CN104998887A - 均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置及预处理方法 - Google Patents

Abstract

一种均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，主要包括：一圆柱形的预处理反应罐，预处理罐的罐体内壁和外壁之间设有控温导油管，控温导油管内填充有导热油，控温导油管与罐体内壁相接触，控温导油管与罐体外壁之间填充有保温材料，罐体顶盖安装有进料口，罐体底部设有出料口；预处理罐的罐体内安装有螺旋排列的蒸汽盘管，蒸汽盘管内侧与尾端设有蒸汽喷口，蒸汽喷口的曲率半径等同于蒸汽盘管的圆半径，蒸汽喷口弧切线与蒸汽盘管的圆切线夹角为5～10°之间；预处理反应罐罐体上部设有管式除油机，除油机的导油口设置有蠕动泵，将刮除的油脂吸出转移至废油回收箱。本发明还公开了利用上述装置对餐厨废弃物进行预处理的方法。

Description

均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置及预处理方法

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化领域，具体地涉及一种餐厨废弃物均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置。

本发明还涉及利用上述装置对餐厨废弃物进行预处理的方法。

背景技术

近年来，随着生活水平的提高与第三产业的迅猛发展，餐饮业已成为中国经济社会的重要组成部分。与此同时，餐厨废弃物产生量逐年递增，餐厨废弃物已成为生活垃圾的主要组成部分，全国七大城市生活垃圾中的餐厨废弃物含量平均值达到52％左右。部分地区餐厨废弃物简易堆放，滋生蚊蝇，产生恶臭，造成环境污染，对人体健康产生极大风险。

餐厨废弃物组分复杂，分选困难，其中含有米、面、油、肉类、骨头等餐厨废物，也同时包含有筷子、纸巾、塑料等杂物。中国餐厨废弃物与国外餐厨废弃物相比，又有油脂含量高、蛋白质组分含量高的特性。且其组成、性质和产生量均受社会经济条件、饮食习惯等地域差异与季节不同而有所差异，但均具有含水量大、有机物含量高的特点。餐厨废弃物含水率为75％～95％，油脂含量高，粗脂肪含量约占餐厨废弃物干重的30％左右，收运、分选难度较大；餐厨废弃物富含蛋白质、淀粉、纤维素等有机物，微量元素如氮、磷、钾、钙丰富，营养齐全，有毒有害物质如重金属等含量很少，再利用价值高。

餐厨废弃物厌氧发酵产能源气是一种有效的资源化再利用途径，考虑到油脂比其它有机物具有更高的产甲烷能力，将油脂同餐厨废弃物一起进行生物气转化，回收清洁能源。但是工程化餐厨废弃物厌氧发酵处理工艺中普遍采用中温厌氧发酵，而此温度下植物油脂全部以液态存在，而动物油脂融点一般在40～55℃，很难融化漂浮在水面。现有的湿热处理设备搅拌桨老化快，设备不宜长期使用；且现有的湿热处理设备一般采用油浴加热，热传质效率较低，湿热处理需要温度较高，能耗较高，目前现存的湿热处理设备一般没有考虑到余热回收与热量回收后有效利用方面的问题；另外，由于湿热处理一般温度较高，容易产生水分蒸发而导致的餐厨废弃物含水率过低，厌氧发酵进料不畅或在进料之前需要另设一个调配池，以达到餐厨废弃物均质化的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述预处理装置进行餐厨废弃物湿热预处理的方法。

为实现上述目的，本发明提供的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，主要包括：

一圆柱形的预处理反应罐，预处理罐的罐体内壁和外壁之间设有控温导油管，控温导油管内填充有导热油，控温导油管与罐体内壁相接触，控温导油管与罐体外壁之间填充有保温材料，罐体顶盖安装有进料口，罐体底部设有出料口；

