CN100356103C - 医疗废弃物和其它废料的热解方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种废料(特别是医疗废料)的热解方法。在所述热解方法中，废料(36)放置在一个密封容器(38)中。所述密封容器(38)被放置在一个负载室(34)中并且使所述废料(36)经受热解。所述方法产生含有挥发性有机化合物的热解气体，其被馈入含有切向(20)及径向(22)空气入口的氧化室(14)中。所述热解气体燃烧并且在氧化室(14)中产生热气体。在所述操作中，至少一部分产生的热和热气体被馈入容纳所述热解容器(38)的负载室(34)中。

Description

医疗废弃物和其它废料的热解方法

交叉申请案

本申请案主张2002年6月3日申请的美国临时申请案第60/385,772号之权利，其内容以参考方式并入本文。

技术领域

无

背景技术

本发明一般涉及一种废料特别是医疗废料的热解方法。更明确地说，本发明涉及一种热解方法，其中将废料放置在一个密封容器中。该密封容器插入到一个负载室中并将废料经受热解方法。

近年来，政府机构、工业界及其它组织已必须倾力于与操作和处理包括化学与生物产品的有机废料有关的各种问题。因为在该废料中有传染性细茵、病毒及其它病原体的存在，所以医疗废料处置是特别困难的问题。现已发现将该等有机废料加热到极高温度可致使该等成份热分解。热能量将废料的化学成份(主要为碳、氢及微量元素)转换成气体。热解方法常用于将废料热分解和化学性转变。

术语“热解”可以有不同的意义，依据其上下文而定。举例来说，“热解”是定义成“单单利用热而将一化合物转变成一或多种物质，换言之，无氧化作用。”(Hawley’s Condensed Chemical Dictionary，13th Ed.(1997).)在提出医院/药物/传染性废料焚化炉性能标准的联邦条例法典(CFR)中，“热解”表示“使用外加能量的废料的吸热气化”(40C.F.R.§60.51c)。一般，在商业的热解操作中，将废料装载到一热解炉或室中，并且通常会有某少量空气(氧)出现在该炉中。在炉中出现氧的原因可能有数种。一些空气可能是在将废弃物装载到炉中期间当通到该室的门开启及关闭时而进入到该炉中。同样，一些空气可能携带于废料内。另外，该热解炉可能是在一微负压下操作，使得少量空气经由不完全密封而被吸入到该炉中。因此，该术语“热解”，常用在工业界中并且在此使用以涵盖各方法，其方法中于热解炉内的大气在热解反应作用期间，偶尔可含有非常少量的空气(氧气)，但是其量很少而避免可见燃烧出现。

对工业应用而言，废料热解一般是整个物料销毁的第一步。该热解方法将废料中发现的有机化合物挥发或气化并产生含有挥发性有机化合物的废气。在第二步骤中，一燃烧器单元将该挥发性有机化合物燃烧或氧化。

热解炉不应该和在一控气模式中操作的焚化炉混淆。该等焚化炉一般包括一次及二次燃烧室。在焚化方法中，一燃烧器或是其它的点火来源产生在该一次室中的一明火。将燃烧空气以某一速率提供到该一次室中，该速率是小于需要达到从该有机废料热分解而逐渐形成的挥发性有机化合物完全燃烧的化学计量的氧量。接着，在二次燃烧室中，提供过量燃烧空气以将该废气完全分解并氧化。路易斯，美国专利第4,474,121号及第4,517,906号揭示控制将辅助燃料加入到一个两阶段燃烧炉系统的方法及装置，该系统在第一阶段中是在控气模式下并且在第二阶段是在过量空气模式下操作。该等控气焚化炉的一个问题为在一次燃烧室中的明火产生紊流并造成废气流中粒子的悬浮。该粒子通过二次燃烧室并且作为污染物被排放，除非采用另外的污染控制系统(例如，洗涤器)。在焚化炉上安装该等空气污染控制系统是很昂贵的，但是该等系统在满足排放标准方面通常是必要的。

