專利名稱：廢棄物等離子體高溫處理工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢棄物處理工藝和設(shè)備，特別涉及一種利用等離子技術(shù)高溫處理廢棄物的工藝和設(shè)備。
背景技術(shù)：
廢棄物的處理方法有很多種，其中最理想的方法是進(jìn)行回收利用，使廢棄物轉(zhuǎn)化為有用資源。但是并非所有的廢棄物都能夠很經(jīng)濟(jì)地加以回收利用，大量的廢棄物(如危險(xiǎn)廢棄物)其資源化的成本很高，甚至超過其利用價(jià)值，這樣的廢棄物目前通常使用填埋或焚燒的方法進(jìn)行處理。
填埋后的廢棄物(尤其是危險(xiǎn)廢棄物)會(huì)大量浪費(fèi)土地資源，其逸出的氣體及滲出的液體進(jìn)入大氣或土壤中會(huì)形成二次污染，仍然是不能接受的污染源。因此填埋只是一種對(duì)環(huán)境污染的緩解措施，而不是最終的解決方案。這種填埋方法必將使人類在若干年后面對(duì)大量填埋廢物的污染問題，從而必將導(dǎo)致采取進(jìn)一步的處理措施。
焚燒處理廢物可以在一定程度上解決廢棄物的環(huán)境污染問題，但焚燒的化學(xué)本質(zhì)是氧化反應(yīng)，廢棄物(尤其是有機(jī)廢棄物)中的碳被氧化成二氧化碳而排入大氣中。二氧化碳是一種公認(rèn)的溫室性氣體，它會(huì)導(dǎo)致地球的溫度升高而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生另外的不利影響。所以焚燒處理實(shí)際上是將一種形式的污染轉(zhuǎn)化成了另外一種形式的環(huán)境破壞，也不是一種令人滿意的方案，尤其是對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行焚燒處理時(shí)，往往不能有效破壞其有害成分，甚至在焚燒及排放過程中可能形成二惡因等危害更大的物質(zhì)。
近年來，許多國(guó)家提出了用等離子體的高溫(3000℃以上)進(jìn)行廢物處理(尤其用于危險(xiǎn)廢物處理)，其處理效果要明顯優(yōu)于焚燒，對(duì)有害有毒成分的破壞也更徹底。
例如，卡爾特等美國(guó)專利No.5280757披露了在反應(yīng)器中應(yīng)用電弧等離子體炬以氣化城市固體廢物的技術(shù)，由此生成的產(chǎn)物包含中等質(zhì)量的氣體和具有較低毒性元素析出性的熔渣。
巴頓等的美國(guó)專利No.4644877涉及采用電弧等離子體炬破壞聚氯二苯(PCBs)技術(shù)。廢料被電弧等離子體炬原子化和電離化，然后在反應(yīng)腔內(nèi)被冷卻和復(fù)合成氣體和顆粒物體。貝爾等的美國(guó)專利No.4431612討論了采用中空石墨電極轉(zhuǎn)移電弧等離子體爐對(duì)諸如PCBs的危險(xiǎn)廢物的處理。
在別特勒的美國(guó)專利No.5284503中，披露了對(duì)鉛污染土壤和廢電池材料進(jìn)行改造的過程，由此土壤形成了陶瓷化的熔渣。由廢電池殼產(chǎn)生的可燃?xì)怏w和陶瓷化鉛最好運(yùn)送至常規(guī)熔煉爐，作其燃料應(yīng)用。
在Faldt等人的美國(guó)專利No.4479443中，公開了使用一種電弧放電等離子體噴管來加熱分解廢料技術(shù)。呈固體顆粒形狀的廢料必須引入電弧的下游，以避免由于顆粒的粘附而堵塞噴管。例如氧氣和空氣之類的氧化劑和廢料，或在加熱前，或借助噴管氣體在加熱過程中，或在加熱之后進(jìn)行混合。為了完全氧化分解廢料，需要足夠多的氧化劑。
Barton等人的美國(guó)專利No.4644877公開了一種用于對(duì)廢料進(jìn)行高溫?zé)峤獾闹绷麟娀〉入x子體燃燒器。一種有機(jī)液體用于起燃和穩(wěn)定等離子電弧，一個(gè)環(huán)形電磁場(chǎng)線圈用于準(zhǔn)直等離子體，一個(gè)高壓空氣源用于使電弧旋轉(zhuǎn)。采取措施在電弧的下游供給廢料，以防止干擾等離子體電弧的形成或發(fā)生。該專利教導(dǎo)不使用惰性氣體起燃或維持等離子體，在此基礎(chǔ)上，這種燃燒器僅適用于低溫的應(yīng)用場(chǎng)合。在燃燒器后的反應(yīng)室用于將氣體和粒狀物質(zhì)相混合，該粒狀物質(zhì)被驟冷，并用堿性霧狀液體予以中和。一個(gè)機(jī)械凈化器用于分離氣體，該氣體用抽風(fēng)扇排出。
Chang等人的美國(guó)專利No.4886001公開了對(duì)Barton等人的上述系統(tǒng)的一種改進(jìn)方案。該改進(jìn)是利用水或甲醇取代丁酮和甲醇溶液的易混合的混合物，該混合物用于在引入直流電弧型等離子體噴管以前與包含聚氯聯(lián)苯的廢料相混合，并使用純氧代替空氣作為噴管氣體。這些變化的目的是提高廢料處理的速率。另外，還介紹使用固體分離器，其利用局部真空來分離運(yùn)載氣體。
