一种固废蒸汽水热多级热处理的系统

阅读：评论：0

1.本实用新型涉及对有机固废进行蒸汽水热多级热处理的系统。

背景技术：

2.目前关于有机固废转化的研究主要集中在制备燃料和化学品，水热法可以将有机固废转化为功能化的碳材料，这些碳材料可有效地用于重金属离子的吸附和电化学等领域，也可以用来制备高品质生物质颗粒。水热法通常在180-350℃和加压条件下进行，反应条件温和，温度可控，结构紧凑，能耗低。传统水热技术包括水热液化、水热炭化、超临界水气化等，其反应器一般为液固二相或气液固三相反应器，因为固相的存在和气液固混合的局限性，反应器的传质传热和反应速率受到限制，传统的搅拌反应釜，因为存在轴密封，一般用在常压或压力较低的场合，在水热温度条件下不能承受较高压力；流态化技术在两相和三相混合方面有很大优势，不仅可以促进多相湍动、促进多相混合、实现多级处理、提高系统效率、提高传质传热和反应速率、实现产品多元、减少占地面积，而且也可以承受较高压力，达成多联产，可以制备各种吸附剂、催化剂和功能碳材料，也可以制备生物燃料油、化学品和富氢气体，具有巨大的技术优势和广阔的应用前景。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的是解决传统生物质水热工艺温度不均匀、炭基产物品质不稳定、污染严重、经济性和市场灵活性欠佳的问题，通过添加剂、溶剂的选择和反应器结构改进以及各项工艺参数的优化，在一个反应器内达成多级加热和多段反应，提高了床层温度均匀性和产品品质稳定性，高效制备气液固产品，提升了炭基材料的孔隙分布结构和吸附性能，通过调控工艺参数，改善产物分布，可以制备生物质各种衍生燃料与化学品，实现多联产。
4.实现本实用新型目的技术方案是：一种固废蒸汽水热多级热处理的系统与方法，该系统包括依次连通连接的固体原料供料单元、预混合罐、蒸汽水热反应单元、蒸汽进汽单元、卸料罐、水洗过滤单元、油水分离单元、干燥单元，固体原料供料单元包括闭锁料斗和螺杆进料器，螺杆进料器和预混合罐连通连接，预混合罐通过进料泵与管道管件和蒸汽水热反应单元连通连接，蒸汽进汽单元和蒸汽水热反应单元、干燥单元连通连接，蒸汽水热反应单元和卸料罐连通连接，卸料罐和水洗过滤单元连通连接，水洗过滤单元和蒸汽水热反应单元的加热夹套、油水分离单元、干燥单元连通连接，油水分离单元和预混合罐连通连接，干燥单元和蒸汽进汽单元、蒸汽水热反应单元的加热夹套连通连接。
5.上述一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，蒸汽水热反应单元包括低位蒸汽段、高位蒸汽段、水热段、循环段、加热夹套，蒸汽水热反应单元采用多级混合、多段加热、上下循环、内外加热结合的立式结构，其中加热夹套外置于水热段外面对反应器进行间接加热，循环段通过循环泵和管道管件连接蒸汽水热反应单元的底部和水热段的顶部，将反应器底部的液固混合物输送返回至反应器上部，促进了湍动程度和液固混合，改善了反应器温度
均匀性，提高了传质传热和反应速率，提升了转化率和系统热效率。
6.上述一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，蒸汽进汽单元通过管道管件阀门和蒸汽水热反应单元的低位蒸汽段、高位蒸汽段、加热夹套、干燥单元连通连接，低位蒸汽段和高位蒸汽段的蒸汽管可以设置为螺旋形盘管、竖式蛇管、环形盘管，盘管或蛇管的管上有孔，孔的尺寸1-5mm，通过这些孔蒸汽向上或/和水平方向喷射，也可以同时向上向下喷射，促进了气液固流态化和床层湍动混合程度，强化了传质传热，提高了系统效率，蒸汽流量由蒸汽调节阀进行控制。
