处理含烃废物和/或卤化废物的方法

摘要

本发明涉及一种处理含有烃的废物和/或卤化的废物的方法,其中让废物于400—900℃无氧情况下在氢氧化物熔融体中反应。

说明书

本发明涉及一种处理含烃废物和/或卤化废物的方法。

已知处理含烃废物和/或卤化焚烧的方法是在开焰中于高温将含烃废物和/或卤化废物焚烧，并利用由此得到的能量。

令人遗憾的是，在含烃废物和/或卤化废物焚烧过程中，得到了大量不同的反应产物，就环境相容性而言，它们不同程度地有问题。

本发明的目的是开发一种能以环境友好的方式处理各种含烃废物和/或卤化废物的方法。

根据本发明，采用一种处理含烃废物和/或卤化废物的方法可以达到本发明的目的，在该方法中，废物于400-900℃无氧情况下在氢氧化物熔融体中反应。

在该方法有利的方案中，氢氧化物选自碱金属氢氧化物。

在优选的方式中，氢氧化物为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

在本发明方法特定的方案中，氢氧化钠与氢氧化钾的比为1∶0至1∶10，优选为1∶0.5。

在该方法优选的方式中主要产生了氢、甲烷、碳酸盐，并且若使用卤化废物，还另外产生金属氯化物。

另外，在该方法中还得到金属氢化物，在某些情况下，还得进一步得到烃。

由于所得到的碱金属氢化物非常活泼，所以需要仔细处理。

为了消除气体碱金属氢化物，优选使用碱金属氢氧化物熔体或烃。

所得到的碱金属氢化物可用于得到金属或氢。由此得到的碱金属氢氧化物可返回到该工艺中。

在300-500℃可以促进碱金属化合物的生成，同时得到气态氢的最高温度为580-900℃。

用作含烃废物溶剂的有焦油、废油、润滑剂、脂肪、涂料、染料、蜡和非卤化的塑料、四或三氯乙烯、四氯乙烷、冷却剂和制冷剂(CFCs)、PCBs、

二噁英、呋喃、制动液、杀虫剂、杀真菌剂和除草剂、卤化塑料。

熔体可进一步含有催化剂，这种催化剂含有不可用氢化钠还原的金属氧化物，并且若可能，是耐硫和/或硫化物的。

反应的基质优选选自不与碱金属氢化物生成金属酸盐(metallate)，若可能不生成或只生成少量任何金属羰基的物质。

下面结合附图对本发明的各种改进加以描述。

图1是处理含烃废物工厂的示意图。

将含烃废物和/或卤化废物加入到加料斗1中，然后用泵2经安装有关闭阀3的管道引入到反应器4中。反应器5包括有加热件5，经关闭阀6与氮气供应源7相连。含烃废物和/或卤化废物与反应器4中所含的熔体反应之后，将产物加料到第一气体洗涤器8中，固体保留在第一气体洗涤器8中。然后经排出设备9将固体排出。洗涤介质由泵10循环。

由固体释放出的气体经气体压缩机11流到第二气体洗涤器，在其中除去各种气体。所生成的固体由关闭旋塞阀13排出。

这种方法纯化的气体经管道14从洗涤柱12的上部导出。

可提及下面的实施方案：

在钢反应器中，上述批料在由2份氢氧化钠和1份氢氧化钾组成的碱金属氢氧化物熔体中，于750-约820℃在无空气和氧气下于大气压下，即1.013±0.05巴，进行热化学反应。

在这些工艺参数下热动力学反应优选生成的反应或转化产物主要为得到的气体氢以及少量百分数的甲烷。

所生成的对环境有害或污染环境的气体物质如一氧化碳以及称为温室气体的二氧化碳很少，可以忽略。

除主要生成的气体物质氢和甲烷外，根据熔体组分的不同，还可生成次要物质：各种金属化合物。

总的来说，它们基本上为所得到的固体附聚物碱金属(此处的金属钠，金属钾)、碱金属碳酸盐(此处的碳酸钠、碳酸钾)以及金属氢化物(此处的氢化钠、氢化钾)。这些碱金属化合物可由合适的分离方法得到，并在某些情况下，具有重大的商业价值。

