CN108707467A - 固废热裂解系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固废热裂解系统，该系统包括依次连接的热裂解釜、冷凝装置和油气分离装置，热裂解釜连接有电加热单元；还包括与热裂解釜相连的监测装置，监测装置包括：用于采集热裂解釜内图像信息的摄像头；用于检测热裂解釜内温度的温度传感器；用于检测热裂解釜内压力的压力传感器；用于接收摄像头、温度传感器和压力传感器的输出信号并根据输出信号控制电加热单元的启停的控制器。摄像头实时观察热裂解过程中反应物的形态变化，温度传感器和压力传感器实时检测热裂解釜内反应参数，控制器收集各监测信号后将图像与反应参数变化曲线进行比对，根据比对结果控制电加热单元的启停从而对热裂解各环节的反应参数进行精确调控。

Description

固废热裂解系统
技术领域
本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种固废热裂解系统。
背景技术
随着经济的发展，工业生产中产生的固废也越来越多，固废严重污染了我们的生活环境。不过，固废也是一种放错地方的资源，只要加以合理科学的处理，固废同样会带来巨大的经济收益，实现资源的循环利用。要想实现固废的资源化无害化处理，就必须将固废的经济效益和环境效益最大化，其中，固废热裂解技术是工业固废综合处理的重要技术手段。
热裂解技术是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为：(1)以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；(2)在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的可燃油；(3)纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程。
如申请号为CN201710069576.7的中国发明专利申请公开了一种连续化外热热裂解与催化蒸馏耦合系统，该系统包括进料装置、热裂解装置、催化蒸馏耦合装置、冷凝装置、裂解气净化装置以及燃烧器；所述热裂解装置的外壁上设有外热炉体，所述外热炉体连接所述燃烧器，所述热裂解装置的进料口连接所述进料装置，所述热裂解装置的出气口连接所述催化蒸馏耦合装置的进气口，所述催化蒸馏耦合装置的出气口连接所述冷凝装置，所述冷凝装置、裂解气净化装置和燃烧器依次连接；所述热裂解装置还设有进液口，所述催化蒸馏耦合装置还设有出液口，所述出液口连接所述热裂解装置的进液口。
由于热裂解装置一般都是密闭设备，难以对热裂解装置中的热裂解过程进行监测，热裂解的进程全靠经验判断或根据热裂解系统中后续的裂解气净化装置的压力状况或燃烧器的燃烧情况判断，难免会存在判断不准确或判断滞后的情况，因此难以对热裂解装置内的温度和压力进行实时调控。
发明内容
本申请的发明目的是提供一种便于对热裂解过程进行实时调控的固废热裂解系统。
为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：
一种固废热裂解系统，包括依次连接的热裂解釜、冷凝装置和油气分离装置，所述的热裂解釜连接有用于对热裂解釜进行加热的电加热单元，所述的固废热裂解系统还包括与所述热裂解釜相连的监测装置，所述监测装置包括：
用于采集热裂解釜内图像信息的摄像头；
用于检测热裂解釜内温度的温度传感器；
用于检测热裂解釜内压力的压力传感器；
控制器，所述的控制器用于接收摄像头、温度传感器和压力传感器的输出信号并根据所述的输出信号控制电加热单元的启停。
本申请在固废热裂解系统中设置监测装置，其中，摄像头可以实时观察热裂解过程中反应物的形态变化，同时温度传感器和压力传感器实时检测热裂解釜内的反应参数，控制器收集各监测信号后将实时图像与反应参数变化曲线进行比对，根据比对结果控制电加热单元的启停从而实现对热裂解程序各个环节的反应参数进行精确调控。
在上述的固废热裂解系统中，所述的热裂解釜包括密封连接的釜体和釜盖，所述的釜体的侧壁上带有延伸管，所述的延伸管内设置有观察通道，该观察通道的其中一端通过开设有釜体侧壁上的观察孔与釜体内部相连通，另一端的端部密封设置有透明盖体。
在上述的固废热裂解系统中，所述的观察通道对准釜体内侧底部，所述的摄像头安装在透明盖体外侧。
在上述的固废热裂解系统中，所述的电加热单元包括内置于釜体内的电加热棒、以及与所述电加热棒相连的固态继电器，所述的控制单元用于接收摄像头、温度传感器和压力传感器的输出信号并根据所述的输出信号控制固态继电器的启闭。
