HCL制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103153846 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103153846 A *CN103153846A* (21)申请号 201180045313.3 (22)申请日 2011.08.02 1012985.6 2010.08.02 GB C01B 7/01(2006.01) F23G 5/08(2006.01) A62D 3/19(2006.01) C01B 7/07(2006.01) (71)申请人 特洛特尼克斯 （国际） 有限公司 地址 英国威尔特郡 (72)发明人 戴维迪根 张凡 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 11。

2、240 代理人 余刚 张英 (54) 发明名称 HCl 制备方法 (57) 摘要 本发明提供了一种用于由含氯原子的材料生 产含水 HCl 的方法， 该方法包括 ：（i） 在等离子处 理单元内等离子处理该材料以产生含有至少一些 氯原子的废气 ； 以及 （ii） 使至少一些废气通过冷 凝单元以回收含水形式的 HCl。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.03.20 (86)PCT申请的申请数据 PCT/GB2011/001160 2011.08.02 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/017200 EN 2012.02.09 (51)Int.Cl. 权利要求书。

3、 2 页 说明书 12 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书12页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103153846 A CN 103153846 A *CN103153846A* 1/2 页 2 1. 一种由含氯原子的材料生产含水 HCl 的方法， 所述方法包括 ： （i） 在等离子处理单元内等离子处理所述材料以产生含有至少一些所述氯原子的废 气 ； 以及 （ii） 使至少一些所述废气通过冷凝单元以回收含水形式的 HCl。 2.根据权利要求1所述的方法， 其中所述冷凝单元保持在酸性条件下以优先回收HCl。 3. 根据权利要。

4、求 1 或 2 所述的方法， 其中所述方法进一步包括 ： （a） 在进行步骤 （ii） 之前在热氧化器内预处理步骤 （ii） 中使用的所述废气 ； 和 / 或 （b） 在进行步骤 （ii） 之前预过滤步骤 （ii） 中使用的所述废气， 优选在过滤期间使所述 废气保持在至少 180的温度下。 4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述方法进一步包括在 HCl 已回收在 苛性湿式洗涤器内之后， 处理步骤 （ii） 中产生的废弃物废气。 5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述材料在所述等离子处理步骤期间 保持在 1400-1600的温度下。 6. 根据前述权利要求中任一项所述。

5、的方法， 其中所述等离子处理步骤进一步产生不断 从所述等离子处理单元中去除的熔融炉渣。 7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述方法进一步包括在所述等离子处 理之前或在所述等离子处理期间向所述含氯原子的材料中加入一种或多种助熔剂。 8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中所述一种或多种助熔剂包括焚烧炉底灰 （IBA） 。 9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述方法进一步包括 （iii） 处理所述 含水 HCl 以制备气态 HCl 的步骤。 10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述含氯原子的材料是无机废料， 优 选空气污染控制 （APC） 残余物。 11。

6、.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述含氯原子的材料具有5至40wt% 的氯含量。 12.一种用于进行权利要求1至11中任一项所述方法的HCl回收设备， 所述设备包括 ： 用于处理含氯原子的材料以产生包含至少一些所述氯原子的废气的等离子处理单元 ； 以及 设置以接收所述废气并从其中回收含水 HCl 的冷凝单元。 13. 根据权利要求 12 所述的设备， 进一步包括以下的一个或多个 ： 热氧化器 ； 过滤器 ； 以及 苛性湿式洗涤器。 14.根据权利要求12或13所述的设备， 其中所述等离子处理单元包括用于从所述等离 子处理单元中去除熔融炉渣的溢出口， 所述溢出口可选地包括加热装置以确。

7、保所述炉渣在 离开所述等离子处理单元时保持熔融状态。 15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备， 其中所述冷凝单元包括石墨内衬热交 换器。 16. 一种用于处理含氯原子的材料的废弃物处理工厂， 所述工厂包括 ： 权利要求 12 至 15 中任一项所述的设备 ； 以及 权 利 要 求 书 CN 103153846 A 2 2/2 页 3 能够产生焚烧炉底灰 （IBA） 和 / 或空气污染控制残余物的焚烧炉。 权 利 要 求 书 CN 103153846 A 3 1/12 页 4 HCl 制备方法 0001 本发明涉及一种用于由含氯原子的材料制备含水 HCl 的方法。特别地， 本发明涉 及一。

