专利名称：在多层炉中热解处理有机和无机残余物以回收有价值副产品的方法
技术领域：
本发明涉及在多层炉(fourdi6tages)或多炉床炉(fourdisoles multiples)中的热解处理方法，其结合了不论是在处理的产品方面还是在气相方面的温度分布状况(profiI)的适当控制。这种方法适用于其中反应器的燃烧器直接与由该方法产生的气体接触的直接热解。
背景技术：
已知热解是一种把固体和液体物质转化为气态化合物和由固定碳和无机物质构成的固体残余物的热学方法。所谓直接热解指的是一种利用下述这种炉的方法:在该炉中，燃烧器直接安装在该炉上并产生火焰。典型的多层炉包括一系列的圆形炉床(soles)，它们以一个在另一个之上的方式置于覆盖有耐火材料的金属外壳中。沿着该炉的轴线就位的垂直旋转轴带有一系列配有耙齿(rubles)的耙臂(bras)，其按照螺旋形行程移动炉料穿过每个炉床。待处理的物料在上炉床的位置装入并且被搅动(rSbMes)通过朝向紧接着的下炉床的开孔而穿过该上炉床，如此类推。在经过所有炉床之后，经 处理的物料在炉底被排出。热气体在该炉中常常以逆流的方式流通，以便把炉料加热至其反应温度并引起所希望的反应。热量是通过炉料中物料本身的燃烧或者通过辅助燃料提供的。当需要辅助燃料时，要么直接地通过位于特定炉床处的燃烧器(直接焙烧)要么间接地经由独立的燃烧室(间接焙烧)引起燃烧。申请人:已经开发了下述这种方法很多年了:在多级炉(four mult1-etage)中直接热解，然后是固定碳的任选燃烧。在这种情况下，该分级(6tag6)热处理需要改装传统多层炉，它应具有:-待处理物料的干燥区域；-在贫氧气氛中的加热和热解气化挥发性物质的区域。在热解步骤之后，产物只含无机物质和固定碳；-在过量空气存在下的固定碳的燃烧区域。与间接热解法相比，该直接热解法具有若干优点。首先，直接法在多层炉中进行，而间接法通常需要其他类型的炉，回转炉。在其中，鉴于固有的爆炸风险，气态物质的存在需要使得反应器的入口和出口变为惰性。而且，能量的损失较大，因为需要用气体间接地加热外壳。最后是搅动不佳，而且难以处理残余物，例如油。在多层炉中的直接热解法能够处理大量残余物，例如净化站的污泥或STEP、工业污泥、由有机物质和无机物质的混合物组成的工业残余物等，并且已经在众多欧洲国家(德国、法国、瑞士等)得到工业应用。在传统热解中，通过该方法产生的可燃挥发性物质与燃烧器的火焰接触。残余氧气的存在则引起火焰的蔓延(瞬间火焰)和链式反应。可能会在气相方面和在处理的产品方面遭遇到失控的温度，后果是被搅动的产品的部分熔化或烧结的问题，例如为熔渣的形式，从而需要停止设备或者完全放弃用于处理某些产品的热解。传统热解法构成了众多欧美出版物的主题。申请W02010/142397公开了一种借助于处理段从富含烃和含碳残余物的物料流回收金属的方法，包括下列步骤:把该物料流传送到在一个或多个步骤中进行的第一处理，其中所述物料流在助熔剂存在下在适当的设备中，在80-180°C，优选100-160°C的温度下进行处理，并且进行液/固分离，以便获得基本上由液体构成的净化的产物以及饼块(油饼块)，任选地对分离的饼块进行干燥，以便从饼块中去除其沸点低于300-350°C的温度的烃成分，把任选干燥的该饼块送到第二热处理，其包括:在400-800°C，优选500-670°C实现的饼块的“无焰”热解，在氧化性环境中在400-800°C，优选500-700°C的温度下实现的热解残余物的氧化。申请W02010/55489公开了一种用于处理包含塑料材料和金属材料的混合物的材料(如废旧电子卡)的方法和设备。该方法包括以下步骤:磨碎待处理的材料；热解磨碎的材料；对经过热解的材料进行第一磁分离，一方面提供含铁金属部分，而另一方面提供非铁残余物；对非铁残余物进行第二磁分离，一方面提供非铁金属部分，而另一方面提供非磁性残余物。申请EP843142公开了一种改进的设备和一种方法，以用于在多层炉中通过如下的方式有效地处理物料，例如焚化废料，尤其是脱水污泥:将氧气射流高速注入炉的干燥或加热区域，以用于增强湍流气相的混合，以促进在气相中的烃和一氧化碳的完全燃烧，目的在于实现更少的排放；以用于在干燥过程中增强污泥上面的对流，目的在于提高干燥速度；并且用于在干燥过程中使污泥燃烧，目的在于进一步提高其干燥率。该设备和方法可提高污泥流量并且减少一氧化碳、氮氧化物以及烃排放。
