用于处理有机废弃物材料的方法以及用于该方法的设备的制作方法

专利名称：用于处理有机废弃物材料的方法以及用于该方法的设备的制作方法
技术领域：
背景
旁犬
而，因为这种处理方法在焚化过程中产生二噁英和二氧化碳，所以近来通 过使用热分解反应来进行工业废弃物的处理。已经开发了许多处理有机废 弃物的设备，在这些设备中，使以市政废弃物为例的有机废弃物在还原性 气氛下经受热分解以^使废弃物材料完全燃烧，由此减少二噁英和二氧化石友 的产生。此外，开发了许多回收资源的系统，这些资源如通过冷却所产生 的气体而生成的热、水和木醋酸。
JP 2004-307237A描述了通过经由这种热分解反应处理有机废弃物来 产生陶瓷的设备。
专利文献l: JP2004-307237A
专利文献2: JPH11-230522A
发明公开内容
本发明待解决的技术问题
在利用这种热分解反应来处理废弃物的设备中，将原料有机物质 (material organic matter)分解成碳化物和气体组分以由碳化物生成陶瓷， 当这样设想时，以便充分利用气体组分作为杀虫剂和土壤调节剂，以进行将气体组分液化成木醋酸以及进行二次制备(secondary fabrication),诸如中和。
然而，通过常规的设备并不能完全处理这种气体组分且因为存在剩余 的未处理的气体被排放到周围环境中的情况，因而，并非所有的资源都被 完全有效地回收。
而且， 一些输入材料可能包括油和脂肪组分以及可能引起恶臭的其他 物质比如氨，因此，需要除去那些组分以便有效地利用这种气体组分。
分且有效地利用气体的方法和设备。根据本发明，在气体处理步骤中，将 热分解步骤中产生的气体分离成固体组分和液体组分，且固体组分连同用 于另一次热分解的原料有机物质被输入到热分解单元中，而液体组分被再 循环以处理热分解步骤中产生的气体，使得本发明提供了通过使那些处理 步骤中的有机废弃物处理工艺中产生的气体循环来处理有机物质的更加 环境优良的方法/设备。
解决问题的方式
:口
一种处理有机物质的方法，该方法包括热分解原料有机物质的步骤禾 处理热分解步骤中产生的气体的步骤，其特征在于；
的步骤，且所述气体处理步骤包括以下步骤
(1) 催化氧化所述热分解步骤中产生的气体组分；
(2) 中和/洗涤所述被氧化的气体；
(3) 使所述中和/洗涤步骤中产生的废水经受固液分离；
(4) 再次热分解所述固液分离步骤中分离的固体组分连同所述热分 解步骤中的所述原始有机材料；以及
(5 )将所述固液分离中分离的液体组分再利用至所述固液分离步骤 和/或所述中和/洗涤步骤。
如上所述，才艮据本发明的处理有^4勿质的方法利用热分解步骤中产生的气体的催化氧化以将气体中的烃气体组分转化成二氧化^f友和水，以及进 一步通过中和/洗涤处理将来自催化氧化步骤的残余的气体转化成水、盐以 及类似物。而且，使此中和/洗涤步骤中产生的废水经受固液分离，使得分 离的固体组分被重新引至热分解步骤，在此步骤中再次热分解该分离的固 体组分，而液体组分被重新引至固液分离步骤和/或中和步骤以便被再利 用。因此，热分解步骤中产生的气体可以通过固液分离在热分解步骤和气 体处理步骤中被充分地再循环。
除了 一般的工业废弃物外，可以使用在根据本发明的处理有机物质的 方法中的原料有机物质还包括诸如残余物和/或食品的任何有机物质，残余 物和/或食品包括豆腐渣、烧酒(日本蒸馏酒)酒糟、清酒酒糟、啤酒酒糟、 米糠、食物残渣、洋葱皮、稻草、谷壳、落叶、割的草、马铃薯、玉米、 萝卜、圆白菜、鱼内脏、咖啡渣、汁液渣、聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚氨 酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、建筑污泥、用过的榻榻米垫子、旧轮胎、废木 材、废纸、旧衣服、纸尿布、动物尸体、牛肉骨粉、废涂料以及类似物。 这些有机物质包括那些待被处理的以及那些未用于处理的。
