CN1049481C - 烃污染土壤的处理方法 - Google Patents

Abstract

处理被烃或其他有机物污染的土壤的方法包括：将土壤经旋转锁气室粗滤，然后进入预热装置中并经一次空气气动输送至氧化室。二次空气经氧化室室壁上大量的孔进入氧化室，与氧化室内土壤-气体混合物混合并使其保持流化状态。氧化室倾斜安置，以便由热气和污染土壤组成的气-固混合物向上流动，流化床的温度由一次空气的温度控制，其温度应能使氧化室内的轻烃自燃，轻烃燃烧反应放出的热使污染土壤中其余有机物挥发并燃烧。

Description

烃污染土壤的处理方法

本发明涉及一种净化被有机物，如烃污染的土壤或其他固体物的方法，本发明特别涉及用流化床氧化器破坏土壤中污染物的方法。

随着环保意识的增强，人们认识到烃污染土壤已成为潜在的环境和健康的公害。盛装烃，如原油或石油产品，如汽油或柴油的容器，有时会发生渗漏，使其中一部分烃流入周围的土壤中。随着时间的推移，烃在土壤中不断积聚，最后会污染附近的水源。

可以采用一种比较经济的方法来净化这类被污染的土壤。优选地，用于净化这类土壤的设备应具有某种程度的可移动性，以便可以将其运到污染处，从而避免采用花费较多的将大量土壤运至中心处理厂的方法。

根据本发明，被烃污染的土壤是在流化床氧化器的氧化室内与含有氧气的热气流混合而净化的。热气流的温度应足够高，使得当其与土壤接触时，能使土壤中的轻烃挥发出并立即自燃。气流通过装置时也起着气动输送的作用。燃烧反应放出的热量使污染土壤中的其余烃挥发并燃烧，导致闪蒸氧化。

热气流(一次空气)优选是来自鼓风机，鼓风机产生的气体一部分在一适宜的装置内被间接加热，然后进入氧化室；其余空气(二次空气)进入与氧化室同心的，套在其外的园筒内。二次空气经氧化室室壁上大量的孔进入氧化室内，避免了氧化室室壁的过热和磨损。

在进入预热装置之前，将土壤输送到一次空气流中。此时土壤已经旋转锁气室(rotary air-block)粗滤，粒径较小。

二次空气是切向引入外圆筒内的；二次空气经氧化室室壁上的孔进入氧化室内，能够使其中的土壤和热气混合物保持流态化状态。氧化室由直径递增的五段组成。这样，当气体体积增大时，能保持气速在恒定范围内上下波动。二次空气的切向引入及气体体积增大时的非线性调节，使得氧化室内的流动相产生湍流。

煅烧室(incinerator)的产物为处理后的土壤和加工气(process gas)的气-固混合物，其中，加工气包括过量热气和燃烧产物。气-固混合物自动输送到用于分离净化后的土壤和加工气的装置中。优选地，该分离步骤中使用一个或多个旋风分离器，旋风分离器中出来的加工气可以进一步用习用方法处理，以除去可能存在于其中的空气污染物。

氧化室内的温度和压力可以通过调节鼓风机的转速和引入预热装置的热量来控制。还可以通过调节二次空气的引入量来进一步控制温度。优选地，将流化床氧化器置于可调节的斜面上，这样，通过调整斜面的倾斜度就可以控制停留时间。

本发明实施例的特征如图所示，其中：

图1为本发明方法的流程图；及

图2为流化床氧化器的剖面平面图(一段)。

本发明涉及一种在流化床氧化器内煅烧污染物，以净化被有机物，如烃污染的砂、土壤或其他固体物的方法。本发明适用于处理任何不燃固体物，但为便于讨论，以土壤的净化为例来描述本发明方法。然而，应该认识到，必须从广义上理解术语土壤的含义，它还包括其他不燃固体物，只要其颗粒的粒径小于1mm。

参见图1，被烃污染的土壤6进入倒置的锥形漏斗10中，粗滤后的土壤12进入流化床氧化器20内。土壤是经旋转锁气室14粗滤的，该锁气室位于转筒筛/混合器/均化器13A出料口下面。漏斗10优选是可装10吨左右的污染土壤；螺旋运输器从漏斗中定量提取土壤并将其传送到运输带10B内，运输带再将土壤压送至转筒筛内。进料在重力作用下经旋转锁气室粗滤后，得到粒径约为1mm的小颗粒。旋转锁气室可以是带有很多孔的孔板，每孔直径约为5mm。

