变有害废料为无害聚集体的方法及其设备的制作方法

专利名称：变有害废料为无害聚集体的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用有害废料通过热诱导氧化作用而形成无害聚集体的方法及其设备。
许多工业工艺制出副产品及废料，而这些废料未经什么形式的抑制或处理而不能予以合法地处理掉。过去致力于在密闭容器内清除这些废料的尝试证明是不适当的，因为没有对这种密闭容器的制造或能引起有害废料泄漏或流失的容器的损坏引起注意。处理有害废料的其它措施包括将这些废料注入井内，但是，这些废料在其注入的地层中不能流动，而流入地下含水层。
除了与这些处理技术有关的一些技术问题外，还有许多使用这种设备的人员可能要尽责任。多年来这些废料沉积在处理场后，根据一个单位有责任应将有害物料置于一经批准的废料处理场，而仅有处理场并不能成功地防止废料的扩散的这种知识，因而有责任被要求索赔。这些问题就引起人们要寻求一种利用有害废料的装置，用该装置在制造工艺中消除其有害性而生产出适于销售和供公众使用的产品。其中的一种装置试图在氧化条件下将废料通过各种类型的加热器以使其氧化。这种工艺的一种修改，是利用一逆流旋转炉以诱导有害废料中的可燃成分燃烧，并聚集不燃性材料以形成一种可销售的具有商业价值及实用的产品。
在这种废物利用的特定方法中的尝试已经在制造一种产物中取得了部分的成功，该产物符合与废物处理有关的适用的EPA(环境保护署)规则。但是，这些工艺有明显的缺点。在旋转炉之类设备中与利用有害物质有关的最明显的缺点，是产生附加的不燃性物质，这种物质不形成聚集体且作为有害废料是必须予以处理掉的。这样，尽管该工艺明显减少了有害废料的数量，但还有一部分作为有害废料的处理物质需予以清除。此外，大多数常规工艺产生大量的必需处理和清除沾污的洗涤器水。
因此，本发明的一个目的是提供一种方法和设备，可用来在一生产工艺中将有害废料用作再循环物料，而该工艺仅有的产品是无害的且可销售给公众使用，而不必担心待处理进料的特性。
本发明的另一目的是变有害的固体物料为可销售而不受限制的安全的惰性聚集体。
本发明的再一目的是使有害的废液用作燃料和燃料添加物，以便在一种经济的方法中取代天然气或煤，在这种方法中，使用中获得的任何固体可销售给公众，而不必担心进料的有害特性。
本发明的又一目的是提供一种系统，可用于大规模利用有害废料，且可经济地操作而不会明显危及操作该系统的人员。
本发明的这些和其它目的，将在说明书中较充分地揭示或通过本发明的实施变得更清晰了。
为实现本发明的这些和其它目的，特提供一种变有害废料为无害聚集体的工艺。该工艺包括提供一个由大颗粒固体废料及废微粒料组成的固体废料源。这些废料波分离后，将大颗粒固体废料送入一只具有一输入部、一燃烧部和一出口部的炉中。炉中的运行条件要控制得使大颗粒固体废料得以燃烧，以形成固体粒状初级聚集体、熔块和气态燃烧副产品。大颗粒固体废料中的大部分挥发性可燃物在炉子的输入部挥发。来自炉中的气态燃烧副产品靠压力通风经过炉子。从固态废料中分离出来的废微粒料随同可燃性物质被送入到一氧化装置中，氧化装置中的燃烧使废微粒料变为不燃性微粒、熔渣和废气。氧化装置中的温度最好要控制在1800至3000°F范围内。依靠压力通风使来自氧化装置的不燃性微粒和废气在其中通过。冷却不燃性微粒、气态燃烧副产品和废气，不燃性微粒从燃烧副产品和废气中分离出来。固态颗粒状初级聚集体和不燃性微粒又送入氧化装置。来自氧化装置的热量辐射到不燃性微粒和初级聚集体上使形成熔渣。熔渣经冷却形成无害的渣化聚集体。当初级聚集体和不燃性微粒送入氧化装置时，较好的是将它们按分离的分批部分送入氧化装置中。进一步可取的是当这些物料被送入氧化装置时，它们是以堆状送入装置中的，而来自氧化装置的热量辐射到堆的表面上。更为可取的是旋转炉按其平均内部温度为1600°F至2300°F的范围内运行。
实施将有害废料变为无害聚集体的方法的最好的设备包括一有一入口部分和一出口端的旋转炉。邻接炉的进口部分有一氧化装置。还提供一个包括大颗粒固体废料和废微粒料的固体废料源。还包括从废微粒料中分离出大颗粒废料用的装置，它还可将大颗粒固体废料送入旋转炉的入口部的装置。该设备还包括用于在炉中诱发燃烧的装置，以便将大颗粒固体废料转变为固态颗粒初级聚集体、熔渣、挥发性气体和气态燃烧副产品。用于从固态颗粒初级聚集体中分离出熔渣的装置。该设备还包括从炉子和从氧化装置中通过气态燃烧副产品用的装置。还包括用于在氧化装置中诱发燃烧的装置，以使将废微粒料、挥发性气体和气态燃烧副产品转变为不燃性微粒、熔渣和废气。冷却装置用于冷却在废气中的不燃性微粒，分离装置分离不燃性微粒和废气。该设备还包括用于送入固态颗粒初级聚集体和将固态不燃性微粒再送到熔渣的装置，从而形成一种基本上熔化的混合物。该设备包括冷却基本上是熔化的混合物以形成无害的渣化聚集体。最好是，氧化装置包括多个与旋转炉入口连通的耐火材料衬里的容器。
现在描述本发明的几个最佳实施例。
组成说明书的一部分的几个附图描绘了本发明的一实施例。


图1是本发明一实施例的示意图；图2是图1所示实施例的氧化装置的部分横断面示意图；图3是用于积累颗粒物质的一实施例的示意图，其中颗粒物质被送入图1和2所示的实施例的氧化装置中。
