CN109052892A - 一种用于高含水率有机物处理的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高含水率有机物处理的装置及方法，包括：进料单元、水热干化单元、压滤单元、液体储存单元、热转化单元和固体储存单元；待处理的高含水率有机物能够依次进入进料单元、水热干化单元、压滤单元和热转化单元；水热干化单元设置有进气口和出气口；水热干化单元设置有第一加热装置和第一温度控制装置；压滤单元为机械压滤单元；热转化单元包括第二加热装置和第二温度控制装置。本发明通过原位水热脱水可较好的降低高含水率有机物的含水率，将含水率降低后的高含水率有机物进行热转化获得的产物品质较高；本发明为一体化联用装置，操作方便，高含水率有机物的处理效率较高。

Description

一种用于高含水率有机物处理的装置及方法

技术领域

本发明属于高含水率有机固体废物能源化与资源化技术领域，特别涉及一种用于高含水率有机物处理的装置及方法。

背景技术

高含水率有机固体废物的处理与资源化利用近几年来受到广泛关注。以污泥为例，数据显示，2016年，全国污泥处理能力约为1300万吨/日，全国污泥处理率仅达到33％，有67％左右的污泥没有得到无害化处理处置，对生态环境造成威胁。据估计，2020年我国污泥产量将达到8000多万吨，所以对污泥的妥善处理迫在眉睫。焚烧、热转化及气化等热化学转化技术是处理有机固体废弃物的有效方法之一。目前，高含水率有机固体废物资源化处理中存在的问题：由于高含水率有机固体废物高含水率和难脱水的性质，直接采用热化学转化技术进行处理会消耗大量的能量去满足汽化潜热；另外，由于有机固体废物的含水率较高，获得的产物如热转化油的品质不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高含水率有机物处理的装置及方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的用于高含水率有机物处理的装置及方法，是一种针对高含水率有机固体废物的原位水热脱水和热转化技术联用的装置与方法，通过原位水热脱水可较好的降低高含水率有机物的含水率，将含水率降低后的高含水率有机物进行热转化获得的产物品质较高；本发明为一体化联用装置，操作方便，高含水率有机物的处理效率较高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于高含水率有机物处理的装置，包括：进料单元、水热干化单元、压滤单元、液体储存单元、热转化单元和固体储存单元；进料单元的进料口用于待处理的高含水率有机物的进料，进料单元的出料口与水热干化单元的进料口相连通；水热干化单元的出料口与压滤单元的进料口相连通；压滤单元的液体出口与液体储存单元的液体入口相连通，压滤单元的有机物出口与热转化单元的进料口相连通；热转化单元的固体产物出口与固体储存单元的入口相连通；待处理的高含水率有机物能够依次进入进料单元、水热干化单元、压滤单元和热转化单元；水热干化单元设置有进气口和出气口，进气口用于通入气体调节水热干化单元内的反应压力，出气口用于收集反应后的气体；水热干化单元设置有第一加热装置和第一温度控制装置，通过第一温度控制装置和第一加热装置能够调节水热干化单元内的反应环境温度；压滤单元为机械压滤单元，用于通过机械挤压的方式对高含水率有机物进行脱水处理；热转化单元包括第二加热装置和第二温度控制装置，通过第二加热装置和第二温度控制装置能够调节热转化单元内的热转化环境温度。

进一步的，还包括连续出料单元；热转化单元的固体产物出口与连续出料单元的入口相连通，连续出料单元的出口与固体储存单元的入口相连通；连续出料单元包括电机与螺杆，螺杆设置于连续出料单元内，电机的输出轴与螺杆相连接，电机能够带动螺杆在连续出料单元内转动。

进一步的，水热干化单元包括反应腔、第一加热装置和第一温度控制装置；第一加热装置安装在反应腔的外部或安装在反应腔的内部；第一温度控制装置包括第一温度传感器和第一温度控制器；第一温度传感器用于测量反应腔内的实时温度，第一温度传感器的信号输出端与第一温度控制器的信号接收端相连接，第一温度控制器的信号输出端与第一加热装置的信号接收端相连接。

进一步的，热转化单元设置有进气口和出气口；进气口用于通入反应气实现热转化单元热转化过程中的反应气氛，出气口用于收集热转化后的气体产物。

进一步的，热转化单元包括热转化腔、第二加热装置和第二温度控制装置；第二加热装置为固定床加热炉结构，热转化腔设置于固定床加热炉内；第二温度控制装置包括第二温度传感器和第二温度控制器；第二温度传感器用于测量热转化腔内的实时温度，第二温度传感器的信号输出端与第二温度控制器的信号接收端相连接，第二温度控制器的信号输出端与第二加热装置的信号接收端相连接。

