木质废弃物的资源回收的制作方法

本发明涉及一种处理木质废弃物和生产具有经济价值的安全产品的方法。
背景技术：
：每年都会产生大量的木质废弃物。术语“木质废弃物(woodwastes)”在本文中应理解为意指制造木制品过程中所产生的木碎和刨花，木质残次品以及例如由于翻新房屋或办公室所产生的废弃木制品。木质废弃物可包括含有木料和其它成分的复合产品。一个示例是厨房台面，其包括木质基部，以及塑料材料或其它材料制成的顶面，该顶面被层压或以其他方式固定到基部。木质废弃物的具体示例为工程木料、蓝松木、含有塑料的木质废弃物、涂漆木料以及含有金属的木质废弃物。很大比例的木质废弃物都含有污染物。这些污染物可包括有机材料，如树脂、胶水、油漆等，这使得难以经济有效地处理木质废弃物以用作或用于新产品。污染物还可包括重金属。有机污染物包括添加到木材中以改善木制品的寿命的有机材料-木榴油和拟除虫菊酯处理物。由于加工或使用木制品，重金属可能以微量存在于木制品中。重金属(如铜、铬和砷)也可以微量或更高的量有意地添加到木材中，用于处理木料。术语“微量”应理解为高至500ppm但通常低于100ppm。在本文中，术语“污染物”并不一定意味着材料是有毒的，尽管可能是这种情况。本文应在更广泛的材料背景下理解术语“污染物”，其必须在木质废弃物中与木材分离以允许木材用于新产品。因此，通常的情况是，当前用于处理木质废弃物以去除污染物的选择在经济上是不可行的，并且目前对于木质废弃物的唯一选择是填埋。需要相较于目前可用选择的处理木质废弃物的替代方案。以上描述不应被视为澳大利亚和其他地方的公知常识。技术实现要素：本申请人已经开发了一种方法和设备，用于通过热解或其他机制将生物质或其他固体有机进料物转化为有用产物，所述有用产物例如但不限于液态水产物(可以总体描述为水基冷凝物，在某些情况下称为“木醋酸”)、液体油产物、气体产物和固体含碳产物(如炭产物)中的任意一种或多种。以下将该方法和装置统称为“连续生物质转化器(continuousbiomassconverter)”技术。术语“生物质”在本文中应理解为意指活的或近期存活的有机物质。具体的生物质产品包括，例如，林业产品(包括磨制残渣，如木刨花)，农产品，在水生环境中产生的生物质如藻类，农业残余物如稻草，橄榄核和坚果壳，动物排泄物，市政和工业残余物。术语“有机进料物”包括生物质、泥炭、煤、油页岩/砂、塑料废料，还包括这些进料物的混合物。上述连续生物质转化器技术在本申请人名下的包括国际申请pct/au2009/000455(wo2009/124359)和pct/au2014/001020(wo2015/061833)的专利族中予以描述和保护。这些专利申请的专利说明书中的公开内容通过交叉引用并入本文。本申请人的连续生物质转化器技术将干燥、制焦(charmaking)、焦油裂化和气体洗涤的功能结合到在非常独特的热化学条件下工作的单级连续自动化控制反应器中。连续生物质转换器技术使得实现高效和简化工程成为可能，并且与现有的热解和气化选择相比，其具有相当大的优势。本申请人已经确定了使连续生物质转化器技术对于处理木质废弃物并且生产安全且具有经济价值的有用产物来说特别有效的操作条件。具体而言，本申请人在对laminex集团提供的木质废弃物的研究和开发工作中发现，申请人的连续生物质转化器技术可以：(a)分解这些木质废弃物中的有机材料污染物，并将分解产物并入有用的产物中；(b)将这些木质废弃物中至少大部分重金属污染物驱逐到炭产物中，其中炭产物是比液体和气体产物优选的重金属介质，并且如果重金属含量足够高需要回收，则可从炭产物中回收重金属。从广义上讲，根据本发明，包含含有污染物的木质废弃物的进料物以连续转化器的形式供给装置，并通常以填充床的形式，更具体地以紧密填充床的形式通过转化器的反应室，暴露于反应室内的时间-温度分布；时间-温度分布干燥和热解或通过其他工序以另一种反应机制处理进料物并产生固体含碳产物(如炭产物)，并且释放水蒸气和挥发性产物气相；同时，木质废弃物中的有机材料污染物也被一起分解或被有效转化成有用产物，并且木质废弃物中的重金属污染物被驱逐到含碳固体产物中。通常，转化器定位成使得反应室水平设置。应当注意，转化器，更具体地是反应室，可以略微倾斜或垂直。水蒸气和挥发性产物气相逆流移动到反应室中的进料物处。气相中挥发性产物的至少一部分可冷凝组分在反应室较冷的上游部分冷凝，并形成液体油(即液体油基冷凝物)和焦油。通常，工作温度使得水蒸气不会在反应室中冷凝，而作为气相的一部分从反应室排出并在反应室外部冷凝为液体水产物。冷凝的液体油和焦油在反应室中被进料物携带向前至反应室的较高温度区而逐渐挥发并裂化成氢气、一氧化碳、二氧化碳和短链烃(如甲烷、乙烷和其他轻质烃)。冷凝和裂化/挥发循环的最终结果是包含水蒸气和不可凝性气体的气体产物在反应室内的温度和压力下从反应室中排出。可能存在需要从反应室排出一部分液体油作为单独产物的情况。在木质废弃物中作为污染物的材料可以如上所述。例如，木质废弃物中的污染物可包括有机材料，诸如树脂、胶水、油漆等，这使得难以经济有效地处理木质废弃物以用作或用于新产品。在另一个示例中，污染物可包括重金属。污染物可能是使用木制品的结果，或者是因为故意添加污染物以改善木制品的寿命。由于转化器反应室中的长链复杂分子的内部裂化和热分解，产生自进料物的气体对于潜在有害的有机物质而言是清洁燃烧的。