專利名稱：一種同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的等離子體多級(jí)裂解工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體裂解的方法和等離子體爐，特別是涉及一種同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的等離子體多級(jí)裂解工藝和裝置。
背景技術(shù)：
有機(jī)廢棄物不僅本身的成分極其有害，而且還可能包含有各種其它的有毒有害成分。如醫(yī)療廢物攜帶的細(xì)菌病毒有極強(qiáng)的傳染性，化學(xué)廢物包含多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等有毒有害的有機(jī)物，因而必須進(jìn)行有效的處理處置。當(dāng)前，醫(yī)療廢物和其他有機(jī)廢棄物的處理已成為一個(gè)重要的環(huán)保議題，社會(huì)各界十分關(guān)注無(wú)害化的處理方法。采用焚燒方法可以徹底消滅病原體，但容易釋放有害氣體，產(chǎn)生二次污染，例如可能會(huì)產(chǎn)生多氯代二苯并二噁英與多氯代二苯并呋喃(PCDDs與PCDFs，簡(jiǎn)稱二噁英類)等有害物質(zhì)，成為新的污染源。
使用等離子體技術(shù)裂解處理危險(xiǎn)廢物，可以克服傳統(tǒng)填埋、焚燒法的缺點(diǎn)，其具有高效、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外已有一些專利，公開了采用直流等離子體技術(shù)，并依靠電能來(lái)裂解有機(jī)廢棄物。
美國(guó)星科(Startech)環(huán)境公司發(fā)展的直流等離子體專利技術(shù)，可以處理包括化學(xué)武器在內(nèi)的多種廢物，但技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備成本昂貴。
卡爾特(美國(guó)專利5280757)用電弧等離子體氣化城市固體廢物；巴頓(美國(guó)專利4644877)和貝爾(美國(guó)專利4431612)用電弧等離子體破壞多氯聯(lián)苯(PCBs)等，但這些方法均需更換電極，使得成本較高。
德國(guó)格里馬(中國(guó)專利89105527.4)專利公開了采用水蒸汽等離子體氣氛和直流等離子體技術(shù)，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織(中國(guó)專利93103682.8)采用惰性氣體等離子體氣氛和直流等離子體技術(shù)，但反應(yīng)僅在陶瓷管內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)空間小，給工業(yè)化帶來(lái)困難。
浙江巨圣氟化學(xué)有限公司(中國(guó)專利00128708.7)采用直流等離子體處理有機(jī)鹵化物，但此法不適合處理醫(yī)療廢物。
王忠義、黃少青(中國(guó)專利01206033.X)采用直流等離子體處理醫(yī)療廢物，但是存在過(guò)量空氣過(guò)多，尾氣量過(guò)大，NOx排放量大的缺點(diǎn)。
綜上所述，上述已有的等離子體裂解技術(shù)存在許多缺點(diǎn)，如技術(shù)復(fù)雜，使得成本較高，設(shè)備昂貴，給工業(yè)化帶來(lái)困難，特別是常見的廢物根據(jù)等離子體裂解處理方法的差異，可以分為如下兩類，分別適合還原氣氛和氧化氣氛進(jìn)行裂解1)第一類化學(xué)武器的毒劑、多氯聯(lián)苯、農(nóng)藥、一般有毒化學(xué)品等，毒性較高，但一般為氣體、液體或顆粒狀固體，可以采用小型進(jìn)料口，進(jìn)料容易，不會(huì)挾帶大量空氣，密封容易。此類廢物采用還原氣氛工作氣體的優(yōu)點(diǎn)尾氣量很少，處理較易；可以造渣材料形成玻璃體，固定重金屬等；可以采用熱電極，如石墨電極、鎢合金電極；可以采用交流或直流電源，可以采用等離子體電弧。
2)第二類醫(yī)療廢物等有一定熱值的廢物，毒性較低、包裝體積較大、密度低、重金屬等有害物含量少，污染物主要為病原體，沒(méi)有玻璃化殘?jiān)囊螅话b物內(nèi)含大量空氣，不能排出而被帶入爐內(nèi)，如果排出包裝，還需要熱處理消毒；進(jìn)料口必須很大，等離子體爐的系統(tǒng)密封較困難，因而難于采用還原氣體氫氣作為工作氣體，適合采用空氣等離子體或者采用氧等離子體工作氣體進(jìn)行裂解處理，此時(shí)，還可以利用部分廢物內(nèi)的能量(熱值)，減少電力消耗，尾氣量也較少。因此不適合采用熱電極，可以采用水冷金屬電極，一般采用直流電源。
上述兩類不同類型的廢物不適合在同一臺(tái)等離子體反應(yīng)器內(nèi)采用同一種工作氣氛處理。如果簡(jiǎn)單的采用兩臺(tái)或多臺(tái)等離子體爐處理，則設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用均會(huì)過(guò)高；如果采用同一臺(tái)等離子體爐處理不同類型的廢物，不能對(duì)所有廢物都達(dá)到合理的處理，造成處理電耗大、尾氣處理量大等缺點(diǎn)。