如上所讨论，销毁废料的热解方法在工业界中通常已为人所知。举例来说，汉森等人，美国专利第5,868,085号揭示一废料处理单元，其具有一个主座；一个输入阶，通过其将待处理的废料导入通过可控的阀排列以防止不期望的空气或氧并入到热解方法中；以及一个热解配件，其包含同轴环绕一椭圆形热解室的一绝热外罩。当发生热解时可旋转螺旋通过甑运送废料。将一加热室定义成在外罩及甑之间的空间。燃料气体在加热室内燃烧以提供热解的热能量来源。根据第‘085号专利，将热解期间从输入中所释放的气体进行处理以利用凝结及热氧化作用的结合而把含有在其中的污染物抽出释放接着将该气体排放到大气中或投送以供应能量(诸如)到一蒸气发生器中。

寇夫，美国专利第4,648,328号揭示一种废车辆轮胎热解的装置及方法。该装置包括一个反应室。根据第‘328号专利，将轮胎碎片引入到反应室并经由气闸机构自其移除以防止当利用一链式及梯板输送机将碎片运输穿过该室时，周遭空气的进入。该方法包括将废轮胎切碎，预热该轮胎碎片，将该碎片传送过该反应室，将固态及气态产物分离，并且将一部分气态产物回收到加热构件中。

同样，已知将火焰引入到该焚化炉室中以烧毁废料的焚化炉方法。布鲁克斯，美国专利第4,603,644号揭示一种具有在后墙中有一开口(通气孔)的受风室的焚化炉。提供点火室燃料及空气并将火点燃向下到放置在该室中的生物量上。该受风室中开口通到具有一燃烧器元件的后燃室中，该燃烧器元件烧毁来自受风室气体中的挥发性组份。该后燃室将热传送到位于所述受风室(一热传送室)下方空间的导管。

随着前述方法而来的一个问题是将室中的燃烧器点火会造成不稳定及紊流而导致粒子及灰分物料的排出。这些物料可能作为污染物而从系统中排出。因此，需要一热解方法，其中不将火焰引入到该热解室而热分解废料。本发明的一目的是提供该种热解方法。

另外，布鲁克斯，美国专利第5,611,289号揭示一种用于气化生物量废料的气化器。该气化器包含一个用于接收废料一次室，一个烟传送出口，及一个以接受来自一次室的热解气体的混合室。烟接着流到一后燃器室，其中燃烧火焰会氧化烟的组份。根据第‘289号专利，将一分割墙安置在该火焰室及该一次室之间以防止加热火焰进入到该室中。热传送室接受完全氧化的烟，并且来自烟的热会造成热传送室被加热。一次室具有一热传导底层并且重叠在该热传送室上。来自热传送室的热穿过底层上升以加热该一次室及生物量废料。

然而，随着前述常规热解方法而来的一个缺点是将热传送通过一次室底层为一相对缓慢的方法。因此，通常会需要一段长时间才能使一次室中的温度上升并完成热解反应。此耗时的方法可能很昂贵且无效率。

上述常规热解方法的另一缺点为，依据废料类型其可能会无法达到一次室中所需要的温度，即使热是经由底层而供应一段很长的时间。要克服此限制，通到一次室的门具有一小的空气入口，其可让少量空气进入到室中。空气的引入利用废料燃烧的方式而将室温升高。一旦燃烧发生，该方法变成发热的而并不再为热解方法。

另外，该后燃室总是与热传送室形成流体连通并且热气体总是无控制地穿过热传送室。因此，只要在后燃室中的辅助热输入燃烧器是在燃烧，热就连续地传送到一次室中。此造成两个潜在性问题：1)在后燃室已达到适当操作温度之前，挥发性有机化合物可能已在主要室中产生而导致未完全燃烧及排放；及2)高度挥发性废料可能以一高速率形成挥发性有机化合物，该速率如此高而使得一次室将超过可接受温度，因此导致挥发速率更快到超温极限及过度排放。

