CN101053872A - 分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法 - Google Patents

分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,是先依土壤中的有机物质比例来添加含碳物质,再以隔绝空气方式将上述土壤送入反应室;将第一燃烧室的高温热气送入第二燃烧室,以加热反应室及高温蒸气产生器;将高温蒸气产生器的高温蒸气送入反应室,并与废弃物、土壤维持热平衡,使土壤中的汞、有机物质及戴奥辛被蒸馏并随着蒸气带出,再将此含有汞、有机物质及戴奥辛的蒸气进行分离,所分离出的燃料气体及燃料油送入燃烧机,以产生上述高温热气,经过处理后的土壤,以与外部空气相互隔绝的方式出料,并迅速降温。

Description

分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法
技术领域
本发明是有关于一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,特别涉及一种处理土壤改质及废弃物处理的方法,尤指利用过程中所产生的循环热源,及高温蒸气来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法。
背景技术
土壤受到汞、戴奥辛及有机溶剂等污染,由于含量低,非常困难处理,因此能够同时分离汞及分解戴奥辛的土壤处理技术,目前尚无成功及成熟技术。
中国台湾专利,公告号第478979号,专利名称为有机废弃物资源化的无污染处理方法及其装置的发明专利,其主要是于废弃物裂解反应后段,设有对焦碳进行二次裂解的程序,以对裂解完成百分的八十的焦碳自反应炉中输出,并单独予以加温以进行后续百分的二十的精炼,以去除残存于焦碳中的挥发份(VOC)。
上述的技术,由于具有产制焦碳质量不佳,设备体积庞大,属低温裂解,易造成戴奥辛及其它空气污染问题等缺点,故仍不理想。
于是,有鉴于上述各项缺点,本案的发明人潜心研究加以创新改良,终于成功研发完成本件利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法案,实为一具功效增进的发明。
发明内容
本发明是为了解决现有利用电浆来高温分解戴奥辛及分离汞,而非常耗费能源,且设备昂贵,成本太高而无法达成的问题,以及现有利用化学处理方式,无法确保污染物能完整处理,且造成二次污染等问题。
本发明的主要目的乃是在提供一种将高温蒸气导入至具有已添加含碳物质的土壤的反应室内,在此反应室受到高温热气的加热下,使高温蒸气与废弃物、土壤维持热平衡,以同时分离汞、分解戴奥辛及任何有机废弃物的方法。
本发明的次要目的乃是在提供一种自含有汞、有机物质及戴奥辛的蒸气中分离出燃料气体及燃料油并送入燃烧机以作为循环热源,进而达到节省能源以及节省成本的方法。
本发明的另一目的乃是在提供一种以高温热气对冷却处理、油水分离及汞水分离所产生的废水加热以使低温废水形成蒸气,而上述高温热气在冷却后再经由水淋式废气处理、离子交换废气处理及活性碳废气处理后排放,使得废气排放达到零污染,而同时具有热交换以及废气处理的方法。
本发明的再一目的乃是在提供一种利用高温蒸气及高温热气将待处理物转化并产生活性碳的方法。
本发明的又一目的乃是在提供一种将冷却处理、油水分离及汞水分离所产生的废水循环利用作为产生蒸气的来源,以达到节省能源以及节省成本的方法。
为达上述目的,本发明提供一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其设备包含有第一燃烧室、第二燃烧室、反应室和高温蒸气产生器,其特征在于,包括下列步骤:
(a)依土壤中的有机质比例来添加含碳物质;
(b)将添加含碳物质的土壤与外部空气相互隔绝,并将添加含碳物质的土壤进料至反应室;
(c)将第一燃烧室产生的高温热气送入第二燃烧室,以加热反应室及高温蒸气产生器;
(d)将高温蒸气产生器的高温蒸气送入反应室,并与废弃物、土壤维持热平衡,使土壤中的汞、有机物质及戴奥辛被蒸馏并随着蒸气带出;