本发明的实施例示意描绘于图1中。
本发明是一种用于变有害废料为无害聚集体的设备和一种用于实施该功能的操作设备的工艺。按照本发明，提供一具有一入口部分和一出口部分的旋转炉。如图1体现和描绘的，旋转炉10包括一入口部分12和一出口部分14。在旋转炉的入口部与出口部之间有一燃烧部分16。尽管在描绘的实施例中多个部分的边界是相连的，而仅表示出旋转炉的三个部分，并相互重叠起来。也就是说，一些燃烧在入口部12或出口部14进行，但是，燃烧主要发生于旋转炉10的燃烧部16。
图1中示意表示的炉子是一标准的逆流旋转炉，其结构设计得可处理石灰石或贝壳，以形成石灰。它由一砌有耐火砖的外部金属壳组成。耐火砖的成分取决于操作温度及通过旋转炉的物料。本发明实施例的旋转炉用于在1600°F至2300°F范围内操作，使用过的耐火砖包括70％的由加利福尼亚州奥克兰的National Refractory Company(国家耐火材料公司)生产的氧化铝，这种耐火砖不会过早地丧失耐火能力。旋转炉支撑在通常的支承(未画出)上，并通过传统的炉驱动装置(未画出)以每小时1至75转的转速转动。
如在此后将详细讨论的那样，固体废料被送入旋转炉10的入口部12。随着旋转炉的转动，大于50微米的物料经过燃烧区16朝着出口部14移动，而较小颗粒的物料被夹带在与大颗粒固体物料移动方向相反的气流中。在描述的实施例中，旋转炉包括有位于炉子出口部的冷却室18。冷却室通过与旋转炉连通的几个孔接收固体物料。该冷却室接收的较大颗粒物料依靠旋转被传送到一出口滑运20，从此滑运道送出来自旋转炉的固体物料。和旋转炉10相连接的还有一燃料源22及一空气源24，以保证在旋转炉10内燃烧。可利用的燃料有可燃性液体或气体，包括可燃性废液、可燃性液体燃料或可燃性天然气。利用氧或混有水的氧可控制温度和燃烧。空气燃料混合物在出口部14处送入旋转炉10，而炉10中的气体沿着与依靠炉子旋转朝着出口部14传送的较大颗粒的相反方向流向入口部12。如前述，较小颗粒物料被夹带在通过炉子的气体中，因而与大颗粒物料分离开并从炉中输出。
按照本发明，本设备包括邻接炉子入口部的氧化装置。如这里已具体化的，该设备包括一第一氧化器26。如图1所示，该第一氧化器与旋转炉的入口部12相邻并相连通，它接收从送入旋转炉中的物料中分馏出的挥发性气体以及在旋转炉中燃烧时产生的燃烧副产品。一废料源将废料送入旋转炉10的入口部12，在该入口部，逆流气流将较大的颗粒(固体废料)和较小的颗粒(废微粒料)分离开。按照本发明，固体废料包括大颗粒固体废料和废微粒料。对本发明来说，大颗粒固体废料是指颗粒尺寸大至约50微米的废料，而废微粒料是指任何颗粒尺寸小于50微米的物料。该设备操作时可将废料分离为不同尺寸，其中分离的目的是将物料提供给第一氧化器26，然后在物料的物理状态下迅速将其氧化或熔化，送入炉中的较大颗粒物料在其通过旋转炉时被分解为不燃性物料、挥发性气体或燃烧副产品。
按照本发明，提供了将大颗粒固体废料与废微粒料分离开的装置。如在图1中具体化和描绘的，该设备包括一被动传送器30，它接收来自废料源28的废料并将从废料获得的燃料送到旋转炉10的入口部12中。在旋转炉10内始终进行着大颗粒固体废料与废微粒料的筛分。还要指出的是，固体废料在被送入炉子前已按尺寸大小予以分离了，废微粒料可直接被送入氧化装置中。
按照本发明，该设备包括用于在炉中引起燃烧从而变大颗粒固体废料为固体颗粒初级聚集体、熔渣、挥发性气体和气态燃烧副产品的装置。如在图1中具体化和所描绘的，燃烧诱发装置包括燃料源22、氧源24和旋转炉10，如下面所描述的，炉内的操作条件应使大颗粒固体废料大部分转变为颗粒初级聚集体、挥发性气体和气态燃烧副产品，然而旋转炉生成的熔渣最少。旋转炉10的运转使固体废料经过与出口滑运道20相连的冷却室18移至旋转炉的出口部14。如在此具体化的，将排出出口滑运道20的固体废料送至旋转炉筛分器34。筛分器34可以是任何一种传统的分离大固体颗粒与细颗粒用的机构。如在此具体化的，直径大于3/8英寸的任一固体物料被选分为熔渣，而小于该直径的其它物质是初级聚集体。熔渣和颗粒通过一磁性分离器32，初级聚集体则通过另一个磁性分离器32A。黑色金属被除去且送至一金属收集器以作为废钢出售。
按照本发明，提供一种用于在氧化装置中引起燃烧以将废微粒料、挥发性气体和气态燃烧副产品变为不燃性微粒、熔渣和废气的装置。如在此具体化的，在氧化器装置中引起燃烧用的装置包括氧化器燃料源36和氧源。这样，氧化器26从旋转炉10中接收可燃性或不燃性废微粒料和挥发性气体、燃烧副产品，又从燃料源36接收燃料，从氧源38接收氧。在本实施例中，第一氧化器26在1800°F至3000°F下工作。在氧化环境中，第一氧化器26中的可燃性物料转变为废气和不燃性微粒。随着不燃性微粒的组成的不同，它可被熔化或不被熔化。
如图2示意所示的，一部分不燃性微粒被熔化，并以液态熔渣40的形式被收集于第一氧化器26的底部。在图2中所表示出的液态熔渣利用出渣口42从本设备中排出，该出渣口可任选地设置于第一氧化器26的底部。如图2所示，与出渣口42连接的有一燃烧器44，用以使邻近出渣口42的物料保持于熔化态。本设备可任选地包括一指向第一氧化器26的燃烧器，用以提高氧化器26中各位置处的温度。
