中第一部分单独进行初步干燥步骤，第三部分进行进一步粉碎。该方法及其对应装置还包括用于从热解焦炭回收能量的部分，其中对热解焦炭进行热化学处理，产生更多合成气。系统仅干燥不超过80mm的那些废物，而80mm-300mm的废物不进行干燥。合成气不用初步净化就进行二次燃烧，但是二次燃烧后获得的废气允许供锅炉使用产生蒸汽，并且在排入空气前净化。电能由汽轮机产生。该专利没有提供处理后碳残渣的利用。
本领域已知的还有等离子体废物加工系统(参见如2008年对W. Choi授权的专利号为7，394，041的美国专利)。但等离子体加工仅适用于气体产物的处理。因此，在通过等离子体处理废物前，必须将固体废物转化为气态。例如，1996年对S. Camacho授权的美国专利(专利号5J44，597)公开了城市废物的等离子体热解和玻璃化。城市混合固体废物被输送至处理设备中，在放入反应器前将其压实。压缩装置用来从废物中除去大部分空气和一些水以及密封反应器阻止漏气。当废物高度降低时，传送装置接收到反应器中废物高度的信号后，不断将压实废物块堆积在反应器的顶部。反应器具有大面积可枢转地安装的等离子电弧焊枪作为热源，有效地热解有机废物组分以产生需要的副产气体。控制加入空气和蒸汽的量以提高操作效率和改善副产气体组成。将不能热解的残留材料熔融并且冷却为基本惰性的玻璃化块料。
等离子体热解系统的缺点是这种系统需要将固体废物气化，使成本增加。另一个问题是如果废物在高于1200°C的温度处理时间小于2秒，在将等离子体产物冷却至低于 500°C的温度后产生有害气体如二噁英和呋喃。
等离子系统的另一缺点是这种系统在2500C-5000C的温度运行。该温度使系统的结构材料恶化并且导致频繁和昂贵的保养及修理。
已知废物处理系统和基于废物热解处理的反应器的分析表明这些系统和反应器的大部分需要在单独的燃烧室中或在热解反应器的独立部分中进行合成气的二次燃烧。由二次燃烧获得的燃气用于蒸汽涡轮中蒸汽或电能的产生，该蒸汽涡轮的能量产生效率低于燃气涡轮热电联供装置。某些系统可以使用合成气利用燃气涡轮发电机产生能量。然而，在有些情况下，合成气未经初步净化与生物气混合在一起，在其它情况下合成气中的CO2并没有被分离出去，因此能量产生效率较低。已知废物处理系统的另一缺点是热解反应器中缺少能有效进料和混料的机构、热解反应器结构中金属-能量转换比较高，因此生产成本高， 气体净化不完全，其中的废物粉尘与合成气一起通过热解室的上部通道排出。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于无废热解处理以及完全利用城市和生活废物的新型方法、系统和反应器。另一目的是提供上述系统和反应器，其允许气体的高度提纯和燃气涡轮热电联供装置中能量的更有效产生。又一目的是提供从合成气中分离CO2的上述方法、 系统和反应器，并且利用分离的CO2作为额外的商品，还降低排入空气的气体中有害组分的浓度。另一目的是提供不需要单独收集不同种类废物的上述系统。再一目的是提供不留下副产物如炼焦残渣的上述系统。另一目的是提供能够以独立模式运行并且同时为外界能耗装置产生能量的上述系统。
废物处理系统，具体而言是本发明的反应器，用于处理城市和生活固体废物(在下文中仅称为“废物”)。该系统包括以下串联模块废物预处理和进料模块、热解反应器、 合成气净化模块和能量产生装置。
废物预处理和进料模块包括废物分选装置，该装置能够将未处理的废物分类而且同时除去具有低能源潜力且不含烃类的那些废物组分。在该装置中，分类的废物可与具有高烃含量的其它废物合并。废物预处理和进料模块中的其它装置包括废物混合物粉碎机、 粉碎废物干燥器、和用于储存干燥至预定水平的废物并且具有向热解反应器中持续提供粉碎和干燥废物的装置的干燥废物储存器。热解反应器具有一个用做隔绝氧气的热解室并且包括一对废物进料螺杆的反应釜。
用于装载废物进入热解反应器的装载机构和卸载反应固体产物如焦炭的卸载机构彼此类似，这些机构各自包括上下滑动阀或闸门。废物装载机构安装在热解反应器的正面或近侧面，而焦炭卸载机构安装在热解反应器的后面或远侧面。废物从废物储存器落至关闭的上闸门上。然后上闸门打开，废物落至下闸门上。在废物累积至预定量后，上闸门则关闭，下间门打开使废物落至装载螺杆上，将废物输送至弹簧加载间门。当废物压实到超过弹簧加载间门的保持阈值的程度时，弹簧加载间门在废物压力下移动并让装载废物进入反应釜内部的废物进料螺杆的螺纹表面间的空隙中。这种双闸弹簧加载闸门防止小颗粒废物没有热解而被带入氧化器中，减少了渗透进入反应釜的含氧大气。废物进料螺杆具有可变螺距，并沿材料的移动方向缩小。这降低了废物占据的体积，从而减小废物中空气的体积。