在与本发明有关的处理有机物质的方法中，固液分离步骤可以包括通 过袋滤器过滤固液分离步骤中产生的液体的步骤。
而且，与本发明有关的处理有机物质的方法可以包括通过孩支生物处理 层进一步净化所过滤的液体的步骤。
用于处理有机物质的设备，所述设备在热分解单元中热分解原料有机 物质，且包括用于处理所述热分解步骤中产生的气体的气体处理单元，其
气体组分的装置，所述气体处理单元包括氧化装置，其用于氧化所述热分
解单元中产生的气体组分；中和/洗涤装置，其用于中和/洗涤所述被氧化 的气体；和固液分离装置，其用于使所述中和/洗涤中产生的废水经受固液 分离，以及所述设备再次热分解所述固液分离装置中分离的固体组分连同 在所述热分解单元中的所述原料有^i物质，并将所述固液分离装置中分离 的液体组分再循环至所述中和/洗涤装置。中的使前面的中和/洗涤中产生的废水蒸发的装置以及将此蒸发中产生的 液体分离成固体组分和液体组分的装置。
进一步地，在与本发明有关的用于处理有机物质的设备中，固液分离 装置可以包括蒸馏装置，该蒸馏装置蒸馏前面的蒸发装置中产生的液体。
此外，在与本发明有关的用于处理有机物质的设备中，固液分离单元
可以进一步包括-使通过过滤装置分离的液体组分经受;f殷生物处理的装置。 本发明的效果
根据本发明的方法和设备，通过使气体经受固液分离并将其重新？ 1至 热分解步骤以及中和/固液分离步骤来循环热分解步骤中产生的气体。因 而，包括在原料有机物质中的对环境有害的物质以及类似物不会从设备排 出且可以在设备内被再循环，由此能够提供更加环境优良的处理有机物质 的方法/i殳备。
因此，本发明能够处理有机物质，而不会引起产生二噁英的污染问题。
而且，因为本发明还通过将气体处理中产生的废水重新引至中和步骤 /固液分离步骤而使其循环，所以本发明被设计成使废水不从设备排出，由 此避免因废水造成的环境污染。
此外，在本发明中，气体处理步骤中产生的废水的固液分离是在真空 中进行的。因为废水的沸点低至30°C-60°C,优选40。C-50°C,所以在 真空中废水的固液分离可以在需要一点点外部的能量下进行。因而，可以 降低使气体处理中产生的废水循环的成本。
附图简述
图l是本发明的陶瓷产生设备的示意图。 图2是本发明的陶瓷产生设备的热分解单元的示意图。 图3是本发明的陶瓷产生设备的气体处理单元的示意图。 图4是阐释了固液分离单元的构型的图。实施发明的最佳方式
下文中，将参考


本发明的用于处理有机物质的方法/设备的一 个实例。
图1是与本发明有关的用于处理有机物质的设备的一个实例的示意图。
在此实例中，本发明适用于将诸如废物的工业废弃物用作原料有机物 的设备。
在此实例中，将一般的废物(其是工业废弃物)用作原料有机物质来
进行有机物质的处理；然而，也作为原料有机物质被包括在内的是任何有 机物质，诸如残渣和/或食品，它们包括豆腐渣、烧酒(日本蒸馏酒)酒糟、 清酒酒糟、啤酒酒糟、米糠、食物残渣、洋葱皮、稻草、谷壳、落叶、割 的草、马铃薯、玉米、萝卜、圓白菜、鱼内脏、咖啡渣、汁液渣、聚丙烯、 聚酯、聚乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、建筑污泥、用过的榻榻米 垫子、旧轮胎、废木材、废纸、旧衣服、纸尿布、动物尸体、牛肉骨粉以 及废涂料。这些有机物质包括那些待被处理的以及那些未用于处理的。
此实例的设备包括热分解单元1、催化氧化单元2、石成中和/洗涤单元 3和固液分离单元4,热分解单元l中产生的气体在催化氧化单元2中经 由氧化催化剂被氧化，经由氧化催化剂处理后的残余气体在碱中和/洗涤单 元3中，将中和/洗涤步骤中产生的废水在固液分离单元4中在真空条件下 分离成固体组分和液体组分。
