城市固体垃圾的处理方法和装置及由此产生的生物材料的制作方法

专利名称：城市固体垃圾的处理方法和装置及由此产生的生物材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的生物材料产品的处理方法，尤其涉及对从城市固体垃圾(MSW)处理中获得的副产品(bi-product)所形成的生物材料的改进；本发明还涉及一种改进的生物材料产品的生产装置和由此生产的生物材料。所生产的生物材料产品特别适合用作发电、气化、医院、工业采暖和家庭采暖的燃料。所生产的生物材料产品还适合用作矿物燃料的替代燃料，或者用作比如由粉碎的干木料和/或草料形成的标准生物材料的替代燃料。
背景技术：
焚烧是城市固体垃圾(MSW)处理的已知方法。城市固体垃圾通常包诸如纸、蔬菜、食品、橡胶、织物、木料、皮革、塑料、玻璃和金属类的废弃物，或者还包括商店例如快餐店的废弃物，其主要包括食品、塑料和纸的混合物。城市固体垃圾的燃烧产出热量，该热量比如可用于发电。但是，燃烧必然产生灰烬和有害烟尘，这些灰烬和有害烟尘必须被抑制和进一步处理，以使其能安全排放。
现在许多政府都对燃料的燃烧进行限制，以严格控制进入环境的有害物质量。因此需要一种能分离并由此回收有机物和无机物的城市固体垃圾处理方法。之后所分离的经进一步处理的有机物可作为燃料以对环境比较友好的方式燃烧。
已知分离有机物和无机物的传统方法是用水和/或蒸汽将城市固体垃圾浸透，同时加热和旋转城市固体垃圾，促使其中的有机物浆化。之后经过筛处理后的有机物从垃圾中的无机成分中分离出。此类处理方法的实例在US5190226和US5556445中有描述。但是，此类已知处理方法中的浆化有机物含水35％到70％，其相当潮湿，因此需要进一步处理来减少含水量，以使浆料适用于堆肥或用作燃料。再者，浆料中还包括一些非可燃性物质如金属、碎石、玻璃等，且可燃性有毒物质如塑料和橡胶的大小也可以使其穿过筛孔并回收到有机物中。此类非可燃性物质和有毒物质的存在降低了由所回收有机物生产的生物材料的价值，因为此类燃料的燃烧仍然导致一些有害气体和烟尘的产生，降低其潜在的能量密度。
国际专利申请No.WO03/092922公开了一种处理城市固体垃圾的改进方法，其产生的有机浆料含水达15％，极适合经进一步处理用于生产燃料或堆肥。但是，所述改进的有机浆料仍需要通过滚筒筛的筛孔与无机成分分离，并且仍含一些无机和有毒成分。
已知的空气分选器是利用两股气流基于物料的密度来分离物料的。一个已知的系统由EP0982082(Beloit Technologies公司)公开。在前述系统中空气经一个朝大气开口的垂直分选室吸入。将预分选物料导入上升气流中，低密度物料随上升气流升起，同时较重物料落入分选器底端开口。物料的松散由一高压气流喷嘴来实现，其将物料打碎并在上升气流中分散。该系统特别适于分离目屑，其中高密度木节经上升气流下落，而低密度木屑则被吸出分选室。但是，该系统用于分离城市固体垃圾并不理想。这是因为城市固体垃圾包含如玻璃碎片类的物质，其虽具有较高密度，但还具有较大的截面积，这就使其被高压射流所捕获并被迫上升，而并非向下落入出料口而收集。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种处理在城市固体垃圾加工过程中分离的有机浆料的方法，其至少产生一种高质量的生物材料，该生物材料包含较少的非有机物和有害成分，并且在燃烧过程中有毒排放得到改进，灰烬量减少，同时保持较好的热值。
根据本发明的第一个方面，提供一种处理从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料并减少污染物含量的方法，该方法包括以下步骤将从城市固体垃圾中得到的混合生物材料流给入在负压下工作的负压涡流分选器的第一入口；使所述混合生物材料以物料幕的形式从第一入口经涡流腔落入涡流分选器的第一出口；引导唯一的气流从涡流分选器的第二入口经涡流腔流入涡流分选器的第二出口；导向所述气流在涡流腔中穿过下落的物料，并在其中携带所述物料，在涡流腔中产生旋转混合生物材料的涡流，借助离心力的作用分离出较重物料；
