CN104163555A - 一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法。装置包括污泥仓、搅拌器、料斗给料器、污泥形状控制器、皮带传送器、功率控制微波辐照器、微波热解反应腔、压力传感控制器、风机、冷凝换热器、刮板分离器、油水分离器）、疏液槽、焦炭储罐、产物油罐、产物气罐、氮气发生器、焦炭破碎机、污泥水罐和气体分流板。本发明充分利用微波物料内部加热的特点减少散热损失，针对湿污泥直接干化热解，得到裂解油，可燃气和固体焦炭三种产品，并充分利用产物气的热量回收和产物残渣的辅助微波加热特性降低运行成本，提高了污泥热解效率和产物品质。装置结构简单，体积小，设计合理，便于市场普及，适合于微波污泥连续热解的工业化应用。

Description

一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法

技术领域

本发明涉及一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法,属于微波加热应用技术和污泥处置技术领域。

背景技术

当前，处理污水污泥最普遍的方法是堆肥法、农田利用法以及焚烧法，但它们都有自身的缺点。堆肥法处理过程没有实现体积减量化，且处理、储存、缓冲区占地面积很大。为防止被有害的污染物污染，土壤要被隔开，并且这种处理方法会浪费掉污泥本身含有的大量能量。污泥堆肥处理运行费用较高，不适应于大型处理项目，而且没有大型处理项目成功运行的实例。过多地使用农田利用法，将导致农田土壤中重金属的含量升高，病原体、难降解有机物及氮磷的流失，也会对地表水和地下水造成污染。焚烧法能够大幅度减少污泥的体积，并能利用其中的能量来提高热能利用率。然而，焚烧法处理设施投资大，处理费用高，有机物焚烧会产生二恶英等剧毒物质，防治费用很高。微波热解污泥技术的研究近年来逐渐深入，是一种非常有效的资源化处理污泥的方法。微波热解污泥不需要预先对污泥进行干燥，可直接把污泥(约含80%水分)混合添加剂放入微波炉反应器中热解，大大减少了能量和时间消耗，且微波热解污泥显著减少固体质量，为进一步的处理提供方便。热解得到的气体含有大量水煤气，既可作为洁净燃料气使用，也可以作为合成气使用。热解生成的油份主要含有脂肪族类和单苯环类化合物，且多环芳烃含量较低，是高价值的化工原料和燃料油。热解产生的固体可以作为固体燃料，吸附剂，或辅助微波加热。

目前微波热解污泥技术尚处于实验研究阶段，一般以批量式管式炉和反应罐的形式进行，间歇式反应器需要频繁更换物料，具有操作繁琐，散热损失大，反应过程不稳定，控制要求高等缺点，不适于工业化推广。而目前的发明尚无针对湿污泥连续反应的微波热解装置，且对于污泥给料方式，热解系统的气体，液体，固体收集方式和热循环利用的方式缺乏具体说明和可操作性。

发明内容

为克服上述现有技术缺点，本发明提供一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法。

微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置包括污泥仓、搅拌器、料斗给料器、污泥形状控制器、皮带传送器、功率控制微波辐照器、微波热解反应腔、压力传感控制器、风机、冷凝换热器、刮板分离器、油水分离器）、疏液槽、焦炭储罐、产物油罐、产物气罐、氮气发生器、焦炭破碎机、污泥水罐和气体分流板；微波热解反应腔内设有污泥形状控制器、皮带传送器、刮板分离器、气体分流板，皮带传送器上方设有气体分流板，皮带传送器左侧上端设有污泥形状控制器，皮带传送器右侧下端设有刮板分离器，污泥仓下部的污泥出口和焦炭破碎机的焦炭出口分别与搅拌器的上部两入口相连，料斗给料器上部入口与搅拌器的下部出口相连，料斗给料器的下部出口与污泥形状控制器相连， 微波热解反应腔上端设有功率控制微波辐照器，微波热解反应腔下端设有疏液槽、焦炭储罐，疏液槽出口与油水分离器第一入口相连，油水分离器第二入口与冷凝换热器的冷凝液出口相连，油水分离器两出口分别与产物油罐、污泥水罐相连，微波热解反应腔右端上部气体出口与冷凝换热器、风机、产物气罐顺次相连，微波热解反应腔右端下部气体入口与冷凝换热器、氮气发生器顺次相连，压力传感控制器分别与风机、微波热解反应腔相连。

