CN106590723A - 一种有机固体废弃物制生物炭的高温油气冷却分离工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有机固体废弃物制生物炭的高温油气冷却分离装置，包括依次连接：喷淋冷却管，用于高温混合气的喷淋冷却；洗涤冷凝器，对通入的高温混合气进一步冷却、酸碱中和以及除雾，得到含杂质的油水混合物和富气；自动过滤器，用于对所述的油水混合物进行过滤；油水分离器，用于分离过滤后的油水混合物并得到生物油和废水。本发明还公开利用上述装置实现的高温油气冷却分离工艺。本发明通过对制生物炭产生的高温油气冷却分离得到生物油，富气等；对得到的富气进行燃烧供热用于反应釜气化装置，生物油用于供热或销售，实现有机固体废弃物的资源化，回收利用。

Description

一种有机固体废弃物制生物炭的高温油气冷却分离工艺及 装置

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理领域，尤其涉及一种有机固体废弃物制生物炭产生的高温油气冷却分离工艺及装置。

背景技术

随着社会经济的发展，人类生态环境的保护和绿色循环经济的提倡，废弃物再利用成为当下处理的热门，科学家将以有机固体废弃物为原料，在无氧状态下对其进行能源化处理的方法，采用无氧热解法处理废弃物，避免了废弃物焚烧或填埋对环境造成的污染，是固体废弃物资源化、无害化、环保处理的好方法。热解所形成的一种炭质材料称为“生物炭”，生物炭是炭的一种形式，可以长期保存在土地中而不被分解成二氧化碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失。

有机固体废弃物能源转化利用是可再生能源领域的研究热点之一。主要包括污泥，农林废弃物，餐厨垃圾及厨余垃圾等。生物碳可以长期稳定地存在于自然界中，具有持久性的肥田沃土，促进土壤中微生物繁殖，促进植物生长，对二氧化碳吸收，使空气中二氧化碳减少的功能；生物碳富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以改善土壤的透气性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和养料，提高土壤肥力；生物碳在农业领域所具有的独特性能，使其在中国实施“沃土工程”过程中，起到重要的、不可替代的作用。

当前国内针对污泥的处理处置方法主要有填埋、焚烧、土地利用、厌氧消化、加热干化和加碱稳定。污泥填埋占用大量土地，产生的渗漏液和气体会严重污染地下水和大气。土地利用时由于污泥中含有病原菌、寄生虫卵、重金属和多种难降解有机化合物，进入农田作为农作物的肥料，通过食物链将会危害人体健康和动植物生长。焚烧是实现污泥无害化、减量 化、稳定化最为彻底的方法，在污泥处理处置中所占的比例逐年提高，已成为发达国家采用的主要技术，但其技术和装备投资大，运行成本高，高温烟气热利用率不高，国内污泥焚烧也有逐年增加的趋势，但尾气处理及工艺还有完善和解决，居民投诉较多，导致进展缓慢。最近几年出现的一些资源化技术也因处理成本过高，且有些技术尚处在实验室研究阶段，实际生产中难以大规模推广应用。

公开号为CN105601075A的中国专利公开了一种污泥热解碳化处理的工艺方法及其装置，污泥经压榨机压榨、粉碎机粉碎、混合搅拌机混拌、内加热回转窑烘干机内烘干后送入储料仓内后送入热解碳化炉内；污泥在热解碳化炉内发生热解碳化，产物固态碳的混合物输出系统外，产物水蒸气、热解气进入分离提纯塔中进行分离、提纯；提纯后的可燃气送入燃烧器中燃烧为内加热回转窑烘干机输送热源，提纯分离出的重组分送到混合搅拌机与污泥混拌进行二次热解；加热炉产生的烟气排出至热风炉内进行二次烧蚀；整个装置产生的尾气经内加热回转窑烘干机的出口I排出，经过处理后达标排放。虽然提供了一整天工艺流程及装置，但分离提纯设备相对简单，很难靠一个设备就能把油气及里面的杂质分开，而且产生的生物油也没有进一步的净化分离，从而造成产品的价格低廉，无法体现其价值。

发明内容

为减少越来越多的有机固体废弃物无法处置，使有机固体废弃物能更好的资源化，减量化，无害化和稳定化利用，本发明提供了一种有机固体废弃物制生物炭的高温油气冷却分离工艺及装置，主要是将高温油气通过冷却分离装置等设备在常温下分离成富气，生物油，废水等。