预处理罐的罐体内安装有蒸汽盘管，蒸汽盘管内侧与尾端设有蒸汽喷口，蒸汽喷口的曲率半径等同于蒸汽盘管的圆半径，蒸汽喷口弧切线与蒸汽盘管的圆切线夹角为5～10°之间；

预处理反应罐罐体上部设有管式除油机，除油机的导油口设置有蠕动泵，将刮除的油脂吸出转移至废油回收箱。

所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，预处理反应罐的罐体为不锈钢材质，罐体底部为圆锥形，罐体顶盖的进料口安装有进料阀门，罐体底部的出料口安装有出料阀门，进料阀门和出料阀门均配有输料泵。

所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，进料阀门和出料阀门均为电磁阀与手动阀两套并联使用，电磁阀与电控设备相连。

所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，罐体顶盖与罐体之间以法兰密闭连接。

所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，预处理罐的罐体顶盖安装有压力安全阀。

所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，蒸汽盘管在罐体内呈螺旋排列。

所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，控温导油管呈螺旋状缠绕在预处理罐的罐体内壁与外壁之间，螺旋状的控温导油管之间填充有保温材料。

所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，预处理罐的罐体顶盖安装有压力安全阀。

本发明利用上述均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置对餐厨废弃物进行预处理的方法：

餐厨废弃物经破碎后由进料泵进入预处理罐，加料至设定的最高液位，完成加料后关闭罐体顶盖，以0.7Mpa通入的蒸汽经过蒸汽入口通过蒸汽盘管喷口喷出的蒸汽带动底物转动；

启动除油机，由收油管将浮油粘至收油管的外壁，再经刮片刮除进入废油回收箱，油脂收集完成之后，打开出料口，将完成预处理的餐厨废弃物排出预处理罐；

进行除油的同时开启控温导油管，将罐体内部温度降低至40℃之后停止除油机。

所述的方法，其中，蒸汽通入量控制在80～100℃，压力控制在0.13～0.15MPa，蒸汽带动底物转动的转速为90-110r/min。

本发明的优点如下：

(1)本发明显著提高了餐厨废弃物湿热处理传热性能。采用蒸汽盘管与蒸汽喷口的组合工艺导入高温高压蒸汽，在为餐厨废弃物提供湿热处理必须的热量的同时，以高温蒸汽喷出的动力带动餐厨废弃物搅拌，从而代替搅拌桨的作用，使热量传递更加均匀，传质表面积较现有油浴反应釜高出2～3倍；可实现年平均设备维修费用减少50％，同时提高设备使用年限3年以上；在高温高压蒸汽喷入物料的同时，也省却了由于常压湿热处理时常发生的物料失水过多，在物料进行处理之前需要另行加入处理配水的步骤；采用此装置对餐厨废弃物进行湿热处理后，可将餐厨废弃物厌氧发酵产气水平(VS产气率)提高1倍以上；平均产甲烷浓度达60％～70％，较不进行湿热处理的餐厨废弃物产甲烷浓度(33.3％)提高了31％。

(2)本发明中的除油系统可以在湿热处理的同时去除可浮油。设备内部偏上部位设置有自动除油系统，伴随湿热处理的进行，刮去可浮油，完成餐厨废弃物湿热处理可浮油收集与回收再利用工作，避免了将物料再次进行冷却沉淀，油水分离的过程；在除油的同时可以使用导热油对设备罐体与设备内部物料进行余热回收，充分利用系统内部热量。

(3)本发明能有效的提高湿热处理热传质效率、延长设备稳定运行年限、均质化餐厨废弃物、脱去餐厨废弃物中多余的油脂、提高厌氧发酵产气率并进行余热回收。

附图说明

图1为本发明装置的侧视图；

图2为图1的俯视图。

附图中标记说明：

1安全阀；2蒸汽入口；3预处理罐顶盖；4法兰；5最高液面；6控温导油管；7保温材料；8管式除油机；9废油回收箱；10收油管；11蒸汽喷口；12蒸汽盘管；13出料口。