8排气力由固定在轴上覆盖物的质量调节。
反应器卸载机构具有类似的双闸机构，但是不同于装载机构，区别在于从反应器卸载的材料是焦炭并且它不具有进料螺杆和弹簧加载闸门。
反应釜的横截面为三叶草形状，其中两个较低的叶为各自的废物进料螺杆形成空腔，较高的叶形成具有垂直壁的合成气通道空腔。较高空腔的纵轴是水平的。废物进料螺杆是借助于齿轮减速器利用液压马达驱动旋转。较低的空腔和废物进料螺杆具有锥形形状，其螺纹具有圆周表面，并位于反应釜内壁的近热传递端。废物进料螺杆的螺纹彼此重叠而没有直接接触并且在螺纹表面之间留有空隙，以使进料器类似于齿轮泵运行，将废料供入热解反应器的远端，即位于合成气净化模块侧的那端时有效混合废料。上述空隙防止废物在反应釜内部积聚。此外，上述空隙被边界分为两部分，将混合废物流分为两股单独子流。这使废物沿着热解反应器壁移动并且延长了废物与反应釜热壁的接触时间，从而提高了处理效率。废物进料螺杆由可彼此分离且通过使用锥形螺纹元件连接的几段组成。螺杆轴是中空的，并且其内部拥有绝热材料。螺杆元件的连接区域没有绝热材料以便更有效冷却废物进料螺杆的这些部分。冷却介质是空气，其通过安装在各废物进料螺杆相应末端的入口和出口装置流过中空螺杆。锥形废物进料螺杆的纵轴是倾斜的，其远端(即室的卸载位置端)低于近端(即室的装载位置端)。废物进料螺杆不仅为锥形和在垂直面内倾斜， 而且还在水平面会聚。更具体而言，螺杆在垂直面上低于水平面的倾斜角为1.5° -3°并且最佳值为2. 04°。螺杆在水平面上从近端至远端的会聚角为1.8° -3°并且最佳值为 2.22°。螺纹在近端的最大直径为1000-1200mm，最佳值为1200mm。螺纹在远端的最小直径为550mm-650mm，最佳值为600mm。上述安装角可在士30分的范围内调节，优选在士 10 分的范围内。角度的调整使得有可能在反应釜的壁和螺杆之间设定空隙。使用安装在各自覆盖层的支撑部件内的偏心轴衬进行调节。
三叶型反应釜(three-lobe retort)被具有六边形横截面的外壳围绕，外壳具有耐火材料制成的外壳壁。外套管的内壁和反应釜的外表面之间的内部空间形成熔炉用于燃烧可燃气体，其产生热用于加热热解室内部并由此引起热解室内部的热解放热反应。可燃气体可包含外部提供的天然气或由热解产生的气体。将可燃气体提供至设置在反应釜的较低空腔下的燃烧器中。在熔炉中燃烧可燃气体产生的热能通过室壁传输到热解室的内部。 室中的热解温度为800°C -1000°C，优选850°C _900°C。自动控制保持温度在指定的最佳范围内并且根据温度条件来开或关燃烧器。
在燃烧器中，至少一个可指定用于燃烧由热解获得的焦炭。在这种情况下，热解反应器的燃烧室不需要外部供热。反应器中获得的焦炭在离心机中提纯，除去金属、玻璃等残渣，并且在上述燃烧器中燃烧。因此，反应器可基于气体燃料和焦炭运行而不用外部供热。
反应釜的输出端连接至离心机，该离心机从热解反应器的反应釜接收结焦碳质热解残渣并从热解处理的结焦碳质残渣中分离那些低能量组分，该组分在较早步骤中没有从废物混合物中分离。离心机的另一功能是将脱水焦油，从合成气分离的含氯、氟和硫的组分与结焦碳质热解残渣的混合物一起混合。
热解反应器还拥有用于同时将热解反应中获得的热和/或废气脱除并提供至废物预处理和进料模块中粉碎废物干燥器的装置。
热解反应器还拥有用于同时脱除热解反应中获得的合成气并且将该合成气的一
9部分作为热添加源送至反应器的熔炉中的装置。
合成气净化模块包括具有除尘器(未显示)的干净化装置和湿合成气净化级，在湿合成气净化级中，合成气中的焦油和含氯、氟和硫混合物被去除干净。湿净化级联包括用水净化合成气的第一湿合成气净化器和用碱净化合成气的第二湿合成气净化器。位于干净化装置和第一湿合成气净化器之间的气体冷却器用来在将气体进行湿净化前冷却合成气。
湿合成气净化器连接至从残留杂质中分离水的浮选器。水与杂质的混合物经由管送入浮选器中。该装置产生可进一步利用的生产用水。浮选器的输出端连接至热解反应器的离心机并且可通过离心机提供脱水焦油以及含氯、氟和硫的组分，在浮选器中，这些组分与热解处理中的结焦碳质残渣的混合物合并。然后该混合物被送回至热解反应器的熔炉中用于与上述混合物一起燃烧，从而保持反应器内部的热解工作温度。
湿净化级联还连接至吸收器，从合成气中分离CO2-饱和水溶液，从而分离至少可再用的气体二氧化碳。然后将CO2-饱和水溶液输送至解吸器，随后将溶液分解为(X)2和生产用水。