現(xiàn)有的等離子體廢棄物處理技術(shù)有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即其處理過程是在非真空狀態(tài)進(jìn)行的，這樣，處理過程就不可避免的有空氣參與，而空氣中的氧會(huì)將廢棄物中碳氧化，生成二氧化碳或一氧化碳(最終進(jìn)一步氧化成二氧化碳)。如前所述，二氧化碳?xì)怏w的排放會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生另一種形式的破壞，尤其不可接受的是，在排放氣體中由于有碳的存在，為二惡因的形成(二惡因是在氫、碳、氯等元素存在的條件下形成的，)創(chuàng)造了條件，而二惡因已經(jīng)是一種公認(rèn)的對(duì)人類健康有嚴(yán)重危害的物質(zhì)。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種新的廢棄物處理工藝和設(shè)備，進(jìn)一步減少環(huán)境污染。
本發(fā)明的廢棄物等離子體高溫處理工藝包括將待處理的廢棄物置于一個(gè)爐體的腔室中、在腔室中形成惰性環(huán)境并用等離子體束對(duì)廢棄物進(jìn)行加熱分解。
本發(fā)明的廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備包括爐體和安裝在爐體上的等離子體束發(fā)生器，所述的爐體具有至少一個(gè)腔室，等離子體束發(fā)生器的電極和氣體輸入管道伸入到腔室中，所述的等離子體束發(fā)生器的氣體輸入管道與一個(gè)惰性氣體源相連接，并且所述的腔室與惰性環(huán)境生成裝置相連接。
本發(fā)明所稱的“惰性環(huán)境”是指如真空負(fù)壓環(huán)境、惰性氣體環(huán)境(如氮?dú)?、氬氣、氦?等對(duì)碳不具有氧化作用的環(huán)境。
本發(fā)明提供的技術(shù)較好的克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，由于其是在惰性條件下用等離子高溫處理廢物，從而具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于真空條件的無氧或缺氧環(huán)境，廢棄物在等離子高溫作用下，分離出的碳不會(huì)被氧化，這樣，處理過程中排放的氣體的體積會(huì)減少，二氧化碳有害氣體的排放量被降到了最低。
2、廢棄物在等離子高溫作用下，分離出的碳將殘留在處理腔中，與其它不能氣化的成份形成了性質(zhì)穩(wěn)定的、對(duì)人類的環(huán)境無害的、有時(shí)是可以利用的殘余物。
3、在排放的氣體中由于碳的缺乏，破壞了二惡因的形成條件，有利于避免二惡因的二次污染。
下面參照附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。


附圖是實(shí)施本發(fā)明工藝的設(shè)備示意圖。
附圖中各標(biāo)號(hào)表示1等離子體束發(fā)生器，2氣體輸入管道，3電源線，4冷卻器，5抽氣泵，6爐體腔室，7等離子體束，8廢棄物，9壓力傳感器。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，本發(fā)明的廢棄物等離子體高溫處理工藝包括將待處理的廢棄物置于一個(gè)爐體的腔室6中、在腔室中6形成惰性環(huán)境并用等離子體束對(duì)廢棄物進(jìn)行加熱分解。
所述的惰性環(huán)境可以為真空環(huán)境、氮?dú)猸h(huán)境、氦氣環(huán)境或氬氣環(huán)境。
該工藝還可以包括在加熱分解過程中排除所述腔室6中的氣體的步驟。
廢棄物在真空負(fù)壓下利用等離子體高溫進(jìn)行分解，其分解效率比非真空狀態(tài)下分解效率會(huì)更高。
本發(fā)明的廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備包括爐體和安裝在爐體上的等離子體束發(fā)生器1，所述的爐體具有至少一個(gè)腔室6，等離子體束發(fā)生器1的電極和氣體輸入管道2伸入到腔室6中，所述的等離子體束發(fā)生器的氣體輸入管道2與一個(gè)惰性氣體源相連接，并且所述的腔室6與惰性環(huán)境生成裝置相連接。
該設(shè)備還可以包括與腔室連通的氣體排除裝置。
所述的惰性環(huán)境生成裝置和氣體排除裝置可以是一個(gè)抽真空裝置。
所述的抽真空裝置包括抽氣泵5，并且在連接抽氣泵的管道上接有冷卻器4。