本发明所采用具体技术方案如下：

一种有机固体废弃物制生物炭的高温油气冷却分离装置，包括依次连接：喷淋冷却管，用于高温混合气的喷淋冷却；洗涤冷凝器，对通入的高温混合气进一步冷却、酸碱中和以及除雾，得到含杂质的油水混合物和富气；自动过滤器，用于对所述的油水混合物进行过滤；油水分离器，用于 分离过滤后的油水混合物并得到生物油和废水。

其中，所述洗涤冷凝器的顶部通过管路连接有气体净化器，以及用于接受气体净化器排出气体的至少一个缓冲罐。

优选的，所述洗涤冷凝器连接有酸碱中和循环管路，并设置接入循环管路的碱液槽和计量泵。

本发明还提供一种有机固体废弃物制生物炭产生的高温油气冷却分离工艺，包括以下几个步骤：

1)高温混合气通过喷淋冷却管喷淋冷却后，进入洗涤冷凝器进一步冷却，酸碱中和，除雾得到一定杂质的油水混合物和富气；

2)将洗涤冷凝器的油水混合物用泵经过自动过滤器过滤后得到泥浆和油水混合物，油水混合物进入油水分离器分离，得到生物油和废水；

3)将洗涤冷凝器的富气用罗茨风机经过气体净化器进化，进入缓冲罐，经过净化的富气去加热炉燃气燃烧器燃烧供热；

4)洗涤冷凝器的油水混合物通过水泵连续打循环，测量其酸碱性，碱液槽里面的碱液用计量泵调节其酸碱性；

5)油水分离器分离后的废水通过水冷却器换热冷却，用水泵打入喷淋冷却管喷淋。水冷却器外接循环水冷却系统，通过增压泵工作。

所述的喷淋冷却管倾斜设置，设有多级喷雾喷淋，高温混合气进入喷淋冷却管，通过大量的喷淋液吸收高温混合气的热量，将高温混合气温度降至一定温度，使可凝有机组分和水蒸汽凝结成液体，同时中和产物的酸性物质，保护后续设备，而且通过喷雾洗涤作用，可有效地去除不凝气体中的粉尘和SO2、NOX等酸性成分，有利与后续不凝气的燃烧及减少废气污染物生成。

作为优先的，在步骤1)中，喷淋冷却管内的喷雾组件一般为5～10个。喷淋冷却管安装的多级喷雾上安装有远程控制和现场控制的压力表和温度表，当洗涤冷凝器下面的油水混合物温度上升时，加大喷淋冷气管上喷雾的压力，同时开启多个喷雾器，直到慢慢降低洗涤冷凝器油水混合物的温度；反之，当洗涤冷凝器下面的油水混合物温度过低时，可降低压力，关闭喷雾，减轻后面油水分离器的压力。

所述的洗涤冷凝器，喷淋冷却管出来的含油废水和不凝气进入洗涤冷凝器，通过填料层提高气液的传质、换热，进一步将不凝气的温度降至工艺要求，提高可凝有机组分的凝结效果，强化不凝气的除尘效果和SO2、NOX等酸性成分的吸收效果，顶部出口设有除雾装置，减少不凝气带液。

作为优先的，在步骤2)中，洗涤冷凝器顶端安装有除雾装置和喷雾装置，中间设有填料层，填料层厚度一般为洗涤冷凝器高度的1/2～1/5；内部油水混合物pH值控制在5～9，冷却温度控制在20～60℃。

洗涤冷凝器底端的油水混合物有远程控制和现场控制的压力表，温度表和pH计，当pH计显示值低于要求时候，计量泵开启，把碱液槽里面的碱液打入一直在循环的油水混合物管道，直到pH计达到要求时，计量泵停止工作。

碱液槽里面的碱液可用氢氧化钠，氢氧化钾等，一般可用氢氧化钠，价格实惠。

所述的自动过滤器，洗涤冷凝器下部储存的含油废水用泵抽至自动过滤器，并同时通过泵前自动投加碱液自动调节废水的pH值，自动过滤器是液体全自动刮刀过滤器，液体从过滤器进口流入，自上向下流动，透过滤芯表面流向出口；当滤芯表面收集到一定量的杂质时，电机驱动装配校正器的刮刀紧贴滤芯表面转动，刮除杂质，杂质随下行液体聚集在收集室，当累积到一定量杂质时，自动排污阀打开收集室，将含高浓度杂质的液体排出，排出残液重新进入反应釜高温碳化处理。

