專利名稱：HCl 制備方法
HCI制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于由含氯原子的材料制備含水HCl的方法。特別地，本發(fā)明涉及一種用于處理空氣污染控制(APC)殘余物以獲得產(chǎn)物的方法和裝置。
空氣污染控制(APC)殘余物是飄塵、有機(jī)污染物(包括二噁英類和呋喃類)、碳和苛性鹽的粉塵形式的混合物。APC殘余物歸類為有害廢棄物并通過熱電廠的廢氣系統(tǒng)和環(huán)境污染清除系統(tǒng)收集。例如，它們從與城市固體廢棄物(MSW)焚燒爐、生物質(zhì)燃燒發(fā)電廠和其他熱和/或火法運(yùn)行相關(guān)的處理過程產(chǎn)生。目前用于處理這些APC殘余物的實(shí)踐包括將它們運(yùn)輸遙遠(yuǎn)的距離進(jìn)行高成本的、危險(xiǎn)廢棄物填埋，以及包括具有有限處理能力的巖鹽處理的其他陸基處理場。在此它們在適當(dāng)?shù)念A(yù)處理和合格驗(yàn)收測試后被處理。通常，在處理前用酸性廢棄物中和或用粘結(jié)材料固化APC殘余物。由于費(fèi)用/稅收水平的增長、從緊的監(jiān)管壓力和有限的能力，這種實(shí)踐日益不受歡迎并且變得昂貴。迫切需要可選的可持續(xù)處理方法。
當(dāng)前用于處理APC殘余物排放的預(yù)處理方法十分不成熟，例如混合和沖洗。這些方法為簡單的封裝、稀釋和分配，且僅用于解決由廢棄物造成的問題。
可替換的處理方法包括使用“專用”水泥穩(wěn)定產(chǎn)品隨后在地下儲存。但是，所有這些基于不可回收的解決方法不可避免地依賴于處理/儲存(在廢棄物填埋場或污水渠)，并且具有還經(jīng)受增加稅收和管制的較差整體環(huán)境表現(xiàn)。
利用等離子技術(shù)的廢棄物處理是已知的(參見，例如，US4，509，434A)。EP1896774公開了包括氣化步驟隨后等離子處理步驟的廢棄物處理方法。這致使方法的能量效率以及清潔合成氣的生產(chǎn)率的提高。但是，當(dāng)用于處理初始的城市廢棄物時(shí)，該方法自身產(chǎn)生APC殘余物。已知的用于廢棄物的等離子處理系統(tǒng)關(guān)注減少不期望的廢氣，但沒有關(guān)注這些方法潛在的可回收副產(chǎn)品。
因此，人們需要改善的以及更健康的方法用于可持續(xù)有害廢棄物的管理。這些方法應(yīng)表現(xiàn)出降低的處理成本和改善的環(huán)境表現(xiàn)。特別是人們需要高比例的廢棄物轉(zhuǎn)化為商業(yè)上有用的產(chǎn)品(多種產(chǎn)品)，而不是相反的可替換的用于處理的適應(yīng)排出流(compIianteffluent stream)的廢棄物處理方法。
本發(fā)明的目的是解決至少一些與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題或至少提供一種其商用的替換解決方案。
在第一方面中，本發(fā)明提供了一種`用于從含氯原子的材料生產(chǎn)含水HCl的方法，該方法包括:
(i)在等離子處理單元內(nèi)等離子處理該材料以產(chǎn)生含有至少一些氯原子的廢氣；以及
(ii)使至少一些該廢氣通過冷凝單元以回收含水形式的HCl。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在由等離子設(shè)備(如等離子槍)產(chǎn)生的高溫下在等離子處理單元內(nèi)可以處理含氯原子的材料以產(chǎn)生有用的產(chǎn)品；即含水HCl或鹽酸。這種有用的副產(chǎn)物出乎意料，因?yàn)楸景l(fā)明人預(yù)期了在等離子處理單元的常規(guī)工作溫度下的熱力學(xué)條件致使氯化鈣產(chǎn)生。據(jù)推測，高溫使氯在其可以與熔劑中的鈣或廢棄物中的任何鈣接觸并被玻璃化材料捕獲之前揮發(fā)。本發(fā)明的方法特別適于處理含氯原子的廢料，更特別地適于處理含氯原子的有害廢棄物。應(yīng)注意的是，氯原子很可能是諸如無機(jī)化合物的大分子的部分。