废物处理中的改进的制作方法

废物处理中的改进的制作方法
【专利摘要】本发明提供了用于热解和/或气化如有机涂覆的废物以及包括生物质、工业废物、城市固体废物和淤泥在内的有机材料的系统和方法。在第一操作模式中，该方法/系统将所述材料在处理室(10)中通过使热气体通过所述处理室加热。这将有机内含物热解和/或气化，以产生合成气并且，总是产生烟灰。在第二操作模式中。该方法/系统增加热气体的氧含量，使得热气体中的氧与受热的烟灰反应形成一氧化碳。
【专利说明】废物处理中的改进
[0001]本发明涉及用于通过热解和/或气化处理材料的方法和系统，特别是涉及控制作为热解/气化过程的结果形成的烟灰的积累的方法和系统。
[0002]材料的热解/气化以形成合成气是广为人知并且记录于文献中的处理方法。用于将材料热解/气化的已知处理包括间歇处理和连续处理两者。在两种方法中，该处理都基本上由以下步骤构成:对于热解在基本上无氧的环境中，并且对于气化在低氧环境中，击打所要处理的材料，以将材料的有机内含物热分解，以形成通常称为合成气的合成气体。
[0003]该处理的不可避免的副产物是烟灰的产生。烟灰在该处理的过程中积累，并且在处理室以及工艺气由其通过的系统管道的内表面上形成衬里。随着时间经过，烟灰的这种积累可以对系统的操作具有多种有害影响。首先，烟灰积累可以覆盖系统的任何传感器，使它们的性能随时间降低。其次，烟灰的积累可以在系统内造成明显的危险。例如，如果在处理循环结束后立即打开系统的一部分，而衬在系统内的烟灰仍然处于高温，例如在400-500°C的区域，则当打开系统时从空气流入的氧可以导致烟灰的闪燃，可能对当打开系统时处于该区域中的任何操作者造成毁灭性的影响。虽然在热解处理中形成更多的烟灰，但上述问题在热解和气化处理两者中都出现。正如将理解的是，在打开系统时烟灰起火的危险在需要有规律地打开系统以更换材料批次的间歇操作系统中尤其成问题，并且在打开系统之前等待直至温度下降到低于烟灰的燃烧温度将会过度延长每一批次的处理时间，从而明显降低该处理的效率。
[0004]本发明的目的在于减轻上述问题中的一些。
[0005]根据本发明的第一方面，提供了一种处理具有有机内含物的材料的间歇方法，所述具有有机内含物的材料如有机涂覆的废物以及包括生物质、工业废物、城市固体废物和淤泥在内的有机材料，所述方法包括:在第一操作模式中，将所述材料在处理室中通过从所述处理室经过的再循环热气体加热，以将所述材料热解和/或气化以产生合成气、烟灰和残留材料；以及在第二操作模式中，增加所述处理中所述再循环气体的氧含量，使得所述氧与受热的烟灰反应，以形成一氧化碳。
[0006]第二操作模式在与第一操作模式相同的处理室中进行。
[0007]残留材料可以包含完全惰性的非有机物，即金属、玻璃等，或者可以任选地包括来自热解/气化处理的焦炭或含碳残留物。在第二操作模式中，可以将残留材料保留在处理室中。
[0008]如本文所使用的，术语烟灰用于意指不纯的碳粒子和包括焦炭和木炭在内的衍生物。
[0009]在优选的操作方法中，在处理室中的大部分材料已经热解和/或气化之后，将第一操作模式转换为第二操作模式。
[0010]该方法可以还包括:在第二操作模式中，监控气体的热值、气体的氢含量以及气体的一氧化碳含量中的一项或多项。如果气体的热值、氢含量以及一氧化碳含量中的一项或多项非常低或者基本上为零，结束所述处理。气体的热值、气体的氢含量以及气体的一氧化碳含量中的一项或多项不再增加表示氧不再与任何烟灰反应，并且因此系统不含有烟灰，所以可以安全地打开，以更换材料的批次，即使是在系统的部分内部温度仍然高于烟灰的燃烧温度的情况下。氢含量可以指示烟灰的燃烧，因为，如果在再循环气体中存在水蒸气，它可以与烟灰和/或一氧化碳反应而释放氢。本方法可以包括在第二操作模式中可水蒸气引入至再循环热气体中。
[0011]该方法可以包括，在第二操作模式中，监控气体的温度，并且如果气体的温度基本上保持恒定，结束所述处理。这也指示烟灰的存在，因为烟灰一旦燃烧，将释放热，所以其如果存在将释放热量。如果当氧含量在第二操作模式中增加时没有检测到温度增加，则这可以用作系统没有形成烟灰的指示。