与典型的热处理(远低于100℃)相比，气体在流过逆流移动的输入进料物的填充床后，在非常低的温度下离开连续生物质转化器(这些是连续生物质转化器技术的区别特征)。因此，当气体向反应室的冷端移动时存在气体洗涤，并且金属从进料物转移到气体的可能性最小。连续生物质转化器在还原条件下(不燃烧或焚烧)工作。虽然连续生物质转化器技术包含热解反应，但它不仅仅是热解器，因为它包括反应器内的干燥、焦油裂化和气体洗涤。在其他热解系统中，这些功能通常在与连续生物质转化器技术中普遍存在的条件不同的条件下，在单独的单元操作中进行。本申请人已确定对处理木质废弃物而言重要的连续生物质转化器技术的特征包括：1、连续生物质转化器技术是密封系统，因此木质废弃物中的污染物在处理过程中完全包含在装置中；2、装置主室的进料口保持在约50pa的小负压下，作为防止气体从装置逸出的附加保护措施；3、控制装置反应室内的时间-温度分布，通常为200-600℃，持续5-20分钟，通常为7-15分钟，以分解木质废弃物中的有机污染物。4、装置反应室中的热化学条件控制为还原以确保炭产物的高碳化。5、工艺条件，例如气体出口温度(通常控制在出口处低于100℃，通常低于90℃，通常约为80℃)，确保木质废弃物中存在的重金属污染物与固体含碳产物一起保留，而不以蒸气存在于气相中并从中被输送到气体和液体产物中。从广义上讲，本发明提供了一种用于处理木质废弃物和生产安全且具有经济价值的有用产品的装置，其包括用于进料物(包含含有污染物的木质废弃物)的连续转化器；其中该连续转化器包括：反应室，用于在反应室中通过热解或其他反应机制产生固体含碳产物、气体产物和任选的液态水产物；入口，用于将进料物供应到反应室；组件，用于使进料物以与反应室中干燥或其他反应导致产生的气流相反的方向，从反应室的上游端朝向下游端移动通过反应室；以及分别用于反应室中的固体含碳产物、气体产物和任选的油产物和单独的水基冷凝产物的出口；其中该装置适于分解木质废弃物中的有机物质污染物并将分解的形式掺入有用的产品中，也适用于将重金属污染物驱逐到固体含碳产物中。从广义上讲，本发明还提供了一种在前述装置中处理木质废弃物并生产安全且具有经济价值的有用产品的方法，包括：(a)将包含含有污染物的木质废弃物的固体进料物供应到该装置的反应室的入口；(b)将进料物从入口移动通过反应室至反应室的下游端，并将进料物暴露于反应室内的时间-温度分布，在进料物通过反应室时，以加热、热解或其他方式处理进料物并释放来自进料物的水蒸气和挥发性产物气相；(c)使通过步骤(b)中加热进料物所产生的水蒸气相和挥发性产物气相以与进料物相反的方向移动通过反应室，使得至少一部分水蒸气和挥发性产物气相的可冷凝组分在反应室较冷的上游部分冷凝并形成液态水和液态油，至少液态油在反应室中通过进料物被向前运送到反应室的较高温度区域并且逐渐挥发并裂化成不可凝气体；(d)排出来自反应室不同出口的(i)气体产物和经干燥和热解的(ii)反应固体含碳产物，并且室内的时间-温度分布确保(i)木质废弃物中的有机材料污染物被分解并且分解后的形式被掺入有用的产品中；以及(ii)木质废弃物中的重金属污染物被驱逐到固体含碳产物中。考虑到工艺要求，木质废弃物可以是任何合适的木质废弃物。对木质废弃物的一个要求是确保进料物的填充床具有在填充床移动通过转化器反应室时维持填充床所需特性的结构。举例来说，该结构可以为填充床提供足够的孔隙率，以使气体以与进料物移动床的运动方向相反的方向流动通过反应室。通常，木质废弃物是颗粒形式。木质废弃物可以是颗粒形式，其粒度小于25mm，通常小于20mm。小于废弃物总质量15wt.％，通常小于10wt.％的废弃物可具有小于1mm的粒度。这被认为是进料物的细粒成分。通常，进料物中的水分含量小于进料物总质量的20wt.％，更通常小于15wt.％。可能存在含水量较高的情况。通常，气体产物包括水蒸气，以及不可凝气体，包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和烃类(特别是甲烷)。该方法可包括根据气体产物的最终用途要求控制气体产物组成。气体产物可含有不同量的氢气和甲烷。可能存在较高浓度氢气和较低浓度甲烷的情况，该情况是优选的。可能存在其他情况，例如当气体产物用于内燃机中发电时，其中优选较高浓度的甲烷和较低浓度的氢气。该方法可包括通过控制反应器中的温度分布来控制气体产物组成，并因此将停留时间控制在所需的温度范围内。该方法可以包括从反应室排出一些液体油作为单独的产物。如上所述，可以操作该方法使得水仅以水蒸气排出而没有液体水从反应室排出。因此，从反应室排出的唯一“产物”是气体产物和固体含碳产物。气体产物可包括水蒸气、co、h2、co2、n2、甲烷、乙烷和其他轻质烃。该方法可包括冷凝来自反应室外的气体产物的水蒸气并形成液态水产物。剩余的气体产物可用作燃料气体。然而，还应当注意，该方法可包括在反应室内形成水基冷凝产物并从反应室排出产物。该方法可在相对于反应室上游进料端处大气压的小负压下操作，以防止或最小化气体从反应室泄漏的风险。该方法可包括将水供应到反应室下游端以控制固体含碳产物特性，如含水量。例如，对于农业用的固体含碳产物可能需要较高的含水量。较低的含水量可适用于工业应用，例如其中需要限制水分的炭(比如用于冶金和发电)，。添加水有助于克服与潜在自燃的炭(自燃)相关的问题。反应室中的温度分布是重要的考虑因素。