CN102895755A - 一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备 - Google Patents
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Abstract
一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，氢供体储罐与核心反应器连接，氮气发生器与核心反应器相连，氮气发生器与冷却罐相连，斗式提升机与核心反应器连接；核心反应器与取样装置相连，核心反应器与冷却罐连接，核心反应器与冷凝器连接；冷凝器与分水器连接，冷凝器与活性炭吸附塔连接；分水器与核心反应器连接，分水器与冷凝液储罐连接；冷却罐与活性炭吸附塔连接；冷却罐与抽滤槽相连，抽滤槽与抽滤罐连接，抽滤罐与真空泵连接，真空泵与氢供体储罐连接；氮气对整个系统进行清扫，在核心反应器内将废物加热反应，尾气冷凝、吸附之后排放；具有利用率高；安全性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种对含氯代有机物工业废物处理设备，特别涉及一种红外加热半密封式含氯代有机物工业废物碱催化反应设备。
背景技术
近年来，持久性有机污染物（POPs,Persistent OrganicPollutions）对人体和环境带来的危害已经成为世界各国关注的环境焦点。POPs一般都具有毒性，包括致癌性、生殖毒性、神经毒性、内分泌干扰特性等，它严重危害生物体，并且由于其持久性，这种危害一般都会持续一段时间。更为严重的是，一方面POPs具有很强的亲脂憎水性，能够在生物器官的脂肪组织内产生生物积累，沿着食物链逐级放大，从而使在大气、水、土壤中低浓度存在的污染物经过食物链的放大作用，而对处于最高营养级的人类的健康造成严重的负面影响；另一方面，POPs具有半挥发性，能够在大气环境中长距离迁移并通过所谓的“全球蒸馏效应”和“蚱蜢跳效应”沉积到地球的偏远极地地区，从而导致全球范围的污染传播。鉴于此2001年5月22日在瑞士的斯德哥尔摩通过了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，该公约在2004年5月17日开始生效。氯代有机污染物主要包括有机氯农药（OCPs）和多氯联苯（PCBs）是一类重要的POPs物质，我国目前还存在大量的含氯代有机物工业废物库存以及大量的污染场地急需修复，对生态环境、饮用水安全等构成了严重威胁。
用于氯代有机污染物处理的技术主要包括焚烧技术和非焚烧技术两大类。危险废物焚烧技术具有处理效率高、处理量大等优点，但是焚烧技术的处理成本昂贵，同时存在潜在的二次污染风险，导致焚烧技术近年来并不被民众所接受。非焚烧技术或者称为化学处理技术，各种化学技术根据其所采用的材料以及反应条件的不同存在一定的差异，但是一般具有处理费用较低、设备灵活方便等优点。
碱催化分解技术（BCD,Base-Catalyzed decomposition）是美国环保局风险降低工程实验室和美国海军工程服务中心联合开发的用于修复被有机氯污染物（如PCBs、二噁英、农药等）污染的液体、土壤、淤积物、沉积物等污染物的一种非燃烧技术。BCD技术主要是在碱性环境及氮气环境中，加入氢供体催化剂等试剂后，加热到300℃以上，反应一段时间之后，实现对氯代有机污染物的破解。
传统碱催化工艺主要存在以下问题：（1）传统的电加热方式升温速率慢、能源利用效率低，导致每批次反应时间增加，设备处理能力降低，能耗增加；（2）尾气出口为开放式，导致系统中气体流速较大，增加了尾气处理系统的负荷；（3）反应为序批式，在氯代有机物脱氯解毒反应完成之后，需要等反应物料从反应温度300℃以上冷却至常温之后才能进行出料，导致能量利用率和处理能力降低，同时反应过程中投加的过量碱性物质会在冷却过程中结块，导致出料困难；（4）高温尾气冷凝后产生的冷凝液一般采用全部回流或者不回流的方式进行处理，不回流会导致氯代有机物碱催化脱氯效率的降低，而全部回流时，冷凝液中的水分容易导致碱催化反应器内压力瞬间增加，存在一定的风险。另外，目前国内还没有碱催化处理氯代有机物工业废物的工程实践，缺少完整的处理系统设备。
