CN105692991B - 一种高浓度工业有机废液减压释气‑催化碳化制备固态衍生燃料的方法及装置 - Google Patents

一种高浓度工业有机废液减压释气‑催化碳化制备固态衍生燃料的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高浓度工业有机废液减压释气‑催化碳化制备固态衍生燃料的方法及装置，方法包括：将高浓度有机废液注入减压释气‑催化碳化装置中，投加催化剂，加入NaOH调节pH值，加温反应，释放的气体经过干燥器处理，进入活性炭吸附罐处理或焚烧炉焚烧后排放；反应完毕后自然冷却反应装置，开启卸料孔取出粉末状碳化反应产物，即为高浓度有机废液制备的固态衍生燃料。本发明的方法操作简单，不受限于高浓度有机废液的性质，适用范围广，易于工程化，为难处理高浓度工业废液无害化和资源化提供一种经济可行的方法。

Description

一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生 燃料的方法及装置
技术领域
本发明属于高浓度难降解工业废水处理及资源化技术领域，特别涉及一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的方法及装置。
背景技术
高浓度难降解工业废水或废液的处理方法主要有氧化、还原、混凝、生化等及其组合工艺等。但对于一些工业生产中产生的COD浓度极高的有机废液(例如高沸点蒸馏残液，膜分离浓缩液)，COD往往高达数十万mg/L，按常规的废水处理方法，根本无法将其处理至达标排放；而采用湿式氧化等高端技术，投资和运行费用无法为实际工程所承受；膜分离技术也无法分离处理该类有机物浓度极高的废液，而且附带产生浓缩液难以处置的问题；如将该类高浓度有机废液作为危险废弃物处置，处置成本又极高。
考虑到这些高浓度废液中蕴含的有机物从某种意义上讲是资源，所以对于该类高浓度有机废液的处理处置，需转变思路，将其中有机物作为资源和能源回收，不仅能够符合污染物减排要求，而且通过资源化和能源化能够产生较大经济效益，是最为合理有效的处理处置方法。
目前，关于高浓度有机废液中的有机物资源化的研究和应用最多的是厌氧消化产甲烷，但厌氧产甲烷技术只适合于毒性较小、易于生物降解的剩余污泥、食品工业及畜禽废水。对于浓度极高、可生化性差且有一定毒性的工业有机废液，厌氧菌难以正常生长代谢，厌氧产甲烷技术效果有限，依然无法获得显著的有机物资源化和总量减排的效果。微生物燃料电池是近年来开始研究的新技术，其原理是将废水中有机物蕴含的化学能转化为电能而实现资源化，但限于微生物产电效率有限而无法获得较高的电流强度，使其仅能停留在理论和实验室研究阶段，无法实现工程应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的方法及装置，该操作简单，不受限于高浓度有机废液的性质，适用范围广，易于工程化，为难处理高浓度工业废液无害化和资源化提供一种经济可行的方法。
本发明的一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的方法，包括：
(1)将高浓度工业有机废液注入减压释气-催化碳化装置中，投加催化剂，加入NaOH调节pH值至8.0～9.0，加温至180～200℃反应3.0～4.0h，释放的气体经过干燥器处理，进入活性炭吸附罐处理或焚烧炉焚烧后排放；其中，催化剂为黄铁矿和MnO2；
(2)反应完毕后自然冷却反应装置；
(3)待反应装置冷却后，开启卸料孔取出粉末状碳化反应产物，即为固态衍生燃料。
所述步骤(1)中高浓度有机废液为工业生产中产生的、COD高达数十万mg/L以上的有机废液；其中，所述废液难以用常规废水处理方法处理达标。
所述步骤(1)中高浓度有机废液加入量占反应装置有效容积的2/3。
所述步骤(1)中黄铁矿粉投量与工业有机废液的比例为0.5～1.0g：1L；MnO2粉末投量与工业有机废液的比例为0.1g：1L。
所述步骤(1)中反应过程中产生的水蒸气和少量废气混合物通过减压释气阀排出。
所述步骤(3)中固态衍生燃料的热值为18.7～22.2MJ/kg。
所述步骤(1)中减压释气-催化碳化装置以不锈钢材质制作，内壁防腐，配置加热、温控及测压装置，外壁设置隔热措施。
