CN109897673A - 一种利用水热解法无害资源化处理高盐高cod化工危废工艺 - Google Patents
一种利用水热解法无害资源化处理高盐高cod化工危废工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，包括以下步骤：(1)预处理：将化工危废与水按照比例混合制备浆料；(2)水热分解：将浆料充分搅拌后泵送至水热反应器中进行水热解处理，得到固体产物、液体产物和气体产物；(3)催化重整：气体产物依次经过解毒、反应、气化、重整，得到含甲烷气体；(4)低温蒸发：将液体产物进行低温蒸发并分盐，得到含盐结晶；(5)资源利用：将甲烷气体返回至步骤(1)预热浆料并进行热量回用，再经过步骤(4)再次利用降温，最后进行甲烷综合利用。总之，本发明可以高效处理高盐高COD化工危废并且不会产生二次污染，还可实现化工危废资源化。
Description
技术领域
本发明属于化工危废处理技术领域，具体涉及一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺。
背景技术
化工危废是指化工生产过程中产生的固体、半固体或浆状废弃物，包括化工生产过程中进行分解、合成等化学反应过程中产生的不合格产品、中间产物、副产物、废催化剂、废添加剂、未反应原料及原料杂质等，也包括直接从反应装置排出的或在产品挂制、分离、洗涤时由相应装置排出的废物以及空气污染控制设施排出的粉尘、废水处理过程产生的污泥、设备检修和事故泄漏产生的固体废弃物等。
化工危废具有下列特点：(1)产生量较大。化工危废占到整个工业危废产生总量的30％以上；(2)种类多，有毒物质含量高，对人类健康和环境危害大。化工固废中有相当部分具有急毒性、反应性、腐蚀性等特点，尤其是危险废物中有毒物质含量高，对人体健康和环境会构成较大威胁，若得不到有效处置，将会对人体和环境造成较大影响。(3)废物资源化潜力大。化工危废中有相当一部分是反应的原料和副产物，通过适当的技术处理就可以将有价值的物质进行回收利用。因此，有效实现化工危废的无害化、资源化和能源化，对提高污染防治水平和产业经济效益具有重要作用。
通常，此类污染物的处理方法主要包括焚烧法和填埋法。然而焚烧技术处理此类危险废物时，存在以下问题：(1)高温熔融状态下，回转窑结垢现象严重，热效降低明显；(2)设备腐蚀现象非常严重；(3)大部分为含氯盐，在焚烧时会产生大量二噁英，造成二次污染；(4)大部分此类危废以湿态形式存在，导致焚烧法耗能较高。安全填埋处理此类危废时，存在如下问题：(1)需要刚性填埋场，工程造价高；(2)占用土地面积大；(3)会产生大量高COD、高含盐渗滤液无法处理。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种绿色环保的利用水热解法无害资源化处理化工危废工艺。
本发明的技术方案为：一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，包括以下步骤：
(1)预处理：将化工危废与水按照比例混合后打浆，得到浆料；
(2)水热分解：将浆料充分搅拌后泵送至水热反应器中，控制内部温度为200-400℃，压力15-22MPa，反应时间为30-180min，得到的产物经三相分离器得到固体产物、液体产物和气体产物；
(3)催化重整：气体产物依次经过解毒、反应、气化、重整，得到含甲烷气体；
(4)低温蒸发：液体产物为高浓度盐水，将所述高浓度盐水经雾化装置雾化处理后，与50-63℃热风对冲，并控制环境压力为0.013-0.022Mpa，气液接触使气体变成饱和蒸汽，得到含盐结晶，饱和蒸汽冷凝后返回至步骤(1)再次利用；低温蒸发更加节能，并且不容易因温度过高产生含盐结晶的烧结，从而影响其回收利用。
(5)资源利用：将步骤(3)中含甲烷气体返回至步骤(1)进行热量回用，再经过步骤(4)再次利用降温，最后进行甲烷综合利用，通过热量的回用降低工艺能耗。
进一步地，步骤(1)中化工危废与水的混合质量比为1:2-10。化工危废与水的比例过少则会导致水热解不充分，而比例过多则会增加水热解过程的能耗。