从锁气室出来后，物料进入预热室13B中，并经气动输送到流化床氧化器中的预氧化室13C中。

在优选实施例中，如图1所示，一次空气和二次空气来自鼓风机产生的大量空气52。鼓风机周边上的管子用于引出部分气体60作为二次空气。

在预热装置中，一次空气在金属管32内被间接加热到烃的闪点以上。这些金属管安置于容器33内，并由燃烧炉34供热。流动相在形状按空气动力学设计的预氧化室13C内作湍流运动，以保证气/固相混合充分均匀。烟气从该容器中排出并进入文丘里嘴(venturi nozzle)34A，然后与一次空气混合而产生的温升就使得其在流化床氧化器中的氧化室内自燃。为了使轻烃自燃，氧化室内必须有足够的氧气和保持一定的温度。氧气量和温度可以分别通过调节鼓风机转速和由燃烧炉引入预热装置的热量来控制。流化床内燃烧反应放出的热使污染土壤中的重烃挥发并燃烧，发生闪蒸氧化。

参见图2，流化床氧化器由3个同心放置的空心园筒组成：内筒24，中筒26和外筒28。流化床氧化器倾斜放置，使得氧化室内的流体至少产生部分向上的流动。

流化床氧化器的内筒为氧化室，筒长约7米，它由直径顺序增大的5段组成。直径增大的多少-在每段开始时-取决于装置的总体大小-这需要考虑氧化室内流动相体积的增加量，以通过增大直径使总流速在恒定范围内上下波动。每一段床层内流速不断的变化及二次空气的切向引入有助于保持流化床内的湍流状态-即有助于气-固相充分混合，并使轻烃的燃烧反应引发重烃的燃烧反应。调节鼓风机转速和流化床氧化器的斜度，可以控制氧化室内流动相的停留时间。

在氧化室外套有中筒，其间被一板30隔开。二次空气经由内筒壁和中筒壁围成的环形空间-根据伯努力定律-从孔36进入氧化室。这样，氧化室的室壁既隔离了流动相的高温，又避免了气动输送的土壤颗粒的磨损。除引起湍流作用外，二次空气的另一个作用是为氧化反应提供更多的氧气。在体积一定的一段床层内，由于气体体积增大引起流速增大，但当流动相进入氧化室中下一段床层(较大的)时，引起的流速降低将抵销上述流速的增加。流动相流经氧化室期间，上述变化会发生五次，使得流动相始终保持湍流状态。

外筒套在中筒外，外筒和中筒形成的第二个环形空间为冷却气室42。流动于冷却气室内的冷却气用来移走一部分氧化室内燃烧反应放出的热量。为了更好地改善传热，在中筒外侧，沿其轴向按一定间隔装有辐射状翅片44，翅片向第二环形空间内伸出约0.5m。

污染土壤中的有机物氧化后生成气-固混合物72，其中包括处理后的土壤，过量热气和燃烧产物。多数氧化产物为气体，如二氧化碳，水蒸汽，但也可能有固体物，如灰份存在。操作范例表明，几乎没有任何灰分存在。这是对于完全氧化而言，因此，从理论上讲，不可能生成任何一氧化物。当试验中最高温度低于1000℃，处理过程中会生成氮的一氧化物NO。如果烃中含有含硫化合物，可以预计会生成硫的氧化物。在试验中，将物料与磨细的重质石灰混合，即刻生成无水石膏/石膏，就可以除去该类硫成分。气-固混合物进入气-固分离器80中，其中含有上述的气相组分和净化固体物84，固体物84中包括处理后的土壤和可能的某些灰分。

在优选实施例中，使用旋风分离器实施该分离步骤，旋风分离器是众所周知的，它包括一个圆筒形的室，切向进入其中的气-固混合物产生涡流。在离心力的作用下，颗粒的惯性将颗粒摔向室壁。在重力作用下，固体颗粒一接触到室壁就落入旋风分离器底部。在优选实施例中，为了改善抗磨力，旋风分离器内衬一层陶瓷物质。旋风分离器底部的阀门用来维持旋风分离器内的固体颗粒的量及控制固体物流。