在上述的固废热裂解系统中，所述的热裂解釜连接有抽真空泵和氮气罐，所述的控制器还用于根据压力传感器的输出信号控制氮气罐与热裂解釜之间的连通状态。如此可以进一步提高对热裂解釜内压力的控制精度。
在上述的固废热裂解系统中，所述的冷凝装置包括与热裂解釜相连的第一出气管，所述的第一出气管通过三通管分别连接有第一冷却管和第二冷却管，所述的第一冷却管与第一冷凝单元相连，所述的第二冷却管与第二冷凝单元相连，第一冷凝单元和第二冷凝单元均与油气分离装置相连，第一冷却管和第二冷却管上分别设有阀门。本申请同时设置第一冷凝单元和第二冷凝单元，通过调节第一冷却管和第二冷却管上阀门的启闭状态，使第一冷凝单元和第二冷凝单元分别与热裂解釜相连，通过对从油气分离装置获得的油品和气体进行检测，可以分析不同的冷凝手段(即第一冷凝单元和第二冷凝单元)对产物是否存在影响以及存在何种影响，以便针对不同的固废采用更加适宜的冷凝手段。
在上述的固废热裂解系统中，所述的第一冷凝单元包括与所述第一冷却管相连的水冷换热箱，所述的第一冷却管延伸至水冷换热箱内并穿过水冷换热箱与油气分离装置相连。
在上述的固废热裂解系统中，在所述的水冷换热箱内，所述的第一冷却管呈螺旋状盘绕延伸。
在上述的固废热裂解系统中，所述的冷凝装置还包括第二冷凝单元，所述的第二冷凝单元包括：
与第二冷却管相连的水喷淋塔；
与所述的水喷淋塔相连、用于接收从水喷淋塔流出的油水混合物的油水分离器；
用于将油水分离器内的水相重新输送至水喷淋塔顶部的喷淋管；
用于驱使油水分离器内的水相进入喷淋管的抽水泵；
用于连通水喷淋塔顶部和油气分离装置的第二出气管。
在上述的固废热裂解系统中，所述的油气分离装置包括：与第一冷却管或第二出气管相连通的油气分离器；
与所述的油气分离器的底部相连的油箱；
与所述的油气分离器的顶部相连通的储气罐，所述的储气罐与油气分离器之间设有压缩机。
在上述的固废热裂解系统中，所述的油箱还与油水分离器相连，用于收集被油水分离器分离出的油相。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本申请在固废热裂解系统中设置监测装置，其中，摄像头可以实时观察热裂解过程中反应物的形态变化，同时温度传感器和压力传感器实时检测热裂解釜内的反应参数，控制器收集各监测信号后将实时图像与反应参数变化曲线进行比对，根据比对结果控制电加热单元的启停从而实现对热裂解程序各个环节的反应参数进行精确调控。
(2)本申请的冷凝装置同时设置第一冷凝单元和第二冷凝单元，通过调节第一冷却管和第二冷却管上阀门的启闭状态，使第一冷凝单元和第二冷凝单元分别与热裂解釜相连，通过对从油气分离装置获得的油品和气体进行检测，可以分析不同的冷凝手段对产物是否存在影响以及存在何种影响，以便针对不同的固废采用更加适宜的冷凝手段。
附图说明
图1为本发明一种固废热裂解系统的结构示意图；
图2为本发明一种固废热裂解系统中另一种热裂解釜的结构示意图；
图3为图2的热裂解釜在另一视角下的结构示意图；
图4为图3中热裂解釜的内胆的透视图；
图5为图4中内胆底部在另一视角下的结构示意图；
图6为图3中热裂解釜的外壳的透视图；
图7为图2的热裂解釜在另一视角下的透视图；
图8为本发明一种固废热裂解系统的部分结构在另一视角下的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例一种固废热裂解系统，包括依次连接的热裂解釜1、冷凝装置2和油气分离装置3。
如图1和图2和图4和图6和图7所示，本实施例的热裂解釜1包括外壳11和内胆12，其中，外壳11通过法兰接头与釜盖13密封连接，内胆12则套装在外壳11内，两者之间相互固定，外壳11和内胆12之间的间隙中放置保温材料；外壳11外设有用于支撑热裂解釜1的支撑件。本实施的支撑件可以是如图1所示的支架14，也可以是如图2所示的直接焊接在外壳11外周的支撑腿15。
结合图2至图7可见，外壳11和内胆12之间的固定方式为：内胆12的底部开设有用于安装电加热棒16的第一安装孔17，外壳11的底部开设有第二安装孔18，在朝向内胆12的一侧，第二安装孔18的开口外缘设有定位筒19，定位筒19穿过第一安装孔17且定位筒19的外径与第一安装孔17的内径相适应、定位筒19的内径与第二安装孔18的内径相一致；在背离内胆12的一侧，第一安装孔17的开口外缘设有用于固定电加热棒16的法兰盘。