申请EP2083954公开了一种处理含贵金属的废料的方法，包括以下的相继步骤:使废料与基于熔融铅的组合物接触；除去所获得的混合物的浮渣并且通过电解精炼除去浮渣的混合物以回收贵金属。美国专利US4，261，268公开了一种在逆流炉中处理废料的方法和设备，其中物料在炉的一端引入并在另一端排出。空气被同时引入到该炉中并且燃烧气体相对于物料处理逆流流动并且在该炉的第一端流出。该炉有一种形成处理区域的自然倾向，从该炉的第一端开始依序包括干燥区域、炭化和挥发物燃烧的区域、固定碳的燃烧区域以及灰分的冷却区域。该方法包括从该炉的中部，大体上在固定碳的燃烧区域与炭化和挥发物燃烧的区域之间排出二次废气的步骤。根据该发明的一种实施方式，该二次废气与加入该炉中的空气进行热交换。美国专利US4, 046, 086公开了一种用于处理包含碱金属的废料的类似方法和设备。在紧邻待处理物料的床的表面处，该炉中的最大温度被保持低于大约1400。F(760 0C )。
美国专利US4，118，220公开了一种处理包含重金属和含碳物质的物料的方法，包括下述步骤:通过入口将待处理废料连续引入到第一炉中，同时向所述炉中添加空气，在炉中加热废料，直到其为炭化状态并且由此将物料从该炉中排出并且将其送到第二处装置中，同时从该炉中排出废气，通过化学淋滤从该第二处理装置中的废料中回收和去除重金属，然后将该废料的剩余部分送到第二炉中，以使废料中剩余的含碳物质燃烧，并且从该第二炉分别排放灰分和废气。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的问题。特别地，本发明旨在再处理或者再循环包含有机物质如油的复杂废料或残余物，以便从其回收固体物质，尤其是无机物质(matiSres minerales)如贵金属或者稀土元素。本发明的目的还在于控制多层炉中的过程温度。本发明的目的还在于限制要再处理的物料的结晶转变以及熔渣、烧结的物料的形成。
本发明的主要特性要素本发明涉及一种用于在多层炉中通过被称作“无焰”热解法的直接热解再处理、再循环或分离物料(matiSres)或废料的方法，其中所述物料在该炉的第一端和第二端被分别引入和排出，所述炉从该第一端开始依序包括干燥区域，导致形成包含挥发性物质的气相以及包含固定碳和无机物质的固相的热解气化区域，以及任选地，在过量空气下的固定碳燃烧区域，炉料(charge)的燃烧热量通过将空气和辅助燃料直接注入到该炉中而获得，其特征在于，在低压力下的水蒸汽以受控方式被注入到该多层炉的至少一个区域中，以便无论是在气相中还是在固相中获得均勻且精确(prScis)的温度分布状况(profil)。根据本发明的特别或优选的方式，该方法还包括以下特征之一或者以下特征中至少两个特征的适当组合:-所注入的水蒸汽的压力为1-5巴；-所注入的水蒸汽是干蒸汽；-所注入的水蒸汽是饱和蒸汽；-在随后为固定碳燃烧的热解的情况下，该水蒸汽被注入到该热解气化区域和该固定碳燃烧区域之间的过渡位置(transition)；-热解气化在还原性气氛中进行；-所涵盖的温度范围在150至1050°C之间；-在该炉中的最高温度与使用相同方法但不注入水蒸汽的情况相比降低至少IOO0C ；-要再循环的废料是废旧电子线路；-要再循环的废料是包含烃和/或金属的污泥；-要再循环的废料是被烃和其它挥发性物质污染的矿物(min6raux)；-燃烧气体和烟(fum6es)相对于物料处理方向逆流流动；-燃烧气体和烟在炉的上部的位置被提取，而经再处理的物料在炉的下部的位置被提取；-燃烧气体和烟相对于物料处理方向并流流动；-燃烧气体和烟、以及经再处理的物料在炉的下部的位置被提取，该热解在150-500°C 下实现。