如图2示意描绘的，第一氧化器是一个与旋转炉10的入口部连通的衬有耐火材料的容器。本实施例中的第一氧化器有一方形横断面，它包括一有一耐火材料内衬的金属壳46。所描绘的实施例中的耐火材料衬包括耐火砖48和整体耐火衬50。在描绘的实施例中，耐火砖含有70％的氧化铝，这种氧化铝是由加里福尼亚州奥克兰的NationalRefractory Company(国家耐火材料公司)生产的。整体耐火衬是由密苏里州墨西哥的A.P.Green Company(A.P.Green公司)制造的Jadepak。本实施例中，第一氧化器26底部的耐火砖明显地比壁部的厚些。这是由于氧化器底部的运行温度所致，因为在底部流动的液态熔渣40传送来自氧化器26的内腔52所通过的热气热量。第一氧化器的另一最佳实施例有一水冷却顶层、水冷却金属壁和耐火材料底层。这样的构造允许在较高温度下工作。
图2所示的实施例中，热气折弯90°通向与第一氧化器26和第二氧化器56连接的导管54。在某些方面，第二氧化器56的结构与第一氧化器26的相似。但是，在所示的实施例中，第二氧化器26是一有一圆筒状内壁58的圆筒结构。热气和微粒从第一氧化器26经过导管54流向第二氧化器56。导管54和第二氧化器56的结构与第一氧化器的实施例的相似，它们是衬有耐火材料的钢结构。用于导管54和第二氧化器56的耐火材料均是Jadepak。类似于第一氧化器26，第二氧化器56也包括有位于其底部的多层耐火砖。该多层耐火材料的功能已在前面论述了。
在描绘的实施例中，在第一氧化器26中，不是所有废料都发生燃烧的。第一氧化器的主要部分也是这样的，这样，图1的实施例在工作时，不燃性废微粒料从第一氧化器26的内腔52经过导管54流向第二氧化器56的内腔58。
在一最佳实施例中，如已具体化了的，经过液体入口60向第二氧化器56中注入液体。本实施例中，与液体入口60连通的液体源包括一围绕整个设备的贮槽系统(未表示出)。所述任一液体包括从废料获得的燃料、雨水或被沾染的雨水，它们被收集于一贮槽系统内，再经过液体入口60注入到第二氧化器56中。这样，整套设备就具有了可利用从废料获得的燃料及在设备本身内绕于设备周围的沾污水的装置。熟悉本发明所属的技术领域的技术人员能容易地设计一个结合本发明工作的排泄和贮槽系统，在此无需专门介绍此系统。
按照本发明，提供了一种冷却不燃性微粒和废气的装置。如在图1中具体化和示意描绘的，包括一骤冷容器62。该骤冷容器包括一入水口64。在本实施例中，入水口64中有一以大于声速的速度送入水和空气的喷嘴(未表示出)。在本实施例中，喷嘴是由新泽西州Sonic(Sonic of New Jersey)制造的“Sonic”型Sc CNR-03-F-02，它与入水口连通的是一水源66。在本实施例中，水源供给不包括废水的水。来自水源的水的功能是冷却废气和不燃性微粒，使其降温至约350°F至400°F范围内，这样，可利用后面要公开的传统的分离装置分离气体和颗粒物质。如图1中具体化和示意描绘的，有一苛性物质源，它与一喷嘴70连通，该喷嘴以喷雾状将苛性液喷入到干燥喷射反应容器62中。喷射苛性物质的作用是中和废气中的任何酸。
按照本发明，本设备包括用于通过来自炉子的气态燃烧副产品和来自氧化器装置的废气的装置。如在此已具体化的，有一连通于第二氧化器56与干燥喷射反应器62之间的连接管72。该连接管的构造与第二氧化器的类似，即一种有耐火材料内衬的金属壳。类似地，干燥喷射反应器63也是一有耐火材料衬里的金属容器。
在实施本发明的各组件之间的连接时，必须考虑差热膨胀效应，因为氧化器26和56，导管54和连接管72中的物料的温度较高。此外，本设备的不同部分的温差十分明显，因此，必须使这些部位之间的接触面能适应热胀和冷缩。
正如后面要公开的，该设备是在低于大气压情况下运行。这样，任何发生于设备各部分之间接触面的渗漏不会有损于设备的性能，只要渗漏量不致于多到影响氧化器中物料的燃烧即可。对于在低温下工作的设备的其它部分，这个要求不是很苛刻的。
按照本发明，本设备包括用于分离不燃性微粒和废气的装置。如在图1已具体化和示意描绘的，本设备包括两个并联运行的过滤系统，每个过滤系统包括一过滤器74和一风扇76。在最好为大于350°F小于400°F的情况下，废气和微粒被送入过滤器，这样可使用传统的集尘器。本实施例的操作情况决定了在操作中可使用传统的聚四氟乙烯过滤元件。废气从不燃性微粒中分离出来，然后绕过调节其组分和温度的调节装置78，再经过烟囱80排到大气中。风扇76产生一股气流通过整个设备，从旋转炉抽吸挥发性气体和燃烧副产品。来自旋转炉的燃烧副产品、来自两个氧化器的燃烧副产品和所有通过系统的气体穿过风扇76，这样，整个设备就在负压条件下运行。利用一泵装置82使积聚在过滤器74上的微粒流向收集器84。类似地，通过一泵86使初级聚集体流入收集器84中。图3描绘了收集器84的最佳实施例。
