废物碳化方法 【技术领域】
本发明涉及一种废物碳化方法，该方法采用其它废物碳化和/或活化固体废物。
这里，固体废物包括：(1)诸如城市垃圾的废物或者通过压缩和成型所述废物形成的物质；(2)拆毁和建筑垃圾中的废木材；(3)森林抚育间伐产生的废木材；和(4)食品加工产生的废物，诸如啤酒的过滤残渣。但是，只要废物中包含碳，任何废物都可被使用。也可以用不是废物的材料诸如木屑来代替固体废物。其它废物可以或者是上述的固体废物、或者是低品位或低碳含量的固体或液体废物。其它废物可以用经常使用的燃料诸如煤来代替。
背景技术
当有机物在合适的条件下被加热时，有机物通过热解转化为富碳物质，即，无定形碳。该反应称作碳化作用。根据常规碳化作用，大约10％到20％(按湿量)的含碳物质转化为木炭(在木材的情况下)，尽管该值取决于制造工艺。碳化作用产量较低的原因是因为包含在含碳物质中的一部分碳作为碳化作用的热源被慢慢地燃烧掉了。尽管80％到90％的含碳物质转化成被排出的蒸汽和气体，由于包含在含碳物质中的一部分碳作为碳化作用的热源被燃烧掉了，排出地二氧化碳的量还是相当大的。
而且，有一种技术用于在一个单一阶段由植物型或矿物型材料生产活性炭。按照该方法，当植物型或矿物型材料与按体积包含0.5％到5％的氧气的气体接触，在植物材料的情况下在400℃或更高的温度下进行煅烧，而在矿物材料的情况下在500℃或更高的温度下进行煅烧，以制造活性炭但是，这种方法涉及经济上的问题，因为气体中氧气的含量是通过将氮气、氩气或氦气加到煤或石油的燃烧废气中来调节的，贵重物质被用作原料。具体地，燃烧废气中的氧气浓度是如此的高以致于需要昂贵的惰性气体将氧气浓度调节到活化作用的最佳值1％到2％。
另一方面，根据1991年的统计，在日本废木材的年产量大约为三千六百万立方米，它们中的90％没有被重新利用，而是通过焚烧和回收进行处理。这些废木材主要是由于拆毁房屋和建筑房屋产生的，这类废木材占所有废木材的大约74％。尤其是，拆毁房屋产生的废木材已经经过防腐处理，诸如CCA(铬-铜-砷)处理。废木材的焚烧和回收导致担心引起如下环境问题：As(砷)混合到焚烧废气中；高含量的Cr(铬)或Cu(铜)包含在焚烧灰中；以及砷、铬或铜从垃圾填埋地点洗提出来。
目前，以下方法被考虑作为已经经过防腐处理的这类废木材的处理或处置方法：(1)一种方法是在一个完全装备废气净化系统的炉子中进行焚烧，焚烧灰和飞尘被稳定，然后被抛弃在垃圾填埋地点；(2)一种方法是木材被破碎，然后被抛弃在垃圾填埋地点；和(3)一种方法是采用溶剂萃取除去重金属。
但是，这些方法具有以下问题。在方法(1)中，需要一个装备有用于回收重金属的废气净化系统的专用焚烧炉以及一个用于使焚烧灰和飞尘稳定的稳定系统，这因而增大了处理费用。在方法(2)中，需要防止由于木材的腐烂分解导致砷、铬和铜洗提到沥出液中，在回收之后利用土地的问题仍然没有解决。在方法(3)中，还有许多未知的技术问题，难于从木材中完全地回收重金属。
本发明概述
因此，本发明的目的如下：
(1)为了抑制利用包含在含碳物质中的碳作为碳化作用的热源，以增大碳化作用产量，从而减少所产生的二氧化碳的量，即，在碳化作用过程中使包含在含碳物质中的碳的燃烧最少；
(2)不用诸如氮气、氩气或氦气的贵重原料就可调节周围气体中氧气浓度；以及
(3)由包含有害物质的废木材生产活性炭，并使所产生的气体完全无害。