(e)自上述含有汞、有机物质及戴奥辛的蒸气中分离出燃料气体及燃料油并送入第一燃烧室的燃烧机,以产生上述高温热气;
(f)经过处理后的土壤,以与外部空气相互隔绝的方式出料,并迅速降温。
于上述(a)步骤,其中含碳物质包括含有机物的物质、含戴奥辛的物质、含汞的物质、含塑料的物质、含橡胶的物质、煤、油污、厨余、农业废弃物、动物废弃物、碳黑、活性碳。
上述(e)步骤包括以下步骤:将含有汞、有机物质及戴奥辛的蒸气,经过冷却器分离出燃料气体、含油、汞及水。
将上述冷却器所分离出的燃料气体经过活性碳吸附脱附气体中残留的汞蒸气后送入燃烧机,以产生上述高温热气。
将上述冷却器所分离出的含油、汞的水送入油水分离器中做油水分离,分离出燃料油及含汞的水,而燃料油送入燃烧机,以产生上述高温热气。
将上述油水分离器所分离出的含汞的水送入汞水分离器进行汞水分离,可得到回收汞,而最终的废水在循环进入高温蒸气产生器以产生高温蒸气。
于上述(c)步骤,待高温热气在第二燃烧室降温后,此气体是透过水淋式废气处理来脱硫及脱氯处理。
经过水淋式废气处理后的废气再经由离子交换废气处理来去除NOx,以降低SOx、HCl、NOx的排放。
经过离子交换废气处理后的废气再经由活性碳废气处理,再一次去除任何可能残留的重金属或戴奥辛物质,使废气排放达到零污染。
其中进料及出料是以水封及闸门控制,透过水封来达到阻隔外部空气进入。
本发明是采用三阶段土壤处理来实现分离汞、裂解戴奥辛及有机物质并进行土壤改质。
第一阶段,是为有机物质(含戴奥辛)分解及汞分离制程。详言的,为应用金属沸点及高温蒸馏的方法,其技术的特点在同时应用高温热气及高温蒸气来蒸馏及分解有机物质,由于蒸气具有非常好的侵透性,因此很容易分离被土壤包覆的汞成份及有机物质成份,例如戴奥辛。高温蒸气能抑制碳黑的产生,增加燃料气体的产出,并将土壤、废弃物及戴奥辛中的氯(Cl)或硫(S)转换为硫化氢(H2S)及氯化氢(HCl),其原理为:
C+H2O→CO+H2
nC+mH2→CnHm
S-+H2→H2S
Cl-+H2→HCl
含汞的高温蒸气冷却后,因比重不同,非常容易分离及纯化汞,及分离燃料油及燃料气体,使制程非常稳定及可靠。由于汞的沸点为357.33℃,有机物质的裂解温度为350℃,因此本技术使用的高温蒸气温度必需大于汞的沸点,约380℃至450℃的间。此阶段制程能用来生产燃料油及燃料气体,以及分离汞。此阶段戴奥辛会被分解超过99%。
第二阶段,是为利用高温活性技术来对土壤进行改质。经过第一阶段制程处理的土壤内含大量的碳黑成份,其BET约100左右,为确保完全分解土壤中的有机物质成份及完全释出汞,并提高土壤的活化能力,采用高温活化法。
高温活化法,即将温度提高至700℃以上,再以蒸气活化,经处理过的土壤,其中的活性碳,吸附能力BET会高达500以上。此土壤可就地填埋用来改善土质。此阶段土壤中的戴奥辛及汞已不可测得。
第三阶段,是应用处理过的土壤来进行土地复育及地下水处理。即利用处理过的土壤,将其内所含的大量活性碳,做为过滤层,用来过滤雨水及地下水。
本发明是将已添加含碳物质的土壤与外部空气隔绝并送入反应室;以第一燃烧室的高温热气加热第二燃烧室内的反应室及高温蒸气产生器;将高温蒸气产生器内的高温蒸气送入反应室,并与上述土壤维持热平衡,使土壤中的汞、有机物质及戴奥辛被蒸馏并随着蒸气带出;将含有汞、有机物质及戴奥辛的蒸气,经过冷却器分离出燃料气体、含油、汞及水;所分离出的燃料气体经过活性碳处理后送入燃烧机并于第一燃烧室中高温氧化处理,以产生上述高温热气;所分离出的含油、汞的水送入油水分离器中做油水分离,分离出燃料油及含汞的水,而燃料油送入燃烧机,以产生上述高温热气;含汞的水送入汞水分离器进行汞水分离,可得到回收汞,而最终的废水在循环进入高温蒸气产生器以产生高温蒸气;上述高温热气在经第二燃烧室降温后,仍可用来对高温蒸气产生器加热以帮助高温蒸气产生器产生高温蒸气;将高温蒸气产生器所输出的废气透过水淋式废气处理、离子交换废气处理及活性碳废气处理,使废气排放达到零污染;经过处理后的土壤以与外部空气相互隔绝的方式出料,并迅速降温。