微波辐照湿污泥干化热解连续反应方法：从污泥仓以设定的给料速率送出的湿污泥和从焦炭破碎机以设定的给料速率送出的焦炭分别进入搅拌器均匀混合，污泥与焦炭的质量比为5:1，混合后的物料经料斗给料器下部出口进入污泥形状控制器，截面形状规则的污泥由污泥形状控制器的右侧出口被皮带传送器送出，以设定的速率匀速向右移动，以耐热石英为材料的气体分流板将微波热解反应腔分为上下两个部分，皮带传送器上的物料在微波热解反应腔内被气体分流板下部迎来的高温保护气氛干燥，之后受到微波辐照器辐射，升温热解，热解温度通过改变微波功率进行调控，污泥热解产生的热解气被高温保护气氛带走，经过气体分流板的上部进入冷凝换热器，冷凝产生的气体由风机吸引进入产物气罐保存，冷凝产生的液体进入油水分离器，氮气发生器产生的氮气经过冷凝换热器加热，然后由气体分流板下部入口进入微波热解反应腔，热解产生的部分液体在微波反应腔内冷凝，通过微波反应腔下部的疏液槽汇流，进入油水分离器，油水分离器内分离出的油和水分别进入产物油罐和污泥水罐，热解产生的焦炭由刮板分离器刮下，落入下方的焦炭储罐，微波反应腔的压力由压力传感控制器通过风机的开度进行反馈控制，以保证微波反应腔的微负压力。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

（1）与传统电加热热解污泥相比，本发明利用微波热解污泥，具有加热选择性好，热解迅速等优点。

（2）与批量式热解污泥技术相比，本发明采用皮带连续进料，相比批量式热解，工况更加稳定，产物品质高，操作难度和复杂程度明显降低。

（3）本系统充分利用热解产物气体的余热进行预热给风，提高热利用效率，大大降低整个系统的能量消耗。

附图说明

图1为微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置结构示意图；

图中：污泥仓1、搅拌器2、料斗给料器3、污泥形状控制器4、皮带传送器5、功率控制微波辐照器6、微波热解反应腔7、压力传感控制器8、风机9、冷凝换热器10、刮板分离器11、油水分离器12、疏液槽13、焦炭储罐14、产物油罐15、产物气罐16、氮气发生器17、焦炭破碎机18、污泥水罐19、气体分流板20。

具体实施方式

如图1所示，微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置包括污泥仓1、搅拌器2、料斗给料器3、污泥形状控制器4、皮带传送器5、功率控制微波辐照器6、微波热解反应腔7、压力传感控制器8、风机9、冷凝换热器10、刮板分离器11、油水分离器12、疏液槽13、焦炭储罐14、产物油罐15、产物气罐16、氮气发生器17、焦炭破碎机18、污泥水罐19和气体分流板20；微波热解反应腔7内设有污泥形状控制器4、皮带传送器5、刮板分离器11、气体分流板20，皮带传送器5上方设有气体分流板20，皮带传送器左侧上端设有污泥形状控制器4，皮带传送器右侧下端设有刮板分离器11，污泥仓1下部的污泥出口和焦炭破碎机18的焦炭出口分别与搅拌器2的上部两入口相连，料斗给料器3上部入口与搅拌器2的下部出口相连，料斗给料器3的下部出口与污泥形状控制器4相连， 微波热解反应腔7上端设有功率控制微波辐照器6，微波热解反应腔7下端设有疏液槽13、焦炭储罐14，疏液槽出口与油水分离器12第一入口相连，油水分离器12第二入口与冷凝换热器10的冷凝液出口相连，油水分离器12两出口分别与产物油罐15、污泥水罐19相连，微波热解反应腔7右端上部气体出口与冷凝换热器10、风机9、产物气罐16顺次相连，微波热解反应腔7右端下部气体入口与冷凝换热器10、氮气发生器17顺次相连，压力传感控制器8分别与风机9、微波热解反应腔7相连。