电加热棒16、第一安装孔17的数量可以根据需要具体设置，如图4和图5所示，本实施例中，第一安装孔17有三个，且所有第一安装孔17在内胆12上呈环形阵列布置；并且，在第一安装孔17阵列内侧，内胆12上设置有三个托架110，三个托架110也呈环形陈列布置，围成托盘放置区；并且各托架110顶面均带有用于将托盘4限制在托盘放置区内的限位柱111。
如图7所示，本实施例的釜盖13上安装有两个热电偶112，除了将热电偶112安装在釜盖13上，也可以如图1所示将热电偶112安装在釜体侧壁上，但这种安装方式需要在外壳11和内胆12上穿孔，因此较为繁琐。不管是哪种安装方式，热电偶112的数量也可以根据需要增加，但必须保证其中一个热电偶112的探头延伸至托盘放置区，另一个热电偶112的探头延伸至釜体中部；托盘放置区处于电加热棒16附件，其所在位置温度较高，而釜体中部温度相对较低，为了确保热裂解过程中釜内温度适宜，本实施例分别在托盘放置区和釜体中部检测温度，并进行综合调节。所有热电偶112均接入PLC配电柜113，PLC配电柜113将检测数据上传给PC机114。
如图1所示，电加热棒16通过固态继电器接入PLC配电柜113，PLC配电柜113与PC机114相连，根据PC机114发出的相应指令，PLC配电柜113可以控制固态继电器的启闭状态，从而决定电加热棒16是否工作。
此外，内胆12的侧壁上开设有观察孔115，观察孔115处密封焊接有延伸管116，该延伸管116内设有观察通道117，观察通道117对准托盘放置区，并且在观察通道117远离观察孔115的一端的端部通过法兰接头密封连接有透明盖体118。相应地，外壳11上开设有与观察孔115位置对应的对接孔124，该对接孔124处密封焊接有套设在延伸管116外侧的防护管125。
在延伸管116端部设置透明盖体118便于在透明盖体118处安装摄像头，从而可以观测内胆12内物料的物理形态变化。摄像头连接硬盘录像机119(MVR)，硬盘录像机119连接PC机114，硬盘录像机119记录存储摄像头采集的图像后上传给PC机114。
如图1、图2和图7所示，热裂解釜1侧壁上安装有减压阀120，热裂解釜1通过减压阀120连接抽真空泵121；热裂解釜1侧壁上还安装有充气阀122，热裂解釜1通过充气阀122连接氮气罐123。通过抽真空泵121和氮气罐123调控内胆12内的压力，内胆12内壁上安装有压力传感器，压力传感器接入PLC配电柜113，PLC配电柜113将压力传感器的检测数据上传给PC机114。
如图1和图8所示，热裂解釜1上端侧壁上开设有出气口，出气口处密封安装有第一出气管21，第一出气管21上安装有阀门和流量计；第一出气管21通过三通管连接有第一冷却管22和第二冷却管23，第一冷却管22和第二冷却管23上分别安装有阀门。
其中，第一冷却管22自上至下穿过水冷换热箱24，并且，在水冷换热箱24内，第一冷却管22呈螺旋状盘绕延伸。水冷换热箱24的顶部连接有进水管25，底部连接有出水管26；通过不断地将低温的制冷液体注入水冷换热箱24内，带走第一冷却管22中高温气体的热量，使其降温。穿过水冷换热箱24的第一冷却管22接入油气分离器31，这部分的第一冷却管22上也安装有流量计。
另一方面，第二冷却管23与水喷淋塔27相连，油水分离器28的顶部与水喷淋塔27的底部相连。在冷凝起始阶段，油水分离器28中仅盛装水，抽水泵29将油水分离器28中的水通过喷淋管210输送至水喷淋塔27顶部，自上至下对进入水喷淋塔27的高温气体进行喷淋降温，进行一级油气分离。水喷淋塔27顶部设有第二出气管211，被喷淋降温后的气体经第二出气管211通过三通管接入第一冷却管22中，随后进入油气分离器31中，进行二级油气分离。而高温气体中因降温而从气态转为液态的油质则随喷淋水进入油水分离器28中。
喷淋后进入油水分离器28中的油水混合物在油水分离器28中进行油水分离，被分离出水相会再次被抽水泵29输送至水喷淋塔27中，而被分离出的油相则会通过管道接入油箱32，管道上也设有阀门。
如图1所示，油气分离器31的底部连接油箱32，油气分离器31的顶部则连接有储气罐33，储气罐33与油气分离器31之间设有压缩机34。并且，在压缩机与储气罐33之间的管道上还连接有气体取样管35，在油箱32上也安装有油质取样管36，油质取样管36和气体取样管35上均设有阀门。
本实施例固废热裂解系统的工作原理为：