如果根據(jù)不同類型的廢物的特點(diǎn)及數(shù)量，設(shè)計(jì)一種同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的等離子體多級(jí)裂解裝置，就可以克服上述缺點(diǎn)。本發(fā)明就是克服上述缺點(diǎn)，將采用還原氣氛和氧化氣氛的等離子體爐組合，根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)出多級(jí)式等離子體裂解工藝，可采取等離子體爐串聯(lián)與并聯(lián)的工藝路線，一般采用兩級(jí)裂解爐串聯(lián)布置比較優(yōu)越。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有等離子體裂解技術(shù)存在的成本較高、電能消耗高以及不能同時(shí)處理多種不同類型廢物的缺點(diǎn)；從而提供一種采用兩級(jí)等離子體裂解爐串聯(lián)，或者并聯(lián)的方式組成一體化爐體，各級(jí)采用不同的工作氣體與工作氣氛，實(shí)現(xiàn)同時(shí)裂解處理不同類型的危險(xiǎn)廢物的方法和裝置。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的等離子體裂解方法，包括在本發(fā)明串聯(lián)組成的多級(jí)裂解等離子體爐上按以下步驟進(jìn)行(1)首先將適合等離子體電弧爐處理的固體廢物進(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體電弧爐內(nèi)裂解；并通入還原氣氛作為工作氣體，等離子體發(fā)生器的工作氣體可以是氫氣、氬氣、氮?dú)饣蚣淄闅?，輸入氣體量為每小時(shí)1至10立方米；當(dāng)爐內(nèi)工作氣體含氧，則氧含量與廢物完全反應(yīng)所需氧量之比小于0.3，裂解處理溫度為1200K-3500K；(2)從等離子體電弧爐裂解后排出的可燃性氣體進(jìn)入等離子體炬爐，在進(jìn)入等離子體炬爐之前，還包括進(jìn)行常規(guī)潔凈化處理中和酸性氣體；該氣體在等離子體炬爐中，與氧化性氣氛(指等離子體工作氣或/及補(bǔ)充的氣體，還可以加入水蒸汽)反應(yīng)，放出能量，加熱被處理的廢物，達(dá)到裂解的目的，可以減少等離子體炬爐的電力消耗；(3)同時(shí)將適合等離子體炬爐處理的固體廢物直接送入步驟(2)所述等離子體炬爐，或者先對(duì)其進(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體炬爐內(nèi)；等離子體炬爐的等離子體炬的工作氣體為氧化性氣體；等離子體炬爐還補(bǔ)充氧化性氣體，還可以加入水蒸汽；可以利用補(bǔ)充氣體將被處理廢物吹動(dòng)，使廢物在流態(tài)化狀態(tài)下裂解；(4)從等離子體炬爐中排出的可燃性尾氣，包括直接送到燃燒器燃燒或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電；或者經(jīng)過(guò)常規(guī)尾氣急冷降溫、凈化、酸性氣體處理、顆粒物分離處理工藝后，再送到燃燒器燃燒或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電；(5)將步驟(4)分離的顆粒物分別回收。
或者還包括在步驟(2)中添加用于生成玻璃體的硅化合物、鈣化合物、鈉化合物、鐵和金屬氧化物到等離子體電弧爐內(nèi)，其添加量為硅化合物20～40份，鈣鈉化合物30～50份，鐵和金屬氧化物20～40份，均以重量份計(jì)算；其中硅化合物為二氧化硅；鈣化合物為碳酸鈣；鈉化合物為碳酸鈉；所述鐵和金屬氧化物包括三氧化二鐵、四氧化三鐵、金屬鐵片、鋁塊或片。
所述的步驟(3)中的氧化性氣體包括氧氣、空氣或二者的任意重量份混合的氣體。
所述的間歇方式加料的時(shí)間間隔為15秒鐘到5分鐘。
本發(fā)明提供的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法，包括在本發(fā)明提供的并聯(lián)組成的裂解等離子體爐按以下步驟順序進(jìn)行(1)將適合等離子體電弧爐處理的固體廢物進(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體電弧爐內(nèi)裂解；等離子體電弧爐內(nèi)工作氣體為還原氣氛，等離子體發(fā)生器的工作氣體可以是氫氣、氬氣、氮?dú)饣蚣淄闅猓斎霘怏w量為每小時(shí)1至10立方米；當(dāng)爐內(nèi)工作氣體含氧，則氧含量與廢物完全反應(yīng)所需氧量之比小于0.3，裂解處理溫度為1200K-3500K；(2)同時(shí)將適合等離子體炬爐處理的固體廢物直接送入等離子體炬爐，或?qū)ζ溥M(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體炬爐內(nèi)；等離子體炬爐的等離子體炬的工作氣體為氧化性氣體，可以是氧氣、空氣或二者的任意重量份混合物；等離子體炬爐還補(bǔ)充氧化性氣體，還可以加入水蒸汽；(3)從等離子體電弧爐和等離子體炬爐排出的可燃性氣體，經(jīng)過(guò)常規(guī)尾氣急冷降溫、凈化、酸性氣體處理、顆粒物分離處理工藝后，送到燃燒器燃燒或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電；(4)將步驟(3)分離的顆粒物分別回收。
所述的間歇方式加料的時(shí)間間隔為15秒鐘到5分鐘。
