CN108704932A - 一种热脱附实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种热脱附实验装置，包括依次设置的加热系统、抽提系统、分离系统、冷凝系统和尾气处理系统，其中：加热系统包括带有温度调控的加热罐体和电加热棒；抽提系统包括真空泵、抽提管和通风管，真空泵连通抽提管，抽提管均布于加热罐体内，通风管一端连通大气源；分离系统包括三相分离器，三相分离器设置于真空泵与抽提管之间的管路上；冷凝系统包括若干设置于真空泵与三相分离器之间管路上的冷凝管；尾气处理系统包括吸附塔、送风机和排放烟囱，吸附塔连通真空泵，吸附塔的输出口依次连通送风机和排放烟囱。本装置可以确定热脱附技术所需的温度、抽提风量、真空度、抽提时间、热量空间分布等关键参数，为后期修复工程提供重要依据。

Description

一种热脱附实验装置

技术领域

本发明涉及物联网电表及节能技术领域，具体涉及一种热脱附实验装置。

背景技术

原位热脱附技术的原理是在污染区域均匀布置燃气加热井，加热井中的加热装置通过热传导的方式加热土壤，将污染土壤加热至目标污染物的挥发温度，促使污染物气化挥发。当污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过多相抽提井收集和捕获后进行尾气净化处理。经过处理的废气符合空气质量标准后排放到大气。该技术具有污染物处理范围宽、适用不同的土质结构、处理速率高、设备可移动、无二次污染、修复后土壤可再利用等优点，特别是对于PCBs这类含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二噁英的生成。

本发明为实验室热脱附实验装置，用于模拟工程现场热脱附工艺工况。单次处理土量为110kg，加热温度50-300℃可控，经热脱附处理后，排出的尾气温度达到冷却水温，通过检测尾气VOC含量，检验修复效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种热脱附实验装置。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种热脱附实验装置，该装置包括依次设置的加热系统、抽提系统、分离系统、冷凝系统和尾气处理系统，其中：

所述加热系统包括带有温度调控的加热罐体和电加热棒，用于盛放和加热待处理土壤；

所述抽提系统包括真空泵、若干抽提管和通风管，所述真空泵通过相应管路连通抽提管，所述抽提管均布于加热罐体内，用于抽出土壤中挥发性有机物气体，所述通风管一端连通大气源，另一端插入加热罐体内，用于补充气体；

所述分离系统包括三相分离器，所述三相分离器设置于真空泵与抽提管之间的管路上，用于分离出抽提气中的粉尘、废水及废气并将废气输向真空泵；

所述冷凝系统包括若干串联和/或并联组成的冷凝管，所述冷凝管设置于真空泵与三相分离器之间的管路上，用于通入经三相分离器输送来废气，并与冷凝管内设置的冷却水换热，将废气温度由高温变为冷却水温后的气态部分尾气输向真空泵；

所述尾气处理系统包括吸附塔、送风机和排放烟囱，所述吸附塔的输入口通过相应管路连通真空泵的尾气输出端，用于对真空泵抽出的尾气进行VOC及其它杂质的吸附，所述吸附塔的输出口通过相应管路依次连通送风机和排放烟囱，用于排出经吸附后的清洁尾气。

进一步的，所述加热罐体由内层罐体和外层罐体构成，所述内层罐体中盛放待处理土壤，内层罐体上端开口处设有密封法兰,所述电加热棒、抽提管和通风管均通过密封法兰插入待处理土壤中，所述外层罐体的外层包裹有隔热保温棉。

进一步的，若干根所述抽提管围绕电加热棒在一定直径的圆上均布，所述通风管设置于电加热棒附近。

进一步的，所述内层罐体的外壁上设有温度传感器，用于检测内层罐体的温度，分析热量空间分布。

进一步的，所述抽提管和通风管上沿长度方向每隔一段距离开设有若干小孔，用于增加通气面积。

进一步的，所述三相分离器包括抽提气进入口、粉尘排出口和废气排出口，所述三相分离器通过抽提气进入口及相应管路连通抽提管，并且在该管路上依次设有流量计FQI和温度计T，所述三相分离器分离出的固体颗粒和液体通过粉尘排出口排出，三相分离器分离出的废气通过废气排出口及相应管路连通冷凝管，并且在该管路上设有压力计P。

进一步的，所述冷凝管包括气体入口、冷却水入口、冷却水出口、气体出口和液体排出口，所述冷凝管通过气体入口及相应管路连通三相分离器，所述冷凝管通过气体出口及相应管路连通下一个冷凝管或真空泵，并且在该管路上设有温度计T，所述冷却水入口和冷却水出口分别设置在冷凝管的下端和上端并相互连通，用于通入冷却水形成水循环，所述冷凝管的液体排出口用于排出液化的水蒸气和系统污染物。

进一步的，所述吸附塔与真空泵之间的管路上还设有缓冲罐，用于缓冲收集冷凝管没有完全分离出来的液化的水蒸气和系统污染物。

进一步的，所述送风机与排放烟囱之间的管路上依次设有压力计P、温度计T、流量计FQI和PID传感器，分别用于检测该管路中带排放气体的压力、温度、流量和挥发性有机化合物VOC浓度。