[0012]如果，在第二操作模式中，检测到气体的热值、气体的氢含量以及气体的一氧化碳含量中的一项或多项增加，本方法还包括第三操作模式，其中将更多的氧引入至再循环气体中，并且其中在第三操作模式中，继续监控气体的热值、气体的氢含量以及气体的一氧化碳含量中的一项或多项。在第三操作模式中，也可以监控再循环气体的温度。当检测到烟灰存在时，可能需要继续向系统中引入氧，因为当它与烟灰反应时，氧将随时间变得耗尽。这样做的必要性将取决于在操作的第二阶段中加入的氧的量。在第三操作模式中，也可以将水蒸气引入至再循环热气体中。
[0013]在一个实施方案中，该处理是热解处理，并且将材料在第一操作模式中在基本上不含有氧的环境中处理。在此实施方案中，在第二操作模式中，氧可能增加至I体积％至21体积％的范围内的值，理想地，氧含量在6至12体积％的范围内。
[0014]在另一个实施方案中，该处理是气化处理，并且将材料在第一操作模式中在3体积％至12体积％氧的减氧环境中处理。在此实施方案中，在第二操作模式中，氧可能增加至在6体积％至21体积％的范围内的值。将理解的是，在第二操作模式的过程中，在这些范围内的氧含量将高于第一操作模式中的氧含量。
[0015]通过从作为标准热解/气化操作的第一操作模式切换至其中系统内的氧水平提高的第二操作模式，任何在第一操作模式的过程中形成的并且变得沉积在系统内表面上的烟灰在第二操作模式的过程中与氧反应，以形成一氧化碳气体，其随后形成在系统内或从系统离开的气体的一部分。以这种方式，周期性地移除在系统内表面上的烟灰沉积物，从而防止烟灰积累到系统受到影响或变得危险的水平。
[0016]操作方法可以还包括:使合成气通过热处理室，在热处理室中将其加热一段停留时间，以破坏其中任何VOC，并且其中加热该材料包括在处理室中在燃烧器中使化学计量比的燃料和氧燃烧，并且将热气体循环通过处理室；并且其中增加氧浓度包括将附加的含氧气体加入至循环气体，以增加其氧浓度。
[0017]在热解过程中，处理室中化学计量比的燃料和氧在燃烧器中的燃烧产生基本上不含有氧的热气体，其是加热所要处理的材料以使其热解所需的。增加氧浓度可以由将附加的含氧气体加入至燃烧器中组成，或者可以备选地包括将附加的含氧气体在系统内一个不同的点加入。备选地，热可以由独立的外部热源提供，并且也可以包括热气体流，其具有基本上零的氧含量，或者在气化情况下，具有减少的氧含量，但是不再循环。
[0018]本方法可以包括使气体通过在处理室下游的锅炉，并且在第一操作模式中，将锅炉在第一水平操作，以由其提取热；并且在第二和/或第三操作模式中，将锅炉在第二水平操作，以由其提取热，所述第二水平低于所述第一水平，从而移除较少的热。优选地，在第二和/或第三操作模式中，操作锅炉，使得由其排出的气体超过350°C，更优选400°C以上。通过该方法，锅炉在第一操作模式中从由其通过的气体提取废热，以冷却输出的气体。因为碳积累不限于锅炉上游的系统区域，所以有利的是，也能够处理任何在锅炉下游的系统内的烟灰。因为烟灰与氧产生一氧化碳的反应需要升高的温度，则通过减少锅炉从由其通过的热气体中取得的功率的量，将离开锅炉的气体的排放温度提高至它可以与锅炉下游的烟灰反应的水平。
[0019]在第一操作模式中，本方法可以进一步包括使离开锅炉的气体通过第一洗涤器，并且在第二和/或第三操作模式中，本方法可以优选包括使离开锅炉的气体通过第二洗涤器。可以使通过第二洗涤器的气体燃烧放空(flare)至大气。
[0020]离开系统的合成气可以在第一洗涤器的下游使用，例如，它可以在合成气发动机中燃烧以产生电力。因为在第二和/或第三操作模式过程中离开系统的气体不具有可确定的品质，即，气体组成不是恒定的或可预测的，例如，它将包括可变量的氧并且其中一氧化碳水平和氢水平将明显不同于在第一操作模式的过程中产生的合成气，所以在第二和/或第三操作模式的过程中该气体的品质对于在例如合成气发动机中使用不是足够可靠的，并且因此将它燃烧放空至大气。
[0021]本方法可以还包括感测气体中的氢水平并且响应于感测到的氢水平在第一操作模式和第二操作模式之间切换。在第一操作模式的过程中，当所处理的材料达到热解/气化基本上完全的阶段时，产生的氢气体的量将开始非常快地下降。氢传感器可以检测再循环气体中的氢的水平的起伏，并且，如果其下降一定的量，可见该过程正在接近完成，并且这可以当作从第一操作模式向第二操作模式切换的信号。
