由废弃物生产燃料气的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及废弃物的处理，更具体地，主要是有机来源的废弃物，诸如生物质、城 市固体废弃物（MSW)、塑料、橡胶等。更具体地，本发明涉及改进将所述废弃物转化成诸如电 力或燃料的有用能源。
【背景技术】
[0002] 家庭废弃物是混合物材料，并且包括：所有食品，同时涵盖动物来源和植物来源的 食品；纸张和植物纤维制成的其它产品，诸如织物；建筑材料，同时包括木材产品和木类产 品、塑料和混凝土；天然高分子材料和合成高分子材料，诸如不同种类的塑料、橡胶、合成橡 胶；金属等。
[0003] 传统上，生活废弃物和工业废弃物被填充到填埋场中。填埋场占用了宝贵的空间， 并产生了既涉及到"视觉污染"也涉及到与废弃物相关的气味的美学问题。填埋场的另外 一个问题是气体、液体或固体形式的有毒的和环境上不可接受的化合物溶解在填埋场中的 液体中。由填埋场中的废弃物所释放的气体，除了导致不希望的气味，可以包括有毒和/或 环境上不可接受的气态化合物（诸如挥发性有机化合物（VOC))将会从废弃物中被释放到 大气中。液体，无论是废弃物的一部分还是通过填埋场的雨水下流所引起的水，将使固体化 合物溶解在填埋场中并且从填埋场中泄漏出，从而同时污染河流和湖泊中的地表水并且可 能渗透到地下水中。
[0004] 为了避免填埋场填满所有可用的空间并且为了避免与其相关联的其它问题，已经 建造了用于将废弃物分类的设备。可回收材料与不可回收废弃物被分离开。可回收材料被 送到设备以回收有价值的材料并回收诸如金属的材料。不可回收材料可被分为可燃材料和 不燃材料。不可燃材料被送到填埋场等，而可燃材料被引入到焚化设备中。在焚化设备中， 可燃物质在高温下燃烧以破坏所有包括有毒的和环境不需要的化合物的温度可降解或可 燃材料。此外，不同的机构被包括在内以避免从焚化设备中排放有害气体。
[0005] 通过燃烧，固体废弃物的体积根据废弃物的组成和燃烧技术而降低了 50 %至 90%。燃烧的热量通常用于区域加热和/或冷却。
[0006] 用于将废弃物分类的技术是众所周知的。通常情况下，废弃物是基于它们的物理 性能诸如磁特性、密度、表面至重量等进行分类。
[0007] 焚化设备也是众所周知的，并且大量的这类设备正在运行。
[0008] 2001年5月12日的EP 1160307(塑料与环境工程有限公司（KUNSTSTOFF-UND UMWELTSTECHNIK GMBH))涉及了一种用于包括天然碳质材料和合成碳质材料的废弃物的热 处理并化学转化以产生进一步使用的燃料气的方法和设备。虽然产物气的组成未被良好确 定，但是产物气似乎包括低级烃、C0 2、C0和氢气的混合物。在本说明书中，低级烃主要用于 包括在环境温度下是气体的烃，诸如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。这指示了，产物气被用于燃气 驱动的发动机或涡轮。然而，明显的是，来自根据EP1160307的装置的气体组成将根据引入 到装置中的废弃物的实际组成而发生变化。这样的变化虽然使气体不适合于现代高效率的 燃气涡轮，但是对效率比现代燃气涡轮低得多的燃气驱动的发动机是可接受的。没有其它 潜在的用途被指示用于产物气。
[0009] 本发明基于EP1160307,其中，它使用了其中所描述的用于有机化合物的裂解和热 解的核心技术。本发明针对允许获得经调整而适应预期用途的具有预定组成且具有沃泊指 数（WOBBE index)(沃泊指数=热值八气体比重Γ2)的产物气的改进。预定组成主要包括 C0、0)2和低级径，而沃泊指数随着时间推移基本上恒定。
[0010] 尤其是当所产生的气体的预期用途是作为燃气涡轮的燃料时，重要的是确定满足 现代高效率燃气涡轮的要求的恒定的沃泊指数，即沃泊指数中的波动在10分钟的时间内 小于2%。所产生的气体的组成具有高的氢气含量，从而产生高温火焰，使得保持沃泊指数 基本上恒定是特别重要的。
【发明内容】
[0011] 根据第一方面，本发明涉及一种用于包括天然碳质材料和合成碳质材料的废弃物 的热处理和化学转化以产生用于进一步使用的燃料气的方法，该方法包括以下步骤：
[0012] a.通过干燥或者将水或蒸汽引入到碳质材料中，将碳质材料的湿度调节至预定水 平，
