CN109539272A - 含氯废物高温等离子体资源化回收工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业废物处理技术领域，具体涉及一种含氯废物高温等离子体资源化回收工艺及系统。1)将含氯废物通过进料系统输送至等离子气化炉内；2)裂解产生的合成气通过一级余热换热器降温；3)合成气进入酸吸收系统吸收酸后，再进入碱洗塔进一步脱酸；4)脱酸后的合成气进入二燃室燃烧，产生的高温烟气通过二级余热换热器降温；5)降温后的烟气进入急冷器急冷后，进入布袋除尘器除尘；6)除尘后的烟气进入烟道加热器升温；7)烟气进入SCR催化塔脱除烟气中氮氧化物；8)SCR处理后的烟气进入换热器进行换热后，经过引风机抽出，通过烟囱排入大气。本发明实现了含氯废物的资源化、无害化、减量化和稳定化的处理；系统运行成本低。

Description

含氯废物高温等离子体资源化回收工艺及系统
技术领域
本发明属于工业废物处理技术领域，具体涉及一种含氯废物高温等离子体资源化回收工艺及系统。
背景技术
现有化工、医药、农药等工业行业产生大量高含氯废物，主要有机成分为含氯烷烃、含氯烯烃、含氯苯系物等，这些有机废物都属于危险废物，若不采取处理措施直接堆埋或排放，将会对大气、土壤和水资源造成严重破坏，威胁人类赖以生存的坏境。现在基本都采用固化法、填埋法或焚烧法进行处理。主要处理手段有以下几种：
1、固化法：稳定化/固化技术，即通过无机凝硬性材料或化学稳定化药剂将危险废物固定或包封在惰性固体基材中，转变成高度不溶性的稳定物质，减小废物的毒性和迁移性，同时改善处理对象的工程性质，便于运输和处置。固化法处置技术已经比较成熟，所需的材料也比较廉价而且充足，可以处置较大范围的危险废物，与焚烧以及堆肥相比，其处置成本更低。当然，该技术也存在着一些不足，如处置后废物的体积和重量均有所增加，含有有机物的废物在固化时较困难，处置过程中需要熟练的技术工人以及昂贵的设备，处置中操作不当便会导致二次污染等。
2、填埋法：填埋法是处置危险废物的一种陆地处置方法，由废物预处理设施、废物填埋设施和渗滤液收集处理设施组成，它可以将危险废物和渗滤液与环境隔离，将废物安全保存相当一段时间(数十甚至上百年)。但是，填埋法也存在一些弊端：填埋场必须远离居民区；填埋场防渗处理要求高，处置不好容易造成地下水的污染；填埋在地下的危险废物，通过分解可能会产生易燃、易爆或毒性气体，需加以控制和处理等。另外填埋也不是最终的处置手段，需要占用大量的土地，后期维护成本及风险较高。
3、焚烧法：是指燃烧焚化使废物无害化的过程。现在焚烧主要采用回转窑、炉排炉及循环流化床等工艺，焚烧温度在850-950℃之间，处理温度低，容易产生高毒性的二噁英、呋喃等物质；均为过氧燃烧，生成大量NOx，后期烟气脱硝系统负荷大；废物焚烧不彻底，生成大量炉渣；处理固体废渣时，排气含有大量微细粉尘；根据危险废物目录中规定，危险废物焚烧、热解等处置过程产生的炉渣和飞灰还是危险废物，所以焚烧工艺只是减量化处理，未做到无害化、资源化处置。
综上所述，含氯废物直接填埋或者固化，无法做到减量化，资源化，且操作不当均会污染环境；相比于填埋法和固化法，焚烧法处理成本较高，产生的炉渣和飞灰均是危废，无法再利用；并且含氯废物焚烧后会产生大量的酸性气体HCl，增加了后期烟气脱酸成本，如处理不当会造成设备的腐蚀。
目前的脱酸方式主要有以下三种：干法脱酸、半干法脱酸和湿法脱酸。
1)干法脱酸是将熟石灰通过专用喷头喷入反应器内，让熟石灰微粒表面直接和烟气中的酸性气体接触，产生化学中和反应，生成无害的中性盐粒子，再进入下游的粒状物去除设备。干法净化工艺流程简单，操作简便，不产生废液，但药剂消耗量大，HC1去除效率低。
2)湿法净化工艺一般采用氢氧化钠溶液湿式洗涤塔脱酸。湿法净化工艺HC1去除效率高，一般在95％左右，但投资大、动力消耗大，占地面积大、设备复杂，产生高浓度无机氯盐，增加废水处理系统负荷。
3)半干法烟气净化系统是一般采用氧化钙(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)2)为原料，制备成Ca(OH)2溶液，由喷嘴或旋转喷雾器将Ca(OH)2溶液喷入反应器中，与HCl中和生成中性盐颗粒。半干法湿法净化工艺脱酸效率较高，HC1去除率一般在90％左右，但是石灰浆制备系统复杂，管道和喷嘴易堵塞。
上述三种烟气脱酸工艺，均是利用脱酸剂中和HCl气体，达到除酸目的，但是运行中会消耗大量脱酸剂，并伴随固废、废液的产生，会增加固废和废液的处理成本。
