CN109737430A - 一种危险废物处理系统及方法 - Google Patents

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王长明
赵炳泉
窦冰之
张泽一
和德杰
肖玉文
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Abstract

本发明属于危险废物处理技术领域,具体涉及一种危险废物处理系统及方法。针对现有技术中危废产量日渐升高,而危废处理资质企业不多、危废处理装置较复杂的现状,本申请提供了一种危险废弃物处理系统,针对含有铜、氯成分及硅单质的危废,经本申请系统处理后能够获得满足标准的废弃物残渣,同时还能够回收铜产品、气相二氧化硅及盐酸产品。本申请中提供的处理系统,采用等离子火炬制备瞬时高温,可以有效的减少装置内的飞灰,提高处理效率。

Description

一种危险废物处理系统及方法
技术领域
本发明属于危险废物处理技术领域,具体涉及一种通过等离子体技术处理危险废弃物的处理系统及使用方法。
背景技术
伴随着医疗和重工业的发展,在日常过程中,危险废物不断的生成。这种废弃物往往具有毒性、易燃性、腐蚀性等,直接排放将严重破坏生态环境,影响人类健康,制约经济活动的可持续发展。随着我国经济的快速增长,危险废弃物的数量也在快速增加。2016年,中国的危险废物产生量达4,450万吨,并预期会按复合年增长率10.5%由2017年的4,990万吨增加至2021年的7,440万吨。与此同时,国家频频出台危废相关政策,加强对危废处理的监管。当前国内环保形势愈发严峻,然而具有危险废弃物处理资格的企业数量较少,难以满足市场需求,主要原因在于:危险废弃物的来源及属性复杂,处理成本较高,危废的处理技术门槛也较高,需要具有一定实力的企业才能够进入,尤其是无危险废物处理装置的经济成本严重影响和制约企业的运行和发展。
有机硅渣浆是在有机硅单体生产过程中生成的副产物,包括重组分等高沸物、共沸物、硅渣浆中还含有Si、Cu及有机硅单体等物质,是一种固液相混合物。这些混合物如果暴露于空气中会产生HCl,形成强酸雾和液体。如果直接排放会造成严重的环境污染。
针对有机硅渣浆的处理,国内有机硅行业通常采用的方法包括水解处理及新技术焚烧方法。水解处理方法需要向有机硅渣浆中加入化学试剂,将废渣完全水解成惰性的,便于运输的状态后进行处理,但是该技术难度较大,且废渣完全水解后回收利用的难度较大。焚烧法则是通过高温处理,使废渣在高温状态下被热解破坏。专利CN104876224A中公开了一种有机硅废料的回收处理装置及方法,该方法通过熔融炉煅烧废渣浆,可同时处理气体、液体、固体危废,处理完成后还能够得到盐酸回收产品。该回收系统采用先回收气相二氧化硅产品,再将烟气进行氯化氢回收的方式,由于烟气进行氯化氢回收系统后必然还有带有二氧化硅残留,因此在氯化氢回收系统中加入多级吸收塔及换热器,大大增加了该设备的复杂性。整个废渣处理系统也较为复杂,需要较多大型装置配合,对于企业而言经济成本较高。
针对上述技术现状,提供一种具有装配方式较为简单,具有良好资源回收效果,不会造成二次污染的危废处理系统具有重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术中的问题,本申请提供了一种危险废弃物处理系统及相应的使用方法,该系统采用等离子体技术对危废进行处理,大大简化了废弃物处理工艺步骤,降低了设置配置的经济成本。与此同时,处理含有铜、氯及硅成分的废弃物,还能够回收铜产品、气相二氧化硅及高纯度的盐酸。
为了实现上述技术效果,本发明提供以下技术方案:
本发明第一方面,提供一种危险废弃物处理系统,该系统包括进料装置、高温气化装置、二燃室、余热回收装置、急冷降温装置、气液分离装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、引风装置,上述装置顺序连接,且相互间连通。
