專利名稱：垃圾轉(zhuǎn)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)轉(zhuǎn)化垃圾的方法以及一種實(shí)施該方法的裝置，在其中發(fā)生化學(xué)-物理的熱分解反應(yīng)以得到適當(dāng)控制的合成物的產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
城市固體垃圾的數(shù)量有數(shù)百萬(wàn)噸。例如在意大利，超過(guò)2600萬(wàn)噸的城市固體垃圾被產(chǎn)生，其組成由于城區(qū)、地理區(qū)域、季節(jié)的不同而不同。
一種組份由29％的潮濕的有機(jī)物、28％的紙和紙板、16％的塑料構(gòu)成。
在這大量的物質(zhì)中必然被加入工業(yè)廢棄物以及民用的特殊的垃圾，例如醫(yī)用垃圾以及機(jī)動(dòng)車毀壞的殘余物。這些工業(yè)殘余物以及特殊垃圾的重量大大超過(guò)城市固體垃圾。也有一個(gè)例子，1998年在意大利產(chǎn)生了6100萬(wàn)噸廢棄材料，以及4000萬(wàn)噸民用的特殊垃圾。
這些材料的處理，特別是危險(xiǎn)的垃圾，不同的熱處理和冷處理技術(shù)被使用，例如熱毀滅、化學(xué)去毒、長(zhǎng)期密封以及特殊的土壤填充方法。
然而，已知的方法，包括現(xiàn)有技術(shù)有這樣的缺點(diǎn)使用相同物理狀態(tài)，例如固體、液體或氣體狀態(tài)的同類的垃圾；低濃度的危險(xiǎn)物質(zhì)的垃圾處理；產(chǎn)生非惰性的固體灰燼。而且，除了高速焚化以外，已經(jīng)嘗試的清除方法中至今為止很少有投放市場(chǎng)的，因?yàn)樗鼈兊耐耆沫h(huán)境安全不能被確保。
已經(jīng)作出了很多通過(guò)等離子體反應(yīng)器或熔爐來(lái)消滅垃圾的嘗試，但是典型的是需要喂入單一類型的垃圾，目前存在于等離子體反應(yīng)器中的這種系統(tǒng)的可靠性，生產(chǎn)率以及它們的高能耗是一種限制。美國(guó)文獻(xiàn)4644877描述了一種通過(guò)高溫分解來(lái)毀滅垃圾的方法和裝置，直接將垃圾輸送到等離子體電弧使垃圾經(jīng)受等離子體電弧的處理。
美國(guó)文獻(xiàn)5280757另外描述了一種通過(guò)使用等離子體焰炬來(lái)氣化城市垃圾的方法，其中垃圾被直接投入到等離子體焰炬在其中作用的反應(yīng)室中。通過(guò)這樣操作，焰炬直接暴露在垃圾毀滅的過(guò)程當(dāng)中形成的氣體以及噴入的或者在焰炬所位于的室中存在的氧氣的化學(xué)侵蝕中。
盡管迄今為止作了很多的努力，沒(méi)有可利用的技術(shù)解決方案能夠確保高通用性、可靠性和高熱效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首要的目的是提供一種連續(xù)轉(zhuǎn)化垃圾的方法以及一種適于實(shí)施該方法的裝置，具有高度的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和在將被轉(zhuǎn)化的垃圾的物理狀態(tài)的類型方面的可靠性，例如確保高反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、可靠性、低能量散析、擁有高等離子體穩(wěn)定性的焰距的高的熱產(chǎn)量。
進(jìn)一步的目的是提供一種長(zhǎng)工作壽命的裝置。
因此，本發(fā)明計(jì)劃解決上面所討論的問(wèn)題，提供一種連續(xù)轉(zhuǎn)化垃圾的方法和裝置，其具有權(quán)利要求1和6各自的特性。
所述的連續(xù)轉(zhuǎn)化垃圾的方法，它的目的是得到適當(dāng)控制的組份的產(chǎn)物，通過(guò)化學(xué)--物理反應(yīng)得到，在等離子體反應(yīng)器或熔爐中進(jìn)行，它包括以下的操作-在大氣壓下于第一室內(nèi)形成等離子體；-通過(guò)一個(gè)熱傳導(dǎo)分配部件將被轉(zhuǎn)化的垃圾，同時(shí)隨同任何一種助燃劑，輸入與第一室分離的第二室中；-提取具有可被控制的組份的產(chǎn)物。
本發(fā)明還提供一種用于完成所描述的轉(zhuǎn)換方法的裝置。所述裝置包括一個(gè)反應(yīng)器，擁有一個(gè)充分圓柱對(duì)稱性的主體，其特征在于它包括-至少一對(duì)能夠在第一室內(nèi)操作的等離子體焰炬；-用于將垃圾和任何一種助燃劑輸入到第二室中的裝置；