本發(fā)明提供的一種同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的一體化等離子體多級(jí)裂解裝置，包括一等離子體電弧爐(一級(jí)裂解爐)；其特征在于，還包括一等離子體炬爐(二級(jí)裂解爐)，所述的等離子體弧爐與等離子體炬爐兩個(gè)爐膛連在一起公用一面爐膛壁，等離子體弧爐和等離子體炬爐前后串聯(lián)做成一體爐；所述的等離子體弧爐上有一個(gè)可開關(guān)的排氣口6，排氣口6連接一級(jí)裂解爐排氣的凈化裝置的入口，凈化裝置的出口連接二級(jí)裂解爐的進(jìn)氣口11；公用的爐壁面上開一通道13，既是等離子體電弧爐排氣口，同時(shí)是等離子體炬爐的一個(gè)進(jìn)氣口；通道13內(nèi)設(shè)有擋板開關(guān)，當(dāng)采用通道13排氣的時(shí)候，排氣口6關(guān)閉；當(dāng)使用排氣口6排氣，則關(guān)閉通道13內(nèi)的擋板開關(guān)；所述的等離子體電弧爐工作氣體采用氫氣或其它非氧化氣體，采用交流或直流電源；所述的等離子體炬爐的工作氣體采用空氣或氧氣，并補(bǔ)充氧化性氣體；采用直流電源。
本發(fā)明提供的一種同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的一體化等離子體多級(jí)裂解裝置，包括一等離子體電弧爐(一級(jí)裂解爐)，還包括一等離子體炬爐(二級(jí)裂解爐)，所述的等離子體弧爐的排氣口6通過(guò)管道與所述的等離子體炬爐的排氣口12相連，爐體不設(shè)置通道13，形成兩級(jí)裂解爐的并聯(lián)式布置。
本發(fā)明還可以采用分離的等離子體電弧爐和等離子體炬爐實(shí)現(xiàn)，不采用一體化爐。
所述的等離子體電弧爐包括一爐體，由上爐體1’和下爐體33構(gòu)成，該爐體內(nèi)側(cè)設(shè)有耐火材料和隔熱材料襯22及冷卻水套17，爐體上設(shè)有入料口2、排氣口6和出渣口5；爐體頂部設(shè)有工作氣體進(jìn)口88；爐體底部設(shè)有坩堝18；至少兩個(gè)與電源連接的電極3斜插在爐體頂部；還包括一個(gè)用于對(duì)所述至少兩個(gè)的電極進(jìn)行電極定位和輔助起弧的起弧定位裝置。
所述起弧定位裝置包括定位桿16和用于驅(qū)動(dòng)電極的步進(jìn)電機(jī)112，所述定位桿插設(shè)于爐體上的中心開孔88內(nèi)，并可沿該開孔徑向移動(dòng)，所述定位桿在電極定位和輔助起弧時(shí)與電極接觸，并在起弧后遠(yuǎn)離電極。所述定位桿上還可設(shè)有傳感器。
所述的等離子體炬爐包括一爐膛，其內(nèi)側(cè)設(shè)有耐火材料爐襯、隔熱保溫層及冷卻水套，該爐膛壁上設(shè)有進(jìn)料口7和至少一個(gè)等離子體炬8，多個(gè)等離子體炬交錯(cuò)布置；爐膛壁底部設(shè)有出渣口9，水封10，爐膛壁頂部設(shè)有排氣口12，爐底或爐壁上還至少設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣口11，進(jìn)氣口通過(guò)帶有控制閥的管道與氣源連通。
所述的電極可以是石墨或高溫金屬制成的熱電極。
所述的一體化爐體的優(yōu)選方式為串聯(lián)方式。
本發(fā)明所述的等離子體爐能連續(xù)24小時(shí)持續(xù)運(yùn)行或間斷運(yùn)行，可根據(jù)要求自行選擇。所述的等離子體電弧爐適合裂解毒性較大、體積較小的廢物，等離子體炬爐適合裂解熱值較高、毒性較小、體積較大的有機(jī)廢棄物，如醫(yī)療廢物、生活廢物等，包括固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的各種廢物。
本發(fā)明的工藝和等離子體爐與已有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于1、一般采用兩級(jí)裂解爐串聯(lián)布置一級(jí)等離子體裂解爐采用還原性工作氣體，產(chǎn)生的尾氣是可燃性氣體，進(jìn)入二級(jí)裂解爐，為二級(jí)裂解爐提供輔助能源。二級(jí)裂解爐采用氧化性工作氣體，可以節(jié)約電能消耗；如果采用并聯(lián)布置，則以及裂解爐和二級(jí)裂解爐可以采用一套尾氣處理設(shè)備；本發(fā)明提供的二級(jí)裂解爐的底部設(shè)置至少一個(gè)進(jìn)氣口，因此可以通過(guò)增加氣體供應(yīng)量來(lái)提高裂解溫度，達(dá)到節(jié)約能源和時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)；兩級(jí)裂解爐可以按照一體化設(shè)計(jì)，形成組合型爐體；2、全套工藝包括一級(jí)裂解爐前處理進(jìn)料和等離子體裂解，二級(jí)裂解爐前處理進(jìn)料和等離子體裂解，后處理及燃燒排放等。串聯(lián)布置的一級(jí)裂解爐的尾氣可以經(jīng)過(guò)洗滌中和酸性氣體進(jìn)入二級(jí)裂解爐作為輔助燃料；二級(jí)裂解爐排出的可燃性氣體經(jīng)后處理，送到燃燒器燃燒或發(fā)電機(jī)發(fā)電；3、可以同時(shí)處理數(shù)量不多的高危險(xiǎn)性廢物和數(shù)量大、體積大、密度低的醫(yī)療和生化類有機(jī)廢物，設(shè)備與工藝流程比較簡(jiǎn)單，投資低，電耗低；4、本方法充分利用有機(jī)廢棄物自身的熱值，在受控制的氧化氣氛下釋放熱能增強(qiáng)裂解，電能消耗大約為一般等離子體裂解技術(shù)的三分之一到四分之一，處理醫(yī)療廢棄物等有機(jī)廢棄物的電耗約0.2～0.3kW/kg，具有投資省、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)；如果利用可燃?xì)獍l(fā)電，發(fā)電量可高于自身用電量；5、經(jīng)本方法處理后的有機(jī)廢棄物的容積可大幅度減少，最高可達(dá)99％，有機(jī)物可分解為碳、氫等單質(zhì)結(jié)構(gòu)，低氣化點(diǎn)金屬的蒸氣凝聚后進(jìn)行收集，硅酸鹽變成無(wú)害玻璃體結(jié)構(gòu)；尾氣產(chǎn)生量?jī)H為傳統(tǒng)焚燒法的10～15％左右，而且不產(chǎn)生二噁英類等有害物質(zhì)，符合環(huán)保的要求；本方法使尾氣溫度降至450℃后急驟冷卻，可以保證在尾氣降溫過(guò)程中不會(huì)合成多氯代二苯并二噁英與多氯代二苯并呋喃，即二噁英類化合物；6、本方法適用范圍廣，適用于包括城市固體廢物、醫(yī)療廢物在內(nèi)的多種有機(jī)廢棄物的處理，而且適用于固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的有機(jī)廢棄物；特別是與已有技術(shù)相比該方法簡(jiǎn)單，可以不需要先粉碎固態(tài)有機(jī)廢棄物，直接進(jìn)行氣化、裂解。