进一步的，压滤单元包括压滤腔、机械挤压装置和过滤装置；机械挤压装置包括第一活塞和第二活塞；第一活塞和第二活塞均设置在压滤腔内，第一活塞和第二活塞能够在压滤腔内移动，通过第一活塞和第二活塞的相向运动能够对高含水率有机物进行挤压；第二活塞靠近压滤腔的出口，第二活塞与压滤腔的出口之间设置有过滤装置。

进一步的，进料单元内设置有进料流道，进料流道包括进料段和推送段，推送段内设置有物料推送装置；水热干化单元包括反应腔；压滤单元包括压滤腔；反应腔和压滤腔集成为一个集成腔；集成腔的进料口与进料单元的出料口相连通，集成腔的液体出口与液体储存单元的液体入口相连通，集成腔的有机物出口通过物料输送通道与热转化单元的进料口相连通，物料输送通道内设置有物料推送装置；集成腔内设置有活塞C和活塞D，集成腔的内壁与活塞C及活塞D之间均设置有密封装置，活塞D与液体出口之间设置有过滤装置。

进一步的，推送段包括第一推送段和第二推送段，第一推送段内设置有推送活塞A，第二推送段内设置有推送活塞B；集成腔的物料输送通道包括第一输送段和第二输送段，第一输送段内设置有活塞F，第二输送段内设置有推送活塞E，第二推送段与第一输送段相连通且周向截面尺寸相同，第二输送段与热转化单元的热转化腔相连通且周向截面尺寸相同。

进一步的，过滤装置为过滤网；过滤网的目数在200目以上，过滤网的孔径大于0mm且小于等于0.08mm。

一种用于高含水率有机物处理的方法，包括以下步骤：

步骤1，将待处理的高含水率有机物进行水热干化处理，水热干化处理温度为120℃-400℃，水热处理压力大于0MPa且小于等于10MPa；

步骤2，将步骤1水热干化处理后的高含水率有机物在水热干化处理温度条件下进行原位机械挤压，挤压方式为气动压滤，压滤压力大于0MPa且小于等于10MPa，压滤产生的饱和水经过滤后在耐高温高压的液体存储罐中收集；

步骤3，将步骤2处理后的低含水率有机物立即转移进行热转化处理，热转化温度为400℃-1000℃，热转化处理压力大于0MPa且小于等于5MPa，收集热转化后的产物；

其中，在步骤3热转化过程运行的过程中，步骤1和步骤2同步进行，实现高含水率有机物的连续处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的用于高含水率有机物处理的装置，是一种水热机械脱水与热转化联用的装置；通过水热干化单元对高含水率有机物进行水热碳化处理，可提高高含水率有机物的脱水性能和厌氧消化性能，有助于提高后续压滤单元机械脱水的脱水率；通过压滤单元对有机物进行机械脱水，脱水效果较好，且采用机械式液态脱水，相比于传统的蒸汽相变脱水，能耗大幅度降低；在热转化之前将有机物的含水率降低，可从源头上提高高含水率有机固废的品质，可克服含水率过高和热值低的缺点，可减少用于抵消汽化潜热的能量消耗，同时可提高能量的利用率；水热碳化后的有机物中的挥发分含量降低，而固定碳增多，热值增加，同时O/C和H/C分子比降低，有利于后续进行的热转化处理，可获得品质更高产物如生物炭。综上，本发明的用于高含水率有机物处理的装置相比于现有的处理装置，可提高能量利用率，可获得较高品质的产物。

进一步的，连续出料单元中电机带动螺杆旋转，螺杆旋转过程中可带动固体产物从连续出料单元的入口向出口移动，可实现电动螺旋出料，可避免固体产物成团堵塞出料，可提高出料的可靠性。

进一步的，通过第一温度传感器实时测量反应腔内的温度并反馈给第一温度控制器，第一温度控制器根据接收到的第一温度传感器的信号对第一加热装置进行控制，形成闭环，可较精确的控制反应腔内的反应温度环境。

进一步的，通过第二温度传感器实时测量热转化腔内的温度并反馈给第二温度控制器，第二温度控制器根据接收到的第二温度传感器的信号对第二加热装置进行控制，形成闭环，可较精确的控制热转化腔内的反应温度环境。

