CN107445424B - 一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，有机废物进料***连接配料釜物料进口，配料釜物料出口连接预反应釜、主反应釜物料进口，预反应釜物料出口连接主反应釜物料进口，主反应釜物料出口连接冷却釜物料进口，冷却釜物料出口连接固液分离***；固液分离***的部分液体出口连接水处理***，水处理***液体出口分别连接配料釜、预反应釜和主反应釜物料进口；主反应釜的夹套与热源***连接；主反应釜的蒸汽出口连接配料釜和预反应釜蒸汽进口，冷却釜的蒸汽出口连接配料釜蒸汽进口；配料釜的冷却水进、出水口与冷却釜的冷却水出、进水口相连接。本发明有机废物减量效果良好，催化剂可回收利用，反应后固体产物可被资源化利用。

Description

一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置
技术领域
本发明属于有机废物处理技术领域，尤其涉及一种通过热催化反应提高有机废物减量效果的装置。
背景技术
有机废物是指高含水率(40％-99％)的有机质成分占无机成分大于30％的废物污泥，比如餐厨垃圾、喷涂行业有机废渣、有机高沸残液、医药合成废渣及污水处理厂产生的剩余污泥等。随着社会经济的快速发展，有机废物产生量越来越多(戴前进，方先金，黄鸥等.有机废物处理处置技术与产气利用前景[J].中国沼气，2008，26(6)：17-32.)，因此，有机废物减量已成为我国节能减排的重要问题。
目前，有机废物主要通过焚烧、填埋等方式进行处置。
其中，焚烧是最有效、最彻底的有机废物处置方法，可实现极高的有机废物减量效果，但是焚烧处理的成本较高，并且有可能会产生二噁英等有毒有害气体，给环境带来二次污染(于强.化工固体废弃物焚烧处理及其参考数据分析[J].化学工业，2013，31(7)：42-47.)。
填埋是将有机废物运送至特定的填埋场进行填埋处置，该方法操作简单，处理费用较低，但是如果填埋的防渗技术不达标，土壤和地下水将受到巨大危害，还可能会有有毒气体扩散至大气中，造成二次污染。另外，填埋处置要求土地面积大，对于土地资源紧缺的地方，不适合采用这种有机废物处置方法(周涛，陈军.城市环境的大问题：污水处理厂处置浅析[J].环境保护科学，1998，24(6)：11-12.)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有机废物减量效果良好，催化剂可回收利用，能耗节省明显，反应后产物可被资源化利用，不会造成环境二次污染的装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：包括配料釜，有机废物进料***通过管道连接配料釜物料进口，配料釜物料出口通过管道分别连接预反应釜物料进口和主反应釜物料进口，预反应釜物料出口通过管道连接主反应釜物料进口，主反应釜物料出口通过管道连接冷却釜物料进口，冷却釜物料出口通过管道连接固液分离***；固液分离***的部分液体出口通过管道连接水处理***，水处理***液体出口通过管道分别连接配料釜物料进口、预反应釜物料进口和主反应釜物料进口；
主反应釜的夹套进口与热源***的出口相连接，热源***的进口与主反应釜的夹套出口相连接；
主反应釜的蒸汽出口通过管道连接配料釜蒸汽进口和预反应釜蒸汽进口，冷却釜的蒸汽出口通过管道连接配料釜蒸汽进口，配料釜的不凝气出口通过管道连接VOCs处理***；
配料釜的冷却水出口与冷却釜的冷却水进口相连接，冷却釜的冷却水出口与配料釜的冷却水进口相连接，组成冷却水循环***。
优选地，所述配料釜、预反应釜、主反应釜和冷却釜构成主反应***，所述有机废物进料***、热源***、固液分离***、水处理***和VOCs处理***构成附属反应***。
优选地，所述配料釜物料出口与预反应釜物料进口之间的管道上设有第一阀门、第二阀门和第一泵；所述配料釜物料出口与主反应釜物料进口之间的管道上设有第一阀门、第三阀门和第一泵；