圖1為采用本發(fā)明二級(jí)裂解串聯(lián)布置的裂解工藝流程2為采用本發(fā)明二級(jí)裂解并聯(lián)布置的裂解工藝流程3a為本發(fā)明二級(jí)裂解一體化爐體結(jié)構(gòu)的主視剖面3b為本發(fā)明二級(jí)裂解一體化爐體結(jié)構(gòu)的左視剖面3c為本發(fā)明二級(jí)裂解一體化爐體結(jié)構(gòu)的俯視剖面圖等離子體弧和等離子體炬的電源均未表示在圖內(nèi)圖4為本發(fā)明所述的等離子體電弧爐(一級(jí)裂解爐)結(jié)構(gòu)示意圖在圖3a、圖3b、圖3c和圖4中
爐體(一體化爐體)1； 進(jìn)料設(shè)備(一級(jí)裂解爐用)2；一級(jí)裂解爐電極3；熔渣(一級(jí)裂解爐)4；出渣口(一級(jí)裂解爐)5；排氣口(一級(jí)裂解爐用)6；進(jìn)料口(二級(jí)裂解爐)7；等離子體炬(二級(jí)裂解爐)8；出渣口(二級(jí)裂解爐)9；水封(二級(jí)裂解爐)10；進(jìn)氣口(二級(jí)裂解爐)11； 排氣口(二級(jí)裂解爐)12；通道13； 進(jìn)水口113；出水口14； 隔熱屏15；耐火材料及隔熱保溫層22；冷卻水套17；中心孔88；等離子體電弧爐上爐體1’；等離子體電弧爐下爐體33；堵塞裝置111；步進(jìn)電機(jī)112；定位桿16；； 坩堝18；具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參照附圖1和附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的串聯(lián)組成的等離子體裂解有機(jī)廢棄物的工藝和等離子體爐作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例1采用串聯(lián)式處理固體危險(xiǎn)廢物的方法，按以下步驟進(jìn)行(1)首先將待處理的含氟及多氯聯(lián)苯殘?jiān)挠卸居泻腆w廢物進(jìn)行粉碎處理，然后通過(guò)螺旋式輸料系統(tǒng)連續(xù)輸送到本實(shí)施例1的等離子體電弧爐內(nèi)，它在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的是等離子體電弧，采用氫氣作為等離子體發(fā)生器的工作氣，功率150kW，每小時(shí)可以處理60kg；裂解處理溫度為1800～2000K；通過(guò)在爐內(nèi)添加二氧化硅30份，碳酸鈣、碳酸鈉混合物40份，四氧化三鐵和金屬鐵片20份，生成玻璃體，均以重量份計(jì)；總量為每小時(shí)添加15kg。
(2)從一級(jí)裂解爐產(chǎn)生的尾氣由氣體排放口進(jìn)入尾氣凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)常規(guī)尾氣急冷降溫，氟化氫、氯化氫脫除，碳黑等顆粒物分離，得到可燃?xì)?，可燃?xì)怏w進(jìn)入二級(jí)裂解等離子體炬爐；這里的可燃?xì)庖话惆铝袣怏w的一種或幾種氫、一氧化碳、甲烷；(3)同時(shí)將含有塑料、棉紗的醫(yī)療垃圾和廢塑料混合物通過(guò)斗式加料機(jī)加入二級(jí)等離子體裂解爐，間歇加料方式可以采用的時(shí)間間隔根據(jù)爐內(nèi)溫度變化，在50～150秒鐘之間變動(dòng)，相當(dāng)于準(zhǔn)連續(xù)工作；醫(yī)療廢物和廢塑料的添加量為4∶1重量份；
該等離子體爐的空氣流量每小時(shí)40立方標(biāo)米。補(bǔ)充氣體為空氣和水蒸汽，空氣流量每小時(shí)60立方標(biāo)米，水蒸汽每小時(shí)10kg，每小時(shí)可以處理120kg醫(yī)療廢物和廢塑料的混合物，爐膛溫度控制在1300～1500K范圍內(nèi)；(4)二級(jí)裂解爐排出的可燃?xì)饨?jīng)熱交換器降溫到500℃后，噴水急冷后進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)，噴射氧化鈣粉末漿，去除氟化氫和氯化氫，然后進(jìn)入燃燒器燃燒加熱熱水鍋爐，可燃?xì)怏w凈化后也可以送到氣體燃料內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組燃燒發(fā)電。
所述的等離子體電弧爐為圓形截面(如附圖4)，由上爐體1’和下爐體33構(gòu)成的爐膛壁內(nèi)側(cè)設(shè)有石墨耐火材料及隔熱保溫層22和冷卻水層17，熔渣4在爐底部；在爐體的上部相對(duì)斜插設(shè)有三個(gè)與電源接通的電極3，電極3通過(guò)變壓器與三相交流電源電聯(lián)接。所述的變壓器為帶飽和電抗器的磁性調(diào)壓器，工作電壓70V。本實(shí)施例的電極3使用石墨電極。等離子體通過(guò)爐內(nèi)的電極3端部間的放電形成，不依賴爐料的導(dǎo)電特性。