一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置，包括装置反应釜，其中所述的装置反应釜上端中间设有装置搅拌机、下端设有卸料孔，所述的装置搅拌机一侧装置反应釜上端设有在线压力计和压力报警器、另一侧设有在线温度计和温度报警器，所述的装置反应釜一侧、下端设有检修入孔，所述的装置反应釜内部侧面上设有电加热器，所述的装置反应釜两侧面上端分别设有减压释气管和进料液管道，所述的装置反应釜上、减压释气管下端设有溢流液排放管，所述的溢流液排放管下端设有溢流液承接池，所述的进料液管道通过催化剂投加管道和碱投加管道分别与催化剂溶药槽和碱溶药槽连接，所述的催化剂溶药槽上端分别设有催化剂溶药搅拌机和催化剂投加计量泵，所述的碱溶药槽上端设有碱溶药搅拌机和碱投加计量泵。
所述的减压释气管上设有减压释气阀。
所述的溢流液排放管上设有溢流液排放阀。
所述的进料液管道与催化剂投加管道和碱投加管道连接两侧分别设有进料液调节阀。
一种使用所述的一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置，其中所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)开启废液进料液调节阀；开启释气减压阀；开启溢流液排放阀；开启废液进水泵；开启催化剂溶药搅拌机；开启碱溶药搅拌机；开启催化剂投加计量泵；开启碱投加计量泵；直至溢流管有废液流出，废液充满反应装置；
(b)然后关闭溢流液排放阀；关闭废液进料液调节阀；关闭废液进水泵；关闭催化剂溶药搅拌机；关闭碱溶药搅拌机；关闭催化剂投加计量泵；关闭碱投加计量泵；
(c)开启电加热器，反应器内部升温；开启装置搅拌机；开启释气减压阀PLC自动控制，释放的气体经干燥处理后至活性炭吸附装置处理，或送至焚烧炉焚烧处理；搅拌、释气及加热反应3.0～4.0h，完成反应；
(d)关闭搅拌机；关闭电加热器；自然冷却后打开卸料孔，得到的固态物质即为所制备的固态衍生燃料。
所述减压释气-催化碳化反应器的安全运行保护技术措施为：由在线温度计将信号反馈给PLC自动控制***，通过自动控制***控制电加热器，使反应器内温度维持在正常工作温度范围；当反应器内温度超过安全工作温度的范围时，温度报警器报警并自动切断加热电源；当反应器内压力超过安全工作压力范围时，压力报警器报警并自动切断加热电源，并通过自动控制***完全开启减压释气阀，以快速降低反应器压力。
所述开启释气减压阀PLC自动控制，当装置内部压力超过一定数值时，释气减压阀自动开启释气，当装置内部压力低于一定数值时，释气减压阀自动关闭。
本发明针对高浓度难降解工业有机废液的无害化和资源化问题，另辟蹊径，提出高浓度有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的资源化新方法。其基本原理为：在密闭反应釜中设置减压释气调节阀，在加热减压条件下使废液中水分以水蒸气形式的蒸发，使废液一定程度上脱水；同时在催化剂存在的条件下，将废液中有机物分子改性并进一步脱水碳化，获得热值较高的固态衍生燃料；在减压加热、催化及脱水碳化过程中，释放的气体主要是水蒸气、少量挥发性有机废气的混合物，经干燥处理后可通过活性炭过滤或进焚烧炉焚烧处理。本发明的主要特点是操作简单；与厌氧产甲烷等技术相比，不受限于高浓度有机废液的性质，适用范围广；易于工程化。本发明为难处理高浓度工业废液无害化和资源化提供一种经济可行的方法，符合工业领域节能减排的发展方向。
本发明利用减压释气-催化碳化反应装置中的一定温度、压力条件下，在减压释气条件下使高浓度有机废液中的水分以水蒸气的形式部分脱除；同时在铁系、锰系催化剂催化作用下将高浓度有机废液中难以通过蒸发脱除的H、O元素进一步以H2O的形式脱除，从而将废液固化及碳化成热值接近标煤的固态燃料；释放的气体主要为水蒸气和少量有机废气，经干燥后可通过活性炭吸附或进焚烧炉焚烧处理。通过上述方法，最终将高浓度有机废液实现无害化及资源化。本发明能够解决常规废水处理技术难以解决的高浓度有机废液的处理及处置问题，实现无害化和资源化，创造较大的环境及经济效益。
本发明的适用范围为工业生产中产生的有机物浓度很高的残液，该类残液无法用常规废水处理方法处理达标排放，例如化工生产中高沸点蒸馏残液、蒸发过程中产生的浓缩液等。通过本发明提出的方法，可以将该类难处理及处置的高浓度有机废液无害化及资源化。
有益效果