进一步地，步骤(4)中高浓度盐水含盐量为5-20％
进一步地，步骤(4)中热风对冲采用的压缩气体压力值为5-10MPa，喷射流速为30-50L/min。
进一步地，步骤(3)的具体方法为：
(31)解毒：将气体产物通入装有磁性多孔催化剂的管式反应器中，升温至350-450℃，通入时间为5-8s，并通入氮气保护，去除有毒的杂质，并对解毒后的气体进行磁活化，得到磁活化的混合气体；
(32)反应：将混合气体通入装有凹凸棒石镍基催化剂的管式反应器中，升温至300-500℃，通入时间为6-10s，将混合气体中的多碳化合物分解为单碳化合物，得到混合含碳化合物气体；
(33)气化：将混合含碳化合物气体通入装有铬铁纤维催化剂的气化装置中，升温至450-700℃，通入时间为8-12s，将部分含碳化合物和水在催化剂的作用下反应，产生氢；
(34)重整：将含碳化合物和氢的混合气体通入装有纳米镍基催化剂的管式反应器，升温至200-500℃，通入时间为6-8s，将含碳化合物和氢在催化剂作用下生成甲烷。
更进一步地，步骤(31)中磁性多孔催化剂的制备方法为：
S1：将活性炭与浓度为2.0-2.4％的NaOH溶液按照质量比为1:4-5混合，在40-50℃下搅拌30min，冷却至室温后过滤；
S2：将过滤后的活性炭真空冷冻干燥，再微波解冻，交替冻融3-6次；增大活性炭体积，降低其密度，提高其负载率。
S3：在最后一次微波解冻后，采用双蒸水对活性炭进行加压洗脱，去除杂质，再采用HCl溶液将其洗至中性，干燥；
S4：将S3中干燥后的活性炭和铝镍钴磁粉按照质量为50-100:1混合后，在500-600℃焙烧1-2h，即得磁性多孔催化剂。铝镍钴磁粉可辅助活性炭对大分子有机物进行吸附，并且还可以有助于将大分子有机物催化分解为小分子有机物。
进一步地，铬铁纤维催化剂的铺设厚度为15-55mm，其中铬铁纤维直径为0.1-0.5mm，长度为3-5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明利用水热解技术在高温高压的条件下，使有机物与水反应分解转化为液体燃料或气体燃料等能源物质。与目前主要采取焚烧和填埋的方法相比，反应以水为原料，湿物料不需要干燥，节省能源，高温高压条件下反应彻底，不会导致因有机物残留造成二次污染等问题，同时有利于提升后续盐类回收得到产品的品质。
(2)本发明催化重整过程中，在各个阶段反应器的专属催化剂的作用下，能有效去除裂解气中无用的、对甲烷化催化剂有影响的杂质，并将多种低碳化合物和水进行重整合成具有更高利用价值的甲烷气。产生的甲烷气可以作为系统运行的能源，多余的可以以电、蒸汽或者天然气形式外售。
(3)本发明采用对高浓度盐水进行雾化，并在低压条件下，使用低温热风对冲雾化液滴的低温蒸发技术对高浓度含盐废水进行蒸发结晶，气液接触的时间足以使气体变成饱和蒸汽，并且低温蒸发更加节能，也不容易因温度过高产生含盐结晶的烧结，从而影响其回收利用。
总之，本发明可以高效处理高盐高COD化工危废并且不会产生二次污染，生成的盐不含有机质；反应需要的水可以循环利用，不外排；有机物分解后可以变成清洁能源，充分实现化工危废资源化。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，包括以下步骤：
(1)预处理：将化工危废与水按照比例混合后打浆，得到浆料；化工危废与水的混合质量比为1:2。化工危废与水的比例过少则会导致水热解不充分，而比例过多则会增加水热解过程的能耗。
(2)水热分解：将浆料预热到80℃充分搅拌后泵送至水热反应器中，控制内部温度为200℃，压力15MPa，反应时间为30min，得到的产物经三相分离器得到固体产物、液体产物和气体产物；
(3)催化重整：气体产物依次经过解毒、反应、气化、重整，得到含甲烷气体；具体方法为：
(31)解毒：将气体产物通入装有磁性多孔催化剂的管式反应器中，升温至350℃，通入时间为8s，并通入氮气保护，去除有毒的杂质，并对解毒后的气体进行磁活化，得到磁活化的混合气体；磁性多孔催化剂为磁性多孔尖晶石铁氧体。