发明内容
为了克服现有碱催化分解技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种红外加热半密封式的含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，该设备具有升温速率快，能源利用效率高；整体结构为半密封式，尾气处理系统负荷小，安全性高；高温物料直接出料，物料不结块；冷凝液部分回流，有机相被回流处理，处理效率提高的特点，最终实现对含氯代有机物工业废物的快速高效碱催化脱氯解毒处理。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，包括氢供体储罐1，氢供体储罐1通过计量泵2与核心反应器5进气口连接，氮气发生器3与核心反应器5进气口相连,氮气发生器3与冷却罐7进气口相连,斗式提升机4出料口与核心反应器5固体物料口连接；核心反应器5与取样装置6的样品出口相连通，核心反应器5下出料口与冷却罐7的进料口连接，核心反应器5的上方尾气出口与冷凝器8的进气口连接；冷凝器8的冷凝液出口与下方的分水器9连接，冷凝器8的出气口与活性炭吸附塔10连接；分水器9的回流管路与核心反应器5的冷凝液回流口连接，分水器9的下出料口与下方的冷凝液储罐13连接；冷却罐7尾气出口与活性炭吸附塔10连接；冷却罐7与抽滤槽11的进料口相连通，抽滤槽11与抽滤罐12连接，抽滤罐12与真空泵14连接，真空泵14与氢供体储罐1相连接。
所述的核心反应器5外壁设置保温层15。
所述的核心反应器5中设置框式加桨叶式复合搅拌桨16。
所述的核心反应器5出料口为锥型17。
所述的分水器9设置有冷凝液回流管19和冷凝液进料管18，冷凝液回流管19与核心反应器5的冷凝液回流口连接，冷凝液进料管18与冷凝器8的冷凝液出口连通。
本发明首先用氮气发生器3内的氮气对整个系统进行清扫，把含氯代有机物工业废物、催化剂（铁粉）、氢氧化钠和氢供体（石蜡油）分别通过斗式提升机4和计量泵2加入至核心反应器5中。在核心反应器5内将物料加热至300~360度并搅拌，使氯代有机物发生碱催化分解反应而去除。反应过程中产生的尾气通过冷凝器8和活性炭吸附塔10冷凝、吸附之后排放；冷凝液储罐13中的冷凝液有机相回流至核心反应器5中继续反应。反应完成后核心反应器5中的物料出料至下方的冷却罐7中进行冷却，核心反应器5中可以开始下一轮反应。反应后物料在冷却罐7中冷却至约50度时出料至下方的抽滤槽11中进行抽滤，实现反应后物料的固液分离，其中液相物质进行回用，而固相物质经检测符合排放标准之后进行排放。
本发明具有升温速率快，能源利用效率高；整体结构为半密封式，尾气处理系统负荷小，安全性高；高温物料直接出料，物料不结块；冷凝液部分回流，有机相被回流处理，处理效率提高的特点，最终实现对含氯代有机物工业废物的快速高效碱催化脱氯解毒处理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为核心反应器5示意图。
图3为分水器9示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理和工艺流程作进一步的说明。
参照图1，一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，包括氢供体储罐1，氢供体储罐1通过计量泵2与核心反应器5进气口连接，氮气发生器3与核心反应器5进气口相连,氮气发生器3与冷却罐7进气口相连,保证反应过程以及高温物料出料过程在氮气氛围中进行,斗式提升机4出料口与核心反应器5固体物料口连接；核心反应器5与取样装置6的样品出口相连通，核心反应器5下出料口与冷却罐7的进料口连接，核心反应器5的上方尾气出口与冷凝器8的进气口连接；冷凝器8的冷凝液出口与下方的分水器9连接，冷凝器8的出气口与活性炭吸附塔10连接；分水器9的回流管路与核心反应器5的冷凝液回流口连接，分水器9的下出料口与下方的冷凝液储罐13连接；冷却罐7尾气出口与活性炭吸附塔10连接；冷却罐7与抽滤槽11的进料口相连通，抽滤槽11与抽滤罐12连接，抽滤罐12与真空泵14连接，真空泵14与氢供体储罐1相连接。