該方法使得能夠處理這種廢棄物，且與常規(guī)處理方法相比，產(chǎn)生了有用的產(chǎn)物，該有用的產(chǎn)物否則形成不太有用的廢棄物流。含水HCl的回收增加了價(jià)值，其至少可以抵消廢棄物處理的成本，還消除排出流的大量組分。已發(fā)現(xiàn)使用高溫等離子處理提供了很多優(yōu)點(diǎn)。第一，材料中任何剩余的有機(jī)或揮發(fā)性組分揮發(fā)并被去除，減少了產(chǎn)生的廢棄產(chǎn)物的量。另外，廢棄產(chǎn)物為固體玻璃化材料形式，其可以用于或用作次級產(chǎn)品(如建筑材料)，并且無論如何，減少了體積。但處理有毒或有害材料時(shí)，此固體形式使得能夠更易于操作和處理。本方法尤其適于處理空氣污染控制殘余物(APC殘余物)。英國APC殘余物通常由含15-25wt%的氯組成。APC殘余物通常由4-25wt%的氯組成，且更優(yōu)選5至20wt%的氯。這意味著如果氯作為產(chǎn)物被回收，則大部分廢棄物變?yōu)楫a(chǎn)物，從而使次級廢棄物和環(huán)境影響最小化。作為本發(fā)明的方法的結(jié)果，使次級APC (通過處理初始的APC產(chǎn)生的那些)最小化。除非明確相反指出，本文所定義的每個(gè)方面或?qū)嵤┓绞娇梢耘c任意其他方面(多個(gè)方面)或?qū)嵤┓绞?多 個(gè)實(shí)施方式)結(jié)合。特別是，指明為優(yōu)選或有利的任何特征可以與指明為優(yōu)選或有利的任何其他特征或多個(gè)特征結(jié)合。本文中所用的術(shù)語“廢氣”是指當(dāng)進(jìn)行材料的等離子處理時(shí)離開等離子處理單元的氣態(tài)產(chǎn)物。術(shù)語“爐渣”是指在等離子處理單元的等離子熔爐中產(chǎn)生的玻璃狀殘?jiān)Ｆ渥鳛楹炔牧系入x子處理的結(jié)果產(chǎn)生。本文中所用的術(shù)語“熔融爐渣”是指在室溫下是固態(tài)但在等離子處理單元的工作溫度下是熔融態(tài)的爐渣。本文中所用的術(shù)語“等離子處理”是指對材料施加等離子的方法。等離子是電中性、高度離子化的由離子、電子和中性粒子組成的氣體，且與其他形式的物質(zhì)不同。術(shù)語“等離子處理單元”是指將等離子施加于材料的任何單元，如等離子熔爐。在等離子熔爐中，電流通過空間分離的兩個(gè)或多個(gè)電極產(chǎn)生電弧。優(yōu)選在等離子槍中產(chǎn)生等離子，其使得能夠使等離子處理定向化。氣體，通常是惰性氣體，在高壓下通過電弧并轉(zhuǎn)化為等離子。等離子是清潔的、具有強(qiáng)的環(huán)境特征的功能性熱源。其在銷毀持久性有機(jī)污染物(POP)中也十分高效。等離子處理單元優(yōu)選為等離子熔爐。本文中所用的術(shù)語“含水HCl ”是指氫離子和氯離子在包含水的溶劑中的溶液。優(yōu)選的含水HCl是含水HCl的溶液。本文中所用的術(shù)語“冷凝單元”是指能夠?qū)Cl從氣相提取到固相、液相或水相的裝置。冷凝裝置在其他技術(shù)領(lǐng)域是公知的。產(chǎn)生的HCl在冷凝器中冷卻，并被水吸收以形成含水HC1。根據(jù)需要，本方法可以進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)含水HCl的pH值的步驟。在冷凝單元中，HCl選擇性地并優(yōu)先地溶解到水中以產(chǎn)生HCl溶液。HCl溶液可以具有l(wèi)_38w/w% (kg HCl/kg)的濃度、優(yōu)選3_30w/w%、更優(yōu)選10_20w/w%,以及還更優(yōu)選12-18w/w%0在一種實(shí)施方式中，通過冷凝器回收溶液以增加HCl濃度(即，通常直到其具有12w/w%以上的HCl濃度)。由于這是一種獲得更濃縮產(chǎn)品的有效途徑，此方法是優(yōu)選的。