将待处理的物料放入托盘放置区内的托盘中，盖上釜盖13，法兰接头密封固定；摄像头开始工作，抽真空泵121抽真空，抽真空过程中，压力传感器实时监测釜内压力，并上传至PC机114，PC机114根据压力传感器上传的数据，利用抽真空泵121和氮气罐123对釜内压力进行调节；待釜内压力达到预设值时，开启电加热棒16，升温，温度传感器实时检测釜内温度并上传至PC机114，PC机114根据温度传感器、压力传感器以及MVR上传的信息控制固态继电器的启闭，从而控制电加热棒16的工作状态。待热裂解完成后，开启第一出气管21上的阀门，根据流量计的显示数据调节第一出气管21内的气体流量。根据具体需要，开启第一冷却管22或第二冷却管23上的阀门(第一冷却管22连通时，第二冷却管23不连通；反之亦然)，使第一出气管21内的高温气体能够经过不同的冷凝程序进行冷凝，最后在气体取样管35和油质取样管36对收集到的油质和气体进行检测分析，从而可以判断不同的冷凝方式对产物的影响。

Claims (11)

1.一种固废热裂解系统，包括依次连接的热裂解釜、冷凝装置和油气分离装置，所述的热裂解釜连接有用于对热裂解釜进行加热的电加热单元，其特征在于，所述的固废热裂解系统还包括与所述热裂解釜相连的监测装置，所述监测装置包括：
用于采集热裂解釜内图像信息的摄像头；
用于检测热裂解釜内温度的温度传感器；
用于检测热裂解釜内压力的压力传感器；
控制器，所述的控制器用于接收摄像头、温度传感器和压力传感器的输出信号并根据所述的输出信号控制电加热单元的启停。
2.如权利要求1所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的热裂解釜包括密封连接的釜体和釜盖，所述的釜体的侧壁上带有延伸管，所述的延伸管内设置有观察通道，该观察通道的其中一端通过开设有釜体侧壁上的观察孔与釜体内部相连通，另一端的端部密封设置有透明盖体。
3.如权利要求2所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的观察通道对准釜体内侧底部，所述的摄像头安装在透明盖体外侧。
4.如权利要求2所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的电加热单元包括内置于釜体内的电加热棒、以及与所述电加热棒相连的固态继电器，所述的控制单元用于接收摄像头、温度传感器和压力传感器的输出信号并根据所述的输出信号控制固态继电器的启闭。
5.如权利要求1所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的热裂解釜连接有抽真空泵和氮气罐，所述的控制器还用于根据压力传感器的输出信号控制氮气罐与热裂解釜之间的连通状态。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的冷凝装置包括与热裂解釜相连的第一出气管，所述的第一出气管通过三通管分别连接有第一冷却管和第二冷却管，所述的第一冷却管与第一冷凝单元相连，所述的第二冷却管与第二冷凝单元相连，第一冷凝单元和第二冷凝单元均与油气分离装置相连，第一冷却管和第二冷却管上分别设有阀门。
7.如权利要求6所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的第一冷凝单元包括与所述第一冷却管相连的水冷换热箱，所述的第一冷却管延伸至水冷换热箱内并穿过水冷换热箱与油气分离装置相连。
8.如权利要求7所述的固废热裂解系统，其特征在于，在所述的水冷换热箱内，所述的第一冷却管呈螺旋状盘绕延伸。
9.如权利要求6所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的第二冷凝单元包括：
与第二冷却管相连的水喷淋塔；
与所述的水喷淋塔相连、用于接收从水喷淋塔流出的油水混合物的油水分离器；
用于将油水分离器内的水相重新输送至水喷淋塔顶部的喷淋管；
用于驱使油水分离器内的水相进入喷淋管的抽水泵；
用于连通水喷淋塔顶部和油气分离装置的第二出气管。
10.如权利要求8所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的油气分离装置包括：与第一冷却管或第二出气管相连通的油气分离器；
与所述的油气分离器的底部相连的油箱；
与所述的油气分离器的顶部相连通的储气罐，所述的储气罐与油气分离器之间设有压缩机。
11.如权利要求9所述的固废热裂解系统，其特征在于，所述的油箱还与油水分离器相连，用于收集被油水分离器分离出的油相。
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