考虑到进料物的组成和物理特性以及平衡内部加热、过程热和热量损失的需要，以所需的温度分布操作需要选择合适的操作条件，包括沿着反应室长度的进料速率和空气注入反应室的速率。通常，所需的温度分布是逆流固/气反应器中延伸的温度梯度。在本文中，术语“延伸的”是指允许在反应室中发生所需反应的足够时间。如下面进一步讨论的，本申请人已经意识到进料物的适当处理需要材料移动通过涉及干燥、加热和热化学反应的三个区域，并且必须留出足够的时间来完成这些工艺步骤。该方法可包括通过向反应室供应含氧气体(如空气)并在反应室中至少部分地燃烧可燃气体来维持反应室中所需的温度分布。可燃气体可以通过反应室中的有机材料的热解产生。反应室中的温度分布可以包括沿着反应室的长度连续的多个区域，当进料物从反应室的上游较冷端移动到下游较热端时，在这些区域中发生不同的反应。连续转化器可包括用于在反应室中建立温度分布的组件，该组件包括沿着反应室的长度从反应室的上游端到下游端连续延伸的以下区域：(a)干燥区(1区)，用于干燥进料物，入口端温度通常为60-80℃且1区的温度上限是100-150℃；(b)预热区(2区)，用于将进料物加热到适合下一区域所需热化学反应的温度，2区的温度上限通常是250-300℃；(c)热化学反应区(3区)，用于热分解进料物并产生固体含碳产物(通常为炭产物)和气体。进料物在3区中的热分解使进料物脱挥发并产生气体。该气体包括一些可燃气体，这种可燃气体在3区燃烧并在该区域内产生热量。通常，3区的温度上限是600-650℃。申请人发现热分解反应主要是吸热的，并且从进料物中释放的一些可燃气体的燃烧对于保持3区中的反应温度是重要的。在3区中产生的气体不可避免地从反应室较热的下游端移动到较冷的上游端，这是因为下游端具有气体密封并且在反应室的上游端具有气体出口。1区和2区中的进料物会发生对流热传递，这来自相对较热的气体以与进料物的移动相反的方向从3区朝向反应器的较冷上游端移动而连续地通过这些区域。该方法可包括将含氧气体如空气供应到3区中的反应室，由此脱挥发分反应产生可燃气体，该可燃气体通过含氧气体燃烧。在反应室的这个区域中供应含氧气体使可燃气体的燃烧优化到最有利的程度。含氧气体可以是氧气、空气或富氧空气。从广义上讲，本发明还提供了一种用于处理木质废弃物和生产安全且具有经济价值的有用产品的装置，该装置包括上述装置。从广义上讲，本发明还提供了一种处理木质废弃物和生产安全且具有经济价值的有用产品的方法，包括以下步骤：(a)减小木质废弃物的尺寸；(b)将木质废弃物的含水量降低至预定含量；(c)以上述方法处理木质废弃物并生产有价值的产品。步骤(b)的降低木质废弃物的含水量可包括在脱水步骤之后的干燥步骤。附图说明附图仅以示例的方式进一步描述本发明，其中：图1是根据本发明实施例的用于处理木质废弃物和生产安全且具有经济价值的有用产品的方法和设备的示意图；图2是用于实施图1所示方法的连续转化器的反应室中的温度/时间分布，其中该分布由下述试验数据产生；图3是根据本发明实施例的连续转化器形式的装置的透视图；图4是沿着图4中所示的线5-5的连续转化器的横截面图；图5是在本发明方法和装置的实施例的试验中，沿着反应器长度的一系列位置的温度-时间图，其中进料物包含100wt.％的木质废弃物进料物，其中该图示出了1小时的试验期；图6是在图5所述的本发明方法和装置的实施例的试验中，沿着反应器长度的一系列位置的温度-时间图，其中进料物包含含有7wt.％塑料材料的受污染木质废弃物，，其中该图示出了1小时的试验期。具体实施方式图1是示出根据本发明的处理木质废弃物和生产安全且具有经济价值的有用产品的方法和装置的一个实施例的示意图。参考图1，进料物以含有污染物的木质废弃物的形式在环境温度下被供应到连续转化器3的反应室5的入口，该连续转化器3在图1中示意性地示出并且在图3和图4中更详细地描述，此外在申请人名下的国际申请pct/au2009/000455(wo2009/124359)和pct/au2014/001020(wo2015/061833)中也有描述。进料物从上游端7处的入口41通过反应室5移动到反应室的下游端9，并且在反应室5中的选定时间段内暴露于最高达650℃的温度分布，以：(a)热解进料物中的有机材料；(b)释放水蒸气和挥发性产物气相；(c)分解有机材料污染物并有效地将分解产物并入有用的产品中；(d)将这些木质废弃物中至少大部分的重金属污染物驱逐到炭产物中，其中炭产物相较于液体和气体产物是重金属的优选介质，并且如果重金属含量足够高，可确保从炭产物中回收重金属。通过加热进料物产生的水蒸气相和挥发性产物气相沿与进料相反的方向移动。至少一部分水蒸气相和挥发性产物气相的可冷凝组分在反应室较冷的上游部分冷凝，并形成液态水和液态油/焦油。至少液态油/焦油在反应室中通过进料物携带向前到达反应室的较高温度区域并逐渐挥发裂化成不可冷凝的气体。在某些情况下，液态油可以作为产物从反应器5中排出。气体产物以及干燥热解后的固体含碳产物分别从反应室5中各自的出口15、35排出。对反应室5中的温度分布进行选择和控制，使得从反应室5排出的气体产物的温度约为80℃。将气体产物从反应室5中输送走，并且水蒸气相和挥发性产物气相的可凝组分在约30℃的较冷的上游部分中冷凝并形成(a)水基冷凝产物(从热解过程中回收的水通常有些酸性，含有稀释的烟化学物质和其他有机物；其通常被称为木醋酸，并在园艺中具有有益的应用)和(b)具有足够的热值可作为能源燃烧的单独燃料气体产物。