系统的能量产生模块为一燃气涡轮热电联供装置，连接至吸收器出口，并且通过燃烧由吸收器获得的去除污染组分的合成气产生电能和热能。热电联供装置使用从吸收器获得的合成气作为工作介质。电能通过变电站和输电线传输给用电设备。
系统以如下连续模式运行。
首先，将计划处理的城市和生活废物通过废物分选装置分类，该装置能够分类废物并且同时除去具有低能源潜力且不含烃类的那些废物组分。如有必要，分类的废物在该装置中与具有高烃含量的其它废物合并。然后将预分类废物供入废物混合物粉碎机中，废物在其中被粉碎至预定尺寸如50mm。粉碎机可为能够粉碎处理废物的任何类型。粉碎的废物被供入干燥器中，在预定温度例如在150-250°C干燥粉碎的废物，直到废物中的水分含量达到约20%的水平。干燥器可为鼓式，可基于从热解反应器的输出端获得的热运行。将废物从干燥器送入干燥废物储存器中，干燥废物储存器用来储存已干燥至预定水平的废物并且具有将粉碎和干燥废物持续供入热解反应器的装置。将废物装载进入热解反应器的机构借助进料螺杆经由上述双闸结构向反应器进料。废物从废物储存器落至关闭的上闸门上。 在废物积累至预定量后，上闸门打开，废物落至下闸门上。然后上闸门关闭，下闸门打开使废物落至装载螺杆上，将废物输送至弹簧加载间门。当废物压实到超过弹簧加载间门的保持阈值的程度时，后者在废物压力下移动并让装载废物进入反应釜内部。
在热解反应器中，通过在无氧条件下将废物加热至800°C -1000°C的温度进行热解处理。由于在水平面会聚并且在垂直面向下倾斜的锥形螺杆的旋转，产物从反应器的装载侧输送至卸载侧。材料通过螺杆的螺纹之间的空隙进行输送且同时通过螺杆的旋转得以有效混合。
通过热解，处理的产物分解为固相(包含焦炭和焦油的碳残渣混合物)和气相 (合成气)。在热解反应器熔炉中产生的一部分热和废气被送至废物干燥器。在热解反应器中产生的一部分合成气被送至反应器的燃烧器中，用作将热解处理温度保持在所需水平的附加燃料。结焦碳质残渣被送至离心机中进行提纯，分离出不含烃类且不能在分类级联除去的废物中的低能量残渣。然后碳残渣(含有2-10%的碳)被送回至反应器的燃烧器中用于二次燃烧。
合成气从热解反应器被送至具有除尘器的干净化装置以降低合成气中粉尘水平， 然后合成气通过湿式洗涤器(湿净化级联)的第一级，在此用水流去除合成气中的焦油和含氯、氟和硫的混合物。然后合成气被供入湿洗涤第二级，在此除去分离的杂质。水与杂质的混合物从湿洗涤级(湿净化级联)被送至浮选器中，浮选器生产出适合于其它适当用途的生产用水。同时，脱水焦油和脱水杂质混合物均被送至离心泵与热解处理的结焦碳质残渣混合，并且从那里送至反应器燃烧器用于二次燃烧。
从焦油和含氯、氟和硫混合物提纯的合成气被供入吸收器中生产CO2-饱和水溶液，溶液随后被送至解吸器，分解为CO2和生产用水。净化合成气被供入热电联供装置(活塞或燃气涡轮型)，其中气体用作热电联供装置燃料。热电联供装置生产能够用于所需目的的电能，同时从热电联供装置去除的热可根据特定需求进行利用或转化。
图1是通过热解处理来处理和利用固体工业废物、城市废物和生活废物的系统的结构图。
图2是热解反应器沿图3的线II-II的横断面视图。
图3是反应器沿图2的线III-III的纵断面视图。
图4A是在热解反应器中使用的两个废物进料螺杆的俯视图。
图4B是螺杆元件片段的局部纵断面视图。
图4C是沿图4B的线IVC-IVC的横断面视图。
图4D是用于调节本发明热解反应器中螺杆外表面和反应釜内表面之间的空隙的螺杆轴上的偏心轴衬的三维视图。
图4E是由若干部分组成的热解反应反应釜的断片截面视图。
图5是反应器装载(卸载)装置的剖视图。
图6是工艺步骤的流程图。
具体实施例方式如上所述，本发明涉及通过热解处理来处理和利用城市和生活固体废物的方法、 系统和反应器。
图1所示为通过热解处理来处理和利用城市和生活固体废物的系统的结构图。
由参考数20标明的整个系统包括以下串联的主要模块废物预处理和进料模块 22、热解反应器M、合成气净化模块沈和能量产生装置四。
废物预处理和进料模块22依次包括废物接收点21、线性传送装置Tl、废物分选装置或分类器观，装置观接收来自线性传送装置Tl的未处理的废物并且能够分类未处理的废物并同时除去具有低能源潜力且不含烃类的那些废物组分。在该装置中，分类的废物可与具有高烃含量的其它废物合并。废物预处理和进料模块22中的其它装置包括通过第二线性传送装置T2与分类器连接的废物混合物粉碎机30、粉碎废物干燥器32和干燥废物储存器34，储存器34用于储存干燥至预定水平的废物并且具有向热解反应器M中持续提供粉碎和干燥废物的装置。将反应器对的出口连接至干燥器32的管用参考数3 标明，用于将一部分用于加热反应器的废气从反应器熔炉输送至干燥器中额外提供热量。