8、种用于处理空气污染控制 （APC） 残余物以获得产物的方法和装置。 0002 空气污染控制 （APC） 残余物是飘尘、 有机污染物 （包括二噁英类和呋喃类） 、 碳和苛 性盐的粉尘形式的混合物。APC 残余物归类为有害废弃物并通过热电厂的废气系统和环境 污染清除系统收集。例如， 它们从与城市固体废弃物 （MSW） 焚烧炉、 生物质燃烧发电厂和其 他热和 / 或火法运行相关的处理过程产生。目前用于处理这些 APC 残余物的实践包括将它 们运输遥远的距离进行高成本的、 危险废弃物填埋， 以及包括具有有限处理能力的岩盐处 理的其他陆基处理场。在此它们在适当的预处理和合格验收测试后被处理。通常， 在处。

9、理 前用酸性废弃物中和或用粘结材料固化 APC 残余物。由于费用 / 税收水平的增长、 从紧的 监管压力和有限的能力， 这种实践日益不受欢迎并且变得昂贵。迫切需要可选的可持续处 理方法。 0003 当前用于处理 APC 残余物排放的预处理方法十分不成熟， 例如混合和冲洗。这些 方法为简单的封装、 稀释和分配， 且仅用于解决由废弃物造成的问题。 0004 可替换的处理方法包括使用 “专用” 水泥稳定产品随后在地下储存。但是， 所有这 些基于不可回收的解决方法不可避免地依赖于处理 / 储存 （在废弃物填埋场或污水渠） ， 并 且具有还经受增加税收和管制的较差整体环境表现。 0005 利用等离子技术。

10、的废弃物处理是已知的 （参见， 例如， US4,509,434A） 。EP1896774 公开了包括气化步骤随后等离子处理步骤的废弃物处理方法。 这致使方法的能量效率以及 清洁合成气的生产率的提高。但是， 当用于处理初始的城市废弃物时， 该方法自身产生 APC 残余物。已知的用于废弃物的等离子处理系统关注减少不期望的废气， 但没有关注这些方 法潜在的可回收副产品。 0006 因此， 人们需要改善的以及更健康的方法用于可持续有害废弃物的管理。这些方 法应表现出降低的处理成本和改善的环境表现。特别是人们需要高比例的废弃物转化为 商业上有用的产品 （多种产品） ， 而不是相反的可替换的用于处理的适应。

11、排出流 （compliant effluent stream） 的废弃物处理方法。 0007 本发明的目的是解决至少一些与现有技术相关的问题或至少提供一种其商用的 替换解决方案。 0008 在第一方面中， 本发明提供了一种用于从含氯原子的材料生产含水 HCl 的方法， 该方法包括 ： 0009 （i） 在等离子处理单元内等离子处理该材料以产生含有至少一些氯原子的废气 ； 以及 0010 （ii） 使至少一些该废气通过冷凝单元以回收含水形式的 HCl。 0011 本发明人已经发现在由等离子设备 （如等离子枪） 产生的高温下在等离子处理单 元内可以处理含氯原子的材料以产生有用的产品 ； 即含水 H。

12、Cl 或盐酸。这种有用的副产物 出乎意料， 因为本发明人预期了在等离子处理单元的常规工作温度下的热力学条件致使氯 化钙产生。据推测， 高温使氯在其可以与熔剂中的钙或废弃物中的任何钙接触并被玻璃化 说 明 书 CN 103153846 A 4 2/12 页 5 材料捕获之前挥发。 0012 本发明的方法特别适于处理含氯原子的废料， 更特别地适于处理含氯原子的有害 废弃物。应注意的是， 氯原子很可能是诸如无机化合物的大分子的部分。该方法使得能够 处理这种废弃物， 且与常规处理方法相比， 产生了有用的产物， 该有用的产物否则形成不太 有用的废弃物流。含水 HCl 的回收增加了价值， 其至少可以抵消废。

13、弃物处理的成本， 还消除 排出流的大量组分。 0013 已发现使用高温等离子处理提供了很多优点。第一， 材料中任何剩余的有机或挥 发性组分挥发并被去除， 减少了产生的废弃产物的量。 另外， 废弃产物为固体玻璃化材料形 式， 其可以用于或用作次级产品 （如建筑材料） ， 并且无论如何， 减少了体积。但处理有毒或 有害材料时， 此固体形式使得能够更易于操作和处理。 0014 本方法尤其适于处理空气污染控制残余物 （APC 残余物） 。英国 APC 残余物通常由 含 15-25wt% 的氯组成。APC 残余物通常由 4-25wt% 的氯组成， 且更优选 5 至 20wt% 的氯。 这意味着如果氯作为。