所分离较重生物材料继续下落进入所述第一出口，并收集在受料仓中；和将所述携带的生物材料改变方向至所述气流的所述第二出口。
所述气流引导步骤包括以低速引导的步骤。导向所述气流携带生物材料的步骤包括在所述涡流腔中加速气流。
所述处理方法包括将所分离较重生物材料用所述气流进行气洗的步骤，所述涡流的向下流分离出其中生物材料的轻组分。并经气流改变方向所述分离出的轻组分至所述第二出口。
所述引导气流的步骤包括将气流从涡流分选器中吸出，且所述导向步骤包括以基本与下落物料幕相反的方向导向气流。
可以调节下落的混合生物材料幕和/或导向气流以选择从混合生物材料中分离出的物料的密度。
根据本发明的第二方面，提供一种处理从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料并减少污染物含量的方法，该方法包括以下步骤将从城市固体垃圾中得到的混合生物材料流给入正压密度分选器，导向气流在密度分选器穿过混合生物材料，以携带所选出的轻组分，并将此轻组分移至密度分选器的第一出口，并收集余下的生物材料，将其送至密度分选器的第二出口，收集在受料仓中。
气流被倾斜地导向所述改变方向的生物材料，另一实施例中输送步骤由正压输送气流来执行。
该处理方法还可包括在输送气流中分散和分离混合生物材料成分的步骤。
所分离的轻组分可为塑料，并可通过调节温度和/或密度分选器中的气流进一步被分离成不同的组分。
该处理方法可包括在旋流器中将灰尘从分离的轻组分中分离的步骤。
该处理方法可包括将所述分离的灰尘导向滤尘器的步骤。
该处理方法可包括将所述轻组分从旋流器引导到受料仓和/或正压密度分选器中。
在供给前，可筛分从混合城市固体垃圾得到生物材料，以便除去其中尺寸大于50mm的组分，更优选地是除去尺寸大于10mm的组分，最优选地是除去尺寸大于3mm组分。
根据本发明的第三方面，提供一种处理从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料并减少污染物含量的装置，其包括一具有至少一个入口和两个出口的正压涡流分选器，所述入口可以接受从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料；至少一个物料输送管使所述混合生物材料以物料幕的形式从第一入口落入第一出口，并收集在受料仓内；在所述物料输送管内有一涡流腔；给入唯一气流的装置，导向所述气流在涡流腔中穿过下落的物料幕，将所分离的生物材料较轻组分在气流中改变方向至所述第二出口；保持所述物料输送管为负压的装置。
供气装置至少将部分气流导向穿过所述涡流腔的所述物料下落流。
所述将所述物料输送管保持在负压下的装置至少包括一个在所述入口和/或第一出口处的气闸。
所述将所述物料输送管保持在负压下的装置至少包括将所述气流吸入涡流分选器的导入装置。
该装置还包括调节物料输送管、涡流腔和涡流腔中将轻物料改变方向至第二出口的一出口中至少之一的几何形状的装置。
根据本发明的第四方面，提供一种处理从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料并减少污染物含量的装置，其包括一个正压密度分选器，该密度分选器具有至少一个入口和两个出口，该入口可以接受从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料；至少一个输送管使所述混合生物材料导向至第一出口；给入气流的装置，导向所述气流穿过物料流，将所分离的生物材料较轻组分导向至所述第二出口。
该装置包括一正压输送系统，导向混合生物材料穿过密度分选器，而该密度分选器包括至少一个可调通道，以各自改变生物材料流的流向。该密度分选器还包括随其变向在从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料中导向气流的装置。