作为热解反应器M中发生的热解反应的结果，废物至少分解为合成气和热解固体产物如焦炭。
热解反应器M沿图3的线II-II的横断面视图显示在图2中。图3是反应器M 沿图2的线III-III的纵断面视图。反应器M具有反应釜36，反应釜36为隔绝氧气的热解室38且包含一对废物进料螺杆40和42。废物进料螺杆40和42参见图4A，其为废物进料螺杆的俯视图。
用于将废物装载进入热解反应器M的机构39显示在图5中。用于卸载反应固体产物如焦炭的机构39’分别与图5中所示的机构类似，因而没有显示和单独考虑。上述机构各自包括上下阀门，例如图5中所示的滑动式闸门44和46。废物装载机构39安装在热解反应器M的正面或近侧面48 (图3)，而焦炭卸载装置(未显示)安装在热解反应器M 的后面或远侧面50。在图5所示的改进中，闸门44和46在相应的气压缸41和43以及连接到相应闸门44和46的活塞杆41a和43a的线性驱动下进入和离开打开和关闭位置。
废物从废物储存器34(图1)落至关闭的上闸门44上(图3和5)。然后上闸门 44打开，废物落在下闸门46上。在废物累积至预定量后，上闸门44则关闭，下闸门46打开使废物落至进料螺杆52 (图幻上，将废物输送至安装在反应器M前盖50的入口的弹簧加载闸门讨(图3)。
当废物压实至超过弹簧加载闸门M的保持阈值的程度时，弹簧加载闸门M在废物压力下移动进入图3由虚线5 所示的位置，并且让装载废物进入反应釜36内部的废物进料螺杆的螺纹表面60 (图4A)之间的空隙。这种双闸弹簧加载闸门防止小颗粒废物不经热解而被带入氧化器并防止含氧空气渗透进入反应釜中。废物进料螺杆40和42具有沿材料的移动方向缩小的螺距。这显示在图4B中，其为螺杆元件片段的局部纵断面视图。由图 4B可见，废物进料螺杆40 (与废物进料螺杆42相同)具有沿材料的移动方向缩小的螺距。 换句话说，螺距Pl大于螺距P2，螺距P2大于螺距P3等。缩小的螺距使减小待处理废物的体积成为可能，从而降低了包含在处理废物中的空气的体积。排气力可由轴Mb(图3)枢轴支承的枢轴弹簧加载间门M的质量调节。
如上所述，反应器卸载机构39’类似于加载机构，只是从反应器卸载的材料为焦炭。由于与装载机构的类似性，卸载机构39’不作详细描述。
由图2可见，反应釜36的横截面为三叶草形状，其中两个较低的叶36a和36b形成用于相应的废物进料螺杆40和42的空腔，较高的叶36c具有垂直壁36d和36e并且界定合成气通道空腔36f。螺杆利用液压马达56经齿轮减速器58(图幻驱动旋转。
由图2可见，废物进料螺杆40、42具有锥形形状，其螺纹40a和4 带有螺旋状圆周表面，并位于反应釜36的内壁36c的近热传递端。废物进料螺杆的螺纹40a和4 彼此重叠(图4A)而没有直接接触并且在螺纹40a和42a的螺旋状表面之间留下空隙60 (图 4)，以使由废物进料螺杆40和42形成的进料器类似于齿轮泵运行，有效混合废料同时将其供入热解反应器M的远端，即位于合成气净化模块26的侧边的那端(图1)。
上述空隙60防止废物在反应釜36内部积聚。此外，上述空隙60被边界61分为两部分，将混合废物流分为两股单独子流。这使废物沿着反应釜36壁移动并且延长了废物与反应釜36的热壁的接触时间，从而提高了处理效率。
各废物进料螺杆由可彼此分离的图4B所示类型的几段组成并且通过锥形螺纹元件43连接。如图4C所示，其是沿图4B的线IVC-IVC的横断面视图，废物进料螺杆4(K42) 是中空的，并且其内部45拥有绝热材料47。螺杆元件的连接区域没有绝热材料以便更有效冷却废物进料螺杆的这些部分。冷却介质是空气，其通过中空废物进料螺杆的内部45、经过分别安装在反应釜的装载端和卸载端的入口和出口装置73a和73b。