14、产物被回收， 则大部分废弃物变为产物， 从而使次级废弃物和环境影 响最小化。作为本发明的方法的结果， 使次级 APC（通过处理初始的 APC 产生的那些） 最小 化。 0015 除非明确相反指出， 本文所定义的每个方面或实施方式可以与任意其他方面 （多 个方面） 或实施方式 （多个实施方式） 结合。特别是， 指明为优选或有利的任何特征可以与 指明为优选或有利的任何其他特征或多个特征结合。 0016 本文中所用的术语 “废气” 是指当进行材料的等离子处理时离开等离子处理单元 的气态产物。 0017 术语 “炉渣” 是指在等离子处理单元的等离子熔炉中产生的玻璃状残渣。其作为 含氯材料等离子处理的结。

15、果产生。本文中所用的术语 “熔融炉渣” 是指在室温下是固态但 在等离子处理单元的工作温度下是熔融态的炉渣。 0018 本文中所用的术语 “等离子处理” 是指对材料施加等离子的方法。等离子是电中 性、 高度离子化的由离子、 电子和中性粒子组成的气体， 且与其他形式的物质不同。 术语 “等 离子处理单元” 是指将等离子施加于材料的任何单元， 如等离子熔炉。在等离子熔炉中， 电 流通过空间分离的两个或多个电极产生电弧。优选在等离子枪中产生等离子， 其使得能够 使等离子处理定向化。气体， 通常是惰性气体， 在高压下通过电弧并转化为等离子。等离子 是清洁的、 具有强的环境特征的功能性热源。其在销毁持久性。

16、有机污染物 （POP） 中也十分 高效。等离子处理单元优选为等离子熔炉。 0019 本文中所用的术语 “含水 HCl” 是指氢离子和氯离子在包含水的溶剂中的溶液。优 选的含水 HCl 是含水 HCl 的溶液。 0020 本文中所用的术语 “冷凝单元” 是指能够将 HCl 从气相提取到固相、 液相或水相的 装置。冷凝装置在其他技术领域是公知的。产生的 HCl 在冷凝器中冷却， 并被水吸收以形 成含水 HCl。根据需要， 本方法可以进一步包括调节含水 HCl 的 pH 值的步骤。 0021 在冷凝单元中， HCl 选择性地并优先地溶解到水中以产生 HCl 溶液。HCl 溶液可 以具有 1-38w/。

17、w%（kg HCl/kg） 的浓度、 优选 3-30w/w%、 更优选 10-20w/w%， 以及还更优选 12-18w/w%。在一种实施方式中， 通过冷凝器回收溶液以增加 HCl 浓度 （即， 通常直到其具有 12w/w% 以上的 HCl 浓度） 。由于这是一种获得更浓缩产品的有效途径， 此方法是优选的。 说 明 书 CN 103153846 A 5 3/12 页 6 0022 优选地， 冷凝单元保持在酸性条件下以便优先回收 HCl。HCl 溶液是酸性的， 即， 其具有小于 7 的 pH。优选地， 含水 HCl 产物具有小于 2、 更优选小于 1、 甚至更优选小于 0 以及还更优选小于 -0。

18、.5 的 pH。有利地， 已经发现这些强酸性 pH 值限制诸如硫氧化物和氟 化氢的其他气体的溶解性， 抑制这些气体以确保低水平的酸交叉污染。溶解在含水 HCl 中 的其他气体的浓度优选小于 25%、 甚至更优选小于 5%、 还更优选小于 1%， 以及还更优选小于 0.5%。本领域技术人员可以理解 HCl 可以溶解在包含水和有机组分的溶剂中， 例如， 如含水 甲醇的含水的醇。 0023 优选地， 本方法进一步包括 ： 0024 （a） 在进行步骤 （ii） 之前在热氧化器内预处理步骤 （ii） 中所用的废气 ； 和 / 或 0025 （b） 在进行步骤 （ii） 之前预过滤步骤 （ii） 中所用。

19、的废气， 优选在过滤期间使废气 保持在至少 180的温度下。 0026 使至少一些步骤 （i） 中产生的废气与热氧化器在进行步骤 （ii） 前接触致使废气 中所含的任何剩余可燃性气体和金属 / 元素氧化， 例如一氧化碳、 铅、 锌、 钙和氢。这降低了 与处理可燃性气体相关的危害， 并且也减少了包含在通过本发明方法产生的含水 HCl 中污 染物的数量。 0027 优选地， 废气在与热氧化器接触前冷却。 优选地， 冷却利用骤冷塔中的水喷射和蒸 发冷却进行。在此情况下， 与其他混合方法， 例如冷空气加入法相比， 水的蒸发潜热可以用 于有效地冷却废气。这具有降低得到的废气体积流率和相关的废气减排工厂的。