微波辐照湿污泥干化热解连续反应方法：从污泥仓1以设定的给料速率送出的湿污泥和从焦炭破碎机18以设定的给料速率送出的焦炭分别进入搅拌器2均匀混合，污泥与焦炭的质量比为5:1，混合后的物料经料斗给料器3下部出口进入污泥形状控制器4，截面形状规则的污泥由污泥形状控制器的右侧出口被皮带传送器5送出，以设定的速率匀速向右移动，以耐热石英为材料的气体分流板20将微波热解反应腔分为上下两个部分，皮带传送器5上的物料在微波热解反应腔7内被气体分流板20下部迎来的高温保护气氛干燥，之后受到微波辐照器6辐射，升温热解，热解温度通过改变微波功率进行调控，污泥热解产生的热解气被高温保护气氛带走，经过气体分流板20的上部进入冷凝换热器10，冷凝产生的气体由风机9吸引进入产物气罐16保存，冷凝产生的液体进入油水分离器12，氮气发生器17产生的氮气经过冷凝换热器10加热，然后由气体分流板20下部入口进入微波热解反应腔7，热解产生的部分液体在微波反应腔7内冷凝，通过微波反应腔下部的疏液槽13汇流，进入油水分离器12，油水分离器12内分离出的油和水分别进入产物油罐15和污泥水罐19，热解产生的焦炭由刮板分离器11刮下，落入下方的焦炭储罐14，微波反应腔7的压力由压力传感控制器8通过风机9的开度进行反馈控制，以保证微波反应腔的微负压力。

本发明中，通过控制皮带传送器5的速率改变污泥停留时间，从而间接控制物料从料斗到反应段的升温速率及物料终温。污泥形状控制器4可以使皮带上传输的污泥截面形状规则为半圆形，以利于微波辐射均匀穿透，减少微波“热点”，使微波热解温度较为均匀。微波泄漏的控制根据微波传输理论，微波反应腔7的各个出口尺寸采取特征尺寸以阻隔微波的外泄。惰性气氛的控制通过采用一定纯度的氮气作为保护气体。热解气体及气味的防溢出通过风机9的反馈控制对整个反应体系进行负压控制实现。气体分流板使得进入的氮气依次通过微波反应腔7下部的皮带传送部分到达左侧低温区，而后由微波反应腔7的上部向右流出，气体流向的控制有效地利用保护气体加热湿污泥，实现热能的循环利用。控制反应段的温度，达到分段热解。一段低温脱水（0-200℃），一段热解（200-600℃）。具体温度控制参考实验得到的气体成分，以得到理想的热解产品。保温夹层采用隔板式，多通道进出气，达到沿皮带传送器5的更精准的分段温度控制。

本发明利用微波选择性加热特点实现针对湿污泥的直接干化热解连续反应，得到裂解油，可燃气和固体焦炭三种产品，并充分利用产物气的热量回收和产物残渣的辅助微波加热特性降低运行成本。同传统电加热热解污泥相比，本发明采用微波加热，具有加热选择性好，散热损失小，热解迅速等优点。同批量式热解污泥技术相比，本发明采用皮带连续进料，相比批量式热解，工况更加稳定，产物品质高，操作难度和复杂程度明显降低。本系统充分利用热解产物气体的余热进行预热给风，提高热利用效率，大大降低整个系统的能量消耗。