将详细描述目的(3)。已经尝试利用由木材生产的木炭的多孔性和利用木炭例如作为吸附剂、湿度控制物质、除臭剂和水净化剂。而且，在钢铁工业中，应当提倡有效利用废品。废品包含有机物，诸如塑料、油漆或油，担心在溶解过程中产生诸如二恶英的有害物质。在再熔化焚烧炉的情况下，尽管利用诸如活性炭的具有大吸附能力的物质可以有效地去除在再熔化焚烧炉中产生的有害物质，但使用活性炭导致费用增大。因此，用废木材生产价格便宜但有高吸附性的木炭以利用所获得的木炭作为钢生产过程中和再熔化焚烧过程中的吸附剂可以促进有效利用废木材以及减小总的环境载荷。实现该系统的目的之一是生产具有良好吸附能力的木炭。迄今为止，对工业化地生产木炭的技术和生产具有良好吸附能力的木炭的条件的研究是不充分的。因此，本发明的目的之一是上述的目的(3)。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用固体废物生产木炭和/或活性炭的方法，其特征在于，固体废物间接或直接地暴露在其它废物和/或燃料的热解气化或燃烧所产生的气体中。
这里，碳化作用意味着作为含碳有机物的固体废物被加热和干馏以形成富碳固体。活化作用是指在有蒸汽的情况下通过加热进行碳化作用过程中通过使挥发性物质挥发产生的大孔周围形成微孔(细小孔)。通常，活性炭是通过碳化作用和活化作用两个过程来生产的。另一方面，根据本发明，碳化作用和活化作用在一个过程中同时进行，即，通过在一个单一炉子中的一系列步骤。
根据本发明，下面是可能的：(1)抑制包含在含碳物质中的碳作为碳化作用的热源燃烧，以增大碳化作用产量，从而抑制所产生的二氧化碳的量；(2)不用诸如氮气、氩气或氦气的贵重原料就可调节气体中氧气浓度；以及(3)用诸如包含有害物质的废木材的固体废物生产活性炭，并使所产生的气体完全无害。
根据本发明的另一方面，提供一种碳化和/或活化固体废物的方法，其特征在于，一个装有固体废物的壳体暴露在其它废物热解气化所产生的气体中。
根据本发明，装在壳体中的固体废物通过间接加热被干馏并因而转化成气体和木炭。所产生的气体的一部分被冷却和冷凝以获得焦木酸，其余气体在一个后续阶段返回到气化炉或排渣式燃烧炉。
根据本发明的又一个方面，提供一种用固体废物生产木炭和/或活性炭的方法，其特征在于，固体废物直接地暴露在其它废物和/或燃料的热解气化所产生的气体中，或者通过所产生的气体干馏。
附图简述
图1是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的废物碳化方法的装置的一个实施例；
图2是用于图1的装置中的流化床气化炉的详细横剖视图；
图3是一个示意图，显示了将本发明应用到一个流化床气化和排渣式燃烧系统；
图4是用于图3的装置中的流化床气化炉和排渣式燃烧炉的详细垂直剖视立体图；
图5是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的废物碳化方法的装置的另一个实施例；
图6是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的废物碳化方法的装置的又一个实施例；
图7是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的废物碳化方法的装置的又另一个实施例；
图8是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的废物碳化方法的装置的又另一个实施例；以及
图9是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的废物碳化方法的装置的再另一个实施例。
实现本发明的最佳方式
以下将参照附图对根据本发明的废物碳化方法的具体实施例进行描述。但是，应注意的是，以下实施例是示例性的，不构成对本发明的技术范围的限制。在图1至9中，相同或对应的部件或构件具有相同的标号，以避免对这些部件或构件的重复说明。