[0022]在第三操作模式的过程中，使再循环气体的速度、再循环气体的温度和再循环气体的氧含量中的一项或多项波动。这已被证明增加烟灰移除的有效性。根据本发明的第二方面，提供了一种用于根据本发明第一方面的方法将如有机涂覆的废物和包括生物质、工业废物、城市固体废物和淤泥在内的有机材料的材料热解的系统，所述系统包括:处理室，在所述处理室中将所述材料加热；用于再循环的装置，所述装置用于将热气体的供应再循环用于通过处理室以加热其中的所述材料，以将所述材料热解和/或气化以产生合成气、烟灰和残留材料；热处理室，在所述热处理室中，将热解气体加热一段停留时间，以破坏其中任何挥发性有机化合物(VOC);以及控制装置，所述控制装置配置为将所述系统在第一操作模式操作以向所述处理室提供含有减少的氧或基本上无氧的热气体的供应，使得热气体将其中的材料热解和/或气化，以产生合成气、烟灰和残留材料，并且将该系统在第二操作模式操作，其中使气体的氧含量增加。
[0023]第二操作模式在和第一操作模式相同的处理室中进行。
[0024]残留材料可以包含完全惰性的非有机物，即金属、玻璃等，或者可以任选地包括来自热解/气化过程的焦炭或含碳残留物。在第二操作模式中，残留材料可以保留在处理室中。
[0025]可以将控制器配置为在不移除任何所述残留材料的情况下从第一操作模式切换至第二操作模式。
[0026]本系统可以进一步包括用于感测气体的热值、气体的氢含量和气体的一氧化碳含量中的一项或多项并且建立其指示信号的装置；并且其中控制装置还配置为监控由该感测装置建立的信号，并且还配置为如果气体的热值、氢含量和一氧化碳含量中的一项或多项非常低或基本上为零，则结束所述处理。
[0027]可以设置温度传感器并将其配置为感测在系统内再循环的气体的温度并且建立其指示信号。于是，可以进一步将控制装置配置为监控气体温度的指示信号，并且如果气体的温度少保持基本上恒定，结束所述处理。
[0028]可以设置用于将水蒸气引入至本系统中的装置，并且控制装置可以配置为，在第二操作模式中，操作所述用于将水蒸气引入的装置，以将水蒸气引入至本系统中。
[0029]控制装置可以配置为监控气体的热值、气体的氢含量和气体的一氧化碳含量中的一项或多项的指示信号，并且如果在所述气体的热值等中的一项或多项中监控到上升，控制装置可以配置为，将本系统在其中将更多的氧引入至再循环气体中的第三操作模式中操作，并且在所述第三操作模式中，继续监控所述信号。
[0030]本系统可以包括从热处理室引向锅炉的管道，并且控制装置还配置为控制在第二操作模式中从锅炉提取的热的量，以保持锅炉下游的气体温度超过350°C，优选400°C以上。
[0031]可以在锅炉下游设置一个或多个洗涤器。在使用两个洗涤器的情况下，设置换向阀装置，以在第一操作模式中将气体引导至所述洗涤器中的第一个，并且在第二操作模式中将气体引导至所述洗涤器中的第二个。优选地，本系统还包括洗涤器下游的火炬烟囱和合成气发动机。在设置单一洗涤器的情况下，在洗涤器下游设置换向阀，用于将气体送至合成气发动机或者送至火炬烟囱。在设置两个洗涤器的情况下，一个洗涤器的出口可以连接至合成气发动机，并且另一个洗涤器可以连接至火炬烟囱。
[0032]本发明的优选系统包括一氧化碳传感器，并且控制配置为响应一氧化碳下降低于预定水平从第二操作模式切换至第一操作模式。
[0033]本系统可以还包括氢传感器，并且控制器可以配置为响应感测到的氢水平从一个操作模式切换至另一个操作模式。
[0034]现在将参照附图，借助实施例描述本发明的实施方案，在附图中:
[0035]图1显示根据本发明的系统的示意图；
[0036]图2显示备选的根据本发明的系统的示意图；
[0037]图3显示用于间歇处理热解/气化系统的生产率对时间的图；
[0038]图5显示本发明的热解方法的示意性流程图；并且
[0039]图6显示本发明的气化方法的示意性流程图。
[0040]参照图1，该系统包括处理室10，在其中将材料加热以将它热解或气化。处理室10可以是任何已知的处理室，例如它可以是间歇处理室或连续流处理室。它可以是，例如，如Perry等的国际专利申请W02006/100512中所述的炉。
[0041]管道12将处理室连接至热处理室16。位于热处理室16顶部的是燃烧器18，其设置有燃料源20，例如天然气，和氧源22，例如空气。燃料和氧在燃烧器中燃烧，以便将热处理室16加热，以升高其中合成气的温度，以破坏其中任何VOC或长链烃。