将从材料入口 ( material inlet)装填的原料有机物质在热分解单元中热 分解并分离成碳化物和气体组分。使此碳化物在热分解单元中经受进一步 的处理以产生陶瓷。接着，将热分解单元中分离的气体组分在催化氧化单 元2中、在中和/洗涤单元3中以及在固液分离单元4中处理，且然后在如 下面描述的本发明设备中再循环。
图2是热分解单元的示意图。
热分解单元1包括顶部处的材料入口 ll和底部处的陶瓷出口 12,以及另外的反应气体收集开口 13。另外，材料入口 ii和陶瓷出口 12祐:设置 成当入口和出口关闭时，使分解单元l内部维持在密封状态。反应气体收
集开口 13经由导管13a与催化氧化单元2相通，使得分解单元1中产生的 气体通过导管13a被引入到催化氧化单元2中，并经受随后的处理。
首先，将描述本发明设备中的陶瓷产生步骤。
在开始的操作步骤中，通过材料入口 ll装填有机废弃物(其是原料有 机物质)且一旦有机废弃物燃烧，就接着关闭材料入口 11和陶瓷出口 12 以气密密封。
因为通过先前的燃烧已经将热分解单元1内部的温度增大至40(TC或 更高温度，所以原料有机物质在分解单元1内开始热分解。合适的原料有 机物质包括，如纸、木材、乙烯基化合物的聚合物(那些由聚氯乙烯、聚 乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯以及类似物形成的)以及市政废弃物中的食物残渣。
上述燃烧和热分解中产生的气体以烟的形式通过反应气体收集开口 13和导管13a流入到催化氧化单元2中。
当分解单元1被气密密封且其内的气氛被维持还原性时，即使当分解 单元l内的温度升高时，原料有机物质也不会有燃烧的危险。
也就是说，在热分解单元l内，利用作为原料有机物质而被装填的有 机物质本身的卡路里来进行热分解。随着热分解的进行，原料有机物质形 成未处理层24。由热分解产生的干馏气体和蒸汽以焦油的形式附着到单元 的内壁，当层压时^皮石灰化，且成片状剥落并落到未处理层24上。
当未处理层24的热分解进行时，未处理层24成为干层25，其中因干 燥而从干层的表面产生蒸汽。
当干层25的热分解进一步进行时，从干层25产生干馏气体，使得除 了碳组分和痕量无机组分之外的包括在原料有机物质中的组分以气体形 式蒸发。干层内的残余碳组分被碳化并聚集在分解单元1的底部部分，从 而形成碳化层26。当碳化层26的热分解进一步进行时，此碳组分还被气 化并蒸发，且最终，只剩下包括在原料有机物质中的无机组分，从而形成灰层27。此时，将少量的氧气供给至碳化层26与灰层27之间的空间(未 显示)使无机组分与少量的氧气结合以形成无机氧化物，即陶瓷28,并留 在分解单元1的底部。从位于分解单元1的下部部件或底部部件处的陶瓷 出口 12收集此陶瓷28以1"更^f吏用在不同应用中。
接着，将描述处理上述陶瓷产生步骤中产生的气体的步骤。
图3是一系列气体处理单元的示意图。
将热分解中产生的气体通过反应气体收集开口 13和导管13a引入到催 化氧化单元2中，通过催化剂容器15,烃气在催化剂容器15中被氧化成 二氧化碳和水。此催化氧化步骤使上述热分解步骤中产生的气体减少了约 90%,且上述催化氧化处理后的剩余气体成为包括诸如氯、硫、氮以及类 似物的多种元素的气体。可以祐^吏用的氧化催化剂包括诸如Pt、 Cr、 Cu 和Mn的金属或诸如A1203的金属氧化物。
接着，剩余的气体被输送至碱中和/洗涤单元3以被中和/洗涤。碱中 和/洗涤单元3包括干馏气体洗涤器17、循环箱18和溶液注入罐19。使热 分解单元中产生的气体先通过催化氧化单元并然后将此气体输送至碱中 和/洗涤单元的原因是因为处理气体时，在中和/洗涤之前通过催化氧化减 少装填量更为有效。将碱中和/洗涤剂从溶液注入罐19引入到循环箱18中， 经由循环箱18，,人设置在干馏气体洗涤器17上的淋浴型喷洒器16喷洒试 剂。碱洗涤步骤中被喷洒和使用的碱中和/洗涤剂聚集在洗涤器17的底部， 且在再次被重新引至循环箱18之后，试剂又一次从喷洒器16纟皮喷洒并在 碱中和/洗涤单元3内被循环。优选的碱中和/洗涤剂包括氢氧化钠以及类 似物。在此碱中和/洗涤步骤中，是酸性气体的包括诸如氯、硫和氮的多种 元素的气体被中和以形成水、盐以及类似物。