(32)反应：将混合气体通入装有凹凸棒石镍基催化剂的管式反应器中，升温至300℃，通入时间为10s，将混合气体中的多碳化合物分解为单碳化合物，得到混合含碳化合物气体；
(33)气化：将混合含碳化合物气体通入装有铬铁纤维催化剂的气化装置中，铬铁纤维催化剂的铺设厚度为15mm，其中铬铁纤维直径为0.1mm，长度为3mm。升温至450℃，通入时间为12s，将部分含碳化合物和水在催化剂的作用下反应，产生氢；
(34)重整：将含碳化合物和氢的混合气体通入装有纳米镍基催化剂的管式反应器，升温至200℃，通入时间为8s，将含碳化合物和氢在催化剂作用下生成甲烷。
(4)低温蒸发：液体产物为含盐量为5％的高浓度盐水，将高浓度盐水经雾化装置雾化处理后，与50℃热风对冲，热风对冲采用的压缩气体压力值为5MPa，喷射流速为30L/min，并控制环境压力为0.013Mpa，气液接触使气体变成饱和蒸汽，得到含盐结晶，饱和蒸汽冷凝后返回至步骤(1)再次利用；低温蒸发更加节能，并且不容易因温度过高产生含盐结晶的烧结，从而影响其回收利用。
(5)资源利用：将步骤(3)中含甲烷气体返回至步骤(1)进行热量回用，再经过步骤(4)再次利用降温，最后进行甲烷综合利用，通过热量的回用降低工艺能耗。
实施例2
如图1所示，一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，包括以下步骤：
(1)预处理：将化工危废与水按照比例混合后打浆，得到浆料；化工危废与水的混合质量比为1:6。化工危废与水的比例过少则会导致水热解不充分，而比例过多则会增加水热解过程的能耗。
(2)水热分解：将浆料预热到85℃充分搅拌后泵送至水热反应器中，控制内部温度为300℃，压力20MPa，反应时间为105min，得到的产物经三相分离器得到固体产物、液体产物和气体产物；
(3)催化重整：气体产物依次经过解毒、反应、气化、重整，得到含甲烷气体；具体方法为：
(31)解毒：将气体产物通入装有磁性多孔催化剂的管式反应器中，升温至400℃，通入时间为6s，并通入氮气保护，去除有毒的杂质，并对解毒后的气体进行磁活化，得到磁活化的混合气体；磁性多孔催化剂为磁性多孔尖晶石铁氧体。
(32)反应：将混合气体通入装有凹凸棒石镍基催化剂的管式反应器中，升温至400℃，通入时间为8s，将混合气体中的多碳化合物分解为单碳化合物，得到混合含碳化合物气体；
(33)气化：将混合含碳化合物气体通入装有铬铁纤维催化剂的气化装置中，铬铁纤维催化剂的铺设厚度为35mm，其中铬铁纤维直径为0.3mm，长度为4mm。升温至555℃，通入时间为10s，将部分含碳化合物和水在催化剂的作用下反应，产生氢；
(34)重整：将含碳化合物和氢的混合气体通入装有纳米镍基催化剂的管式反应器，升温至350℃，通入时间为7s，将含碳化合物和氢在催化剂作用下生成甲烷。
(4)低温蒸发：液体产物为含盐量为15％的高浓度盐水，将高浓度盐水经雾化装置雾化处理后，与60℃热风对冲，热风对冲采用的压缩气体压力值为8MPa，喷射流速为40L/min，并控制环境压力为0.02Mpa，气液接触使气体变成饱和蒸汽，得到含盐结晶，饱和蒸汽冷凝后返回至步骤(1)再次利用；低温蒸发更加节能，并且不容易因温度过高产生含盐结晶的烧结，从而影响其回收利用。
(5)资源利用：将步骤(3)中含甲烷气体返回至步骤(1)进行热量回用，再经过步骤(4)再次利用降温，最后进行甲烷综合利用，通过热量的回用降低工艺能耗。
实施例3
如图1所示，一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，包括以下步骤：
(1)预处理：将化工危废与水按照比例混合后打浆，得到浆料；化工危废与水的混合质量比为1:12。化工危废与水的比例过少则会导致水热解不充分，而比例过多则会增加水热解过程的能耗。
(2)水热分解：将浆料预热到90℃充分搅拌后泵送至水热反应器中，控制内部温度为400℃，压力22MPa，反应时间为180min，得到的产物经三相分离器得到固体产物、液体产物和气体产物；