優(yōu)選地，冷凝單元保持在酸性條件下以便優(yōu)先回收HCl。HCl溶液是酸性的，即，其具有小于7的pH。優(yōu)選地，含水HCl產(chǎn)物具有小于2、更優(yōu)選小于1、甚至更優(yōu)選小于0以及還更優(yōu)選小于-0.5的pH。有利地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些強(qiáng)酸性pH值限制諸如硫氧化物和氟化氫的其他氣體的溶解性，抑制這些氣體以確保低水平的酸交叉污染。溶解在含水HCl中的其他氣體的濃度優(yōu)選小于25%、甚至更優(yōu)選小于5%、還更優(yōu)選小于1%，以及還更優(yōu)選小于
0.5%。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解HCl可以溶解在包含水和有機(jī)組分的溶劑中，例如，如含水甲醇的含水的醇。優(yōu)選地，本方法進(jìn)一步包括:(a)在進(jìn)行步驟(ii)之前在熱氧化器內(nèi)預(yù)處理步驟(ii)中所用的廢氣；和/或(b)在進(jìn)行步驟(ii )之前預(yù)過濾步驟(ii )中所用的廢氣，優(yōu)選在過濾期間使廢氣保持在至少180°C的溫度下。
·
使至少一些步驟(i)中產(chǎn)生的廢氣與熱氧化器在進(jìn)行步驟(ii)前接觸致使廢氣中所含的任何剩余可燃性氣體和金屬/元素氧化，例如一氧化碳、鉛、鋅、鈣和氫。這降低了與處理可燃性氣體相關(guān)的危害，并且也減少了包含在通過本發(fā)明方法產(chǎn)生的含水HCl中污染物的數(shù)量。優(yōu)選地，廢氣在與熱氧化器接觸前冷卻。優(yōu)選地，冷卻利用驟冷塔中的水噴射和蒸發(fā)冷卻進(jìn)行。在此情況下，與其他混合方法，例如冷空氣加入法相比，水的蒸發(fā)潛熱可以用于有效地冷卻廢氣。這具有降低得到的廢氣體積流率和相關(guān)的廢氣減排工廠的規(guī)模的優(yōu)點(diǎn)。此外，這些水隨后可以用于冷凝器中以形成含水HCl溶液，從而有利地形成產(chǎn)物流的部分。優(yōu)選地，本方法包括在進(jìn)行步驟(ii)之前過濾至少一些步驟(i)中產(chǎn)生的廢氣，這致使去除來自廢氣的可以污染產(chǎn)生的含水HCl溶液的顆粒。此外，這樣的顆?？梢宰鳛榇渭堿PC殘余物去除。這樣的過濾可以包括加入作為用于水銀和其他揮發(fā)性金屬捕獲的物理吸附劑的活性炭(AC)?？蛇x地，或另外，這樣的過濾包括在線清洗設(shè)備，例如使用反向脈沖噴射以去除顆粒。有利地,通常被除去的次級APC殘余物可以通過過濾從廢氣中去除。優(yōu)選地，在過濾期間使廢氣保持在至少180°C的溫度下。這避免了過濾器部件的堵塞以及由于廢氣中所含的水蒸氣和可溶性氣體冷凝導(dǎo)致的腐蝕。優(yōu)選地，本方法進(jìn)一步包括在HCl已在苛性濕式洗滌器內(nèi)回收之后，處理步驟
(ii)中產(chǎn)生的廢氣。本文所用術(shù)語“濕式洗滌器”是指從氣流中去除污染物的設(shè)備。在濕式洗滌器內(nèi)，將被污染的氣流引入使其與洗滌流體接觸，以便通過物理和/或化學(xué)手段從氣流中去除污染物。本文所用術(shù)語“苛性濕式洗滌器”是指其中流體含有堿性或苛性洗滌齊U，如石灰乳、碳酸氫鈉或氫氧化鈉的濕式洗滌器?？列韵礈靹┑氖褂檬沟孟礈炱鲝臍饬髦腥コ嵝詺怏w特別有效。濕式洗滌器去除廢氣中所含的殘余氣態(tài)污染物，如殘留的酸性氣體。這些氣態(tài)污染物的去除意味著當(dāng)隨后廢氣通過煙 排至大氣以及用于合規(guī)性評估時(shí)，釋放的環(huán)境污染物的量減少。應(yīng)指出，苛性濕式洗滌器與冷凝單元不同。優(yōu)選地，在苛性濕式洗滌器之后且在通過煙 排放之前，使廢氣通過連續(xù)排放檢測系統(tǒng)(CEMS)。這確保進(jìn)行的測量確實(shí)符合排放限值(ELV)的組,如廢棄物焚燒指導(dǎo)(Waste Incineration Directive) (WID)中所限定的值或包括在工廠的相關(guān)環(huán)境經(jīng)營許可證內(nèi)的值。