该危险废弃物处理系统的处理方式如下:将需要处理的危险废弃物通过进料装置输入至高温气化装置中,经高温煅烧部分物质转变为气体进入二燃室及余热回收装置进一步煅烧,剩余的固体危废在高温气化炉内被进一步煅烧处理成为无害的废弃物。进入二燃室及余热回收装置中的气体中还混有大量煤粉,经过二燃室和余热回收装置中高温的充分煅烧将煤粉除去,本申请通过营造缺氧环境使高温气化炉中相应的成分生成还原性气体,该还原性气体在二燃室与余热回收装置中与废弃物中的含氯成分反应生成盐酸。当余热回收装置中主要为气相二氧化硅及盐酸气体的混合气体进入急冷降温装置后,盐酸气体在该温度条件下液化成为盐酸,经气液分离,液态部分得盐酸产品被回收,剩余的盐酸气体与二氧化硅气体继续进入一级、二级洗涤塔,通过相应的溶液洗涤,使盐酸气体溶解在溶液中,分离得到盐酸产品,剩余的气体产品则主要为气相二氧化硅。整个系统中,引风装置作为气体流动的动力装置,推动气体在各装置之间流通,同时也为高温气化装置、二燃室及余热回收装置提供氧气来源。
优选的,上述危险废弃物处理系统之间还包括二级气液分离装置、活性炭吸附装置及湿电除尘装置,上述装置顺序连接,并且彼此连通,作为一条支路位于一级洗涤塔与二级洗涤塔之间。
气体流经一级洗涤塔后,部分盐酸气体转变为液态,通过二级气液分离装置将此时得到得盐酸产品分离出来,剩余的气相二氧化硅产品经活性炭吸附及湿电除尘,回到二级洗涤塔中进一步分离出残留的盐酸产品,得到纯净的气相二氧化硅。
优选的,上述进料装置包括固体进料装置及液体进料装置,分别与高温熔融装置连通。
进一步优选的,所述固体进料装置为斗式提升机,通过控制转速来调节上料量。
进一步优选的,所述液体进料装置包括加热装置、进料管及喷枪。
许多固体危险废物暴露于空气中对于操作者依然会造成身体损害,针对这种不宜暴露于空气中的固体危废,通过加热装置将其转变为液体,之后经进料管通过喷枪将其直接喷入高温气化装置内进行焚烧,避免其与外界的接触。
优选的,上述高温气化装置为等离子气化炉,该等离子气化炉内装有等离子火炬,采用焦炭作为床层。
进一步优选的,该等离子火炬外周包围炬套,炬套内具有水循环系统,用于平衡等离子火炬温度。
需要处理的危险废弃物经进料装置进入高温气化装置,高温气化装置中的高温环境能够将危废中的硅单质等直接气化得到气相二氧化硅产品,剩余的固体废渣在炉底经过高温煅烧,直接转变为惰性玻璃态物质。本申请研究过程发现采用等离子火炬在露堂内营造的高温,升温速度快,能够快速将相应成分气化,而该温度下无法气化的固态废渣快速转变为玻璃态熔融物,该状态下的焚烧不易引起飞灰,降低了后期气体的处理难度,有利于等离子焚烧炉的保养。
进一步优选的,该等离子气化炉以焦炭作为热量来源,等离子火炬提供的热量占炉膛内总热量来源的2~9%。
本申请中的等离子气化炉,以焦炭作为能量的主要来源,等离子火炬仅仅用于调节炉内的温度及根据废弃物的种类调配床层的反应温度。该气化炉以焦炭作为能量来源,且通过等离子火炬的高温能够方便的营造缺氧状态,该缺氧状态下,炉内易生成一氧化碳及氢气等还原性气体,该还原性气体在二燃室及余热回收装置中与氯反应生成盐酸气体。
进一步优选的,等离子火炬的温度为4000~7000℃,炉膛内炉底温度达1600℃以上。
该条件下的等离子火炬能够方便的实现炉内的快速升温,较少飞灰的生成,增加后期产品的纯度。炉膛内炉底保持该温度能够完全将有害成分杀灭,且该温度与金属冶炼温度接近,在该条件下煅烧的固体残渣中可相应的提取出铜等金属原料,增加资源回收利用率。
优选的,上述二燃室及余热回收装置为以煤炭作为供能原料的锅炉。
进一步优选的,二燃室出口的温度为1100~1300℃。
进一步优选的,余热回收装置出口的温度为200-350℃。
本申请研究发现保持上述温度进行煅烧,从余热回收装置中出来的气体只带有少量的煤粉残留,本申请相比现有技术中增加了余热回收装置,通过增加一个煅烧锅炉的方式,有效的减少了气体中的煤粉残余,增加了盐酸的产量。
优选的,上述急冷降温装置为急冷降温器,急冷降温中的温度为350~450℃降为100℃以下。
该温度条件能够使混合气体中的盐酸成分尽可能的液化为气体,并且不影响气相二氧化硅。
优选的,上述一级洗涤塔为降膜洗涤塔。
进一步优选的,上述降膜洗涤塔中用于洗涤的液体为盐酸溶液;更进一步优选的,该盐酸溶液的浓度为8%~12%盐酸溶液。
本申请采用降膜吸收塔对混合气体中的盐酸成分进行进一步的回收,通过降膜吸收塔中气液逆流的作用形式,使低浓度的盐酸溶液充分的吸收气体中的HCl成分。一方面可以提高回收效率,另一方面采用降膜吸收得到的盐酸纯度更高。