所述的等離子炬爐為矩形截面爐膛，(參考圖3a、圖3b、圖3c的二級(jí)裂解爐部分)，爐體1的爐膛壁內(nèi)側(cè)設(shè)有氧化鋁耐火材料爐襯、隔熱保溫層和冷卻水套，爐膛壁上設(shè)有進(jìn)料口7和2個(gè)等離子體炬8交錯(cuò)布置，以促進(jìn)爐內(nèi)氣體流動(dòng)，使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻。爐體底部設(shè)有出渣口9，爐膛壁頂部設(shè)有排氣口12，還設(shè)有10個(gè)進(jìn)氣口11，進(jìn)氣口11垂直安裝在等離子體爐的矩形截面爐膛的底面，進(jìn)氣口11通過(guò)帶有控制閥的管道與空氣壓縮機(jī)和一級(jí)裂解爐尾氣凈化裝置的出口連通。將上述等離子體弧爐和等離子體炬爐的兩個(gè)爐膛聯(lián)起來(lái)，兩個(gè)爐膛中中間共用一個(gè)壁；所述的等離子體弧爐的排氣口6通過(guò)管道與一級(jí)裂解爐尾氣凈化裝置的進(jìn)口相連，該尾氣凈化裝置的出口與所述的等離子體炬爐的進(jìn)氣口11相連，形成兩級(jí)裂解爐的串聯(lián)。
所述的等離子體炬為直流等離子體炬；等離子體炬的電極是水冷金屬電極，由無(wú)氧銅或其他金屬制成。所述的等離子體爐采用直流電源，電源采用飽和電抗器造成陡降的特性；為減小電極的燒蝕，采用高電壓小電流狀態(tài)工作，工作電壓400V，電流100A，每臺(tái)功率40kW。
實(shí)施例2結(jié)合附圖2，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例2的等離子體裂解爐，進(jìn)行裂解處理含磷肥農(nóng)藥，按以下步驟進(jìn)行(1)將待處理的非農(nóng)藥進(jìn)行粉碎處理，然后再通過(guò)輸料系統(tǒng)連續(xù)輸送到本實(shí)施例2的等離子體電弧爐內(nèi)；它在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的是等離子體電弧，采用氫氣作為等離子體發(fā)生器的工作氣，使用直流電源，工作電壓40V功率，25kW，每小時(shí)可以處理15kg；裂解處理溫度為1600～1700K；(2)同時(shí)將廢塑料通過(guò)液壓式加料機(jī)加入二級(jí)等離子體裂解爐，進(jìn)料液壓推桿與柱塞安裝在爐體的進(jìn)料口處；間歇加料方式可以采用的時(shí)間間隔根據(jù)爐內(nèi)溫度變化，在15～50秒鐘之間變動(dòng)，相當(dāng)于準(zhǔn)連續(xù)工作。
裂解爐的氧等離子體炬，氣體流量每支炬每小時(shí)10立方標(biāo)米，進(jìn)氣口11加入補(bǔ)充氧氣增強(qiáng)裂解，進(jìn)氣量每小時(shí)10立方標(biāo)米，進(jìn)氣口還加入水蒸汽每小時(shí)1kg，裂解氣從排氣口排出，底渣排入渣池，經(jīng)水封排出。等離子體炬采用直流電源，工作電壓為100V，電流80A，每臺(tái)功率8kW，每小時(shí)可以處理廢塑料60kg，裂解處理溫度為1400～1500K。
(3)從一級(jí)裂解爐和二級(jí)裂解爐產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入尾氣凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)常規(guī)尾氣換熱降溫和急冷降溫，噴射氧化鈣粉末，噴射水蒸汽，脫除氟化氫、氯化氫、磷化物，用布袋除塵器將碳黑等固體顆粒物分離，得到潔凈的可燃?xì)膺M(jìn)入燃燒器；這里的可燃?xì)庖话惆铝袣怏w的一種或幾種氫、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氮?dú)狻?br> 參照附圖3a、圖3b、圖3c對(duì)本發(fā)明的并聯(lián)組成的等離子體裂解爐作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
所述的等離子體電弧爐為矩形截面(參考圖3a、圖3b、圖3c中一級(jí)裂解爐部分)，爐體1的爐膛壁內(nèi)側(cè)設(shè)有石墨耐火材料、隔熱保溫層和冷卻水層，爐的上部相對(duì)插設(shè)有兩個(gè)與電源接通的電極3，電極3與直流電源電聯(lián)接，可控硅電路控制電源的電壓電流陡降特性；電極可以無(wú)氧銅等金屬制造的水冷電極。等離子體通過(guò)爐內(nèi)的電極端部間的放電形成，不依賴爐料的導(dǎo)電特性。
所述的等離子炬爐為具有圓形截面布置的等離子體增強(qiáng)裂解爐，該等離子體炬爐包括一爐體，該爐體爐膛壁內(nèi)側(cè)設(shè)有氧化鎂耐火材料爐襯和隔熱保溫層，在隔熱保溫材料外可以布置冷卻水套。爐膛壁上設(shè)有進(jìn)料口，爐體底部設(shè)有出渣口，爐膛壁上交錯(cuò)安裝三臺(tái)氧等離子體炬，等離子體炬沿爐膛圓周均勻分布，且等離子體炬的軸線與園形爐膛的法線方向成60度的角度，垂直于爐膛軸線，以促進(jìn)爐內(nèi)氣體流動(dòng)，使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻；爐膛壁頂部設(shè)有排氣口，爐壁上還設(shè)有3個(gè)進(jìn)氣口，與等離子體炬交錯(cuò)設(shè)置；該進(jìn)氣口的軸線與園形爐膛的法線方向成60度的角度，垂直于爐膛軸線，進(jìn)氣口通過(guò)帶有控制閥的管道與氧氣瓶連通。將上述等離子體弧爐和等離子體炬爐并聯(lián)；把所述的等離子體弧爐的排氣口6與所述的等離子體炬爐的排氣口通過(guò)管道連通，形成兩級(jí)裂解爐的并聯(lián)式布置。