7.上述一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，蒸汽进汽单元和蒸汽水热反应单元的低位蒸汽段、高位蒸汽段、加热夹套、干燥单元连通连接，加热夹套通过阀门管道管件和蒸汽进汽单元、干燥单元、加热夹套的出水管连通连接，蒸汽进汽单元和干燥单元的蒸汽由加热夹套的顶部进入加热夹套，加热夹套的出水管由加热夹套的底部排出，加热夹套的出水管和水洗过滤单元连通连接，达成水洗和液固分离一体化，改善了炭基产品的纯度和品质。
8.上述一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，固体原料供料单元包括闭锁料斗和螺杆进料器，闭锁料斗和螺杆进料器连通连接，螺杆进料器和预混合罐连通连接，预混合罐通过泵和管道管件和蒸汽水热反应单元、油水分离单元、螺杆进料器连通连接，螺杆进料器连通连接在预混合罐上部，预混合罐内部具有搅拌机构。
9.上述一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，加热夹套的出水管和水洗过滤单元连通连接，水洗过滤单元和油水分离单元、干燥单元连通连接，油水分离单元将水洗过滤单元的液相进行分离，形成油相和水相，水相返回预混合罐，油相输送至下游进行处理纯化，干燥单元和蒸汽进汽单元、加热夹套连通连接，干燥单元采用直接或间接加热模式，蒸汽进汽单元的过热蒸汽为干燥单元提供热量，干燥后过热蒸汽成为饱和蒸汽或热水，继而进入加热夹套，干燥过程物料产生的水蒸气也进入加热夹套为蒸汽水热反应单元的水热段提供间接加热。
10.本实用新型具有积极的效果：(1)本实用新型系统，通过反应器结构的改进、添加剂与溶剂的选择、反应器加热夹套和内循环系统布置，构建多级加热、多段反应、蒸汽水热结合、内流化湍动与内外循环结合、间接和直接加热结合的固废热处理系统，制备高品质炭基产品，实现气液固产物多联产；(2)蒸汽水热反应器内部分为低位蒸汽段、高位蒸汽段、水热段，低位蒸汽段和高位蒸汽段在反应器中下部并在此输入加压水蒸气，为反应器提高流化气体和所需温度，水热段的热水来自预混合罐，经过进料泵送入水热段顶部，蒸汽进汽单元和干燥器来的蒸汽进入加热夹套冷凝为水热段提供热量，循环泵将蒸汽段沉降的液固混合物输送至水热段顶部，实现反应器的内循环，促进了反应器流化湍动和床层温度的稳定性，提高了传质传热效率和反应速率；(3)反应器加热夹套出来的冷凝水进入水洗过滤单元，对水热炭进行水洗和过滤，过滤后的固相产物进入干燥单元干燥从而得到产品，液相流股进入油水分离单元，油水分离后，水相进入预混合罐，继而进入蒸汽水热反应器水热段，达成水的外循环，油相由下游回收利用；(4)蒸汽水热反应单元的低位蒸汽段和高位蒸汽段的蒸汽管可以设置为螺旋形盘管、竖式蛇管、环形盘管，盘管或蛇管的管上有孔，孔的尺寸1-5mm，通过管孔蒸汽向上和水平方向喷射，也可以同时向上向下喷射，促进了气液固流态化和床层湍动混合程度，强化了传质传热，提高了反应速率和系统效率；(5)固体原料供料单元包括闭锁料斗和螺杆进料器，螺杆进料器具有输送、挤压和密封的功能，和预混合罐连
通连接，也相互料封隔离，螺杆进料器连通连接在预混合罐上部，油水分离单元的水相也从预混合罐上部进入，预混合罐内部具有搅拌机构，强化了固体原料和水相混合；(6)水洗和过滤一体化，提高了炭基产品的纯度和油相收率，过滤可采用各种离心机、压滤机、叶滤机等，真空或加压操作，干燥设备包括各种流化床干燥器、回转干燥器等，采用直接或间接加热模式，也可真空或加压操作，可回收蒸汽，提高了系统热效率。
附图说明
11.为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
12.图1为本实用新型系统和结构示意图；
13.其中：
