用于将城市固体废物进料到等离子体气化反应器的方法和设备的利记博彩app
【专利摘要】本发明描述了用于将城市固体废物（MSW）和/或包含有机废物材料和无机废物材料两者的其它类型固体废物供应进入在其中处理固体废物的等离子体气化反应器（PGR）中的方法和设备。
【专利说明】用于将城市固体废物进料到等离子体气化反应器的方法和设备
[0001]发明背景
本发明涉及用于将城市固体废物(MSW)和/或其它类型的包含有机(即含碳的)废物材料和无机废物材料供应到等离子体气化反应器(PGR)的方法和装置，在所述等离子体气化反应器中将所述固体废物处理以从有机废物材料形成合成气(即包含氢、一氧化碳和二氧化碳的气体)和从无机废物材料形成熔融的废渣。特别地，本发明涉及用于将固体废物进料到等离子体气化反应器中的进料设备，涉及包含所述进料设备和所述等离子体气化反应器的固体废物处理设备，和涉及将固体废物进料到等离子体气化反应器中并处理固体废物以产生合成气和废渣的方法。
[0002]MSW，经常俗称为废料、垃圾、废品或者废物，可用多种方法处置，包括用作垃圾填埋或者经由燃烧、热解、气化或者等离子体气化处理以产生能量和/或有用的化学品。
[0003]等离子体气化的技术在处理这些形式的废物方面具有许多益处。在气化反应中，将存在于固体废物中的有机废物材料气化以产生合成气，经由在导致有机材料气化而不是燃烧的环境中(特别是在氧浓度不足以发生燃烧的环境中)加热废物材料。在等离子体气化中，一个或多个等离子体焰炬(也称为等离子电弧喷枪)用于在PGR容器内部产生一个或多个等离子体射流，其使固体废物在PGR容器的气化区内经受强热(经由该方法在气化区内容易达到超过2000°C的温度)。由等离子体焰炬供应到固体废物的热能足够以高效率气化有机废物材料(即有机废物材料转化为合成气)并且将无机废物材料转化为熔融的废渣。以这种方法，可实现有机废物材料到合成气的高水平转化，同时防止毒性的和/或环境有害的物类(例如呋喃、二噁英、NOx和SOx)的产生，否则，如果将材料燃烧，则可能为该后果。然后，合成气可单独燃烧以产生电力和/或可用于其它过程(例如费-托过程)以产生有用的化学品，同时熔融的废渣可经冷却以提供冷却的惰性废渣，其可比初始的有机废物材料更容易和安全地被处置。
[0004]在现有技术中已知并描述了许多等离子体气化方法和PGR，例如像US2010/199556A、US2010/199560A、US6155182A、W02008/011213A、US2012/121477A、US2009/064581A和US2012/121468A中描述的那些，其内容通过引用并入本文。
[0005]然而，期望利用等离子体气化用于处理MSW和其它这些类型的固体废物的备选和改进的方法和设备，特别是用于将这种废物进料到等离子体气化器中的备选和改进的方法和设备。
[0006]发明简述
根据本发明的第一方面，提供一种进料设备，其用于将包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)进料入等离子体气化反应器中，所述进料设备包含:
预压实机，其布置并可操作用于接收所述固体废物并压实所述固体废物以形成压实的固体废物；
供应装置，其布置并可操作用于添加碳床源材料到所述压实的固体废物；和 进料装置，其布置并可操作用于接收所述压实的固体废物和碳床源材料并将所述压实的固体废物和碳床源材料作为组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0007]根据本发明的第二方面，提供一种设备，其用于处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)，所述设备包含等离子体气化反应器和用于将所述固体废物进料入所述等离子体气化反应器中的进料设备，其中所述进料设备为根据第一方面的进料设备。优选地，所述等离子体气化反应器包含:
具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化；
固体废物入口，其与所述进料设备的进料装置连接，并且压实的固体废物和碳床源材料的所述组合进料可经由该入口装入所述容器；
碳床，其位于所述反应器容器内部，在所述固体废物口下方，新装入的固体废物和碳床源材料安放在其上，熔融的废渣可流动经过该碳床，并且该碳床由所述碳床源材料补充；一个或多个等离子体焰炬，其布置并可操作用于供应热能到所述碳床和固体废物，以从所述碳床和所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；在所述容器底部的废渣出口，熔融的废渣可经由该废渣出口从所述容器中取出；和在所述容器顶部的合成气出口，合成气可经由该合成气出口从所述容器中取出。
[0008]根据本发明的第三方面，提供一种进料设备，其用于将包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)进料入等离子体气化反应器中，所述进料设备包含:
洗涤器系统，其布置和可操作用于从所述等离子体气化反应器接收合成气流，以将所述合成气流与水接触，从所述合成气中去除颗粒物和形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，和将所述淤浆加入到所述固体废物中；和
进料装置，其布置和可操作用于接收所述固体废物和淤浆，并将所述固体废物和淤浆作为组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0009]根据本发明的第四方面，提供一种设备，其用于处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)，所述设备包含等离子体气化反应器和用于将所述固体废物进料入所述等离子体气化反应器中的进料设备，其中所述进料设备为根据第三方面的进料设备。优选地，所述等离子体气化反应器包含:
具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化；
固体废物入口，其与所述进料设备的所述进料装置连接，并且固体废物和淤浆的所述组合进料可经由该入口装入所述容器中；
一个或多个等离子体焰炬，其布置并可操作用于供应热能到所述固体废物和淤浆，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
在所述容器底部的废渣出口，熔融的废渣可经由该废渣出口从所述容器中取出；和在所述容器顶部的合成气出口，合成气可经由该合成气出口从所述容器中取出并供应到所述进料设备的洗涤器系统。
[0010]在本发明第一到第四方面的优选实施方案中，进料设备为与本发明的第一和第三方面两者一致的进料设备。因此，在优选实施方案中，所述进料设备包含:
预压实机，其布置并可操作用于接收所述固体废物并压实所述固体废物以形成压实的固体废物；洗涤器系统，其布置和可操作用于从所述等离子体气化反应器接收合成气流，以将所述合成气流与水接触，从所述合成气中去除颗粒物和形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，和将所述淤浆加入到所述固体废物和/或所述压实的固体废物中；
供应装置，其布置并可操作用于添加碳床源材料到所述压实的固体废物；和进料装置，其布置并可操作用于接收所述压实的固体废物、淤浆和碳床源材料并将所述压实的固体废物、淤浆和碳床源材料作为组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0011]根据本发明的第五方面，提供一种将包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)进料到等离子体气化反应器中的方法，所述方法包含以下步骤:
将所述固体废物压实以形成压实的固体废物；
添加碳床源材料到所述压实的固体废物以形成包含所述压实的固体废物和碳床源材料的组合进料；和
将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中；
其中所述固体废物还包含水，和/或在将其压实以形成压实的固体废物之前已经将水添加到其中，所述水的至少一些(更优选全部或基本全部)被保留在所述压实的固体废物中，以及保留在引入到所述等离子体气化反应器中的所述组合进料中。