(1)本发明可以解决传统废水处理无法解决的高浓度有机废液的处理及处置问题；
(2)本发明中经减压释气-催化碳化后，废液中有机物脱水碳化后形成热值较高的固态衍生燃料，可作为资源和能源回收利用；
(3)本发明的反应釜操作条件不需高温、高压，投资及成本远低于湿式氧化；
(4)本发明在减压释气-催化碳化过程中产生水蒸气和少量挥发性废气的混合物，可干燥后经活性炭吸附或焚烧处理，不会造成对大气环境的二次污染。
附图说明
图1为本发明中高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置；
图2为本发明中装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例中的高浓度有机废液取自某公司高沸点蒸馏残液，表观呈粘稠状且水溶性差，COD高达数十万mg/L，前期曾用臭氧、芬顿等高级氧化方法均无法获得显著的COD去除效果。采用本实施例提出的减压释气-催化碳化技术对该种高浓度残液进行处理，具体方法及步骤为：(1)将高浓度有机废液注入减压释气-催化碳化装置中；(2)将黄铁矿粉和MnO2投加至减压释气-催化碳化装置中；黄铁矿粉投量为1.0g/(L有机废液)，MnO2粉粉末投量为0.1g/(L有机废液)；(3)在装置中投加氢氧化钠，将废液pH调节至8.8；(4)将装置内部加温至180℃、搅拌反应3.0h；反应过程中产生的水蒸气和废气混合物通过减压释气阀排出；经干燥器干燥后，进入活性炭吸附罐处理或焚烧炉焚烧后排放；(5)反应完毕后自然冷却；(6)冷却后，从卸料孔中取出的固体物质即为所制备的固态衍生燃料，热值可达20.1MJ/kg。
本实施例中使用的高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置，如图1所示，包括装置反应釜2，其中所述的装置反应釜2上端中间设有装置搅拌机1、下端设有卸料孔29，所述的装置搅拌机1一侧装置反应釜2上端设有在线压力计3和压力报警器4、另一侧设有在线温度计10和温度报警器11，所述的装置反应釜2一侧、下端设有检修入孔22，所述的装置反应釜2内部侧面上设有电加热器21，所述的装置反应釜2两侧面上端分别设有减压释气管6和进料液管道13，所述的装置反应釜2上、减压释气管6下端设有溢流液排放管8，所述的溢流液排放管8下端设有溢流液承接池9，所述的进料液管道13通过催化剂投加管道14、17和碱投加管道24分别与催化剂溶药槽16、19和碱溶药槽27连接，所述的催化剂溶药槽16、19上端分别设有催化剂溶药搅拌机15、18和催化剂投加计量泵20、26，所述的碱溶药槽27上端设有碱溶药搅拌机25和碱投加计量泵23。
所述的减压释气管6上设有减压释气阀5。所述的溢流液排放管8上设有溢流液排放阀7。所述的进料液管道13与催化剂投加管道14、17和碱投加管道24连接两侧分别设有进料液调节阀12、28。
实施例2
某化工企业糠醇生产废水，含有大量有糠醇、酚醛、糠醛、甲醇，COD高达200000～300000mg/L，用传统的物化、生化组合工艺处理难以达到厂区纳管排放标准(COD≤500mg/L)，因此考虑用本实施例提出的减压释气-催化碳化方式将废水中大部分COD转化为固态固态衍生燃料。具体实施方法为：(1)将高浓度有机废液注入减压释气-催化碳化装置中；(2)催化剂黄铁矿粉和MnO2投量分别为0.8g/(L有机废液)、0.1g/(L有机废液)；(3)在装置中投加氢氧化钠，将废液pH调节至8.5；(3)将装置内部加温至190℃、搅拌反应4.0h；反应过程中产生的水蒸气和废气混合物通过减压释气阀排出并进后续处理装置处理；(4)反应完毕自然冷却后，从卸料孔中取出的固体物质即为所制备的固态衍生燃料，热值可达19.6MJ/kg。

Claims (10)