图1是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的废物碳化方法的一个装置。在图1中，标号1表示流化床气化炉。废物A通过定量给料器2供给到流化床气化炉1。在流化床气化炉1内设置有一个净空间(freeborad)3、一个流化床5、一个空气分配板6和一个空气室7。一个分选器8和一个斗式输送机9紧邻流化床气化炉1设置。诸如煤的燃料可以用来代替废物A。
一个用于供给固体废物B的给料器4设置在流化床气化炉1的净空间3中。给料器4具有一个壳体4a，多个孔口4b形成在壳体4a位于净空间3内的部分上。废物A在流化床气化炉1中被气化，所产生的热解气体的一部分通过这些孔口4b，并与由给料器4所承载的固体废物B接触。因此，固体废物B被加热。结果，固体废物B直接地暴露在给料器4内的热解气体中，在给料器4内的固体废物B变成碳化物质和/或活性炭B′。所产生的碳化物质和/或活性炭B′从给料器4的出口排出。当固体废物B是城市垃圾时，其中木材成分的量较小，形成碳化物质(通常是焦炭)。另一方面，当固体废物B是木质的时，形成活性炭。当固体废物B包含有城市垃圾和木质物质时，它们分别变成碳化物质和活性炭。
替代地，在流化床气化炉1中所产生的所有量的热解气体可以与设置在净空间3的水平横截面的大体整个区域上的壳体接触，所有量的气体可以通过壳体上的孔口。而且，一个沟槽状的多孔板可以用来代替壳体，一个螺杆可以设置在多孔板之上。此外，可以安装一个用于减小净空间区域的隔板，上述壳体或多孔板可以设置在由隔板和净空间形成的一个开口中。通过这种结构，在气化中所产生的所有量的热解气体可以确定地通过壳体的孔口。
如果需要，废物A可以被预处理，诸如破碎、分选和脱水，然后通过螺旋式定量给料器2以恒速供给到流化床气化炉1。一次空气b供给到气化炉1中的空气室7，然后从空气分配板6向上送以使分配板上的砂子流化。用作流化介质的砂子是颗粒直径为0.5到1.0mm的石英砂。从一个在流化床之上的位置供给的废物A落入流化床中，并与温度保持在450C到650℃，优选地保持在500℃到600℃的流化床中的一次空气b接触，从而使废物A被迅速地热解和气化。
为了防止不燃物在流化床内聚集，不燃物和砂子的混合物d连续地或间歇地从气化炉1的底部排出。具有较大尺寸的不燃物e通过包括转筒筛等的分选器8被分选和去除。不燃物包括金属，诸如铁、铜和铝。由于炉的内部处于还原氛围，金属可以以这样一种状态被回收，附着的可燃物被从中去除，金属是非氧化的、通过砂子磨光的和纯净的。这对于回收有价值的金属的十分有用的。通过从中去除不燃物e获得的砂子f通过斗式输送机9向上输送，再次返回到气化炉1中。
引入气化炉1中的废物A通过热解气化反应迅速地变成气体、焦油和焦炭。作为碳化物质的焦炭分散在流化床中，同时与砂子一起被流化，木炭通过氧化反应或流化床的搅拌作用被研磨成粉。细粉状焦炭被携带到流化床之上。二次空气c在一个紧邻流化床上方的位置吹到气化炉内以引起二次燃烧。在碳化装置(给料器4)周围的一个位置处的温度和氧气浓度通过二次空气c的量来控制。三次空气h在给料器4之上的一个位置吹到气化炉中，以完全燃烧在流化床5中所产生的气体等。在固体废物B转化成碳化物质或活性炭的过程中产生的热解气体通过给料器4的壳体4a的孔口4b排到流化床气化炉1内的净空间3中。然后，从固体废物B产生的热解气体与废物A气化产生的热解气体一起在净空间3中被完全燃烧。净空间3的温度保持在600到950℃，从而避免形成渣块。