20、规模的优 点。此外， 这些水随后可以用于冷凝器中以形成含水 HCl 溶液， 从而有利地形成产物流的部 分。 0028 优选地， 本方法包括在进行步骤 （ii） 之前过滤至少一些步骤 （i） 中产生的废气， 这致使去除来自废气的可以污染产生的含水 HCl 溶液的颗粒。此外， 这样的颗粒可以作为 次级 APC 残余物去除。这样的过滤可以包括加入作为用于水银和其他挥发性金属捕获的物 理吸附剂的活性炭 （AC） 。可选地， 或另外， 这样的过滤包括在线清洗设备， 例如使用反向脉 冲喷射以去除颗粒。有利地， 通常被除去的次级 APC 残余物可以通过过滤从废气中去除。 0029 优选地， 在过滤期间使废气。

21、保持在至少180的温度下。 这避免了过滤器部件的堵 塞以及由于废气中所含的水蒸气和可溶性气体冷凝导致的腐蚀。 0030 优选地， 本方法进一步包括在 HCl 已在苛性湿式洗涤器内回收之后， 处理步骤 （ii） 中产生的废气。本文所用术语 “湿式洗涤器” 是指从气流中去除污染物的设备。在湿 式洗涤器内， 将被污染的气流引入使其与洗涤流体接触， 以便通过物理和 / 或化学手段从 气流中去除污染物。本文所用术语 “苛性湿式洗涤器” 是指其中流体含有碱性或苛性洗涤 剂， 如石灰乳、 碳酸氢钠或氢氧化钠的湿式洗涤器。 苛性洗涤剂的使用使得洗涤器从气流中 去除酸性气体特别有效。 0031 湿式洗涤器去除废。

22、气中所含的残余气态污染物， 如残留的酸性气体。这些气态污 染物的去除意味着当随后废气通过烟囱排至大气以及用于合规性评估时， 释放的环境污染 物的量减少。应指出， 苛性湿式洗涤器与冷凝单元不同。优选地， 在苛性湿式洗涤器之后且 在通过烟囱排放之前， 使废气通过连续排放检测系统 （CEMS） 。这确保进行的测量确实符合 排放限值 （ELV） 的组， 如废弃物焚烧指导 （Waste Incineration Directive） （WID） 中所限 定的值或包括在工厂的相关环境经营许可证内的值。 说 明 书 CN 103153846 A 6 4/12 页 7 0032 在本发明的典型方法中， 这些步。

23、骤通常按以下顺序进行 ： 在等离子处理单元内等 离子处理材料以产生包含至少一些氯原子的废气 （步骤 （i） ） ， 使废气通过热氧化器， 过滤废 气 （例如使废气与物理吸附剂或物理膜接触） ， 使至少一些废气通过冷凝单元以回收溶液形 式的 HCl（步骤 （ii） ） ， 使废气通过苛性湿式洗涤器， 使废气通过 CEMS， 将废气排放到大气 中。但是， 本领域技术人员可以理解这些步骤可以以任何其他合适的顺序进行。可替换地， 一个或多个步骤可以同时进行。 0033 优选地， 等离子处理在等离子稳定气体的存在下进行。 优选地， 等离子稳定气体选 自氮、 氩、 氦和蒸汽中的一种或多种。 0034 通常。

24、， 等离子处理步骤进一步产生熔融炉渣。包含在含氯材料中的任何非挥发性 有害无机物质， 如重金属或其化合物， 通常并入到熔融炉渣中， 产生惰性玻璃质的或半结晶 的产物。可以调整本方法以使惰性玻璃质的或半结晶的产物符合当地产品规格。 0035 优选地， 在等离子处理步骤期间使材料保持在1400-1600的温度下。 这确保在等 离子处理期间产生的任何熔融炉渣保持液态。 因此， 如果期望， 可以从等离子处理单元容易 地去除任何这样的熔融炉渣。等离子处理过程可以在 1000 至 3200下进行。 0036 但是， 对于有效的 HCl 回收， 优选的下限是至少 1200。使用较高的温度需要 增加处理过程的。

25、能量。因此， 优选的产量和能量需求的平衡是 1200至 2000， 更优选 1400-1800以及最优选 1400-1600。 0037 优选地， 从等离子处理单元连续去除熔融炉渣。 通常， 熔融炉渣连续地从专用通道 去除。在相关过程气体没有积聚的情况下， 这促使熔融炉渣正向平流 （plug flow） 移动。在 等离子处理单元内的过程气体的积聚可以有害。优选地， 冷却去除的熔融炉渣以形成固体 玻璃化材料。这致使包含在炉渣中的无机材料被捕获在玻璃基质中。通常， 固体玻璃化材 料表现出低于惰性废弃物填埋场 WAC （废弃物验收标准） 浸出限的金属的组合和浸出性。这 表示固体玻璃化材料可以在废弃物。