所述的气体净化器也叫气液聚结分离器，主要作用于分离气体中的少量液体和水雾、油脂成分，采用多层疏水、疏油性质复合纤维材料聚结滤芯。

所述的油水分离器，设有入口防冲击装置、分配防浪挡板、高效聚结板等内部构件，自动过滤器排出的废水进入油水分离器，能有效快速实现油水分离，收集的浮油作为产物自动抽至储油罐，除油后的废水大部分循环使用作为喷淋液，多余部分自动排至污水设施处理。

作为优先的，在步骤2)中，高效聚结板材料采用DTS聚结板填料(又名双锥平行板聚结填料)，融合了当今传统板式除油和粗粒化聚结技 术，是一种高效液-液聚结分离填料，DTS聚结板填料是由一系列连续的45°向上和向下双锥形板，按一定的间隙上下整齐平行排列而成的规整聚结填料，它具有将油滴的上浮时间和油泥、固体的下沉时间大大缩短的功能和特性。每个向上的锥形孔为出油孔，每个向下的锥形孔为排渣孔，每一片双锥形板底面分布有粗粒化凸点，含油污水通过DTS聚结板填料时，这些粗粒化凸点能够抓住非常微小的油滴，通过45°向上锥形面使油珠由小变大，完成局部的油滴聚结，从而更容易在浮力作用下将聚结的油滴从向上的锥形孔上浮到水面上。同样，DTS聚结板填料的45°向下锥形排渣口设计，使聚结后的油泥和固体悬浮物因重力而下沉，通过光面板聚结于向下的锥形凹处并落入下部的分离器沉降区域，这种设计非常有利于油泥絮状物和固体的分离，防止了聚结板填料的堵塞，对稠油和固体含量较高的流体具有非常好的适应性。它具有处理效率高、适用范围广、易清洗、易维护、安装操作方便、平行板结构布置等特点，分离效率可达99％。

作为优先的，在步骤2)中，得到的废水经隔油，气浮处理后转移至污水处理厂。

进一步优先的，在步骤2)中，得到的生物油主要为木醋液，焦油等，密度较大，经沉淀，过滤，分离后，通过油泵打入燃油燃烧装置，也可打入生物油罐外售。

所述的富气为有机固体废弃物高温裂解并冷却后产生的氢气，一氧化碳，甲烷等较难压缩气体。通过罗茨风机，气体净化器，缓冲罐等装置，进入气体燃烧器装置燃烧以供应气化装置所需热量。

作为优先的，在步骤3)中缓冲罐连接有水封器，压力控制在0～60kpa。缓冲罐为一个或者多个，容积为5m³～20m³。

水封器安装有液位计，显示里面的水封高度，水封一般作用于常压罐，主要作用是防止气体直接排放至大气，一般气体不是有毒气体，而是具有一定气味的气体。冬天要注意水封结冰造成无法正常显示，罐压力上升而无法排空。

缓冲罐底部安装有液位计，当底部有积液时，通过水泵排液，打入污水站。

所述的水冷却器，目的使循环喷淋的废水需先经过降温后再使用。

作为优先的，在步骤5)中水冷却器可使用可拆卸板式换热器进行水-水换热冷却，可拆式板式换热器是一种新型的节能热交换装置，具有传热效果高、结构紧凑、占地面积小、操作简便，清洗、拆卸、维护方便，容易改变换热面积或流程组合等优点。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。板式换热器是液-液、液-汽进行热交换的理想设备。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3～5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90％以上。

所述的水泵、增压泵、计量泵和罗茨风机等前后都安装有金属软连接，金属软连接作为一种柔性耐压管件，用以补偿管道或机器、设备连接端的相互位移，吸收振动能量，能够起到减振、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等多项特点，为设备在震动，腐蚀性环境下能更好的运行。

为检修方便，可在洗涤冷凝器的底端，油水分离器的上端，缓冲罐的侧面设置检修口，检修口处密封配合有检修门，当装置出现故障时，现场操作人员可通过检修口对装置内的部件进行维修，维修完成后将检修门关闭；检修口设置的位置可根据实际场合确定。

本发明通过对有机固体废弃物，尤其是污泥制生物炭产生的高温油气冷却分离得到生物油，富气等。对得到的富气进行燃烧供热用于反应釜气化装置，生物油中的木醋液作为很好的一种液体肥料外售，生物油也可自己供热，也可市售外卖，真正实现了有机固体废弃物的资源化，减量化，无害化和稳定化，变废为宝，回收利用。