[0012]根据本发明的第六方面，提供一种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)的方法，所述方法包含以下步骤:
(i)将所述固体废物压实以形成压实的固体废物；
(?)添加碳床源材料到所述压实的固体废物以形成包含所述压实的固体废物和碳床源材料的组合进料；
(iii)将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中，所述等离子体气化反应器包
含:
具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由固体废物至合成气和熔融的废渣的转
化；
固体废物入口，将所述组合进料经由该入口装入到所述容器；
碳床，其位于所述反应器容器内部，在所述固体废物口下方，新装入的固体废物和碳床源材料安放在其上，熔融的废渣可流动经过该碳床，并且该碳床由所述碳床源材料补充；一个或多个等离子体焰炬；
在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口；
(iv)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述碳床和固体废物，以从所述碳床和所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
(V)从所述废渣出口取出熔融的废渣；和 (Vi)从所述合成气出口取出合成气；
其中所述固体废物还包含水，和/或在将其压实以形成压实的固体废物之前已经将水添加到其中，所述水的至少一些(更优选全部或基本全部)被保留在所述压实的固体废物中，以及保留在引入到所述等离子体气化反应器中的所述组合进料中。
[0013] 根据本发明的第七方面，提供一种将包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)进料到等离子体气化反应器中的方法，所述方法包含以下步骤:将来自所述等离子体气化反应器的合成气流与水接触以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆；
将所述淤浆添加到所述固体废物中以形成包含所述淤浆和所述固体废物的组合进料；
和
将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中。
[0014]根据本发明的第八方面，提供一种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)的方法，所述方法包含以下步骤:
(i)将淤浆添加到所述固体废物中以形成包含所述淤浆和所述固体废物的组合进
料；
(?)将所述组合进料引入到等离子体气化反应器，所述等离子体气化反应器包含:具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化；
固体废物入口，将所述组合进料经由该入口装入到所述容器；
一个或多个等离子体焰炬；
在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口；
(iii)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述固体废物和淤浆，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
(iv)从所述废渣出口取出熔融的废渣；
(V)从所述合成气出口取出合成气流；和
(vi)使所述合成气流与水接触以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，所述淤浆在步骤(i)中添加到所述固体废物中。
[0015]根据本发明的第九方面，提供一种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物(例如MSW)的方法，所述方法包含以下步骤:
(i)将所述固体废物引入到等离子体气化反应器中，所述等离子体气化反应器包含:具有内部体积的反应器容器，在其中发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化，所述内部体积包含气化区，在其中发生有机废物材料的气化；
固体废物入口，将所述固体废物经由该入口装入到所述容器；
一个或多个等离子体焰炬；
在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口；
(?)将包含分子氧(O2)的气态进料引入到所述等离子体气化反应器的气化区；
(iii)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述固体废物，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
(iv)从所述废渣出口取出熔融的废渣；和 (V)从所述合成气出口取出合成气；
其中引入到所述等离子体气化反应器的所述固体废物还包含水，和/或所述方法还包含经由单独的蒸汽或液体进料将水引入到所述等离子体气化反应器的气化区中，控制进入所述气化区的水(H2O):分子氧(O2)的质量比，使之为0.5-2.0(即水:分子氧比率为≥0.5和≤2.0)。更优选，控制进入所述气化区的水(H2O):分子氧(O2)的质量比，使之为0.8-1.8(即水:分子氧比率为≥0.8和≤ 1.8)。
[0016]在本发明的第五和第七方面的优选实施方案中，所述方法为与本发明第五和第七方面两者一致的方法，因此其包含以下步骤:将所述固体废物压实以形成压实的固体废物；将来自所述等离子体气化反应器的合成气流与水接触以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆；将所述淤浆添加到所述固体废物和/或所述压实的固体废物中，并将碳床源材料添加到所述压实的固体废物，以形成包含所述压实的固体废物、淤浆和碳床源材料的组合进料；和将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中。
[0017]类似地，在本发明的第六、第八和第九方面的优选实施方案中，所述方法为与本发明的第六、第八和第九方面中任何两个或者全部三个一致的方法。因此，在优选实施方案中，处理固体废物的方法可包含以下组合:以上陈述的第六和第八方面的步骤和特征，或者以上陈述的第六和第九方面的步骤和特征，或者以上陈述的第八和第九方面的步骤和特征，或者以上陈述的第六、第八和第九方面的步骤和特征。
[0018]数个附图的简述
图1为描述与本发明的实施方案一致的设备和方法的示意流程图，其用于将城市固体废物(MSW)进料到等离子体气化反应器(PGR)和将MSW转化为合成气和废渣。
[0019]图2为描述与本发明不一致的常规PGR的示意流程图，其用于将MSW转化为合成气和废渣。
[0020]发明详述
除非另有说明，本文所用冠词“一个”在应用于本说明书和权利要求书描述的本发明实施方案的任何特征时是指一个或多个。“一个”的使用不将意义限制于单一特征，除非特别声明这种限制。在单数或者复数名词或者名词短语前面的冠词“该”表示特定的具体特征，而且，取决于使用它的上下文，其可具有单数或者复数内涵。
[0021]除有机和无机废物材料之外，城市固体废物(MSW)通常还包含以表面和/或内在水分形式存在于所述废物材料之内或之上的至少一些量的水。本发明人已经发现，当在等离子体气化反应器(PGR)中处理MSW和/或其它这些类型的固体废物时，有利的是，固体废物保留可实现的尽量多的水分(水含量)。这与涉及废物气化的某些现有技术文献的教导相反，例如像US2010/0115841A，其教导了用于从含碳物质(例如城市或者农业废物)生产合成气的方法，其中在含碳物质气化之前减少含碳物质的表面水分和内在水分两者。然而，本发明人已经发现，在本发明的等离子体气化方法中，在固体废物进料中保持较高的水含量在气化期间提供较高的局部蒸汽-碳比率，其进而导致更完全的气化，具有较低浓度的焦油和重质烃。备选或附加地，可减少用于气化的分子氧的量，因为其实质上被保留在水中的氧所替代，导致在产生的合成气中较高的氢浓度。
[0022]因此，本发明的某些实施方案的目标为，在固体废物输送到PGR的气化区时，保持或者实际上提高其中的水含量。这可采用多种补充方法实现，与本发明的多个实施方案一致。此外，本发明的某些实施方案的目标为利用在PGR的气化区内的水(H2O):分子氧(O2)比率，该比率优化氢产量和/或合成气中的氢浓度。