进一步的，将反应腔和压滤腔集成为一个集成腔，水热碳化后的有机物可直接进行挤压脱水操作，机械压滤可在高温条件下进行脱水，可减少有机物转移过程中的能量逸散，脱水后的固体产物的含水率可达到低于30％的水平，高含水率有机物中的80％以上的水分以液态水的形式进行脱除，避免了汽化潜热，可较大幅度降低能量消耗。

进一步的，水热干化过程可为后续的热转化过程提供预热，将脱水处理后的有机物直接通过物料输送通道输送至热转化单元，能够降低有机物转移过程中的热量损耗，可提高能量的利用率。

本发明的用于高含水率有机物处理的方法，可用于高含水率有机物的资源化处理，通过步骤1的处理，可提高待处理高含水率有机物的脱水性能和厌氧消化性能，便于后续脱水和热转化处理；步骤2通过原位机械方式液态脱水，脱水效果较好，相比传统蒸汽相变脱水，能耗大幅度降低；高温饱和水收集后，可进行后续利用，实现了能量的回收利用；通过步骤3将脱水处理后的含水率较低的有机物进行热转化，可得到品质较高的产物，热转化方式包括但不局限于热解、气化、焚烧、烘焙等，热转化后的气体产物可用作可燃气，热转化后的液体产物可用作高品质生物油，热转化后的固体产物可用作高碳基类材料，在步骤3热转化过程运行的同时，步骤1和步骤2可以同步进行，可达到连续操作的目的，提高处理效率。

附图说明

图1是本发明的一种用于高含水率有机物处理的装置的整体结构示意图；

图2是本发明的一种用于高含水率有机物处理的装置的活塞运动过程示意图；

在图1和图2中，1.进料单元；2.水热干化单元；3.原位机械压滤单元；4.液体储存单元；5.热转化单元；6.连续出料单元；7.固体储存单元；8.进气阀门I；9.排气阀门I；10.进气阀门II；11.排气阀门II；12.托盘；13.第二温控仪；14.压力控制系统；15.第一温控仪；16.过滤网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的具体技术方法和装置进行详细、完整的描述说明，所描述的具体实施方法仅为本发明的若干具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

参考图1，本发明的一种用于高含水率有机物处理的装置，包括：进料单元1、水热干化单元2、压滤单元3、液体储存单元4、热转化单元5、连续出料单元6和固体储存单元7。

进料单元1的进料口用于待处理的高含水率有机物的进料，进料单元1的出料口与水热干化单元2的进料口相连通；水热干化单元2的出料口与压滤单元3的进料口相连通；压滤单元3的液体出口与液体储存单元4的液体入口相连通，压滤单元3的有机物出口与热转化单元5的进料口相连通；热转化单元5的固体产物出口与固体储存单元7的入口相连通；待处理的高含水率有机物能够依次进入进料单元1、水热干化单元2、压滤单元3和热转化单元5。

进料单元1内设置有进料流道，进料流道包括进料段和推送段，推送段内设置有物料推送装置；推送段包括第一推送段和第二推送段，第一推送段内设置有推送活塞A，第二推送段内设置有推送活塞B；第一推送段的进料口设置在活塞A的行程上，第二推送段的进料口设置在活塞B的行程上，通过活塞A和活塞B协同作用，能够将进料单元1的进料流道中的有机物推出。

水热干化单元2设置有进气口和出气口，进气口通过进气管道与气源相连通，用于通入气体调节水热干化单元2内的反应环境压力，进气管道上设置有进气阀门I8；出气口通过出气管道与气体收集装置相连通，用于收集反应后的气体，出气管道上设置有排气阀门I9；水热干化单元2设置有第一加热装置和第一温度控制装置，通过第一温度控制装置和第一加热装置能够调节水热干化单元2内的反应环境温度。具体为：水热干化单元2包括反应腔、第一加热装置和第一温度控制装置；第一加热装置安装在反应腔的外部或安装在反应腔的内部；第一温度控制装置包括第一温度传感器和第一温度控制器；第一温度传感器用于测量反应腔内的实时温度，第一温度传感器的信号输出端与第一温度控制器的信号接收端相连接，第一温度控制器的信号输出端与第一加热装置的信号接收端相连接，加热装置包含但不局限于电夹套式加热，过热蒸汽内式加热等。