所述的惰性環(huán)境生成裝置也可以是一個(gè)與所述腔室6連通的惰性氣體輸入裝置和一個(gè)抽真空裝置。
在所述的腔室6上可以設(shè)有壓力傳感器9，該傳感器9與氣體排除裝置相連接。
附圖給出了本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，其中等離子發(fā)生器1發(fā)生的高溫等離子氣體7對(duì)廢棄物8進(jìn)行加熱分解，廢棄物8置于密封的處理腔6之中，由抽氣泵5對(duì)處理腔6中的氣體經(jīng)冷卻器4冷卻后進(jìn)行強(qiáng)制外排。由壓力傳感器9對(duì)處理腔6內(nèi)部的真空度進(jìn)行檢測(cè)，并將信號(hào)反饋到抽氣泵5，調(diào)節(jié)氣體排放速度，使處理腔6內(nèi)始終處于一定的真空度。等離子發(fā)生器1的輸入氣體可使用不含氧的氣體。
上述參照附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明的描述只是說明性的，而不構(gòu)成對(duì)它的限定。顯然，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行許多變型，但均不脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
1.廢棄物等離子體高溫處理工藝，其特征在于，該工藝包括將待處理的廢棄物置于一個(gè)爐體的腔室中、在腔室中形成惰性環(huán)境并用等離子體束對(duì)廢棄物進(jìn)行加熱分解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢棄物等離子體高溫處理工藝，其特征在于，所述的惰性環(huán)境為真空環(huán)境。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢棄物等離子體高溫處理工藝，其特征在于，所述的惰性環(huán)境為氮?dú)猸h(huán)境、氦氣環(huán)境或氬氣環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的廢棄物等離子體高溫處理工藝，其特征在于，該工藝還包括在加熱分解過程中排除所述腔室(6)內(nèi)的氣體的步驟。
5.一種廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備，包括爐體和安裝在爐體上的等離子體束發(fā)生器(1)，所述的爐體具有至少一個(gè)腔室(6)，等離子體束發(fā)生器(1)的電極和氣體輸入管道(2)接入到腔室(6)中，其特征在于，所述的等離子體束發(fā)生器的氣體輸入管道(2)與一個(gè)惰性氣體源相連接，并且所述的腔室(6)與惰性環(huán)境生成裝置相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括與腔室連通的氣體排除裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備，其特征在于，所述的惰性環(huán)境生成裝置和氣體排除裝置是一個(gè)抽真空裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備，其特征在于，所述的抽真空裝置包括抽氣泵(5)，并且在連接抽氣泵的管道上接有冷卻器(4)
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備，其特征在于，所述的惰性環(huán)境生成裝置是一個(gè)與所述腔室(6)連通的惰性氣體輸入裝置和一個(gè)抽真空裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9之一所述的廢棄物等離子體高溫處理設(shè)備，其特征在于，在所述的腔室(6)上設(shè)有壓力傳感器(9)，該傳感器(9)與氣體排除裝置相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢棄物等離子體束高溫處理工藝和裝置，它是將待處理的廢棄物置于一個(gè)腔室中，然后在惰性環(huán)境下用等離子體束對(duì)廢棄物進(jìn)行加熱分解。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使廢棄物的分解率更高，產(chǎn)生二氧化碳量低，而且能夠減少對(duì)環(huán)境的二次污染。
文檔編號(hào)F23G7/00GK1425873SQ0114411
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月11日
發(fā)明者李亞軍, 李江國(guó) 申請(qǐng)人:北京機(jī)電研究所