木质废弃物中的污染物可以是如上所述的。污染物可包括有机材料，例如树脂、胶水、油漆等，这使得难以经济有效地处理木质废弃物以用作或用于新产品。污染物还可包括重金属。固体焦炭、气体和水基冷凝产物产品具有内在价值，在工业和农业中可以广泛应用为潜在材料和能源。反应室中合适的温度分布的实施方案如图2所示。图2由下面更详述的试验数据生成。图2的横轴是以分钟为单位测量的单位进料物在反应室5中的时间，图的纵轴是温度，以℃表示。时间是沿反应室5的长度的位置量度。图2显示了使用4种不同进料物的试验结果，每次试验的进料物包含木质废弃物和不同量的塑料材料。图2显示每次试验中进料物的温度在反应室5内8分钟后稳定地升高至约250℃。图2还显示，具有100wt.％木质废弃物的进料物的温度在接下来的4分钟内大致线性地快速升至600℃。这种急剧上升表明了进料物的热化学反应，即上述温度分布的3区。图2还示出了对于具有增加的塑料材料比例的进料物在较后的开始时间也存在类似的温度上的急剧增加，其起始时间是进料物中塑料材料增加比例的函数。大体上，进料物的稳定加热沿着图中所示的较低梯度线持续发生，直到温度达到显著的热化学反应开始发生的程度并且温度急剧升高。从图2中可以明显看出，4种进料物具有相同的基本温度-时间分布，唯一的区别是加热速率开始增加时的温度和时间。图2基本上显示了逆流固/气反应器中延伸的温度-时间梯度。下述试验结果证实，图2中所示的延伸的温度-时间梯度使得可以将木质废弃物作为唯一的进料物以及具有其它组分(在本例中为塑料材料)的木质废弃物的进料物进行加工。图2说明反应室中的温度分布包括沿着反应室的长从反应室的上游端到下游端连续延伸的以下区域：(a)干燥区(1区)，用于干燥进料物，入口端温度通常为60-80℃且1区的温度上限是100-150℃；(b)预热区(2区)，用于将进料物加热到适合下一区域所需热化学反应的温度，2区的温度上限通常是250-300℃；(c)热化学反应区(3区)，用于热分解进料物并产生固体含碳产物(通常为炭产物)和气体。参考图3和4，图中所示的用于分解木质废弃物中的有机污染物的连续转化器形式的装置(通常用数字3表示)的实施例包括反应室5，该反应室具有用于进料物的入口41(包括含有污染物的废弃木材)的上游较冷端7，下游较热端9，分别用于从反应室5上游端排出液态水和气体产物的出口13和35，以及在反应室5的下游端用于排出例如以炭的形式存在的固体含碳产物的出口15。转化器3还包括进料斗37，用于将有机进料物供应到反应室的上游端。进料斗可以是密封的或开放的料斗。转换器3还包括迫使进料物在反应室5中从上游端7朝向下游端9持续向前的组件。该组件包括在轴上的三个平行的可旋转轴17和螺旋进料器19。螺旋进料器19是交错的。一个轴19是通过电机m4驱动的电机驱动轴，另一个轴19连接成与从动轴一起旋转。这是一种简单且可靠的布置，其中轴17绕其轴线的旋转迫使进料物从反应室5的上游端朝向下游端。进料螺杆布置可包括单个或任何其它合适数量的多个螺杆，其中可以是或不是交错的。转换器3还包括用于向反应室5供应进料物的挤入机21(即气密进入装置)和用于从反应室5中排出固体含碳产物的挤出机23(即气密排出装置)。每个装置包括在同一轴线上的两个螺杆27和29。螺杆27和29安装成绕轴线相对于彼此反向旋转。应注意，螺杆27和29可布置成沿相同方向旋转。螺杆由轴向间隙25分开。挤入机21控制向反应室5供应进料物的速率并压缩进料物以及形成密封，从而最小化气体从反应室5通过挤入机逸出的限度。每个螺杆27或29由具有可变速能力的电动机m2或m1独立驱动，从而在使用时，下游螺杆27以比上游螺杆29更慢的转速运行。转速的差异导致从进料斗37供给上游螺杆29并被输送到间隙25的进料物在间隙25中被压缩并以压缩料进入下游螺杆27并且以压缩料经由下游螺杆27向前行进。可以通过将电机m1和m2的电机扭矩设定成确定为输送所需压缩量所需的水平来控制方法和密封质量。通常，设定电机扭矩而不是旋转速率已达到控制目的。通常，上游螺杆29的旋转速率直接与反应室5中的电动螺旋进料器19的旋转速率相关联，以控制生产量。通常，控制下游螺杆27的旋转速率以保持挤入机21的上游螺杆29的恒定扭矩，从而控制压缩。实现所需密封的进料物的填充密度可取决于多种因素，包括进料物的特性。特性可包括进料物的填充特性。应当注意，相反的布置可用于达到控制目的。具体地，下游螺杆27的旋转速率可以直接与反应室5中的电动螺旋进料器19的旋转速率相关联，以控制生产量，并且可以控制上游螺杆29的旋转速率，从而保持挤入机21的下游螺杆27的恒定扭矩以控制压缩。类似地，挤出机23控制从反应室5排出固体含碳的产物的速率，并形成密封，以防止气体通过挤出机23从反应室5中逸出。挤入机21和挤出机23具有相同的基本结构部件，这些部件在图中用相同的标号表示。转化器3还包括通常由数字11标识的进料组件，用于控制进料物从挤入机21到反应室5的入口41的流动。进料组件11包括转运溜槽，其形式为在挤入机21的出口45和反应室5的入口41之间的分配箱43和清扫叶片47，清扫叶片47可通过电机m3的操作绕分配箱43的中心垂直轴线旋转以控制进料物到反应室入口41的分配。