在本發(fā)明的典型方法中，這些步驟通常按以下順序進(jìn)行:在等離子處理單元內(nèi)等離子處理材料以產(chǎn)生包含至少一些氯原子的廢氣(步驟(i ))，使廢氣通過熱氧化器，過濾廢氣(例如使廢氣與物理吸附劑或物理膜接觸)，使至少一些廢氣通過冷凝單元以回收溶液形式的HCl (步驟(ii))，使廢氣通過苛性濕式洗滌器，使廢氣通過CEMS，將廢氣排放到大氣中。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解這些步驟可以以任何其他合適的順序進(jìn)行?？商鎿Q地，一個(gè)或多個(gè)步驟可以同時(shí)進(jìn)行。優(yōu)選地，等離子處理在等離子穩(wěn)定氣體的存在下進(jìn)行。優(yōu)選地，等離子穩(wěn)定氣體選自氮、氬、氦和蒸汽中的一種或多種。通常，等離子處理步驟進(jìn)一步產(chǎn)生熔融爐渣。包含在含氯材料中的任何非揮發(fā)性有害無機(jī)物質(zhì)，如重金屬或其化合物，通常并入到熔融爐渣中，產(chǎn)生惰性玻璃質(zhì)的或半結(jié)晶的產(chǎn)物。可以調(diào)整本方法以使惰性玻璃質(zhì)的或半結(jié)晶的產(chǎn)物符合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)品規(guī)格。優(yōu)選地，在等離子處理步驟期間使材料保持在1400-1600°C的溫度下。這確保在等離子處理期間產(chǎn)生的任何熔融爐渣保持液態(tài)。因此，如果期望，可以從等離子處理單元容易地去除任何這樣的熔融爐渣。等離子處理過程可以在1000至3200°C下進(jìn)行。但是，對于有效的HCl回收，優(yōu)選的下限是至少1200°C。使用較高的溫度需要增加處理過程的能量。因此，優(yōu)選的產(chǎn)量和能量需求的平衡是1200°C至2000°C，更優(yōu)選1400-1800°C 以及最優(yōu)選 1400-1600°C。優(yōu)選地，從等離子處理單元連續(xù)去除熔融爐渣。通常，熔融爐渣連續(xù)地從專用通道去除。在相關(guān)過程氣體沒有積聚的情況下，這促使熔融爐渣正向平流(plug flow)移動(dòng)。在等離子處理單元內(nèi)的過程氣體的積聚可以有害。優(yōu)選地，冷卻去除的熔融爐渣以形成固體玻璃化材料。這致使包含在爐渣中的無機(jī)材料被捕獲在玻璃基質(zhì)中。通常，固體玻璃化材料表現(xiàn)出低于惰性廢棄物填埋場WAC (廢棄物驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn))浸出限的金屬的組合和浸出性。這表示固體玻璃化材料可以在廢棄物填埋場中處理或更優(yōu)選地符合廢棄物框架指令(WasteFramework Directi ve)要求的產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選地，如果需要，本方法還包括在等離子處理前或期間向含氯材料中加入一種或多種助熔劑。通常，APC殘余物可以是自熔的?；谑业腁PC，例如含CaOH.XH2O，其在加熱后提供氧化鈣和水的來源。但是，熔劑確保由存在于含氯材料的任何無機(jī)、非可燃性材料產(chǎn)生低熔點(diǎn)、低粘度的熔融穩(wěn)定爐渣。此外，助熔劑的使用致使包含在含氯材料中的任何重金屬，如鉛、鋅和鈣，或任何其化合物的環(huán)境固定。通常的助熔劑由石灰、氧化鋁和二氧化娃中的一種或多種組成。也可以單獨(dú)或與助熔劑結(jié)合使用一種或多種網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定劑(networkstabilising agent)。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定劑在本領(lǐng)域是公知的。優(yōu)選地，一種或多種助熔劑包括焚燒爐底灰(IBA)或可替代的廢棄物。焚燒爐底灰(IBA)是焚燒設(shè)備中產(chǎn)生的灰燼的一種形式，并且當(dāng)前在英國被劃分為非有害廢棄物。這種材料從城市固體廢棄物焚燒爐的爐篦排出。燃燒后，灰燼通常含有少量的包含在其中的鐵金屬。