综上所述，目前含氯废物的传统焚烧工艺存在以下缺陷：
1)无法同时处理高含氯固废、液废、气废。
2)无法彻底焚毁高含氯有机废物，会生成炉渣和飞灰等危险废物，还需要二次处理；并且焚烧温度低，会产生二噁英、呋喃等高毒性物质。
3)传统酸性气体HCl脱除工艺，脱酸剂消耗大，药剂成本高，并伴随固废、废液的产生，增加废物处理成本。
4)传统焚烧工艺，烟气量大，烟气中HCl含量低、飞灰量大，造成HCl吸收效果差，得到的盐酸浓度低(10％左右)，杂质含量高，无法直接利用或销售。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，实现了高含氯废物的资源化、无害化、减量化和稳定化的处理；本发明还提供了采用所述工艺的含氯废物高温等离子体资源化回收系统，运行成本低，市场应用前景广阔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，包括以下步骤：
1)将含氯废物通过进料系统输送至等离子气化炉内；
2)裂解产生的合成气通过一级余热换热器降温；
3)降温后的合成气进入酸吸收系统吸收酸后，再进入碱洗塔进一步脱酸；
4)脱酸后的合成气进入二燃室燃烧，产生的高温烟气通过二级余热换热器降温；
5)降温后的烟气进入急冷器急冷后，进入布袋除尘器除尘；
6)除尘后的烟气进入烟道加热器升温；
7)烟气进入SCR催化塔脱除烟气中氮氧化物；
8)SCR处理后的烟气进入换热器进行换热后，经过引风机抽出，通过烟囱排入大气。
其中：
步骤1)中，将含氯废物、焦炭和助熔剂石灰石通过进料系统输送至等离子气化炉内。
步骤1)中所述的等离子气化炉底部熔融区温度达到1450-1600℃，上部气化区域温度达到1200℃以上。
步骤5)中，所述的急冷器采用水或空气冷却，将烟气温度在1s内由500℃急冷至200℃。
本发明所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺所用的系统，包括依次相连的进料系统、等离子气化炉、一级余热换热器、酸吸收系统、碱洗塔、二燃室、二级余热换热器、急冷器、布袋除尘器、烟道加热器、SCR催化塔、换热器、引风机和烟囱。
所述的等离子气化炉的出渣口还与冷却装置相连。
所述的酸吸收系统为循环水吸收系统，酸吸收系统还与酸过滤装置相连。
所述的二燃室后烟道设置SNCR脱硝装置。
急冷器与布袋除尘器之间的管路上设置活性炭和小苏打喷入装置。
所述的烟囱上设置烟气在线监测系统。
优选地，所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，具体包括如下步骤：
1)将含氯废物通过进料系统输送至等离子气化炉内；
2)等离子气化炉利用等离子炬产生的羟基自由基将有机物高温裂解成CO、CO2、H2、H2O、HCl等合成气；
3)高温合成气通过一级余热换热器回收合成气中热量产生蒸汽产品；
4)降温后合成气进入酸吸收系统，将合成气中HCl气体完全吸收成盐酸产品，并通过酸过滤装置得到高纯度盐酸产品，合成气中未吸收HCl再进入碱洗塔进一步中和脱除；
5)完全脱除HCl酸性气体合成气进入二燃室充分燃烧，高温烟气进入二级余热回收系统，得到蒸汽产品；
6)最后烟气通过烟气处理系统达标排放。
利用本发明提供的系统能够充分的将含氯废物无害化处理，并能有效的回收盐酸产品，实现资源化回收利用。
本发明可被用来处理石油、化工、医药等工业行业高含氯废物无害化处理。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1)在等离子气化炉内通过等离子体产生的羟基自由基可以将高含氯废物中有机成分充分裂解，二噁英摧毁率达到99.9999％以上，并形成HCl、CO等小分子合成气。
2)本工艺采用先气化裂解+酸吸收，然后再二次燃烧的工艺，盐酸吸收系统设置在二燃室之前，此时烟气中HCl浓度更高，酸吸收效率更高，得到盐酸纯度更高，可达到20％以上浓度。通过高温等离子体气化熔融系统和酸吸收系统的结合，实现了高含氯废物的资源化、无害化、减量化和稳定化的处理。
3)整个系统设置两级余热回收装置(即两级余热换热器)，热量回收效率更高。
4)酸吸收后烟气再进入二燃室，燃烧更充分，运行成本更低。
5)二燃室处理合成气基本无含氯物质，并且合成气热值较高，能够保证燃烧温度>1100℃，停留时间>2s，彻底消除二噁英生成的条件。
6)烟气处理系统可根据烟气排放要求设计急冷、除尘、脱硝等措施，保证烟气排放到达国家相关规范要求。