据此,经由使用所回收的热气来产生高温蒸气,同时应用高温蒸气及高温热气来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质并产生再生能源(燃料气体及燃料油),复应用再生能源来产生上述高温热气。如此的循环制程,使得土壤的处理成本巨幅降低,处理完的土壤,由于内含高吸附能力的活性碳,因此能对土壤进行改质,使土壤具备过滤废水的能力,并增加植物的生长能力。
本发明具有下列所述的优点及功效:
1、循环能源,低耗能。
2、无二次污染物。
3、处理后的土壤为培养土,并能用来解决地下水污染问题。
4、能同时处理汞、戴奥辛及任何有机废弃物。
附图说明
图1为阐释本发明利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法的流程图。
附图标记说明:112水淋式废气处理;113离子交换废气处理;114活性碳废气处理;12反应室;122冷却器;123油水分离;124汞水分离;13高温蒸气产生器;15第一燃烧室;151燃烧机;152活性碳吸附;25第二燃烧室;251土壤的前处理;252水封进料;253水封出料。
具体实施方式
本发明的上述目的及其结构与功能上的特性,将依据所附图式的较佳实施例予以说明。
本发明是提供一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,请参阅图1,是为本发明的较佳实施例,如图所示,其处理流程说明如下:
土壤的前处理251由于土壤内含的有机物质低,因此处理上需要耗能源,为了降低能源的使用,并使改质后的土壤含有大量的活性碳,因此处理土壤时必需添加含碳物质,此含碳物质可为下列物质:含有机物的物质;含戴奥辛的物质;含汞的物质;含塑料的物质;含橡胶的物质;煤;油污;厨余;农业废弃物;动物废弃物;碳黑;活性碳;添加率视土壤中的有机物质比例来决定。
水封进料252是为了阻隔外部空气进入反应室12,本发明利用高温蒸气分解技术,采用水封及闸门控制,透过水封来达到阻隔外部空气进入,并利用螺旋进料(是利用具有较大节距及斜度的螺旋牙,于启动旋转时,将物料螺旋推进的一种进料方式)将已添加含碳物质的土壤送入反应室12。
反应室12为热裂解反应室,已添加含碳物质的土壤于此反应室12进行第一阶段处理,此时来自第一燃烧室15的高温热气,必须超过1000℃送入第二燃烧室25,此第二燃烧室25内具有高温蒸气产生器13、反应室12;上述超过1000℃的高温热气会将反应室12及高温蒸气产生器13加热,使反应室12的温度到达500℃以上,高温蒸气产生器13内的高温蒸气于400℃以上送入反应室12,并与已添加含碳物质的土壤维持热平衡(所述热平衡为持续加热使得被加热体维持在某一温度状态)于380℃以上。
此时,由于土壤与高温蒸气维持在380℃以上的热平衡状态,使得土壤中的汞、有机物质及戴奥辛会被蒸馏并随着蒸气带出,经过冷却器122分离出燃料气体、含油、汞的水;随后送入油水分离器中做油水分离123,分离出燃料油及含汞的水,燃料油送入后述的燃烧机151,含汞的水送入汞水分离器进行汞水分离124,可得到回收汞,而最终的废水在循环进入高温蒸气产生器13用来产生高温蒸气。
上述经由冷却器122分离出的燃料气体需经过活性碳吸附152来脱附气体中残留的汞蒸气,随后送入燃烧机151并于第一燃烧室15中来高温氧化处理以产生超过1200℃以上的热源以产生上述高温热气。特别注意的是,自第一燃烧室15到第二燃烧室25的1000℃高温氧化的时间必须超过2秒,以完全破坏任何残留的戴奥辛物质。
热气自送入第一燃烧室15到送入水淋式废气处理(scrubber)112前,期间的时间不得超过0.5sec。出口废气温度不得高于300℃,以避免废气中的戴奥辛的还原生成。将上述高温热气在经第二燃烧室25降温后的气体经过水淋式废气处理112来脱硫及脱氯处理,再经过离子交换废气处理113来去除NOx,以降低SOx、HCl、NOx的排放(本发明可使SOx、HCl、NOx排放降低至0.5ppm以下)。最终,废气再经过活性碳废气处理114,再一次去除任何可能残留的重金属或戴奥辛物质,使废气排放达到零污染。