[0013] b.将保持湿润的碳质材料引入到热解裂解反应器中，在热解裂解反应器中热处理 该材料以产生原料热解裂解气和碳质固体剩余物，
[0014] c.将蒸汽和来自步骤b)的碳质固体剩余物引入到转化单元中，以引起其中的固 体碳质材料部分气化以产生合成气和固体剩余物，该合成气包括氢气、CO和CO 2，并且被排 出并引入到第二洗涤区域中，而该固体剩余物被排出用于进一步处理或丢弃，
[0015] d.将来自步骤b)的原料热解裂解气引入到第一气体净化单元中，在第一气体净 化单元中气体被分离成第一轻油部分和洗涤过的原料气部分，该第一轻油部分在大气压下 具有170°C至350°C的沸点范围，而该洗涤过的原料气部分主要包括H、C0、CO 2和沸点范围 低于170°C的烃，
[0016] e.将洗绦过的原料气部分引入第一气体分离单元中，在第一气体分离单元中，该 原料气被分离成富氢气体部分和低氢部分，
[0017] f.将低氢部分引入到转化单元中以与其中的固体一起进行转化，
[0018] g.将富氢气体部分引入到第二分离单元中，其中，步骤c)的富氢气体部分和合成 气被分离成第二轻油部分和合成气部分，该第二轻油部分在大气压下具有100°C至200°C 的沸点范围，而该合成气部分通过合成气管线被排出，
[0019] 该方法还包括：
[0020] h.将来自步骤d)的第一轻油部分回收到热解裂解反应器中。
[0021] 反应器中所产生的裂解气的后处理和转化单元中的转化对获得足够量的燃料气 是必要的，该燃料气具有足以用于预期目的的足够高的沃泊指数，诸如用作燃气涡轮的燃 料气。
[0022] 根据一个实施方式，来自步骤g)的第二轻油部分与第一轻油部分被一起回收到 热解裂解反应器。第二轻油部分优选通过使轻油暴露在额外的热解裂解循环进行回收，以 降低或消除这种轻油在所产生的燃料气中的存在。
[0023] 根据一个实施方式，将第一轻油部分和第二轻油部分引入到裂化单元中，在该裂 化单元中轻油的一部分被裂化，并且，在该裂化单元中裂化产生的气体被分离成第三轻油 部分和裂化气体部分，该第三轻油部分被引入到热解裂解反应器中，而该裂化气体部分主 要包括H、C0、0) 2并且通过裂解气管线排出并引入到第一净化单元中。在回收裂化后残留 的轻油之前，将第一轻油部分和第二轻油部分引入到裂化单元中来对分解轻油是有效的， 以通过添加额外的除去或减少轻油的步骤来提高除去轻油的效率。
[0024] 根据一个实施方式中，合成气管线中的燃料气流被引入到0)2捕获单元中以将CO 2 的至少一部分与所产生的燃料气分离开。通过将〇)2的至少一部分与燃料气分离来提高所 产生的燃料气的热值或沃泊指数。此外，捕获〇) 2导致来自设备的CO 2排放降低，并且捕获 CO2能够安全地进行沉积或者被用作油气领域中的压力支持（pressure support)。CO 2捕 获的速率也可被调整，以允许调整沃泊指数来避免沃泊指数中不需要的波动。
[0025] 可控制转化单元中的转化，以稳定所产生的燃料气蒸汽的沃泊指数。通过调整转 化单元中的温度、通过调整引入到转化单元中的蒸汽的量以及通过调整从第一分离单元引 入到转化单元中的气体的量可以调整上述转化。
[0026] 上述的方法，其中，将进入的废弃物分级成具有不同热值的部分，并且其中，这些 部分以各比例再混合以使得输入到热解裂解反应器中的废弃物具有基本上稳定的热值。调 整待处理的进入的废弃物是调整所得气体的沃泊指数的额外方式。
[0027] 根据一个实施方式，进入的废弃物在进行分级之前进行蒸压处理。在蒸压处理期 间，废弃物经受不同的过程，以除去来自废弃物的气味、降低废弃物的体积，并且由于废弃 物中的不同组分变得更加彼此分离而使得分类过程更容易。
[0028] 根据第二方面，本发明涉及用于执行上述方法的设备，该设备包括：废弃物入口； 热解裂解反应器，用于热处理废弃物以产生裂解气和固体剩余物；转化单元，用于气化来自 反应器的固体剩余物的至少一部分；第一气体净化单元，用于将热解裂解反应器中产生的 气体分离成第一轻油部分；轻油回收管线，用于回收来自第一气体净化的轻油；和洗涤过 的原料气管线，用于将原料气从第一气体净化单元引入到气体分离单元中；气体管线，用于 将分离单元的低氢部分引入到转化单元中，和