CN1481496A - 用于材料热处理的设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于材料尤其是废弃材料的热处理设备，其包括至少一个在旋转炉(12)中反应区(10，10a，10b，10c)，其中炉的纵向轴线相对与水平面倾斜角度范围是0°±45°，并设有第一加热装置(14)和至少一个具有第二加热装置(18)的旋转螺杆(16)，螺杆轴(20)是中空的，并至少局部地具有多个孔，以允许气体流进和/或流出反应区(10，10a，10b，10c)，许多导热颗粒物可在反应区(10，10a，10b，10c)中移动。

Description

用于材料热处理的设备及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种材料尤其是不同种类废弃材料的热处理设备，以及该设备的操作方法。
背景技术
到目前为止对不同种类废弃材料尤其是来源于电子工业的材料处理还有很多的问题。由于这些材料的复杂组成，它们含有的卤化物，特别是氯化物和溴化物，以及含有硬塑料和热塑性塑料及其混合物，直接的清洗转换实际上并不可行：尤其是在热设备中的转换由于氯含量较高而不可行，进行热离解由于成本高也是不可行的。
至今还采用人工分离这些废弃材料。但是这些过程需要使用大量的劳动力，并且无论如何难以应用到高度集成的设备上，例如含有废弃材料包括贵重金属的电路板和卡，它们的回收很有经济利益。
发明内容
本发明的目的是提供一种这样的设备及其操作方法，它对材料尤其是上面提到的不同种类废弃材料进行适当的热处理。
根据本发明，使用这样一种设备及其操作方法可实现上述目的，该设备和其操作方法具有在任何一项随后的权利要求中描述的特征。
附图说明
通过参考附图的非限制性例子，从下面详细的描述可以理解本发明的优点和特性，其中：
图1是根据本发明设备的第一实施方案的示意图；
图2是根据本发明设备的第二实施方案的示意图；
图3是沿图2中线III-III的截面图；
图4是根据本发明设备的第三实施方案的示意图；
图5是沿图4中线V-V的截面图；
图6是根据本发明设备的第四实施方案的示意图；以及
图7是根据本发明设备的第五实施方案的示意图。
具体实施方式
一种用于材料尤其是废弃材料高温分解的热处理设备，包括(图1)在气密的旋转式圆筒炉12中的反应区10，炉12具有基本上水平的轴线，并且沿炉的外壳提供例如电阻的第一加热装置14。
螺杆16沿炉的纵向轴线可旋转地安装在炉12中。螺杆轴20是中空的，在其内部空腔中设置例如电阻的第二加热装置18。此外在轴20的端部设有用作气体入口的开口22，该气体例如为吹扫用的气体，如甲烷、氮气、氢气，以及在轴的表面设置多个多孔烧结板或金属嵌入物24或陶瓷嵌入物，它们可允许气体进入反应区10中。或者，当需要燃烧反应时，这种气体可以是助燃物，例如氧气。此外，开口22和多孔板24可以用作反应区10的吸气口，从而在炉12中进行真空处理。
许多导热微粒可以在反应区10中移动。这些微粒最好是例如金属球状物、陶瓷球状物或SiC球状物26，并具有如起催化作用的功能化表面。
在螺杆螺纹牙顶29和炉12的内壁表面之间有一个小于球状物直径的径向间隙28。
炉12还设有用于导入球状物和待处理材料的开口30，用于将球状物和材料排出的开口32以及用于排出气体物质的开口34。或者，设置用于球状物26和待处理材料进入的独立开口。此外炉12和相连的螺杆16设有与设备气密的固定件36，例如可伸缩密封系统，它能够补偿不同的热伸长。
用上述设备处理的材料(为了清晰在图中没有示出)可以是不同种类类的：例如橡胶、合成橡胶、轮胎、热塑性塑料、硬塑料、土壤、受污染土壤、化合材料、来自工厂和家庭的废弃电子碎片，它包括聚合体材料和卤化化合物、生物体、麦杆、受污染木材、碳纤维化合物以及它们的混合物。另外这些材料的相容性可以不同：例如粘性或非粘性材料，带有高含量金属和/或不活泼组分的粘性和高粘性材料、化合物、粉末、潮湿物质、颗粒物质和不同相容性物质的混合物。
在操作中球状物26与材料混合通过开口30输送到炉12中。此外可以通过不同的开口输送待处理材料和球状物26。由于具有第一加热装置、第二加热装置14、18和导热球状物26的存在，使得沿炉12的横截面和其纵向轴线温度基本上度相同，例如约330℃，其中为了发生例如需要的高温分解和脱卤化学反应，均匀性是关键。
通常可以将催化剂和/或脱卤剂-例如CaO、CaCO3，硅酸钠和碱添加到待处理原料中，其中催化剂和/或脱卤剂适用于在最终产物中获得卤素和卤化部分的进一步分解。
即使间隙28防止了螺杆螺纹牙顶29对内壁的刮削，由于螺杆16的旋转，球状物26被向前推进，并清洗炉12的内壁和板24上的粘性物质。间隙28具有以下优点：即允许吹扫气体和气态反应产物如HCL朝开口34逸出。这种特性避免了在气态时可能发生不希望的连续反应。
螺杆16可以独立于炉12被驱动，只要利用例如炉12和螺杆16的反方向旋转，就能够获得长的滞留时间和充分的混合。