如图1所示和以上所述，固体废物B的给料器4设置在流化床气化炉1内的净空间3中。许多孔口4b形成在安装于净空间3内的给料器4的壳体4a上。壳体4a是圆柱形的，壳体4a的内部直径设定为150到1000mm。废物A在流化床气化炉1中被处理，所产生的热解气体的一部分通过孔口4b流入壳体4a，该部分热解气体的氧气浓度为0.1％到3％，优选地为0.1％到0.5％，温度为600到900℃。因此，由给料器4所承载的固体废物B被加热和干馏。热解气体中的氧气浓度由作为流化气体所供给的一次空气b的量和供给到紧邻流化床5上方位置的二次空气c的量来控制。固体废物B通过破碎等而具有50到200mm的尺寸。固体废物B暴露在给料器4内的热解气体中大约20到60分钟导致给料器4内的固体废物B转化成碳化物质和/或活性炭B′。
图2是一个横剖视图，详细地示出用于图1的装置中的流化床气化炉1的结构。
一个圆锥形的分配板6设置在流化床气化炉1的炉底。通过分配板6供给的流化气体包括中心流化气体207和周边流化气体208，中心流化气体207作为上升流从炉底的中心部分204供给到炉子内部，周边流化气体208作为上升流从炉底的周边部分203供给到炉子内部。
中心流化气体207包括三种气体中的一种：蒸汽、蒸汽和空气的混合物、以及空气。周边流化气体208包括三种气体中的一种：氧气、氧气和空气的混合物、以及空气。替代地，周边流化气体208包括三种气体中的一种：蒸汽、蒸汽和空气的混合物、以及空气。理想的是，中心流化气体的氧气浓度低于周边流化气体的氧气浓度。在所有流化气体中的氧气总量设定为等于或大于废物A燃烧所需氧气理论量的10％并且等于或小于废物A燃烧所需氧气理论量的50％。
中心流化气体207的质量速度设定为小于周边流化气体208的质量速度。在炉子的上部周边区域中的流化气体上升流通过偏转板206被偏向炉子中心区域。因此，流化介质(通常是石英砂)在其中下行和扩散的流化床209形成在炉子中心区域，流化介质在其中活跃地被流化的流化床210形成在炉子周边区域。如箭头118所示，流化介质在炉子周边区域中的流化床210内上升、通过偏转板206被偏向流化床209的上部分、并在流化床209中下行。然后，如箭头112所示，流化介质沿着分配板6移动并且移动到流化床210的下部。按照这种方式，流化介质如箭头118和112所示地循环通过流化床210和流化床209。
当通过定量给料器2供给到流化床209上部的废物A与流化介质一起在流化床209中下行时，挥发性物质主要通过保持在流化介质中的热量被气化。由于在流化床209中没有或有少量的氧气，由气化产生的热解气体没有燃烧，而是如箭头116所示地通过流化床209。结果，流化床209形成一个气化区G。移动到净空间102中的所产生气体如箭头120所示地上升，并且通过壳体4a的孔口4b。因此，固体废物B被加热而转化成碳化物质和/或活性炭。在固体废物B碳化或活化过程中产生的气体等连同上述的所产生气体一起通过净空间3，并作为所产生的气体g从气体出口108排出。在图1所示实施例中，三次气体h被吹入净空间3中以完全燃烧所产生的气体。另一方面，在图2所示实施例中，三次气体没有被吹入净空间3中，因此，所产生的气体g从气体出口108排出。从气体出口108排出的所产生的气体g在一个后续的燃烧炉(未示出)中完全燃烧。
没有被气化、作为主要组分的焦炭(固定碳)114如箭头112所示地与流化介质一起从流化床209的下部移动到在炉子周边区域中的流化床210的下部，并且部分地被具有相对大的氧气浓度的周边流化气体208所氧化。按照这种方式，流化床210形成一个氧化区S。另外，可燃物的主要组分是焦炭。在流化床210中，流化介质被在流化床中的燃烧热量加热。被加热的流化介质通过偏转板206如箭头118所示地被翻转并输送到流化床209，再次作为气化热源。按照这种方式，流化床209温度保持在450到650℃，优选地是500到600℃，不完全燃烧反应连续进行。用于排出不燃物124的环形不燃物排出口205形成在流化床气化炉1的炉底的周边部分上。