7)含氯废物为连续进料，并且可同时处理固体、液体和气体等含氯废物，通过不同的进料口进料，互不干涉，同时处理。
8)酸吸收系统设计酸过滤装置，将吸收下来的盐酸进一步过滤其中的飞灰等杂质，保证盐酸产品质量。
9)整体系统微负压，采用后端引风机引风控制。
10)技术适应性强，既可解决高含氯废物的处置问题，避免含氯废物填埋问题和焚烧二次污染问题，节约填埋场；又能够回收利用高纯度、高浓度的盐酸，保证直接生产回用；同时又有效的降低了后端烟气处理系统的运行负荷，大大减少了脱酸剂的消耗和固废、废液的产生，降低了处理成本，市场应用前景广阔。
11)二燃室设置在酸吸收系统后，二燃室后烟气不含腐蚀性气体，可综合利用；二燃室设置在酸吸收后，烟气量小，酸吸收设备投资运行成本低，酸吸收效率更高，得到酸浓度更高。
附图说明
图1是本发明含氯废物高温等离子体资源化回收工艺所用的系统的结构示意图；
图中：1、进料系统；2、等离子气化炉；3、一级余热换热器；4、酸吸收系统；5、碱洗塔；6、二燃室；7、二级余热换热器；8、急冷器；9、布袋除尘器；10、烟道加热器；11、SCR催化塔；12、换热器；13、引风机；14、烟囱；15、冷却装置；16、酸过滤装置；17、SNCR脱硝装置；18、活性炭和小苏打喷入装置；19、烟气在线监测系统。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例
如图1所示，所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺所用的系统，包括依次相连的进料系统1、等离子气化炉2、一级余热换热器3、酸吸收系统4、碱洗塔5、二燃室6、二级余热换热器7、急冷器8、布袋除尘器9、烟道加热器10、SCR催化塔11、换热器12、引风机13和烟囱14。
所述的等离子气化炉2的出渣口还与冷却装置15相连。
所述的酸吸收系统4为循环水吸收系统，酸吸收系统4还与酸过滤装置16相连。
所述的二燃室6后烟道设置SNCR脱硝装置17。
急冷器8与布袋除尘器9之间的管路上设置活性炭和小苏打喷入装置18。
所述的烟囱14上设置烟气在线监测系统19。
所述的换热器12分别与一级余热换热器3、二级余热换热器7相连。
所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，具体包括以下步骤：
含氯废液、含氯固废、含氯废气通过不同的进料系统1进入等离子气化炉。根据计算增加焦炭保证等离子气化炉2内部能达到稳定气化的条件。等离子气化过程属于缺氧气化而非燃烧，等离子气化炉2底部熔融区温度达到1450-1600℃，上部气化区域温度达到1200℃以上。在气化炉中需要添加焦炭作为床层。在等离子气化炉1450-1600℃的反应温度下，无机物熔融成为液态，同时通过进料系统1向炉内添加助熔剂石灰石调节出渣的形态，等离子气化炉2底部熔浆通过排渣系统排出后进入冷却装置15(水冷装置，也可采用风冷)，经过水冷后的玻璃化渣完全无毒无害，可作为沙石骨料筑路使用。
等离子气化反应生成CO、CO2、H2、CH4、HCl等合成气。从等离子气化炉2出来的合成气，含有大量热能，首先通过一级余热换热器3把合成气中的大部分热量回收，接着进入酸吸收系统4吸收HCl，产出＞20％的盐酸经过酸过滤装置16精制，从而生产合格的洁净盐酸产品。酸吸收后经过碱洗塔5，采用碱液进一步脱除烟气中HCl气体，确保烟气中的含HCl含量符合排放要求。
从等离子气化炉2出来的合成气温度为1000℃左右，经过一级余热换热器3后，温度下降到250℃左右。经酸吸收系统4后，温度下降到45℃左右，经碱洗塔5后，下降到40℃左右。
经过酸吸收的洁净合成气，经过二燃室6燃烧得到大量的热能。二燃室温度可达1100℃以上，烟气停留时间大于2s。
从二燃室6中出来的高温烟气，含有大量热能，在二燃室6后烟道设SNCR脱硝装置17，喷氨水或尿素，在二级余热换热器7中800-1000℃下脱除烟气中氮氧化物。烟气通过二级余热换热器7把烟气中的大部分热量回收，烟气温度也由1100℃降至550℃左右，得到饱和蒸汽，然后进入急冷器8，急冷器8采用水或空气冷却，将烟气温度在1s内由500℃左右急冷至200℃，防止二噁英的反生成。
通过急冷后的烟气进入布袋除尘器9，在进入布袋除尘器9管路上设置活性炭和小苏打喷入装置18，进入布袋除尘器9可以跟烟气有效接触，吸附烟气中的二噁英和呋喃，也可以去除部分二氧化硫等酸性气体，经过布袋捕收后飞灰定期进入等离子气化炉2处理。