本发明的另一个方面涉及用于实施上述方法的多层炉或多炉床炉，包括一系列的圆形的焙烧(cuisson)炉床或板，它们以一个在另一个之上的方式置于覆盖有耐火材料的钢外壳中，并且包括垂直旋转轴，所述垂直旋转轴沿着该炉的轴线布置并且带有配有耙齿(rabies)的耙臂(bras)，其搅拌炉料并且按照螺旋形行程移动炉料穿过每个炉床，待处理的产品在上炉床的位置提供并且被搅动(rabl6e)以用于通过通向紧接着的下炉床的开孔而穿过该上炉床，如此类推直到设备的底部(bas)，在该底部，处理的产品被排出，热燃烧气体在该炉中流通以用于把炉料加热至其反应温度并引起所希望的反应，尤其是加强的干燥、直接热解气化以及任选的固定碳燃烧，燃烧热量通过或者是炉料本身的成分或者是在燃烧器中燃烧的辅助燃料的燃烧产生，所述燃烧器位于一个或多个特定炉床的位置处，所述多层炉的特征在于它还包括位于一个或多个特定炉床的位置处的低压力下的水蒸汽的注入喷嘴。
具体实施例方式本发明的优选实施方式的描述本发明涉及在多层炉中通过“无焰”直接热解(flameless pyrolysis)更特别地对包含无机物质和有机物质的物料、废料或残余物进行热处理的方法。这种方法无论是在气相方面还是在固相方面均需要精确控制温度。根据本发明，该“无焰”热解通过将低压力下的蒸汽受控且分级(6tag6e)地注入多层反应器中而能够精确且均匀地控制固体产品中和气相中的温度分布状况。蒸汽的注入阻止了挥发性物质的燃烧、火焰的蔓延以及温度的不受控增加。所注入的干或饱和的水蒸汽的压力有利地为1-5巴。根据希望的结果，水蒸汽也可被注入到反应器的一个或多个炉床。在随后为固定碳燃烧的热解气化的情况下，该蒸汽被优选注入到位于热解结束和固定碳燃烧开始之间的过渡区域的炉床。按照本发明，该“无焰”直接热解法可以通常以逆流运行的模式应用，也就是说，烟在反应器的上部的位置被提取，而固体产品在反应器的下部的位置被提取。不过，对于在低温度(典型地为150-400°C)下的直接热解的应用来说，该方法还可以在反应器中以并流运行的模式应用。在这种特定情况下，烟和固体产品二者均在反应器的底部的位置被提取。本发明的方法能够有效地处理富含烃或者在直接热解的过程中极多地产生可燃挥发性物质的产品。这种方法可以有利地应用于无论是富含烃的污泥和残余物，还是受污染的土壤、电子废料(“electronicscrap”)或者被烃或其它挥发性物质污染的矿物。这种方法允许在从150°C到大于1000°C的非常宽的温度范围内并且在非常还原性的气相的气氛下工作。燃烧器的布置的模式、它们的调整以及蒸汽引入喷嘴的布置使得能够优化在多炉床反应器的中心的“无焰”热解。相比于直接传统热解，通过该“无焰”热解获得的温度分布状况清楚地表明本发明的合理性并且其可应用于众多的残余物和副产品以使它们增值。实施例1:金属、玻璃纤维和环氧树脂的混合物(表I)处理的目的是将金属和玻璃纤维从它们的环氧基质中释放出。该方法在于在低温度下的“无焰”热解。表I给出该“ 无焰”热解与传统热解之间的对比。可以看到，根据本发明的方法能够避免随时间的温度的急升。空气的过量(或λ )表示与完全燃烧所需的最小空气量(或者化学计量)相比过量的空气量。在此在还原性气氛下，因而在缺少空气(λ < I)下工作。除了该“无焰”热解之外，不可能控制气相的温度以及必然地固相的温度，而这导致在固相中的烧结和熔化。实施例2:混合了油和水的金属的处理(表2)处理的目的是释放金属(例如，钨的氧化物)并且重新控制气相的温度，以避免固相温度不受控地升高。在通过氧化的传统方法中，温度随着挥发性物质的放出而急升。固定碳通过挥发性物质的包层而被包封。这种方法带来了冷却的问题。该“无焰”热解能够精确地控制气相以及固相的温度。实施例3:通过热解和固定碳燃烧的污泥处理(表3)在例如具有6个炉床的炉中，在2.5巴的压力下的蒸汽被注入到炉床3中。此蒸汽从其进入反应器就完全降压。该“无焰”热解使得能够控制在热解和固定碳燃烧之间的过渡区域中，也就是说在目前情况下的炉床3的位置(参见表3的灰色)的气相的温度(Tfg)。在此没有测量被搅动的固体产品的温度。蒸汽的注入使得能够在炉料中降低100-150°C的温度并且因而将气相中烧结的风险(形成熔渣)降至最小，正如以下的实例所示出的。表 1传统热解
