CN111013517A - 一种连续式有机固废热水解处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式有机固废热水解处理系统及方法，包括一级浆化反应器、二级浆化反应器组、热水解反应器、一级闪蒸反应器和二级闪蒸反应器；所述一级浆化反应器的出料口通过物料输送泵分别与所述的二级浆化反应器组中各个二级浆化反应器的进料口连接，所述二级浆化反应器组中的二级浆化反应器至少设置为两个，所述各个二级浆化反应器的出料口并联后与所述的热水解反应器的进料口连接，所述热水解反应器与后续各闪蒸反应器之间依序串联；本发明中大大提高处理效率和系统处理能力，降低单位处理能力的造价，即在反应器同等容积条件下，连续式热水解系统较序批式处理规模提高60％～100％。且热水解反应器内温度、压力波动范围小，节省蒸汽消耗量。

Description

一种连续式有机固废热水解处理系统及方法

技术领域

本发明涉及城市有机固废的处理技术领域，尤其是一种连续式有机固废热水解处理系统及方法。

背景技术

现阶段，纵观国内外热水解系统，其实际生产过程中仍主要采用间歇运行方式，依次经过进料、反应、泄压和出料等一系列处理过程。此系统工艺流程复杂，稳定性差，处理效率低。而少数采用的连续式热水解系统中，输送高粘度、高温高压、沸点温度以上的流体时主要采用容积泵(如螺杆泵、柱塞泵)或采用“关于申请号201610158698.9一种外压式高温高压物料定量输送装置”，但在实际运行过程中均存在诸多缺陷：1)采用序批式热水解系统时，此种工艺设计会使反应器处于疲劳工况(如频繁的间歇操作造成压力的变化、运行时出现周期性温度变化等)，而压力容器的设计一般是按照受静载荷的条件来考虑的，反应容器在这类交变载荷的反复作用下，会严重损害反应器使用寿命，会极大地提升设备造价及运行成本；2)序批式相较于连续式，设备的利用率比较低，一般需要多个热水解反应器配合使用，这样的工艺过程成倍增加了所需设备的数量和造价，且过程复杂，控制点多，自动化的成本也高；3)现今用于输送高温高压、沸点温度以上流体时选用容积泵仍存在输送流体易泄漏、成本高昂、日常维护费较高、耐久性差等诸多问题；4)关于“一种外压式高温高压物料定量输送装置”发明专利公开了一种输送装置，虽然该装置能够输送高粘度、高温高压、沸点温度以上的流体的功能，但该装置设置的控制阀门数量众多且其耐久性、可靠性还未得到验证，自动化控制复杂，日常运行管理较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种连续式有机固废热水解处理系统及方法，既解决了原有系统处理效率和处理能力偏低、单位处理能力的造价高的问题，亦同步解决了原有输送沸点温度以上流体的输送装置存在自动化控制复杂、可靠性及耐久性不足的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种连续式有机固废热水解处理系统，包括一级浆化反应器、二级浆化反应器组、热水解反应器、一级闪蒸反应器和二级闪蒸反应器；所述一级浆化反应器的出料口通过物料输送泵分别与所述的二级浆化反应器组中各个二级浆化反应器的进料口连接，所述二级浆化反应器组中的二级浆化反应器至少设置为两个，所述各个二级浆化反应器的出料口并联后与所述的热水解反应器的进料口连接，所述热水解反应器与后续各闪蒸反应器之间依序串联。

进一步地，所述一级浆化反应器内设有搅拌装置，所述一级浆化反应器、二级浆化反应器、热水解反应器、一级闪蒸反应器和二级闪蒸反应器均设置有温度传感器、压力传感器及液位传感器。

由于采用了上述技术方案，本系统一级浆化反应器可以设置有搅拌装置，当采用搅拌装置时，可以更好地使二次回收的蒸气与有机固废进行混合，提高传质效率。每个反应器均设置有温度传感器、压力传感器及液位传感器，不仅可以检测各个反应器内部的运行数据，提前进行预警，而且在后续作业中，可根据各个液位、压力和温度参数进行相应的控制，保证本系统稳定、连续、有效地进行，实现高效、智能、精准控制；本系统采用多级闪蒸余热回收，梯级升温梯级降温，有效增加各级间的传热推动力，更易于蒸汽吸收，提高蒸汽吸收效率，节约能源。

进一步地，所述二级浆化反应器进料口和物料压送气源的进气口均设置在所述的二级浆化反应器直筒的上部，所述二级浆化反应器的出料口设置在所述二级浆化反应器的底部。

进一步地，所述的二级浆化反应器还设有连接外部的物料压送气源管道，用于向二级浆化反应器内部提供高压气源，作为向高压容器中输送沸点温度以上、高粘度、杂质多流体的输送动力，在该气源管道上设有控制调节阀，用于控制热水解反应器的进料量。