优选的,上述二级洗涤塔中采用碱性试剂对进入洗涤塔中的气体进行洗涤。
进一步优选的,所述碱性试剂为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液或工业回收废碱液,可依据废弃物成分及经济考虑等因素进行调整。
优选的,所述引风装置的风速保持在3m/s以下。
引风装置作为本申请中危废处理系统的动力来源,起到推动气体危废在装置间流通的作用,因此引风装置的风速也同样影响到气体在装置内的停留时间,影响各个危废处理环节的作用程度。
优选的,上述湿电除尘装置为湿电除尘器。
优选的,上述危险废物处理系统还包括除渣装置及转运装置。经等离子气化炉煅烧后的固体危废呈现惰性玻璃态,不再包含对环境具有威胁的成分,可通过转运填埋处理。
本发明第二方面,提供一种危险废物处理方法,即采用上述危险废物处理系统对危险废物进行处理。
优选的,该方法包括以下步骤:
(1)开启余热回收装置;开启急冷降温装置,保证正常循环;开启降膜吸收装置;开启二级洗涤装置,补入碱性试剂建立循环;
(2)开启气液分离装置、二级气液分离装置;湿电除尘装置及活性炭吸附装置等根据实际情况投入使用。
(3)保持一定速度向高温气化装置中加入焦炭,使焦炭堆积至一定高度形成焦炭床层,并覆盖高温气化装置底部;
优选的,140~160kg焦炭在60~90s的时间内加入高温气化装置,加入完毕后焦炭床层与等离子火炬距离为140~150mm。
进一步优选的,将焦炭加至一定高度,有利于保证物料能稳定燃烧,需要有一定的蓄热体。将150kg焦炭在60~90s的时间内加至气化炉。待焦炭加完后,此时焦炭床层炬口150mm左右。
(4)向气化炉内通入氮气,开启引风装置,使装置内维持-80~-120Pa的负压状态。
向高温汽化炉内通入氮气,采用氮气置换系统内的易燃易爆气体,保证系统的安全运行。
(5)开启炬套中的水循环系统,点燃等离子气化炉、开启引风机设置风机900~1100转/分或28~32kw,通过进料装置向等离子气化炉内输送固体废弃物。
本发明的有益效果
1.本申请中提供了一种危险废弃物处理系统,该危废处理系统能够同时处理气相、液相及固体形态的危险废弃物,针对不宜暴露于空气中的危险废弃物也具有良好的处理效果,在废弃物处理过程中,通过回收处理还能够得到铜产品、气相二氧化硅产品及盐酸产品。
2.相比现有技术中的危废处理系统,本申请中高温焚烧危废的炉内采用等离子火炬对炉内温度进行调节,经本申请研究发现,经等离子火炬快速升温处理固体危废,固体废料快速转化为惰性玻璃态物质,炉内的飞灰显著减少,大大降低了后期回收处理盐酸产品和气相二氧化硅产品的难度。为了进一步提高盐酸的纯度,本申请在二燃室之后增加了余热回收锅炉,使气体中夹杂的煤粉进一步燃尽,提高后期回收产品的纯度,延长回收系统的使用寿命。
3.专利CN104876224A中提供了一种危废处理系统,该系统虽然同样能够得到气相二氧化硅及盐酸产品,但是该系统中采用先回收气相二氧化硅之后再回收盐酸产品的方式,由于气体在装置间运转时,依靠风力在流动,气相二氧化硅装置并不能完全吸收产品中的二氧化硅,气体成分始终保持一种混合物的装置,因此上述专利的技术方案中不得不采用多级分离器及多级吸收塔对气相二氧化硅和盐酸产品进行回收,大大增加了成本,并且从高温焚烧装置中出来的烟气中掺杂有大量煤粉,容易堵塞后期处理装置,降低使用寿命。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本申请中危废处理系统示意图;
其中,1、固体上料装置,2、等离子焚烧设施,3、二燃室,4、余热回收锅炉,5、急冷降温器,6、气液分离器,7、降膜吸收塔,8、二级洗涤塔,9、引风装置,10、除渣装置,11、转运装置,12、液体进料装置,13、二级气液分离器,14、活性炭吸附器,15、湿电除尘器,16、危险废弃物原料。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
