[发明专利]通过气化处理废物的方法和装置

说明书

本发明涉及一种通过气化处理废物的方法和装置，更具体地说，涉及这样一种处理废物的方法和装置，即通过在较低温度下气化，然后在较高温度下回收废物中处于可循环的状态下的金属或灰分(ash content)，以及可用于合成氨(NH₃)的含一氧化碳(CO)和氢气(H₂)的气体。

氨(NH₃)是一种化学工业的基本原料，它是大量生产硝酸和多种化肥的原料；包括硝酸铵、硫酸铵和尿素；丙烯腈，己内酰胺等。氨是在催化剂的存在下，由氮气(N₂)和氢气(H₂)在高压下合成的。氢气(H₂)既可以通过天然气或石脑油的蒸汽重整，也可以通过部分燃烧，即烃类，如石油、煤或石油焦的气化来得到。

迄今，通常采用焚烧方法来处理包括城市垃圾的有机废物，包括纤维增强塑料(FRP)的塑料废物、生物废物以及汽车废物，从而减少其体积，或者将有机废物以未经处理的状态抛弃在掩埋场地中。

然而，少量有用的资源已经从有机废物中得到回收，并且用于重复使用——无论是用于直接的还是间接的应用。

作为氨(NH₃)的一种原料的氢气是从天然气、石脑油、石油、煤、石油焦中获得的。由于这些原料中的大多数依赖于从国外进口，因此，渴望能获取廉价的且在我们自己国家中能得到的原料。

另一方面，固体废物的焚烧已经成为有害，理由如下：

迄今，采用一台加煤加热炉或者是一台流化床加热炉来进行废物焚烧。然而，就环境保护或者就资源或能源的重复使用而言，这种焚烧是有问题的。更具体一些，由于高气率(air ratio)，大量废气被排出了，而有毒的二恶英(dioxins)包含在废气之中。另外，从加热炉中排出的金属不适于重复使用，因为它们被氧化了，而掩埋场地变得一年比一年缺乏。最近，采用灰熔设备的废物处理设备的数目在增加，然而，所碰到的问题是这些废物处理设施的建设费用和/或操作费用。再有，目前正在发展一种有效地利用固体废物能量的趋势。

由于缺乏掩埋场地，将固体废物以未经处理的状态倾倒在场地上已经变得更加困难，从环保的观点来讲，这也已经不能允许。因此，象报废汽车的粉碎机粉尘这样的固体废物，已没有场地可用来将它们处理掉。

因此；本发明的目的是提供一种通过气化处理废物的方法和装置，该方法和装置能回收废物中的资源，为资源的分离和再使用开辟了一条道路，能通过部分燃烧产生具有用作氨合成气体所要求组分的合成气体，能解决由于焚烧或倾倒有机废物所造成的种种问题，还能获得用于氨合成的低成本氢气(H₂)。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种通过气化处理废物的方法，该方法包括以下步骤：在较低的温度下，在流化床反应器中气化废物；将在流化床反应器中生成的气态物质和焦炭引入高温焚烧炉；且在较高的温度下，在高温焚烧炉中生产合成气体；冷却(quenching)在高温焚烧炉中生成的合成气体；将合成气体中的CO和H₂O转化为CO₂和H₂；且通过去除CO₂从而回收H₂。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过气化处理废物的装置，该装置包括：在较低的温度下，气化废物以生成气态物质和焦炭的流化床反应器；在较高的温度下，由气态物质和焦炭生产合成气体的高温焚烧炉；装有水且用于冷却合成气体的冷却腔；用于将合成气体中的CO和H₂O转化为CO₂和H₂的转化器；以及一个用于吸收CO₂从而回收H₂的吸收器。

在流化床反应器和高温焚烧炉中的气化步骤可以在10至40atm的压力范围下来进行。被回收的H₂可以被用来生产氨。

该方法可以包括将空气分离成氧气和氮气的步骤，被分离出来的氧气被用来作为在流化床反应器和高温焚烧炉中的气化剂，而被分离出来的氮气则被用来生产氨。

在流化床反应器的流化床中，较低的温度在450-650℃的温度范围内，而在流化床反应器的净空(freeboard)中的温度在600至800℃的范围内。

在高温焚烧炉中，较高的温度是1300℃或更高。