所述预反应釜物料出口与主反应釜物料进口之间的管道上设有第四阀门和第二泵；所述主反应釜物料出口与冷却釜物料进口之间的管道上设有第五阀门和第三泵；所述冷却釜物料出口与固液分离***之间的管道上设有第六阀门和第四泵；
所述水处理***液体出口与配料釜物料进口之间的管道上设有第五泵和第七阀门；所述水处理***液体出口与预反应釜物料进口之间的管道上设有第五泵和第八阀门；所述水处理***液体出口与主反应釜物料进口之间的管道上设有第五泵和第九阀门；
所述主反应釜的蒸汽出口与配料釜蒸汽进口之间的管道上设有第十阀门和第十一阀门；所述主反应釜的蒸汽出口与预反应釜蒸汽进口之间的管道上设有第十阀门和第十二阀门；
所述冷却釜的蒸汽出口与配料釜蒸汽进口之间的管道上设有第十三阀门；所述配料釜的不凝气出口与VOCs处理***之间的管道上设有第十四阀门。
更优选地，所述的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门均为气动球阀；
所述第一泵为螺杆泵；所述第二泵和第三泵均为凸轮式双转子泵；所述第四泵为气动隔膜泵；所述第五泵为潜水泵。
优选地，所述配料釜内设有第一搅拌电机和第一冷凝盘管。
所述预反应釜内设有第二搅拌电机；所述预反应釜上设有第一温度计、第一压力表和第一安全阀；
所述主反应釜内设有第三搅拌电机；所述主反应釜上设有第二温度计、第二压力表、第二安全阀；所述主反应釜还连接惰性气路。
所述冷却釜内设有第二冷凝盘管。
优选地，所述热源***为导热油加热和蒸汽加热的一种或者两种。
优选地，所述固液分离***为离心机、叠螺机或压滤机的一种。
优选地，所述水处理***采用蒸发处理和膜分离工艺处理的一种或者两种；所述VOCs处理***采用催化光解、等离子体和活性炭吸附中的一种或者多种。
优选地，所述有机废物进料***通过螺旋输送机将有机废物和催化剂输送至配料釜内；配料釜通过搅拌电机将有机废物与催化剂混合搅拌均匀，并将搅拌均匀后的部分物料输送至主反应釜、部分物料输送至预反应釜；开启热源***，给主反应釜升温加热反应；反应结束后，关闭热源***，开始闪蒸；闪蒸结束后，开启配料釜和冷却釜之间的冷却水循环***，并卸料；第一批物料反应结束；将预反应釜内物料输送至主反应釜，开始第二批物料反应；
通过VOCs处理***将配料釜内残余的气体进行处理，冷却釜内反应后的混合物进入固液分离***进行脱水；脱水完毕后，将部分脱水液回流至水处理***进行处理；处理结束后，将处理后的脱水液分别回流至主反应釜、预反应釜和配料釜，从而实现催化剂的回收利用，还能冲洗釜壁；剩余的脱水液排入废水处理厂，固体泥饼用作燃料或吸附材料。
更优选地，所述催化剂为按如下质量百分比配置而成的有机催化剂：草酸0.5％-10％、乙酸1％-15％、丙酸15％-50％、乳酸15％-40％、柠檬酸10％-55％，溶剂为水。
相比现有技术，本发明提供的实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置具有如下有益效果：
(1)该热催化减量装置为撬装一体化设备，便于管理和操作。
(2)该装置的热源***有导热油和蒸汽两种选择，可根据实际需求选择更优的供热方式。
(3)配料釜设有冷凝盘管装置，主反应釜产生的蒸汽闪蒸至配料釜时，可使蒸汽快速液化，从而提高搅拌电机的工作效率，使得有机废物与催化剂能够更好混合均匀，主反应釜产生的蒸汽闪蒸至预反应釜时，可提前让物料进行预反应，使得物料在主反应釜中所需的反应温度和反应时间大大降低，从而节省能耗。
(4)当主反应釜向冷却釜卸料时，冷却釜会充满大量蒸汽，通过冷却釜的冷凝盘管装置可液化一部分蒸汽，剩余的蒸汽由于气压作用可通过管道输送至配料釜，从而使这部分蒸汽得到充分利用。
(5)整个反应装置产生的VOCs，最终通过管道汇集在配料釜内，这部分VOCs再通过管路输送至VOCs处理***，从而不会产生二次污染问题。