压滤单元3为机械压滤单元，用于通过机械挤压的方式对高含水率有机物进行脱水处理；压滤单元3包括压滤腔、机械挤压装置和过滤装置；机械挤压装置包括第一活塞和第二活塞；第一活塞和第二活塞均设置在压滤腔内，第一活塞和第二活塞能够在压滤腔内移动，通过第一活塞和第二活塞的相向运动能够对高含水率有机物进行挤压；第二活塞靠近压滤腔的出口，第二活塞与压滤腔的出口之间设置有过滤装置。

水热干化单元2包括反应腔；压滤单元3包括压滤腔；反应腔和压滤腔集成为一个集成腔；集成腔的进料口与进料单元1的出料口相连通，集成腔的液体出口与液体储存单元4的液体入口相连通，集成腔的有机物出口通过物料输送通道与热转化单元5的进料口相连通，物料输送通道内设置有物料推送装置；集成腔内设置有活塞C和活塞D，活塞C和活塞D能够进行相向运动；集成腔的进料口与集成腔的有机物出口均设置在活塞C和活塞D的行程上；，活塞D靠近集成腔的液体出口，活塞D与液体出口之间设置有过滤装置。过滤装置为过滤网16；过滤网16的目数在200目以上，过滤网16的孔径大于0mm且小于等于0.08mm。集成腔的物料输送通道包括第一输送段和第二输送段，第一输送段内设置有活塞F，第二输送段内设置有推送活塞E，第二推送段与第一输送段相连通且周向截面尺寸相同，第二输送段与热转化单元5的热转化腔相连通且周向截面尺寸相同。

热转化单元5包括第二加热装置和第二温度控制装置，通过第二加热装置和第二温度控制装置能够调节热转化单元5内的热转化环境温度。具体为：热转化单元5包括热转化腔、第二加热装置和第二温度控制装置；第二加热装置为固定床加热炉结构，热转化腔设置于固定床加热炉内；第二温度控制装置包括第二温度传感器和第二温度控制器；第二温度传感器用于测量热转化腔内的实时温度，第二温度传感器的信号输出端与第二温度控制器的信号接收端相连接，第二温度控制器的信号输出端与第二加热装置的信号接收端相连接。热转化单元5设置有进气口和出气口；进气口通过进气管道与气源相连通，用于通入反应气保证热转化单元5热转化过程中的反应气氛，进气管道上设置有进气阀门II10；出气口通过出气管道与气体收集装置相连通，用于收集热转化后的气体产物，出气管道上设置有排气阀门II11。

热转化单元5的固体产物出口与连续出料单元6的入口相连通，连续出料单元6的出口与固体储存单元7的入口相连通；连续出料单元6包括电机与螺杆，螺杆设置于连续出料单元6内，电机的输出轴与螺杆相连接，电机能够带动螺杆在连续出料单元6内转动

参考图1，本发明的一种用于高含水率有机物处理的装置，包括：进料单元1、进料口和进料单元1的出料口相连接的竖直设置的水热干化单元2；进料口和水热干化单元2的出料口相连接的竖直设置的原位机械压滤单元；液体入口与原位机械压滤单元的液体出口相连接的液体储存单元4；进料口和进料单元1的出料口相连接的竖直设置的热转化单元5；进料口与高温热转化单元5的固体产物出口相连接的水平设置的的连续出料单元6；进料口与连续出料单元6的出料口相连接的固体储存单元7；有机物能依次进入进料单元1、水热干化单元2、原位机械压滤单元、进料单元1的物料输送通道和热转化单元5。