碱金属氢化物可与各种金属氧化物、金属氯化物和金属硫化物发生化学反应，从而作为产物得到纯的或高纯金属。

所生成的主要气体的应用和次要产物一样是多种多样和多方面的。但重点是在气体发动机和气体涡轮机中和在燃料电池中将气体产物转化为电能。

但可以对该工艺加以改进，从而生成较大量的碱金属化合物或增加工艺气体产率。这主要通过变化试验温度而实现。在300-500℃可以促进碱金属化合物的生成，同时得到气态氢的最高温度为约580-900℃。在高温下，工艺气体的组分向氢的方向变化，即，工艺气体中所含的甲烷百分数较小。在低温下氢量为可得到的最大值以下。此时的气体组分特别是氢和甲烷与约800℃时不同，即生成了较大量的甲烷。由于热分解过程增加，在超过900℃的试验温度下氢不能得到较大的产率。而且，促进了对环境有害释放物如一氧化碳和二氧化碳的生成，而这些物质在通常工艺条件下是不能生成，即热动力学上碳和氧增加，并作为碱金属碳酸盐存在。

在试验开始，经气密性的喷嘴向反应器(ST37普通钢，4厘米高，200-400毫米内径)中加入碱金属氢氧化物。然后，由电加热设备(管式加热器或瓦片式加热器)加热到约750℃。

生成具有低共熔熔点的均匀熔体。

用Ni-CrNi或Pt-PtRh热电偶测量温度。将热电偶经气密性的喷嘴插入在反应器的中心，从而读取熔体的温度。为了安全和更好地混合熔体，经特殊的喷嘴先向熔体中引入氮气。氮气充分地混合熔体，同时可以排出设备中所含的残余空气。

经过一定的起动时间之后，向反应器中引入各种含烃和/或卤化的废物开始工作。经偏心螺杆泵可开始引入废料。偏心螺杆泵将由一个或多个入口系统引入的物质分配。使用一个或多个入口系统可以增加反应器的容量。

一方面由于高温，另一方面由于反应熔体的碱性、腐蚀性，各种批料会分解。在此过程中，分解产物反应生成新的产物，由于高温，其最初为气态。在反应过程中，可得到大量的氢和甲烷。

碱金属、碱金属碳酸盐、碱金属氢化物和碱金属氯化物可以作为次产物得到。这些物质在稍低的温度下生成，冷却时结晶，然后保留在用石蜡油冲洗的洗涤柱中。未转化的碱金属氢氧化物以及部分碱金属碳酸盐和碱金属氯化物仍保留在反应器中。

根据所得气体的相应分压，反应可得到在常压之上稍微过压0.05巴。

从固体组分释放的气体经侧通道压缩器(side channel compressor)吸入，然后在另一洗涤柱中纯化。

第二洗涤柱包括硫酸锌溶液(ZnSO₄)。若在各种批料中含有硫，在反应器中生成硫化氢(H₂S)。这种物质应从所得到的气体中除去，这不只是因为其具有毒性和气味。这可通过在第二气体洗涤柱中进行化学沉淀反应而实现。在气体洗涤过程中，生成硫化锌(ZnS)。硫化锌作为晶体物质出现，沉入洗涤柱的底部，然后用排出机理加以分离。硫酸作为气体洗涤的进一步副产物沉淀出。这样通过连续检测洗涤液的pH值可以得出所生成的硫化氢的含量。

用硫酸锌溶液进行气体洗涤不影响所得到的氢和甲烷。按需要可将氢和甲烷转化为能量。

应采用温度、压力和泄漏测量仪器作为安全措施。若体系发生泄漏，会发生反应(反应式1-3)，而使工艺难以控制。下列反应是最重要的反应：

a)碱金属例如钠与水反应

               (反应1)

b)碱金属氢化物如氢化钠与水反应

             (反应2)

c)                   (反应3)