本发明的有益效果是:

本发明为实验室热脱附实验装置，用于模拟工程现场热脱附工艺工况。单次处理土量为110kg，加热温度50-300℃可控，经热脱附处理后，排出的尾气温度达到冷却水温，通过检测尾气VOC含量，检验修复效果。

通过本发明的实验装置，可以确定热脱附技术所需的温度、抽提风量、真空度、抽提时间、热量空间分布等关键参数，为后期修复工程提供重要依据，从而极大的降低实际环境修复工程的成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中标号说明：1、加热罐体，2、电加热棒，3、真空泵，4、抽提管，5、通风管，6、三相分离器，61、抽提气进入口，62、粉尘排出口，63、废气排出口，7、冷凝管，71、气体入口，72、冷却水入口，73、冷却水出口，74、气体出口，75、液体排出口，8、吸附塔，9、送风机，10、排放烟囱，11、内层罐体，12、外层罐体，13、密封法兰，14、温度传感器，15、缓冲罐。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种热脱附实验装置，该装置包括依次设置的加热系统、抽提系统、分离系统、冷凝系统和尾气处理系统，其中：

所述加热系统包括带有温度调控的加热罐体1和电加热棒2，用于盛放和加热待处理土壤；

所述抽提系统包括真空泵3、若干抽提管4和通风管5，所述真空泵3通过相应管路连通抽提管4，所述抽提管4均布于加热罐体1内，用于抽出土壤中挥发性有机物气体，所述通风管5一端连通大气源，另一端插入加热罐体1内，用于补充气体；

所述分离系统包括三相分离器6，所述三相分离器6设置于真空泵3与抽提管4之间的管路上，用于分离出抽提气中的粉尘、废水及废气并将废气输向真空泵3；

所述冷凝系统包括若干串联和/或并联组成的冷凝管7，其构成的不同组合方式，可考察不同冷凝方式对废气的冷凝效果，在本实施例中，采用四根螺旋结构冷凝管7，两两成组，所述冷凝管7设置于真空泵3与三相分离器6之间的管路上，用于通入经三相分离器6输送来废气，并与冷凝管7内设置的冷却水换热，将废气温度由高温变为冷却水温后的气态部分尾气输向真空泵3；

所述尾气处理系统包括吸附塔8、送风机9和排放烟囱10，所述吸附塔8的输入口通过相应管路连通真空泵3的尾气输出端，用于对真空泵3抽出的尾气进行VOC及其它杂质的吸附，所述吸附塔8的输出口通过相应管路依次连通送风机9和排放烟囱10，用于排出经吸附后的清洁尾气。

所述加热罐体1由内层罐体11和外层罐体12构成，所述内层罐体11中盛放待处理土壤，在本实施例中，其有效直径400mm，有效高度500mm，内层罐体11上端开口处设有密封法兰13,所述电加热棒2、抽提管4和通风管5均通过密封法兰13插入待处理土壤中，所述外层罐体12的外层包裹有隔热保温棉，所述内层罐体11的外壁上设有温度传感器14，用于检测内层罐体11的温度，分析热量空间分布，在本实施例中，在内层罐体11的密封法兰13上和待处理土壤中可以再增加温度传感器14，进一步来监测分析热量空间分布。

若干根所述抽提管4围绕电加热棒2在一定直径的圆上均布，所述通风管5设置于电加热棒2附近，在本实施例中，采用三根抽提管4和一根通风管5，三根抽提管5围绕电加热棒2在直径300mm圆上均布，通风管5置于电加热棒2附近的该圆范围内，在装置工作时，电加热棒2发热，加热待处理土壤一段时间后，温度稳定，温度传感器14反馈信号控制管路上对应的电动球阀开启，真空泵3工作，待处理土壤中挥发性有机物以气体形式通过抽提管4被抽出。

所述抽提管4和通风管5上沿长度方向每隔一段距离开设有若干小孔，在本实施例中，每隔20mm开4x4mm孔，用于增加通气面积。

所述三相分离器6包括抽提气进入口61、粉尘排出口62和废气排出口63，所述三相分离器6通过抽提气进入口61及相应管路连通抽提管4，并且在该管路上依次设有流量计FQI和温度计T，所述三相分离器6分离出的固体颗粒和液体通过粉尘排出口62排出，三相分离器6分离出的废气通过废气排出口63及相应管路连通冷凝管7，并且在该管路上设有压力计P。

所述冷凝管7包括气体入口71、冷却水入口72、冷却水出口73、气体出口74和液体排出口75，所述冷凝管7通过气体入口71及相应管路连通三相分离器6，所述冷凝管7通过气体出口74及相应管路连通下一个冷凝管7或真空泵3，并且在该管路上设有温度计T，可对比冷却前后温度，观察效果，所述冷却水入口72和冷却水出口73分别设置在冷凝管7的下端和上端并相互连通，用于通入冷却水形成水循环，所述冷凝管7的液体排出口75用于排出液化的水蒸气和系统污染物。