进料单元1内设置有进料通道，进料通道包括加料段、竖直设置的第一推送段、水平设置的第二推送段；第一推送段的进料口与加料段的出料口相连通，第一推送段内设置有可移动的活塞A，第一推送段的进料口设置在活塞A的行程上；第一推送段出料口与第二推送段的进料口相连通，第二推送段设置有可移动的活塞B和活塞F，第二推送段的第一出料口与水热干化单元2的进料口相连通，第二推送段的第二出料口与热转化单元5的进料口相连通，第一出料口和第二出料口均设置在活塞B和活塞F的行程上；水热干化单元2的反应腔和压滤单元的压滤腔集成为一个集成腔，集成腔内设置有可移动活塞C和活塞D，集成腔的进料口和有机物出口为同一个口，设置在活塞C和活塞D的行程上；原位机械压滤单元和水热干化单元2直接集成，水热干化反应结束之后的产物在高温状态下直接进行原位压滤，可减少运输过程中的能量损失，压滤产生的高温滤液收集在液体储存单元4，可用于对水热反应前的物料进行预热，此处设计可进一步提高能量的利用率，减少能量损耗。所述原位机械压滤单元竖直设置，压滤容器内置有过滤网16，压滤方式为电动压滤或者气动压滤，机械压力通过压力控制系统14控制，气动压力最大为10Mpa，最终固体含水率可以降低至30％。过滤网16的目数在200目以上，孔径范围为0-0.08mm。热转化单元5设置有可移动的活塞E，热转化单元5的进料口设置在活塞E的行程上。通过移动活塞不仅可以实现物料的运输，每个活塞的外圈均设置有密封圈，还起到密封的作用，其中活塞A、C、D和E在各自的管道内做竖直方向上的移动，活塞B和F在管道内做水平方向上的移动；活塞D和活塞C配合完成有机物物料的挤压脱水。用于水热反应的装置为内加热或外加热式结构，垂直设置，可减少占地面积，其上装置有进气阀门I8用于调节水热反应压力，排气阀门I9用于收集水热反应气，便于后续研究和分析。液体储存单元4的储液罐为耐高温高压储液罐，最大温度为400℃，最大压力为30MPa，收集到的为高温饱和水，可用于预热下一轮反应的原料，可进一步降低能量消耗。热转化单元5为固定床加热炉结构，垂直设置，可减少占地面积，其上装置有进气阀门II10和排气阀门II11，分别用于提供热转化反应气氛和热转化气体产物的收集，热转化单元5的热转化腔内的下部设置有一个可抽出的托盘12，用于控制物料停留在热转化单元5和进入连续出料单元6。连续出料单元6为双向密闭结构，水平设置，电动螺旋出料，和竖直设置的固体储存单元7相连接，避免了产物成团堵塞出料，收集到的固体残渣可作为燃料或者碳基类材料回收利用。活塞A、活塞B、活塞D、活塞E和活塞F均可以采用手动或者自动化控制系统，活塞C需要采用气动压滤系统，通过压力控制系统14去调节机械压滤压力。高含水率有机固废指的是市政污泥、工业滤泥、含油浮渣、鲜木薯和酒糟等，高含水率指的是含水率在80％以上。

现有的高含水率污泥在热转化前需提供额外能源进行干化处理，同时更容易释放恶臭气体；本发明能够将产生的气体收集，不会释放恶臭气体；同样以污泥为例，污泥水热干化技术通过将污泥加热，在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。随水热反应温度和压力的增加，颗粒碰撞增大，颗粒间的碰撞导致了胶体结构的破坏，使束缚水和固体颗粒分离。经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下机械脱水的含水率大幅度降低，脱水效果明显。目前广泛采用的水热反应装置难以以液态的形式对高含水率有机物进行脱水，传统的蒸汽相变过程能耗太高，干化后的水热污泥冷却后采用机械脱水方法处理，含水率只能下降到50-60％左右，对于后续的利用依然存在很大限制。因此寻求低能耗脱水方法是实现高效低能耗脱水的关键，同时水热产物的后续处理也是限制水热技术应用于工业实践的原因之一。本发明的装置，水热反应耦合原位机械压滤可以在高温条件下进行脱水，减少了运输过程中的能量逸散，脱水后固体产物含水率低于30％，高含水率有机物中的水分80％以上以液态水的形式进行脱除，避免了汽化潜热，大幅度降低能量消耗约50％；水热碳化可以提高物料的脱水性能和厌氧消化性能，碳化后的产物中的挥发分含量降低，而固定碳增多，热值增加，同时O/C和H/C分子比降低，更加适合进行热处理，获得的生物炭、热转化气和热转化油品质更高；通过水热和热转化联用的方法，水热原位压滤处理降低物料含水率，在源头上提高了高含水率有机固废的品质，因而克服了含水率过高和热值低的缺点，减少用于抵消汽化潜热的能量消耗，提高能量的利用率，同时水热反应放出的热量和高温水热滤液包含的能量可回收利用，减少整个系统的能量消耗，资源化程度高。具体地，本发明的装置包括进料单元1、水热干化单元2、原位机械压滤单元、液体储存单元4、热转化单元5、连续出料单元6和固体手机单元。可进行水热碳化和高温热转化，水热碳化反应在水热干化单元2中发生，用于高含水率有机物的前期预处理，可以解决原料高水分低热值的难点，在源头上提高原料的能量品位；水热碳化反应后的生物碳在热转化单元5进行高温热转化，获得较好产率的液体燃料和可燃气体，固体残余焦炭可用于工业原料，从而实现污泥高效低污染能源资源化处置，整个装置中物料的运输通过六个活塞A-F的移动来完成。本发明的装置对高含水有机废物资源利用程度高，清洁环保，运行成本低，能量利用率高，应用前景较广。