(3)催化重整：气体产物依次经过解毒、反应、气化、重整，得到含甲烷气体；具体方法为：
(31)解毒：将气体产物通入装有磁性多孔催化剂的管式反应器中，升温至450℃，通入时间为5s，并通入氮气保护，去除有毒的杂质，并对解毒后的气体进行磁活化，得到磁活化的混合气体；磁性多孔催化剂为磁性多孔尖晶石铁氧体。
(32)反应：将混合气体通入装有凹凸棒石镍基催化剂的管式反应器中，升温至500℃，通入时间为6s，将混合气体中的多碳化合物分解为单碳化合物，得到混合含碳化合物气体；
(33)气化：将混合含碳化合物气体通入装有铬铁纤维催化剂的气化装置中，铬铁纤维催化剂的铺设厚度为55mm，其中铬铁纤维直径为0.5mm，长度为5mm。升温至700℃，通入时间为8s，将部分含碳化合物和水在催化剂的作用下反应，产生氢；
(34)重整：将含碳化合物和氢的混合气体通入装有纳米镍基催化剂的管式反应器，升温至500℃，通入时间为6s，将含碳化合物和氢在催化剂作用下生成甲烷。
(4)低温蒸发：液体产物为含盐量为20％的高浓度盐水，将高浓度盐水经雾化装置雾化处理后，与63℃热风对冲，热风对冲采用的压缩气体压力值为10MPa，喷射流速为50L/min，并控制环境压力为0.022Mpa，气液接触使气体变成饱和蒸汽，得到含盐结晶，饱和蒸汽冷凝后返回至步骤(1)再次利用；低温蒸发更加节能，并且不容易因温度过高产生含盐结晶的烧结，从而影响其回收利用。
(5)资源利用：将步骤(3)中含甲烷气体返回至步骤(1)进行热量回用，再经过步骤(4)再次利用降温，最后进行甲烷综合利用，通过热量的回用降低工艺能耗。
实施例4
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于：
步骤(31)中磁性多孔催化剂为铝镍钴活性炭，其制备方法为：
S1：将活性炭与浓度为2.0％的NaOH溶液按照质量比为1:4混合，在40-50℃下搅拌30min，冷却至室温后过滤；
S2：将过滤后的活性炭真空冷冻干燥，再微波解冻，交替冻融5次；增大活性碳体积，降低其密度，提高其负载率。
S3：在最后一次微波解冻后，采用双蒸水对活性炭进行加压洗脱，去除杂质，利用HCL溶液洗至中性，干燥；
S4：将S3中干燥后的活性炭和铝镍钴磁粉按照质量为80:1混合后，在550℃焙烧2h，即得磁性多孔催化剂。铝镍钴磁粉可辅助活性炭对大分子有机物进行吸附，并且还可以有助于将大分子有机物催化分解为小分子有机物。
对比例1
利用固体燃烧法对有机物进行热解裂解处理，具体工艺包括以下步骤：
(1)预处理：将有机废物干燥至含水量15％，并粉碎粒径至3mm；
(2)热解：将预处理后的有机废物在400℃进行热解处理，热解处理后得到固体产物和气体产物；
(3)催化重整：热解后的气体产物进入催化重整装置，采用白云石催化剂，重整的温度为800℃，重整时间为15s；
(4)后处理：将催化重整后的气体降温净化得到甲烷。
分别检测实施例1-4，以及对比例1产生的甲烷的TVOC值，结果如表1所示。
表1：实施例1-4以及对比例1产生的甲烷的TVOC值
| TVOC(ppm) | |
| 实施例1 | 0.12 |
| 实施例2 | 0.08 |
| 实施例3 | 0.04 |
| 实施例4 | 0.02 |
| 对比例1 | 178 |
对比例2
利用水热解法对有机物进行热解裂解处理，具体工艺包括以下步骤：
(1)预处理：将化工危废与水按照质量比1:20混合后破碎打浆，得到浆料；
(2)水热分解：将浆料泵送至水热反应器中，控制内部温度为360℃进行水热解处理，热解处理后得到固体产物、液体产物和气体产物；
(3)催化重整：气体产物进入催化重整装置，采用白云石催化剂，重整的温度为800℃，重整时间为15s；
(4)高温蒸发：将液体产物放入坩埚中，加热至700℃进行高温蒸发，得到含盐结晶；
(5)后处理：将催化重整后的气体降温净化得到甲烷。
并采用灼烧法对实施例1-4以及对比例2中含盐结晶的有机质进行测定，测定结果如表2所示。