[0023]因此，在某些实施方案中，固体废物(即MSW或者包含有机和无机废物材料两者的其它类型的固体废物)首先在预压实机中经压实以压缩固体废物。然后将碳床源材料(例如冶金焦炭、无烟煤)加入到压实的固体废物以形成通往PGR的碳床源材料和压实的废物材料的组合进料。将碳床源材料添加到进料中以补充PGR中的碳床，如将在以下更详细地描述。当将废物引入到PGR的高温气化区时，在预压实机中废物的压缩(由此致密化)帮助废物保留其水分含量。在固体废物在预压实机中的压实发生之后，通过添加碳床源材料，碳床源材料较大尺寸的片(即172-6英寸(4-15cm)直径的片)破裂为较小尺寸的片可最小化，导致PGR中的碳床更多孔并且对流经其空隙的废渣流阻力更低。因此，在添加碳床源材料之前在预压实机中将固体废物压实有助于保持废物的水分含量(由此提供上述益处:有机材料的更完全气化和/或合成气中提高的氢浓度)而不损害PGR内的废渣流。在待处理的固体废物不包含或者包含小于期望量的水的情况下，在预压实机中将废物压实之前，可将水添加到固体废物以增加它的水分含量。例如,废物的水分含量可通过添加包含水和颗粒物的淤浆到固体废物中而提高，如以下将更详细讨论。
[0024]优选，随后将碳床源材料和压实的固体废物的组合进料进料至PGR中，使用压缩螺旋进料器或者在将组合进料引入到PGR时将组合进料压缩的其它类型的进料装置。组合进料的这种压缩导致进料形成进入PGR容器的材料的压实塞，并在进料装置和PGR容器之间产生正压差，由此减少合成气或者其它气体经由PGR容器的固体废物入口逸出PGR容器的可能性。此外，得到的废物的进一步压实同样有助于固体废物保持其水分含量。此外，当预压实机和螺旋进料器以这种方式组合使用时，在任何给定的螺旋进料器转速(和据此的体积进料速率)下，在预压实机中固体废物的致密化提供螺旋进料器重量进料速率的提高。
[0025]在某些实施方案中，在从退出PGR的合成气流去除顶部颗粒物期间产生的淤浆被添加到固体废物(即MSW或者包含有机和无机废物材料两者的其它类型固体废物)，之后将固体废物和淤浆作为组合进料引入到PGR。存在于退出PGR的合成气流中的颗粒物通常代表有机和/或无机物质的残余颗粒，其已经变得夹带于退出PGR的合成气中，而不是转化为(根据引入PGR中的其它废物材料)合成气或者熔融的废渣并从PGR去除，而且通常需要或者期望将这些颗粒从合成气中去除，然后合成气可用作燃烧燃料或者在其它方法中用于产生有用的化学品。由水和前述去除的颗粒物组成的淤浆具有比固体废物更高的水含量，因此添加淤浆到固体废物用于提高PGR进料的总体水含量，以及为进一步处理和处置存在于已经从合成气去除的淤浆中的颗粒物提供手段。将淤浆添加到固体废物在如上所述同样使用预压实机和/或压缩螺旋进料器(或者其它在将进料引入到PGR时压缩进料的进料装置)的那些实施方案中也特别有益。通过淤浆提供的较高的水分含量帮助保持固体废物的较高密度(即，其帮助减少压实之后废物材料的“回弹”)，所述较高密度在固体废物在预压实机和/或进料装置中压实期间获得。这进而提高前述压实步骤在以下方面的有效性:保持固体废物的水分含量、形成进入PGR容器的废物材料塞和/或提高螺旋进料器的重量进料速率。
[0026]用于和存在于本发明的某些实施方案的PGR可为适于将固体废物转化为合成气(由有机废物材料形成)和熔融的废渣(由无机废物材料形成)的任何形式的PGR。对于所有PGR，将固体废物转化为合成气和熔融废渣所需的热能通过一个或多个等离子体焰炬供应，所述一个或多个等离子体焰炬用于通过在反应器容器内部产生一个或多个等离子体射流来加热PGR容器的内部(由此供应热能到固体废物)。等离子体焰炬通常位于反应器容器底部的底部或者在其附近，使得等离子体射流和由此而来的最高温度产生于容器底部或其附近，在废渣出口或其附近，或者在从反应器容器去除熔融废渣所经过的口或其附近。
[0027]PGR容器的内部通常包含气化区，新装入的(即新引入的)固体废物安放其中，且在其中发生有机废物材料的气化。气化区内部的操作条件为:例如为有机废物材料发生气化而且无机材料的粘度降低到至少其开始转变为熔融的废渣所必需的，例如像至少900°C的温度(即≥9000C的温度)，更优选至少1200°C的温度；以及最多1.0摩尔％的分子氧浓度(即< 1.0摩尔％的O2浓度)，更优选最多0.5摩尔％的分子氧浓度。通常，反应器容器的内部进一步包含在气化区上方的气体保留区，从而所述气体保留区处于比气化区更低的温度下，从气化区上升的合成气暂时保留在其中，然后经由在容器顶部的一个或多个合成气出口退出反应器容器，从而允许发生气相反应和/或在合成气中夹带的任何颗粒物的至少一些转化为合成气和/或落回下降到气化区中所用的时间。通常，反应器容器还包含在气化区下方的碳床，其支持新装入的固体废物，且熔融的废渣可流动经过该碳床，放置等离子体焰炬使得在碳床内或下方产生等离子体射流，从而将在碳床中的含碳物质也加热和转化为合成气(由碳床源材料补充碳床，如上讨论，所述碳床源材料优选作为还包含固体废物的组合进料的一部分引入到反应器容器中)。通常，气化区为气体保留区高度的约一半，使得(除被碳床(当存在时)占据的区域以外)气化区占据反应器容器内部高度的约三分之一，而气体保留区占据剩余部分。
[0028]在某些实施方案中，进入PGR容器的固体废物入口(进料口)位于气化区，使得固体废物被直接引入到气化区。这与常规布置相反，在常规布置中，固体废物经由位于气化区上方的进料口进料至PGR容器内，而废物随后自由降落到较高温度的气化区中。与固体废物经由气化区上方的进料口进料至PGR容器中的情况(这可导致在废物自由下落到气化区中时水分从废物快速蒸发)相比，将固体废物直接进料至PGR容器的气化区中的优点为:固体废物在它抵达高温气化区时将同样保持其更多的水分含量。与其中从位于气化区上方的进料口将废物简单地“松散”倾倒到气化区内的常规布置相比，保留的水含量的提高在以下那些实施方案中同样特别显 著:其中按照如上所述的方法也首先将废物压实和/或向其中加入淤浆。
[0029]在某些实施方案中，控制进入气化区的水(H2O):分子氧(O2)的质量比，使之为
0.5-2.0，更优选为0.8-1.8。如上讨论，本发明人已经发现通过增加存在于气化区的水量，所需的分子氧的量减少，而且通过使用如上陈述的特定的水:分子氧比率，可获得更完全的气化(得到更高的氢产量)和/或合成气中更高的氢浓度。优选，气化区内增加的水量通过以下提供:采用上述一种或多种方式增加引入到气化区内的固体废物进料的水含量。然而，备选或附加地，在固体废物进料中的水含量可采用任何其它方式增加和/或可经由单独的蒸气或液体进料将水引入到气化区(在后面的情况中，同样优选的是，将单独的蒸气或液体进料经由位于气化区的一个或多个口直接引入到气化区，以由此同样避免在水到达气化区之前经由蒸发损耗水分)。在优选实施方案中，还控制进入气化区的碳(C):分子氧(O2)的质量比，使之为0.85-1.4，更优选1.0-1.4。本发明人已经发现，通过使用此碳:分子氧比率，与上述水:分子氧比率组合，可特别地实现合成气中较高的氢浓度。
[0030]因此，本发明的优选方面包括以下方面，编号为#1至#35:
#1.一种进料设备，其用于将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料入等离子体气化反应器中，所述进料设备包含: 预压实机，其布置并可操作用于接收所述固体废物并压实所述固体废物以形成压实的固体废物；
供应装置，其布置并可操作用于添加碳床源材料到所述压实的固体废物；和进料装置，其布置并可操作用于接收所述压实的固体废物和碳床源材料并将所述压实的固体废物和碳床源材料作为组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0031]#2.方面#1的进料设备，其中所述进料装置布置并可操作用于压实所述压实的固体废物和碳床源材料并且将得到的进一步压实的固体废物和碳床源材料作为压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0032]#3.方面#2的进料设备，其中所述进料装置包含压缩螺旋进料器。