[0042]在第一操作模式中，燃料和氧可以在燃烧器中以化学计量比燃烧，以在不燃烧任何可能通过热解/气化处理产生的合成气的情况下，将热处理室16加热。
[0043]任选地，可以将来自热处理室16的热气体经由管道12和14循环通过处理室10，以在基本上不含有氧或减氧的环境中，加热其中的材料。当将气体循环时，在气化过程中，燃料和氧可以在燃烧器中以非化学计量比燃烧，具有稍微过量的氧，以将热处理室16加热，并产生具有减低(与大气比较)的，优选在3至12体积％的范围内的氧含量的气氛。
[0044]作为备选，在气化过程中，热处理室可以燃烧化学计量比的燃料和氧，以在不燃烧任何可能通过气化处理产生的合成气的情况下将热处理室16加热，并且可以将附加的氧或含氧气体在气体流内的别处加入至循环气体中。
[0045]备选地，可以省略流路14，并且可以使用单独的外部热源15加热处理室10。
[0046]当材料热解和/或气化时，它产生合成气和烟灰。位于热处理室中的是氧传感器24、一氧化碳传感器26和氢传感器28，它们可信号发送至控制系统30。尽管显示为位于热处理室16中，显然的是，这些传感器可以位于再循环流路内的任何地方，例如，它们可以位于管道12和14之一中，或在处理室10本身中。
[0047]由传感器产生的信号被送至控制系统30，三种气体的比例是所制得的合成气的品质的指示。
[0048]图2显示典型的通过间歇处理循环的氢生产率曲线。在区段I中，处理室10中的材料开始加热，并且当它加热时，热解/气化反应开始，并且所生产的氢的量开始增加。在图的中间区段2中，主要反应正在进行，并且可以生产相当恒定品质的合成气。将理解的是，在此中间区段中曲线的形状将依赖于所处理的废物的类型，并依赖于使输入系统的热的量适中的燃烧器18的控制。当处理继续并且处理室10内的大部分材料已经热解/气化时，氢的生产率开始降低，并且曲线进入最终区段3。
[0049]再次参照图1，管道32从热处理室176通向充当与输入水36热交换以产生水蒸气38的热交换器的锅炉34。可以通过控制进入锅炉34的水的流量控制从流过管道32的气体提取的热量。
[0050]管道40从锅炉34通向洗涤器42。洗涤器42可以是合适的已知类型的，并且运行以将离开锅炉的冷却的气体在储存或使用之前清洁。例如，合成气可以直接在合成气发动机44中燃烧以产生电力。本系统还包括锅炉34下游的温度传感器46，以及在锅炉和第一洗涤器42之间的换向阀48。换向阀48的备选出口通向第二洗涤器50，其将流经其的气体在它在火炬烟囱53中燃烧放空之前清洁。
[0051]在图2中所示的备选实施方案中，在锅炉34下游设置单一的洗涤器42，在洗涤器42下游设置换向阀48，其将气体流转向至合成气发动机44或火炬烟囱52。阀48的操作如上关于图1所述，除去它仅在合成气发动机44和火炬烟囱52之间转向以外。
[0052]如上所述，处理室10可以由循环通过处理室16、管道14和处理室10的再循环气体加热，或者备选地，室10可以由可以包含燃烧器的直接热源15加热。
[0053]现在参照图1至5，该设备具有控制器30，其可操作为可该系统在第一和第二操作模式中操作，第一操作模式是正常的合成气生产循环，并且第二操作模式是清洁循环的一部分，特别是，第二操作模式是清洁循环的测试阶段，以测定是否需要完全清洁。在第一操作模式中，使热气体经由管道12和14循环通过处理室和热处理室，并且将循环气体的一部分经由管道32抽取并使其通过锅炉34以将它冷却，通过洗涤器42以将它清洁，并且通过合成气发动机44以将它转化为电力。
[0054]如上所述，在操作过程中发生的热解/气化反应产生烟灰，烟灰覆盖系统的内表面并且随时间经过可以降低系统的功能，并且可能存在潜在的危险。运行清洁循环以从系统清除烟灰，并且从而防止烟灰的继续积累。