表1：实施例1-54以及对比例2中含盐结晶的有机质含有率
| 有机质含有率(％) | |
| 实施例1 | 0.01 |
| 实施例2 | 0.01 |
| 实施例3 | 0.00 |
| 实施例4 | 0.00 |
| 对比例2 | 2.4 |
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将化工危废与水按照比例混合后打浆，得到浆料；
(2)水热分解：将所述浆料充分搅拌后泵送至水热反应器中，控制内部温度为200-400℃，压力15-22MPa，反应时间为30-180min，得到的产物经三相分离器得到固体产物、液体产物和气体产物；
(3)催化重整：所述气体产物依次经过解毒、反应、气化、重整，得到含甲烷气体；
(4)低温蒸发：所述液体产物为高浓度盐水，将所述高浓度盐水经雾化装置雾化处理后，与50-63℃热风对冲，并控制环境压力为0.013-0.022Mpa，气液接触使气体变成饱和蒸汽，得到含盐结晶，所述饱和蒸汽冷凝后返回至步骤(1)再次利用；
(5)资源利用：将步骤(3)中所述含甲烷气体返回至步骤(1)进行热量回用，再经过步骤(4)再次利用降温，最后进行甲烷综合利用。
2.如权利要求1所述的一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，其特征在于，步骤(1)中所述化工危废与水的混合质量比为1：2-10。
3.如权利要求1所述的一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，其特征在于，步骤(4)中所述高浓度盐水含盐量为5-20％。
4.如权利要求1所述的一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，其特征在于，步骤(4)中所述热风对冲采用的压缩气体压力值为5-10MPa，喷射流速为30-50L/min。
5.如权利要求1所述的一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，其特征在于，步骤(3)的具体方法为：
(31)解毒：将所述气体产物通入装有磁性多孔催化剂的管式反应器中，升温至350-450℃，并通入氮气保护，通入时间为5-8s，去除有毒的杂质，并对解毒后的气体进行磁活化，得到磁活化的混合气体；
(32)反应：将所述混合气体通入装有凹凸棒石镍基催化剂的管式反应器中，升温至300-500℃，通入时间为6-10s，将混合气体中的多碳化合物分解为单碳化合物，得到混合含碳化合物气体；
(33)气化：将所述混合含碳化合物气体通入装有铬铁纤维催化剂的气化装置中，升温至450-700℃，通入时间为8-12s，将部分含碳化合物和水在催化剂的作用下反应，产生氢；
(34)重整：将含碳化合物和氢的混合气体通入装有纳米镍基催化剂的管式反应器，升温至200-500℃，通入时间为6-8s，将含碳化合物和氢在催化剂作用下生成甲烷。
6.如权利要求5所述的一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，其特征在于，步骤(31)中所述磁性多孔催化剂的制备方法为：
S1：将活性炭与浓度为2.0-2.4％的NaOH溶液按照质量比为1:4-5混合，在40-50℃下搅拌30min，冷却至室温后过滤；
S2：将过滤后的活性炭真空冷冻干燥，再微波解冻，交替冻融3-6次；
S3：在最后一次微波解冻后，采用双蒸水对活性炭进行加压洗脱，去除杂质，再采用HCl溶液将其洗至中性，干燥；
S4：将S3中干燥后的活性炭和铝镍钴磁粉按照质量为50-100:1混合后，在500-600℃焙烧1-2h，即得磁性多孔催化剂。
7.如权利要求5所述的一种利用水热解法无害资源化处理高盐高COD化工危废工艺，其特征在于，所述铬铁纤维催化剂的铺设厚度为15-55mm，其中铬铁纤维直径为0.1-0.5mm，长度为3-5mm。
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