该装置包括接受所述气流的第二入口，和至少一个气流输送管，以便倾斜地导向所述气流在从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料中。
密度分选器还包括可调输送管上端的一个分散室，还包括在所述可调输送管下端导向气流穿过余下的生物材料的装置。该密度分选器位于所述涡流分选器第二出口下游。至少一个风扇提供正压输送系统用以穿过正压密度分选器输送从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料。还具有至少一个旋流器，其具有一个与负压分选器的第二出口或者密度分选器相连的一个空气入口，和至少两个旋流器出口，旋流器出口中的第一个与正压密度分选器和/或受料仓中的一个相连，以收集改进的生物材料。
根据本发明的第五方面，提供一种作为该处理方法终端产品的改进生物材料产品，该处理方法可减少从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料中的污染物。
该改进生物材料产品可作为燃料使用，其总热值在13-16Kj/kg和/或总水分小于17％，和/或灰分量小于16％和/或氯含量小于0.3％。该处理方法还生产出副产品如玻璃、橡胶、塑料和非可燃物料，其中每种副产品都可被再次利用，和/或经进一步处理形成深加工产品，或经混合形成低档燃料。


参照附图以例举方式对本发明的具体实施方式
进行描述，其中图1为根据本发明第一实施例的生产改进的生物材料的装置构成透视图；图2a为图1所示负压涡流分选器的截面视图；图2b为图2a所示涡流分选器的放大视图；图3为图1所示正压密度分选器的截面视图。
具体实施例方式
根据第一实施例本处理方法的起点是提供一种粗混合生物废料2，该粗生物废料为城市固体垃圾(MSW)处理的终产物，其包括大小小于50mm的有机浆料、以及无机物和有害成分。此类高品质生物材料为国际专利申请No.WO03/092922中所述处理方法的最终产物。
参照图1，将混合生物材料2给入流程中的储料斗4。控制一定速度将混合生物材料2从储料斗4给入，并经传送带6送入给料斗8。混合生物材料2经给料斗8出口处的旋转阀10给入负压涡流分选器12(下文作进一步说明)。在流程的该步骤将可燃物料与较重的非可燃物料分离。从而从混合生物材料2中分离出的较重的非可燃物料经旋转阀16排入受料仓14中。该处理流程所需的引导气流由风扇18提供。
之后气流将余下的混合生物材料2从负压涡流分选器12导出进入传输旋流器20。在此产生的涡流将灰尘从混合生物材料2分离出，并经出口22将灰尘排入滤尘器24。余下的混合生物材料经过排出旋转阀26排出，并通过分流阀28经传输风扇34提供的推进气流将其送入受料仓30或者送入正压输送系统的输入接点32。混合生物材料被收集或者经正压输送系统送入正压密度分选器36(下文作进一步说明)。正压密度分选器36特用于取出混合生物材料中的大片塑料，使余下的混合生物材料、即生成的高品质生物材料产品经旋转阀38进入受料仓40。该处理过程所需的第二气流由风扇42提供。移除此类较重塑料降低含氯量和其他有毒排放，从而提供一种对环境比较友好的高品质生物材料产品。
分离出的塑料片从密度分选器36送出进入高效旋流器44，在该旋流器中塑料与输送气流分离，并经旋转阀46被排入受料仓48中。将分离出的气流导入滤尘器24中，滤尘器为一个织物过滤器。过滤后的空气经排出风扇50排出，同时滤尘器24收集的灰尘经旋转阀52排出到储料斗(未示出)中并给入储存罐或者返回到燃料产品中。
如图2所示，在负压涡流分选器12中，混合生物材料2经旋转风闸10进入可调布料板72，其将单个垃圾流转换成均匀的物料带1，该物料带以连续的垃圾幕落在接点74示，进入旋风涡流腔75，并随后进入气洗柱76。