虽然只描述了使用一个旋风分离器的情况，但为了改善气-固分离效果，还可以使用多个分离器。当使用多个分离器时，可以将其串联、并联或二者混合使用。

流化床氧化器产生的加工气82位于旋风分离器的上部，并可放空。但是，如果加工气中存在相当量的污染物，可以将其在加工气净化器90中进一步净化，如采用气体洗涤或选择性催化还原，净化后的加工气92可以放空，在排放加工气时，还可以用一热交换器回收废热用于预热进入氧化器的空气。

实施本发明方法的设备简单，结构紧凑，可以很方便地用无顶平板卡车、单节机动有轨车、船或驳船运输，使得净化过程具有一定程度的可移动性，可以在污染地处理。由于将大量的土壤运至中心处理厂净化的方法费用昂贵，本发明方法可以大大降低土壤处理的费用。

经本发明方法处理的土壤可以作为填料或其他用途，而不存在污染环境的危险，如果装置可以移动，就可以在同一地点收集、处理和置换污染土壤。

所述实施例只是用来说明而不是限制本发明。本领域内的普通技术人员可以在本发明思想和发明范围内设计出各种其他的安装方式。本发明的保护范围如下述权利要求书所限定。

Claims (18)

1、处理被有机化合物污染的土壤的方法，包括以下步骤：

经旋转锁气室粗滤被污染的土壤；

利用鼓风机和预热装置产生间接预热的一次空气流和二次空气流；

将粗滤土壤和热气流导入流化床氧化器，并使粗滤土壤和热气流的混合物在氧化器中停留，使土壤中的烃污染物发生氧化并生成处理后的固体物和加工气混合物；及

分离处理后的固体物和加工气。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述的分离步骤是在旋风分离器中进行的。

3、如权利要求2所述的方法，其中所述的分离步骤是在多级旋风分离器内进行的。

4、如权利要求1所述的方法，进一步包括用旋转锁气室粗滤斗中被污染的土壤的步骤。

5、如权利要求1所述的方法，进一步包括将鼓风机产生的气体通过预热装置形成热气流的步骤。

6、如权利要求4所述的方法，其中所述的流化床氧化器倾斜安置，热气流和粗滤土壤从预热装置前引入，处理后的土壤和加工气混合物在流化床反应器上部形成。

7、如权利要求6所述的方法，进一步包括调整流化床氧化器倾斜度以控制停留时间的步骤。

8、如权利要求7所述的方法，进一步包括这样的步骤：将二次空气穿过氧化室室壁上大量的孔，目的是：

保持流化床流态化；

使氧化室室壁隔热；

避免氧化室室壁磨损。

9、如权利要求1所述的方法，进一步包括处理加工气以除去其中的大气污染物的步骤。

10、处理被有机化合物污染的土壤的方法，包括下述步骤：

将经旋转锁气室粗滤的土壤和一次空气通过预热装置，然后进入氧化室；

经氧化室的多孔壁使二次空气形成环绕氧化室的多层空气流；

使二次空气穿过氧化室孔壁，与一次空气和土壤的气-固混合物混合形成流化混合物，该流化态的粗滤土壤和热气流的混合物在氧化室内停留，使其中的有机化合物氧化生成包含处理后的土壤和气体的气-固混合物；及

从处理后的土壤中分离出加工气。

11、如权利要求10所述的方法，其中分离步骤是在旋风分离器中进行的。

12、如权利要求11所述的方法，其中分离步骤可以在多级旋风分离器中进行。

13、如权利要求10所述的方法，进一步包括预热来自鼓风机的气体的步骤。

14、如权利要求13所述的方法，其中所述的流化床氧化器是倾斜安装的，粗滤后的土壤和热气从流化床氧化器底部进入，加工气和处理后的土壤的混合物从氧化器的上部形成，进一步包括下述步骤：

调节鼓风机转速/流化床氧化器内空气的体积：及

调节流化床氧化器倾斜度以控制停留时间。

15、如权利要求10所述的方法，进一步包括将二次空气引入氧化室的步骤。

16、如权利要求10所述的方法，进一步包括处理加工气以除去其中的大气污染物的步骤。

17、如权利要求1或10所述的方法，其中粗滤土壤和热气流的混合物的温度足以使土壤中的轻烃挥发出并立即自燃。

18、如权利要求1或10所述的方法，其中土壤和热气流的混合物在氧化器或氧化室中的停留时间足以使土壤中的烃污染物全部发生氧化。

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