[0055]在第一操作模式中，基本上不含有氧/含有减少的氧的热气体循环通过系统，以将材料加热，以将它热解/气化。为了进入清洁循环，控制器监控系统内气体的氢含量。一旦氢含量下降得低于预定阈值，即它从图2上的图中的区段2进入区段3，则确定处理室10内的大部分材料已经热解/气化，并且现在产生的合成气是较差品质的。当这被监控到时，换向阀48接收来自控制器30的信号，并且将气体流引导至第二洗涤器50，其后将它在火炬烟囱52中燃烧放空至大气。同时，例如通过减少向其的水流降低锅炉功率，使得从通过其的气体中提取较少的热。温度传感器46监控输出气体的温度，并且向控制器30放出信号，其随后可以控制锅炉34的功率，以将离开锅炉34的气体保持在高于350°，优选高于最少400。的温度。
[0056]随后，改变存在于燃烧器18的燃料与氧的比率，使得提供过量的氧。这导致燃料20的燃烧消耗比所提供的氧少的氧，并且因此，在热处理室中的氧含量，以及因此管道12、14和处理室10中的氧含量增加。循环通过处理室10的气体、还有通过锅炉34及相关管道32和40的气体，都具有增加的氧含量以及其中过量的氧，并且因此将与系统中的任何烟灰反应以产生一氧化碳。正如将理解的，附加的氧至燃烧器中的引入也将导致在处理室中制得的合成气的至少一部分的燃烧。然而，因为在清洁阶段过程中不使用，例如不在合成气发动机中使用合成气，则通过在热处理室16中燃烧它的至少一部分，可以在锅炉中回收一些附加的热。因此，可以实现对锅炉的控制，以不减少从热气体中提取的能量，但提取所需的能量以产生所需的增加的下游温度。归因于通过合成气在处理室中的燃烧释放的附加的能量，这可能产生相同或甚至增加的从锅炉提取的能量。然而，就实际情况而言，向燃烧器的燃料输入将随着燃烧的合成气的量按比例减少。由图2可见，这发生在循环的末尾，当合成气的量和品质改变以至于合成气水平下降时，将需要增加所需的燃料以维持VOC破坏和烟灰消除所需的温度。
[0057]在第二操作模式中也可以将水蒸气注入至循环气体中，并且其也将和烟灰在高温反应，和/或将和碳与增加的氧的氧化副产物反应。
[0058]在第二操作模式中，监控气体的热值、气体的氢含量和气体的一氧化碳含量中的一项或多项，并且如果它们中的一项或多项非常低或基本上为零，控制器可以结束所述处理。这些参数非常低或基本上为零将指示基本上没有碳反应发生(即系统是洁净的)，并且因此可以安全地关机并打开。
[0059]在第二操作模式中，也可以监控气体的温度，并且如果气体的温度保持基本上恒定，控制器可以结束该过程。温度也指示烟灰的存在，因为烟灰一旦燃烧，将释放热，所以如果存在，将释放热。如果在第二操作模式中当氧含量增加时没有监控到温度增加，则这可以用作系统没有形成烟灰的指示。优选地，将使用包括气体的温度、氢含量、一氧化碳含量和热值中的两项以上在内的多个参数的组合，确定系统中没有碳反应。
[0060]如果，在第二操作模式中，监控到温度、气体的热值、气体的氢含量和气体的一氧化碳含量中的一项或优选多项的上升，系统可以进入第三操作模式，其中，将更多的氧引入至再循环气体中，并且其中，继续监控温度、气体的热值、气体的氢含量和气体的一氧化碳含量中的一项或多项。当监控到烟灰存在时，可能需要将氧继续引入至系统，因为当它与烟灰反应时，氧将随时间变得耗尽。这样做的必要性将取决于在操作的第二阶段中加入的氧的量。在第三操作模式中，也可以将水蒸气引入至再循环热气体中。和在第二操作模式中一样，一旦烟灰耗尽，气体的氢含量、一氧化碳含量和热值将下降至非常低或基本上零值，并且一旦这被检测到，控制器可以结束所述处理以允许批次更换。在打开设备时，即使它仍然是热的，这也可以安全地完成，因为不存在否则可能闪燃的碳。
[0061]将理解的是，当使用不是热处理室的外部热源15为热解/气化提供热时，可以通过改变在那个外部热源的燃烧器中的气体混合变更氧含量，或者备选地，在任一情况下(循环气体/外部热源)，可以将附加的氧或含氧气体在系统中任何合适的点引入至通过系统的气体流中。
[0062]氧传感器24监控系统中的氧，并且控制器30可以改变输入至燃烧器的氧的量，以保持所需的氧含量。在热解处理(图4)过程中，氧含量在操作的第一阶段中将基本上为零，并且在I体积％至21体积％的区域内，优选6体积％至21体积%。在气化处理(图5)过程中，氧含量在第一操作模式过程中在3体积％至12体积％的范围内，并且在第二操作模式过程中在6体积％至21体积%的范围内。