负压涡流分选器12在负压下工作。一定量的受控气流78经一系列可调进气口80经风扇18吸入分选器12，进气口可包括一过滤器，并设计成能产生可变速剖面。气流78向下进入分选器12至接点82，随即转向180°，后以低速流动，在该实施例中，其速度在5到15ms，以与物料带1相反的方向向上穿过风洗柱76进入涡流腔75。涡流腔75的几何形状、进入涡流腔的气流和下落物料带的设计形成一物料涡流3，其在涡流腔75中旋转。这就离心出较重物料和团聚产品5，并使气流加速以使分离出的轻物料7以接近20ms的速度随气流经加速腔84流出，之后经一弯曲进入输送管86。同时较重物料和团聚产品5在重力的作用下落入保持负压的气洗柱76，并导致余下的轻物料产品9减速，转向180°从产品流柱洗出并被夹带入气流78中，随后向上返回气洗柱76中，从加速腔84排出。团聚废料5的较重成分继续落入气洗柱76，并从气洗柱经旋转阀16排入受料仓14。旋转阀16和10使分选器在负压下工作。
通过经调节器87、89来增加或者降低宽度和角度从而调节气洗柱76的几何形状来控制分离效果，和/或通过调节气流78、78′的速度和/或调节涡流腔75的几何形状来控制分离效果。
如图3所示，在正压密度分选器36中，来自传输旋流器20的混合生物材料以预定速度穿过输送管86进入垂直管88，随后进入可调分散室90。分散室90用于在传输气流中分散和分离混合生物材料。被分离的混合生物材料随后通过可调环面92，在此发生初次分离，混合生物材料的轻组分转向180°，并向上通过第二环面94，从套管96排出。因此混合生物材料的轻组分被第二气流102向上传送吹出密度分选器36。较重组分向下滑过锥体98，落入第二分选室100。随着较重组分落入第二分选室100，第二气流102以反向向上吹入第二分选室100，从而分离出不能在可调环面92转向180°的任何较轻组分。这样，分离的较轻组分就与原先的轻组分混合从套管96排出。余下的较重组分从第二分选室100向下运送经旋转阀从基座104上的锥形料斗99排出。
风扇42提供的第二气流102在106处供给入系统，随后经过一系列的室108、110以预定速度到达第二分选室100的基座的112处。
环面92的大小经借助螺栓114升起和降低分散室90来进行调节。环面94的几何形状通过用一个较大或较小部件118(如虚线所示)替换分散室90来进行调节。第二分选室100的大小通过用一个较大或较小部件替换内套筒116来进行调节。
在密度分选器36中，较轻组分和塑料离开套管96被运送到旋流器44中。
对从上述实施例1和2得到的最终燃料产品混合物，即最终的高品质生物材料产品进行化学燃烧分析显示，与表1所示的处理方法始端的混合生物材料相比较，其污染物和潜在有害成分大幅减少，同时所得产品具有高热值。
表1


因为塑料的去除热值略有降低，而塑料具有较高热值。因为塑料污染物的减少使环境污染物明显减少，比如氯。
另外生成的高品质生物材料产品与矿物燃料如煤比较对环境更友好，且与环保机构为电站所制定的限制相比较燃烧生物材料以获得政府可再生义务证书(ROCS)。测试结果如表2所示。
表2

可选择地，通过调节密度分选器36的调节装置可以生产较低品质的燃料产品。此类燃料产品适合用于气化器、水泥和造纸业，低档次的生物材料产品可以用于燃煤电站、社区和工业采暖，并可以经混合生产其他燃料如家用燃料。
不同的分离阶段得到不同的垃圾产品。收集在各个受料仓中的玻璃和橡胶、非可燃生物料和塑料都可经进一步分离进行回收并从中再生不同成分。
尽管已述起始物料的尺寸不大于50mm，但起始物料会包括不同最大尺寸的成分。可以通过圆筒筛来预选出混合生物材料中的最大尺寸部分。
尽管已述起点的混合生物材料经WO03/092922所述的城市固体垃圾处理方法产出，可以理解的是本处理方法还可以用于其他类型的生物材料垃圾。另删去本处理方法中的一个或者多个不同阶段可以得到较低档的生物材料。