[0033]#4.方面#1至#3中任一项的进料设备，其中所述进料设备进一步包含洗涤器系统，其布置并可操作用于从所述等离子体气化反应器接收合成气流，以将所述合成气流与水接触，从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，和将所述淤浆添加到所述固体废物和/或压实的固体废物，使得所述组合进料还包括所述淤浆。
[0034]#5.一种设备，其用于处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物，所述设备包含等离子体气化反应器和用于将所述固体废物进料入所述等离子体气化反应器中的进料设备，其中:
所述进料设备为根据方面#1至#4中任一项的进料设备；和 所述等离子体气化反应器包含:
具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化；
固体废物入口，其与所述进料设备的进料装置连接，并且压实的固体废物和碳床源材料的所述组合进料可经由该入口装入所述容器；
碳床，其位于所述反应器容器内部，在所述固体废物口下方，新装入的固体废物和碳床源材料安放在其上，熔融的废渣可流动经过该碳床，并且该碳床由所述碳床源材料补充；一个或多个等离子体焰炬，其布置并可操作用于供应热能到所述碳床和固体废物，以从所述碳床和所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；在所述容器底部的废渣出口，熔融的废渣可经由该废渣出口从所述容器中取出；和在所述容器顶部的合成气出口，合成气可经由该合成气出口从所述容器中取出。
[0035]#6.方面#5的设备，
其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，以及在所述气化区上方的气体保留区，和
其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区中。
[0036]#7.一种进料设备，其用于将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料入等离子体气化反应器中，所述进料设备包含:
洗涤器系统，其布置和可操作用于从所述等离子体气化反应器接收合成气流，以将所述合成气流与水接触，从所述合成气中去除颗粒物和形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，和将所述淤浆加入到所述固体废物中；和
进料装置，其布置和可操作用于接收所述固体废物和淤浆，并将所述固体废物和淤浆作为组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0037]#8.方面#7的进料设备，其中所述进料装置布置和可操作用于压实所述固体废物和淤浆，并且将得到的压实的固体废物和淤浆作为压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0038]#9.方面#8的进料设备，其中所述进料装置包含压缩螺旋进料器。
[0039]#10.一种设备，其用于处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物，所述设备包含等离子体气化反应器和用于将所述固体废物进料入所述等离子体气化反应器中的进料设备，其中:
所述进料设备为根据方面#7至#9中任一项的进料设备；和 所述等离子体气化反应器包含:
具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化；
固体废物入口，其与所述进料设备的所述进料装置连接，并且固体废物和淤浆的所述组合进料可经由该入口装入所述容器中；
一个或多个等离子体焰炬，其布置并可操作用于供应热能到所述固体废物和淤浆，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
在所述容器底部的废渣出口，熔融的废渣可经由该废渣出口从所述容器中取出；和在所述容器顶部的合成气出口，合成气可经由该合成气出口从所述容器中取出并供应到所述进料设备的洗涤器系统。
[0040]#11.方面#10的设备，
其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，和在所述气化区上方的气体保留区；和
其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区中。
[0041]#12.一种将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料到等离子体气化反应器中的方法，所述方法包含以下步骤:
将所述固体废物压实以形成压实的固体废物；
添加碳床源材料到所述压实的固体废物以形成包含所述压实的固体废物和碳床源材料的组合进料；和
将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中；
其中所述固体废物还包含水，和/或在将其压实以形成压实的固体废物之前已经将水添加到其中，所述水的至少一些被保留在所述压实的固体废物中，以及保留在引入到所述等离子体气化反应器中的所述组合进料中。
[0042]#13.方面#12的方法，其中所述方法还包含以下步骤:将所述组合进料压实，然后将得到的压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0043]#14.方面#13的方法，其中使用压缩螺旋进料器将所述组合进料压实并引入到所述等离子体气化反应器中。
[0044]#15.方面#12至#14中任一项的方法，其中所述方法还包含以下步骤:使来自所述等离子体气化反应器的合成气流与水接触，以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，并将所述淤浆添加到所述固体废物和/或压实的固体废物中，使得所述组合进料还包括所述淤浆。
[0045]#16.一种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物的方法，所述方法包含以下步骤:
(i)根据方面#12至#15中任一项的方法将包含压实的固体废物和碳床源材料的组合进料进料至等离子体气化反应器中，所述等离子体气化反应器包含:
具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由固体废物至合成气和熔融的废渣的转
化；
固体废物入口，将所述组合进料经由该入口装入到所述容器；
碳床，其位于所述反应器容器内部，在所述固体废物口下方，新装入的固体废物和碳床源材料安放在其上，熔融的废渣可流动经过该碳床，并且该碳床由所述碳床源材料补充；一个或多个等离子体焰炬；
在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口； (?)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述碳床和固体废物，以从所述碳床和所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
(iii)从所述废渣出口取出熔融的废渣；和
(iv)从所述合成气出口取出合成气。
[0046]#17.方面#16的方法，
其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，在其中发生有机废物材料的气化，和其中所述方法还包含将包含分子氧的气态进料引入到所述气化区中，控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.5-2.0。
[0047]#18.方面#17的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.8-1.8。
[0048]#19.方面#17或#18的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为0.85-1.4。
[0049]#20.方面#17或#18的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为1.0-1.4。
[0050]#21.方面#16至#20中任一项的方法，