在使用中，来自挤入机21出口45的进料物通过入口41向下落入反应室5的上游端并且例如通过反应室中的螺旋推进器向前移动通过反应室5，并被热分解然后以固体含碳产物通过挤出机23从反应室5中排出，同时产生液态水和气体产物，并且当进料物通过反应室5时通过出口13和35从室5排出。通常，控制进入反应室5的进料速率以确保反应室充满进料物。清扫叶片47对于确保输送到反应室5的入口的进料物的均匀分布是重要的，即使得反应室5充满进料物。从操作的观点来看，分配箱43中的进料物水平也是重要的考虑因素。申请人已经发现，如果进料物的量太高，该设备可能会堵塞。操作转化器3的方法包括测量清扫叶片47上的扭矩，以提供分配箱中进料物水平的指示；以及调节挤入机21的上游螺杆的旋转速率，以控制进料物的供给速率，从而在分配箱43中保持所需的进料物水平。转化器3具有使得可以在反应室5中建立和维持所需温度分布的结构特征，以在反应室5中操作本发明方法的一个实施方案。具体而言，转化器3的重要特征包括，例如，反应室5的长度的选择；进料(例如生物质)和通过反应室5的进料速率(例如有机材料)的选择；向反应室5目标注入含氧气体；向反应室5的下游端目标注入液态水以进行炭冷却；以及在反应室内实现内部热传递的方法。转化器3特别适用于操作以使得在反应室中产生的液体油产物完全被破坏的方法。具体地说，操作该方法使得在室内形成的液体油和焦油产物出现一定程度的挥发和裂化，从而液体油和焦油产物被完全破坏成从发反应室的上游端排出的不可凝性气体。尽管如此，可能存在需要从反应室5排出一些油作为单独产物的情况。与市售或正在开发的已知热解技术相比，本发明的方法和装置形成了完全不同的热化学环境。实验工作-试验如上所述，申请人已经确定了使连续生物质转化器技术特别有效地处理含有污染物的木质废弃物并生产安全且具有经济价值的有用产品的操作条件。a、对木质废弃物的试验-工程化木材申请人对以laminex集团提供的工程木材的形式的木质废弃物进行了一系列试验。申请人发现，这些木质废弃物中的有机材料污染物和拟除虫菊酯浸渍的木材(如h2-f蓝松废弃物)中的污染物可以完全分解或通过申请人的连续生物质转化技术有效地转化为有用的产品。此外，申请人发现这些木质废弃物中的重金属污染物被驱逐到转化器的炭产物中。1、工程化木材laminex木质废弃物是以工程化木材废料的形式存在。具体而言，木材废料包括刨花板(pb)、中密度纤维板(mdf)和胶合板木材产品。mdf由软木纤维、蜡和树脂制成。蜡用于改善成品的耐湿性，而脲醛树脂在成品压制板中将纤维粘合在一起。pb以类似的方法制得，但所用的是木刨花而不是纤维。表1提供了pb、mdf和胶合板产品的大致成分分布。表1：pb、mdf和胶合板的大致成分1.1、化学特性工程化木材产品废弃物样品分析(不同于胶合板样品分析)由nata认可的labmark环境实验室(nata认证站点号18217，认证号1261)使用根据抽样计划收集的样品进行。氟和氯测试分包给amdelltd(nata认证号626)，而密胺和氰尿酸则由asurequality分析。胶合板废弃物样品分析由nata认可的eurofinsenvironmentaltestingaustralia[先前的labmark](nataacc.siteno.14271，认证号1261)使用根据取样计划收集的样品进行。氟和氯测试分包给amdelltd(nata认证号626)，而密胺和氰尿酸则由asurequality分析。测试样品的热值，以便将工程化木材产品废弃物用作非标准燃料。热值值测试由sgs澳洲有限公司(sgsaustraliaptyltd)(nata认证号2562)完成。每种类型的工程化木材产品的取样数量是由该销售产品的比例决定的；即，82％的产品是装饰的，而18％是原始产品。表2列出了实验室分析结果的概要，以及新南威尔士州环保局制定的化学特性指标值。如果没有新南威尔士州环保局的指导值，可以参考瑞士环境，森林和景观局(saefl)关于土壤和地下水调查水平的国家环境保护指南-指南：水泥厂废物处理。表2：概括的工程化木材产品废弃物化学表征表注：如果样品的结果小于lor，或未检测到属性(nd)，则使用0.5xlor计算平均值，最小值，最大值和sd。1根据环境保护运行(废弃物)法规(2014)第9部分，第93条的一般豁免-洗煤厂废弃物规则(2014)，第三页，表1。2saefl.(2005)，指南：水泥厂废物处置；瑞士环境、森林和景观局。样品中甲醛水平在2000mg/kg(样品7-hpl)到53,000mg/kg(样品44-原始mdf)之间。类似地，样品中的密胺含量范围为5.5mg/kg(样品#41-原始mdf)到660mg/kg(样品32-原始pb)。这些物质在加热时会产生一系列挥发性有机化合物。然而，必须在拟议利用工程化木材产品废弃物作为连续生物质转化器技术原料的背景下观察样品的化学分析。由于反应器内的分解，焦油裂化和洗涤作用，连续转化器产生基本上不含较高分子量化合物的气体。2、经处理的木材-h2-f蓝松废弃物-拟除虫菊酯浸渍木材2.1、化学特性种植松是一种合格的燃料，不受任何环境监管控制。添加高达0.02％的拟除虫菊酯(或者0.02％氯菊酯，使用天然油作为递送载体；或0.02％联苯菊酯，使用水作为框架木材中的递送载体)或0.0078％烟碱(如吡虫啉)(as1604.1-2012)是一个完全已知和理解的过程，不需要完整的化学分析来表征废弃物/边角料。