26、填埋场中处理或更优选地符合废弃物框架指令 （Waste Framework Directive） 要求的产物标准。 0038 优选地， 如果需要， 本方法还包括在等离子处理前或期间向含氯材料中加入一种 或多种助熔剂。通常， APC 残余物可以是自熔的。基于石灰的 APC， 例如含 CaOH.xH2O， 其在 加热后提供氧化钙和水的来源。 但是， 熔剂确保由存在于含氯材料的任何无机、 非可燃性材 料产生低熔点、 低粘度的熔融稳定炉渣。 此外， 助熔剂的使用致使包含在含氯材料中的任何 重金属， 如铅、 锌和钙， 或任何其化合物的环境固定。 通常的助熔剂由石灰、 氧化铝和二氧化 硅中的一种或多种组成。

27、。 也可以单独或与助熔剂结合使用一种或多种网络稳定剂 （network stabilising agent） 。网络稳定剂在本领域是公知的。 0039 优选地， 一种或多种助熔剂包括焚烧炉底灰 （IBA） 或可替代的废弃物。焚烧炉底 灰 （IBA） 是焚烧设备中产生的灰烬的一种形式， 并且当前在英国被划分为非有害废弃物。 这 种材料从城市固体废弃物焚烧炉的炉篦排出。燃烧后， 灰烬通常含有少量的包含在其中的 铁金属。IBA 通常由两种或多种诸如 SiO2、 CaO、 Al2O3、 Fe2O3、 MgO、 K2O、 P2O5和 S 的混合物组 成。使用 IBA 替代纯净助熔材料如 SiO2和 Al。

28、2O3相应地降低助熔材料的成本并且避免在填 埋场中处理 IBA 的需要。 0040 优选地， 在用作助熔材料前预处理 IBA。这样的预处理可以包括去除过大 （例如， 具有大于或等于 10mm 直径） 的材料和 / 或干燥。这致使等离子处理单元更稳定和更有效。 说 明 书 CN 103153846 A 7 5/12 页 8 “干燥的” IBA 的使用避免在等离子处理单元中由于大量蒸汽的产生导致的压力急剧增加。 去除过大的材料表明从等离子弧转移的热更易于与处于稳定状态的含氯材料接触。 这两种 效果有助于稳定化与等离子功率直接相关的等离子电压。 0041 当包括熔剂时， 其可以与含氯原子的材料在等离。

29、子处理前或等离子处理期间混 合。熔剂， 优选 IBA， 可以形成经处理的材料的 0 至 50wt%， 优选 5 至 35wt%， 以及最优选约 25wt%。这使得熔融炉渣产物能够在使所需额外热量最小化时具有可预测的特性。 0042 本发明人已发现经处理的含氯原子的材料的含水量可以影响 HCl 的回收。随着含 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处理前优选 为 0.5 至 15wt%， 更优选 1 至 5wt%， 以及最通常为 2 至 3wt%。 0043 优选地， 本。

30、方法进一步包括由含水 HCl 制备气态 HCl 的步骤。这可以通过本领域 中公知的技术实现。其可以作为用于销售和分送的气体存储。 0044 优选地， 含氯原子的材料是废弃物， 优选包含无机物质。通常， 废弃物也包含有 机物质。该材料优选地是有害废弃物， 以及更优选地是 APC 残余物。优选地， 该材料具有 5-40wt% 的氯含量， 更优选 10-35wt%， 甚至更优选 15-30wt%， 以及还更优选 20-25wt%。优选 地含氯材料是通常称为 “飞尘” 的空气污染控制 （APC） 残余物。通常， APC 残余物产自高温 焚烧或其他热废弃物处理、 制造或发电过程。在本发明方法中使用前， 。

31、APC 残余物不必要经 受任何预处理， 如清洗。 0045 虽然在上面优选地指出了 Cl 含量的范围， 本发明人已经发现从经处理材料可回 收 HCl 的最小的氯含量是约 2.5wt%。明显地， 此阈值取决于废弃物的化学性质。低于此极 限， 大量 Cl 在废气系统中在可以形成 KCl（g） 和 NaCl（g） 处以 KCl（g） 和 NaCl（g） 损失。 随着废弃物的氯含量增加， 分配到玻璃化产物中的 Cl 的量增加， 并且在较低且可再生的水 平下达到稳定。与热力学预测相比这是出乎意料的。因此， 来自该方法的废气的 HCl 的技 术回收率上限由系统的化学性质、 相分配和系统中的两种成分即氢和氯。