-至少一個(gè)將第一室和第二室隔開(kāi)的部件；-一個(gè)用于排出在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體的管道-一個(gè)用于排出液體和固體爐渣的管道；-一個(gè)用于收集爐渣的坩堝；-一個(gè)用于預(yù)熱助燃劑的系統(tǒng)。
焰炬，優(yōu)選移動(dòng)的弧，由直流電激勵(lì)，在第一室中操作，該第一室通過(guò)至少一個(gè)分離部件與用于插入垃圾的第二室分離，這樣能夠確保高熱導(dǎo)率，通過(guò)這樣的方式焰炬不直接暴露于垃圾毀滅的過(guò)程當(dāng)中形成的氣體，例如酸性分餾物，以及噴入的或者室中存在的氧氣和/或空氣的化學(xué)侵蝕中。
在反應(yīng)器的氣氛中無(wú)氧存在的條件下，輸入到反應(yīng)器中的垃圾達(dá)到一個(gè)可能形成自由碳的高溫環(huán)境。助燃劑和輸入原料之間的比率可能產(chǎn)生沒(méi)有自由碳?xì)堄嗟那闆r，一個(gè)低化學(xué)計(jì)量比率在噴入的原料和助燃劑之間被維持，這樣能夠形成一個(gè)導(dǎo)致氣體形成的還原環(huán)境，例如碳的氧化物和氫，這可以減少處理過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣中NOx的形成。
將第一室從第二室分離的部件是熱傳導(dǎo)的，優(yōu)選從包括碳化硅(SiC)、鉬的組中選擇的材料制成。
用于從上面輸送垃圾的工具優(yōu)選的由包括重力系統(tǒng)、噴射槍的組中選擇。用于側(cè)面輸送垃圾的工具也可以被提供。
用于側(cè)面輸送將被轉(zhuǎn)化的垃圾和助燃劑的工具由朝向轉(zhuǎn)化裝置的中心的多個(gè)噴嘴構(gòu)成，在反應(yīng)器下部區(qū)域圓周形排列，水平或向下傾斜。
用于從下面輸送助燃劑的工具由優(yōu)選排列在反應(yīng)器下部區(qū)域的周向的多個(gè)噴嘴構(gòu)成。所述的噴嘴傾斜一個(gè)與水平方向成0-40度的角度。
反應(yīng)器的內(nèi)壁，在第一室和第二室之間的區(qū)域，與垂直方向可以成20-50度的傾斜角度以促進(jìn)垃圾的排出。
將被轉(zhuǎn)換的材料與助燃劑一起輸入也可以通過(guò)多個(gè)輸入點(diǎn)進(jìn)行，它們可以不在一個(gè)水平上，通過(guò)噴嘴或其他裝置增加反應(yīng)面。
從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明一些其它的優(yōu)選的實(shí)施例。


本發(fā)明進(jìn)一步的特點(diǎn)和好處通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例的描述將變得更加明顯，但是不是唯一的，所描述的等離子體反應(yīng)器的實(shí)施例，是非限制性的例子，借助于附隨的圖表，其中圖1示出了按照用于固體垃圾的第一操作模式的反應(yīng)器的熔爐中心處的縱向截面示意圖；圖2示出了按照用于流體垃圾的第二操作模式的反應(yīng)器的縱向截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，一個(gè)反應(yīng)器被示出，其包括-一個(gè)主體1；-一對(duì)等離子體焰炬2，其中一個(gè)是陽(yáng)極，另一個(gè)是陰極；-一個(gè)第一室3，焰炬2設(shè)置在其中并且等離子體在其中形成；-一個(gè)垃圾被輸入其中的第二室6；-一個(gè)熱傳導(dǎo)部件7，用于分離兩個(gè)室2，3；-用于輸入垃圾的裝置4；-用于輸入助燃劑的裝置5；-管道8，用于排出氣體，部分說(shuō)明，將反應(yīng)器在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體輸送出去；-用于排出爐渣的管道9；-用于收集爐渣的坩堝10；-用于預(yù)熱助燃劑的系統(tǒng)11。
反應(yīng)器，其可以用水冷卻，它有用耐火材料作襯里的內(nèi)壁，例如氧化鋁。
反應(yīng)器的下部，由底和下壁構(gòu)成，其可以與垂直方向成30-40度的傾斜角度，其由硅碳化物構(gòu)成，或者其它材料，防止由于與爐渣相接觸而形成任何類型的化合物。
用于排出爐渣的管道9優(yōu)選由難熔的氧化鎂構(gòu)成。下表總結(jié)了反應(yīng)器一個(gè)實(shí)施例的主要特征。