1.一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置，包括装置反应釜(2)，其特征在于：所述的装置反应釜(2)上端中间设有装置搅拌机(1)、下端设有卸料孔(29)，所述的装置搅拌机(1)一侧装置反应釜(2)上端设有在线压力计(3)和压力报警器(4)、另一侧设有在线温度计(10)和温度报警器(11)，所述的装置反应釜(2)一侧、下端设有检修入孔(22)，所述的装置反应釜(2)内部侧面上设有电加热器(21)，所述的装置反应釜(2)两侧面上端分别设有减压释气管(6)和进料液管道(13)，所述的装置反应釜(2)上、减压释气管(6)下端设有溢流液排放管(8)，所述的溢流液排放管(8)下端设有溢流液承接池(9)，所述的进料液管道(13)通过催化剂投加管道(14、17)和碱投加管道(24)分别与催化剂溶药槽(16、19)和碱溶药槽(27)连接，所述的催化剂溶药槽(16、19)上端分别设有催化剂溶药搅拌机(15、18)和催化剂投加计量泵(20、26)，所述的碱溶药槽(27)上端设有碱溶药搅拌机(25)和碱投加计量泵(23)。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置，其特征在于，所述的减压释气管(6)上设有减压释气阀(5)。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置，其特征在于，所述的溢流液排放管(8)上设有溢流液排放阀(7)。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置，其特征在于，所述的进料液管道(13)与催化剂投加管道(14、17)和碱投加管道(24)连接两侧分别设有进料液调节阀(12、28)。
5.一种使用权利要求1所述的高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置的方法，其特征在于，所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)开启废液进料液调节阀(12、28)；开启释气减压阀(5)；开启溢流液排放阀(7)；开启废液进水泵；开启催化剂溶药搅拌机(15、18)；开启碱溶药搅拌机(25)；开启催化剂投加计量泵(20、26)；开启碱投加计量泵(23)；直至溢流管(8)有废液流出，废液充满反应装置；
(b)然后关闭溢流液排放阀(7)；关闭废液进料液调节阀(12、28)；关闭废液进水泵；关闭催化剂溶药搅拌机(20、26)；关闭碱溶药搅拌机(25)；关闭催化剂投加计量泵(15、18)；关闭碱投加计量泵(23)；
(c)开启电加热器(21)，反应器内部升温；开启装置搅拌机(1)；开启释气减压阀PLC自动控制，释放的气体经干燥处理后至活性炭吸附装置处理，或送至焚烧炉焚烧处理；搅拌、释气及加热反应3.0～4.0h，完成反应；
(d)关闭搅拌机(1)；关闭电加热器；自然冷却后打开卸料孔，得到的固态物质即为所制备的固态衍生燃料。
6.一种使用权利要求1所述的高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置的方法，包括：
(1)将高浓度工业有机废液注入减压释气-催化碳化装置反应釜(2)中，投加催化剂，加入NaOH调节pH值至8.0～9.0，加温至180～200℃反应3.0～4.0h，释放的气体经过干燥器处理，进入活性炭吸附罐处理或焚烧炉焚烧后排放；其中，催化剂为黄铁矿和MnO2；
(2)反应完毕后自然冷却装置反应釜(2)；
(3)待装置反应釜(2)冷却后，开启卸料孔取出粉末状碳化反应产物，即为固态衍生燃料。
7.根据权利要求6所述的一种使用高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置的方法，其特征在于，所述步骤(1)中高浓度有机废液为工业生产中产生的、COD高达数十万mg/L以上的有机废液。
8.根据权利要求6所述的一种使用高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置的方法，其特征在于，所述步骤(1)中高浓度有机废液加入量占反应装置有效容积的2/3。
9.根据权利要求6所述的一种使用高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置的方法，其特征在于，所述步骤(1)中黄铁矿粉投量与工业有机废液的比例为0.5～1.0g：1L；MnO2粉末投量与工业有机废液的比例为0.1g：1L。
10.根据权利要求6所述的一种使用高浓度工业有机废液减压释气-催化碳化制备固态衍生燃料的装置的方法，其特征在于，所述步骤(3)中固态衍生燃料的热值为18.7～22.2MJ/kg。
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