32、的可用性决定。已 观察到 HCl 的技术回收率高于热力学预测， 并且认为这是由于结合的等离子的影响。 0046 根据本发明的第二方面， 提供了一种用于进行本发明方法的 HCl 回收设备， 该设 备包括 ： 0047 用于处理含氯原子的材料以产生包含至少一些氯原子的废气的等离子处理单元 ； 以及 0048 设置以接收废气并从其中回收含水 HCl 的冷凝单元。 0049 用于本发明的典型等离子处理单元包括熔炉以及包括一个或多个石墨电极以在 使用时在熔炉内产生等离子弧的石墨电极系统。在运行期间， 通常通过入口将含氯材料加 入到熔炉中。然后使等离子弧从石墨电极的尖端传递到含氯材料。通常， 返回电路 （。

33、return electrical path） 经由建立在熔炉侧壁或炉膛的导电通路。优选地， 这将通过导电性耐火 材料和 / 或相互连接的包有金属的砖。由于其可以通过缓慢的消耗过程如与氯反应而耗 尽， 将需要周期性补充以确保良好的炉膛电接触。 0050 在设备的通常使用中， 含氯材料以受控速率供料至等离子处理单元的熔炉， 并调 节等离子功率以使熔融体保持在合适的液体温度， 通常在1400-1600的温度下。 根据本征 化学性质 （bulk chemistry） 已知的、 经受处理的材料的供料速率调节功率。 说 明 书 CN 103153846 A 8 6/12 页 9 0051 含氯材料和任何。

34、另外的材料优选在重力下供料至等离子处理单元。优选地， 供给 料在重力下下落通过等离子装置， 借此等离子加热至温热并使材料挥发， 使得在混合物进 入大熔池前氯含量能够进行动力学反应。以这种方式， HCl 的产率出乎意料地高于在熔池 的热力学条件下的预测。 0052 优选地， 该设备进一步包括一个或多个 ： 0053 热氧化器 ； 0054 过滤器 ； 以及 0055 苛性湿式洗涤器。 0056 过滤器可以包括一个或多个活性炭进料系统和颗粒过滤器。 0057 通常设置本发明的设备使得等离子处理单元中产生的废气按以下顺序进入各部 分 ：（i） 热氧化器，（ii） 过滤器，（iii） 冷凝单元和 （i。

35、v） 苛性湿式洗涤器。但是， 本领域技 术人员可以理解该设备可以以任何其他合适的方案设置。 0058 优选地， 等离子处理单元包括用于从等离子处理单元去除熔融炉渣的溢出口。溢 出口优选地包括加热装置 （优选地， 为等离子枪） 。这避免了熔融炉渣可能的凝固， 该凝固将 妨碍熔融炉渣从等离子处理单元去除。优选地， 等离子枪与等离子处理单元的加热部件不 同。 0059 优选地， 冷凝单元包括石墨内衬热交换器。使用石墨内衬以避免冷凝单元被产生 的含水 HCl 腐蚀。可以采用可替换的内衬， 如含氯 / 氟的聚合物和 / 或塑料 （enamel） 。合 适的内衬系统表现出对 HCl 的化学耐性 / 相容性。

36、和导热性。 0060 在第三方面， 本发明提供了用于处理含氯材料的废弃物处理工厂， 该工厂包括 ： 0061 第二方面的设备 ； 以及 0062 能够产生焚烧炉底灰 （IBA） 和 / 或空气污染控制残余物的焚烧炉。 0063 优选地， 焚烧炉产生IBA和APC残余物， 这导致有害物质在原地而不需延迟地得到 快速有效的治理。此外， 位于同一地点的这些工厂提供了相关基础设施的效率的优势。 0064 焚烧炉可以是等离子处理单元。 0065 参考下图以实施例的方式描述本发明。 0066 图 1 是根据本发明第二方面的设备的实施例的示意图。 0067 图 2 是包括根据本发明第二方面的设备的实施例的废。

37、弃物处理工厂的实施例透 视图。 0068 图 3 示出在实施例 1（上） 和实施例 2（下） 期间使用的等离子处理单元的等离子特 征图。 在各图中， 矩形虚线表示进料周期。 在上图中， 在总共3.5小时的进料周期内， 平均电 流 =756A， 平均电压 =194V， 平均功率 =145kW（相对的 PFD 为 127.4kW） ， 总混合进料 =185kg 以及进料速率 =52.6kg/hr （相对的 PFD 为 50.0kg/hr） 。在下图中， 在总共 1.98 小时进料周 期内， 平均电流 =727.2A， 平均电压 =235.4V， 平均功率 =164.1kW（相对的 PFD 为 12。