本发明的一种用于高含水率有机物处理的方法，包括以下步骤：

步骤1，将待处理的高含水率有机物进行水热干化处理，水热干化处理温度为120℃-400℃，水热处理压力大于0MPa且小于等于10MPa；

步骤2，将步骤1水热干化处理后的高含水率有机物在水热干化处理温度条件下进行原位机械挤压，挤压方式为气动压滤，压滤压力大于0MPa且小于等于10MPa，压滤产生的饱和水经过滤后在耐高温高压的液体存储罐中收集；

步骤3，将步骤2处理后的低含水率有机物立即转移进行热转化处理，热转化温度为400℃-1000℃，热转化处理压力大于0MPa且小于等于5MPa，收集热转化后的产物；

其中，在步骤3热转化过程运行的过程中，步骤1和步骤2同步进行，实现高含水率有机物的连续处理。

本发明的一种基于高含水率有机物水热耦合原位机械压滤-热转化联用装置的水热耦合热转化处理高含水率有机物的方法，包括水热碳化和高温热转化两大步骤，水热碳化反应在水热干化单元2中发生，用于高含水率有机物的前期预处理，可以解决原料高水分低热值的难点，在源头上提高原料的能量品位；水热碳化反应后的生物碳在热转化单元5进行高温热转化，获得较好产率的液体燃料和可燃气体，固体残余焦炭可用于工业原料，从而实现污泥高效低污染能源资源化处置，整个装置中物料的运输通过六个活塞A-F的移动来完成。水热反应适用温度范围为120-400℃，适用压力范围为0-30MPa，热转化反应适用温度范围为400-1000℃，适用压力范围为0-5MPa，包括以下具体步骤：

a,进料阶段，将高含水率物料添加至进料单元1，通过控制活塞A竖直向下移动，活塞B水平向右移动，将物料运输到水热干化单元2的进料口处，接着活塞A和活塞B复位；

b,水热反应阶段，活塞C竖直向下移动，活塞D向上移动，通过活塞C和活塞D形成密闭反应腔，保证水热干化单元2的密封性，打开进气阀门I8通入气体调整水热反应压力和反应气氛，通过第一温控仪15控制水热干化单元2的环境温度在120-400℃，通过控制活塞D的运动来控制物料在水热干化单元2内的停留时间，产生的挥发性气体通过排气阀门I9收集；

c,原位机械压滤阶段，通过控制活塞D竖直向下移动，将步骤b产生的固体产物运输到原位机械压滤单元进行原位机械压滤脱水，降低物料的含水率，利用压力控制系统14控制活塞C竖直向下移动产生的挤压作用，挤压过程中脱除的水热滤液在过滤网16的过滤作用下，进入液体储存单元4；

d,热转化反应阶段，通过控制活塞C和活塞D竖直向上移动，活塞B和活塞F水平向右移动，活塞E竖直向下移动，将步骤c脱水完之后的固体产物运输到热转化单元5，接着活塞E和活塞F归位，通过进气阀门I10通入N₂保证热转化反应的无氧气氛，通过第二温控仪13控制热转化单元5的环境氛围温度在400-1000℃，热转化产生的热转化气通过排气口的排气阀门II11进入后续的处理和收集，热转化产生的生物炭通过连续出料单元6输送至固体储存单元7。

其中,在热转化反应阶段的同时，第二轮的进料阶段和水热反应阶段可以同时进行，可实现装置连续运行处理，提高处理效率。

参考图2，本发明的一种高含水率有机废物水热耦合原位机械压滤-热转化联用的装置的工作过程，包括：

a,进料阶段，由进料口将高含水率有机物料添加至进料单元1，此时活塞A-F均处于各自的位置1，通过控制活塞A竖直向下移动至位置A2，活塞B水平向右移动至位置B2，将物料运输到水热干化单元2的进料口，接着活塞A和活塞B归位，分别回到位置A1和B1；

b,水热反应阶段，打开进气阀门I8向水热干化单元2通入N₂以调节水热反应压力，通过第一温控仪15控制水热干化单元2温度在100-400℃，通过控制活塞C竖直向下从位置C1移动到位置C2来保证密封条件，产生的挥发性气体通过排气阀门I9收集；