IBA通常由兩種或多種諸如Si02、Ca0、Al203、Fe203、Mg0、K2CKP2O5和S的混合物組成。使用IBA替代純凈助熔材料如SiO2和Al2O3相應(yīng)地降低助熔材料的成本并且避免在填埋場中處理IBA的需要。優(yōu)選地，在用作助熔材料前預(yù)處理IBA。這樣的預(yù)處理可以包括去除過大(例如，具有大于或等于IOmm直徑)的材料和/或干燥。這致使等離子處理單元更穩(wěn)定和更有效?！案稍锏摹?IBA的使用避免在等離子處理單元中由于大量蒸汽的產(chǎn)生導(dǎo)致的壓力急劇增加。去除過大的材料表明從等離子弧轉(zhuǎn)移的熱更易于與處于穩(wěn)定狀態(tài)的含氯材料接觸。這兩種效果有助于穩(wěn)定化與等離子功率直接相關(guān)的等離子電壓。當(dāng)包括熔劑時(shí)，其可以與含氯原子的材料在等離子處理前或等離子處理期間混合。熔劑，優(yōu)選IBA，可以形成經(jīng)處理的材料的0至50wt%，優(yōu)選5至35wt%，以及最優(yōu)選約25wt%。這使得熔融爐渣產(chǎn)物能夠在使所需額外熱量最小化時(shí)具有可預(yù)測的特性。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理的含氯原子的材料的含水量可以影響HCl的回收。隨著含水量的增加回收率增加。例如，含水量增加五倍可以得到三倍的HCl (g)回收率。但是，存在的水分增加也增加了本方法的能量消耗。因此，含氯原子的材料的含水量在處理前優(yōu)選為0.5至15wt%，更優(yōu)選I至5wt%，以及最通常為2至3wt%。優(yōu)選地，本方法進(jìn)一步包括由含水HCl制備氣態(tài)HCl的步驟。這可以通過本領(lǐng)域中公知的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其可以作為用于銷售和分送的氣體存儲。優(yōu)選地，含氯原子的材料是廢棄物，優(yōu)選包含無機(jī)物質(zhì)。通常，廢棄物也包含有機(jī)物質(zhì)。該材料優(yōu)選地是有害廢棄物，以及更優(yōu)選地是APC殘余物。優(yōu)選地，該材料具有5-40wt%的氯含量，更優(yōu)選10-35wt%，甚至更優(yōu)選15-30wt%，以及還更優(yōu)選20_25wt%。優(yōu)選地含氯材料是通常稱為“飛塵”的空氣污染控制(APC)殘余物。通常，APC殘余物產(chǎn)自高溫焚燒或其他熱廢棄物處理、制造或發(fā)電過程。在本發(fā)明方法中使用前，APC殘余物不必要經(jīng)受任何預(yù)處理,如清洗。雖然在上面優(yōu)選地指出了 Cl含量的范圍，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從經(jīng)處理材料可回收HCl的最小的氯含量是約2.5wt%。明顯地，此閾值取決于廢棄物的化學(xué)性質(zhì)。低于此極限，大量Cl在廢氣系統(tǒng)中在 可以形成KCl (g)和NaCl (g)處以KCl (g)和NaCl (g)損失。隨著廢棄物的氯含量增加，分配到玻璃化產(chǎn)物中的Cl的量增加，并且在較低且可再生的水平下達(dá)到穩(wěn)定。與熱力學(xué)預(yù)測相比這是出乎意料的。因此，來自該方法的廢氣的HCl的技術(shù)回收率上限由系統(tǒng)的化學(xué)性質(zhì)、相分配和系統(tǒng)中的兩種成分即氫和氯的可用性決定。已觀察到HCl的技術(shù)回收率高于熱力學(xué)預(yù)測，并且認(rèn)為這是由于結(jié)合的等離子的影響。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于進(jìn)行本發(fā)明方法的HCl回收設(shè)備，該設(shè)備包括:用于處理含氯原子的材料以產(chǎn)生包含至少一些氯原子的廢氣的等離子處理單元；以及設(shè)置以接收廢氣并從其中回收含水HCl的冷凝單元。