具体实施方式

本发明可以将餐厨废弃物的动物油脂释放出来，形成可浮油，增加产气量的同时提取可浮油，进行生物柴油制备；本发明由高温蒸汽为餐厨废弃物补水与加热，不但可以避免搅拌桨老化过快导致的设备无法长期稳定运行的问题，而且可以避免餐厨废弃物在湿热预处理的过程中由于温度较高而导致的失水过多的现象，并且本发明由高温蒸汽作为唯一热源与传统湿热设备使用油浴加热相比具有热传质效率高的优点，均质化与除油效果显著，无毒无害不产生二次污染，保证餐厨废弃物的均质化与脱油同时有效进行，且使用导热油回收湿热处理后产生的大量余热，减小反应体系能耗，具有广阔的应用前景。

下面结合附图和实施例对本发明做更详细地说明。

请参阅图1和图2。本发明的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置的主体为一圆柱形的预处理反应罐，该预处理反应罐为不锈钢材质，圆柱罐体底部为圆锥形，设有出料口13，在一个实施例中预处理反应罐的高径比为2:1～4:1。

预处理罐内的罐体顶盖3通过法兰4与罐体密封连接，罐体顶盖内处于最高液位5以上70～100mm的位置设有除油机8，导油口设置在废油回收箱9之下。在一个实施例中的除油机采用管式除油机，除油机的收油管10的管长大于等于罐体圆切面周长，除油机8的刮油板下方30～50mm处安装有废油回收箱，废油回收箱9下部的导油口利用蠕动泵将刮除的油脂吸出，转移至预处理罐外部进行收集。

预处理罐的罐体内壁与外壁之间处安装有控温导油管6，控温导油管6内填充有导热油，控温导油管6以螺旋状紧密缠绕在罐体内壁与外壁之间，控温导油管6与罐体的内壁相接触，螺旋状的控温导油管之间以及与罐体外壁之间设有保温材料7，在一个实施例中，控温导油管6与罐体外壁之间的保温材料厚度为30～40mm，可等比例放大，控温导油管6直径为5～8mm，

预处理罐的罐体内壁螺旋排列有蒸汽盘管12，蒸汽盘管12的螺旋半径为罐体内壁半径的70％。蒸汽盘管12螺旋间隔可根据工程规模和温控要求等比例放大，在一个实施例中蒸汽盘管螺旋间隔为50～200mm。蒸汽盘管12内侧与尾端设有蒸汽喷口11，蒸汽喷口11的曲率半径等同于蒸汽盘管圆半径，蒸汽喷口弧切线与同点盘管圆切线夹角为5～10°之间；蒸汽喷口11与蒸汽盘管12接合处的内径、外径统一，蒸汽喷口11处的内径与蒸汽盘管的内径比为1:2～1:3，可等比例放大，用以增强高温蒸汽喷出速度，利用高温蒸汽喷射动力达到物料搅拌的作用，同时加热物料和补充水分。蒸汽入口2由电磁阀与手动阀双相控制。罐体顶盖安装有压力安全阀1，控制罐体内部压力在0.1～0.15Mpa微压环境，保证安全操作。

罐体顶盖的进料口安装有进料阀门，罐体底部安装有出料阀门，并配有输料泵。进料阀门和出料阀门为电磁阀与手动阀两套并联使用，进料阀门和出料阀门的电磁阀与电控设备相连实现控制，手动阀保证在电磁阀故障或断电时稳定运行。

本发明的蒸汽自旋湿热预处理装置在对餐厨废弃物进行预处理的方法是：

经过餐厨废弃物粉碎设备将餐厨废弃物打碎至糊状，之后经由预处理罐顶盖进料口送入预处理罐内，高温蒸汽经由蒸汽入口2导入蒸汽盘管12，并从蒸汽喷口11高速喷出带动餐厨废弃物旋转搅拌，并为餐厨废弃物加热、补水。餐厨废弃物经过处理之后通常处于较高温度，在降温之前，除油机工作，将湿热处理后脱出的可浮油除去。在进行除油的同时，控温导油管对预处理罐进行降温并回收余热。

具体过程说明如下：

餐厨废弃物经过分选去除筷子、骨头等难降解大块物质，经破碎后由进料泵进入预处理罐，加料至设定的最高液位5，完成加料后，关闭罐体顶盖3，通过法兰4密闭罐体，安全阀1调至工作状态，通入蒸汽为底物进行加热与搅拌。