as1604.1-2012防腐处理规范：锯材和圆木标准规定了用于生产h2-f蓝松框架木材的烘干的活性成分的最低浓度。活性有机氯成分的浓度约为百万分之数十和数百(如0.02％w/w＝200ppm)。鉴于联苯菊酯的浓缩物/起始溶液，氯菊酯和吡虫啉具有高浓度的活性成分，在松木的制备和浸渍过程中的稀释效果约为联苯菊酯的1,000倍或更多。3、使用工程化木材进行初步试验开展初步试验以监测火焰处的排放，特别是voc和醛，以表明连续转化器分解工程化木材中复杂有机成分的能力。3.1、气体特性/空气排放通过etc(现在的ektimo)在火焰处测定连续转化器气体燃烧产生的排放，并概括在表3中。清洁木材用作参考原料；试验原料是50％清洁木材和50％装饰刨花板的混合物，称为“laminex混合物”。表3：空气质量-气体产物的火焰燃烧所有单位均为ntp和3％o2下的mg/m3。该试验被认为具有积极的结果。关于气体产物，本试验中指出了以下重要事实/发现：·voc排放远低于第6组(清洁空气调节)标准，该结果与复杂的长链分子不能耐受连续生物质转换器技术特定的热化学条件的观点一致。·甲醛和乙醛排放低于检测限。应注意，如果是1吨的工程化木材原料将排放至少350mg的醛，即0.35ppm，将会触发在火焰处0.1mg/m3的检测限。工程化木材的甲醛含量比此高出许多个数量级，其甲醛含量在900至53,000ppm之间。因此，在排放物中检测不到醛的事实被认为是连续转化器处理工程化木材不会释放醛到空气中的积极证据。·颗粒物被发现远低于第6组标准，对进料混合物中50％的工程化木材没有明显影响。·试验期间没有可见烟雾是正常连续转换器操作的典型情况。·对二氧化硫进行了监测，但在清洁木材和工程化木材混合物的排放物中均未检测到(检测限-6mg/m3)。在火焰处监测nox的浓度，并且在试验期间发现其变化很大。在两次清洁木材加工期间，平均nox水平为240和450mg/m3，而在工程化木材混合物加工期间，平均nox水平更高，为1,500mg/m3。火焰处的nox含量对于燃料氮(例如工程化木材中的尿素)和/或燃烧器设计以及燃烧条件的依赖程度尚未确定。从中可看出，1,500mg/m3的nox符合第5组标准，而不符合表3和4的第6组。注意的是，在没有nox标准的情况下，临时安排将会燃烧。3.2、生物炭特性在试验期间的不同时期分析了炭样品，包括清洁木材和50％刨花板混合物(“laminex混合物”)的加工。这项初步试验的目的是将两种炭与以下标准进行比较和对比：·1型和2型微量金属不超过350mg/kg；·确定热值；·记录氯、氟、铜和硫。结果总结在表4中。表4：炭分析总结除非另有说明，否则所有结果均以mg/kg报告(以干重为基础)。s和cl浓度报告为％，热值以mj/kg报告。关于生物炭的试验中注意到以下重要事实/发现：·清洁木材炭和工程化木材炭在微量元素和能量含量方面具有非常相似的特性。·添加到原料中的laminex刨花板没有影响作为燃料的焦炭质量。实际上，碳化已经随着工程化木材混合物24的利用进一步发展。·两种炭均远低于目前推行的对delta使用替代燃料(350ppm)的总的1类和2类微量金属限制。4、拟除虫菊酯浸渍木材-h2-f蓝松废弃物的初步试验h2-f蓝松废弃物含有联苯菊酯和氯菊酯。这些是长链复合氯化/氟化有机物质。因此，进行初步试验以测试连续转化器是否会在反应器内的热化学条件下分解，并且它们不会作为二恶英，呋喃或pah形成的前体。有关h2-f处理的蓝松框架木材的初步试验。切碎的蓝松木材是100％的消费前蓝松木，其最初来自baytimber公司的木材和框架边角料。4.1、气体特性决定在燃烧之前测定连续转化器的气体产物中的潜在有毒物质，以使后续燃烧不能隐藏它们存在的证据。气体浓度通过etc(现在为ektimo)测定，且如下表所示。关于气体产物的主要目的是：·确认在连续生物质转化器技术的热化学条件下(预计高于250℃)联苯菊酯和氯菊酯分解28；·确认二恶英的形成不是由氯化有机物(拟除虫菊酯和烟碱类)的分解导致的。燃料气体测试的结果再现于表5中。表5：燃气组成-连续生物质转化器技术气体燃烧前物质单位cbc气体联苯菊酯mg/nm3＜0.003氯菊酯mg/nm3＜0.003二恶英和呋喃ng/nm3teq0.019pahμg/nm3teq(bap)17从该试验和迄今为止关于燃气的累积试验中注意到以下事实/发现：·联苯菊酯和氯菊酯在气体产物中均低于检出限。请注意，如果每吨蓝松木材中的气体含量至少为2.1mg，则会触发0.003mg/nm3的检出限。实际上，蓝松中的拟除虫菊酯浓度比这高几个数量级，通常为0.02％或每吨木材200,000毫克。因此，这被认为是联苯菊酯和氯菊酯不能在连续转化器的热化学条件下存在的积极证据。·在初始试验中，连续生物质转化器技术气体中的二恶英和呋喃水平在燃烧前测定为0.019ng/nm3teq，其比第6组排放标准低约5倍。·考虑到燃烧空气的稀释效应以及可能在燃烧过程中破坏二恶英和呋喃，实际的燃烧排放可能会低于此值。·新南威尔士州没有公布关于多环芳香烃的第6组排放限值。在燃烧之前，气体产物中测量值为17μg/nm3teq(bap当量)，相对应的基于bap的排放因子为12μg/kg原料。如果燃烧区内存在任何多环芳香烃破坏，则连续转化器的实际燃烧排放因子可能较低。该初始结果与文献中报告的工业烟囱排放测量结果一致。