将碱中和/洗涤处理中使用的废水从循环箱18输送至固液分离单元4 ， 在固液分离单元4中，废水经受固液分离。将已经被重复使用的废水定期 地输送至固液分离单元，并使用新鲜的碱中和/洗涤剂，由此能够改善碱中 和/洗涤单元3中的洗涤效率。
图4是阐释了固液分离单元4的构型的示意图。固液分离单元4包括蒸发单元20和蒸馏单元21,两个单元都置于真 空罐内。蒸馏单元21与冷却塔23相连。从中和单元3被输送的废水在蒸 发单元20中被蒸发成为气体和高度浓缩的液体。将该气体进一步输送至 蒸馏单元21，且然后通过冷却塔23,该气体在冷却塔23中被冷却以产生 蒸馏水，且将该蒸馏水再循环至中和单元中的循环箱以被再次使用。通过 袋滤器22过滤高度浓缩的液体并将其进一步分离成液体和固体，固体被 再次引至热分解单元1,此固体与新的原料有机物质一起又在热分解单元 1中被热分解。将分离的液体再次引至固液分离单元4中的蒸发单元20, 在蒸发单元20中分离的液体与从中和单元输送的废水一起又经受蒸发/蒸 馏以被分离成液体和固体。而且，这种分离的液体通过冷却^皮蒸馏，且然 后被再次引至中和/洗涤单元3,在中和/洗涤单元3中，该分离的液体在碱 中和/洗涤步骤中与碱中和/洗涤剂一起被重新使用。因此，废水不会从设 备中被排出。
另外，为了分离在蒸发单元20中被浓缩的高度浓缩的液体中的有机
组分，可以在袋滤器22的下游设置微生物浴(microbial bath)(未显示)。在
此情形中，还可以将在微生物浴中净化的液体重新引至碱中和/洗涤单元3, 在碱中和/洗涤单元3中，该液体与碱中和/洗涤剂在碱洗涤步骤中被再循
环。因此，因为分离的液体通过冷却被蒸馏且然后被重新引至中和/洗涤单
元3，而固体被重新引至热分解单元1,在热分解单元1中该固体在热分
解中被再循环，所以废水不会从设备中被排出。
此处，因为固液分离单元4处于真空条件，所以废水的沸点低至30。C -60。C,优选40。C-50°C。因此，在蒸发单元中，仅仅通过将废水加热至 30°C-60°C，废水就会沸腾且其水分被蒸发，由此能够浓缩并分离诸如有 机物质或无机组分的固体组分。与将废水从室温加热至IO(TC或更高温度 相比，可以缩短沸腾时间且使用的热量相当少，因此，可以低成本地进行 固液分离。此外，因为蒸馏单元21也处于真空条件，且因而废水的沸点 低至30°C-60°C,优选40°C-50°C，所以将缩短加热所需的时间并减少 了所使用的热量。
权利要求
1.一种处理有机物质的方法，所述方法包括热分解原料有机物质的步骤和处理所述热分解步骤中产生的气体的步骤，其特征在于所述热分解步骤包括将所述原料有机物质分解成碳化物和气体组分的步骤，且所述气体处理步骤包括以下步骤(1)催化氧化所述热分解步骤中产生的所述气体组分；(2)中和/洗涤被氧化的气体；(3)使所述中和/洗涤步骤中产生的废水经受固液分离；(4)再次热分解所述固液分离步骤中分离的固体组分连同所述热分解步骤中的所述原料有机物质；以及(5)将所述固液分离步骤中分离的液体组分再循环至所述固液分离步骤和/或所述中和/洗涤步骤。
2. 根据权利要求1所述的处理有机物质的方法，其特征在于所述原料 有机物质是工业废弃物。
3. 根据权利要求1或2所述的处理有机物质的方法，其特征在于所述 中和/洗涤步骤是使用氢氧化钠来进行的。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的处理有机物质的方法，其特征 在于所述固液分离步骤是在真空中进行的。