c,原位机械压滤阶段，待物料水热反应完成之后，控制活塞D竖直向下从位置D1移动至位置D2，位置D2处为密闭中空结构，用于定位活塞D，将水热干化单元2产生的固体产物运输到原位机械压滤单元进行机械压滤脱水，利用活塞C竖直向下移动的挤压作用移动到位置C3(取决于压力控制系统14产生的机械压力)，挤压过程中脱除的水热滤液在精密过滤网的过滤作用下，进入液体储存单元4；

d,热转化反应阶段，待原位机械压滤阶段c结束之后，控制活塞C竖直向上回到位置C1，活塞D竖直向上从位置D2移动到位置D3，活塞B水平向右从位置B1移动到位置B3，活塞F水平向右从位置F1移动到位置F2，活塞E竖直向下从位置E1移动到位置E2，将脱水完之后的固体产物运输到热转化单元5，接着所有活塞归位回到各自的位置1，打开进气阀门II10通入N₂保证热转化反应的无氧气氛，通过第二温控仪13控制热转化单元5温度在400-1000℃，打开排气阀门II11，热转化产生的热转化气通过排气口进入后续的处理和收集，抽出可移动的托盘12，热转化产生的残渣通过连续出料单元6外排，进入固体储存单元7。

其中,热转化-进料阶段，在热转化反应阶段d进行的同时，第二轮的进料阶段a可以同时进行，此时活塞A-F均处于各自的位置1，物料被运输到水热干化单元2，如此循环进行实现物料的连续处理。

综上，本发明的处理方法将高含水率有机固废通过水热处理技术与热处理热转化技术联用，探索出了一条针对高含水率有机固废的一体化脱水减量化并资源化利用的技术路线，本发明的方法主要由两部份组成，水热深度干化和高温热转化。高含水率有机固体废物的原位水热深度脱水，首先高含水率有机固体废物通过进料单元进入低温水热耦合原位机械压滤单元进行水热深度干化，水热处理大幅度提高了物料的脱水性能，利用后续的原位机械压滤进行脱水处理，将物料压滤至含水率30％以下；第二步，水热碳的高温热转化，通过活塞的运输系统，脱水后的水热碳运输到后续的热转化反应单元进行高温热转化处理，利用水热碳中所含有的有机物的热值，在无氧条件下对其加热，使大分子有机物产生热裂解，产生热转化气，而物料中所含有的重金属等污染物被稳定的固化在残渣中，不再析出。所有的致病菌、病毒、寄生虫卵等病源体、微生物在高温作用下被彻底杀灭。产生的热转化气可作为可燃气回收利用；由于较低的含水率，热转化油品质提高，可作为能源回收利用；残渣的体积可以减至原来的10-15％，同时主要为碳基类物质，可作为燃料或者碳基类材料回收利用，全面达到了高含水率有机固废处理的减量化、稳定化、无害化和资源化的目标。水热脱水后的高温饱和水以及水热反应产生的热量可以回收利用，进一步降低了整个装置的能耗。在热转化处理的同时，后续的物料可以通过进料单元活塞的移动进行第二轮的水热反应，从而实现装置连续运行的目的，提高能量利用效率。

Claims (10)

1.一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，包括：进料单元(1)、水热干化单元(2)、压滤单元(3)、液体储存单元(4)、热转化单元(5)和固体储存单元(7)；

进料单元(1)的进料口用于待处理的高含水率有机物的进料，进料单元(1)的出料口与水热干化单元(2)的进料口相连通；水热干化单元(2)的出料口与压滤单元(3)的进料口相连通；压滤单元(3)的液体出口与液体储存单元(4)的液体入口相连通，压滤单元(3)的有机物出口与热转化单元(5)的进料口相连通；热转化单元(5)的固体产物出口与固体储存单元(7)的入口相连通；待处理的高含水率有机物能够依次进入进料单元(1)、水热干化单元(2)、压滤单元(3)和热转化单元(5)；

水热干化单元(2)设置有进气口和出气口，进气口用于通入气体调节水热干化单元(2)内的反应压力，出气口用于收集反应后的气体；水热干化单元(2)设置有第一加热装置和第一温度控制装置，通过第一温度控制装置和第一加热装置能够调节水热干化单元(2)内的反应环境温度；