在示于图2的流化床气化炉1中，气化区G和氧化区S形成在流化床中。由于流化介质在两个区中用作热传递介质，在气化区G中产生具有高热值的可燃气体，而难于被气化的焦炭114在氧化区S中被有效地燃烧。结果，可以提高供给到流化床气化炉1中的废物的气化效率，并且可产生优质的可燃气体(热解气体)。
通过给料器4使固体废物B暴露在流化床气化炉1中产生的热解气体中，固体废物B在流化床气化炉1的净空间3中的停留时间可以通过根据固体废物的组成、尺寸、含水量等来改变固体废物B的运送速度来合适地控制。停留时间如下：(1)在是具有相对低的含水量的压缩和成型城市垃圾的情况下，大约是20到40分钟；(2)在是拆毁建筑废物中的废木材的情况下，大约是30到40分钟；以及(3)在是由森林抚育间伐产生并具有相对高的含水量的废物以及通常固体废物的情况下，大约是30到60分钟。按照这种方式，停留时间主要受固体废物B中的含水量影响。
在固体废物B转化成碳化物质或活性炭的过程中所产生的热解气体可以通过给料器的壳体4a的孔口4b排到流化床气化炉1的净空间3中。随后，这种热解气体与在流化床气化炉1中处理废物A所产生的热解气体一起从流化床气化炉1中排出，并可在后续阶段中在热解气体利用装置，例如排渣式燃烧装置中使用。孔口4b布置成使得孔直径是3到20mm，孔面积比率是5到30％，优选地是10％到20％。壳体4a的孔口4b用作由固体废物A产生的热解气体从其通过的通道，以及也用作固体废物B碳化过程中产生的蒸汽和气体被排出的排出口。
试验结果的示例显示在表1中，BET比表面积的测量结果的示例显示在表2中。
表1
试验示例
条件：
1)固体废物A；城市垃圾(从F市收集的)
2)固体废物A的供给速度：890到1020kg/h
3)净空间温度：781到924℃
4)二次气体流速：174到203m3/h(NTP)废物B名称暴露时间 (分钟) 废物B尺寸 φ：圆木直径(mm) □方形木材边长(mm) L：长度(mm) 废物B重量(g)碳化率 (％) 处理前(暴露前) 处理后 (暴露后) RDF 30 φ100×L225 271 58 21 松树 (生木材) 60 φ60×L205 φ40×L195 557 250 400(总计) 50 松树 (废木材) 30 □50×L220 218 47 22 雪松 (生木材) 30 φ40×L475 836 385 46 雪松 (废木材) 30 □50×L200 □50×L200 217 214 114(总计) 27碳化率＝(处理后(g)/处理前(g))×100(％)表2
活化性能示例 废物B名称 BET比表面积(m2/g) 橡树(生木材) 606 橡树(废木材) 220 松树(废木材) 620 雪松(生木材) 475 雪松(废木材) 580 RDF 120
在现有碳化方法中，由于包含在将要碳化的材料中的一部分碳作为碳化作用的热源被燃烧掉，碳化率在大约10％到20％的范围内。相反，根据本发明，其它废物可用作碳化作用的热源，因此，如图1所示，碳化率可以提高到21％或更高。
在表2中，活化性能表示为用根据本发明的废物活化过程中产生的每克活性炭的表面积(m2)的BET比表面积。如表2所示，根据本发明产生的大部分活性炭具有不小于500m2/g的比表面积，这显示了令人满意的吸附性能。由RDF产生的木炭具有小的比表面积。因此，对使用木炭作为活性炭具有限制。但是，在这种木炭被制成固体燃料例如木炭球的情况下，由于不包含氯，这种固体燃料的燃烧不产生二恶英。而且，由于焦炭不包含氯，焦炭可优选地用作标准水泥(卜特兰水泥)的原料。根据本发明，在废物被碳化并且随后被成型的情况下，该产品作为新的RDF可具有许多用途并且可以同时被有效地利用。