锥形废物进料螺杆40和42的纵轴Xl和X2 (图)是倾斜的(图幻，其远端40’和 42’ (即室38的卸载位置端)分别低于近端40”和42” (即室的装载位置端)。由图4A可见，废物进料螺杆不仅为锥形和在垂直面内倾斜，而且还在水平面会聚(图4A)。更具体而言，废物进料螺杆在垂直面上低于水平面的倾斜角α (图3)为1. 5° -3°，并且最佳值为 2.04°。在图3和4中，角度以放大形式显示。螺杆40和42在水平面上从近端40”和42” 至远端40’和42，的会聚角β (图4Α)为1. 8° -3°，并且最佳值为2. 22°。螺纹在近端的最大直径为1000-1200mm，并且最佳值为1200mm。螺纹在远端40，和42，的最小直径为 550mm-650mm，并且最佳值为600mm。上述安装角可在士30分的范围内调节，优选在士 10分的范围内。角度的调整使得有可能在反应釜36的壁和螺杆40、42之间设定空隙。通过旋转安装在各自覆盖层的支撑部件内的图4D所示类型的偏心轴衬71a进行调节。图4D是用于调节本发明热解反应器M中螺杆外表面和反应釜36的内表面之间的空隙75(图2)的螺杆40 轴上的偏心轴衬71a的三维视图。
三叶型反应釜36被具有由耐火材料制成的外壳壁64的外壳62 (图2~)围绕。在外壳的内壁64和反应釜36的外表面之间的内部空间66(图2和3)形成熔炉用于燃烧可燃气体，其产生热用于加热热解室38内部并且由此引起室38内部的热解放热反应。可燃气体可包含可经由燃料供给管线69a(图1)供入反应器的外部提供的天然气或由热解产生并且经由管(未显示)供入反应器的气体。将合成气提供至在反应釜36的较低空腔36a和 36b下设置的燃烧器68a、68b、. . . 68η。在熔炉66中燃烧可燃气体产生的热能通过室壁36a 传输到热解室M的内部。热解室中的热解温度为800°C-1000°C，优选850°C-900°C。自动控制保持温度在指定的最佳范围内并且根据温度条件来开或关燃烧器68a、68b、. . . 68η。
在燃烧器中，至少一个如燃烧器68b(图幻可指定用于燃烧由热解获得的焦炭。在这种情况下，热解反应器M的燃烧室66不需要外部供热。反应器M中获得的焦炭用螺旋传送装置70a供入焦炭储存器70b并且从后者供入离心机70c (图1)，离心机是用来从金属、玻璃等残渣中提纯焦炭并且将净化的焦炭送回至反应器M中用来在上述燃烧器68b中燃烧。因此，反应器M可基于气体燃料和焦炭运行而不用外部供热。
当离心机70c (图1)接收来自热解反应器M的熔炉66 (图2)的结焦碳质热解残渣时，离心机70c分离那些低能量组分，该组分在该处理的较早步骤中没有从废物预处理和进料模块22(图1)中的废物混合物分离。离心机70c另一功能是将脱水焦油和从合成气分离的含氯、氟和硫的组分与结焦碳质热解残渣的混合物一起混合。
热解反应器M还具有一些装置，这些装置用于脱除一部分热解反应中获得的合成气，同时将这部分合成气用作保持热解处理温度的附加燃料提供至热解反应器M的燃烧器 68a、68b、. . . 68η 中。
合成气净化模块沈(图1)包括具有除尘器(未显示)的干净化装置72和湿合成气净化级联沈，在湿合成气净化级联沈中，合成气中的焦油和含氯、氟和硫的混合物被去除。湿净化级联沈由合成气用水净化的第一湿合成气净化器73和合成气用碱净化的第二湿合成气净化器74组成。位于干净化装置72和第一湿合成气净化器73之间的气体冷却器71用来在将气体供入湿净化前冷却合成气。
湿合成气净化器73和74连接至从残留杂质中分离水的浮选器78。水与杂质的混合物经由管78a和78b送入浮选器78中。该装置产生可进一步利用的生产用水。浮选器 78的输出端连接至热解反应器M的离心机70c (图1)并且可通过离心机提供脱水焦油以及含氯、氟和硫的组分，在离心机中，这些组分与热解处理中结焦碳质残渣的混合物合并。 然后该混合物经由管道69b送回至热解反应器M的熔炉66 (图幻中用于与上述混合物一起燃烧，从而保持反应器M内部的热解工作温度。
湿净化级联沈还连接至吸收器76，其分离CO2-饱和水溶液并且由此从合成气中至少分离出可再用的气体二氧化碳。然后将CO2-饱和水溶液输送至解吸器77，将溶液后续分解为ω2和生产用水。
系统20的能量产生模块四(图1)为燃气涡轮热电联供装置30a，其连接至吸收器出口并且通过燃烧从可能的污染组分提纯的合成气和由吸收器76获得的合成气产生电能和热能。热电联供装置30a使用从吸收器获得的合成气作为工作介质。电能通过变电站 81和输电线83传输给用电设备。
现在将参考图1和6描述本发明通过热解处理来处理和利用城市和生活固体废物的系统的运行，其中图6是显示工艺步骤的流程图。首先，计划处理的城市和生活废物通过废物分选装置观(图1)分类(步骤1)，该装置能够分类废物并且同时除去具有低能源潜力和不含烃类的那些废物组分。如有必要，分类的废物在该装置中与具有高烃含量的其它废物合并。
除去在该步骤中分离的金属、玻璃和类似固体杂质并且将其送至再循环(步骤 2)。