其中所述反应器容器的所述内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，和在所述气化区上方的气体保留区，和
其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区。
[0051]#22.一种将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料到等离子体气化反应器中的方法，所述方法包含以下步骤:
将来自所述等离子体气化反应器的合成气流与水接触以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆；
将所述淤浆添加到所述固体废物中以形成包含所述淤浆和所述固体废物的组合进料；
和将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中。
[0052]#23.方面#22的方法，其中所述方法还包含以下步骤:将所述组合进料压实，然后将得到的压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
[0053]#24.方面#23的方法，其中使用压缩螺旋进料器将所述组合进料压实并引入到所述等离子体气化器中。
[0054]#25.一种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物的方法，所述方法包含以下步骤:
(i)根据方面#22至#24中任一项的方法将包含淤浆和固体废物的组合进料进料至等离子体气化反应器中，所述等离子体气化反应器包含:
具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化；
固体废物入口，将所述组合进料经由该入口装入到所述容器；
一个或多个等离子体焰炬；
在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口；
(?)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述固体废物和淤浆，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
(iii)从所述废渣出口取出熔融的废渣；` (iv)从所述合成气出口取出合成气流，该合成气流为根据方面#22至#24中任一项的方法与水接触的所述流。
[0055]#26.方面#25的方法，
其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，在其中发生有机废物材料的气化，和其中所述方法还包含将包含分子氧的气态进料引入到所述气化区，控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.5-2.0。
[0056]#27.方面#26的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.8-1.8。
[0057]#28.方面#26或#27的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为0.85-1.4。
[0058]#29.方面#26或#27的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为1.0-1.4。
[0059]#30.方面#25至#29中任一项的方法，
其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，和在所述气化区上方的气体保留区，和
其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区。
[0060]#31.一种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物的方法，所述方法包含以下步骤:
(i)将所述固体废物引入到等离子体气化反应器中，所述等离子体气化反应器包含: 具有内部体积的反应器容器，在其中发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化，所述内部体积包含气化区，在其中发生有机废物材料的气化；
固体废物入口，将所述固体废物经由该入口装入到所述容器；
一个或多个等离子体焰炬；
在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口；
(?)将包含分子氧的气态进料引入到所述等离子体气化反应器的气化区；
(iii)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述固体废物，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；
(iv)从所述废渣出口取出熔融的废渣；和 (V)从所述合成气出口取出合成气；
其中引入到所述等离子体气化反应器的所述固体废物还包含水，和/或所述方法还包含经由单独的蒸汽或液体进料将水引入到所述等离子体气化反应器的气化区中，控制进入所述气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.5-2.0。
[0061]#32.方面#31的方法，其中控制进入所述气化区的水:分子氧的质量比，使之为
0.8—1.8ο
[0062]#33.方面#31或#32的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为0.85-1.4。
[0063]#34.方面#31或#32的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为1.0-1`.4。
[0064]#35.方面#31至#34中任一项的方法，其中所述反应器容器的内部体积还包含在所述气化区上方的气体保留区，且其中所述固体废物入口和/或如果存在所述单独的蒸汽或液体进料的任何入口，其位于所述容器的气化区，使得所述水直接装入所述气化区。
[0065]仅作为实例，现在将参考图1描述本发明的一个优选实施方案。
[0066]参考图1，显示了用于处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物的设备100和方法。该设备100包含等离子体气化反应器(PGR) 120和用于将固体废物进料到PGR的进料设备110。进料设备包括用于压实固体废物的预压实机111、用于供应碳床源材料的供应装置116、用于将压实的固体废物和碳床源材料进料到PGR的进料装置112和用于从由PGR产生的合成气中清除颗粒物和将由水和去除的颗粒物组成的淤浆再循环到通向PGR的固体废物进料的洗涤器系统113。
[0067]更具体地说，将待处理的固体废物101 (例如城市固体废物(MSW))首先进料至预压实机111，在其中将它压缩以形成致密化的、压实的固体废物，以帮助保持其水分含量。然后将碳床源材料(例如，冶金焦炭、无烟煤)103和来自洗涤器系统113的淤浆经由线路116和117分别地加入到压实的固体废物，以形成经由线路114提供到进料装置112的组合进料。如图1描绘的，助熔剂(例如一种或多种无机助熔剂，例如像石灰石)102通常也可经由线路115添加到固体废物，从而也结合到经由线路114提供到进料装置112的组合进料中。如本领域已知的，根据需要可将一种或多种助熔剂加入到进料中，以调节和控制在PGR内部形成的废渣的粘度，使得PGR合适运行所需的废渣粘度得以维持。
[0068]线路114至117各自代表任何适合形式的用于供应和传送所讨论材料的供应装置。例如，线路114可代表一个或多个移动坡道、运输机、滑道、滑槽、导管、料斗或者任何其它形式的供应装置，其适用于将压实的固体废物从预压实机111转移到进料装置112并且允许助熔剂、碳床源材料和淤浆在压实的固体废物转移时添加到其中。线路115、116和117可例如同样地代表任何适合形式的供应装置(例如一个或多个移动坡道、运输机、滑道、滑槽、导管、料斗和/或类似物)，用于分别输送助熔剂、碳床源材料和淤浆。虽然图1显示了在将组合进料引入到进料装置112之前，将助熔剂、碳床源材料和淤浆加入到压实的固体废物，但作为备选方案，可将所述材料(即固体废物、助熔剂、碳床源材料和淤浆)的一种或多种或者实际上全部单独引入到进料装置，使得在进料装置112的入口处或进料装置112内形成组合进料。在淤浆和/或助熔剂的情况下，这些材料可备选或者附加地添加到固体废物，然后将其进料至预压实机111 (使得预压实机将固体废物与淤浆和/或助熔剂一起压实)。虽然也可在预压实机中压实之前添加碳床源材料，但非常优选在预压实机中发生压实后将碳床源材料添加到压实的固体废物。这是因为，如上讨论，保持碳床源材料的大颗粒尺寸对于在PGR内部的碳床内产生充足的空隙以允许废渣自由流过碳床是必不可少的，而且在预压实机后添加碳床源材料有助于将这些较大颗粒的破裂最小化。