用171℃饱和高温蒸汽为底物加热，高温蒸汽以中压0.7Mpa经过蒸汽入口2通入预处理罐体中的蒸汽盘管12，通过蒸汽盘管喷口11喷出的高温蒸汽带动底物转动，转速设置为100r/min左右。

预处理罐内的湿热处理温度设置为90℃，通过高温蒸汽通入量调节罐体内部温度；湿热处理时长设置30min，微压0.15MPa状态下对餐厨废弃物进行湿热处理。

湿热预处理结束后，马上启动除油机，同时开启控温导油管6，使罐体内部温度降低至40℃之后停止除油。除油机采用管式除油机，收油管在液面运动，使可浮油朝着收油管运动方向流动，收油管将浮油粘至收油管的外壁，经高度耐磨的陶瓷刮片刮除进入废油回收箱9。油脂收集完成之后，出料口打开，出料泵开始工作，将完成湿热预处理的餐厨废弃物排出均质脱油一体化蒸汽自旋湿热处理装置。

经过本发明预处理过的餐厨废弃物其均质化性能得到较大提升，本发明对餐厨废弃物进行湿热预处理后，进入双相厌氧发酵体系，所产氢气浓度由利用传统搅拌油浴式方法处理餐厨废弃物的40.14％提高到50.22％，所产甲烷浓度由传统方法的56.30％提高至76.75％；沼气的产生量也提高了12.30％。本发明装置能耗较小，移动与安装调试方便。

Claims (10)

1.一种均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，主要包括：

一圆柱形的预处理反应罐，预处理罐的罐体内壁和外壁之间设有控温导油管，控温导油管内填充有导热油，控温导油管与罐体内壁相接触，控温导油管与罐体外壁之间填充有保温材料，罐体顶盖安装有进料口，罐体底部设有出料口；

预处理罐的罐体内安装有蒸汽盘管，蒸汽盘管内侧与尾端设有蒸汽喷口，蒸汽喷口的曲率半径等同于蒸汽盘管的圆半径，蒸汽喷口弧切线与蒸汽盘管的圆切线夹角为5～10°之间；

预处理反应罐罐体上部设有管式除油机，除油机的导油口设置有蠕动泵，将刮除的油脂吸出转移至废油回收箱。

2.根据权利要求1所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，预处理反应罐的罐体为不锈钢材质，罐体底部为圆锥形，罐体顶盖的进料口安装有进料阀门，罐体底部的出料口安装有出料阀门，进料阀门和出料阀门均配有输料泵。

3.根据权利要求2所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，进料阀门和出料阀门均为电磁阀与手动阀两套并联使用，电磁阀与电控设备相连。

4.根据权利要求1或2所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，罐体顶盖与罐体之间以法兰密闭连接。

5.根据权利要求1或2所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，预处理罐的罐体顶盖安装有压力安全阀。

6.根据权利要求1所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，蒸汽盘管在罐体内呈螺旋排列。

7.根据权利要求1所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，控温导油管呈螺旋状缠绕在预处理罐的罐体内壁与外壁之间，螺旋状的控温导油管之间填充有保温材料。

8.根据权利要求1所述的均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置，其中，预处理罐的罐体顶盖安装有压力安全阀。

9.利用权利要求1所述均质脱油一体化蒸汽自旋湿热预处理装置对餐厨废弃物进行预处理的方法：

餐厨废弃物经破碎后由进料泵进入预处理罐，加料至设定的最高液位，完成加料后关闭罐体顶盖，以0.7Mpa通入的蒸汽经过蒸汽入口通过蒸汽盘管喷口喷出的蒸汽带动底物转动；

启动除油机，将浮油粘至收油管的外壁，再经刮片刮除进入废油回收箱，油脂收集完成之后，打开出料口，将完成预处理的餐厨废弃物排出预处理罐；

进行除油的同时开启控温导油管，将罐体内部温度降低至40℃之后停止除油机。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，蒸汽通入量控制在80～100℃，压力控制在0.13～0.15MPa，蒸汽带动底物转动的转速为90～110r/min。