(6)通过在该装置内加入自主研发的高效有机催化剂可显著提高该装置对有机废物的减量效果。
(7)固液分离***得到的部分脱水液通过水处理***处理后，再回流至配料釜、预反应釜和主反应釜，从而可以回收利用脱水液中残余的催化剂，另外，这些脱水液还能够分别对配料釜、预反应釜和主反应釜的内壁进行冲洗，防止有物料残留在釜壁上。
(8)固液分离***得到的固体泥饼热值含量相对于原有机废物的热值提高了23％-32％，该固体泥饼为疏松多孔的活性吸附材料，可用于废水的处理，而且通过加入催化剂，反应能耗可降低58％-80％，另外空白实验减量效果达到50％-71％，热催化实验减量效果达到60％-82％。
附图说明
图1为本实施例提供的实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
图1为本实施例提供的实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置结构示意图，所述的实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置包括有机废物进料***24，有机废物进料***24通过管道连接配料釜A27的物料进口，将有机废物和有机催化剂分别输送至配料釜A27。配料釜A27内设有搅拌电机21，打开搅拌电机21，将有机废物与有机催化剂配置成混合均匀的反应物料。
配料釜A27物料出口通过管道连接主反应釜C34的物料进口。配料釜A27物料出口与主反应釜C34物料进口之间的管道上设有第一阀门29、第三阀门20和第一泵30。主反应釜34的夹套35进口与热源***8的出口相连接，热源***8的进口与主反应釜34的夹套35出口相连接。待配料釜A27里物料搅拌均匀后，打开第一阀门29、第三阀门20和第一泵30，将配料釜A27里部分物料输送至主反应釜C34。待输送完毕后，关闭第一阀门29、第三阀门20和第一泵30，然后开启热源***8，开始给主反应釜C34升温加热反应。
配料釜A27物料出口还通过管道连接预反应釜B31物料进口，配料釜A27物料出口与预反应釜B31物料进口之间的管道上设有第一阀门29、第二阀门19和第一泵30。打开第一阀门29、第二阀门19和第一泵30，将配料釜A27里物料输送至预反应釜B31。待输送完毕后，关闭第一阀门29、第二阀门19和第一泵30。
主反应釜C34的蒸汽出口可通过管道连接配料釜A27蒸汽进口和预反应釜B31蒸汽进口。主反应釜C34的蒸汽出口与配料釜A27蒸汽进口之间的管道上设有第十阀门10和第十一阀门2，主反应釜C34的蒸汽出口与预反应釜B31蒸汽进口之间的管道上设有第十阀门10和第十二阀门4。待反应结束后，关闭热源***8，开启第十阀门10、第十一阀门2和第十二阀门4，开始闪蒸。待闪蒸结束后，关闭第十阀门10、第十一阀门2和第十二阀门4。
主反应釜C34物料出口通过管道连接冷却釜D40物料进口，主反应釜C34物料出口与冷却釜D40物料进口之间的管道上设有第五阀门36和第三泵37。配料釜A27的冷却水出口25与冷却釜D40的冷却水进口39相连接，冷却釜D40的冷却水出口38与配料釜A27的冷却水进口26相连接。开启冷却水循环***，然后打开第五阀门36和第三泵37，准备开始卸料。
冷却釜D40的蒸汽出口可通过管道连接配料釜A27蒸汽进口，冷却釜D40的蒸汽出口与配料釜A27蒸汽进口之间的管道上设有第十三阀门44。在卸料的同时，打开第十三阀门44。待卸料结束，关闭第五阀门36、第三泵37和第十三阀门44。
预反应釜B31物料出口通过管道连接主反应釜C34物料进口，预反应釜B31物料出口与主反应釜C34物料进口之间的管道上设有第四阀门32和第二泵33。打开第四阀门32和第二泵33，将预反应釜B31内物料输送至主反应釜C34，准备开始第二批物料反应。