38、7.4kW） ， 总混合进料 =114.0kg 以及进料速率 =57.7kg/hr（相对的 PFD 为 50.0kg/hr） 。 0069 图 1 示出了本发明的设备 100 和方法使用的部件和方法步骤的流程图。 0070 设备 100 包括等离子处理单元 101。 0071 熔剂材料102可以供给至加料斗103， 它们通过加料斗103进入到混合系统105以 与 APC 残余物 104 混合。然后， 混合的 APC 残余物和熔剂材料通过进料器 106 供给至等离 说 明 书 CN 103153846 A 9 7/12 页 10 子熔炉 107。然后等离子从等离子源 108（未示出） 供给至等离。

39、子熔炉 107。 0072 等离子源 108 包括冷却系统 109、 泵 111 和熔炉分支管 112。泵 111 泵送冷水 110。 使用中， 等离子气体 113 供给至熔炉分支管 112。使用中， APC 残余物在等离子熔炉 107 内 经受等离子处理以产生废气和熔融炉渣。 0073 熔融炉渣通过熔融炉渣处理系统 114 储存在冰冷的炉渣池 115 中。 0074 然后废气通过热氧化器 116， 在此供给空气 117 以氧化包含在废气中的任何可燃 性气体。 然后废气通过气体冷却系统118， 在此注入水119以便通过蒸发冷却或等效方法冷 却废气。 然后废气通过过滤器120， 在此使用活性炭1。

40、21以捕获废气中所含的任何水银和其 他挥发性物质。从过滤器 120 回收次级 APC 残余物 122。 0075 然后废气通过冷凝单元 123 以回收含水 HCl124。然后废气通过苛性湿式洗涤 器 125， 在此加入苛性洗涤剂的溶液， 如碳酸氢钠的溶液， 加入 126 以固定来自废气的其他 酸性气体以及产生溶解在溶液 127 中的可溶性盐如 Na2SO3。然后， 废气通过引风风扇 （ID fan） 128， 其控制等离子熔炉 107 的压力， 然后通过排放监控系统 129 监测以确保符合排放 限制的组。然后废气通过烟囱 130 以排放到大气中。在各个阶段指出了大概质量和能量平 衡。 0076。

41、 图 2 示出了包括根据本发明第二方面的设备的废弃物处理工厂。该工厂包括鼓风 冷却器201、 控制室202、 等离子电源203、 固体玻璃化材料池204、 等离子熔炉205、 助熔储存 器 206、 APC 残余物储存器 207、 次级飞灰储存器 208、 废气系统 209 和烟囱 210。设计这样 的废弃物处理工厂以在内部适合标准工业单元。 实施例 0077 现在通过参考以下非限制性的实施例描述本发明。 尤其是， 应指出， 由于试验工厂 固有规模的限制， 表现的回收率低于预期。在冷凝单元内可提供较长的滞留时间的较大规 模， 预计产率会更高。 0078 实施例 1 0079 使用 IBA 作为。

42、熔剂材料进行本发明第一方面的过程。IBA 获取自城市固体废弃物 （MSW） 焚烧炉且具有根据表 1 的组分 ： 0080 表 1 ： IBA 的组分 0081 IBA 主要成分基准 wt% SiO252.03 CaO19.26 Na2O5.82 Al2O38.98 Fe2O38.03 说 明 书 CN 103153846 A 10 8/12 页 11 MgO2.25 K2O1.56 P2O51.70 S0.37 总共100 0082 0083 组合 IBA、 初始 APC 残余物和常规熔剂 / 稳定材料以制备根据表 2 的组合物的进 料 ： 0084 表 2 ： 进料组分 0085 进料配方w。

43、t% IBA10 沙 （SiO2）20 APC 残余物70 总共100 0086 使用的APC残余物包含16.33wt%的氯元素。 在与熔剂材料 （IBA加常规熔剂材料） 混合后， 氯被稀释至 11.43wt%。输入材料的总质量是 204kg， 包括 187.0kg 的混合进料 （包 含130.9kg的APC残余物、 37.4kg的二氧化硅熔剂、 18.7kg的IBA） 、 0.0kg的生铁和17.0kg 的剩余炉渣 / 金属。氯的总输入质量为 21.59kg。在组合之前， 将 IBA 分级为 10mm， 然后 自然 （在环境条件下） 干燥 3 天以上。在干燥期间， IBA 的颜色从深灰色变为。