用于本發(fā)明的典型等離子處理單元包括熔爐以及包括一個(gè)或多個(gè)石墨電極以在使用時(shí)在熔爐內(nèi)產(chǎn)生等離子弧的石墨電極系統(tǒng)。在運(yùn)行期間，通常通過入口將含氯材料加入到熔爐中。然后使等離子弧從石墨電極的尖端傳遞到含氯材料。通常，返回電路(returnelectrical path)經(jīng)由建立在熔爐側(cè)壁或爐膛的導(dǎo)電通路。優(yōu)選地，這將通過導(dǎo)電性耐火材料和/或相互連接的包有金屬的磚。由于其可以通過緩慢的消耗過程如與氯反應(yīng)而耗盡，將需要周期性補(bǔ)充以確保良好的爐膛電接觸。在設(shè)備的通常使用中，含氯材料以受控速率供料至等離子處理單元的熔爐，并調(diào)節(jié)等離子功率以使熔融體保持在合適的液體溫度，通常在1400-1600°C的溫度下。根據(jù)本征化學(xué)性質(zhì)(bulk chemistry)已知的、經(jīng)受處理的材料的供料速率調(diào)節(jié)功率。
含氯材料和任何另外的材料優(yōu)選在重力下供料至等離子處理單元。優(yōu)選地，供給料在重力下下落通過等離子裝置，借此等離子加熱至溫?zé)岵⑹共牧蠐]發(fā)，使得在混合物進(jìn)入大熔池前氯含量能夠進(jìn)行動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。以這種方式，HCl的產(chǎn)率出乎意料地高于在熔池的熱力學(xué)條件下的預(yù)測。優(yōu)選地，該設(shè)備進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè):熱氧化器；過濾器；以及苛性濕式洗滌器。過濾器可以包括一個(gè)或多個(gè)活性炭進(jìn)料系統(tǒng)和顆粒過濾器。通常設(shè)置本發(fā)明的設(shè)備使得等離子處理單元中產(chǎn)生的廢氣按以下順序進(jìn)入各部分:(i)熱氧化器，(ii)過濾器，(iii)冷凝單元和(iv)苛性濕式洗滌器。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解該設(shè)備可以以任何其他合適的方案設(shè)置。優(yōu)選地，等離子處理單元包括用于從等離子處理單元去除熔融爐渣的溢出口。溢出口優(yōu)選地包括加熱裝置(優(yōu)選地，為等離子槍)。這避免了熔融爐渣可能的凝固，該凝固將妨礙熔融爐渣從等離子處理單元去除。優(yōu)選地，等離子槍與等離子處理單元的加熱部件不同。優(yōu)選地，冷凝單元包括石墨內(nèi)襯熱交換器。使用石墨內(nèi)襯以避免冷凝單元被產(chǎn)生的含水HCl腐蝕?？梢圆捎?可替換的內(nèi)襯，如含氯/氟的聚合物和/或塑料(enamel)。合適的內(nèi)襯系統(tǒng)表現(xiàn)出對HCl的化學(xué)耐性/相容性和導(dǎo)熱性。在第三方面，本發(fā)明提供了用于處理含氯材料的廢棄物處理工廠，該工廠包括:第二方面的設(shè)備；以及能夠產(chǎn)生焚燒爐底灰(IBA)和/或空氣污染控制殘余物的焚燒爐。優(yōu)選地，焚燒爐產(chǎn)生IBA和APC殘余物，這導(dǎo)致有害物質(zhì)在原地而不需延遲地得到快速有效的治理。此外，位于同一地點(diǎn)的這些工廠提供了相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的效率的優(yōu)勢。焚燒爐可以是等離子處理單元。參考下圖以實(shí)施例的方式描述本發(fā)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明第二方面的設(shè)備的實(shí)施例的示意圖。圖2是包括根據(jù)本發(fā)明第二方面的設(shè)備的實(shí)施例的廢棄物處理工廠的實(shí)施例透視圖。圖3示出在實(shí)施例1 (上)和實(shí)施例2 (下)期間使用的等離子處理單元的等離子特征圖。在各圖中，矩形虛線表示進(jìn)料周期。