然后将预分类废物供入粉碎机30(步骤幻中，其中废物被粉碎至预定尺寸如 50mm。粉碎的废物被供入干燥器32中(步骤4)，在预定温度例如在150_250°C干燥粉碎的废物，直到废物中的水分含量达到约20%的水平。干燥器32可基于从热解反应器M的输出端获得的热量运行。
废物从干燥器32送入干燥废物储存器34(图1)中，其用于储存干燥至预定水平的废物并且具有将粉碎和干燥废物持续供入热解反应器M的装置。
将废物装载进入热解反应器M的机构借助进料螺杆(图3)经由上述双闸结构设置向反应器M进料。废物从废物储存器34落至关闭的上闸门44(图幻上。在废物积累至预定量后，上闸门44打开，废物落至下闸门46上。然后上闸门44关闭，下闸门打开使废物落至装载螺杆52 (图幻上，将废物输送至弹簧加载间门M。当废物压实到超过弹簧加载闸门M的保持阈值的程度时，后者在废物压力下移动并让装载废物进入反应釜36的内部。
在热解反应器M中，通过在无氧条件下将废物加热至800°C -1000°C的温度进行热解处理(步骤幻。由于在水平面会聚并且在垂直面向下倾斜的锥形螺杆40和42的旋转，产物从反应器M的装载端输送至卸载端。材料通过螺杆40和42的螺纹之间的空隙 60 (图2和幻进行输送且同时通过螺杆40和42 (图4A)的旋转得以有效混合。
通过热解，处理的产物分解为固相(包含焦炭和焦油的碳残渣的混合物)和气相 (合成气)。在热解反应器中产生的一部分合成气被送至废物干燥器和/或反应器的燃烧器68a、68b、... 68η (图2)中用作附加热载体。结焦碳质残渣被送至离心机70c中进行提纯并分离不含烃类且不能从分类级联的废物中除去的低能量残渣(步骤6)。然后碳残渣 (含有2-10%的碳)被送回至反应器M的燃烧器中用于二次燃烧。
合成气从热解反应器M被送至干净化装置72，降低合成气中粉尘的水平(步骤 7)，然后合成气通过湿式洗涤器的第一级，在此用水流将合成气中的焦油和含氯、氟和硫的混合物除去(步骤8)。然后合成气被供入第二湿洗涤级，在此用碱金属除去分离的杂质 (步骤9)。合成气从第二湿净化器(第二湿洗涤级)被送至吸收部分(步骤10)，在这里 CO2-饱和水溶液与合成气分离，从这里气体被送至发电部分，例如发电的燃气涡轮热电联供装置29 (步骤11)。
水与杂质的混合物也从湿洗涤级被送至浮选器78，产生适合于其它适当用途的生产用水(步骤12)。同时，脱水焦油和脱水杂质混合物被送至离心机70c用于与热解处理的结焦碳质残渣混合并且从那里送至反应器燃烧器用于二次燃烧。
从焦油和含氯、氟和硫混合物提纯的合成气被供入吸收器中生产CO2-饱和水溶液，溶液随后被送至解吸器77，将溶液分解为(X)2和生产用水。
因此已经表明，本发明提供了一种热解处理的新型方法、系统和反应器，与同类的传统方法、系统和反应器相比，本发明更有效利用城市和生活废物。上述系统和反应器使气体高度纯化并在燃气涡轮热电联供装置中更有效产生能量。该系统从合成气中分离(X)2并且利用分离的CO2作为附加工业品，并且降低排入大气的气体中有害成分的浓度。该系统不需要不同类型废物的分类收集。本发明的系统和反应器没有留下副产物如结焦残渣。该系统能够以独立模式运行并且同时为外界用电设备生产能量。
尽管本发明已经参考具体实施方式
进行展示和描述，可以理解这些实施方式不应该限制本发明的范围，并且任何改变和改进都是可能的，条件是这些改变和改进没有脱离本申请所附权利要求的范围。例如，反应釜和包围反应釜的外壳可具有不同于图中所示的那些形状，并且可由不同的耐热材料制成。热解反应器的装载和卸载机构可具有不同于图5 所示的结构。例如，电驱动可用于开和关滑动式闸门。滑动式闸门可由可枢转地安装在加料斗的内壁上的旋转闸门代替。
权利要求
1.一种处理和利用城市和生活废物的系统，包括以下串联的主要模块废物预处理和进料模块、热解反应器、合成气净化模块和能量产生装置，其中废物预处理和进料模块包括废物分选装置，用于将待处理的废物分类并且除去不能处理的物质；废物混合物粉碎机，用于将预分类废物粉碎以生产适合于处理和利用的预定尺寸的粉碎废物，该废物混合物粉碎机与废物分选装置连接；用于干燥所述粉碎废物的干燥器，该干燥器与废物混合物粉碎机连接；和具有装载机构和卸载机构的干燥废物储存器， 