CN106001064B - 超低温等离子有机废物再生利用方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超低温等离子有机废物再生利用方法及装置，有机废物通过原料泵进入进料管中，由蒸汽夹套加热升温，与添加剂混合、经分布器均匀分布后进入等离子反应器，通过等离子反应器上部由等离子发生器连接线圈和阴极头产生的等离子弧后，进入等离子腔中进行等离子化反应；等离子腔中的温度控制在749～782℃，有机废物中的物质部分断键并组合成两种或两种以上新的物质即完成部分等离子化，再经等离子反应器下部强降温到160℃以下后由底部物料出口排出到物料储存罐中；本发明不仅实现资源再利用，而且反应过程消耗的能源大幅降低，副产物附加值大幅提升，实现变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及有机物再生利用技术领域，尤其涉及一种用于实现有机废物部分等离子化的超低温等离子有机废物再生利用方法及装置。
背景技术
能源问题和环境问题是当今世界的两大热点问题。随着我国社会经济的发展,城市化进程的不断加快以及人们物质生活的随着我国社会工业化的发展,城市化进程的不断加快以及人们物质生活的提高，一方面对一次性能源的需求持续增长，另一方面工业废物以及城市生活废物(MSW)的数量也迅速增加，造成资源的巨大浪费。随着各种热处理技术在环境污染物处理上的日益广泛应用和许多难处理或特殊的污染物对处理效率的更高的要求,常规的热处理技术已逐渐显现出其不足之处。例如安装费用高、粉尘大、热效率不高、体积庞大、不能经常开关以及资源化程度底,尤其是对于多氯联苯类(PCB),氟里昂类等难消解含卤化合物及生物技术产业、农药、医院等的特殊废弃物处理,常规的燃料热源技术的处理效率常不能达到国际规定的标准(PCB的消解效率必须大于99.9999％)。再者，焚烧中排放二噁英(dioxin)污染问题一直是备受人们关注的焦点。焚化炉的燃烧产生的底灰(Bottom Ash)、尾气(Emission)和飞灰(Fly Ash)均含有有毒物质二噁英，对生态环境及人体健康带来危害。
采用低温水蒸汽(150℃～250℃)作为等离子体炬的工作气体，即采用水蒸汽作为有机废物的气化介质，经等离子体炬加热后的水蒸汽，平均温度高达5000℃，与常规的水蒸汽气化相比，蒸汽等离子体气化具有一系列优点，它为气化反应提供了一个高温、高能环境，物料加热速率快，反应速率快，有很高的处理效率，还能发生一些在普通气化条件下不能发生的反应；尤其是对难处理危险废物及特殊要求废物,其先进性与优越性进一步显现出来,成为有机废物处理领域中最有发展前途,最引人关注的一项高科技技术。
目前的等离子技术在处理各类物质时均采取把物质完全等离子化的方法，形成简单的气体小分子(如氢气、一氧化碳等)，这种方法存在着过分处理问题，不仅浪费大量的能源，而且把有用的物质都等离子化成小分子气体，没有使资源实现最大化的利用。并且在形成小分子气体过程中多余的碳离子无法和其他离子进行化合而形成碳原子，因此会在设备中形成积碳，影响设备的使用效果和寿命，例如：苯并芘在采用这种处理方法即完全等离子化后，最终产物是氢气和碳；而采用本发明的方法进行部分等离子化后可使其分解成为苯和吡。
发明内容
本发明提供了一种超低温等离子有机废物再生利用方法及装置，在有机废物通过等离子电子弧进行等离子化的时候，通过对等离子弧强度、反应时间及温度的整合控制，使有机废物最终实现不完全(部分)等离子化，重组为新的目标物质；不仅实现资源再利用，而且反应过程消耗的能源大幅降低，副产物附加值大幅提升，实现变废为宝。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
超低温等离子有机废物再生利用方法，包括如下步骤：
1)有机废物通过原料泵进入进料管中，由蒸汽夹套加热升温至89～92℃，在进料管末端与添加剂混合后到达分布器；添加剂为甲醇或水，添加剂与有机废物中莹蒽、苯并芴或芴的摩尔比为1：1；
2)进料管的出料口下方设等离子反应器；与添加剂混合后的有机废物经分布器均匀分布后进入等离子反应器，通过等离子反应器上部由等离子发生器连接线圈和阴极头产生的等离子弧后，进入等离子腔中进行等离子化反应；
3)等离子反应器设有循环冷却水系统，等离子腔中的温度控制在749～782℃，有机废物中的物质部分断键并组合成两种或两种以上新的物质即完成部分等离子化，再经等离子反应器下部强降温到160℃以下后由底部物料出口排出到物料储存罐中；有机废物部分等离子化时产生的蒸汽进入进料管蒸汽夹套中作为加热热源，换热后的出水汇入循环冷却水系统。