焰炬2，一個(gè)陽(yáng)極，一個(gè)陰極，由頂進(jìn)入到反應(yīng)器到達(dá)操作位置離底部距離300-400mm。下表示出了焰炬2操作時(shí)使用的操作參數(shù)。

優(yōu)選地，反應(yīng)器裝備有帶有有關(guān)的傳感器的自動(dòng)操作和控制系統(tǒng)用于調(diào)整焰炬2的位置、垃圾的輸入速率以及供給焰炬的電動(dòng)力。
一個(gè)用于過(guò)濾和回收來(lái)自排出管道8的氣體熱量的裝置，圖中未示出，也被提供。
借助附圖，本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例將被提供，以更容易的理解本發(fā)明的目的、特征、好處和操作過(guò)程。
第一個(gè)實(shí)施例，圖1所示，涉及一個(gè)用于固體垃圾轉(zhuǎn)化的裝置。
參照這幅圖，在等離子體反應(yīng)器的頂部有用于固體垃圾通道的圓形管道，與裝置4相連用于輸送和計(jì)量固體垃圾。
輸入到反應(yīng)器上部的原料的處理發(fā)生在降落在室6的過(guò)程當(dāng)中。
處理也可以通過(guò)噴入助燃劑到或只是在爐渣的自由表面來(lái)得到，其中殘留的碳以及產(chǎn)生的灰燼被收集。這種助燃?xì)怏w，用于氣化，優(yōu)選地在它進(jìn)入反應(yīng)器之前被預(yù)熱。這個(gè)操作被執(zhí)行通過(guò)使氣體流過(guò)坩堝10下面的難熔底部中的預(yù)熱系統(tǒng)11以回收能量。
通過(guò)適當(dāng)數(shù)量的輸入點(diǎn)，可能在不同的水平上，熱的助燃劑與碳和/或仍未燒焦的垃圾之間的接觸效率得到增加，因此增加反應(yīng)產(chǎn)量和動(dòng)力。
連續(xù)的轉(zhuǎn)化具有，有或沒(méi)有添加助燃劑(O2)的氣化過(guò)程，來(lái)自垃圾的燃燒60千克/小時(shí)，導(dǎo)致按照輔助的助燃劑加入的數(shù)量每小時(shí)形成約120-150m3(STP)的氣體，下表中示出了混合物中的主要成分

煙囪中氣體的污染物的濃度在法律所允許的范圍之內(nèi)。
第二個(gè)實(shí)施例，圖2所示，涉及一個(gè)用于流體垃圾轉(zhuǎn)化的裝置。
參照所述圖，至少在一個(gè)水平上存在噴頭用于輸入垃圾以及，有可能，同時(shí)輸入助燃劑。噴射通過(guò)排列在多個(gè)圓周的周向的多個(gè)噴嘴12發(fā)生，在徑向上噴射，為了包括分離部件13的整個(gè)外表面。管道14被使用以排出過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的氣體。
考慮到化學(xué)反應(yīng)的高效以及反應(yīng)器的靈活性和生產(chǎn)率這些目的，需要高的動(dòng)力。
通過(guò)高氯(47％)多氯聯(lián)苯100千克/小時(shí)的高溫分解過(guò)程的熱毀滅導(dǎo)致每小時(shí)產(chǎn)生約56m3(STP)的氣體，其中有下表中所示的成分。

如表所示，氣體中主要是氫和氯化氫。關(guān)于二氧(雜)芑，在反應(yīng)器的輸出中數(shù)值是0.1ng/m3(STP)，因此濃度低于法律要求的煙囪中的濃度限制。關(guān)于其它的有機(jī)污染物，氣體的處理允許在煙囪中以低于法律要求的限制攜帶它們，無(wú)機(jī)物質(zhì)如(HCL，SO2，CO)等也一樣。
由這些數(shù)據(jù)得到的毀滅的程度是99.999％，同時(shí)最大消耗能量是2.5KWh/kg。而且，約形成40kg固體碳，通過(guò)等動(dòng)力的氣體取樣計(jì)算。每種情況下，固體和流體垃圾，方法和設(shè)備的完全的環(huán)境安全被確保；與大量的通過(guò)等離子體反應(yīng)器銷毀垃圾嘗試相比，方法和設(shè)備也確保通用性、可靠性、良好的可靠性和少的能量消耗。
因此，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題并確保高穩(wěn)定性等離子體焰炬的高效。