经过除尘后的烟气进入烟道加热器10，由天然气或蒸汽将烟气温度由170℃升至230℃左右，达到SCR脱硝的温度要求，然后烟气进入SCR催化塔11，再次脱除烟气中氮氧化物，保证氮氧化物的排放要求。
从SCR处理烟气由于温度较高，再进入换热器12进行换热，加热进入一级余热换热器3和二级余热换热器7的软水(进水温度为常温25℃)，将烟气温度降至130℃以下。保持温度在烟气露点温度以上，即烟气温度在110℃以上，防止结露腐蚀及白烟生成。
优选地，所述的换热器12与一级余热换热器3、二级余热换热器7之间的管路上设置除氧器。
然后经过引风机13，引风机13保证整个系统为负压系统，保证烟气不会通过烟道和设备向外排放，烟气都会通过烟囱14排入大气。为监控烟气排放数据，在烟囱上设置烟气在线监测系统19，实时监测烟气排放数据，并可将数据直接传输至环保局。经过处理后的烟气通过排入大气，其中对环境有污染气体的排放浓度和速率低于国家相关标准规定的排放标准。
本案例后端烟气处理系统会根据国家相关标准规范的修改进行调整，以满足国家相关标准规范的排放要求。前段高温等离子气化炉2把高含氯废物有机成分分解为CO、CO2、H2、H2O、HCl等合成气，通过酸吸收系统4回收HCl，制得高浓度盐酸；把高含氯废物无机成分高温下熔融，得到无毒无害的玻璃化渣，可作为砂石骨料来利用，从而实现高含氯废物的资源化和无害化利用，有效降低项目运行成本。

Claims (10)

1.一种含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)将含氯废物通过进料系统(1)输送至等离子气化炉(2)内；
2)裂解产生的合成气通过一级余热换热器(3)降温；
3)降温后的合成气进入酸吸收系统(4)吸收酸后，再进入碱洗塔(5)进一步脱酸；
4)脱酸后的合成气进入二燃室(6)燃烧，产生的高温烟气通过二级余热换热器(7)降温；
5)降温后的烟气进入急冷器(8)急冷后，进入布袋除尘器(9)除尘；
6)除尘后的烟气进入烟道加热器(10)升温；
7)烟气进入SCR催化塔(11)脱除烟气中氮氧化物；
8)SCR处理后的烟气进入换热器(12)进行换热后，经过引风机(13)抽出，通过烟囱(14)排入大气。
2.根据权利要求1所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，其特征在于：步骤1)中，将含氯废物、焦炭和助熔剂石灰石通过进料系统(1)输送至等离子气化炉(2)内。
3.根据权利要求1所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，其特征在于：步骤1)中所述的等离子气化炉(2)底部熔融区温度达到1450-1600℃，上部气化区域温度达到1200℃以上。
4.根据权利要求1所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺，其特征在于：步骤5)中，所述的急冷器采用水或空气冷却，将烟气温度在1s内由500℃急冷至200℃。
5.一种权利要求1-4任一所述的含氯废物高温等离子体资源化回收工艺所用的系统，其特征在于：包括依次相连的进料系统(1)、等离子气化炉(2)、一级余热换热器(3)、酸吸收系统(4)、碱洗塔(5)、二燃室(6)、二级余热换热器(7)、急冷器(8)、布袋除尘器(9)、烟道加热器(10)、SCR催化塔(11)、换热器(12)、引风机(13)和烟囱(14)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的等离子气化炉(2)的出渣口还与冷却装置(15)相连。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的酸吸收系统(4)为循环水吸收系统，酸吸收系统(4)还与酸过滤装置(16)相连。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的二燃室(6)后烟道设置SNCR脱硝装置(17)。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：急冷器(8)与布袋除尘器(9)之间的管路上设置活性炭和小苏打喷入装置(18)。
10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的烟囱(14)上设置烟气在线监测系统(19)。
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