[0063]在操作的该清洁模式中，烟灰与在气体中的氧反应，产生一氧化碳，其水平通过一氧化碳传感器26监控，并反馈至控制30。一旦系统中的大部分烟灰与氧反应，则系统中的一氧化碳的量将慢慢开始下降。一旦一氧化碳下降超过特定预定阈值，则控制器可以确定系统已经充分清洁并且清洁循环可以结束。在连续处理系统中，将通过处理室10的材料的通过流重新启动，并且控制器向锅炉34发送信号，以增加它的功率，以由其回收更多的热，并向换向阀48发送信号，以将来自锅炉通过第一洗涤器42送至合成气发动机44的气体转向。任选地，控制器可以监控H2含量，并且一旦H 2含量达到预定阈值，仅将气体转向回到合成气发动机。
[0064]—旦清洁循环完成，可以将燃烧器停机，并且可以更换处理室10中的材料批次，并将燃烧器18重新启动。控制器可以向锅炉34和阀48发送信号，以增加锅炉功率并将系统气体转向至第一洗涤器42。随后使来自燃烧器18的气体循环通过处理室，并且处理下一批次的材料。
[0065]可以遵照以下启动顺序:该顺序包括将含有减少的氧(气化)或基本上为零的氧(热解)的热气体循环，直至由氢传感器28检测的氢含量达到特定的预定阈值，即它跨过图2的区段I和区段2之间的边界并且，仅当氢含量已经通过此阈值后，操作阀48，以将流从洗涤器2转向至洗涤器I。这确保通过合成气发动机44的气体是一定品质的。
[0066]在本方法中另一个附加的阶段可以还包括在图2中所示的生产图的区段I过程中运行清洁过程。在该方法中，在新一批次的材料已经置于处理室10中之后，使含有增加的氧水平的热气体循环通过处理室，并随后经由管道12和14通过处理室(或者通过外部热源15供应)，以与其中任何碳反应，并且将气体从其继续引导通过第二洗涤器50和火炬烟囱52。一旦氢含量上升至突变(sudden)预定阈值，控制器30变更通过处理室的气体中氧的比例。对于热解处理，这可以通过将在燃烧器18中燃烧的氧和燃料的定量变更至化学计量比并且变更成含有基本上为零的氧含量的气体来实现，或者在气化处理中，这可以通过变更在燃烧器18中燃烧的氧和燃料的配给量以降低氧含量来实现。控制器向阀48发送信号，以将离开锅炉的气体导回至第一洗涤器42，并增加锅炉34的功率，并且该系统再一次处于它的第一操作模式，此时它是将材料在处理室10中热解/气化以产生合成气，所述合成气用于合成气发动机44以产生电力。
[0067]通过在间歇处理循环的过程中的处理开始和结束时都运行清洁循环，那么在间歇处理循环的最终区段3中，可以将大部分烟灰从系统清除，使得打开处理室以移除并替换其中的材料批次是安全的。在第一区段I的过程中，当新的批次开始其循环时，最初产生的气体品质不足以有效地用于合成气发动机，并且因此，任选地，也可以在此阶段的过程中运行清洁循环，以继续清洁在系统中沉积出的烟灰。
[0068]通过运行如本文所述的处理和清洁循环，当由特殊的批次产生气体在合成气发动机44中转化成能量不再有效时，可以使系统的整体清洁循环适合这些周期过程中的一般批次循环时间。
[0069]在如图6所示的本发明的另一个实施方案中，显示了上述系统的一种变型，在此实施方案中，代替向热处理室的燃烧器18提供足够的氧22以恰好燃烧燃料20，提供充足的氧，以也燃烧在处理室10中制得的合成气。
[0070]当利用上述系统时，处理室10可以通过将热气体从处理室16经由管道12、14再循环而加热，或者备选地，可以设置单独的热源15并省略管道14。离开热处理室16的热气体进入锅炉34，在那里它交换热，以产生例如能够用于驱动蒸汽机以产生电力的水蒸气。离开锅炉34的冷却的气体随后经由管道40通到洗涤器42，以在将它排出前将其清洁，尽管取决于热处理室16中处理的完全性这一最终阶段洗涤可能是不必要的。控制器30以如上所述的不同的操作模式控制系统，以清洁系统的烟灰。特别地，在再循环系统中，通过供应完全燃烧热处理室中的合成气所需的过量的氧，可以增加系统中的氧以除去烟灰。
[0071]备选地，如果省略管道14并且处理室10通过独立热源15加热，当需要时可以将氧独立地从燃烧器18引入。在这种情况下，可以在热源15中、在热源和处理室10之间或直接向处理室10中，加入用于操作的第二阶段的氧。在使用再循环气体的情况下，与在燃烧器10中加入额外的氧相反，可以在再循环气体路径中的任何点加入它。
[0072]将要理解的是，关于图1至5描述的系统的操作的大部分描述加以必要的修正之后也适用于图6的系统。
【权利要求】