经过上述处理后的土壤,内含大量的碳黑,故反应室12的温度必须上升并维持在700℃以上,此时碳黑及土壤中的残留汞及有机物质会被完全分解为燃料气体CO、CnHm、H2及H20;不再有油气产生,碳黑会被蒸气活化为高吸附率的活性碳。
经反应室12处理后的土壤,以水封出料251(与水封进料252的处理方式相同),并以水瘁方式迅速降温,其产生的蒸气送入反应室12,做为活化所需的蒸气来源,降温后的土壤,可用来直接做为土壤改质,用来提高农作物生长能力及过滤受污染的地下水。
以上所述,仅是本发明的较佳可行的实施例而已,举凡利用本发明上述的方法、形状、构造、装置所为的变化,皆应包括于本案的权利范围内。

Claims (10)

1、一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其设备包含有第一燃烧室、第二燃烧室、反应室和高温蒸气产生器,其特征在于,包括下列步骤:
(a)依土壤中的有机质比例来添加含碳物质;
(b)将添加含碳物质的土壤与外部空气相互隔绝,并将添加含碳物质的土壤进料至反应室;
(c)将第一燃烧室产生的高温热气送入第二燃烧室,以加热反应室及高温蒸气产生器;
(d)将高温蒸气产生器的高温蒸气送入反应室,并与废弃物、土壤维持热平衡,使土壤中的汞、有机物质及戴奥辛被蒸馏并随着蒸气带出;
(e)自上述含有汞、有机物质及戴奥辛的蒸气中分离出燃料气体及燃料油并送入第一燃烧室的燃烧机,以产生上述高温热气;
(f)经过处理后的土壤,以与外部空气相互隔绝的方式出料,并迅速降温。
2、如权利要求1所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:于上述(a)步骤,其中含碳物质包括含有机物的物质、含戴奥辛的物质、含汞的物质、含塑料的物质、含橡胶的物质、煤、油污、厨余、农业废弃物、动物废弃物、碳黑、活性碳。
3、如权利要求1所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:上述(e)步骤包括以下步骤:将含有汞、有机物质及戴奥辛的蒸气,经过冷却器分离出燃料气体、含油、汞及水。
4、如权利要求3所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:将上述冷却器所分离出的燃料气体经过活性碳吸附脱附气体中残留的汞蒸气后送入燃烧机,以产生上述高温热气。
5、如权利要求3所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:将上述冷却器所分离出的含油、汞的水送入油水分离器中做油水分离,分离出燃料油及含汞的水,而燃料油送入燃烧机,以产生上述高温热气。
6、如权利要求5所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:将上述油水分离器所分离出的含汞的水送入汞水分离器进行汞水分离,可得到回收汞,而最终的废水在循环进入高温蒸气产生器以产生高温蒸气。
7、如权利要求1所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:于上述(c)步骤,待高温热气在第二燃烧室降温后,此气体是透过水淋式废气处理来脱硫及脱氯处理。
8、如权利要求7所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:经过水淋式废气处理后的废气再经由离子交换废气处理来去除NOx,以降低SOx、HCl、NOx的排放。
9、如权利要求8所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:经过离子交换废气处理后的废气再经由活性碳废气处理,再一次去除任何可能残留的重金属或戴奥辛物质,使废气排放达到零污染。
10、如权利要求1所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的方法,其特征在于:其中进料及出料是以水封及闸门控制,透过水封来达到阻隔外部空气进入。
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