上面所描述的方法和裝置，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，考慮到相應(yīng)的需求，可能作出并不脫離權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)轉(zhuǎn)化垃圾以得到適當(dāng)控制組份的產(chǎn)物的方法，其特征在于，包括以下的操作-在第一室(3)中在大氣壓下形成等離子體；-將要被轉(zhuǎn)化的垃圾同時(shí)與任何助燃劑一起輸入到通過(guò)至少一個(gè)分隔部件(7)與第一室(3)分隔的第二室(6)中；-提取可被控制組份的產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)轉(zhuǎn)化垃圾的方法，其特征在于，所述的分隔部件(7)是熱傳導(dǎo)的。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化方法，其特征在于，將被轉(zhuǎn)化的垃圾從頂部豎直輸入。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，被轉(zhuǎn)化的原料的輸入在側(cè)面進(jìn)行，可以在徑向上，通過(guò)多個(gè)可以位于不同水平面上的輸入點(diǎn)進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，助燃劑從下部導(dǎo)入，可能同時(shí)在徑向的側(cè)面，通過(guò)多個(gè)可位于不同水平面上的輸入點(diǎn)進(jìn)行。
6.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1到5所述的連續(xù)轉(zhuǎn)化垃圾以得到適當(dāng)控制組份的產(chǎn)物的方法的裝置，包括一個(gè)主體(1)，其特征在于其包括-至少一對(duì)能在第一室(3)內(nèi)操作的等離子體焰炬(2)；-用于將垃圾輸入到第二室(6)中的裝置(4)；-至少一個(gè)將第一室(3)和第二室(6)分隔的部件(7)；-一個(gè)用于排出氣體的管道(8)；-一個(gè)用于排出爐渣的管道(9)；-一個(gè)用于收集爐渣的坩堝(10)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，提供了用于輸入助燃劑到第二室(6)中的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，提供一個(gè)用于預(yù)熱助燃劑的系統(tǒng)(11)。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的分隔部件(7)優(yōu)選由從包括碳化硅(SiC)、鉬的組中選擇的材料制成。
10.如權(quán)利要求6到9所述的裝置，其特征在于，用于從上面輸入垃圾的裝置(4)優(yōu)選從包括重力系統(tǒng)、噴射槍的組中選擇。
11.如權(quán)利要求6到9所述的裝置，其特征在于，用于側(cè)面輸入將被轉(zhuǎn)化的垃圾和助燃劑的裝置由朝向中心的多個(gè)噴嘴構(gòu)成，該多個(gè)噴嘴周向排列，水平或向下傾斜。
12.如權(quán)利要求6至9所述的裝置，其特征在于，用于從下面輸入助燃劑的裝置(5)由在反應(yīng)器下部區(qū)域周向排列的多個(gè)噴嘴構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述的噴嘴傾斜一個(gè)與水平面成0-40度的角度。
14.如權(quán)利要求6到13任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述的裝置包括一個(gè)用于過(guò)濾和回收從排出管道(8)排出的氣體的熱量的元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)等離子體焰炬實(shí)現(xiàn)垃圾的連續(xù)轉(zhuǎn)化的方法，優(yōu)選移動(dòng)的弧，由直流電激勵(lì)，在第一室中操作，至少通過(guò)一個(gè)分離部件從輸入垃圾的第二室分離，能夠確保高的熱導(dǎo)率，通過(guò)這樣的方式焰炬不會(huì)直接暴露于在垃圾毀滅過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的氣體以及噴入的或已存在的氧氣和/或空氣的化學(xué)侵蝕。
文檔編號(hào)F23G5/44GK1724934SQ20051009221
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者R·丹杰洛, M·平蒂, M·L·皮斯泰利 申請(qǐng)人:材料開(kāi)發(fā)中心股份公司