专利名称：用于处理废料的高温反应器的操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理废料的高温反应器的操作方法，在该方法中这些废料如家庭废料和/或工业废料在反应器中经受高温处理，特别是被对准的氧气喷枪不但用于气态的和液态成分的高温处理，而且还用于固态成分的高温处理。
从现有技术中可知用于各种类型废料如家庭废料和工业废料的高温处理的各种不同的方法和装置。题目为热选择处理(Thermoselectprocess)一文的专家们已知一方法，在该方法中各种类型的废料首先被压缩，然后从这点开始，所有的进一步的处理步骤如干燥、脱气、气化和熔化均在不间断的情况下进行(DE 41 30 416，及Gunther Hasler的文献＂Thermoselect，the new way of treating residual wastes in anenvironmentally appropriate manner＂Verlag Karl Goerner，Karlsruhe，1995)。
在该方法中，经热预处理的废料经由入口不断地被送入高温反应器。以这种方式进行热预处理的废料在反应器内形成气体可渗透的废料堆。凭籍着将氧气或富含氧气的空气加入到堆积的气化床柱中，在气化床中心高达2000℃的温度下使存在的碳成分被氧化或气化。在气化床上面的废料堆之上的调制腔(moderation chamber)(即，高温反应器的顶部区域)内，在至少1200℃的温度下，CO2的产生减少而主要形成CO。在这些温度下，反应平衡(反应物-气体平衡)趋向于形成CO。由于废料中的水分也被引入了高温反应器，反应(水气反应)与反应物-气体平衡反应同时进行。所得的合成气体在材料和/或能量方面是极其经济实用的，这些气体主要由CO、H2和少量的CO2组成。有机的污染物，特别是十分有毒的双8-羟基喹啉(dioxin)或呋喃，在所述温度范围内不再稳定并被可靠地裂解掉。另一方面，废料中的金属和/或矿物质组分在下面的燃烧器区被熔融并被从高温反应器中取出。
还提供一种下述方法，在熔融的和均化的无机组分由于用水喷射而骤冷硬化之前，在约1600℃至2000℃的温度范围内，进行熔融的无机组分的均化，同时通过相分离而将矿物质从金属中分离出来。污染物在高温反应器的气化床之上的被称作调制室的自由气体空间内进行裂解，则需要精确限定各室区段的温度条件及各自的延迟时间。
具体地讲，有两个条件可损害该过程。第一，由于废料的组成变化极大(首先具有高的含水量)，在气化床上面的延迟腔内的合成气体的温度会暂时下降；第二，在气化床上面的延迟腔内，会形成层流区，它使部分区域的合成气体的延迟时间减少。在各种情况下必须避免在调制腔内形成这种所谓的通道或通道铰结。在这两种情况下均不能避免痕量的污染物仍留在合成气体中，并在利用时污染物被释放出来。
应该提一提未气化的碳，例如以细颗粒的形式被引入的碳，将进入调制腔内的合成气体中的可能性，以便为必需在气体腔中进行再次气化提供依据。
从DE 195 12 249.6中可知，在上面描述的熔融无机组分的方法中使用了特别设计的氧气喷枪，这些氧气喷枪装有永久燃烧点火火舌，其火焰温度高、燃烧速度快，以至于喷枪氧气被加速到至少接近于声速。这是为了改善熔融。然而，只改善入口下面的废料堆的条件还不足以解决在高温反应器中产生的所有问题，首先不足以优化废料堆之上的调制区的工艺布局(process configuration)。
高温处理废料正是针对供入的废料的不均一性的苛刻要求。上面描述的喷枪也不能提供所有的帮助，因此，这些喷枪得不到操纵这样的高温反应器的最佳操作条件，特别是有关在上面的反应器部分进行气化的条件。
因此从这点出发，本发明的目的在于进一步开发上面所详细叙述的方法，以得到无机组分和气体组分的尽可能最优的转化。
具体地讲，本发明的再一个目的是将有机污染物与合成气体可靠地分开，并提高矿物质残留物的质量。
由权利要求1的特征部分的特征可实现本发明的目的。进一步有利的改进被描述于从属权利要求中。
因此，本发明建议凭籍氧气喷枪，在反应器的上部使可气化组分进行高温气化，在反应器的下部使无机组分进行熔化或融合，校准下面的氧气喷枪使其加强熔化的或融合的无机组分的流动方向，而为产生抑制作用，使上面的氧气喷枪与气化组分的流动反向相反。