1.一种将材料热解和/或气化的间歇处理方法，所述材料如有机涂覆的废物以及包括生物质、工业废物、城市固体废物和淤泥在内的有机材料，所述方法包括: 在第一操作模式中，将所述材料在处理室中通过从所述处理室穿过的再循环热气体加热，以将所述材料热解和/或气化以产生合成气和烟灰和残留材料；以及 在第二操作模式中，增加所述再循环热气体的氧含量，使得所述氧与所述烟灰反应以形成一氧化碳。
2.如权利要求1所述的间歇处理方法，其中所述第二操作模式在与所述第一操作模式相同的处理室中进行。
3.如权利要求1或权利要求2所述的间歇处理方法，所述方法包括在所述第二操作模式的过程中将所述残留材料保留在所述处理室中。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的间歇处理方法，所述方法还包括: 在所述第二操作模式中，监控所述气体的热值、所述气体的氢含量和所述气体的一氧化碳含量中的一项或多项；以及 如果所述气体的热值、氢含量和一氧化碳含量中的一项或多项非常低或基本上为零，结束所述处理。
5.根据在前权利要求中的任一项所述的间歇处理方法，所述方法还包括: 在所述第二操作模式中，监控所述气体的温度，以及 如果所述气体的温度保持基本上恒定，结束所述处理。
6.根据在前权利要求中的任一项所述的间歇处理方法，其中在所述第二操作模式中，将水蒸气弓I入至所述再循环热气体中。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的间歇处理方法，所述方法包括:在所述第二操作模式中，检测所述气体的热值、所述气体的氢含量和所述气体的一氧化碳含量中的一项或多项的上升，并且进行第三操作模式，在所述第三操作模式中，将更多的氧引入至再循环气体中；其中，在所述第三操作模式中，继续监控所述气体的热值、所述气体的氢含量和所述再循环气体的一氧化碳含量中的一项或多项。
8.根据7所述的间歇处理方法，其中在所述第三操作模式中，监控所述再循环气体的温度。
9.根据权利要求7或8所述的间歇处理方法，其中在所述第三操作模式中，将水蒸气引入至所述再循环热气体中。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的间歇处理方法，其中所述处理是热解处理，并且在所述第一操作模式中所述热气体基本上不含有氧，并且在所述第二和/或第三操作模式中，所述热气体含有1-21体积％氧。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的间歇处理方法，其中所述处理是气化处理，并且在所述第一操作模式中所述热气体含有3-12体积％氧，并且在所述第二和/或第三操作模式中，所述热气体含有6-21体积％氧。
12.根据在前权利要求中的任一项所述的间歇处理方法，其中在大部分所述材料已经热解和/或气化之后，将所述第一操作模式转换为所述第二操作模式。
13.根据在前权利要求中任一项所述的间歇处理方法，其中在所述第二和/或第三操作模式的过程中，将所述再循环气体的温度升高。
14.根据权利要求13所述的间歇处理方法，所述方法还包括使所述气体通过在所述处理室下游的锅炉； 在所述第一操作模式中，在第一水平操作所述锅炉，以从其提取热；以及在所述第二和/或第三操作模式中，在第二水平操作所述锅炉，以从其提取热，所述第二水平低于所述第一水平，从而移除较少的热。
15.根据权利要求14所述的间歇处理方法，其中在所述第二和/或第三操作模式中，操作所述锅炉，使得由其离开的气体超过350°C。
16.根据权利要求14至15中任一项所述的间歇处理方法，所述方法还包括: 在所述第一模式操作中，使离开所述锅炉的气体通过第一洗涤器；以及 在第二和/或第三操作模式中，使离开所述锅炉的气体通过第二洗涤器。
17.根据在前权利要求中的任一项所述的间歇处理方法，所述方法还包括:在第二和/或第三操作模式中，将离开所述第二洗涤器的气体燃烧放空至大气。
18.根据在前权利要求中任一项所述的间歇处理方法，其中所述方法还包括: 使所述合成气通过热处理室，在所述热处理室中，将它加热一段停留时间以破坏其中的任何VOC，并且其中: 加热所述材料包括在所述处理室中在燃烧器中使化学计量比的燃料和氧燃烧，并且将所述热气体循环通过所述处理室；并且其中 增加所述氧浓度包括向通过所述处理室的所述热气体加入另外的含氧气体，以增加其氧浓度。