附图说明

图1为本发明中高温油气冷却分离工艺流程图；

图2为DTS聚结板填料原理图。

具体实施方式

如图1和2所示的高温油气冷却分离装置，包括依次连接喷淋冷却管1、洗涤冷凝器2、自动过滤器3和油水分离器4。

喷淋冷却管1倾斜设置，设有5～10级喷雾组件15，高温混合气A进入喷淋冷却管，通过大量的喷淋液吸收高温混合气的热量，将高温混合气温度降至一定温度，使可凝有机组分和水蒸汽凝结成液体，同时中和产物的酸性物质。喷雾喷淋组件15上安装有远程控制和现场控制的压力表和温度表。

洗涤冷凝器2顶端安装有除雾装置16和喷雾装置17，中间设有填料层18，填料层18厚度一般为洗涤冷凝器高度的1/2～1/5；内部油水混合物pH值控制在5～9，冷却温度控制在20～60℃。

洗涤冷凝器2底端的油水混合物有远程控制和现场控制的压力表，温度表和pH计，当pH计显示值低于要求时候，计量泵13开启，把碱液槽10里面的碱液打入一直在循环的油水混合物管道19，直到pH计达到要求时，计量泵停止工作。

洗涤冷凝器2下部储存的含油废水用泵抽至自动过滤器3，并同时通过泵前自动投加碱液自动调节废水的pH值，自动过滤器3是液体全自动刮刀过滤器，液体从过滤器进口流入，自上向下流动，透过滤芯表面流向出口；过滤质随下行液体聚集在收集室，当累积到一定量杂质时，自动排污阀打开收集室，将含高浓度杂质的液体排出，排出残液重新进入反应釜高温碳化处理。

油水分离器4内设有入口防冲击装置、分配防浪挡板、高效聚结板等内部构件，自动过滤器排出的废水进入油水分离器4，能有效快速实现油水分离，收集的浮油作为产物自动抽至储油罐，除油后的废水大部分循环使用作为喷淋液，多余部分自动排至污水设施处理。

本实施例中，高效聚结板材料采用DTS聚结板填料(又名双锥平行板聚结填料)，如图2所示，融合传统板式除油和粗粒化聚结技术，是一种高效液-液聚结分离填料，DTS聚结板填料是由一系列连续的45°向上和向下双锥形板，按一定的间隙上下整齐平行排列而成的规整聚结填料，它具有将油滴的上浮时间和油泥、固体的下沉时间大大缩短的功能和特性。 每个向上的锥形孔为出油孔，每个向下的锥形孔为排渣孔，每一片双锥形板底面分布有粗粒化凸点，含油污水通过DTS聚结板填料时，这些粗粒化凸点能够抓住非常微小的油滴，通过45°向上锥形面使油珠由小变大，完成局部的油滴聚结，从而更容易在浮力作用下将聚结的油滴从向上的锥形孔上浮到水面上。同样，DTS聚结板填料的45°向下锥形排渣口设计，使聚结后的油泥和固体悬浮物因重力而下沉，通过光面板聚结于向下的锥形凹处并落入下部的分离器沉降区域，这种设计非常有利于油泥絮状物和固体的分离，防止了聚结板填料的堵塞，对稠油和固体含量较高的流体具有非常好的适应性。它具有处理效率高、适用范围广、易清洗、易维护、安装操作方便、平行板结构布置等特点，分离效率可达99％。

本实施例中，利用上述装置实现的高温油气冷却分离工艺，具体步骤如下：

1)高温混合气A通过喷淋冷却管1，多级喷雾组件19通过水泵运转增加压力启动，一般先开启5个，喷淋冷却后，进入洗涤冷凝器2底部，根据pH计显示值，一般pH计显示为4～5，应洗涤冷凝器底部的水泵11一直在运转，此时，计量泵自动启动，把碱液槽10里面的碱液缓慢打入管道中，直到pH计显示为7左右，自动关闭计量泵13，酸碱中和后，得到一定杂质的油水混合物和富气B；

2)将洗涤冷凝器2的油水混合物用泵11抽至自动过滤器3，自动过滤器是液体全自动刮刀过滤器，液体从过滤器进口流入，自上向下流动，透过滤芯表面流向出口；当滤芯表面收集到一定量的泥浆时，电机驱动装配校正器的刮刀紧贴滤芯表面转动，刮除泥浆，泥浆随下行液体聚集在收集室，当累积到一定量泥浆时，自动排污阀打开收集室，将含高浓度杂质的泥浆排出，重新进入反应釜高温碳化处理。过滤后的油水混合物进入油水分离器4分离，