[0069]在这个实施方案中，进料装置112为锥形螺旋进料器(也称为锥形螺钻或者锥形压缩螺钻)。该类型的螺旋进料器具有螺旋斜轨(也称为螺旋螺纹或者螺旋叶片)和匹配的(通常为截台圆锥形)螺杆外壳，两者皆在材料移动经过进料器的方向上变细，如图1中对进料装置112示意性显示。因此在通过螺杆旋转使材料进料通过螺旋进料器时，所述材料也被压缩。该类型的适合的螺旋进料器为已知的和易于获得的，例如锥形压缩螺钻式的过程螺旋进料器可得自 Komar Industries, Inc.(4425 Marketing Place,Groveport,Ohio43125，美国)。在备选实施方案中，可使用压缩螺旋进料器的备选设计，例如像以下螺旋进料器:其中作为所使用的锥形螺旋斜轨和外壳的补充或者替代，螺旋进料器的螺杆轴直径在材料移动经过进料器的方向上增加，和/或螺旋斜轨的螺距在材料移动经过进料器的方向上减少。在又一个备选实施方案中，另一种形式的进料装置在进料材料时压实材料，例如像结合了夯槌(ram)的装置可作为螺旋进料器的替代或补充来使用。
[0070]因此，在压实的固体废物、助熔剂、碳床源材料和淤浆的组合进料通过进料装置112进料至？61?120时，其还进一步经压实和致密化，并被允许将压力增加到比PGR内部压力稍微更高的压力。通过压实和致密化进`料材料，进料装置112产生进入PGR的材料塞和在进料装置和PGR容器之间的正压力梯度，从而确保来自PGR容器内的合成气不能通过进料装置泄漏出去。PGR120内部的最大操作压力通常高达5psig(136kpa)，指PGR内部的操作压力可通常高达超过大气压5psi (35kPa)，因此进料装置的设计优选使得其适于经受至少5psi (35kPa)的背压来进料材料。
[0071]等离子体气化反应器(PGR) 120包含具有内部体积的反应器容器127 (在其中可发生由固体废物至合成气和熔融的废渣的转化)、固体废物入口 124、位于反应器容器内部在固体废物口下方的碳床121、一个或多个等离子体焰炬(未描绘)、在容器底部的废渣出口126和在容器顶部的合成气出口 125。反应器容器127通常由衬里为耐高温材料的金属壳制造，该耐高温材料能经受容器内部通过等离子体焰炬产生的强热。碳床121上方的容器内部体积可分成两个区，即碳床上方的气化区122 (在其中发生有机废物材料的气化)，和气化区上方的气体保留区123。气化区122可为气体保留区123高度的约一半，使得气化区占据约碳床121上方反应器容器内部体积高度的约三分之一，而气体保留区123占据剩余的三分之二。等离子体焰炬可位于反应器容器127的底部，使得通过等离子体焰炬产生的等离子体射流在碳床121内或下方(在废渣出口 126之处或附近)产生，以提供热量到气化区内的碳床和安放在碳床上的废物材料。等离子体焰炬可提供有任何适合的载气(例如空气、富氧空气和或高纯氧)，然后通过使其经过电弧，由等离子焰炬将其转化为等离子体射流，如本领域已知的。该类型PGR的通用设计与操作为本领域已知的，该类型PGR例如描述于US 2010/0199556A和/或US 2012/0121477A，其内容通过引用并入本文。
[0072]进料装置112连接(直接地或者经由介于其间的导管等)到PGR固体废物入口 124。固体废物入口位于紧邻碳床121上方的PGR气化区122，使得压实的固体废物、助熔剂、碳床源材料和淤浆的组合进料直接进料到PGR120的气化区122中。固体废物入口的该位置不同于固体废物入口在该类型的典型PGR内的常规位置，例如在US 2010/0199556A中描述的。更具体地说，如示意性显示于图2，在该类型的PGR220的常规设计中，PGR容器227可具有与图1的PGR容器122相同的总体设计，碳床221、废渣出口 226、合成气出口 225、气体保留区223和气化区222的位置相同。然而，在常规设计中，固体废物通过固体废物入口224进料(以非压实的形式)至PGR容器227，固体废物入口 224位于PGR容器227较高的点上，例如在气化区222上方的气体保留区223中。这意味着进入PGR容器的固体废物在堆填到气化区222内在碳床221上之前有较大的距离来下落(图2中的距离D)，其进而意味着在固体废物可在气化区内转化为合成气和废渣之前，更多的水分(如图2中箭头M描绘的)从固体废物损失(通过上升的合成气干燥下落的废物的结果)。
[0073]再次参考图1，经由固体废物入口 124进入PGR容器127的压实的固体废物、助熔齐U、碳床源材料和淤浆的组合进料安放在气化区122内，处于碳床121顶部并由碳床121支撑。固体废物在气化区122内暴露于高温(例如至少900°C的温度，和更优选至少1200°C)，该高温由在碳床121内或下方通过一个或多个等离子体焰炬形成的一个或多个等离子射流流产生，在低氧环境下(即具有不足以发生燃烧的氧浓度的环境，例如像最多1.0摩尔％的分子氧浓度，更优选最多0.5摩尔％)，导致有机废物材料的气化和无机废物材料的熔化。碳床同样地经受由一个或多个等离子体焰炬造成的高温(实际上，甚至更高)，导致碳床也被气化，通过碳床产生的合成气既用于降低气化区的氧含量，又用于提供合成气的另外的源。然而，由于形成碳床的材料(例如，冶金焦炭、无烟煤)的缘故，碳床比有机废物材料气化得更慢，使得碳床可通过组合进料中新引入的碳床源材料在与碳床气化相同的速率下补充，由此可继续充当新引入的废物材料的支撑。通常，PGR120还包括位于容器127的气化区122和/或其它地方的一个或多个另外的入口(未显示)，按照需要(而且如果需要)，包含分子氧的气态进料(例如像空气、富氧空气、高纯氧或者任何其它包含氧的气体)可经由所述入口引入到气化区122，以提供有机废物材料气化发生所需的氧水平。PGR120还可包括一个或多个另外的入口(优选位于容器127的气化区122)，按照需要(而且如果需要)，可经由所述入口引入另外的水/蒸汽进料(即单独的水的液体或者蒸汽进料)，用于有机废物材料的有效气化。
[0074]在优选实施方案中，控制进入气化区122的水(H2O):分子氧(O2)的质量比，使之为0.5-2.0，更优选为0.8-1.8。水:分子氧的质量比可通过以下控制:例如，测量和监控进入PGR容器127的压实的固体废物、助熔剂、碳床源材料和淤浆的组合进料的水分含量和质量流速，通过监控包含分子氧的气态进料的质量流速(和任何另外的水/蒸汽进料的质量流速)和所述气态进料的组成(若未从供应商规格已知)，并按照需要(而且如果需要)通过调节包含分子氧的气态进料的流速和/或另外的水/蒸汽进料的流速。组合进料的水分含量可使用干燥损失方法测量(其中将材料样品称重，加热适当的时间段并再次称重，然后由水分损失率计算水分含量，所述水分损失率相应地由加热时间段和加热前和加热后样品的重量计算)，例如像通过ASTM方法ASTM-D3302。由组合进料(即固体废物、助熔剂、碳床源材料和淤浆)组成的材料的质量流速和气态进料与任何另外的水/蒸汽进料的质量流速可使用任何适合的标准流速监测器测量，例如本领域众所周知的。
[0075]在优选实施方案中，还控制进入气化区122的碳(C):分子氧(O2)的质量比，使之为0.85-1.4，更优选为1.0-1.4。碳:氧的质量比可通过以下控制:例如测量和监控进入PGR容器127的压实的固体废物、助熔剂、碳床源材料和淤浆的组合进料的碳含量与质量流速，通过监控包含分子氧的气态进料的质量流速和组成(若非已知)，并按照需要(而且如果需要)通过调节包含分子氧的气态进料的流速。固体废物和淤浆的碳含量，和助熔剂和碳床源材料的碳含量(若未从供应商规格已知)，可使用“元素分析(ultimate analysis)”测试来测量,例如像通过ASTM方法ASTM D5373和/或ASTM D5291。