现有技术中针对危废的处理工艺较为复杂,不能很好的实现资源的回收利用。因此,提供一种具有装配方式较为简单,具有良好资源回收效果,不会造成二次污染的危废处理系统具有重要的意义。本申请提供了一种用于危废处理的系统和相应的使用方法。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案,以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例中的危废处理系统包括进料装置、等离子汽化炉、二燃室、余热回收锅炉、急冷降温器、气液分离器、降膜吸收器、湿电除尘器、二级洗涤塔、引风机、二级气液分离器、活性炭吸附器、湿电除尘器;其中进料装置、等离子气化炉、二燃室、余热回收锅炉、急冷降温器、气液分离器、降膜吸收器、二级洗涤器、引风机顺序连接,各装置之间连通。降膜吸收塔还与二级气液分离器、活性炭吸附器、湿电除尘器、二级气液分离器连通。
所述等离子焚烧炉内部安装若干等离子火炬,底部具有焦炭床层,废渣经高温焚烧,部分成分在高温状态下转化为气态进入下一级设备,废渣中的固体部分在高温状态下熔融为惰性玻璃态物质,通过填埋处理;固体中部分经高温冶炼得到铜产品,可回收进一步利用,惰性玻璃态物质经高温处理后成为无害物质,经填埋处理即可。
所述等离子气化炉与二燃室连通,气化炉内生成的气体及未燃尽的碳进入二燃室进行二次燃烧。
为了保持气化炉内的还原性气氛,从气化炉生成的合成气必然含有部分一氧化碳和氢气以及未燃尽的碳,进入二燃室后进行二次燃烧,二燃室出口烟气温度控制在1200℃,停留时间大于2秒,经过二燃室后烟气量和烟气温度都会有一定程度增加。二燃室可有效去除未燃尽的碳,后端得到更纯净、盐酸产品。过氧燃烧,保证碳的充分燃烧,即燃尽率,也符合焚烧技术要求中的过氧系数要求。
所述二燃室与余热回收锅炉连通,从二燃室出来的未燃尽的碳经余热回收锅炉进一步燃烧除去,有利于后期得到纯度更高的盐酸产品,余热回收装置出口的温度为400℃。
所述余热回收锅炉与急冷降温器连通,急冷降温器与气液分离器连通,混合气体中的盐酸成分在该条件下液化,经气液分离器,分离得到一部分盐酸产品。急冷降温器中的温度从400℃降为100℃以下。
所述气液分离装置与降膜吸收塔连通,气液分离装置中气体部分进入降膜吸收塔进行冷却和纯化,确保冷却吸收效果。在此过程中生成的液体部分进入二级气液分离器,得到盐酸产品,剩余气体部分经活性炭吸附及湿电除尘器回到二级洗涤塔,经洗涤后获得纯净的气相二氧化硅产品。
二级洗涤塔中采用碱性试剂对进入洗涤塔中的气体进行洗涤。
引风装置的风速为2.5m/s。
实施例2
本实施例中危废处理装置,其进料装置包括固体进料装置及液体进料装置。
所述固体进料装置为斗式提升机,将固体物料输送至等离子焚烧炉,通过控制转速控制上料量;液体进料装置包括加热设备、进料管及喷枪,通过加热设施将固体加热至液体状态,通过进料管道输送至喷枪喷入等离子焚烧炉。其余设置方式与实施例1中相同。
实施例3
本实施例中危废处理系统还包括除渣装置和转运装置,其余设置方式与实施例1中相同,经等离子气化炉高温煅烧后得到固体危废物质,经除渣装置从等离子气化炉中移除,经转运装置转运后进行填埋处理。
实施例4
实施例1中所述的危废处理系统的使用方法如下:
(1)开启余热回收装置;开启急冷降温装置,保证正常循环;开启降膜吸收装置;开启二级洗涤装置,补入碳酸钠试剂建立循环;
(2)开启气液分离装置、二级气液分离装置;若气体中夹杂粉尘较多,开启湿电除尘装置及活性炭吸附装置。
(3)保持一定速度向高温气化装置中加入焦炭,使焦炭堆积至一定高度形成焦炭床层,并覆盖高温气化装置底部。将150kg焦炭在85s的时间内加至气化炉。待焦炭加完后,此时焦炭床层炬口150mm左右。
(4)向高温气化路内通入氮气,开启引风机C1001,使系统负压维持在-100Pa左右,将系统内易燃易爆气体置换完全。
(5)炬套、炉套水循环系统建立。将软水缓冲罐注脱盐水至80%左右,打开炬套进水调节阀,炬套、炉套回水量是否正常。
(6)开启炬套中的水循环系统,点燃等离子气化炉、开启引风机设置风机1400转/分或40kw,通过进料装置向等离子气化炉内输送废弃物。
对比例1
本实施例中装置与实施例1中装置设置方式相同,区别在于高温气化装置为以焦炭为能量来源的焚烧炉,不具有等离子火炬。
依照实施例4中记录的方法分别启动实施例1及对比例1中的装置对固体危废进行处理,对比例1中高温气化炉内升温速度缓慢,相比实施例1中装置处理时间延长,另外,对比例1中回收的盐酸中包含较多的粉尘、颗粒,后续回收系统堵塞严重,进一步延长了危废处理时间。