按照本发明，设有用于将固体颗粒状初级聚集体送入和不燃性微粒再送入该设备中以形成基本上是熔融混合物的装置。在本实施例中和如图1和图2所示，该设备包括有将不燃性微粒和初级聚集体送入氧化装置，特别是送入第二氧化器56的装置。如图3所示，收集器84包括第一进口88，用于从泵82收集微粒。该收集器84还包括第二进口90，用于通过泵86收集初级聚集体。与这种收集器84的最佳实施例有关的第一传感器92用于检测收集器84内颗粒材料的所期望的最大高度。第二传感器94检测收集器84内的颗粒材料的高度并通过一传感器控制机构借助阀控制装置100操纵阀98。设备在运行过程中，进口88和90将颗粒材料送入收集器84，在收集器内，当颗粒材料累积到上部传感器92开始启动的预定高度时，传感器92就通过传感器控制装置96和阀控制装置100将阀98打开，从而使颗粒材料通过导管102进入如图2所示的第二氧化器56。当收集器84内的颗粒材料高度到达下部传感器94的高度时，传感器控制装置和阀控制装置100就将阀98关闭，从而切断颗粒材料经导管102的流动。
虽然图中表示了导管102将固体颗粒材料送入第二氧化器56，也可将颗粒材料送入第一氧化器26中或送入第一和第二两个氧化器中。如图2所示，经导管102送入第二氧化器的颗粒材料落入了第二氧化器56的中间部分58并在底部形成一堆。穿过第二氧化器56的气体的热量辐射在颗粒材料堆的表面上，使一部分熔点低于辐射在该表面上气体温度的颗粒材料熔化。从堆料104流出的材料夹带着各种未熔化的颗粒材料并与熔渣一起从出渣口42流出。
按照本发明，该设备包括冷却装置，用于冷却大体上是熔融的混合物，使之形成无害的聚集体。在本实施例中，该设备包括如图1示意描绘的冷却装置106。在本最佳实施例中，冷却装置仅仅包括水，大体上熔融的混合物可倾倒在水中。冷却装置从熔融混合物中提取热量并使之形成无害聚集体。
下面将按照工艺说明前述设备在其操作工艺中将有害废料制成无害聚集体的过程。按照本发明，该工艺的第一步是提供一固体废料源，这些固体废料源包括大固体废料和废微粒料。在本发明的实施例中，这些废料可以各种形式送入该设备。这些废料可以是象污染的表层土，污染的建筑卵石，污水处理作业中出现的半固态污泥，液态污物的金属鼓形物(drums)，含有液体和固体的纤维鼓形物(drums)(通常称作实验室堆料)之类的固体颗粒。如果废料为液体承载污泥先将该废料通过摇动筛以去除液体，再将从残留固体中分离的废料送入本发明的设备。如果废料包含在55加仑的金属鼓形物中，就将这些鼓形物弄碎并送入旋转炉中作为大固体废料的部分，这样就不需要对鼓形物进行清理和检验了。还有必要将进料破碎若干次，以便获得一种在工艺过程中能充分地消耗的进料。
在对工艺和完成该工艺的各种成分的工作温度进行控制时，最好能了解进料的一定的特性，以便对送入该设备的废料和其它进料的加料速率可进行控制，从而达所需的工作状态。运到的废料最好带有一份包括英制热单位(BTU)和水分含量的说明。然而，还有必要检查进料的英制热单位含量和其它特性，这样有利于对设备进行操作。还应注意到，虽然一次加入的废料具有一个值的总的英制热单位含量，但是许多次加入的废料是不均一的，因此，必须对设备工作和工艺控制进行干预，以防止工作参数偏离完全氧化废料中的可燃成分并产生所希望的无害聚集体所需要的参数值。除了英制热单位含量和水分含量外，最好还能了解酸含量，灰分量和卤素浓度。操作者可根据废料的酸含量估计本工艺将会消耗多少苛性物，这会影响本工艺的操作及其经济性。废料中的灰分量决定了将有多少聚集体会产生。卤素含量会影响本工艺的操作，最好在10％到15％的范围内。利用废料的这些特性并通过对水辅助燃料，氧，苛性物，冷却剂等输入的适当控制，就能达到所希望的工作状态并能经济地生产出所需的聚集体。
按照本发明，本工艺包括将废微粒料和大固体废料分离步骤，如上所述，分离可在旋转炉10中进行或简单地将适当大小的废料引向该设备的不同部位。例如，如果废微粒料是污染的表层土，可以将它们直接送入氧化装置。
按照本发明，本工艺包括将大固体废料送到一个旋转炉中的步骤，该炉子具有一入口部，一燃烧部和一出口部。将炉中的运行条件控制到使大固体废料燃烧形成固体颗粒状初级聚集体，熔渣和气态燃烧副产品，同时，大固体废料中的大部分可燃挥发性物质在炉子的入口部挥发掉。旋转炉最好在其平均内部温度为1600°F到2300°F之间的范围内工作。
要注意到沿炉长及其径向的炉内的温度梯度相当大。因此，炉部分的温度明显地与1600°F。2300°F的范围有偏差。
大固体废料送入旋转炉的速率取决于它的英制热单位含量，但通常为大约每小时20吨。炉子以每小时1到75转的速度旋转，这样流出炉子的固体材料在出口部14处的总停留时间约为90到120分钟。
按照这些工作参数工作的旋转炉生产并输出的固体主要含有固体颗粒状初级聚集体，这些聚集体带有少量可选分为熔渣的材料。根据本发明的目的，熔渣通常为较大尺寸的固体，例如，经过旋转炉而未发生反应的建筑用砖，或是在相当低的温度下熔化并聚集在旋转炉中的低熔点材料的集块。将旋转炉的工作状态控制到两个较有利的状态。
第一是将大部分大固体废料转化成颗粒状初级聚集体，第二是将大固体废料中的大部分挥发性可燃物在炉子的入口部挥发掉。如下文将要讨论的，初级聚集体在该工艺中重复循环而熔化并被送到氧化装置中的熔渣。因为熔渣构成无害聚集体，所以希望经过处理的材料变成尽可能多的熔渣。对炉中送出的形成熔渣的材料进行测试，以确定它是否还具有可从熔渣中沥滤出的有害材料。将各种具有可沥滤去的有害材料的材料在炉子进口部再送入炉子。这样，经过本设备运转和工艺后，其结果是，旋转炉中送出的极小部分材料可归入熔渣材料。