压滤单元(3)为机械压滤单元，用于通过机械挤压的方式对高含水率有机物进行脱水处理；

热转化单元(5)包括第二加热装置和第二温度控制装置，通过第二加热装置和第二温度控制装置能够调节热转化单元(5)内的热转化环境温度。

2.根据权利要求1所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，还包括连续出料单元(6)；

热转化单元(5)的固体产物出口与连续出料单元(6)的入口相连通，连续出料单元(6)的出口与固体储存单元(7)的入口相连通；

连续出料单元(6)包括电机与螺杆，螺杆设置于连续出料单元(6)内，电机的输出轴与螺杆相连接，电机能够带动螺杆在连续出料单元(6)内转动。

3.根据权利要求1所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，水热干化单元(2)包括反应腔、第一加热装置和第一温度控制装置；第一加热装置安装在反应腔的外部或安装在反应腔的内部；

第一温度控制装置包括第一温度传感器和第一温度控制器；第一温度传感器用于测量反应腔内的实时温度，第一温度传感器的信号输出端与第一温度控制器的信号接收端相连接，第一温度控制器的信号输出端与第一加热装置的信号接收端相连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，热转化单元(5)设置有进气口和出气口；进气口用于通入气体实现热转化单元(5)热转化过程中的无氧气氛，出气口用于收集热转化后的气体产物。

5.根据权利要求1所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，热转化单元(5)包括热转化腔、第二加热装置和第二温度控制装置；第二加热装置为固定床加热炉结构，热转化腔设置于固定床加热炉内；

第二温度控制装置包括第二温度传感器和第二温度控制器；第二温度传感器用于测量热转化腔内的实时温度，第二温度传感器的信号输出端与第二温度控制器的信号接收端相连接，第二温度控制器的信号输出端与第二加热装置的信号接收端相连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，压滤单元(3)包括压滤腔、机械挤压装置和过滤装置；

机械挤压装置包括第一活塞和第二活塞；第一活塞和第二活塞均设置在压滤腔内，第一活塞和第二活塞能够在压滤腔内移动，通过第一活塞和第二活塞的相向运动能够对高含水率有机物进行挤压；第二活塞靠近压滤腔的出口，第二活塞与压滤腔的出口之间设置有过滤装置。

7.根据权利要求1所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，

进料单元(1)内设置有进料流道，进料流道包括进料段和推送段，推送段内设置有物料推送装置；

水热干化单元(2)包括反应腔；压滤单元(3)包括压滤腔；反应腔和压滤腔集成为一个集成腔；集成腔的进料口与进料单元(1)的出料口相连通，集成腔的液体出口与液体储存单元(4)的液体入口相连通，集成腔的有机物出口通过物料输送通道与热转化单元(5)的进料口相连通，物料输送通道内设置有物料推送装置；集成腔内设置有活塞(C)和活塞(D)，集成腔的内壁与活塞(C)及活塞(D)之间均设置有密封装置，活塞(D)与液体出口之间设置有过滤装置。

8.根据权利要求7所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，推送段包括第一推送段和第二推送段，第一推送段内设置有推送活塞(A)，第二推送段内设置有推送活塞(B)；集成腔的物料输送通道包括第一输送段和第二输送段，第一输送段内设置有活塞(F)，第二输送段内设置有活塞(E)，第二推送段与第一输送段相连通且周向截面尺寸相同，第二输送段与热转化单元(5)的热转化腔相连通且周向截面尺寸相同。

9.根据权利要求6或7所述的一种用于高含水率有机物处理的装置，其特征在于，过滤装置为过滤网(16)；过滤网(16)的目数在200目以上，过滤网(16)的孔径大于0mm且小于等于0.08mm。

10.一种用于高含水率有机物处理的方法，其特征在于，基于权利要求1至9任一项所述的装置，包括以下步骤：

步骤1，将待处理的高含水率有机物进行水热干化处理，水热干化处理温度为120℃-400℃，水热处理压力大于0MPa且小于等于10MPa；

步骤2，将步骤1水热干化处理后的高含水率有机物在水热干化处理温度条件下进行原位机械挤压，挤压方式为气动压滤，压滤压力大于0MPa且小于等于10MPa，压滤产生的饱和水经过滤后在耐高温高压的液体存储罐中收集；

步骤3，将步骤2处理后的低含水率有机物立即转移进行热转化处理，热转化温度为400℃-1000℃，热转化处理压力大于0MPa且小于等于5MPa，收集热转化后的产物；

其中，在步骤3热转化过程运行的过程中，步骤1和步骤2同步进行，实现高含水率有机物的连续处理。