考虑到常规热解方法的前述问题，需要一系统，其中热气体从氧化室传送到热解室可以一种受控的方法进行。视需要，该热气体应可快速被传送到热解室中以加热废料。本发明的一个目的是提供该热解方法。本发明的这些以及其它的目的、特征、及优点从下列叙述及图中会更清楚。

发明内容

本发明涉及一种废料特别是医疗废料的热解方法。一般而言，该方法包含下列步骤。将该废料放置在一密闭热解容器中，并且将该容器插入到一负载室中。将该容器的释放口连接到一热解气体传送导管而使得该容器与氧化室形成流体连通。该释放口应利用一机械锁固构件而连接到热解气体传送导管以形成一大体上不透气的密封。

将容纳热解容器的负载室加热使得热传送到该容器中而造成废料分解并产生包含挥发性有机化合物的热解气体。热解气体从热解容器流经热解气体传送导管并到达氧化室中。热解气体传送导管可含有一空气入口，用于在一负压下维持该热解容器以及为了初始热解气体燃烧而在氧化室的入口添加空气流。

该氧化室包括一燃烧器单元及用于控制到氧化室的空气流的至少一个空气入口。该燃烧器单元位于该氧化室上方部分并且产生火焰以预热该氧化室并且维持热解气体燃烧所需要的温度。该氧化室一般包含多个空气入口。明确地说，该氧化室可含有将空气切向地导入到该室中的切向空气入口，以及将空气径向地导入到该室中的径向空气入口。在氧化室中，热解气体燃烧并且产生热。在氧化室中所产生的热的至少一部分是被导经一热气体传送导管并且到该负载室中。

该热气体传送导管含有至少一个热气体控制阻尼器。一微处理器可用以控制该热气体控制阻尼器并且调整导入到负载室的热量。该微处理器可使用一包括时间/温度分布图、燃烧空气输入速率及燃烧器输入速率的算法，以决定方法终点。

可使用不同的热解容器。在一个实施例中，该容器具有一个集成的结构，其包含四个侧壁板，一底板，一遮盖物，及一释放口。该容器可以由一抗高温金属合金制造并包括一用于密封该遮盖物的抗高温垫片。该容器可利用输送导轨而被引入到该负载室。在另一实施例中，该热解容器包括一矩形凹陷部分，其中该凹陷部分从底板向上延伸而提供一核心加热表面。具有不同几何形状及设计的各种其它密闭热解容器可依据本发明而使用。

附图说明

在附加的权利要求书中提出本发明特性的新颖特征。然而，参考下文与附图相关的详细叙述可更好的理解本发明的优选实施例连同其它目的和伴随优点，其中：

图1为显示本发明热解方法的一个实施例的示意图；

图2为图1所示的氧化室的近透视图；

图3为根据本发明热解方法而使用的密闭热解容器的一个实施例的透视图；

图4为在图3中所确认的盖子区域的近视图，其表示本发明的盖子封闭机构的一个实施例；和

图5为根据本发明热解方法而使用的一个密闭热解容器的另一实施例的透视图。

具体实施方式

本发明涉及一种废料特别是医疗废弃物的热解方法。

参考图1，一般地例示了本发明热解方法的一个示意说明。用以进行废料销毁的整个系统可被称为热解单元并且一般显示于图1中的10。实际上，该热解单元10可先以空气清洗。接着，位于氧化室14中的燃烧器单元12可被点然以产生加热火焰。显示了一具有上部分16及下方部分18的垂直配置的氧化室14。燃烧器单元12是位于该氧化室14的上方部分16从而使得火焰向下喷出。燃烧器单元12的燃料来源一般是工业燃料如丙烷气或天然气。空气(氧)被供应到该燃烧器单元12以支持燃料燃烧。一般而言，使用周围空气以供氧，但是可使用任何含有足够氧气量的材料，如富含氧的空气。在一个实施例中，可将由热解过程中的热所产生的预热空气用以支持燃料燃烧。