44、浅灰色。 0087 然后将进料以 52.6kg/h 的速率进料至等离子处理熔炉中并施加等离子以产生废 气和熔融炉渣。进料期间平均等离子功率是 145kW 并且熔炉压力保持在 5020Pa 下。整 个试验期间， 等离子电压十分稳定 （20050 伏） 。然后废气通过热氧化器， 在此氧化可燃性 气体， 然后其通过袋式除尘过滤器， 在此收集次级 APC（SAPC） 残余物。从热氧化器和袋式 过滤器收集约 4.0kg 的 SAPC 残余物。这不包括包含在废气管道内壁上的 SAPC 残余物。然 后废气通过石墨内衬热交换器， 在此回收含水HCl。 然后在通过连续排放监测系统监测以及 随后排放到大气前， 使。

45、废气通过苛性湿式洗涤器以去除其它酸性气体。 0088 在运行期间从石墨内衬的水冷热交换器的开口端收集两瓶回收的含水 HCl。采用 滴定法计算 HCl 浓度， 结果在下表 3 中示出。在加热期间， 当间歇进料时收集到低浓度的 HCl（0.38wt%） ， 而在进料期间收集到中等浓度的 HCl（8.63wt%） 。在 HCl 接触石墨内衬热 交换器前， 大部分回收的含水 HCl 浓缩， 因此没有收集。这是因为上游多级间接水热交换器 的存在 （主热交换器） 。在主热交换器和袋式过滤器内形成大量 HCl 溶液。需要估计 HCl 变 化的水平 （见表 3） 。应指出， 与在高技术材料效率下回收 HCl 。

46、溶液相反， 石墨热交换器外形 说 明 书 CN 103153846 A 11 9/12 页 12 小且用于说明原理， 即浓缩的含水 HCl 的回收。表 3 列出了该过程的输入和输出质量数据。 基于没有金属流出的假设计算废气质量 （即收集的熔融炉渣是 “纯的” ， 不含任何离子） 。 0089 表 3 ： 质量平衡计算结果 （斜体结果为估计值） 0090 0091 说 明 书 CN 103153846 A 12 10/12 页 13 0092 实施例 2 0093 除以下不同外， 以与实施例 1 中相同的方式进行本发明第一方面的方法 ： 0094 - 未经过预处理的 IBA（即， 含 5-10w。

47、t% 的水分） 用作熔剂材料。 0095 - 进料速率略高 （57.7kg/h） 。 0096 - 进料期间平均等离子功率略高 （164kW） 。 0097 - 热氧化器未完全运行， 因此废气管道 （热氧化器的下游） 内的温度略低。 0098 与实施例 1 相比， 观察到以下差异 ： 0099 - 等离子电压不太稳定 （240120 伏） 0100 - 获得的 HCl 不太澄清 0101 - 获得的 HCl 溶液的 HCl 浓度降低 48%。 0102 这些结果表明预处理的IBA的使用提高了等离子电压的稳定性。 这在图3中示出。 推测是因为使用干燥的 IBA 避免了由于产生蒸汽造成的压力急剧升。

48、高而产生这种稳定性。 此外， 因为过大颗粒已经从IBA去除， 等离子弧能够与APC残余物接触致使更直接的热激发 （heat affliction） 。 0103 基于前述实施例并考虑到通常的 APC 配方， 本发明人计算了氯含量 （表 4） 、 温度 说 明 书 CN 103153846 A 13 11/12 页 14 （表 5） ， 和水分含量 （表 6） 对 HCl 产率的热力学预测影响。但是， 进一步的实验得出， 与已预 测的相比， 显著更多的 HCl 是可回收的。 0104 表 4 ： 氯含量的影响 0105 0106 0107 本发明人已经发现当 APCR 内的 Cl 小于 2.58。

49、%（wt/wt） 时， 不期望的氯的量将以 KCl（g） 和 NaCl（g） 分配到废气中。一般而言， 这些结果表明， 加热之后首先形成挥发性金 属氯化物。 0108 本发明人还发现当 APCR 内的 Cl 超过 2.58%（wt/wt） 时， 以 HCl（g） 分配到废气 中的 Cl 的比率随着 APCR 内的 Cl 含量的增加而增加， 直到 Cl 含量达到约 11.09% （wt/wt） 。 高于约 11.09%（wt/wt） 的理论值， 尽管 HCl（g） 的绝对值仍然升高， 更多的 Cl 将玻璃化为 预期形成 CaCl2的炉渣， 而非分配到废气中。这是不期望的， 因为本发明的一个目的是使保 留在固体过程废弃物中的氯最小化。在实践中因为 Cl 没有产生预期程度的 CaCl2， 上限较 高。 0109 表 5 ： 温度。