[0076]从无机废物材料和助熔剂(按必需的程度加入，以将废渣的粘度调节到期望的粘度)产生的熔融的废渣流经碳床121至PGR容器127的底部，在其中可将所述废渣经由废渣出口 126从容器中取出，随后经冷却和处置。从无机废物材料(和碳床)产生的合成气在PGR容器内上升到气体保留区123，在其中气体的温度有所冷却，且在该区可发生其它气相反应。然后将合成气从PGR容器127经由合成气口 125取出并通过导管118转移到洗涤器系统113。
[0077]在洗漆器系统113内，合成气与水供应(未显不)接触以除掉在合成气于气化区122产生和在PGR容器127内部上升经过气体保留区123时由合成气夹带和保留的任何颗粒物(本文也指保留的或顶部的颗粒物)。然后，无颗粒物的合成气104可按期望经进一步处理和/或使用。通过从合成气去除所述颗粒物形成的淤浆(或者水和颗粒物的浆料)然后如上所述经由线路117再循环，以形成通向PGR的组合进料的一部分(连同压实的固体废物、助熔剂和碳床源材料)。因为淤浆具有比固体废物101更高的水含量，所以与如果不包括淤浆的组合进料的水含量相比，淤浆再循环以形成组合进料的一部分会用于提高组合进料的水含量。
实施例
[0078]为了表明根据本发明的实施方案来提高通向等离子体气化反应器的气化区的固体废物进料的水含量的影响，使用ASPEN? Plus软件(?Aspen Technology, Inc.)进行基于平衡的ASPEN模拟。以下表格显示了由此模拟的结果，并说明提高进料的水含量对氢产量的影响。
[0079]表I
【权利要求】
1.一种进料设备，其用于将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料入等离子体气化反应器中，所述进料设备包含: 预压实机，其布置并可操作用于接收所述固体废物并压实所述固体废物以形成压实的固体废物； 供应装置，其布置并可操作用于添加碳床源材料到所述压实的固体废物；和进料装置，其布置并可操作用于接收所述压实的固体废物和碳床源材料并将所述压实的固体废物和碳床源材料作为组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
2.权利要求1的进料设备，其中所述进料装置布置并可操作用于压实所述压实的固体废物和碳床源材料并且将得到的进一步压实的固体废物和碳床源材料作为压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
3.权利要求2的进料设备，其中所述进料装置包含压缩螺旋进料器。
4.权利要求1的进料设备，其中所述进料设备还包含洗涤器系统，其布置并可操作用于从所述等离子体气化反应器接收合成气流，以使所述合成气流与水接触，从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，和将所述淤浆添加到所述固体废物和/或压实的固体废物，使得所述组合进料还包括所述淤浆。
5.一种设备，其用于处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物，所述设备包含等离子体气化反应器和用于将所述固体废物进料入所述等离子体气化反应器中的进料设备，其中: 所述进料设备为权利要求1的进料设备；和 所述等离子体气化反应器包含: 具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化；` 固体废物入口，其与所述进料设备的进料装置连接，并且压实的固体废物和碳床源材料的所述组合进料可经由该入口装入所述容器； 碳床，其位于所述反应器容器内部，在所述固体废物口下方，新装入的固体废物和碳床源材料安放在其上，熔融的废渣可流动经过该碳床，并且该碳床由所述碳床源材料补充；一个或多个等离子体焰炬，其布置并可操作用于供应热能到所述碳床和固体废物，以从所述碳床和所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣；在所述容器底部的废渣出口，熔融的废渣可经由该废渣出口从所述容器中取出；和在所述容器顶部的合成气出口，合成气可经由该合成气出口从所述容器中取出。
6.权利要求5的设备， 其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，以及在所述气化区上方的气体保留区，和 其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区中。
7.一种进料设备，其用于将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料入等离子体气化反应器中，所述进料设备包含: 洗涤器系统，其布置和可操作用于从所述等离子体气化反应器接收合成气流，以使所述合成气流与水接触，从所述合成气中去除颗粒物和形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，和将所述淤浆加入到所述固体废物中；和 进料装置，其布置和可操作用于接收所述固体废物和淤浆，并将所述固体废物和淤浆作为组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
8.权利要求7的进料设备，其中所述进料装置布置和可操作用于压实所述固体废物和淤浆，并且将得到的压实的固体废物和淤浆作为压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
9.权利要求8的进料设备，其中所述进料装置包含压缩螺旋进料器。
10.一种设备，其用于处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物，所述设备包含等离子体气化反应器和用于将所述固体废物进料入所述等离子体气化反应器中的进料设备，其中: 所述进料设备为权利要求7的进料设备；和 所述等离子体气化反应器包含: 具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化； 固体废物入口，其与所述进料设备的所述进料装置连接，并且固体废物和淤浆的所述组合进料可经由该入口装入 所述容器中； 一个或多个等离子体焰炬，其布置并可操作用于供应热能到所述固体废物和淤浆，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣； 在所述容器底部的废渣出口，熔融的废渣可经由该废渣出口从所述容器中取出；和在所述容器顶部的合成气出口，合成气可经由该合成气出口从所述容器中取出并供应到所述进料设备的洗涤器系统。
11.权利要求10的设备， 其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，和在所述气化区上方的气体保留区；和 其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区中。
12.一种将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料到等离子体气化反应器中的方法，所述方法包含以下步骤: 将所述固体废物压实以形成压实的固体废物； 添加碳床源材料到所述压实的固体废物以形成包含所述压实的固体废物和碳床源材料的组合进料；和 将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中； 其中所述固体废物还包含水，和/或在将其压实以形成压实的固体废物之前已经将水添加到其中，所述水的至少一些被保留在所述压实的固体废物中，以及保留在引入到所述等离子体气化反应器中的所述组合进料中。
13.权利要求12的方法，其中所述方法还包含以下步骤:将所述组合进料压实，然后将得到的压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
14.权利要求13的方法，其中使用压缩螺旋进料器将所述组合进料压实并引入到所述等离子体气化反应器中。
15.权利要求12的方法，其中所述方法还包含以下步骤:使来自所述等离子体气化反应器的合成气流与水接触，以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，并将所述淤浆添加到所述固体废物和/或压实的固体废物中，使得所述组合进料还包括所述游衆。