用于实现超低温等离子有机废物再生利用方法的装置，包括依次连接的原料泵、进料管、等离子反应器及物料储存罐；所述原料泵另外与外部的有机废物储罐连接；进料管外设蒸汽夹套，进料管底部出料口处设分布器；等离子反应器分为上段、中段和下段，上段等离子反应器内设线圈组和阴极头，线圈组、阴极头分别连接外部等离子发生器的阳极、阴极；等离子反应器中段为等离子腔，下段设蒸汽出口通过蒸汽管道连接蒸汽夹套上的蒸汽入口，蒸汽管道上设有温度计、蒸汽流量调节阀和放散阀；等离子反应器外设水冷壁连通循环冷却水系统，且等离子反应器的上段和中段外设上段水冷壁，下段设下段水冷壁，上段水冷壁和下段水冷壁独立供水；上段水冷壁、下段水冷壁与循环冷却水系统的连接管道上分别设流量调节阀；蒸汽夹套的出水口连接循环冷却水系统。
所述等离子腔为球形空心腔体，等离子反应器的上段和下段均为直管段。
所述分布器上方的进料管中及等离子腔内设有测温传感器。
所述等离子发生器为电控等离子发生器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)传统等离子化处理方式是把有机废物进行等离子体最大化处理，即达到完全等离子体以后再进行简单的重组，使物质彻底分解后形成小分子有机气体，做为燃烧热能利用；而本发明是将有机废物进行不完全(部分)等离子化，不仅节省了大量能源，而且可以将被处理的物质变成高附加值的化工原料；
2)装置结构简单，使用方便；可根据有机废物的组成对等离子弧强度、反应时间及温度进行整合控制，得到不同的目标物质；
3)根据需要，也可对有机废物进行完全等离子化；
4)整个过程不产生新的有毒有害物质或污染物，环境友好；
5)对部分等离子化反应生成的蒸汽进行充分利用，换热水进入冷却水循环系统循环利用，能源利用率高。
附图说明
图1是本发明所述超低温等离子有机废物再生利用装置的结构示意图。
图中：1.原料泵 2.进料管 3.蒸汽夹套 4.蒸汽入口 5.蒸汽出口 6.分布器 7.等离子反应器 8.线圈组 9.阴极头 10.等离子发生器 11.等离子弧 12.上段水冷壁 13.下段水冷壁 14.等离子腔 15.物料储存罐
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
参见图1，本发明所述超低温等离子有机废物再生利用方法，包括如下步骤：
1)有机废物通过原料泵进入进料管中，由蒸汽夹套加热升温至89～92℃，在进料管末端与添加剂混合后到达分布器；添加剂为甲醇或水，添加剂与有机废物中莹蒽、苯并芴或芴的摩尔比为1：1；
2)进料管的出料口下方设等离子反应器；与添加剂混合后的有机废物经分布器均匀分布后进入等离子反应器，通过等离子反应器上部由等离子发生器连接线圈和阴极头产生的等离子弧后，进入等离子腔中进行等离子化反应；
3)等离子反应器设有循环冷却水系统，等离子腔中的温度控制在749～782℃，有机废物中的物质部分断键并组合成两种或两种以上新的物质即完成部分等离子化，再经等离子反应器下部强降温到160℃以下后由底部物料出口排出到物料储存罐中；有机废物部分等离子化时产生的蒸汽进入进料管蒸汽夹套中作为加热热源，换热后的出水汇入循环冷却水系统。
如图1所示，用于实现超低温等离子有机废物再生利用方法的装置，包括依次连接的原料泵、进料管、等离子反应器及物料储存罐；所述原料泵另外与外部的有机废物储罐连接；进料管外设蒸汽夹套，进料管底部出料口处设分布器；等离子反应器分为上段、中段和下段，上段等离子反应器内设线圈组和阴极头，线圈组、阴极头分别连接外部等离子发生器的阳极、阴极；等离子反应器中段为等离子腔，下段设蒸汽出口通过蒸汽管道连接蒸汽夹套上的蒸汽入口，蒸汽管道上设有温度计、蒸汽流量调节阀和放散阀；等离子反应器外设水冷壁连通循环冷却水系统，且等离子反应器的上段和中段外设上段水冷壁，下段设下段水冷壁，上段水冷壁和下段水冷壁独立供水；上段水冷壁、下段水冷壁与循环冷却水系统的连接管道上分别设流量调节阀；蒸汽夹套的出水口连接循环冷却水系统。
所述等离子腔为球形空心腔体，等离子反应器的上段和下段均为直管段。
所述分布器上方的进料管中及等离子腔内设有测温传感器。
所述等离子发生器为电控等离子发生器。
本发明所述超低温等离子有机废物再生利用装置的工作过程为：根据所处理有机废物的成分组成设定所需工艺参数，包括等离子弧强度、反应时间及温度。有机废物进入进料管中与蒸汽夹套中的蒸汽换热后达到预热温度(通过分布器上方的测温传感器测温)，并与添加剂混合均匀后经过分布器进入等离子反应器中。在等离子反应器上6通过高温的等离子孤区域后发生等离子化反应；随后进入等离子腔中，控制等离子腔内的温度(通过等离子腔中的测温传感器测温)，使等离子化后的小分子物质重组为新的目标物质。冷却后的新物质进入物料储存罐中存储，并经后续的分离设备分离后作为可利用的资源使用。