实施例1中装置处理1000kg危废,需要0.25h,处理效果极高,且燃烧充分,产生的残渣少,后续运行负荷低,炉子运行周期长。并且采用实施例1中的高温气化炉对进行处理后的废渣为惰性玻璃态物质,经炉内高温冶炼,还能得到一部分铜等金属产品。
对比例1中装置处理1000kg危废,需要2h,主要是温度低固体物料燃烧不充分,反应燃烧效率低,且燃烧不完全,产生残渣较多,影响炉子运行周期。高温汽化炉内煅烧后的废渣质量较大,其中成分复杂,难以进行分离。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种危险废弃物处理系统,其特征在于,所述危险废弃物处理系统包括进料装置、高温气化装置、二燃室、余热回收装置、急冷降温装置、气液分离装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、引风装置,上述各装置顺序连接,且相互间连通。
2.如权利要求1所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述系统还包括二级气液分离装置、活性炭吸附装置及湿电除尘装置,所述二级气液分离装置、活性炭吸附装置及湿电除尘装置顺序连接,并且彼此连通,作为一条支路位于所述一级洗涤塔与二级洗涤塔之间。
3.如权利要求1所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述进料装置包括固体进料装置及液体进料装置,分别与高温熔融装置连通。
4.如权利要求3所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述固体为斗式提升机,通过控制转速来调节上料量;所述液体进料装置包括加热装置、进料管及喷枪。
5.如权利要求1所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述高温气化装置为等离子气化炉,该等离子气化炉内装有等离子火炬,采用焦炭作为床层;优选的,所述等离子气化炉以焦炭作为热量来源,等离子火炬提供的热量占炉膛内总热量来源的2~9%;优选的,所述等离子火炬的温度为4000~7000℃,炉膛内炉底温度达1600℃以上。
6.如权利要求1所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述二燃室及余热回收装置为以煤炭作为供能原料的锅炉;优选的,所述二燃室出口的温度为1100~1300℃;余热回收装置出口的温度为200-350℃。
7.如权利要求1所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述急冷降温装置为急冷降温器,所述急冷降温器中的温度从350~450℃降为100℃以下。
8.如权利要求1所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述一级洗涤塔为降膜洗涤塔;优选的,所述降膜洗涤塔中用于洗涤的液体为盐酸溶液;更进一步优选的,该盐酸溶液的浓度为8%~12%盐酸溶液。
9.如权利要求1所述的危险废弃物处理系统,其特征在于,所述引风装置的风速保持在3m/s以下;优选的,所述危险废物处理系统还包括除渣装置及转运装置。
10.权利要求1-9任一项所述的危险废弃物处理系统的使用方法,其特征在于,所述使用方法包括如下步骤:
(1)开启余热回收装置;开启急冷降温装置,保证正常循环;开启降膜吸收装置;开启二级洗涤装置,补入碱性试剂建立循环;
(2)开启气液分离装置、二级气液分离装置;
(3)保持一定速度向高温气化装置中加入焦炭,使焦炭堆积至一定高度形成焦炭床层,并覆盖高温气化装置底部;优选的,140~160kg焦炭在60~90s的时间内加入高温气化装置,加入完毕后焦炭床层与等离子火炬距离140~150mm;
(4)向气化炉内通入氮气,开启引风装置,使装置内维持-120~-80Pa的负压状态;
(5)开启炬套中的循环系统,点燃等离子气化炉、引风机设置风机900~1100转/分或28~32kw,通过进料装置向等离子气化炉内输送废弃物。
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