16.—种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物的方法，所述方法包含以下步骤: (i)将所述固体废物压实以形成压实的固体废物； (?)添加碳床源材料到所述压实的固体废物以形成包含所述压实的固体废物和碳床源材料的组合进料； (iii)将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中，所述等离子体气化反应器包含: 具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由固体废物至合成气和熔融的废渣的转化； 固体废物入口，将所述组合进料经由该入口装入到所述容器； 碳床，其位于所述反应器容器内部，在所述固体废物口下方，新装入的固体废物和碳床源材料安放在其上，熔融的废渣可流动经过该碳床，并且该碳床由所述碳床源材料补充；一个或多个等离子体焰炬； 在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口；` (iv)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述碳床和固体废物，以从所述碳床和所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣； (V)从所述废渣出口取出熔融的废渣；和 (Vi)从所述合成气出口取出合成气 其中所述固体废物还包含水，和/或在将其压实以形成压实的固体废物之前已经将水添加到其中，所述水的至少一些被保留在所述压实的固体废物中，以及保留在引入到所述等离子体气化反应器中的所述组合进料中。
17.权利要求16的方法， 其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，在其中发生有机废物材料的气化，和其中所述方法还包含将包含分子氧的气态进料引入到所述气化区中，控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.5-2.0。
18.权利要求17的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.8-1.8。
19.权利要求17的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为0.85-1.4。
20.权利要求17的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为1.0-1.4。
21.权利要求16的方法， 其中所述反应器容器的所述内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，和在所述气化区上方的气体保留区，和其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区。
22.一种将包含有机和无机废物材料两者的固体废物进料到等离子体气化反应器中的方法，所述方法包含以下步骤: 将来自所述等离子体气化反应器的合成气流与水接触以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆； 将所述淤浆添加到所述固体废物中以形成包含所述淤浆和所述固体废物的组合进料；和 将所述组合进料引入到等离子体气化反应器中。
23.权利要求22的方法，其中所述方法还包含以下步骤:将所述组合进料压实，然后将得到的压实的组合进料引入到所述等离子体气化反应器中。
24.权利要求23的方法，其中使用压缩螺旋进料器将所述组合进料压实并引入到所述等离子体气化器中。
25.—种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物的方法，所述方法包含以下步骤: (i)将淤浆添加到所述固体 废 物中以形成包含所述淤浆和所述固体废物的组合进料； (?)将所述组合进料引入到等离子体气化反应器，所述等离子体气化反应器包含:具有内部体积的反应器容器，在其中可发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化； 固体废物入口，将所述组合进料经由该入口装入到所述容器； 一个或多个等离子体焰炬； 在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口； (iii)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述固体废物和淤浆，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣； (iv)从所述废渣出口取出熔融的废渣； (V)从所述合成气出口取出合成气流；和 (vi)使所述合成气流与水接触以从所述合成气中去除颗粒物并形成包含水和去除的颗粒物的淤浆，所述淤浆在步骤(i)中添加到所述固体废物中。
26.权利要求25的方法， 其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，在其中发生有机废物材料的气化，和其中所述方法还包含将包含分子氧的气态进料引入到所述气化区，控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.5-2.0。
27.权利要求26的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.8-1.8。
28.权利要求26的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为0.85-1.4。
29.权利要求26的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为1.0-1.4。
30.权利要求25的方法， 其中所述反应器容器的内部体积包含气化区，有机废物材料的气化在其中发生，和在所述气化区上方的气体保留区，和 其中所述固体废物入口位于所述容器的气化区，使得所述组合进料直接装入所述气化区。
31.一种处理包含有机和无机废物材料两者的固体废物的方法，所述方法包含以下步骤: (i)将所述固体废物引入到等离子体气化反应器中，所述等离子体气化反应器包含:具有内部体积的反应器容器，在其中发生由所述固体废物至合成气和熔融的废渣的转化，所述内部体积包含气化区，在其中发生有机废物材料的气化； 固体废物入口，将所述固体废物经由该入口装入到所述容器； 一个或多 个等离子体焰炬； 在所述容器底部的废渣出口 ；和 在所述容器顶部的合成气出口； (?)将包含分子氧的气态进料引入到所述等离子体气化反应器的气化区； (iii)由所述一个或多个等离子体焰炬供应热能到所述固体废物，以从所述有机废物材料产生合成气以及从所述无机废物材料产生熔融的废渣； (iv)从所述废渣出口取出熔融的废渣；和 (V)从所述合成气出口取出合成气； 其中引入到所述等离子体气化反应器的所述固体废物还包含水，和/或所述方法还包含经由单独的蒸汽或液体进料将水引入到所述等离子体气化反应器的气化区中，控制进入所述气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.5-2.0。
32.权利要求31的方法，其中控制进入所述气化区的水:分子氧的质量比，使之为0.8—1.8ο
33.权利要求31的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为0.85-1.4。
34.权利要求31的方法，其中控制进入到所述等离子体气化反应器的气化区的碳:分子氧的质量比，使之为1.0-1.4。
35.权利要求31的方法，其中所述反应器容器的内部体积还包含在所述气化区上方的气体保留区，且其中所述固体废物入口和/或如果存在所述单独的蒸汽或液体进料的任何入口，其位于所述容器的气化区，使得所述水直接装入所述气化区。
【文档编号】B09B3/00GK103878165SQ201310708422
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】A.D.安德森, F.P.佩特罗切利, F.S.温格尔 申请人:气体产品与化学公司