配料釜A27的不凝气出口通过管道连接VOCs处理***23，配料釜A27的不凝气出口与VOCs处理***23之间的管道上设有第十四阀门22。打开第十四阀门22，通过VOCs处理***23将配料釜A27内残余的气体进行处理。
冷却釜D40物料出口通过管道连接固液分离***45，冷却釜D40物料出口与固液分离***45之间的管道上设有第六阀门41和第四泵42。打开第六阀门41和第四泵42，使反应后的混合物进入固液分离***45进行脱水。
水处理***7液体出口通过管道分别连接配料釜A27物料进口、预反应釜B31物料进口和主反应釜C34物料进口，水处理***7液体出口与配料釜A27物料进口之间的管道上设有第五泵6和第七阀门1。水处理***7液体出口与预反应釜B31物料进口之间的管道上设有第五泵6和第八阀门3。水处理***7液体出口与主反应釜C34物料进口之间的管道上设有第五泵6和第九阀门5。待脱水完毕后，关闭第六阀门41和第四泵42，然后将部分脱水液回流至水处理***7进行处理。待处理结束后，打开第五泵6、第九阀门5、第八阀门3和第七阀门1，再将处理后的脱水液分别回流至主反应釜C、预反应釜B和配料釜A，从而实现催化剂的回收利用，还能冲洗釜壁。剩余的脱水液排入废水处理厂，固体泥饼用作燃料或吸附材料。
应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：包括配料釜(27)，有机废物进料***(24)通过管道连接配料釜(27)物料进口，配料釜(27)物料出口通过管道分别连接预反应釜(31)物料进口和主反应釜(34)物料进口，预反应釜(31)物料出口通过管道连接主反应釜(34)物料进口，主反应釜(34)物料出口通过管道连接冷却釜(40)物料进口，冷却釜(40)物料出口通过管道连接固液分离***(45)；固液分离***(45)的部分液体出口通过管道连接水处理***(7)，水处理***(7)液体出口通过管道分别连接配料釜(27)物料进口、预反应釜(31)物料进口和主反应釜(34)物料进口；
主反应釜(34)的夹套(35)进口与热源***(8)的出口相连接，热源***(8)的进口与主反应釜(34)的夹套(35)出口相连接；
主反应釜(34)的蒸汽出口通过管道连接配料釜(27)蒸汽进口和预反应釜(31)蒸汽进口，冷却釜(40)的蒸汽出口通过管道连接配料釜(27)蒸汽进口，配料釜(27)的不凝气出口通过管道连接VOCs处理***(23)；
配料釜(27)的冷却水出口(25)与冷却釜(40)的冷却水进口(39)相连接，冷却釜(40)的冷却水出口(38)与配料釜(27)的冷却水进口(26)相连接，组成冷却水循环***；
所述配料釜(27)物料出口与预反应釜(31)物料进口之间的管道上设有第一阀门(29)、第二阀门(19)和第一泵(30)；所述配料釜(27)物料出口与主反应釜(34)物料进口之间的管道上设有第一阀门(29)、第三阀门(20)和第一泵(30)；
所述预反应釜(31)物料出口与主反应釜(34)物料进口之间的管道上设有第四阀门(32)和第二泵(33)；所述主反应釜(34)物料出口与冷却釜(40)物料进口之间的管道上设有第五阀门(36)和第三泵(37)；所述冷却釜(40)物料出口与固液分离***(45)之间的管道上设有第六阀门(41)和第四泵(42)；
所述水处理***(7)液体出口与配料釜(27)物料进口之间的管道上设有第五泵(6)和第七阀门(1)；所述水处理***(7)液体出口与预反应釜(31)物料进口之间的管道上设有第五泵(6)和第八阀门(3)；所述水处理***(7)液体出口与主反应釜(34)物料进口之间的管道上设有第五泵(6)和第九阀门(5)；
所述主反应釜(34)的蒸汽出口与配料釜(27)蒸汽进口之间的管道上设有第十阀门(10)和第十一阀门(2)；所述主反应釜(34)的蒸汽出口与预反应釜(31)蒸汽进口之间的管道上设有第十阀门(10)和第十二阀门(4)；