14.1蒸汽水热反应单元，2高位蒸汽段，3低位蒸汽段，4加热夹套进汽管，5加热夹套，6加热夹套出水管，7水热段，8循环段，9进料泵，10循环泵，11蒸汽进汽单元，12蒸汽调节阀，13预混合罐，14螺杆进料器，15闭锁料斗，16卸料罐，17水洗过滤单元，18干燥单元，19油水分离单元
具体实施方式
15.(实施例1，见图1)
16.本实施例包括依次连通连接的固体原料供料单元、预混合罐13、蒸汽水热反应单元1、蒸汽进汽单元11、卸料罐16、水洗过滤单元17、油水分离单元19、干燥单元18，固体原料为农林废弃物、餐厨垃圾等，固体原料供料单元包括闭锁料斗15和螺杆进料器14，螺杆进料器14具有输送挤压和料封功能，将固体原料送入预混合罐13，油水分离单元19分离出来的水由预混合罐13的上部进入和固体原料混合，预混合罐13内部有推进式搅拌器以使液固两相混合均匀，进料泵9在预混合罐13底部与其连通连接，将液固两相混合物送入蒸汽水热反应单元1的水热段7顶部，蒸汽进汽单元11和干燥单元18来的蒸汽由加热夹套进汽管4进入加热夹套5的顶部，蒸汽放热冷凝后，冷凝水由加热夹套5的底部经加热夹套出水管6排出，进入水洗过滤单元17，液固两相混合物在水热段7被加热夹套5里面的蒸汽加热的同时，依靠重力逐渐下落至高位蒸汽段2和低位蒸汽段3，高位蒸汽段2和低位蒸汽段3蒸汽管为环形盘管，盘管内有管孔，孔的直径是2mm,蒸汽进汽单元11的蒸汽进入低位蒸汽段3和高位蒸汽段2后在竖直方向向上向下喷出，对其中的液固混合物起到了流化、喷动、混合、加热作用，蒸汽冷凝放热后，冷凝水汇集到蒸汽水热反应单元1的底部，反应器底部的液固混合物由循环泵10输送至水热段7顶部，形成上下贯通的内循环，有效增强了液固湍动程度和混合的均匀性，提高了传质传热效率和反应速率。
17.反应器底部的液固产物恒压泄放至卸料罐16，继而进入水洗过滤单元17达成水洗和过滤一体化，洗涤水来自加热夹套出水管6，采用连续式加压过滤机，加料、过滤、洗涤、吹扫和卸饼等为连续操作，水洗和过滤后，过滤液进入油水分离单元19进行油水分离，分离后水相进入预混合罐13，形成外循环，降低了水耗和能耗，减少了污染物排出，提高了系统热效率，油相送至下游分离出各种燃料和化学品；过滤后的滤饼送至干燥单元18，干燥器采用流化床干燥器和过热蒸汽间接干燥模式，过热蒸汽降温后由进汽管4直接进入加热夹套5对
水热段7进行加热，固相产物里面的水分蒸发后也一并经进汽管4进入加热夹套5，极大的提高了系统热效率；为改善炭基产物品质或提高油相化学品的收率，可在固体原料供料单元或预混合罐13加入添加剂(如铁盐、尿素、乙酸等)，或在油水分离单元19加入溶剂/萃取剂(如甲苯)，从而改善了产品品质，增强了工艺灵活性。
18.(实施例2，见图1)
19.本实施例与实施例1的区别之处为：固体原料为市政污泥和工业污泥，高位蒸汽段2和低位蒸汽段3蒸汽管为螺旋形盘管，盘管内有管孔，孔的直径是1mm,蒸汽进汽单元11的蒸汽进入低位蒸汽段3和高位蒸汽段2后在竖直和水平方向喷出，水洗过滤单元17采用连续加压叶滤机，干燥单元18采用过热蒸汽直接干燥模式，其他系统组成与实施例1相同。
20.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，包括依次连通连接的固体原料供料单元、预混合罐(13)、蒸汽水热反应单元(1)、蒸汽进汽单元(11)、卸料罐(16)、水洗过滤单元(17)、油水分离单元(19)、干燥单元(18)，固体原料供料单元包括闭锁料斗(15)和螺杆进料器(14)，螺杆进料器(14)和预混合罐(13)连通连接，预混合罐(13)通过进料泵(9)与管道管件和蒸汽水热反应单元(1)连通连接，蒸汽进汽单元(11)和蒸汽水热反应单元(1)、干燥单元(18)连通连接，蒸汽水热反应单元(1)和卸料罐(16)连通连接，卸料罐(16)和水洗过滤单元(17)连通连接，水洗过滤单元(17)和蒸汽水热反应单元(1)的加热夹套(5)、油水分离单元(19)、干燥单元(18)连通连接，油水分离单元(19)和预混合罐(13)连通连接，干燥单元(18)和蒸汽进汽单元(11)、蒸汽水热反应单元(1)的加热夹套(5)连通连接。