图3显示了本发明应用到一个流化床气化和排渣式燃烧系统。
在图3所示实施例中，一个排渣式燃烧炉10设置在图1所示流化床气化炉1的后续阶段。而且在图3所示实施例中，废物A在流化床气化炉1中处理，所产生的一部分热解气体通过给料器4的壳体4a的孔口4b以加热固体废物B，从而使固体废物B转化成碳化物质和/或活性炭B′。流化床气化炉1的结构与图1所示实施例相同。固体废物B的碳化过程与图1所示实施例中的相同。
但是，在图3所示实施例中，由于三次空气没有供给到流化床气化炉1中，所产生的气体没有被完全燃烧。更具体地，在流化床气化炉1内的废物A气化过程中所产生的热解气体和在固体废物B的碳化过程中所产生的热解气体以及焦油和木炭从气化炉1中排出，供给到排渣式燃烧炉10内的一次燃烧室11，并在一回旋流中与预热的三次空气h混合。该混合物在温度为1200℃或更高，优选地在1300℃或更高，更优选地在1200到1500℃，还更优选地在1300到1400℃快速地燃烧。燃烧在二次燃烧室12中基本上是完全的，所产生的燃烧废气1从炉渣分离部13的上部排出。该高温燃烧将包含在焦炭中的灰分转化成炉渣雾。通过回旋流的离心力捕集在一次燃烧室11的炉壁上的炉渣j由于其重力在炉壁上向下流动并进入二次燃烧室12。炉渣接着从二次燃烧室12向下流动进入炉渣分离部13并且从炉渣分离部13的下部向下流动进入水淬槽14。应注意的是，排渣式燃烧炉的结构并不局限于图3所示结构。
水淬槽14具有这样一种结构使得水在一个滑板上流动。为了加倍小心，槽14设置成即使炉渣块落下，也不会发生蒸汽喷发。已经向下流动到水淬槽14上的炉渣j与在槽上有力地流动的循环水i接触。结果，炉渣j被快速地冷却从而变成小豆状的水淬炉渣，水淬炉渣接着进入炉渣输送机15。随后，水淬炉渣通过炉渣输送机15输送到外部。由炉渣输送机15输送出来的水淬炉渣j在被输送时被破碎成几毫米的小颗粒。
在排渣式燃烧炉10内的高温燃烧的目的也是为了分解二恶英和二恶英衍生物，一次燃烧室11和二次燃烧室12的总体积设计成使得气体停留时间为0.5秒或更长，优选地为1.5到2.0秒。从排渣式燃烧炉10排出的燃烧废气1通过一系列热回收装置，诸如废热锅炉、废气预热器和空气预热器，以及除尘装置，然后排到大气中。在排渣式燃烧炉10的一次燃烧室和二次燃烧室的每一个中设置有起动用油燃烧器。在固体废物B是已经进行防腐处理的废木材等的情况下，理想的是使用图3所示气化和排渣式燃烧系统。大约90％的灰分作为无害炉渣回收，其余10％的飞尘(由除尘装置收集)受到稳定化处理。
图4是用于图3的装置中的流化床气化炉1和排渣式燃烧炉10的详细垂直剖视立体图。
如图4所示，流化床气化炉1具有与图2所示流化床气化炉相同的结构，因此，对其描述省略。显示在图4中的给料器是一个单螺杆给料器。可替代的是，可以使用一个多螺杆给料器。即，多螺杆给料器可以是这样一种结构，具有多个壳体的多个单螺杆给料器的并排排列，或者具有单一壳体的多个螺杆给料器的并排排列。流化床气化炉1的气体出口108连接到排渣式燃烧炉10的气体入口142。排渣式燃烧炉10包括一个具有大体上为垂直轴线的圆柱形一次燃烧室11和一个沿着水平方向倾斜的二次燃烧室12。在流化床气化炉1中产生的燃烧气体g和细颗粒通过气体入口142供给到一次燃烧室11内，以便绕着一次燃烧室11的轴线打旋。