3)自动过滤器3排出的废水进入油水分离器4，收集的生物油C作为产物自动抽至储油罐，除油后的废水D大部分循环使用作为喷淋液，多余部分自动排至污水设施处理。

4)将洗涤冷凝器2中间依次而上分别有填料层，喷淋器，顶端有除 雾装置，富气B得到充分分离，冷却，净化后再用罗茨风机6经过气体净化器7进一步进化，进入缓冲罐8，经过净化的富气B去加热炉燃气燃烧器燃烧供热；当富气缓冲罐压力高时，燃烧装置气枪全部开启，关闭燃油燃烧装置，由自身产生的富气供热，如果多余的富气气枪来不及烧时，开启其他气体缓冲罐做进一步缓冲和储存；如果还有更多的气体多余，而且压力也达上限(一般设置为60kpa)，只能通过水封器9放空。

5)油水分离器分离后的一部分废水D通过水冷却器5，与冷却水系统的通过增压泵12工作的自来水换热冷却，再用水泵11打入喷淋冷却管1多级喷雾喷淋和洗涤冷凝器2喷淋。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机固体废弃物制生物炭的高温油气冷却分离装置，其特征在于，包括依次连接：

喷淋冷却管(1)，用于高温混合气的喷淋冷却；

洗涤冷凝器(2)，对通入的高温混合气进一步冷却、酸碱中和以及除雾，得到含杂质的油水混合物和富气(B)；

自动过滤器(3)，用于对所述的油水混合物进行过滤；

油水分离器(4)，用于分离过滤后的油水混合物并得到生物油(C)和废水(D)。

2.如权利要求1所述的高温油气冷却分离装置，其特征在于：所述的喷淋冷却管(1)倾斜布置，并沿管体设置有5～10级喷雾组件(14)。

3.如权利要求1所述的高温油气冷却分离装置，其特征在于：所述的洗涤冷凝器(2)顶端安装有除雾装置(22)和喷雾装置(21)，中间设有填料层(23)，填料层(23)的厚度为洗涤冷凝器(2)高度的1/2～1/5。

4.如权利要求1所述的高温油气冷却分离装置，其特征在于：所述洗涤冷凝器(2)的顶部通过管路连接有气体净化器(7)，以及用于接受气体净化器(7)排出气体的至少一个缓冲罐(8)。

5.如权利要求4所述的高温油气冷却分离装置，其特征在于：所述的缓冲罐(8)连接有水封器(9)。

6.如权利要求1所述的高温油气冷却分离装置，其特征在于：所述洗涤冷凝器(2)连接有酸碱中和循环管路，并设置接入所述循环管路的碱液槽(10)和计量泵(13)。

7.一种有机固体废弃物制生物炭的高温油气冷却分离工艺，其特征在于，包括步骤：

1)高温混合气(A)通过喷淋冷却管(1)喷淋冷却后，进入洗涤冷凝器(2)进一步冷却，酸碱中和，除雾得到含杂质的油水混合物和富气(B)；

2)将洗涤冷凝器(2)的油水混合物抽至自动过滤器(3)过滤后得到泥浆(E)和油水混合物，油水混合物进入油水分离器(4)分离，得到生物油(C)和废水(D)；

3)将洗涤冷凝器(2)的富气(B)送入气体净化器(7)进化，进入缓冲罐(8)，经过净化的富气(B)去加热炉燃气燃烧器燃烧供热；

4)洗涤冷凝器(2)的油水混合物通过水泵(11)连续打循环，测量其酸碱性，碱液槽(10)里面的碱液用计量泵(13)调节其酸碱性，调节完成后送入油水分离器(4)；

5)油水分离器(4)分离后的废水(D)通过水冷却器(5)换热冷却后打入喷淋冷却管(1)用于喷淋。

8.如权利要求7所述的高温油气冷却分离工艺，其特征在于，所述的缓冲罐(8)连接有水封器(9)，压力控制在0～60kpa。

9.如权利要求7所述的高温油气冷却分离工艺，其特征在于，所述的富气包括有机固体废弃物高温裂解并冷却后产生的氢气、一氧化碳和甲烷。

10.如权利要求7所述的高温油气冷却分离工艺，其特征在于，所述洗涤冷凝器(2)内油水混合物pH值控制在5～9，温度控制在20～60℃。