所述冷却釜(40)的蒸汽出口与配料釜(27)蒸汽进口之间的管道上设有第十三阀门(44)；所述配料釜(27)的不凝气出口与VOCs处理***(23)之间的管道上设有第十四阀门(22)；
所述配料釜(27)内设有第一搅拌电机(21)和第一冷凝盘管(28)；
所述预反应釜(31)内设有第二搅拌电机(17)；所述预反应釜(31)上设有第一温度计(18)、第一压力表(16)和第一安全阀(15)；
所述主反应釜(34)内设有第三搅拌电机(12)；所述主反应釜(34)上设有第二温度计(14)、第二压力表(13)、第二安全阀(11)；所述主反应釜(34)还连接惰性气路(9)；
所述冷却釜(40)内设有第二冷凝盘管(43)；
所述有机废物进料***(24)通过螺旋输送机将有机废物和催化剂输送至配料釜(27)内；配料釜(27)通过搅拌电机(21)将有机废物与催化剂混合搅拌均匀，并将搅拌均匀后的部分物料输送至主反应釜(34)、部分物料输送至预反应釜(31)；开启热源***(8)，给主反应釜(34)升温加热反应；反应结束后，关闭热源***(8)，开始闪蒸；闪蒸结束后，开启配料釜(27)和冷却釜(40)之间的冷却水循环***，并卸料；第一批物料反应结束；将预反应釜(31)内物料输送至主反应釜(34)，开始第二批物料反应；
通过VOCs处理***(23)将配料釜(27)内残余的气体进行处理，冷却釜(40)内反应后的混合物进入固液分离***(45)进行脱水；脱水完毕后，将部分脱水液回流至水处理***(7)进行处理；处理结束后，将处理后的脱水液分别回流至主反应釜(34)、预反应釜(31)和配料釜(27)，从而实现催化剂的回收利用，还能冲洗釜壁；剩余的脱水液排入废水处理厂，固体泥饼用作燃料或吸附材料。
2.如权利要求1所述的一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：所述配料釜(27)、预反应釜(31)、主反应釜(34)和冷却釜(40)构成主反应***，所述有机废物进料***(24)、热源***(8)、固液分离***(45)、水处理***(7)和VOCs处理***(23)构成附属反应***。
3.如权利要求2所述的一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：所述的第一阀门(29)、第二阀门(19)、第三阀门(20)、第四阀门(32)、第五阀门(36)、第六阀门(41)、第七阀门(1)、第八阀门(3)、第九阀门(5)、第十阀门(10)、第十一阀门(2)、第十二阀门(4)、第十三阀门(44)、第十四阀门(22)均为气动球阀；
所述第一泵(30)为螺杆泵；所述第二泵(33)和第三泵(37)均为凸轮式双转子泵；所述第四泵(42)为气动隔膜泵；所述第五泵(6)为潜水泵。
4.如权利要求1所述的一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：所述热源***(8)为导热油加热和蒸汽加热的一种或者两种。
5.如权利要求1所述的一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：所述固液分离***(45)为离心机、叠螺机或压滤机的一种。
6.如权利要求1所述的一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：所述水处理***(7)采用蒸发处理和膜分离工艺处理的一种或者两种；所述VOCs处理***(23)采用催化光解、等离子体和活性炭吸附中的一种或者多种。
7.如权利要求1所述的一种实现有机废物热催化高效减量及资源化的装置，其特征在于：所述催化剂为按如下质量百分比配置而成的有机催化剂：草酸0.5％-10％、乙酸1％-15％、丙酸15％-50％、乳酸15％-40％、柠檬酸10％-55％，溶剂为水。
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