一次燃烧室11具有安装在其顶部上的起动用燃烧器132和用于供给燃烧空气以便绕着一次燃烧室11的轴线打旋的多个空气喷嘴134。二次燃烧室12具有邻近一次燃烧室和二次燃烧室之间的接合处设置的一个辅助燃烧器136和用于供给燃烧空气的空气喷嘴134。炉渣分离部13具有与二次燃烧室12连通的下端部，并具有设置在二次燃烧室12下端部用于从其排出熔渣的排出口152和设置在排出口152上方的排气口154。一个辐射板162设置在炉渣分离部13内，以减少经由辐射通过排气口154发出的热量。此外，辐射板162可以省略。
图5是一个示意图，显示了用于在一个流化床气化和排渣式燃烧系统中实现根据本发明的废物碳化方法的装置结构的另一个实施例。
在该实施例中，给料器4的结构不同于图1所示给料器4的结构。具体地，给料器4的壳体4a没有孔口或者仅有少量的孔口。在没有孔口的情况下，在流化床气化炉1内的废物A的气化过程中所产生的热解气体与给料器4的壳体4a的外表面接触。结果，在壳体4a内的固体废物B通过由壳体4a传递的热量被干馏、碳化并且转化成气体和木炭。由碳化所产生的气体排到壳体4a的外部，并且通过冷却部20中的冷却介质m被间接地冷却，从而一部分气体被冷凝。从气体冷凝产生的冷凝物中回收焦木酸等。包含有害组分的其余气体在回收焦木酸之后被返回到净空间3中，并且被完全燃烧以变成无害的。可替代地，所产生的气体不经过冷却地返回到净空间3中。而且，如图5中的虚线箭头所示，包含有害组分的气体在回收焦木酸之后可以供给到后续阶段中的燃烧炉(图3所示后续阶段中的排渣式燃烧炉10)，气体在这里可以与气化炉1所排出的气体汇合并且被燃烧。
如上所述，在壳体4a上没有孔口的情况下，不能获得产生活性炭的活化作用条件，结果导致小的BET比表面积。但是，在这种情况下，可以获得木炭(干馏木炭)。如果需要活性炭，应当给予活化作用条件。因此，需要设置小的孔口，以便在废物A气化过程中所产生的气体的一部分可以进入壳体4a。在将要促进活化作用的情况下，壳体4a的孔口数量可以增加。但是，在这种情况下，需要提供通风装置，诸如风扇，以便将气体排到外部。在该实施例中，在其它废物热解气化过程中所产生的热解气体用作碳化作用的热源。可替代地，可以使用在其它废物燃烧过程中所产生的高温燃烧气体。
而且，如图6所示，图5所示的给料器4也可以包含在图3所示装置中。具体地，在图6所示实施例中，固体废物B被供给到上部壳体4a，并随后通过活门30转移到下部壳体4a，碳化物质和/或活性炭B′从下部壳体的出口排出。其它功能与图5所示实施例相同。如图1、3、5和6所示，一个调节板分别设置在给料器4的入口侧和出口侧。而且，如图5和6所示，一个阀门设置在冷却部20下游侧的焦木酸排出口上。可替代地，所产生的气体可以不经过冷却地返回到净空间3中。而且，所产生的气体可以供给到后续阶段中的燃烧炉(未示出)，所供给的气体与从气化炉排出的气体一起可在燃烧炉中燃烧。
图7是一个示意图，显示了用于在一个流化床气化和排渣式燃烧系统中实现根据本发明的废物碳化方法的装置的又另一个实施例。
在该实施例中，给料器4的结构不同于图6所示给料器4的结构。具体地，给料器4的壳体4a是可旋转的。给料器4具有旋转滚筒式结构，其中，高度为30到100mm的翼片成螺旋形地安装在壳体4a内，用于沿着轴向方向输送内含物。壳体4a设置在炉子的上部和下部。即，壳体4a(上部壳体)没有孔口4b，壳体4a(下部壳体)如图所示具有孔口4b。每个壳体设计成可以通过电机(未示出)绕着其轴线旋转。不用说，在壳体4a和流化床气化炉1之间的边界处设置有气体密封装置。而且，用于将要碳化的材料输送到壳体4a的输送装置22设置在每个壳体4a的入口。固体废物B被供给到上部壳体4a，随后通过活门30被转移到下部壳体4a，碳化物质和/或活性炭B′从下部壳体的出口排出。可替代地，壳体4a可以不分成上下壳体，并且可以具有如图1所示的单一壳体的结构。这种情况下，壳体在其前半部分没有孔口并进行固体废物B的干馏，而在其后半部分具有孔口并进行活化作用。按照这种方法，由于在干馏和活化过程中所产生的气体被排入净空间中，不能回收焦木酸。