在此實(shí)施例中，也可以采用一體化爐體(附圖3a、圖3b、圖3c)，但不設(shè)置通道13，將一級(jí)裂解爐排氣口6和二級(jí)裂解爐排氣口12用管道連接形成并聯(lián)布置。
實(shí)施例3應(yīng)用本發(fā)明的一體化裂解爐和本發(fā)明的方法串聯(lián)式處理固體危險(xiǎn)廢物，其步驟與實(shí)施例1相似，由于一級(jí)裂解爐處理的廢物含氟、氯等形成酸性氣體的成分極少，因此可以在工藝流程中省略一級(jí)裂解爐尾氣的凈化措施(圖1中用虛線標(biāo)志的部分)，采用一體化爐體1(圖3a、圖3b、圖3c)，不設(shè)一級(jí)裂解爐排氣口6，具體流程按以下順序進(jìn)行(1)將待處理的橡膠廠橡膠中間體(廢料)破碎，然后再通過(guò)一級(jí)裂解爐螺旋進(jìn)料設(shè)備2連續(xù)輸送到本發(fā)明的一級(jí)裂解爐膛內(nèi)，一級(jí)裂解爐膛在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的是等離子體電弧，電極3為鎢鈰合金熱電極，采用氫氣作為等離子體發(fā)生器的工作氣，使用直流電源，變壓器為帶飽和電抗器的磁性調(diào)壓器，硅整流，工作電壓40V功率，20kW，每小時(shí)可以處理15kg；裂解處理溫度為1400～1600K。一級(jí)裂解爐的殘?jiān)?通過(guò)一級(jí)裂解爐排渣口5排出；(2)從一級(jí)裂解爐產(chǎn)生的裂解氣經(jīng)過(guò)一級(jí)裂解爐與二級(jí)裂解爐的通道13進(jìn)入二級(jí)裂解爐膛，與爐內(nèi)氧氣發(fā)生反應(yīng)，放出熱量，提高裂解溫度，可以減小等離子體炬的功率。將含有塑料、棉紗的醫(yī)療垃圾通過(guò)二級(jí)裂解爐進(jìn)料設(shè)備7加入二級(jí)裂解爐膛，間歇加料方式可以采用的時(shí)間間隔根據(jù)爐內(nèi)溫度變化，在10～50秒鐘之間變動(dòng)，相當(dāng)于準(zhǔn)連續(xù)工作。二級(jí)裂解爐膛具有矩形截面布置，爐膛內(nèi)側(cè)設(shè)有氧化鎂耐火材料做的爐襯和隔熱保溫層，爐膛壁上安裝2臺(tái)管弧式空氣等離子體炬8，產(chǎn)生爐內(nèi)氣體流動(dòng)，改善爐內(nèi)溫度與氣體成分分布的均勻性。二級(jí)裂解爐膛底部設(shè)有出渣口9，爐渣通過(guò)水封10排出；爐底部還設(shè)有進(jìn)氣口11，共50個(gè)，補(bǔ)充氣體將被處理廢物吹動(dòng)，在流態(tài)化狀態(tài)下工作；進(jìn)氣口通過(guò)帶有控制閥的管道與鼓風(fēng)機(jī)連通，爐膛頂部設(shè)有排氣口12，二級(jí)裂解爐尾氣從排氣口排出。二級(jí)裂解爐采用直流等離子體發(fā)生器，電源采用帶飽和電抗器的直流電源，得到陡降的特性；為減小電極的燒蝕，采用高電壓小電流狀態(tài)工作，工作電壓400V，電流50A，每臺(tái)功率20kW，空氣流量每小時(shí)20立方標(biāo)米。補(bǔ)充氣體為空氣和水蒸汽，空氣流量每小時(shí)30立方標(biāo)米，水蒸汽每小時(shí)5kg，每小時(shí)可以處理60kg醫(yī)療廢物。
(3)二級(jí)裂解爐排出的可燃?xì)饨?jīng)熱交換器降溫到500℃后，噴水急冷后進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)，噴射氧化鈣粉末漿，去除氟化氫和氯化氫，然后進(jìn)入燃燒器燃燒加熱熱水鍋爐。可燃?xì)怏w凈化后也可以送到氣體燃料內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組燃燒發(fā)電。這里的可燃?xì)庖话惆铝袣怏w的一種或幾種氫、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氮?dú)狻?br> 實(shí)施例4參照?qǐng)D4制備一本發(fā)明的所述的等離子體電弧爐，如圖4所示的結(jié)構(gòu)。上爐體1’和下爐體33為鋼制外殼，它們的內(nèi)側(cè)設(shè)有耐火材料及隔熱材料層22，下爐體33的底部設(shè)有坩堝18。在坩堝18與爐內(nèi)壁之間加有隔熱屏15。
爐的頂部相對(duì)插設(shè)有三個(gè)與電源(未示出)接通的電極3(剖面圖僅表示二個(gè)電極)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)電源類型對(duì)稱安裝多于兩個(gè)的電極，電極與爐軸心線形成的夾角角度在0到90度之間，等離子體電弧爐可以根據(jù)需要采用直流電源運(yùn)行(電壓40-500V)，或者采用交流工頻電源(頻率50-60Hz，電壓40-350V)，電源帶有飽和電抗器。交流電源可以為單相或三相供電，也可以是三個(gè)單相供電。本實(shí)施例為三相工頻供電。電極3可以是石墨或高溫金屬制成的熱電極，也可以是無(wú)氧銅等金屬制造的水冷電極，本實(shí)施例為石墨電極。等離子體通過(guò)爐內(nèi)的電極端部間的放電形成，不依賴爐料的導(dǎo)電特性。