装载机构连接干燥器，而卸载机构连接将废物主要分解为合成气和热解固体产物的热解反应器；合成气净化模块包括干净化器，其包括除尘器且与热解反应器连接用于接收热解中产生的合成气；用于降低气体温度的气体冷却器；与气体冷却器连接的湿净化级联，其包括与气体冷却器连接并且用水流净化合成气的第一湿合成气净化器，和与第一湿合成气净化器连接并且用碱溶液流净化合成气的第二湿合成气净化器；以及与湿净化级联连接的吸收器，用于接收来自湿净化级联的合成气以及从合成气中至少分离出可再用的气体二氧化碳；该系统还包括与湿净化级联连接并且生产可再用水的浮选器；与热解反应器的卸载机构连接的离心器，其用来提纯热解的固体产物；与吸收器连接的解吸器，其具有将从吸收器中获得的CO2-饱和水溶液分离为(X)2和生产用水的装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述能量产生装置是产生电能的燃气涡轮热电联供装置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述装载机构和所述卸载机构各自包括双闸结构，该双闸结构包括具有用于在开启位置和关闭位置之间转换的装置的第一闸门和具有用于在开启位置和关闭位置之间转换的闸门控制装置的第二闸门，所述闸门控制装置的运行使得当第一闸门开启时第二闸门关闭，且只有当第一闸门关闭时第二闸门才能打开，反之亦然。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述装载机构还包括位于第二闸门下的进料螺杆，用于进给当第二闸门处于开启位置时落在进料螺杆上的废物。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述闸门控制装置包括连接第一闸门的第一气压缸和连接第二间门的第二气压缸，所述第一气压缸和第二气压缸交替运行。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述装载机构还包括位于第二闸门下的进料螺杆，用于进给当第二闸门对热解反应器开启时落在进料螺杆上的废物。
7.根据权利要求3所述的系统，其中所述能量产生装置是产生电能和热能的燃气涡轮热电联供装置。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述能量产生装置是产生电能和热能的燃气涡轮热电联供装置。
9.一种通过热解处理来处理和利用工业和生活废物的方法，包括以下步骤分类未处理的废物并且至少分离金属、玻璃和低能组分；将分类的废物粉碎至预定尺寸；干燥粉碎的废物；将粉碎废物送入热解反应器并且在热解反应器中在无氧条件下对粉碎废物进行热解处理，以生产热、合成气和至少包含焦炭的热解固体产物；对热解固体产物进行离心处理，用于分离未处理的组分并且将这些未处理的组分送回到热解处理用于二次燃烧；将热解反应器中产生的合成气送至干净化并除尘； 用水对从干净化步骤获得的合成气进行湿净化； 用碱对从用水湿净化获得的合成气进行湿净化； 将在湿净化中处理的合成气送入吸收级联中，用于分离CO2-饱和水溶液； 将来自吸收级联的合成气送至发电装置并且使用所述合成气作为所述发电装置中的工作介质用于发电；
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤对从湿净化获得的水与杂质的混合物进行浮选，用于获得可再用水并且至少获得焦油；使所述至少获得的焦油进行离心用于再处理。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤将在热解反应器中产生的热送回至干燥级并将在热解反应器中产生的焦炭送回至热解处理用于二次燃烧。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述发电装置是燃气涡轮热电联供装置并且产生的动力是电力和热力。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述发电装置是燃气涡轮热电联供装置并且产生的动力是电力和热力。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述发电装置是燃气涡轮热电联供装置并且产生的动力是电力和热力。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述预定尺寸不超过50mm。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述预定尺寸不超过50mm。