已处理原料和球状物26一起通过开口32从炉12排出。然后根据本技术领域人员熟知的技术分离和循环球状物26，而已经去除了几乎所有的有害卤化部分，例如已经除污和解毒的已处理原料可以进行进一步的处理。
图2和图3显示了根据发明的另一个设备的实施方案，其中螺杆16相对于炉12的轴线偏心设置，并靠近炉的底部。因此间隙28在其底部部分具有最小的宽度，其中该宽度小于球状物26的直径。该设备其余的结构特征和其操作与参考图1说明的相同。
图4和图5显示了根据发明的另一个设备的实施方案，该设备还包括用于使球状物26直接循环而不排出炉12的装置。尤其是螺杆轴20的内部空腔设有开口38、40，分别用作球状物26的径向入口和出口。出口开口40与反应区10上游处的第一室42连通，而入口开口38与反应区10下游处的第二室44连通，其中用栅板46将第二室的底部封闭。成形如轨道的装置48设置在室44中，它允许球状物26朝入口开口38导向。螺杆轴20内的中空腔的两端分别由塞子50堵住，为了能够替换损坏的球状物26，塞子可以被移除。此外，移除塞子50可以进行球状物26的外部循环。
在操作中，球状物26从轴20的内部空腔通过第一室42中的开口40下落，并由螺杆16的旋转在反应区10中被引导。在反应区的末端，球状物26进入第二室44，并由栅板46保持在那里，而其余已处理的原料可以穿过栅板下落。利用装置48使球状物26朝开口38导向，从而它们能够再次进入轴20的内部空腔，穿过空腔从开口40排出等等。由于球状物26的热能没有被浪费，反而被持续地重复利用，因此节约了相当的能源。
图6公开了根据发明的另一个设备的实施方案，其中利用同一旋转炉12的连续部分形成两个串联的反应区10a、10b。这两个区10a、10b由炉12的中间部分52隔开，其中螺杆螺纹的牙顶29基本上靠近炉12的内壁表面。这时螺杆16沿炉12的纵向轴线位于中心。此外，利用板54将螺杆16的内部空腔分为两个隔开的子腔，子腔中分别设置有独立的第二加热装置18a、18b，而第一加热装置14可相应于两个反应区10a、10b单独调节。
从而，通过适当地调整加热装置14、18a、18b，可以在两个反应区10a、10b建立不同的热分布。因此从第一区10a到达的脱卤原料基本上具有与在图1中描述的整个炉12相同的特性，为了通过高温分解单体化合物产生例如在气态时从开口34排出的苯乙烯，例如可以经受更高的温度例如大约380℃，并且可以在进一步的工业处理中用作原料。
图7公开了根据发明的另一个设备的实施方案，其中利用分别独立的炉12形成三个串联的反应区10a、10b、10c，其中分别使用装置56将分别独立的炉12串联的连接，装置56例如为管的形式，使得输送原料可以从上游的炉12供给到下游的炉中。沿各炉12的纵向轴线设置的螺杆16被示出，但是它们也可以相对于轴线偏心设置。此外，可以为炉12设置用于使球状物26循环的装置，例如在图4和5中显示的装置。
实际上，在第一、第二炉12中进行的处理分别与在图6中示出的设备的第一、第二反应区10a、10b的处理相同，而已处理原料在第三炉12中可以经受更高的温度，例如大约440℃。
从而，在第三炉12中限定的反应区10c产生气态的脂肪族馏分(见箭头58)和基本上不含有害化合物的剩余产物(见箭头60)，以及取决于供给的纯度产生包括贵重金属和/或铁合金和/或非铁合金。由于它们已经从大多数不同性质的原料中分离出来，因此这些剩余产物可以适当地低成本回收。
下面公开了一些使用上述设备的非限制性的热处理例子。
实施例1
利用氮气作为惰性吹扫气，用相对于图1中示出设备中公开的处理类型，在温度大约为400℃的设备中，在一个阶段可对如下材料进行热解：监视器元件、计算机的外壳以及计算机支座，其中计算机支座没有线路板或氯和溴含量总共为2.4wt.％、金属含量低的大金属件以及作为聚合物部分的主要是类似于不饱和聚脂的硬塑料和类似于聚合体的环氧树脂。不向已处理原料中添加卤素净化剂。
由于存在环氧树脂和苯酚树脂，所以在高温分解过程中会产生相当数量的氧气和苯酚。
尽管有这些不利的运行条件，仍可以获得石油产品和少量令人惊讶的卤素化合物，例如氯化联苯PCBs、二氧芑PCCDs和呋喃PCDF。通过使用检测方法测定PCBs、PCCDs、PCDF，例如在USEPA 8280A、8290中公开的检测方法，可以检测到仅仅1mg/g的PCBs。
实施例2
选择与实施例1相同的最初原料，用在图6中示出的处理方法，在设备中进行两步高温分解处理，温度分别为330℃和400℃。这种处理可以获得第一反应区少量的包括石油和高卤素含量(＞2wt.％)的第一产物的顶部空间异相，和第二反应区大量的包括石油和低卤素含量(0.002-0.2wt.％)的第二产物的顶部空间异相。在US-A-6100440中公开的有氧化作用的逆流式装置中适当处理第一产物，将US-A-6100440的内容在此引入作为参考。使用脱卤剂如在EP-A-675748公开的那样适当地处理第二产物，其中脱卤剂可以是碱金属或碱土金属，聚亚烷基二醇(polyalkileneglycol)，Nixolens(注册商标)，碱或碱土金属的C1-C6的醇化物或氢氧化物，将EP-A-675748的内容在此引入作为参考。这两个已处理的产品卤素含量都非常低，例如低于0.0002wt.％，并可以用来例如发电或单体回收的蒸馏。