旋转炉工作的第二个目的是在旋转炉的入口部将大部分挥发性可燃物挥发掉。这样，可以使固体材料经过旋转炉进入旋转炉燃烧部16时降低英制热单位含量。如果到达旋转炉燃烧部16的固体材料的英制热单位含量过高，在旋转炉的燃烧部内就可能无法控制燃烧。因此，旋转炉的工作状态必须包括入口部有足够高的温度，以使大部分送入旋转炉的大固体废料的可挥发成分挥发掉。
如图1示意表示，将从出口滑运道20流出的固体材料送到炉子筛分器34。筛分器34可以是任何一种能将大固体颗粒与固体微粒分离的通用机构。在本实施例中，可以将直径超出3/8英寸的任一固体材料选分为熔渣，而其它低于该直径的均为初级聚集体。这些熔渣和颗粒通过一磁分离器32。而初级聚集体通过另一磁分离器32A。这样，铁质金属被去除并被送到一金属仓作为废钢出售。
按照本发明，将气态燃烧副产品通过压力通风从旋转炉内通过。如上所述，通风机76将整个设备保持在负压下并通过整个系统从旋转炉和氧化器抽气。
按照本发明，本工艺包括将废微粒料送到氧化装置。在本实施例中，取自旋转炉10的废微粒料是夹杂在气流中再进入氧化器26的。
按照本发明，将可燃材料送入氧化装置。在本实施例中，有一与第一氧化器36有关的液体燃料源36。将燃料，废微粒料，来自旋转炉中固体废料的可挥发气体和注入的氧气送入第一氧化器时均可用于控制第一氧化器的温度，该温度应该在大约1800°F到3000°F的范围内。该温度是由进料，包括各种被送入的辅助燃料在内的英制热单位含量所决定的。来自燃料源36的辅助燃料最好包括可燃液体废料。如可燃液体废料包括一种或是有机溶剂，或是钻孔废液或油漆的液体则更好。
按照本发明，本工艺包括在氧化装置中诱发燃烧从而将废微粒料转化成不燃微粒、熔渣和废气的步骤。在本实施例中，氧化装置包括两个氧化器，即第一氧化器26和第二氧化器56。在第一氧化器26中，大部分可燃材料都被氧化成气态燃烧副产品。这些副产品经第一氧化器26的内腔52和导管54被抽送到第二氧化器56的内腔58。最好是在1800°F到3000°F的工作温度下，将一部分固体材料熔化。这些材料聚集在第一氧化器的底部，如图2中液态熔渣40所示，这些液态熔渣40随后流向出渣口42。未熔化的固体颗粒材料随着气态燃烧副产品一起流经导管44进入第二氧化器56的内部，一部分可能在第二氧化器内熔化或者不熔化作为固体微粒穿过该装置。
按照本发明，将固体颗粒初级聚集体和无害微粒送入氧化装置。在本实施例中如图2清楚描绘的，导管102将初级聚集体和固体微粒送入第二氧化器56。初级聚集体和固体微粒最好以不连续的批料送入。如果将它们按连续的批料送入就会使氧化器内颗粒料堆表面冷却，从而阻碍了表面熔化。这样就阻止了送入氧化器的颗粒材料的熔化并因此阻止了形成无害聚集体的熔渣的产生。
如图2示意表示，最好使初级聚集体和不燃微粒按分散的批料送入第二氧化器后在氧化器内形成一堆。氧化装置的热量辐射在料堆的表面上，因此较低熔点的材料发生熔化而流到该氧化器的底部并流向导管54，在那里，熔融材料离开出渣口42。本工艺可能会产生成渣的聚集体或熔点高于第二氧化装置温度的不燃性微粒。因此，这种微粒材料不会熔化。然而，它们夹杂在第二氧化器中形成的熔化材料中并混入渣中而形成一种大体上是熔化的混合物。通过将料堆表面熔化并让熔融材料及夹杂在其中的颗粒材料流向导管44，就使颗粒材料暴露出一个新表面，随后，此颗粒材料表面又被熔化并经由出渣口流出本设备。虽然本实施例说明了将初级聚集体和不燃性微粒送入第二氧化器，但只要将这些材料一部分送入第一氧化器，本工艺还是可行的。还可以单独地将初级聚集体充入第一或第二氧化器或将微粒充入第一或第二氧化器中，然而，最好将颗粒状初级聚集体与不燃性微粒加以混合并以一种混合体再将它们送入本工艺中。
图2实施例还示出了一种将氧气充入第一氧化器的装置。如果将氧气充入第二氧化器本工艺还是可行的。当该装置处于最佳工作状态时，第一氧化器内的平均温度约是3000°F，第一和第二氧化器之间的导管内的温度是2800°F。第二氧化器内的温度约为2800°F。第二氧化器最好用于收集较少量的液体，这样，这些液体中的可燃有害废料就能在氧化装置中波氧化。在本实施例中，正是第二氧化器56包括有一进口60。在第二氧化器的工作温度下，将水蒸发并将固体引入热气流使之燃烧或熔化或与其他不燃性微粒一起流出而进入本设备的下游部分。
通过水的注射将废气，气态燃烧副产品和来自氧化装置的不燃性微粒冷却并形成一股冷却的流出物就更好。如本实施例和图1示意所示，一干燥的喷射反应器62包括用于将水注入该反应器62的装置。这些水最好形成一股温度低于约400°F最好高于350°F的冷却水流。在这股水流中能将各种酸中和掉就更好。如本实施例和图1示意所示，本设备包括用于将苛性溶液引入并生成包括不燃性微粒和废气的中和液流的装置。最好通过干燥过滤使废气与不燃性微粒分离。这个步骤可使不燃性微粒与废气通过一常用的集尘室完成。该集尘室配合通风机，本实施例中为图1中的通风机76，在整个设备内诱发通风，使设备在负压下工作。