参照图2，核心反应器5外壁设置保温层15，因反应后高温物料直接出料，因此物料冷却不在核心反应器中进行，通过设置保温层可以降低能量损耗。
参照图2，核心反应器5中设置框式加桨叶式复合搅拌桨16，防止反应过程中物料沉积及粘壁。
参照图2，核心反应器5出料口为锥型17，防止催化剂铁粉沉积在出料口从而影响催化反应效果。
参照图3，所述的分水器9设置有冷凝液回流管19和冷凝液进料管18，冷凝液回流管19与核心反应器5的冷凝液回流口连接，冷凝液进料管18与冷凝器8的冷凝液出口相连通。
核心反应器5采用红外加热方式进行加热，提高加热速率和能量利用效率。
碱催化分解反应在半密闭条件下发生，反应初期整套系统密闭，反应过程中，当系统压力超过一定值以后，系统泄压，之后继续密闭反应。
半密闭条件通过活性炭吸附塔前的泄压阀G8控制，压力超过0.25MPa时，泄压阀开启泄压，以防止反应系统超压。
核心反应器5的出料方式为高温直接出料，在300~360度反应一段时间之后，打开阀门L3物料直接出料至下方的冷却罐中进行冷却。
斗式提升机4与核心反应器5采用密封连接，防止进料过程中含氯代有机物固体废物泄露。
核心反应器5中设置框式加桨叶式复合搅拌桨16，防止反应过程中物料沉积及粘壁。
核心反应器5出料口为锥型17，防止催化剂铁粉沉积在出料口从而影响催化反应效果。
冷却罐6与活性炭吸附塔10通过气动阀门G4连接，用于吸收冷却罐充氮及进料过程中产生的尾气。
分水器9的冷凝液回流管19与核心反应器5的冷凝液回流口连接，回流管路位置设置与核心反应器处理量相关，以保证每批次反应只需开启分水器放水阀门一次。
冷凝器8的冷凝液出料管路18伸至分水器9的底部，以防止尾气不经过冷凝器而是通过分水器直接与活性炭吸附塔连接。
分水器9顶部与冷凝器8尾气出口连接，以平衡冷凝器与分水器中的压力，防止冷凝器中的冷凝液不能自然流入分水器中。
氮气发生器3通过气动阀门G1与核心反应器5进气口相连,
氮气发生器3通过气动阀门G3与冷却罐7进气口相连,
核心反应器5通过取样阀L8与取样装置6的样品出口相连通，核心反应器5下出料口通过气动阀门L3与冷却罐7的进料口连接，
分水器9的下出料口通过气动阀门L7与下方的冷凝液储罐13连接；
冷却罐7通过冷却罐出料阀L4与抽滤槽11的进料口相连通
冷却罐7底部设置有冷却罐进冷却水阀L5，冷凝器8底部设置有冷凝器进冷却水阀L6，这两个水阀都与外部冷却水管路相通。
氢供体储罐1上设置有氢供体进料阀L1。
分水器9的回流管路与核心反应器5连接，其管路上设置有冷凝液回流阀L2。
核心反应器5的上方尾气出口通过反应器排气阀G2与冷凝器8连接。
冷却罐7尾气出口通过G4-冷却罐排气阀与活性炭吸附塔10连接。
冷凝器8设置有冷凝器排气阀G5和泄压阀G8。
真空泵14通过氢供体储罐真空阀G7与氢供体储罐1相连接。
抽滤罐12与真空泵14连接，管路上设置有抽滤罐真空阀G6，
本发明的工作原理为：
操作前检查所有阀门关闭。加料操作之前对设备内的空气进行置换，打开氮气发生器3，先置换核心反应器5、冷凝器8、分水器9中的空气，按顺序依次打开阀门G5、G2、G1、L7、L9对系统进行空气置换；完成后开启阀门L3、L4，关闭阀门L7、L9、G5，对冷却罐7中的空气进行置换；置换完成之后关闭所有的阀门。
打开阀门S1，利用斗式提升机向核心反应器5中，按照先后顺序和物料比例分别加入含氯代有机物废物、碱性物质和催化剂铁粉。关闭阀门S1，打开阀门L1，开计量泵2，向核心反应器中加入一定量的氢供体。
关闭阀门L1，打开红外加热和搅拌，对物料进行加热。加热至约100度时，打开阀门G2、L6对冷凝器通入冷却水，升温阶段当反应釜压力超过设定预警值之后，打开阀门G5对系统进行泄压，之后关闭阀门G5继续加热升温。反应过程当中，保证反应温度为300℃～360℃。
加热过程中时，油水分离器9中液面超过回流管路后，打开阀门L2，使有机相冷凝液回流；当冷凝水的上液面快要到达回流管路时，打开阀门L7使冷凝水流入冷凝液储罐中，当冷凝水全部流出之后关闭阀门L7，如此反复。
反应过程中每隔1h，打开阀门L8取出样品，之后关闭阀门L8继续反应。