在上圖中，在總共3.5小時(shí)的進(jìn)料周期內(nèi)，平均電流=756A，平均電壓=194V，平均功率=145kW (相對的PFD為127.4kff),總混合進(jìn)料=185kg以及進(jìn)料速率=52.6kg/hr(相對的PFD為50.0kg/hr)。在下圖中，在總共1.98小時(shí)進(jìn)料周期內(nèi)，平均電流=727.2A，平均電壓=235.4V，平均功率=164.1kff (相對的PFD為127.4kff),總混合進(jìn)料=114.0kg以及進(jìn)料速率=57.7kg/hr (相對的PFD為50.0kg/hr)。圖1示出了本發(fā)明的設(shè)備100和方法使用的部件和方法步驟的流程圖。設(shè)備100包括等離子處理單元101。熔劑材料102可以供給至加料斗103，它們通過加料斗103進(jìn)入到混合系統(tǒng)105以與APC殘余物104混合。然后，混合的APC殘余物和熔劑材料通過進(jìn)料器106供給至等離子熔爐107。然后等離子從等離子源108 (未示出)供給至等離子熔爐107。等離子源108包括冷卻系統(tǒng)109、泵111和熔爐分支管112。泵111泵送冷水110。使用中，等離子氣體113供給至熔爐分支管112。使用中，APC殘余物在等離子熔爐107內(nèi)經(jīng)受等離子處理以產(chǎn)生廢氣和熔融爐渣。熔融爐渣通過熔融爐渣處理系統(tǒng)114儲存在冰冷的爐渣池115中。然后廢氣通過熱氧化器116，在此供給空氣117以氧化包含在廢氣中的任何可燃性氣體。然后廢氣通過氣體冷卻系統(tǒng)118，在此注入水119以便通過蒸發(fā)冷卻或等效方法冷卻廢氣。然后廢氣通過過濾器120，在此使用活性炭121以捕獲廢氣中所含的任何水銀和其他揮發(fā)性物質(zhì)。從過濾器120回收次級APC殘余物122。然后廢氣通過冷凝單元123以回收含水HC1124。然后廢氣通過苛性濕式洗滌器125，在此加入苛性洗滌劑的溶液，如碳酸氫鈉的溶液，加入126以固定來自廢氣的其他酸性氣體以及產(chǎn)生溶解在溶液127中的可溶性鹽如Na2S03。然后，廢氣通過引風(fēng)風(fēng)扇(IDfan) 128，其控制等離子熔爐107的壓力，然后通過排放監(jiān)控系統(tǒng)129監(jiān)測以確保符合排放限制的組。然后廢氣通過煙 130以排放到大氣中。在各個(gè)階段指出了大概質(zhì)量和能量平衡。圖2示出了包括根據(jù)本發(fā)明第二方面的設(shè)備的廢棄物處理工廠。該工廠包括鼓風(fēng)冷卻器201、控制室202、等離子電源203、固體玻璃化材料池204、等離子熔爐205、助熔儲存器206、APC殘余物儲存器207、次級飛灰儲存器208、廢氣系統(tǒng)209和煙囪210。設(shè)計(jì)這樣的廢棄物處理工廠以在內(nèi)部適合標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)單元。
實(shí)施例現(xiàn)在通過參考以下非限制性的實(shí)施例描述本發(fā)明。尤其是，應(yīng)指出，由于試驗(yàn)工廠固有規(guī)模的限制，表現(xiàn)的回 收率低于預(yù)期。在冷凝單元內(nèi)可提供較長的滯留時(shí)間的較大規(guī)模，預(yù)計(jì)產(chǎn)率會更高。實(shí)施例1使用IBA作為熔劑材料進(jìn)行本發(fā)明第一方面的過程。IBA獲取自城市固體廢棄物(MSff)焚燒爐且具有根據(jù)表I的組分:表1:1BA的組分
IBA主要成分I基準(zhǔn)wt%
Slo^52.03
CaO19.26
Na2O5.82
Al2O38.98
Fe2O38.0權(quán)利要求