17.根据权利要求9所述的方法，其中所述热解处理在800°C-100(TC的温度范围进行。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述热解处理在800°C-1000°C的温度范围进行。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述热解处理在800°C-1000°C的温度范围进行。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述热解处理在850°C-90(TC的温度范围进行。
21.一种用于处理城市和生活废物的热解反应器，包括热解室、在热解室不接触氧气条件下将废物装载入热解室的反应器双间门型装载机构、在热解室不接触氧气条件下用于从热解室卸载热解的固体副产物的反应器双闸门型卸载机构，所述热解室包括入口装置、出口装置和三叶型反应釜，该反应釜包括水平延伸排列的中空主体，其具有两个较低的平行且基本呈圆筒形的叶和一个较高的具有垂直壁的合成气定向室；两个废物进料螺杆，其具有带有外表面的螺纹且分别位于所述叶中，所述两个螺杆在形状上为带有锥角的锥形，废物进料螺杆直径从所述入口装置到所述出口装置逐渐减小，所述废物进料螺杆在它们的外表面之间具有空隙。
22.根据权利要求21所述的热解反应器，其中所述废物进料螺杆以一倾斜角从入口装置到出口装置在垂直面上向下倾斜。
23.根据权利要求21所述的热解反应器，其中所述废物进料螺杆从入口装置到出口装置以一会聚角彼此会聚。
24.根据权利要求22所述的热解反应器，其中所述废物进料螺杆从入口装置到出口装置以一会聚角彼此会聚。
25.根据权利要求21所述的热解反应器，其中所述锥角为1°-5°。
26.根据权利要求22所述的热解反应器，其中所述倾斜角为1°-5°。
27.根据权利要求23所述的热解反应器，其中所述会聚角为1°-5°。
28.根据权利要求21所述的热解反应器，其中所述热解室还包括用于调节所述废物进料螺杆外表面之间的所述空隙的机构。
29.根据权利要求27所述的热解反应器，其中所述废物进料螺杆以一倾斜角从入口装置到出口装置在垂直面上向下倾斜。
30.根据权利要求22所述的热解反应器，其中所述废物进料螺杆从入口装置到出口装置以一会聚角彼此会聚。
31.根据权利要求M所述的热解反应器，其中所述热解室还包括用于调节所述废物进料螺杆外表面之间的所述空隙的机构。
32.根据权利要求21所述的热解反应器，其中各废物进料螺杆具有可变螺距。
33.根据权利要求四所述的热解反应器，其中各废物进料螺杆具有可变螺距。
34.根据权利要求31所述的热解反应器，其中各废物进料螺杆具有可变螺距。
35.根据权利要求21所述的热解反应器，其中所述热解室还包括外壳，外壳壁由耐火材料制成。
36.根据权利要求M所述的热解反应器，其中所述热解室还包括外壳，外壳壁由耐火材料制成。
37.根据权利要求21所述的热解反应器，其中所述反应器双闸门型装载机构和所述反应器双闸门卸载机构，各自具有上滑动式闸门和下滑动式闸门，闸门可在开启位置和关闭位置间移动，所述上下滑动式闸门交替运行，当上滑动式闸门开启时，下滑动式闸门关闭， 反之亦然。
38.根据权利要求35所述的热解反应器，其中所述反应器双闸门型装载机构和所述反应器双闸门卸载机构，各自具有上滑动式闸门和下滑动式闸门，闸门可在开启位置和关闭位置间移动，所述上下滑动式闸门交替运行，当上滑动式闸门开启时，下滑动式闸门关闭， 反之亦然。
39.根据权利要求37所述的热解反应器，其中所述双间门型装载机构还拥有装载螺杆和弹簧加载间门，所述双间门型装载机构可枢转地安装，在通过装载螺杆输送的材料的推动下能够转变成开启位置，将废物装载到废物进料螺杆上。
40.根据权利要求39所述的热解反应器，其中所述双间门型装载机构还装备有装载螺杆和弹簧加载间门，所述双间门型装载机构可枢转地安装，并且在通过装载螺杆输送的材料的推动下能够转变成开启位置，将废物装载到废物进料螺杆上。
全文摘要
本发明涉及用于无废热解处理和完全利用城市和生活垃圾的系统和方法。废物顺序通过分类、粉碎、干燥、储存装置，并且送至用于热解处理的热解反应器。热解中产生的合成气通过干净化、除尘、用水的第一湿净化、用碱的第二湿净化、和浮选装置，该浮选装置用于分离净化后可用于工业用途的水。净化的合成气还流经吸收器然后用作发电装置如可发电的燃气涡轮热电联供装置的工作介质。热解反应的固体产物如焦炭回到反应器用于二次燃烧，并且反应热可在干燥器等中利用。
文档编号B09B3/00GK102186608SQ200980138639
公开日2011年9月14日 申请日期2009年5月19日 优先权日2008年10月1日
发明者A·M·费雷尔, M·H·库拉科夫, D·A·扎戈尔斯基 申请人:绿灯能源解决方案有限责任公司