尽管本处理方法利用正压密度分选器36将垃圾分离到受料仓40中，本处理方法还可用于进一步分离塑料，其中调节密度分选器中的温度和气流，比如将P.E.T与再用性较差的塑料如P.V.C分开。在所选温度，P.E.T融化并整理成一个较粘的团块并被吹入一个独立的受料仓中。分离出的再生塑料作为一种可重复使用的副产品，并进一步减少了需填埋处理的废料量。
虽然以特定实施例对本发明作了详细描述，但是，很显然本领域普通技术人员能对本发明作出各种改变和变型，这些改变和变型并不脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种处理从城市固体垃圾得到的生物材料并减少污染物含量的方法，该方法包括以下步骤将从城市固体垃圾中得到的混合生物材料流给入在负压下工作的负压涡流分选器的第一入口；使所述混合生物材料以物料幕的形式从第一入口经涡流腔落入涡流分选器的第一出口；引导唯一的气流从涡流分选器的第二入口经涡流腔流入涡流分选器的第二出口；导向所述气流在涡流腔中穿过下落的物料，并在其中携带所述物料，在涡流腔中产生旋转混合生物材料的涡流，借助离心力的作用分离出较重物料；所分离较重生物材料继续下落进入所述第一出口，并收集在受料仓中；将所述携带的生物材料改变方向至所述气流的所述第二出口；
2.如权利要求1所述的处理方法，其中，气流以低速引导。
3.如权利要求1或2所述的处理方法，其中，在涡流腔中加速气流。
4.如权利要求1、2或3所述的处理方法，还包括步骤将所分离较重生物材料用所述涡流的下端气流进行气洗，以分离出其中生物材料的轻组分；通过气流使所述分离出的轻组分改变方向至所述第二出口。
5.如上述任一权利要求所述的处理方法，其中，引导气流的步骤包括将气流从涡流分选器中吸出，且所述导向步骤包括以基本与下落物料幕相反的方向导向气流。
6.如上述任一权利要求所述的处理方法，包括步骤调节下落的混合生物材料幕和/或调节所引导的气流和/或涡流腔的几何形状，以便选择从混合生物材料中分离出的物料的密度。
7.如上述任一权利要求所述的处理方法，包括步骤将改变方向的混合生物材料送入正压密度分选器；引导另一气流穿过密度分选器中改变方向的混合生物材料，以携带走所选出的轻组分，并将此轻组分移至密度分选器的第一出口；收集余下的生物材料；将其送至密度分选器的第二出口，以便收集在受料仓中。
8.如权利要求7所述的处理方法，其中，所说的另一气流被倾斜地导向所述改变方向的生物材料，输送步骤由正压输送气流来执行。
9.如权利要求8所述的处理方法，其中，该处理方法包括在输送气流中分散和分离混合生物材料成分的步骤。
10.如权利要求7-9之一所述的处理方法，其中，混合生物材料在密度分选器内经调解气流可进一步分离成不同组分。
11.如上述任一权利要求所述的处理方法，其中，该方法包括在旋流器中将灰尘从分离的轻组分中分离的步骤。
12.如权利要求11所述的处理方法，包括将所述分离的灰尘导向滤尘器的步骤。
13.如权利要求11或12所述的处理方法，包括将所述轻组分从旋流器引导到受料仓和/或正压密度分选器中的步骤。
14.如上述任一权利要求所述的处理方法，其中，在供给混合的从城市垃圾得到的生物材料之前，对这些生物材料进行筛分，以便除去其中尺寸大于50mm的组分，更优选地除去尺寸大于10mm的组分，最优选地是除去尺寸大于3mm的组分。
15.一种处理从城市固体垃圾(MSW)得到的生物材料并减少污染物含量的装置，其包括一具有至少一个入口和两个出口的正压涡流分选器，所述入口可以接受从城市固体垃圾得到的生物材料；至少一个物料输送管使所述混合生物材料以物料幕的形式从第一入口落入第一出口，并收集在受料仓内；在所述物料输送管内有一涡流腔；给入唯一气流的装置，导向所述气流在涡流腔中穿过下落的物料幕，将所分离的生物材料较轻组分在气流中改变方向至所述第二出口；保持所述物料输送管为负压的装置。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述供气装置引导至少部分气流通过所述涡流腔下游的所述物料管道。