反应完成之后，关闭红外加热装置，关闭阀门G2、L2，关闭冷却水阀门L6；开启冷却罐7的搅拌电机，依次打开阀门L5、L3、G4，将高温物料直接出料至冷却罐中；出料完成之后关闭阀门G4、L3，停止反应釜搅拌；
如果紧接着开始下一批次的反应，则直接按前面的步骤向核心反应器中添加物料开始下一轮反应；如果不再进行反应，则清洗核心反应器。
冷却罐7中的温度降到规定温度时，打开阀门L4，（为保证出料顺畅，打开阀门G3），将冷却罐中的物料出料至下方的抽滤槽11中。出料完成后，停止冷却罐搅拌，关闭阀门G3、L4，关闭冷却水阀门L5。打开真空泵，打开阀门G6、L9进行抽滤，实现剩余物料中的油渣分离；分离后的废油通过管道收集处理，残渣通过排渣车排掉。
实验结果一
将六氯苯（氯代有机物）、氢氧化钠（碱性物质）、石蜡油（氢供体）、铁粉（催化剂）按照质量比为1：5：10：2加入设备中进行反应，反应温度为360度，反应4h后，六氯苯的去除率达到99.99％以上，六氯苯的脱氯效率达到95％以上。
实验结果二
将硫丹、氢氧化钠、石蜡油、铁粉按照质量比为1：3：6：0.6，反应温度为330度，反应3h后，硫丹的去除率达到99.99％以上，硫丹的脱氯效率达到99％以上。
图中：1-氢供体储罐，2-计量泵，3-氮气发生器，4-斗式提升机，5-核心反应器，6-取样装置，7-冷却罐，8-冷凝器，9-分水器，10-活性炭吸附塔，11-抽滤槽，12-抽滤罐，13-冷凝液储罐，14-真空泵，15-保温层，16-框式和桨叶式复合搅拌桨，17-锥型口，18-冷凝液进料管，19-冷凝液回流管。G1-核心反应器进料阀，G2-反应器排气阀，G3-冷却罐进气阀，G4-冷却罐排气阀，G5-冷凝器排气阀，G6-抽滤罐真空阀，G7-氢供体储罐真空阀，G8-泄压阀，L1-氢供体进料阀，L2-冷凝液回流阀，L3-反应器出料阀，L4-冷却罐出料阀，L5-冷却罐进冷却水阀，L6-冷凝器进冷却水阀，L7-分水器排水阀，L8-取样阀。
Claims (5)
1.一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，其特征在于，包括氢供体储罐（1），氢供体储罐（1）通过计量泵（2）与核心反应器（5）进气口连接，氮气发生器（3）与核心反应器（5）进气口相连，氮气发生器（3）与冷却罐（7）进气口相连，斗式提升机（4）出料口与核心反应器（5）固体物料口连接；核心反应器（5）与取样装置（6）的样品出口相连通，核心反应器（5）下出料口与冷却罐（7）的进料口连接，核心反应器（5）的上方尾气出口与冷凝器（8）的进气口连接；冷凝器（8）的冷凝液出口与下方的分水器（9）连接，冷凝器（8）的出气口与活性炭吸附塔（10）连接；分水器（9）的回流管路与核心反应器（5）的冷凝液回流口连接，分水器（9）的下出料口与下方的冷凝液储罐（13）连接；冷却罐（7）尾气出口与活性炭吸附塔（10）连接；冷却罐（7）与抽滤槽（11）的进料口相连通，抽滤槽（11）与抽滤罐（12）连接，抽滤罐（12）与真空泵（14）连接，真空泵（14）与氢供体储罐（1）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，其特征在于，所述的核心反应器（5）外壁设置保温层（15）。
3.根据权利要求1所述的一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，其特征在于，所述的核心反应器（5）中设置框式加桨叶式复合搅拌桨（16）。
4.根据权利要求1所述的一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，其特征在于，所述的核心反应器（5）出料口为锥型（17）。
5.根据权利要求1所述的一种含氯代有机物工业废物碱催化反应设备，其特征在于，所述的分水器（9）设置有冷凝液回流管（19）和冷凝液进料管（18），冷凝液回流管（19）与核心反应器（5）的冷凝液回流口连接，冷凝液进料管（18）与冷凝器（8）的冷凝液出口相连通。
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