5、对于微量金属排放物的初始试验连续转化器技术的一个特点是，尽管是一个操作设定点温度通常为650℃的热过程，但气体却在低温(通常约为80℃)下离开反应器，然后进一步冷却以降低气体露点和收集连续转化器的水产物作为冷凝物。在这些低气体离开温度下，进料中所含金属的蒸气压非常低。因此，进行初步试验以测试在反应器的热化学条件下是否有利于微量金属从原料到产物气体的挥发。金属含量在燃烧条件下利用ektimo测量，其如表6所示。监测期间的原料是40％清洁木材，40％h2-f蓝松和20％工程化木材废弃物。表6：燃烧排放物监测-微量金属结果证实原料中很小比例的金属进入了气体。重要的是，对于这种包括40％的清洁木材，40％的蓝松和20％的工程化木材的原料混合物，其重金属排放符合第6组标准，即1型和2型的总量低于1mg/nm3，以及hg和cd分别低于0.2mg/nm3。6、综合试验-拟除虫菊酯浸渍木材混合物，如h2-f蓝松废弃物和工程化木材由于从含有工程化木材和h2-f蓝松的原料的初始连续转化器试验得到了积极的指示，因而进行了全面的试验。重要的试验考虑因素/参数包括：·核心原料是50％h2-f蓝松和50％工程化木材的混合物。·主要关注的是测定燃烧处的排放物以得到第6组(清洁空气规例)标准中物质相关废气浓度范围。·试验还包括前期100％h2-f蓝松加工，其排放物监测有限。·随后对100％清洁木材厂原料进行了试验，但没有排放监测。·使用蓝松和清洁木材原料进行的两次支撑试验主要是为了获得炭和水样品，以便与由50:50的蓝松和工程木材混合制成的炭和水进行比较。6.1、空气排放物燃烧处的排放物通过ektimo测定，其如表7所示。表7：空气质量-连续生物质转化器技术气体的火焰燃烧所有单位均为在ntp和3％o2下的mg/m3，除了二恶英为在ntp和3％o2下的ng/m3。*基于“环境保护(清洁空气)规定2010”附表3及附表4。对于本试验中监测的一系列空气质量参数，其结果是非常积极的，因为所有的都远低于第6组标准，除了50:50laminexblue的hcl达到了第6组的限值以及100％blue的h2s超过了第6组的限值。然而这个结果值得怀疑，由于在同一天50％blue的值被记录为0.46mg/m3。对于相同的试验条件，表8中给出了使用50:50laminex：蓝松混合物在燃烧处的微量金属排放物的详细分类。表8：燃烧微量金属排放物所有结果均在3％的o2下以mg/nm3表示。这些结果提供了更多的气体清洁燃烧性能的证据。结果符合第6组标准。除砷(0.011mg/nm3)以外的1型金属和除镍(0.0022mg/nm3)和硒(0.0095mg/nm3)以外的2型微量金属均低于检测限。6.2、炭特性试验提供了比较由(1)50:50laminex：h2-f蓝松混合物以及(2)100％蓝松和(3)100％清洁木材制得的焦炭样品性质的机会，以供参考。结果列于下表9中。表9：连续生物质转化器技术炭特性清洁木材括号内的结果来自早期的炭化分析，该炭由相同来源的清洁木材38制得。本试验中注意到以下关于炭的观察结果：·从燃料的角度来看，由废木材原料制成的两种炭就热值，挥发性物质以及碳和氢含量而言，基本上与用清洁木材制成的炭相同。·由废木材原料制成的炭中的微量金属含量略高于清洁木材制得的炭中的微量金属含量，且差异主要体现在锰。·由laminex混合物制成的炭中氮含量明显较高，可能反映了工程化木材原料中较高的氮含量(如尿素)。6.3、水产物该试验提供了比较由以下制得的水产物性质的机会：1.laminex和蓝松混合物(50:50)；2.100％蓝松；3.100％清洁木材供参考。结果列于表10中。样品取自连续转化器，不经过过滤或显着沉降时间；它们可以被视为“原木醋酸”。本试验中注意到以下关于水产物的观察结果：·三种木醋酸的组成相似，没有明显差异。·与由laminex与蓝松混合物(50:50)制成的木醋酸进行比较，清洁木材木醋酸具有非常相似的总的1型和2型微量金属(0.22cf0.27ppm)，略低的总碳氢化合物(0.57cf0.88％)和较高的btexn(12.6cf4.4ppm)。·微量金属含量较低，因此在所有情况下，总的1型和2型的量均低于1mg/l(ppm)。表10：水产物特性除酸和总可回收碳氢化合物用％表示外，其余所有单位均为mg/l(近似ppm)。这些分析是对直接来自转化器的水冷凝物进行的，其在施用于现场之前通过分离任何残余油和焦油进一步精制。在此期间，btexn已被证明是可生物降解的。6.4、微量金属带入(deportment)基于炭、气体和水的相对产率，可以从上面表8、表9和表10中关于炭、气体和水分析计算产物之间的微量金属的分布。已经对laminex和蓝松(50：50)的混合原料进行了计算，因为其是用于对所有三种产物进行微量金属分析的原料。从产物分析中反推，估计的原料微量金属含量如下表所示：表11：原料微量金属含量微量金属在原料中的含量mg/kg(ppm)(干重基)1型3.1ppm2型76.3ppm1型和2型总计79.4ppm在相同的假设下，计算了微量金属至三种副产物的相对带入，并示于下表12：表12：微量金属带入至产物的量占原始原料含量的比例％带入1型2型1型和2型总计至炭96.5％99.93％99.8％至水2.61％0.017％0.12％至气体0.87％0.052％0.08％注意到的关于微量金属携带的结果如下：·1型和2型金属主要报到至炭产物(总计99.8％)。·金属只能通过气相最终进入气体或水产物。