17.如权利要求15或16所述的装置，其中，将所述物料输送管保持在负压下的装置至少包括一个在所述入口和/或第一出口处的气闸。
18.如权利要求15、16或17所述的装置，其中，所述将所述物料输送管保持在负压下的装置至少包括将所述气流吸入涡流分选器的导入装置。
19.如权利要求15-18之一所述的装置，包括调节物料输送管、涡流腔和涡流腔中将轻物料改变方向至第二出口的一个出口中至少之一的几何形状的装置。
20.如权利要求15-19之一所述的装置，还包括一个正压密度分选器，该密度分选器具有至少一个入口和两个出口，该入口可以接受从城市固体垃圾得到的生物材料；至少一个输送管使所述混合生物材料导向至第一出口；给入气流的装置，导向所述气流穿过物料流，将所分离的生物材料较轻组分导向至所述第二出口。
21.如权利要求20所述的装置，其中，正压密度分选器包括接受所述气流的第二入口，和至少一个气流输送管以倾斜地导向所述气流在从城市固体垃圾得到的生物材料中。
22.如权利要求20或21所述的装置，包括一正压输送系统，导向混合生物材料穿过密度分选器，而该密度分选器包括至少一个可调通道，以各自在生物材料流中改变所述轻组分的流向。
23.如权利要求22所述的装置，其中，该密度分选器还包括随其变向在从城市固体垃圾得到的生物材料中导向气流的装置。
24.如权利要求22或23所述的装置，其中，该密度分选器包括可调输送管上端的一个分散室。
25.如权利要求22、23或24所述的装置，其中，该密度分选器包括在所述可调输送管下端导向气流穿过余下的生物材料的装置。
26.如权利要求20-25之一所述的装置，其中，所说密度分选器位于所述涡流分选器第二出口下游。
27.如权利要求20-26之一所述的装置，包括至少一个风扇提供正压输送系统用以穿过正压密度分选器输送从城市固体垃圾得到的生物材料。
28.如权利要求15-27之一所述的装置，包括至少一个旋流器，其具有一个与负压分选器的第二出口或者密度分选器相连的一个空气入口，和至少两个旋流器出口，旋流器出口中的第一个与一滤尘器入口相连，旋流器出口中的第二个与正压密度分选器和/或受料仓中的至少一个相连，以收集改进的生物材料产品。
29.一种如权利要求1-14之一所述处理方法生产的改进生物材料产品。
30.如权利要求29所述的改进生物材料产品，其特征在于其总热值为13-16kj/kg。
31.如权利要求29或30所述的改进生物材料产品，其特征在于其总水分为12-17％。
32.如权利要求29、30或31所述的改进生物材料产品，其特征在于其氯含量小于0.3％。
33.用如权利要求1-14所述处理方法生产的改进生物材料产品作为电站燃料的用途。
34.用如权利要求1-14所述处理方法从余下的城市固体垃圾中生产的收集在每个受料仓中的产品，至少包括一种塑料和/或玻璃和/或橡胶和/或非可燃性物料。
35.一种参照附图所描述的处理从城市固体垃圾得到的生物材料并可大大减少其中的污染物的处理方法。
36.一种处理从城市固体垃圾得到的生物材料并可减少其中的污染物的装置，其适于如参照附图所描述的基本方式工作。
37.一种大致如本说明书所述的改进的生物材料产品。
全文摘要
一种适于用作燃料的改进的生物材料产品的处理方法，该生物材料得自城市固体垃圾(MSW)。该处理方法包括将从城市固体垃圾中得到的混合生物材料流(2)给入在负压下工作的分选器(12)，使混合生物材料(1)落入分选器(12)同时，导入唯一气流(78)穿过下落物料，在涡流腔内旋转的物料形成一涡流(75)，从而通过离心作用分离出生物材料物质(1)中的较重组分(5)，并使其继续下落至收集出口，同时继续在气流(78)中导向余下的生物材料物质(7、9)至后续处理或者收集物料的第二出口(86)。
文档编号B07B9/02GK1984725SQ200580017443
公开日2007年6月20日 申请日期2005年5月26日 优先权日2004年5月29日
发明者T·李斯 申请人:奥特克有限责任公司