按照本发明，本工艺包括将熔渣和固体颗粒混合物冷却并使之形成一种无害聚集体的步骤。在本最佳实施例中，将熔渣和固体颗粒混合物送到一充满水的输送机，在那里，水的骤冷效应使混合物冷却并形成无害无需沥滤的固体聚集体。用于冷却熔融材料的水随后再送到本工艺或与废水一起送入第二氧化器或作为水冷却剂送入骤冷器62。
本发明的工作导致四种流出物的产生铁质金属，它通过旋转炉并成为无有害材料；熔渣，它是通过旋转炉的，如果熔渣含有有害材料，它们或者与熔渣的组织相结合或者将熔渣重新送入本工艺直到熔渣成分为无害为止。第三种流出物是来自烟囱80的气流，它基本上包含二氧化碳和水。虽然本最佳实施例并没有被划为一种有害废料焚化炉之类也没有被要求对有害废料焚化，但就其空气质量而言，必须与“B”部有害废气焚化炉基于同样考虑。本发明很容易达到这种标准。除了要严格达到空气质量规范外，如果经本工艺生产的聚集体产品含有重金属，这种重金属如果能从聚集体中分离的话是有害的，这种聚集体已经将材料转化成另一种形式，即重金属被结合在玻璃状的聚集体中。具体地说，砷，钡，镉，铬，铅，汞，硒和银的含量均大大低于规定限度。另外，农药，除草剂化合物，酸酚化合物，碱中和化合物及其它挥发性化合物的浓度也大大低于规定限度。这样，尽管进料可能含有有害材料，这些有害材料或者通过氧化作用而氧化或者被锁定在聚集体的组织内，因此本工艺就能生产出无害流出物。
对本发明已经以实施例的形式作了揭示，但是，本发明并不限于此，本发明的范围仅仅是由所附的权利要求及其等价物限定。
权利要求
1.一种用于变有害废料为无害聚集体的方法，所述方法包括设置一包括大颗粒固体废料及废微粒料在内的固体废料源；将所述大颗粒固体废料送入旋转炉中，该旋转炉具有一输入部分、一燃烧部分及一输出部分；将所述大颗粒固体废料从所述废微粒料中分离出来；控制所述炉内的工作条件，使所述大颗粒固体废料燃烧形成固体颗粒状的初级聚集物、熔渣及气态燃烧副产品；所述大颗粒固体废料中的大部分挥发性可燃物在所述输入部分中挥发掉；借助压力通风装置使气态燃烧副产品从炉中通过；将所述废微粒料送入氧化装置；将可燃物质送入所述氧化装置中；在所述氧化装置中促使燃烧所述废微粒料，以使其转化成为不燃性细粒、熔渣及废气；控制所述氧化装置中的温度；借助所述压力通风装置使所述不可燃微粒及所述废气从所述氧化装置中通过；冷却所述不可燃性微粒、所述气态燃烧副产品及所述废气；将不可燃微粒从所述气态燃烧副产品和废气中分高出来；将所述固体、颗粒状初级聚集物导入所述氧化装置中，以及将所述不可燃微粒再导入所述氧化装置中；将所述氧化装置中的热量辐射到所述不可燃微粒及所述初级聚集体上，形成一种熔渣和固体颗粒状的混合物；冷却所述熔化的炉渣及固体颗粒状的混合物，形成所述的无害聚集体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的初级聚集体和不可燃微粒以不连续的成批的方式被送入所述氧化装置中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的初级聚集体和不可燃微粒在所述的氧化装置中形成一堆。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述氧化装置中的热量被辐射到所述的堆上。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述堆有一倾斜外表面承受所述氧化装置中辐射来的热量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述的倾斜外表面熔化后，所述表面上的熔融物质在所述表面上流动，且在堆上形成一新的未熔融物质表面。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述旋转炉在其平均内部温度约为1600°F到2300°F的范围内运行。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述旋转炉工作参数安排成所产生的固体输出主要由所述固体颗粒状初级聚集体构成。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化装置包括许多氧化器，至少包括第一和第二氧化器。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述第一氧化器容纳所述废微粒料、液体燃料状附加燃烧物质及来自所述炉中的所述气态燃烧副产品，所述第一氧化器在平均内部温度约为1800°F到3000°F的范围内工作。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述的液体燃料包括可燃的废液。
12.如权利要求9所述的方法，其步骤包括重新将所述不可燃微粒导回到所述第一氧化器中。
13.如权利要求9所述的方法，其步骤包括将所述固体颗粒状初级聚集体再导入所述第一氧化器中。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述第二氧化器容纳燃烧副产品及来自所述第一氧化器处的不可燃微粒，所述第二氧化器在其平均内部温度为1800到2800°F的范围内工作。