所述吸附塔8与真空泵3之间的管路上还设有缓冲罐15，用于缓冲收集冷凝管7没有完全分离出来的液化的水蒸气和系统污染物，之后排到相应的废水处理设施进行相应无害处理，并且本实施中，吸附塔8采用双出气处理通道，加快处理效率，并便于更换吸附材料。

所述送风机9与排放烟囱10之间的管路上依次设有压力计P、温度计T、流量计FQI和PID传感器，分别用于检测该管路中带排放气体的压力、温度、流量和挥发性有机化合物VOC浓度，之后排放烟囱10对处理合格后的气体进行有组织排放。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (9)

1.一种热脱附实验装置，其特征在于，该装置包括依次设置的加热系统、抽提系统、分离系统、冷凝系统和尾气处理系统，其中：

所述加热系统包括带有温度调控的加热罐体（1）和电加热棒（2），用于盛放和加热待处理土壤；

所述抽提系统包括真空泵（3）、若干抽提管（4）和通风管（5），所述真空泵（3）通过相应管路连通抽提管（4），所述抽提管（4）均布于加热罐体（1）内，用于抽出土壤中挥发性有机物气体，所述通风管（5）一端连通大气源，另一端插入加热罐体（1）内，用于补充气体；

所述分离系统包括三相分离器（6），所述三相分离器（6）设置于真空泵（3）与抽提管（4）之间的管路上，用于分离出抽提气中的粉尘、废水及废气并将废气输向真空泵（3）；

所述冷凝系统包括若干串联和/或并联组成的冷凝管（7），所述冷凝管（7）设置于真空泵（3）与三相分离器（6）之间的管路上，用于通入经三相分离器（6）输送来废气，并与冷凝管（7）内设置的冷却水换热，将废气温度由高温变为冷却水温后的气态部分尾气输向真空泵（3）；

所述尾气处理系统包括吸附塔（8）、送风机（9）和排放烟囱（10），所述吸附塔（8）的输入口通过相应管路连通真空泵（3）的尾气输出端，用于对真空泵（3）抽出的尾气进行VOC及其它杂质的吸附，所述吸附塔（8）的输出口通过相应管路依次连通送风机（9）和排放烟囱（10），用于排出经吸附后的清洁尾气。

2.根据权利要求1所述的热脱附实验装置，其特征在于，所述加热罐体（1）由内层罐体（11）和外层罐体（12）构成，所述内层罐体（11）中盛放待处理土壤，内层罐体（11）上端开口处设有密封法兰（13）,所述电加热棒（2）、抽提管（4）和通风管（5）均通过密封法兰（13）插入待处理土壤中，所述外层罐体（12）的外层包裹有隔热保温棉。

3.根据权利要求2所述的热脱附实验装置，其特征在于，若干根所述抽提管（4）围绕电加热棒（2）在一定直径的圆上均布，所述通风管（5）设置于电加热棒（2）附近。

4.根据权利要求2所述的热脱附实验装置，其特征在于，所述内层罐体（11）的外壁上设有温度传感器（14），用于检测内层罐体（11）的温度，分析热量空间分布。

5.根据权利要求3所述的热脱附实验装置，其特征在于，所述抽提管（4）和通风管（5）上沿长度方向每隔一段距离开设有若干小孔，用于增加通气面积。

6.根据权利要求1所述的热脱附实验装置，其特征在于，所述三相分离器（6）包括抽提气进入口（61）、粉尘排出口（62）和废气排出口（63），所述三相分离器（6）通过抽提气进入口（61）及相应管路连通抽提管（4），并且在该管路上依次设有流量计FQI和温度计T，所述三相分离器（6）分离出的固体颗粒和液体通过粉尘排出口（62）排出，三相分离器（6）分离出的废气通过废气排出口（63）及相应管路连通冷凝管（7），并且在该管路上设有压力计P。

7.根据权利要求1所述的热脱附实验装置，其特征在于，所述冷凝管（7）包括气体入口（71）、冷却水入口（72）、冷却水出口（73）、气体出口（74）和液体排出口（75），所述冷凝管（7）通过气体入口（71）及相应管路连通三相分离器（6），所述冷凝管（7）通过气体出口（74）及相应管路连通下一个冷凝管（7）或真空泵（3），并且在该管路上设有温度计T，所述冷却水入口（72）和冷却水出口（73）分别设置在冷凝管（7）的下端和上端并相互连通，用于通入冷却水形成水循环，所述冷凝管（7）的液体排出口（75）用于排出液化的水蒸气和系统污染物。

8.根据权利要求1所述的热脱附实验装置，其特征在于，所述吸附塔（8）与真空泵（3）之间的管路上还设有缓冲罐（15），用于缓冲收集冷凝管（7）没有完全分离出来的液化的水蒸气和系统污染物。

9.根据权利要求1所述的热脱附实验装置，其特征在于，所述送风机（9）与排放烟囱（10）之间的管路上依次设有压力计P、温度计T、流量计FQI和PID传感器，分别用于检测该管路中带排放气体的压力、温度、流量和挥发性有机化合物VOC浓度。