销毁热解气体的燃烧空气是通过至少一个空气入口供应到氧化室14。在一较佳实施例中，该氧化室包括多个空气入口20及22，其具有如图2中所示的结构。切向空气入口20将空气切向地导入到该氧化室中，而径向空气入口22将空气径向地导入该氧化室中。已发现，具有这些设计的空气入口是特别有利的，因为该切向空气引起燃烧并保护在最高火焰温度区域的室壁，且该径向空气产生紊流混合，此将促进良好的燃烧作用而不需要在室中使用实际挡板。

又参考图1，最初在该氧化室14中利用燃料及氧气的燃烧而产生的热气体通过一个包括旁通阻尼器26的排气旁通导管24而排放到大气中。在该氧化室14中的热排气的温度由一个温度感测元件28测量。将该温度感测元件28安置成使其在热排气已经保留在氧化室14中一段实现有效燃烧所必需的时间之后测量气体的温度。在该排出气体达到预设温度时，在热气体传送导管32中的热气体控制主阻尼器30开始打开而在旁通排出导管24中的旁通阻尼器26开始关闭。该主阻尼器30的开启将热气体转移到热气体传送导管32，藉此让该热气体从氧化室14运送到负载室34中。

以此方式，在负载室34中的温度是由负载室34与旁通排出导管24之间的热气体流的平衡而控制。该热气体流利用主阻尼器30及旁通阻尼器26的位置关系而调整。

将待在热解处理中销毁的废料36放在具有一释放连接管口39的密封热解容器38内。本文所用的术语“废料”是指可以接受热解处理的任何适合的产物，包括(但不限于)管制药品(controlled substances)、医药制品、动物尸体、化学制品、有毒物质、有害物质、生物剂及医疗废弃物。本发明的方法是特别适用于销毁医疗废弃物，其包括(例如)生物培养液、人类病变组织及器官、血源性制品、小药瓶、静脉袋、针、注射器、解剖刀片、缝合线、纱布、绷带及其它医用和传染性废弃物。热解容器38的结构在下面将更详细地叙述。

如图1所示，该密封的热解容器38是被插入负载室34中。该热解容器38可利用运输导轨(未显示)的方式插入到该负载室34中。一释放连接管口39连接到通往氧化室14的热解气体传送导管40。以此方式，热解容器38是以与氧化室14流体相通的方式放置。该热解容器38利用任何适合的机械紧固构件连接到热解气体传送导管40。例如，该热解容器38可由一锁固杆构件来连接。此锁固机构施以足够的力以保持该热解容器38和热解气体传送导管40彼此紧密连接，因此产生一个可抗高温的基本上不透气的密封。在已经将热解容器38放入负载室34中后，关闭负载室34的门42，因此产生一可抗高温的紧密密封。

如上所述，在氧化室1 4中产生的热和热气体流经热气体传送导管32，并进入负载室34使得高强度的热被传送到在热解容器38中的废料36中，而且该废料36经热分解和变形。一般而言，废料的热解作用在大约450的温度下开始。在此温度下，废弃物中更具挥发性的成分开始气化。在许多例子中，热被连续供应直到该热解容器38的内部温度是在大约800到大约1600的范围中，使得该废弃物中的所有有机成分被气化。容纳热解容器38的负载室34一般是加热到一个在大约1000到大约1800范围的温度下，并保持在一个为确保热解容器38内获得所预期的温度而必需的温度。在负载室34中的热气体已经将热传送到热解容器38之后，其经由负载室排出导管48而排出。

在热解容器38中所产生的热解气体含有挥发性有机化合物并通过热解气体传送导管40排出到氧化室14。该热解气体传送导管40包括一空气入口44，其中注入空气以因文丘里效应(venturi effect)而在该传送导管40中产生一个轻微负压。此负压可帮助防止热解气体从热解容器38泄漏。含有挥发性有机化合物的热解气体进入氧化室14，其中该热解气体燃烧且该挥发性有机化合物基本上被氧化。该热解单元还包括一个将经氧化的热解气体及热气体排到大气中的大气排出孔46。