1型金属通常比2型金属更易挥发，因此它们较多地被带入至气体和水。即使就1型金属来说，也有96.5％的报到至炭。·这是一个积极的证据对于表明低的气体排出温度不利于来自进料的金属的挥发。即使发生一些挥发，大多数金属报告至水产物，而不是气体。b.污染木质废弃物试验-塑料材料的影响进料准备利用混有不同量塑料材料的木质废弃物进行试验。表13概述了塑料成分。表13：塑料成分木质废弃物也按照申请人以下的进料物规格制备：·总水分含量<15％。·粒度：小于20毫米以及<10％的小于1毫米。将该木质废弃物与清洁木质废弃物混合以产生三种混合物，一种混合物具有3wt.％的塑料材料，第二种混合物具有5wt.％的塑料材料，第三混合物具有7wt.％的塑料材料。试验过程总共进行了六次处理试验，处理速率约为300kg/h，累计操作时间约为25小时。在每次试验中，在转化器3的反应室5中用清洁木材废料稳定运行至少1小时后，每分钟将控制量的塑料材料加入装置的进料斗的计量螺杆中。添加量相当于使得塑料材料占木质废弃物的3wt.％，7wt.％和9wt.％。在试验中发现，在这一系列的塑料添加中，均实现了稳定的操作和有效的碳化。换句话说，塑料材料不会对工艺稳定性产生负面影响。有效碳化碳化(制焦)程度是装置处理木质废弃物的有效性的指标。其原因在于，如果木质素，纤维素和半纤维素有效分解成炭，则生物群不能存活，食品、塑料和纸中的各种有机物也会分解。表14总结了sfcw/木材混合物和100％木材对比例的碳化。表14：碳化结果干燥无灰(daf)热值超过30gj/t是有效碳化的量度。在木质废弃物中向木材添加至多木质废弃物重量7％的塑料不会影响碳化过程(在所有情况下dafcv>33gj/t)。工艺稳定性从试验数据中可以清楚地看出，例如在图5和图6中，在木质废弃物中添加高达7wt.％的塑料(即，高达7wt.％的塑料材料)不会影响工艺稳定性。该装置的控制系统对操作参数进行调整以适应进料特性(组成和填充密度)变化。例如，与100％木材产品相比，含有高达7wt.％塑料的木质废弃物的固体更慢地移动通过该装置，但由于混合物的填充密度增加，净生产率更高。图5和图6是使用0和7wt.％木质废弃物，即100wt.％木质废弃物和具有7wt.％塑料材料的木质废弃物，在反应室长的不同位置进行1小时试验的温度-时间图。从图中可以清楚地看出，相同位置具有相似的温度分布。数据显示了与其他试验相同的结果。温度-时间如上所述，图2显示了具有四种不同进料物的试验的温度-时间分布，每次试验的进料物具有不同量的塑料材料。图2中的四个图用于表示0、3wt.％、5wt.％和7％木质废弃物的试验。如上所述，图2显示每次试验中，进料物的温度在反应室5内8分钟后稳定地增加至约250℃。没有隔离材料的进料物的温度在接下来的4分钟从这一点大致线性地快速增加至600℃。图2还显示了在较晚开始时间温度相似的急剧增加，开始时间是进料物中隔离材料(包括塑料材料)增加的比例的函数。从工艺管理的角度来看，关键因素之一是通过转换器3的反应室5的固体的“温度时间”。举例来说，固体从进料口到焦炭排出口的距离约为4米，装置内固体的总停留时间约为15分钟。在通过反应室5的过程中，首先将固体完全干燥，然后预热并最后在反应器部分中碳化。餐饮废物(300-600℃)中的木材、塑料和其他有机物的有效热分解温度的时间(约5分钟)不会因塑料材料的存在而受影响。温度-时间如下表15所示。表15近似地，并且考虑到图2，前三分之一通过转化器3的反应室5的过程(即1区)干燥进料物(固体达到100-150℃的温度)，第二个三分之一，即2区，预热进料(至250-300℃)，最后一段，即3区，是大部分热化学反应发生的区域，具有反应器中的峰值温度，达到约650℃。产物试验产生了具有商业价值的有用的固体炭、木醋酸(即水基冷凝物)和气体产物。具体而言，试验分析表明，加工7wt.％塑料所产生的气体是清洁燃烧的，所有排放监测参数，除nox和hcl外，远低于澳大利亚epa第6组标准，且在燃烧之前没有气体清洁步骤。有可用于nox和hcl排放的干预措施。结果总结在下表16中。上表中voc和二恶英/呋喃的数据与塑料材料特别相关。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对附图中所示的本发明的方法和装置的实施例进行修改。举例来说，虽然关于附图描述的实施例包括三个平行的可旋转轴17和在轴17上的交错的螺旋给料器19，但是本发明不限于这种布置并且延伸到任何可用于沿着反应室5移动进料物的替代布置，并且不限于该数量的可旋转轴17和交错螺旋进料器19。进一步举例，尽管关于附图描述的实施例包括挤入机21和挤出机23的特定形式，但是本发明不限于这种布置并且延伸到任何可用于将进料物供应到反应室5以及从反应室5排出固体产物的为反应室5提供有效的气体密封的替代布置。进一步举例，虽然结合附图描述的实施例包括用于控制进料物从挤入机21到反应室5的入口41的流动的特定进料组件11，但是本发明不限于这种布置并可延伸到任何合适的替代布置。在整个说明书中，词语“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变型将被理解为表明包括所述的元素、整数或步骤或元素组、整数组或步骤组，但不意味着排除任何其他元素、整数或步骤或元素组、整数组或步骤组。当前第1页12