5. 根据权利要求4所述的处理有机物质的方法，其特征在于所述固液 分离步骤是在30。C到60。C之间，优选40。C到50。C之间的温度下进行的。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的处理有机物质的方法，其特征 在于所述催化氧化步骤是使用选自由Pt、 Cr、 Cu和Mn组成的组的金属或 金属氧化物来进行的。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的处理有机物质的方法，其特征 在于所述固液分离步骤包括蒸发步骤和过滤步骤，所述蒸发步骤蒸发所述中和/洗涤步骤中产生的所述废水，所述过滤步骤通过袋滤器过滤此蒸发步 骤中产生的液体以将所述液体分离成固体组分和液体组分。
8. 根据权利要求7所述的处理有机物质的方法，其特征在于所述固液 分离步骤包括蒸馏所述蒸发步骤中产生的所述液体的步骤。
9. 根据权利要求7或8所述的处理有机物质的方法，其特征在于所述 固液分离步骤包括使通过所述袋滤器过滤的所述液体组分经受微生物处 理的步骤。
10. 根据权利要求1-9所述的处理有机物质的方法，其特征在于所述方法包括在还原性气氛中进一步分解所述热分解步骤中产生的 碳化物以从所述碳化物中分离所述碳化物中的无机物质的步骤和将所述 无机物质与氧结合以生成无机氧化物(陶瓷)的步骤。
11. 根据权利要求IO所述的处理有机物质的方法，其特征在于所述热 分解步骤中的初始热源是电热器。
12. —种用于处理有机物质的设备，所述设备在热分解单元中热分解 原料有机物质，且包括用于处理所述热分解中产生的气体的气体处理单 元，其特征在于组分的装置，所述气体处理单元包括氧化装置，其用于氧化所述热分解单 元中产生的所述气体组分；中和/洗涤装置，其用于中和/洗涤所述被氧化 的气体；和固液分离装置，其用于使所述中和/洗涤中产生的废水经受固液 分离，以及所述设备再次热分解所述固液分离装置中分离的固体组分连同所述 热分解单元中的所述原料有机物质，并将所述固液分离装置中分离的液体 组分再循环至所述中和/洗涤装置。
13. 根据权利要求12所述的用于处理有机物质的设备，其特征在于所 述固液分离装置包括蒸发装置和过滤装置，所述蒸发装置用于蒸发所述中 和/洗涤中产生的废水，所述过滤装置用于过滤此蒸发中产生的液体以将所 述液体分离成固体组分和液体组分。
14. 根据权利要求13所述的用于处理有机物质的设备，其特征在于所 述固液分离装置包括蒸馏装置，所述蒸馏装置用于蒸馏所述蒸发装置中产 生的所述液体。
15. 根据权利要求13或14所述的用于处理有机物质的设备，其特征 在于固液分离单元进一步包括;微生物处理装置，所述^t生物处理装置用于 使通过所述过滤装置分离的所述液体组分经受微生物处理。
全文摘要
公开了一种有机材料的处理方法，该方法包括用于热分解原始有机材料的步骤和用于处理前述步骤中产生的气体的气体处理步骤，其中热分解步骤包括将原始有机材料分解成碳化物和气体组分的子步骤，且气体处理步骤包括下面的子步骤(1)到(5)(1)催化氧化热分解步骤中产生的气体组分；(2)中和/洗涤被氧化的气体；(3)使中和/洗涤步骤中产生的废水经受固液分离；(4)进一步热分解固液分离步骤中分离的固体组分连同热分解步骤中的原始有机材料；(5)在固液分离步骤和/或中和/洗涤步骤中再次使用固液分离步骤中分离的液体组分。
文档编号C02F3/02GK101600518SQ20078005075
公开日2009年12月9日 申请日期2007年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者冈内年明, 德田美幸 申请人:N.M.G环境开发株式会社