燃烧/氧气喷枪的组合优选设计成使燃烧加热气体所必需的部分量的氧气流过氧气喷枪。即使在不需喷枪氧气的情况下，这样暴露于最高温度的喷枪喷嘴，也被该氧气流连续地冷却。通过采取这种措施，使所述的燃烧器免受损害或者使UV监视镜免被涂污，在氧气喷枪内不使高温反应器中的压缩气体回流或扩散，否则，当喷枪停止运行时会形成爆炸性的混合物。
事实上，在反应器的上部(即，入口的上方)将氧气喷枪安装在与气化组分的流动方向相反的方向上，这样抑制合成气体的上升流，增加这些气体在调制区的延迟时间，以便使被带入的任何碳组分再次气化并保证所有的有机污染物被分解。
氧气喷枪被置于入口下面的反应器区域沿着被从废料堆中除去的矿物组分和金属组分的流动方向，这样的安置有利于所希望的组分分离，特别是在以很高的流速而使用氧气时。
事实上，在温度控制下，氧气以部分量被另外引入到高温反应器的自由气体腔形式的调制区内，通过合成气体的部分燃烧可保持该点温度的绝对恒定。另外加入的氧气为高温反应区中的气体流提供了形成湍流的机会，从而湍流使能形成污染物所谓“通道”的层流区不再形成。可以用简单的方法实现另外的湍流，即，使用多个氧气喷嘴来引入部分量的氧气，这些喷嘴轴向和/或径向倾斜。通过氧气喷枪的使用以及气化组分的湍流，部分非气化或未完全气化的组分可同时气化。已经变得明显的是，在反应器的操作过程中，不能排除未气化的或仅部分气化的组分与纯的气体组分一起被带入到反应器的上部。按照本发明，通过对准喷枪而使这些组分承受湍流，使之被提供氧气的喷枪融解、氧化转化并气化。这样在合成气体完全形成的方向上，燃烧过程得到进一步优化和改善。已经变得明显的是，通过按照本发明对氧气喷枪的对准，不仅可使部分未气化或还未完全气化的组分“再次气化”，而且在这些操作条件下，可使仍然存在于气化区域内的痕量残留的有机污染物同时发生裂解。这还有助于合成气体的最适形成。为进行高温气化，至少两个氧气喷枪以上述方式对准。
自然，还可以装置两个以上的氧气喷枪；多个氧气喷枪可用与上面所述的方式不同的方式进行对准。为达此目的，不必将氧气喷枪安置在一个平面上，可将它们分散安置在气化区的空间上。
如果使用了具有至少一个永久性燃烧的可调节的点火火舌的氧气喷枪，无论其它参数是什么，可在各种情况下维持为除去污染物而必需的温度。
优选结合该过程自身产生的合成气体甚或结合外部供给的燃料以化学计量的形式操纵这些氧气喷枪，以便这些氧气喷枪可被调节到进行相应的高温处理所需的最低温度。对于高温气化，保持入口之上的反应器空间的温度高于1000℃。反应器的空间尺寸为使直到反应器出口仍保留有足够的延迟时间，以进行平衡比例的调整，直至合成气体被骤冷以防新形成有机化合物。
对较低位置的氧气喷枪(即，用于融合或熔融无机组分的喷枪)进行对准，使它们能加强流出的融流的流向。在此根据本发明，也必需有至少两个氧气喷枪对准该方向。该对准步骤优选为沿着椭圆形反应器基座的轮廓提供多个喷枪。为此目的而使用的喷枪与从DE 195 12 249.6中得知的喷枪基本上一致。因此，该文献作为本文所披露的内容。基本的因素是使喷枪的氧气被加速到至少接近声速，使之能以足够的压力渗透到要被熔化或熔融的无机化合物中。由于速度高，氧气喷枪的堵塞也被防止了。该高温处理优选在2000℃温度下进行。
除了上面所描述的氧气喷枪外，进一步改进的方案要求在均化区、在熔化和熔融区进一步配置燃烧器。在根据本发明的方法中，将均化区设计成可使熔化的无机组分实现几乎完全均化。为此，可将另外的燃烧器配置在反应器出口处的均化区内，这些燃烧器不必与氧气喷枪相匹配，但可以是以前所知类型的燃烧器。将这些燃烧器配置而使之对准与流出的融流方向相反的方向。在这样的位置中，被对准的燃烧器使任何还存在的固体聚集物被迫返回或防止其流动，以便有足够长的延迟时间来使得这些仍然还残留的固体聚集物熔化并因此被均化。根据本发明，仅当按上面所描述的方式熔融物完全均化时，才进行喷水急剧冷却以硬化融流。
如果在熔化均化区有至少一个燃烧器以低于化学计量的方式，即，在过量的氧气存在下运行，那么均化在氧化气氛中发生。以这种方式通过再次氧化，流出的熔化的矿物质的稳定性得以改善。