权利要求
1.关于在多层炉中通过被称作“无焰”热解法的直接热解再处理、再循环或分离物料或废料的方法，其中所述物料在该炉的第一端和第二端被分别引入和排出，所述炉从该第一端开始依序包括干燥区域，导致形成包含挥发性物质的气相以及包含固定碳和无机物质的固相的热解气化区域，以及任选地，在过量空气下的固定碳燃烧区域，其中炉料的燃烧热量通过将空气和辅助燃料直接注入到该炉中而获得，其特征在于，在低压力下的水蒸汽以受控方式被注入到该多层炉的至少一个区域中，以便无论是在气相中还是在固相中获得均匀且精确的温度分布状况。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所注入的水蒸汽的压力为1-5巴。
3.权利要求1的方法，其特征在于，所注入的水蒸汽是干蒸汽。
4.权利要求1的方法， 其特征在于，所注入的水蒸汽是饱和蒸汽。
5.权利要求1的方法，其特征在于，在随后为固定碳燃烧的热解的情况下，该水蒸汽被注入到该热解气化区域和该固定碳燃烧区域之间的过渡位置。
6.权利要求1的方法，其特征在于，热解气化在还原性气氛中进行。
7.权利要求1的方法，其特征在于，所涵盖的温度范围在150至1050°C之间。
8.权利要求1的方法，其特征在于，在该炉中的最高温度与使用相同方法但不注入水蒸汽的情况相比降低至少100°C。
9.权利要求1的方法，其特征在于，要再循环的废料是废旧电子线路。
10.权利要求1的方法，其特征在于，要再循环的废料是包含烃和/或金属的污泥。
11.权利要求1的方法，其特征在于，要再循环的废料是被烃和其它挥发性物质污染的矿物。
12.权利要求1的方法，其特征在于，燃烧气体和烟相对于物料处理方向逆流流动。
13.权利要求12的方法，其特征在于，燃烧气体和烟在炉的上部的位置被提取，而经再处理的物料在炉的下部的位置被提取。
14.权利要求1的方法，其特征在于，燃烧气体和烟相对于物料处理方向并流流动。
15.权利要求14的方法，其特征在于，燃烧气体和烟、以及经再处理的物料在炉的下部的位置被提取，该热解在150-500°C下实现。
16.关于实施上述权利要求任一项的方法的多层炉或多炉床炉，包括一系列的圆形的焙烧炉床或板，它们以一个在另一个之上的方式置于覆盖有耐火材料的钢外壳中，并且包括垂直旋转轴，所述垂直旋转轴沿着该炉的轴线布置并且带有配有耙齿的耙臂，其搅拌炉料并且按照螺旋形行程移动炉料穿过每个炉床，其中待处理的产品在上炉床的位置提供并且被搅动以用于通过通向紧接着的下炉床的开孔而穿过该上炉床，如此类推直到设备的底部，在该底部，处理的产品被排出，热燃烧气体在该炉中流通以用于把炉料加热至其反应温度并引起所希望的反应，尤其是加强的干燥、直接热解气化以及任选的固定碳燃烧，燃烧热量通过或者是炉料本身的成分或者是在燃烧器中燃烧的辅助燃料的燃烧产生，所述燃烧器位于一个或多个特定炉床的位置处，所述多层炉的特征在于它还包括位于一个或多个特定炉床的位置处的低压力下的水蒸汽的注入喷嘴。
全文摘要
本发明涉及一种用于在多层炉中通过被称作“无焰”热解法的直接热解再处理、再循环或分离物料或废料的方法，其特征在于，在低压力下的水蒸汽以受控方式被注入到该多层炉的至少一个区域中，以便无论是在气相中还是在固相中获得均匀且精确的温度分布状况。
文档编号C10J3/20GK103087779SQ20111046336
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者P-D·奥登内 申请人:考克利尔维修工程