碳化和热解方法及系统与流程

本发明涉及通过组合的高温碳化和热解将含烃材料或产物(特别是废物)转化成其组成元素或小分子。在下文中，该转化方法和系统也被称为prowaste。术语碳化：对煤、木材、生物质、纸张、塑料和其它烃或含烃的大多数固体、材料或物质进行缺氧加热，使得所有挥发性元素被释放，蒸发或分解为蒸发的分子，从而留下碳灰物质。热解：将烃缺氧加热到将较长分子分解成挥发性组分和/或将挥发性组分分解成短链分子或组成元素的温度。

背景技术：

1、许多热解和碳化工艺已经存在或在公共领域中被描述。为了描述prowaste的区别，这些现有技术工艺基于共同特性来描述，这些共同特性将这些现有技术工艺或方法以它们不用于prowaste工艺的不同方面进行分组。

2、·存在现有技术的热解工艺，其是基于一定量的材料从其起始成分至最终或半最终结束状态的分批处理，并且在处理期间没有新材料进入该工艺。

3、prowaste工艺的特征在于连续或半连续的塞流，其中新材料在反应通道或竖井的一侧连续或间歇地进料到工艺中，而残余物在通道或竖井的另一侧连续或间歇地离开工艺。

4、·存在现有技术的热解工艺，其中空气或氧气被允许进入或直接注入工艺中、与热解和碳化物质直接接触，以便部分焚烧热解和碳化物质，从而提供必要的热量。这导致特别是碳化物质的碳部分的部分焚烧。

5、prowaste工艺的特征在于，加热所需的热量通过传导和辐射从形成容纳竖井或通道的材料间接地添加到热解-碳化工艺中，在该容纳竖井或通道中进行热解-碳化工艺。此外，将氧气或空气以氧气不能到达碳化物质的固体部分的方式在碳化工艺下游添加到热解气体中。

6、·存在现有技术的热解工艺，其中通过容纳工艺物质的容器的壁间接地添加热量，

7、其中该通道或容器或者至少容器的热交换部分由金属制成。这些工艺的特征在于相对低(低于500℃)、中等(高达700℃)或中高(高达900℃)的热解温度，使得许多较短或持续的烃链保持原样。

8、prowaste的特征在于，使用耐火材料来形成热解/碳化竖井或通道，从而产生将碳化物质的温度升高至900℃以上，更具体地升高至约1150℃的温度的可能性。prowaste进一步的特征在于，在热解气体离开耐火结构并因此离开工艺之前，通过向热解气体添加氧气或含氧气体，通过部分燃烧将热解气体的温度升高至甚至更高的温度，例如1500℃或更高。

9、·存在现有技术的热解工艺，其中通过与热解和碳化物质混合的附加介质将热量添加到热解和碳化物质。这种介质可以是像沙子一样的细粒的，或者可以是由卵石或陶瓷或金属球组成的粗粒的。这种附加介质在单独的隔室或炉中在与热解和碳化物质直接接触的外部被加热，并且被再循环或被一次性处理。

10、prowaste工艺的特征还在于，加热所需的热量通过传导和辐射从形成容纳竖

11、井或通道的材料间接地添加到该工艺中，在该容纳竖井或通道中进行该工艺。·存在使用螺旋钻反应器的现有技术的热解工艺，其中螺杆或其它输送机构驱动热解和碳化物质通过管道或通道，从外部加热或通过与如上面描述的附加介质混合进行加热。

12、prowaste的特征在于塞流式反应器，其中热解和碳化物质从一端被推动通过，无论是否由重力辅助，但在反应器本身内没有输送机构。其特征还在于以下事实，碳化物质的体积可以在碳化工艺期间减小，但是通过向工艺中添加新的材料来连续填充体积损失，使得通道或竖井保持完全填满。这可以导致碳化通道的入口侧的较高的塞流速度和通道的下游区段中的较低的塞流速度。