在本发明的方法中，根据废料的卡路里值来调节氧气喷枪的氧气供应和/或点火火舌的燃料的供应，以使在各种情况下均得到几乎恒定的合成气体组成和/或数量。因此，该步骤弥补了由供料口供入的废料的卡路里值的不同。正如现有技术所已知的，本发明的方法也是以异质废料作为出发点的。然而，异质废料的卡路里值变化极大，如果废料含有大量的有机组分，它的卡路里值则高；如果废料含有较多的无机组分或水分，它的卡路里值则较低。在根据本发明的方法中，该步骤是在气体侧的出口处相应测定合成气体混合物的组成，并且根据卡路里值来调节氧气喷枪的氧气供应，即，以使在气体出口处得到恒定的合成气体组成的方式操纵氧气喷枪。
权利要求
1.一种处理异质废料如工业废料、特殊废料、和家庭废料的高温反应器的操作方法，其中，在必要时对废料进行热预处理和/或压缩并经由入口使其进入反应器，在入口下面形成疏松的堆积的气化床，在该床中无机的或有机的成分被氧气融熔或气化及均化，在入口的上面通过提供氧气对气态的气化产物进行高温处理以形成并稳定合成气体，其特征在于，采用水冷氧气喷枪进行高温处理，至少两个氧气喷枪被安置在入口的下面以使它们加强熔融或熔化的废料的流动方向，并且在入口的上面安置至少两个氧气喷枪以使它们抑制上升气态成分的流动。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在温度控制的条件下将氧气引入高温反应器的自由气体空间，该空间以已知的方式形成延迟区，氧气的引入量使合成的可燃气体部分燃烧，这样可维持气化床之上的温度总是高于1000℃，并且以导致气体产生湍流的方式引入氧气，防止形成通道或绞结并保证形成完全均匀的气体混合物。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，为维持热处理的最低温度，用具有至少一个永久燃烧点火火舌的氧气喷枪来向高温反应器提供另外的热量，该点火火舌由该过程本身合成的气体和/或外部供给的燃料以化学计量的方式进行操纵。
4.根据权利要求1至3的至少一个权利要求的方法，其特征在于，以使部分非气化或部分未完全气化的成分形成气化的方式来操纵氧气喷枪，和/或残留痕量的有机污染物被气化处理而裂解掉。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在高于1000℃的温度下进行高温处理。
6.根据权利要求1至5的至少一个权利要求的方法，其特征在于，将置于入口下面的氧气喷枪中的氧气加速到至少接近于声速。
7.根据权利要求1至6的至少一个权利要求的方法，其特征在于，即使不需要喷枪氧气，部分量的燃烧氧气流连续地通过氧气喷枪以便使喷枪的喷嘴被该氧气流冷却并防止被堵塞。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，在高于1600℃的温度下进行高温处理。
9.根据权利要求1至8的至少一个权利要求的方法，其特征在于，入口上面的反应室如此之大，以至于在气体排出前留有足够的延迟时间以建立平衡比，直至合成的气体被骤冷以防止新合成有机化合物。
10.根据权利要求1至9的至少一个权利要求的方法，其特征在于，将反应器设计在入口的下面而使之在出口端具有均化区，该均化区的大小应能使流出的融流在冷却和硬化前完全均化并进行相分离。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，凭籍着至少一个另外的燃烧器，至少一个燃烧器被对准到其火焰的指向与流出的融流的反向相反，而使均化区的温度高于1500℃。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，使用了至少一个燃烧器，所述燃烧器的火焰是以低于化学计量的方式操纵的，从而在均化区得到氧化气氛。
13.根据权利要求1至12的至少一个权利要求的方法，其特征在于，控制氧气向氧气喷枪的供给，以至于产生几乎恒量和恒定组成的合成气体。
全文摘要
本发明涉及一种用高温反应器处理异质废料的操作方法，其中，废料经由入口被引入反应器并在入口下面形成疏松堆积的气化床层，在该床层中无机的或有机的成分被氧气熔融或气化及均化，并在入口的上面使气态的气化产物经受加入的氧气的高温处理以形成并稳定合成的气体，使用了水冷却的氧气喷枪用于高温处理。
文档编号F23L7/00GK1161424SQ9710072
公开日1997年10月8日 申请日期1997年2月14日 优先权日1996年2月16日
发明者冈特·H·基斯 申请人:热筛选股份公司