15.如权利要求14所述的方法，其步骤包括将所述不可燃微粒再导回到所述第二氧化器中。
16.如权利要求14所述的方法，其步骤包括将所述固体颗粒状初级聚集体导入所述第二氧化器中。
17.如权利要求14所述的方法，其步骤包括混合所述的固体颗粒状初级聚集体与所述不可燃微粒，并将该混合物加到所述第二氧化器中。
18.如权利要求9所述的方法，其步骤包括将氧气注入所述第一氧化器中。
19.如权利要求9所述的方法，其步骤包括将氧气注入所述第二氧化器中。
20.如权利要求9所述的方法，其步骤包括将废液注入所述第二氧化器中。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，来自所述氧化装置中的废气、气态燃烧副产品及不可燃微粒是通过将水注入所述氧化装置中加以冷却而形成冷却流。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述的冷却流在350°F至400°F的温度范围内冷却。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述冷却流中的酸被中和。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述的酸通过加入苛性碱溶液而予以中和，形成一包括不可燃微粒和废气的中性流。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，通过干过滤装置把所述中性流分离成不可燃微粒和废气。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述的干过滤步骤借助一集尘室进行。
27.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炉及所述氧化装置在一低于大气压的压力下工作。
28.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括一将所述炉的输出端流出的固体物质加以冷却的步骤。
29.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的不可燃微粒与所述固体颗粒状初级聚集体是聚积在一容器中，此容器与所述氧化装置相连通。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，随着所述不可燃微粒和所述初级聚集体在所述容器中达到一预定的水平，将所述不可燃微粒和所述固体颗粒状初级聚集体加入所述氧化装置中。
31.一将有害废料转变为无害聚集体的方法，所述方法包括设置一包括大颗粒废料及废微粒料在内的固体废料源；将所述大颗粒固体废料送入旋转炉，该旋转炉具有一输出部分、一燃烧部分及一输出部分；将所述大颗粒固体废料与废微粒料分离；使所述炉处于1600°F到2300°F的平均内部温度范围内及低于大气压的压力条件下；在所述旋转炉的所述输入部分中，使所述大颗粒固体废料中的挥发性可燃物质中的大部分挥发掉；控制所述旋转炉中的条件，使得所述废料燃烧成固体颗粒状初级聚集体、固态熔渣及气态燃烧副产品，燃烧是伴随着从包括固体颗粒初级聚集体的所述炉的出口部分流出的固体物质的主要部分进行的。将所述废粒料，所述气态燃烧副产品、辅助燃料及氧气送入与所述转炉的输入部分连通的第一氧化器中并使之燃烧，第一氧化器的温度范围约为1800到3000°F；将所述第一氧化器中的所述废微粒料的一部分熔成熔渣；将来自所述第一氧化器的气态燃烧副产品及未熔化颗粒状物质送入与第一氧化器连通的第二氧化器，所述的第二氧化器在其平均内部温度为1800到2800°F的范围内工作；将来自所述第二氧化器的气态燃烧副产品及未熔化的颗粒状物质送入与所述第二氧化器连通的冷却及中和容器中；在所述容器中注入含水液体，将来自所述第二氧化器中的气态燃烧副产品及未熔化的颗粒状物质冷却到低于约400°F。通过将苛性液注入容器中，以中和来自所述第二氧化器的所述气态燃烧副产品中的酸性，形成一中性的气态流和冷却的颗粒状物质；通过干过滤将所述中性的气态流与冷却的颗粒状物质分离开来；消耗尽所述的中性气态流；混合并堆积所述冷却的颗粒状物质及所述的初级聚集体，将所述混合好的冷却的颗粒状物质和初级聚集体间歇地送入第二氧化器中，以在邻近所述第二氧化器底部形成一堆，所述的堆具有一倾斜外表面；将第一氧化器的热量辐射在所述堆的所述倾斜表面上，以熔化其中至少一部分材料；将熔化的材料与夹杂在所述熔渣中的任何未熔物质混合，形成一基本上熔融的物质；将所述基本上熔化的混合物从所述氧化器中移出；将所述基本上熔化的混合物冷却，便形成所述无害的无需沥滤的聚集体。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述废微粒料包括污染了的土壤。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述的辅助燃料包括可燃的废液。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述的可燃液体废料包括下列物质中的一种有机溶剂、石油产品废料、废弃的钻孔液、油漆及其它的有机的或无机的液体。