为此，重要的是安装合适的密封如金属夹套陶瓷密封、压力释放设备和特别是指示器。

反应器中剩余的物质以及未转化的金属氢氧化物可非连续或连续地从体系中除去。这可用最简单的方式将反应器和反应器底部清空来实现，其大致如下：在反应器的底部提供一环形切口，通到加热的排出管。

该管安装在具有特定的线圈和螺旋密封的收集槽中。当从反应器中倒出反应物，螺旋联结松开，由加热线圈加热到约250℃。先前流到排出管并在此凝结的熔体再变为流体。这样就打开了“天然的堵塞，反应物也就流入收集槽并冷却而无危险。

实施例1

在一试验中，根据上述描述的方法将机油于743℃和1.05巴的压力下反应。

在该方法过程中，收集气体样品(样品1)并测定CO₂、O₂、CO、H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄和C₃H₈。气体样品各种组分的测量如下：

CO₂、CO、CH₄用URAS¹气体分析器进行红外分析。

H₂和烷烃用热导检测器(HCD)进行气相色谱分析和检测。

气体样品测量结果如下：

化合物CO₂O2COH₂CH₄C₂H₆C₂H₄C₃H₈样品1的百分数0.020.761ppm905.60.170.010.02

实施例2

在另一试验中，将机油(A)于758℃和1.05巴的压力下反应。根据上述描述的方法，将机油与涂料的混合物(B)于762℃和1.06巴的压力下反应。

在该工艺过程中，分别收集气体样品(样品3(A)和样品4(B))，并测定N₂、CO₂、O₂、CO、H₂、CH₄、C₂H₈。

气体样品用具有火焰离子化检测器的色谱进行测量。各种组分的测量如下：

气体样品测量结果如下：

化合物N₂.载气CO₂O₂CO^*H₂CH₄C₂H₈样品3的体积百分数12.0＜0.5＜0.5＜0.566.020.51.5样品4的体积百分数12.2＜0.5＜0.5＜0.577.09.90.9

^*氢的含量未直接测定，是通过从100体积％的差计算得到。

分析的精确度为相对误差±5体积％。

实施例3

在另一试验中，根据上述描述的方法，在下列条件下，将机油与涂料的混合物(混合物C)和废深度煎炸油(混合物D)反应。

混合物温度，(℃)压力，(巴)C(机油和涂料)7551.05D(废深度煎炸油)7651.07

在该工艺过程中，分别收集气体样品(样品C、D、E、F、G对应于各种混合物)，并测定CO₂、O₂、CO、H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₃H₈和C₂H₂。按实施例1，测定各种组分。

气体样品的测量结果如下：

化合物CO₂O₂COH₂CH₄C₂H₆C₂H₄C₃H₈C₂H₂样品C的体积百分数0.000.720.000186.311.50.260.010.020.01样品D的体积百分数0.011.070.000181.614.70.53微量0.030.05

实施例4

在一试验中，根据上述方法，将1，1，1-三氯代乙烷于786℃和1.013±0.06巴下反应。在该工艺过程中，收集气体样品(样品5)，并测定碳、氧、氮、一氧化碳、氢、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、正丁烯、异丁烯、乙炔、氯化石蜡、苯、甲苯和二甲苯。

气体样品测量结果如下：

化合物    样品5    单位碳        0.01     体积％氧        0.6      体积％氮        未测     体积％一氧化碳  0.0003   体积％氢        90.3     体积％甲烷      5.6      体积％乙烷      0.23     体积％乙烯      0.08     体积％丙烷      0.013    体积％丙烯      未测     体积％正丁烷    未测     体积％异丁烷    未测     体积％正丁烯    未测    体积％异丁烯    未测    体积％乙炔      0.2     体积％氯化石蜡  ＜1.0   mg/m³苯        72.9    mg/m³甲苯      6.27    mg/m³二甲苯    0.93    mg/m³