2.根据权利要求1所述的一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，其特征在于:蒸汽水热反应单元(1)包括低位蒸汽段(3)、高位蒸汽段(2)、水热段(7)、循环段(8)、加热夹套(5)，蒸汽水热反应单元(1)采用多级混合、多段加热、上下循环、内外加热结合的立式结构，其中加热夹套(5)外置于水热段(7)外面，循环段(8)通过循环泵(10)和管道管件连接汽水热反应单元(1)的底部和水热段(7)的顶部。3.根据权利要求1所述的一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，其特征在于:蒸汽进汽单元(11)通过管道管件阀门和蒸汽水热反应单元(1)的低位蒸汽段(3)、高位蒸汽段(2)、加热夹套(5)、干燥单元(18)连通连接，低位蒸汽段(3)和高位蒸汽段(2)的蒸汽管可以设置为螺旋形盘管、竖式蛇管、环形盘管，盘管或蛇管的管上有孔，蒸汽流量由蒸汽调节阀(12)进行控制。4.根据权利要求1所述的一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，其特征在于:蒸汽进汽单元(11)和蒸汽水热反应单元(1)的低位蒸汽段(3)、高位蒸汽段(2)、加热夹套(5)、干燥单元(18)连通连接，加热夹套(5)通过阀门管道管件和蒸汽进汽单元(11)、干燥单元(18)、加热夹套(5)的出水管(6)连通连接，蒸汽进汽单元(11)和干燥单元(18)的蒸汽由加热夹套(5)的顶部进入加热夹套(5)，加热夹套(5)的出水管(6)由加热夹套(5)的底部排出，加热夹套(5)的出水管(6)和水洗过滤单元(17)连通连接。5.根据权利要求1所述的一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，其特征在于:固体原料供料单元包括闭锁料斗(15)和螺杆进料器(14)，闭锁料斗(15)和螺杆进料器(14)连通连接，螺杆进料器(14)和预混合罐(13)连通连接，预混合罐(13)通过泵和管道管件和蒸汽水热反应单元(1)、油水分离单元(19)、螺杆进料器(14)连通连接，螺杆进料器(14)连通连接在预混合罐(13)上部，预混合罐(13)内部具有搅拌机构。6.根据权利要求1所述的一种固废蒸汽水热多级热处理的系统，其特征在于:加热夹套(5)的出水管(6)和水洗过滤单元(17)连通连接，水洗过滤单元(17)和油水分离单元(19)、干燥单元(18)连通连接，油水分离单元(19)和预混合罐(13)连通连接，干燥单元(18)和蒸汽进汽单元(11)、加热夹套(5)连通连接，干燥单元(18)采用直接或间接加热模式。

技术总结

本实用新型涉及一种固废蒸汽水热分级热处理的系统和方法，包括固体原料供料单元、预混合罐、蒸汽进汽单元、蒸汽水热反应单元、卸料罐、水洗过滤单元、油水分离单元、干燥单元；原料和热水进入预混合罐，继而进入蒸汽水热反应单元的水热段，和从高位蒸汽段和低位蒸汽段来的蒸气在反应器内混合、流化、反应，水热炭泄放至卸料罐，经过水洗和过滤，水热炭进入干燥单元进行干燥，过滤液返回油水分离单元，分离后水相送入预混合罐与原料混合并预热；预混合、加热夹套、水热段和蒸汽段联用、反应器内外循环设置，极大地促进了原料和水相混合，改善了反应器三相湍动程度，提高了传质传热效率和反应速率，提升了反应温度均匀性和产品品质稳定性。性。性。