在本发明的一个实施例中，该热解单元10包含多个负载室34。如上所述，将一个容纳废料的热解容器38引入到每个负载室34中。每个热解容器38经由一个独立的热解气体传送导管40连接到一单个氧化室14。以此方式，多个负载室34可以与一个氧化室14结为一体，并可维持有效处理。

传统微处理器控制器用以设计该等方法步骤并且发布适当的命令。更特定言之，一个微处理器监视在该热解单元10中的几个位置上的温度和通风，并使用来自传感器的数据以调整馈给到燃烧器12中的燃料量；引入氧化室14的燃烧空气；导入到负载室34的热气体流速；转到旁通排出导管24的热气体流速和通过该方法使气体移动的负通风压力。当已完成所设定的顺序时，该微处理器通过关闭燃烧器12并将冷空气导入该负载室34中而将该单元切换到一个冷却模式。该微处理器控制在系统中的能量平衡以防止在氧化室1 4中发生未经控制的热事件。另外，该微处理器控制一联锁机构，其防止通往负载室34的门42在室34冷却到预设温度之前被打开。

参考图3，该热解容器38以更详细方式表示。该热解容器38具有一类箱式结构，包括四个侧壁板48、49、50及51；底板52；和一可移除盖(罩)53。该热解容器38可由任何合适的抗高温材料(如金属或陶瓷)制造。该材料为热传导性，以使热可以传送到热解容器38内部。该热解容器38具有良好的机械强度，使其可保持大量的废弃物并容易运送和处理。

如图4所示，在装载待处理的废料后，装入密封垫片54并利用高温压缩硬件56或其它适合的紧固件而将盖子53附上，因此形成基本上不透气的密封。接着，该密闭热解容器38可使用运输导轨58(图3)而插入负载室34中。当将热解容器38插入到负载室34中时，该释放连接管口39啮合并锁固一个热解气体传送导管40(图1)。此锁固机构将热解容器38保持在适当位置并在容器与热解气体传送导管40之间产生一个紧密的密封。以此方式，该热解容器38是以与氧化室14直接流体相通的方式而放置。

该热解容器38可具有类箱式结构，如图5所示。在此实施例中，容器38的底板52包括一个矩形凹陷部分60。此凹陷区域60从底板52向上延伸以提供一个核心加热表面。该类槽形部分60增加了该容器38的表面面积的量，让更多的热传送到容器38中。根据本发明，该热解容器可具有其它的几何结构和设计，以进一步增强传热性能或改进特定废弃物类型的安置。此外，其它热传导元件(例如传导棒或高温热管)可连接到外侧壁并凸出到该热解容器空间中以改进其在装载内区域的传热速率。

将废料放置在热解容器中以及将该容器插入该负载室提供了超越如上所述的一般系统的多个优势，其中该废弃物直接放置在一个热解炉或室中。这些优点包括(但不限于)以下各点：(1)热解容器所有表面暴露在热气体中；(2)对空气泄漏到该热解容器进行控制；(3)该热解容器可快速地由机械构件移除并以一个容纳待销毁废弃物的新的热解容器代替，因此维持着热的负载室，以在加热负载室时节约将被消耗的燃料，并且大大增加热解方法的效率；及(4)将从该热解方法所产生的残留物保存以容易地将其搬运到一处置点。

所属领域技术人员应了解在可偏离本发明精神下，对此处的描述和例示的实施例进行各种变化及修正。所附权利要求欲涵盖所有此类的修正和变化。

Claims (21)