13、·存在现有技术的热解工艺，其使用(不同形式的)流化床反应器，如鼓泡床反应器、混合床反应器或气流床反应器。这些类型的反应器产生快速混合条件和快速热和气体交换。它们利用反应器中气体部分的高流速，并且具有短的停留时间和/或高的再循环倍数。然而，它们在固体物质颗粒的尺寸和重量范围以及尺寸和重量分布方面具有严重的局限性。流化床反应器难以处理较大和较重的部分，特别是在具有较轻部分的混合物中以及当较重部分在工艺期间不分解时。

14、prowaste的特征在于塞流式反应器，其中混合固体物质被引导通过反应器，在反应器中，通过辐射和传导产生的热交换是缓慢的。prowaste进一步的特征在于低的气流速度，并且特别能容忍所供给的物质中固体部分的尺寸和/或重量的不均匀分布。

15、·然后，存在热解更多的流体或(半)液体材料或混合物(通常含有更大量的水)的现有技术工艺。这些类型的热解反应器通常是管道反应器，并且通常在高压下。

16、prowaste的特征在于，在接近大气压力下，在一个或多个竖井或通道中的干燥或半干燥固体材料流。

17、·大多数现有技术工艺的共同之处在于热解气体达到的最高温度接近或等于工艺中固体部分内达到的最高温度。

18、prowaste的特征在于，热解气体部分在离开碳化通道之后的显著的温度升高。固体碳化物质的最终和/或最高温度以及热解气体的温度分布都被控制在很大程度上独立的预先选择的窄温度带内。

19、现有技术的另一组工艺是用于炼焦的工艺。事实上，对于钢铁工业实施的炼焦可以被认为是热解和碳化炼焦煤，从输入的煤中释放所有挥发物。它们类似于prowaste工艺，因为它们使用耐火构造来加热煤体，并且它们达到固体物质(焦炭)的约1150℃的高的最终工艺结束温度。两种形式的炼焦被广泛使用：

20、·副产物炼焦，其中煤在窄的矩形室中而不是在通道中分批热解，并且其中热解气体(焦炉煤气)相对冷地离开碳化物质(取决于工艺的阶段)，并且在离开焦化室之后立即淬火。

21、·热回收炼焦，其中煤在大部分非常大的室中分批热解，也不是在通道中，并且其中空气被允许部分地进入焦化室中，部分地进入焦化室周围的燃烧通道中，并且其后部分地使得所有热解气体(焦炉煤气)被燃烧。所产生的过量热量随后被引导到蒸汽锅炉以产生高温蒸汽。

22、与它们的应用分开，这两种工艺与prowaste工艺的不同之处在于这些工艺是分批的，热解/碳化煤体在工艺期间在室中保持静止，而不是移动通过通道或竖井。副产物炼焦的不同之处还在于，焦炉煤气在离开焦化室之后立即淬火。热回收炼焦的不同之处还在于，所有的焦炉煤气在离开工艺之前都被完全焚烧。

23、·在炼焦中，还提出竖井式反应器焦化配置，但从未得到(广泛或持久的)应用。当回顾该领域中的所有专利时，这些工艺与prowaste的不同之处在于，这些工艺是分批执行的，而不是在塞流中(半)连续地执行，或者在于产生的废气被直接导出反应器或在反应器内完全焚烧，或者在于竖井以组合操作交替操作而不是独立操作，或者在于“竖井”就其截面而言更像平的竖直室，或者在于这些方面的组合。

24、相反，除了不同的应用领域之外，prowaste的特征在于通道、竖井或隧道，其中材料被连续地处理，具有连续进料和连续卸载，并且其中单个通道可以独立地操作，而与更多或相邻通道的存在无关。此外，prowaste的特征在于热解气体在该工艺中仅部分燃烧，但使气体的热值的50％至75％不受影响。

技术实现思路

1、本发明提供了一种工艺并描述了可能的实施例，用于处理生物质、来自其它工艺的含烃残留材料、含烃的寿命终止的组分、制品或产品和/或各种(半)干燥废物流(包括纸和(热塑性和热固性)塑料)以及提及的材料的任何混合物，包括无论什么情况下存在的任何污染物，如金属或金属零件、玻璃、沙子、石头、石膏等。下面的描述给出该工艺的建议实施例。