35.如权利要求31所述的方法，其步骤包括将液体注入所述的第二氧化器中。
36.一种将有害废料转变成无害的、无需沥滤的聚集体的装置，所述装置包括一具有进口部分和出口端的旋转炉；与所述炉的进口部邻近的氧化装置；一固体废料源，所述固体废料包括大颗粒固体废料和废微粒料；一用于将所述大颗粒固体废料与所述废微粒料分离开来的装置；一用来将所述大颗粒固体废料送入所述旋转炉的进口部的装置；一优先的用来将所述废料送到所述氧化装置中去的装置；一用来在所述旋转炉中引起燃烧，以便将所述大颗粒固体废料转化成固体颗粒状的初级聚集体、熔渣、挥发性气体和气态燃烧副产品的装置；一用来分离所述熔渣与所述固体颗粒的初级聚集体的装置；一用来在所述氧化装置中引起燃烧，以将所述废粒料、所述挥发性气体及所述的气态燃烧副产品转换成不可燃微粒、熔渣及废气的装置；一用来从所述炉中传输气态燃烧副产品及所述氧化装置中传输废气的装置；一用来冷却所述不可燃微粒及所述废气的装置；一用来分离所述不可燃微粒和所述废气的装置；一用来将所述固体颗料状初级聚集体混入所述熔渣和将所述不可燃微粒再混入所述熔渣，以形成一基本上是熔融混合物的装置；一用来冷却所述基本熔化的混合物以形成所述无害的，无需沥滤的聚集体的装置。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于所述氧化装置包括许多与所述旋转炉的进口部连通的带有耐火材料衬里的容器。
38.如权利要求37所述的装置，其特征在于所述氧化装置包括一用于接受所述废微粒料、所述炉中的挥发气体及气态燃烧副产品的第一氧化器。
39.如权利要求38所述的装置，其特征在于所述装置包括一将辅助燃料注入第一氧化器的装置。
40.如权利要求38所述的装置，其特征在于所述装置包括一将氧气注入第一氧化器的装置。
41.如权利要求38所述的装置，其特征在于所述第一氧化器包括一将材料加热的燃烧室。
42.如权利要求36所述的装置，其特征在于所述装置包括一将所述不可燃微粒及所述初级聚集体引入所述氧化装置的装置。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述用于输送所述不可燃微粒及所述初级聚集体的装置包括一用于容纳所述不可燃微粒和所述初级聚集体的收集器。
44.如权利要求43所述的装置，其特征在于所述收集器包括一聚积所述不可燃微粒和所述初级聚集体，使其在所述收集器中达到一预定水平的装置，且配置一与所述收集器结合的阀门装置，并允许聚积起来的不可燃微粒及初级聚集体进入所述氧化装置。
45.如权利要求39所述的装置，包括用于将所述不可燃微粒及所述初级聚集体导入所述第一氧化器的装置。
46.如权利要求38所述的装置，包括从所述第一氧化器中除去熔渣的装置。
47.如权利要求38所述的装置，包括一与所述第一氧化器连通的第二氧化器。
48.如权利要求47所述的装置，包括用于将所述不可燃微粒及所述初级聚集体导入所述第二氧化器的装置。
49.如权利要求47所述的装置，包括一用于将液体注入所述第二氧化器的装置。
50.如权利要求47所述的装置，其特征在于所述装置包括一介于第一氧化器和第二氧化器之间的导管。
51.如权利要求50所述的装置，其特征在于所述导管包括一用于从所述氧化装置中清除所述熔渣的装置。
52.如权利要求49所述的装置，其特征在于所述导管包括一用于将材料加热的燃烧室。
53.如权利要求36所述的装置，其特征在于所述冷却装置包括一与所述氧化装置连通的冷却器，所述冷却装置还包括一用于将水注入所述冷却器的装置。
54.如权利要求53所述的装置，其特征在于所述的水按超声速度被注入所述冷却器中。
55.如权利要求53所述的装置，进一步包括一用于将苛性液注入所述冷却器以中和所述废气中的酸的装置。
56.如权利要求36所述的装置，其特征在于所述用于分离不可燃微粒和废气的装置包括一集尘室。
57.如权利要求36所述的装置，其特征在于所述用于传输来自所述炉的气态燃烧副产品和来自所述氧化装置的废气的装置包括一用于在所述装置中诱发负压的装置。
58.如权利要求57所述的装置，其特征在于所述降压装置包括至少一个与所述分离装置结合的风扇。
59.如权利要求36所述的装置，其特征在于从所述废微粒料中分离大颗粒固体废料的装置包括所述旋转炉。
全文摘要
一种变有害废物为无害的、无需沥滤的聚集体的方法及装置。该方法将材料送入旋转炉，在旋转炉中大颗粒固体废料被部分燃烧形成初级聚集体。废料中气态副产品及废粒料被送入氧化器中，在适当条件下，一些废粒料被熔化成渣状，然后冷却形成无害聚集体。氧化器中未熔化的那部分材料被冷却、中和并将气体和固体的分离，固体与初级聚集体一起再次送入氧化器中，在氧化器中它们被熔化或夹杂在熔融材料中，形成无害聚集体的主要部分。
文档编号F23G5/24GK1041121SQ8910720
公开日1990年4月11日 申请日期1989年9月14日 优先权日1988年9月14日
发明者约翰·M·肯特 申请人:约翰·M·肯特