1.一种废料的热解方法，其包含步骤：

a)将废料放置于一密闭热解容器中，所述容器具有一释放口；

b)将所述热解容器插入到一负载室中，并将所述容器的所述释放口连接到一热解气体传送导管以使得所述容器与一个氧化室形成流体连通；

c)将所述负载室加热使得热传送到热解容器中而造成所述废料分解，并且产生包含挥发性有机化合物的热解气体；

d)将来自所述热解容器的所述热解气体经由所述热解气体传送导管传递到所述氧化室中，其中所述热解气体燃烧并且产生热；及

e)将在所述氧化室中所产生的所述热的至少一部分，经由一热气体导管而导入到所述负载室中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化室包含一燃烧器单元及用于控制到所述氧化室的空气流的空气入口，且所述氧化室为一具有上方部分及下方部分的垂直排列的室。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述热气体传送导管包含至少一个热气体控制阻尼器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述热解容器的所述释放口以一机械锁固构件连接到所述热解气体传送导管以形成一不透气的密闭。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述热解气体传送导管包含一空气入口，所述空气入口用于在所述热解气体传送导管中产生负压并且用于添加空气流以与所述热解气体混合从而在混合气体进入所述氧化室时改善燃烧。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述负载室加热到在1000到1800的所述范围中的一温度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化室为一具有上方部分及下方部分的垂直排列的室。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述燃烧器单元位于所述氧化室的所述上方部分，并且产生一火焰以预热所述氧化室以及维持用于所述热解气体燃烧的需要的温度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化室包含多个空气入口。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述氧化室包含用于将空气切向地导入所述室中的切向空气入口。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述氧化室包含用于将空气径向地导入所述室中的径向空气入口。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述氧化室包含切向和径向空气入口。

13.根据权利要求3所述的方法，其中一微处理器控制所述热气体控制阻尼器，并且调节被导入到所述负载室的所述热的量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述微处理器使用一包括一时间/温度分布图、燃烧空气输入速率及燃烧器输入速率的算法以决定所述热解方法的终点。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述废料选自由管制药品、医药制品、动物尸体、化学制品、有毒物质、有害物质、生物剂及医疗废料所组成的群。

16.一种废料的热解方法，其包含步骤：

a)提供复数个密闭的热解容器，每一容器容纳废料，并且每一容器具有一分离的释放口；

b)提供复数个负载室，并将每一个热解容器插入到一分离的负载室中，并且将每一容器的所述释放口连接到每一容器的一分离的热解气体传送导管使得每一容器与一个单一的氧化室形成流体连通；

c)将每一个负载室加热使得热被传送到每一热解容器中而造成所述废料分解，并且产生包含挥发性有机化合物的热解气体；

d)将所述热解气体从每一热解容器经由每一热解气体传送导管传递到所述单一氧化室中，其中所述热解气体燃烧并且产生热；及

e)将在所述氧化室中产生的所述热的至少一部分导入到每一负载室中。

17.一种废料的热解方法，其包含步骤：

a)将废料放置在一密闭热解容器中，所述容器具有一集成的结构，其包含四个侧壁板、一底板、一遮盖物及一释放口；

b)将所述热解容器插入到一负载室中，并且将所述容器的所述释放口连接到一热解气体传送导管使得所述容器和一个氧化室形成流体连通；

c)将所述负载室加热使得热被传送到所述热解容器以造成所述废料分解，并且产生包含挥发性有机化合物的热解气体；

d)将所述热解气体从所述热解容器经由所述热解气体传送导管传递到所述氧化室中，其中所述热解气体燃烧并且产生热；及

e)将在所述氧化室中产生的所述热的至少一部分经由一热气体导管而导入到所述负载室中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述容器是由一抗高温金属合金或陶瓷制成。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述容器还包含用于密封所述容器的所述遮盖物的抗高温垫片。

20.根据权利要求17所述的方法，其中利用传送导轨将所述热解容器插入到所述负载室中。

21.根据权利要求17所述的方法，其中所述容器包括一矩形凹陷部分，所述凹陷部分从所述底板向上延伸以提供一核心加热表面。

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