反应时间通过原料泵调整进料速度实现控制。
添加剂的作用是促进新物质生成时的物料平衡和避免积碳的产生。
上段水冷壁和下段水冷壁独立供水，分别调节，实现等离子腔温度控制及等离子反应器下段中生成物快速冷却的目的。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
含莹蒽有机废物通过原料泵进入进料管中，由蒸汽夹套加热升温至90℃，在进料管末端与添加剂混合后到达分布器；添加剂为甲醇，添加剂与有机废物中莹蒽的摩尔比为1：1；
等离子腔中的温度控制在750℃，有机废物中的莹蒽断键并组合生成萘、苯和一氧化碳，并完成部分等离子化，萘、苯及有机废物其它成分反应生成的固体物质经等离子反应器下部强降温到150℃后由底部物料出口排出到物料储存罐中。以上过程的反应式如下：
【实施例2】
含苯并芴的有机废物通过原料泵进入进料管中，由蒸汽夹套加热升温至92℃，在进料管末端与添加剂混合后到达分布器；添加剂为甲醇，添加剂与有机废物中苯并芴的摩尔比为1：1；
等离子腔中的温度控制在780℃，有机废物中的苯并芴断键并组合生成萘、苯(或甲苯)和一氧化碳，并完成部分等离子化，萘、苯(或甲苯)及有机废物其它成分反应生成的固体物质经等离子反应器下部强降温到160℃后由底部物料出口排出到物料储存罐中。以上过程的反应式如下：
【实施例3】
含芴的有机废物通过原料泵进入进料管中，由蒸汽夹套加热升温至89℃，在进料管末端与添加剂混合后到达分布器；添加剂为甲醇，添加剂与有机废物中芴的摩尔比为1：1；
等离子腔中的温度控制在7650℃，有机废物中的芴断键并组合生成苯、甲苯和一氧化碳，并完成部分等离子化，苯、甲苯及有机废物其它成分反应生成的固体物质经等离子反应器下部强降温到150℃后由底部物料出口排出到物料储存罐中。以上过程的反应式如下：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.超低温等离子有机废物再生利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)有机废物通过原料泵进入进料管中，由蒸汽夹套加热升温至89～92℃，在进料管末端与添加剂混合后到达分布器；添加剂为甲醇或水，添加剂与有机废物中莹蒽、苯并芴或芴的摩尔比为1：1；
2)进料管的出料口下方设等离子反应器；与添加剂混合后的有机废物经分布器均匀分布后进入等离子反应器，通过等离子反应器上部由等离子发生器连接线圈和阴极头产生的等离子弧后，进入等离子腔中进行等离子化反应；
3)等离子反应器设有循环冷却水系统，等离子腔中的温度控制在749～782℃，有机废物中的物质部分断键并组合成两种或两种以上新的物质即完成部分等离子化，再经等离子反应器下部强降温到160℃以下后由底部物料出口排出到物料储存罐中；有机废物部分等离子化时产生的蒸汽进入进料管蒸汽夹套中作为加热热源，换热后的出水汇入循环冷却水系统。
2.用于实现权利要求1所述的超低温等离子有机废物再生利用方法的装置，其特征在于，包括依次连接的原料泵、进料管、等离子反应器及物料储存罐；所述原料泵还与外部的有机废物储罐连接；进料管外设蒸汽夹套，进料管底部出料口处设分布器；等离子反应器分为上段、中段和下段，上段等离子反应器内设线圈组和阴极头，线圈组、阴极头分别连接外部等离子发生器的阳极、阴极；等离子反应器中段为等离子腔，下段设蒸汽出口通过蒸汽管道连接蒸汽夹套上的蒸汽入口，蒸汽管道上设有温度计、蒸汽流量调节阀和放散阀；等离子反应器外设水冷壁连通循环冷却水系统，且等离子反应器的上段和中段外设上段水冷壁，下段设下段水冷壁，上段水冷壁和下段水冷壁独立供水；上段水冷壁、下段水冷壁与循环冷却水系统的连接管道上分别设流量调节阀；蒸汽夹套的出水口连接循环冷却水系统。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述等离子腔为球形空心腔体，等离子反应器的上段和下段均为直管段。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分布器上方的进料管中及等离子腔内设有测温传感器。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述等离子发生器为电控等离子发生器。
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