因此本发明提供的微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法，实现了湿污泥的连续微波热解，极大提高了污泥热解效率和产物品质。装置结构简单，体积小，设计合理，适合于微波污泥连续热解的工业化应用，满足了我国不断增长的污泥处置需求。

Claims (2)

1.一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置，其特征在于,包括污泥仓（1）、搅拌器（2）、料斗给料器（3）、污泥形状控制器（4）、皮带传送器（5）、功率控制微波辐照器（6）、微波热解反应腔（7）、压力传感控制器（8）、风机（9）、冷凝换热器（10）、刮板分离器（11）、油水分离器（12）、疏液槽（13）、焦炭储罐（14）、产物油罐（15）、产物气罐（16）、氮气发生器（17）、焦炭破碎机（18）、污泥水罐（19）和气体分流板（20）；微波热解反应腔（7）内设有污泥形状控制器（4）、皮带传送器（5）、刮板分离器（11）、气体分流板（20），皮带传送器（5）上方设有气体分流板（20），皮带传送器左侧上端设有污泥形状控制器（4），皮带传送器右侧下端设有刮板分离器（11），污泥仓（1）下部的污泥出口和焦炭破碎机（18）的焦炭出口分别与搅拌器（2）的上部两入口相连，料斗给料器（3）上部入口与搅拌器（2）的下部出口相连，料斗给料器（3）的下部出口与污泥形状控制器（4）相连， 微波热解反应腔（7）上端设有功率控制微波辐照器（6），微波热解反应腔（7）下端设有疏液槽（13）、焦炭储罐（14），疏液槽出口与油水分离器（12）第一入口相连，油水分离器（12）第二入口与冷凝换热器（10）的冷凝液出口相连，油水分离器（12）两出口分别与产物油罐（15）、污泥水罐（19）相连，微波热解反应腔（7）右端上部气体出口与冷凝换热器（10）、风机（9）、产物气罐（16）顺次相连，微波热解反应腔（7）右端下部气体入口与冷凝换热器（10）、氮气发生器（17）顺次相连，压力传感控制器（8）分别与风机（9）、微波热解反应腔（7）相连。

2.一种使用如权利要求1所述装置的微波辐照湿污泥干化热解连续反应方法，其特征在于：从污泥仓（1）以设定的给料速率送出的湿污泥和从焦炭破碎机（18）以设定的给料速率送出的焦炭分别进入搅拌器（2）均匀混合，污泥与焦炭的质量比为5:1，混合后的物料经料斗给料器（3）下部出口进入污泥形状控制器（4），截面形状规则的污泥由污泥形状控制器的右侧出口被皮带传送器（5）送出，以设定的速率匀速向右移动，以耐热石英为材料的气体分流板（20）将微波热解反应腔分为上下两个部分，皮带传送器（5）上的物料在微波热解反应腔（7）内被气体分流板（20）下部迎来的高温保护气氛干燥，之后受到微波辐照器（6）辐射，升温热解，热解温度通过改变微波功率进行调控，污泥热解产生的热解气被高温保护气氛带走，经过气体分流板（20）的上部进入冷凝换热器（10），冷凝产生的气体由风机（9）吸引进入产物气罐（16）保存，冷凝产生的液体进入油水分离器（12），氮气发生器（17）产生的氮气经过冷凝换热器（10）加热，然后由气体分流板（20）下部入口进入微波热解反应腔（7），热解产生的部分液体在微波反应腔（7）内冷凝，通过微波反应腔下部的疏液槽（13）汇流，进入油水分离器（12），油水分离器（12）内分离出的油和水分别进入产物油罐（15）和污泥水罐（19），热解产生的焦炭由刮板分离器（11）刮下，落入下方的焦炭储罐（14），微波反应腔（7）的压力由压力传感控制器（8）通过风机（9）的开度进行反馈控制，以保证微波反应腔的微负压力。