图8是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的碳化方法的装置的又另一个实施例。
固体废物B通过破碎机24破碎成尺寸为1到50mm，优选地为3到20mm。在捏合机25中，破碎的废物与粘合剂n被捏合在一起，并通过设置在捏合机25的排出部分上的模26被挤压形成压缩成型废物C。废物A被供给到燃烧器27，并通过一次空气b和二次空气c被燃烧。设置在燃烧器27内的加热室28中的给料器4包括没有孔口4b的壳体4a，压缩成型废物C在加热室28内被干馏，从而形成碳化物质。另一方面，在干馏过程中所产生的干馏气体k被返回到燃烧器27中并用作燃料。供给用于起动和辅助目的的辅助燃料q的装置设置在燃烧器27中。壳体4a可以具有上述的旋转滚筒式结构，在壳体4a内的螺杆给料器可以省略。而且，孔口4b可以设置在壳体4a上。
图9是一个示意图，显示了用于实现根据本发明的碳化方法的装置的再另一个实施例。
固体废物B在设置在燃烧器27内的上部给料器4的壳体4a内被碳化，并且接着由破碎机29破碎成尺寸为1到50mm，优选地为3到20mm。此后，破碎的废物在捏合机31中与粘合剂n捏合在一起，接着通过设置在捏合机31出口处的模32被压缩和成型以形成压缩成型废物C。此后，压缩成型废物C在下部给料器4的壳体4a内被加热，并作为粒状木炭B′从壳体4a排出。在这种连接中，壳体4a可以具有如图7所示的上述旋转滚筒式结构，在壳体4a内的螺杆可以省略。而且，孔口4b可以设置在壳体4a上。在这种情况下，壳体4a的数量在上部和下部可以分别是多个。
而且，例如，在图2所示实施例中，碳化作用后的气体包含大量的氢气和一氧化碳，因此，在热解气化炉1中所产生的气体可以被处理和被转换以便获得燃料电池用的燃料气体。
在附图所示实施例中，尽管壳体4a的数量为1或2，具有孔口4b的壳体4a的数量和不具有孔口4b的壳体4a的数量可以分别是多个。
图1至6所示壳体4a可以是图7所示旋转滚筒式的。
根据本发明，废物暴露于其氧气浓度大约为0.1％到3％，优选地为0.1％到0.5％且温度为600到950℃的热解气体的时间如下：(1)在是城市垃圾的压缩成型产品等的情况下，大约是20到40分钟；(2)在是拆毁和建筑废物中的废木材的情况下，大约是30到40分钟；以及(3)在是由森林抚育间伐产生的废物以及通常固体废物的情况下，大约是30到60分钟。因此，固体废物可以在30到60分钟的相对短时间内被碳化。而且，在城市垃圾等被转化为RDF并随后被碳化时，大量能量被消耗，用于将废物转化为RDF。但是，如果城市垃圾无须太多劳动力和多个过程就被碳化，这种碳化方法更经济。在这种情况下，作为碳化物质的焦炭可以容易地与不燃物分开。
从上述描述可以看出，本发明可以提供如下优点：
(1)可以抑制利用包含在含碳物质中的碳作为碳化作用的热源，以增大碳化作用产量，从而抑制所产生的二氧化碳的量。即，在碳化作用过程中使包含在含碳物质中的碳的燃烧最少。
(2)不用诸如氮气、氩气或氦气的贵重原料就可调节气体中氧气浓度；以及
(3)可以由包含有害物质的废木材生产活性炭，并且所产生的灰分和气体是无害的。
工业应用性
根据本发明，通过废物的碳化和/或活化可以生产木炭和/或活性炭，因此，本发明可用于将废物转化为资源。