19.根据权利要求7至9中的任一项所述的间歇处理方法，其中在所述第三操作模式的过程中，所述再循环气体的速度、所述再循环气体的温度和所述再循环气体的氧含量中的一项或多项是波动的。
20.一种用于根据权利要求1至19中的任一项所述的方法将材料间歇热解的系统，所述材料如有机涂覆的废物以及包括生物质、工业废物、城市固体废物和淤泥在内的有机材料，所述系统包括: 处理室，在所述处理室中，将所述材料加热； 用于再循环的装置，所述装置用于将热气体的供应再循环通过所述处理室以加热其中的所述材料，以将其热解产生合成气和烟灰； 热处理室，在所述热处理室中，将热解气体加热一段停留时间，以破坏其中的任何VOC ;和 控制装置，所述控制装置配置为在第一操作模式操作所述系统，以向所述处理室提供基本上不含有氧的热气体的供应，使得所述热气体将所述材料热解以产生合成气、烟灰和残留材料，并且在第二操作模式操作所述系统以向所述处理室提供基本上不含有氧的热气体的供应，其中在所述第二操作模式中所述气体的氧含量比在所述第一操作模式中大。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述控制器配置为在不移除任何所述残留材料的情况下从所述第一操作模式转换至所述第二操作模式。
22.根据权利要求20或21所述的系统，所述系统还包括用于感测所述气体的热值、所述气体的氢含量和所述气体的一氧化碳含量中的一项或多项并且建立其指示信号的装置；并且其中所述控制装置还配置为监控由所述感测装置建立的所述信号，并且还配置为如果所述气体的热值、氢含量和一氧化碳含量中的一项或多项非常低或基本上为零，结束所述处理。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的系统，所述系统还包括温度传感器，所述温度传感器配置为感测在所述系统中再循环的气体的温度，并且建立其指示信号，并且其中所述控制装置还配置为监控所述气体温度的所述指示信号，并且如果所述气体的温度保持基本上恒定，结束所述处理。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的系统，其中所述系统还包括:用于将水蒸气引入至所述系统中的装置，并且其中所述控制装置配置为在所述第二操作模式中操作所述用于引入水蒸气的装置，以将水蒸气引入至所述系统中。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的系统，其中所述控制装置配置为监控所述气体的热值、所述气体的氢含量和所述气体的一氧化碳含量中的一项或多项的指示信号，并且如果监控到所述气体的热值的所述一项或多项的上升，所述控制装置还配置为在第三操作模式中操作所述系统，其中将更多的氧引入至再循环气体中，并且在所述第三操作模式中，继续监控所述信号。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的系统，所述系统还包括: 管道，所述管道由所述热处理室通向锅炉，并且其中 所述控制装置还配置为控制在所述第二操作模式中从所述锅炉提取的热的量，以保持所述锅炉下游的所述气体的温度超过350°C。
27.权利要求26的所述系统，所述系统还包括:两个在所述锅炉下游的洗涤器，和阀装置，并且其中所述控制装置配置为操作所述阀装置以在所述第一操作模式中将所述气体导向所述洗涤器中的第一个，并且在所述第二操作模式中将所述气体导向所述洗涤器中的第二个。
28.权利要求26的所述系统，所述系统还包括: 所述锅炉下游的火炬烟囱和换向阀，所述火炬烟囱用于由其通过的气体的燃烧，其中所述控制装置配置为在所述第二操作模式中将所述合成气流转向至所述火炬烟囱。
29.权利要求28所述的系统，所述系统还包括合成气发动机，并且其中所述控制装置配置为操作所述换向阀，以在第一操作模式中将所述气体流转向至所述合成气发动机。
【文档编号】C10J3/62GK104487550SQ201380037143
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2012年5月15日
【发明者】瑞法特·阿尔·沙拉比, 奥菲尼尔·亨利·佩里 申请人:奇努克终极回收有限公司