在圖4中，工作氣體由上爐體的中心口88內(nèi)的通道進(jìn)入，由電極端部間的電弧電離為等離子氣體。經(jīng)前處理的廢物(固體和氣體)從位于上爐體1’或下爐體33的進(jìn)料口2進(jìn)入爐內(nèi)，經(jīng)與等離子體氣體接觸，在高溫下裂解。裂解后產(chǎn)生的氣體從氣體排放口6排出，其中的無(wú)機(jī)物在石墨坩堝內(nèi)形成金屬層和熔渣4沉積在坩堝18內(nèi)，再?gòu)嫩釄?8底部的熔渣及金屬排放出渣口5排出。出渣口5內(nèi)設(shè)有堵塞裝置111。等離子體電弧爐可在運(yùn)行中從出渣口5定期排出金屬和熔渣，可從中收集金屬和玻璃體。圖4中，進(jìn)料口2和氣體排放口6布置在上爐體，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，它們也可以布置在下爐體。等離子體電弧爐的工作溫度保持在1200K-3500K。
等離子體電弧爐采用水冷卻，冷卻水由進(jìn)口113進(jìn)入爐體，由出口14排出，通過(guò)該降溫措施，使?fàn)t體表面溫度不高于環(huán)境溫度50℃。
為使電極3能夠在起弧之前在爐體內(nèi)準(zhǔn)確定位，并保證爐體內(nèi)的電極3端部順利起弧，本實(shí)用新型提供了一種起弧定位裝置。該起弧定位裝置包括定位桿16和傳感器(未示出)。定位桿16可以由電機(jī)(未示出)控制沿中心口88上下移動(dòng)。在等離子電弧爐啟動(dòng)前，定位桿16下降，步進(jìn)電機(jī)112將電極3向爐體內(nèi)輸送，直至電極3與定位桿16接觸，完成電極的定位，并由傳感器給出完成定位的信號(hào)。等離子電弧爐啟動(dòng)后，最初的電弧在電極3與定位桿16之間形成，然后，將定位桿16在電機(jī)的控制下提升，隨著定位桿16的上升，電弧逐漸轉(zhuǎn)移到電極3之間。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)行同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法，包括按以下步驟進(jìn)行(1)首先將適合等離子體電弧爐處理的固體廢物進(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體電弧爐內(nèi)裂解；并通入還原氣氛作為工作氣體，等離子體發(fā)生器的工作氣體可以是氫氣、氬氣、氮?dú)饣蚣淄闅?，輸入氣體量為每小時(shí)1至10立方米；當(dāng)爐內(nèi)工作氣體含氧，則氧含量與廢物完全反應(yīng)所需氧量之比小于0.3，裂解處理溫度為1200K-3500K；(2)從等離子體電弧爐裂解后排出的可燃性氣體進(jìn)入等離子體炬爐，包括在進(jìn)入等離子體炬爐之前，進(jìn)行常規(guī)潔凈化處理中和酸性氣體；或者還包括添加用于生成玻璃體的硅化合物、鈣化合物、鈉化合物、鐵和金屬氧化物到等離子體電弧爐內(nèi)，其添加量為硅化合物20～40份，鈣鈉化合物30～50份，鐵和金屬氧化物20～40份，均以重量份計(jì)算；(3)同時(shí)將適合等離子體炬爐處理的固體廢物直接送入等離子體炬爐，或者先對(duì)其進(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體炬爐內(nèi)；等離子體炬爐的等離子體炬的工作氣體為氧化性氣體，可以是氧氣、空氣或二者的任意重量份混合物；等離子體炬爐還補(bǔ)充氧化性氣體，或加入水蒸汽；補(bǔ)充氣體可以將被處理廢物吹動(dòng)，在流態(tài)化狀態(tài)下工作；(4)從等離子體炬爐中排出的可燃性尾氣，包括直接送到燃燒器燃燒或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電；或者經(jīng)過(guò)常規(guī)尾氣急冷降溫、凈化、酸性氣體處理、顆粒物分離處理工藝后，再送到燃燒器燃燒或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電；(5)將步驟(4)分離的顆粒物分別回收。
2.按權(quán)利要求1所述的進(jìn)行同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法，其特征在于，所述的硅化合物為二氧化硅；所述的鈣化合物為碳酸鈣；所述的鈉化合物為碳酸鈉；所述鐵和金屬氧化物包括三氧化二鐵、四氧化三鐵、金屬鐵片、鋁塊或片。
3.按權(quán)利要求2所述的進(jìn)行同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法，其特征在于，所述的添加硅化合物為20～40份，鈣鈉化合物為30～50份，鐵和金屬氧化物為20～40份，均以重量份計(jì)算。
4.一種進(jìn)行同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法，包括按以下步驟進(jìn)行(1)將適合等離子體電弧爐處理的固體廢物進(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體電弧爐內(nèi)裂解；等離子體電弧爐內(nèi)工作氣體為還原氣氛，等離子體發(fā)生器的工作氣體是氫氣、氬氣、氮?dú)饣蚣淄闅猓斎霘怏w量為每小時(shí)1至10立方米；當(dāng)爐內(nèi)工作氣體含氧，則氧含量與廢物完全反應(yīng)所需氧量之比小于0.3，裂解處理溫度為1200K-3500K。(2)同時(shí)將適合等離子體炬爐處理的固體廢物直接送入等離子體炬爐，或?qū)ζ溥M(jìn)行前處理后，通過(guò)輸料系統(tǒng)間歇或連續(xù)加入等離子體炬爐內(nèi)；等離子體炬爐的等離子體炬的工作氣體為氧化性氣體，可以是氧氣、空氣或二者的任意重量份混合物；等離子體炬爐還補(bǔ)充氧化性氣體，還可以加入水蒸汽；(3)從等離子體電弧爐和等離子體炬爐排出的可燃性氣體，經(jīng)過(guò)常規(guī)尾氣急冷降溫、凈化、酸性氣體處理、顆粒物分離處理工藝后，送到燃燒器燃燒或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電；(4)將步驟(3)分離的顆粒物分別回收。
