[发明专利]使用金属熔池的方法及其装置

说明书

相互对照的相关申请

本申请要求2005年4月12日提交的美国临时申请第60/670,332和2006年4月10日提出尚未分配申请号的美国专利申请的优先权。

背景技术

有机和无机材料可以通过各种方法转化为玻璃化材料和CO与H₂的合成气体混合物(通常称为“合成气”)。将所述的材料转化为具有较高价值，有利于使用的产品(如将大量的城市固态垃圾转化为相对较小体积的难浸出的玻璃质材料和金属，和巨大体积的含显著BTU值的合成气)是所期待的。

过去已经尝试将废料及其他有机材料转换为合成气。这样的方法包含有机材料的蒸汽转化，其需要大量能量输入。其它的方法包括利用金属熔池或使用等离子体技术。气化这样的原料的最大问题是原料具有不可预知的特性(例如；原料的化学和物理特性可以在短时间内明显改变)。

虽然许多这样的尝试在技术上看来似乎已经成为可能和/或也许已在中间试验规模演示中获得了成功，但是由于困难在于以经济的手段处理材料，操作可靠性，温度的控制及其他关键过程变量，如氧气和蒸汽的输入量等，导致这些技术仍不允许在适当规模或商业过程运用。这迫切需要一种在商业上可行的方法，用于将大体积(如数吨/小时)的有机或无机材料转化为具有足够BTU值以进行商业使用的合成气，和可供使用(或至少环境友好)的玻璃质材料。

发明概述

本发明提供在具有一个或多个入口和出口的、且部分填装有熔融金属和玻璃质材料的耐火材料衬里的容器中，转化包含有机和无机组分的原料以提供制备合成气的方法和装置。通过部分氧化原料中的有机组分和从原料的无机组分中回收玻璃质材料和金属来形成合成气。该方法包括(1)提供一种或多种原料，其中空气已从原料中被排出并且分析原料获得热值；(2)将原料直接供给到熔融金属中；(3)监测熔融金属、玻璃质材料、合成气的组成以及反应器温度；(4)注入氧气、蒸汽和/或共同供给一种或多种比所分析的原料具有更高热值的附加原料，注入的量取决于分析和监测的结果；和(5)从反应器中连续移除合成气以及定期除去金属和/或玻璃质材料，图1是全过程示意图，在下文中有更充分地描述。

本发明也提供一种用于处理有机和无机原料的装置，包括(1)耐火材料衬里的容器，其具有一个或多个入口和一个或多个出口并适合熔融金属的容积；(2)原料预处理单元(如干燥器和粉碎器)；(3)用于在原料注入容器之前对其进行连续分析的分析仪；(4)用于将排出空气的原料注入容器的注射器；(5)用于监测金属、玻璃质材料和合成气组成的监测器；(6)位于预定水平高度上的将水蒸汽注入容器的注入器，包含的熔融金属在所述预定水平高度上方；(7)位于预定水平高度上的将氧气和辅助原料(co-feed)注入容器的注入器，包含的熔融金属在所述预定水平高度下方；(8)用于基于所述的分析仪和监测器的结果，调节水蒸汽、氧气、以及辅助原料注入量的控制器；和(9)容器中用于连续移除合成气的出口。

附图简述

图1是本发明用于处理废料方法的流程图，包括本发明优选特征。

图2是本发明的一个实施方案中供料装置的示意图。

图3是本发明的另一个实施方案中供料装置的示意图。

图4是用于本发明的通入反应器的物料供给装置和优选反应器结构的示意图。

图5是反应器中的化学区域的示意图。

发明详述

本发明提供在耐火材料衬里的容器(如下文描述)中，将一种或多种包含有机和无机组分的原料进行转化，在运转时，该容器部分地填充有熔融金属和玻璃质材料。对原料进行分析和挑选，目的是得到理想产量的通过部分氧化原料的有机组分而形成的合成气，并从原料的无机组分中回收玻璃质材料和金属。

其中合适的原料是废料例如城市固体废弃物(MSW)，垃圾衍生燃料(RDF)，包括基于城市固体废弃物的垃圾衍生燃料、建筑和拆卸废料(C&D)、废水淤泥、废轮胎、废塑料、医疗垃圾、废油、以及其它非废料如煤或石油焦。最优选的是城市固体废弃物、垃圾衍生燃料和其它材料，这是因为通过本发明的操作可以将上述材料中的碳、氢和氧组分有效地转化为合成气。本发明的优点在于最适合对固体原料进行处理，虽然非固体材料(如半固体混合物和液体原料)也可能适合进行处理。

许多这样的原料(如城市固体废弃物)具有多变的组成和外部形状。依照本发明，所述的原料在被注入反应器之前要进行预处理和分析其热值。