实施例3
使用在EP-A675748中公开的脱卤剂处理实施例1的石油产品，以将剩余的卤素化合物转化为有机的或无机的卤盐。然后使用AgNO3将后者沉淀析出，并获得卤素含量＜0.0002wt.％的最终石油产品。这种最终产物可以被用来发电，例如用来加热设备和沉积Ag回收的电解处理，从而使整个处理充分地自我维持。
当然，发明的原理保持相同，相对于仅仅通过例子所描述的内容，在不脱离发明精神的条件下对结构的细节和实施方案的形式可以进行多种变化。尤其是炉的纵向轴线不必是水平的，可以是相对于水平面倾斜直到±45°，最好是±15°。

Claims (18)

1.一种用于材料尤其是废弃材料的热处理设备，其包括至少一个在旋转炉(12)中反应区(10，10a，10b，10c)，其中炉的纵向轴线相对于水平面倾斜角度范围是0°±45°，并设有第一加热装置(14)和至少一个具有第二加热装置(18)的旋转螺杆(16)，螺杆轴(20)是中空的，并至少局部地具有多个孔，以允许气体流进和/或流出反应区(10，10a，10b，10c)，许多导热颗粒物可在反应区(10，10a，10b，10c)中移动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述颗粒物为球状物(26)。
3.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其中所述颗粒物是金属、陶瓷和/或SiC的。
4.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其中所述颗粒物具有功能化的表面。
5.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其中炉的纵向轴线相对于水平面的倾斜角度范围是0°±15°，并且优选为大致水平。
6.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其中螺杆(16)相对于炉(12)的纵向轴线偏心设置，并靠近炉(12)的底部。
7.根据前述权利要求1-5中任意一项所述的设备，其中螺杆(16)沿炉(12)的纵向轴线设置。
8.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其中在所述反应区(10，10a，10b，10c)中螺杆螺纹的牙顶(29)和炉(12)的内壁表面之间具有径向间隙(28)，它至少在其底部部分比球状物(26)的直径小。
9.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其提供用于使所述导热颗粒物再生的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述用于再生的装置包括至少一个相应的开口，用于来自和进入螺杆轴(20)的内部空腔的颗粒物的径向入口(38)和出口(40)，分别地，出口开口(40)与反应区(10，10a，10b，10c)上游处的第一室(42)连通，而入口开口(38)与反应区(10，10a，10b，10c)下游处的第二室(44)连通，在室(44)中设置了使所述颗粒物朝入口开口(38)导向的装置。
11.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其中所述螺杆轴(20)的表面设置多个多孔烧结板或嵌入物(24)，以使气体通过。
12.根据前述任意一项权利要求所述的设备，其包括串联的反应区(10a，10b，10c)。
13.根据权利要求12所述的设备，其中利用同一旋转炉(12)的连续部分形成所述反应区(10a，10b，10c)，其由相应的炉(12)的中间部分(52)隔开，其中螺杆螺纹的牙顶(29)基本上靠近炉(12)的内壁表面。
14.根据权利要求12所述的设备，其中在独立的炉(12)中形成所述反应区(10a、10b、10c)，其中通过相应的装置(42)将独立的炉(12)串联地连接，使得材料的传送可以从上游的炉(12)供给到下游的炉中。
15.根据前述任意一项权利要求所述的设备的操作方法，适用于材料尤其是高温分解的废弃材料的热处理。
16.根据权利要求15的方法，其产物进行氧化的逆流脱卤反应。
17.根据权利要求15的方法，其产物经过脱卤剂处理，脱卤剂例如为碱或碱金属、聚亚烷基二醇(polyalkileneglycol)、碱或碱土金属的氢氧化物或C1-C6的醇化物。
18.根据权利要求15-17中任意一项所述的方法，其中催化剂和/或净化剂适用于在最终产物中得到卤素和卤化部分的进一步分解。
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