5.按權(quán)利要求1或4所述的進(jìn)行同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法，其特征在于所述的間歇方式加料的間歇時(shí)間為15秒鐘-5分鐘。
6.一種權(quán)利要求1所述的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法的專用裝置，包括一等離子體電弧爐和一等離子體炬爐；其特征在于，所述的等離子體弧爐與等離子體炬爐兩個(gè)爐膛連在一起公用一面爐膛壁，等離子體弧爐和等離子體炬爐前后串聯(lián)做成一體爐；所述的等離子體弧爐上有一個(gè)可開關(guān)的排氣口，排氣口連接一級(jí)裂解爐排氣的凈化裝置的入口，凈化裝置的出口連接二級(jí)裂解爐的進(jìn)氣口；公用的爐壁面上開一通道，既是等離子體電弧爐排氣口，同時(shí)是等離子體炬爐的一個(gè)進(jìn)氣通道；通道內(nèi)設(shè)有擋板開關(guān)，檔采用通道排氣的時(shí)候，排氣口關(guān)閉；當(dāng)使用排氣口排氣，則關(guān)閉通道內(nèi)的擋板開關(guān)；所述的等離子體電弧爐工作氣體采用氫氣或其它非氧化氣體，采用交流或直流電源；所述的等離子體炬爐的工作氣體采用空氣或氧氣，并補(bǔ)充氧化性氣體；采用直流電源。
7.一種權(quán)利要求4所述的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法的專用裝置，包括一等離子體電弧爐和一等離子體炬爐；其特征在于，所述的等離子體弧爐的排氣口通過(guò)管道與所述的等離子體炬爐的排氣口相連，形成兩級(jí)裂解爐的并聯(lián)式布置。
8.按權(quán)利要求6所述的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法的專用裝置，其特征在于，所述的等離子體電弧爐包括一爐體，該爐體內(nèi)側(cè)設(shè)有耐火材料、隔熱材料襯及冷卻水套，爐體上設(shè)有入料口、氣體排放口和廢料排出口；爐體頂部設(shè)有工作氣體進(jìn)口；爐體底部設(shè)有坩堝；至少兩個(gè)與電源連接的電極斜插在爐體頂部；還包括一個(gè)用于對(duì)所述至少兩個(gè)的電極進(jìn)行電極定位和輔助起弧的起弧定位裝置。
9.按權(quán)利要求8所述的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法的專用裝置，其特征在于，所述起弧定位裝置包括定位桿和用于驅(qū)動(dòng)電極的步進(jìn)電機(jī)，所述定位桿插設(shè)于爐體上的開孔內(nèi)，并可沿該開孔徑向移動(dòng)，所述定位桿在電極定位和輔助起弧時(shí)與電極接觸，并在起弧后遠(yuǎn)離電極。所述定位桿上還可設(shè)有傳感器。
10.按權(quán)利要求6或7所述的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法的專用裝置，其特征在于，所述的等離子體炬爐包括一爐膛，其內(nèi)側(cè)設(shè)有耐火材料爐襯、隔熱保溫層及冷卻水套，該爐膛壁上設(shè)有進(jìn)料口和至少一個(gè)等離子體炬，多個(gè)等離子體炬交錯(cuò)布置；爐膛壁底部設(shè)有出渣口，爐膛壁頂部設(shè)有排氣口，爐底或爐壁上還至少設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣口，進(jìn)氣口通過(guò)帶有控制閥的管道與氣源連通。
11.按權(quán)利要求1所述的同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的裂解方法的專用裝置，其特征在于，所述的電極是石墨或高溫金屬制成的熱電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時(shí)處理多種有機(jī)廢物的等離子體多級(jí)裂解方法和裝置。該方法包括一級(jí)等離子體裂解爐采用還原性工作氣體，產(chǎn)生的尾氣是可燃性氣體，進(jìn)入二級(jí)裂解爐，為二級(jí)裂解爐提供輔助能源。二級(jí)裂解爐采用氧化性工作氣體，可以節(jié)約電能消耗；如果采用并聯(lián)布置，則以及裂解爐和二級(jí)裂解爐可以采用一套尾氣處理設(shè)備。串聯(lián)布置的一級(jí)裂解爐的尾氣可以經(jīng)過(guò)洗滌中和酸性氣體進(jìn)入二級(jí)裂解爐作為輔助燃料；二級(jí)裂解爐排出的可燃性氣體經(jīng)后處理，送到燃燒器燃燒或發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明提供的二級(jí)裂解爐的底部設(shè)置至少一個(gè)進(jìn)氣口，因此可以通過(guò)增加氣體供應(yīng)量來(lái)提高裂解溫度，達(dá)到節(jié)約能源和時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)；兩級(jí)裂解爐可以按照一體化設(shè)計(jì)，形成組合型爐體。
文檔編號(hào)H05H1/02GK1621743SQ200310115199
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者盛宏至, 魏小林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所