1.一種由含氯原子的材料生產(chǎn)含水HCl的方法，所述方法包括: (i)在等離子處理單元內(nèi)等離子處理所述材料以產(chǎn)生含有至少一些所述氯原子的廢氣；以及 (ii)使至少一些所述廢氣通過冷凝單元以回收含水形式的HC1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述冷凝單元保持在酸性條件下以優(yōu)先回收HC1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括: Ca)在進(jìn)行步驟(ii)之前在熱氧化器內(nèi)預(yù)處理步驟(ii)中使用的所述廢氣；和/或 (b)在進(jìn)行步驟(ii)之前預(yù)過濾步驟(ii)中使用的所述廢氣，優(yōu)選在過濾期間使所述廢氣保持在至少180°C的溫度下。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在HCl已回收在苛性濕式洗滌器內(nèi)之后，處理步驟(ii)中產(chǎn)生的廢棄物廢氣。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述材料在所述等離子處理步驟期間保持在1400-1600°C的 溫度下。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述等離子處理步驟進(jìn)一步產(chǎn)生不斷從所述等離子處理單元中去除的熔融爐渣。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述等離子處理之前或在所述等離子處理期間向所述含氯原子的材料中加入一種或多種助熔劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述一種或多種助熔劑包括焚燒爐底灰(IBA)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括(iii)處理所述含水HCl以制備氣態(tài)HCl的步驟。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氯原子的材料是無機(jī)廢料，優(yōu)選空氣污染控制(APC)殘余物。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氯原子的材料具有5至40wt%的氯含量。
12.一種用于進(jìn)行權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述方法的HCl回收設(shè)備，所述設(shè)備包括: 用于處理含氯原子的材料以產(chǎn)生包含至少一些所述氯原子的廢氣的等離子處理單元；以及 設(shè)置以接收所述廢氣并從其中回收含水HCl的冷凝單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括以下的一個(gè)或多個(gè): 熱氧化器； 過濾器；以及 苛性濕式洗滌器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其中所述等離子處理單元包括用于從所述等離子處理單元中去除熔融爐渣的溢出口，所述溢出口可選地包括加熱裝置以確保所述爐渣在離開所述等離子處理單元時(shí)保持熔融狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述冷凝單元包括石墨內(nèi)襯熱交換器。
16.一種用于處理含氯原子的材料的廢棄物處理工廠，所述工廠包括: 權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備；以及能夠產(chǎn)生焚燒爐底灰(IBA)`和/或空氣污染控制殘余物的焚燒爐。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于由含氯原子的材料生產(chǎn)含水HCl的方法，該方法包括(i)在等離子處理單元內(nèi)等離子處理該材料以產(chǎn)生含有至少一些氯原子的廢氣；以及(ii)使至少一些廢氣通過冷凝單元以回收含水形式的HCl。
文檔編號C01B7/01GK103153846SQ201180045313
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者戴維·迪根, 張凡 申請人:特洛特尼克斯(國際)有限公司