由于采用了上述技术方案，既规避了传统机械增压输送存在的输送流体易泄漏、成本高昂、日常维护费较高、耐久性差等诸多问题，同时亦改善了新型高温物料定量输送装置系统控制复杂、运行管理较麻烦的困扰。整个输送过程可控，系统运行可靠稳定、自动化控制简单，设备造价低廉。

进一步地，所述压送气源装置为空压机、蒸汽锅炉、高压气源或者它们的组合。

由于采用了上述技术方案，优选地，压送气源选择蒸汽锅炉(含二次蒸汽)时，输送过程兼具加热、混合物料的功能。

进一步地，所述热水解反应器设置有连接外部自蒸汽总管的蒸汽管道，用于向热水解反应器内部提供高温高压的饱和蒸汽，在该蒸汽管道上设有控制阀和流量检测仪，通过控制阀可以调控并保证热水解反应器内部温度维持在180℃左右，保持反应高效进行。

热水解反应器也可以设置有搅拌装置，通过搅拌装置可以加快热水解反应，使反应更加充分，能耗更节省。

本方案还提供一种连续式有机固废热水解处理方法，其包括如下步骤：

1)将预处理后的有机固废送至一级浆化反应器，启动搅拌装置，将容器内的物料与后续闪蒸回收的二次蒸汽搅拌混合，达到均质、预热的目的；

2)启动物料输送泵，将一级浆化反应器的物料通过输送泵送至二级浆化反应器组中，其中二级浆化反应器设置为多台，当其中一台二级浆化反应器达到设定液位后，开始接收一级闪蒸反应器闪蒸回收的二次蒸汽进行进一步混合、浆化，另外一台二级浆化反应器内物料已完成浆化反应，通过压物料压送气源管道压入高压介质，气源压力略高于热水解反应器内压力，使得罐内物料连续、可控地送至热水解反应器；

二级浆化反应器交替使用，实现热水解系统的连续进料、出料；所述温度传感器、压力传感器以及液位传感器实时检测二级浆化反应器内的温度、压力及物料液位；

3)向热水解反应器内通入饱和蒸汽作为热源，有机固废在热水解反应器中进行热水解反应，热水解后的有机固废浆料通过热水解反应器与一级闪蒸反应器的压差，连续自流进入一级闪蒸反应器内，进行第一次闪蒸降温，回收二次蒸汽，用于二级浆化物料的预热及搅拌；

4)一级闪蒸反应器有机固废浆料通过一级闪蒸反应器与二级闪蒸反应器的压差，连续自流进入二级闪蒸反应器内，进行第二次闪蒸降温，回收二次闪蒸蒸汽，用于一级浆化物料的预热；

5)二级闪蒸浆料通过输送泵连续送至后续单元，等待进一步处理。

作为优选的，步骤(1)中，预处理后的有机固废包括餐厨垃圾、厨余垃圾、粪便垃圾、园林废弃物、病死畜禽、抗生素菌渣等任一城市有机固废，其颗粒粒径≤10mm，有机固废含水率为70％～95％。

作为优选的，步骤(2)中，压送气源装置的起源压力为1.2～1.8MPa。

作为优选的，步骤(3)中，热水解反应的温度为160－200℃，压力为0.6－1.6MPa，热水解反应时间为25－60min。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明中采用连续式热水解反应器，配合连续进料、出料的控制阀，可使热水解处理在一个热水解反应器内完成，大大提高处理效率和系统处理能力，降低单位处理能力的造价，即在反应器同等容积条件下，连续式热水解系统较序批式处理规模提高60％～100％。且热水解反应器内温度、压力波动范围小，节省蒸汽消耗量。

(2)本发明中采用压缩空气或蒸汽源为动力，向高压容器中输送沸点温度以上、高粘度、杂质多流体输送的方式，规避了传统机械增压输送存在的输送流体易泄漏、成本高昂、日常维护费较高、耐久性差等诸多问题，极大地提高系统运行的可靠性、稳定性。

(3)本发明中设置两台二级浆化反应器，交替使用，即利用两台二级浆化反应器的大容积缓冲能力，替代系统控制复杂、运行管理较麻烦的新型高温物料定量输送装置。整个输送过程可控，系统自动化控制简单、运行可靠稳定，设备造价低廉。

(4)该系统与上述方法配合使用，适用于各种规模、各种含水率的城市有机固废的处理，同时该系统技术成熟、自动化程度高、投资少、经济效益显著，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明整体处理系统示意图；

图中标记：1、一级浆化反应器；2、二级浆化反应器组；3、热水解反应器；4、一级闪蒸反应器；5、二级闪蒸反应器；6、搅拌装置；7、控制阀；8、进料口；9、物料压送气源的进气口；10、物料压送气源管道；11、压送气源装置；12、物料输送泵；13、自蒸汽总管；14、二级浆化反应器；15、出料口。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

实施例1

如图1所示，一种连续式有机固废热水解处理系统，包括一级浆化反应器1、二级浆化反应器组2、热水解反应器3、一级闪蒸反应器4和二级闪蒸反应器5；所述一级浆化反应器1的出料口15通过物料输送泵12分别与所述的二级浆化反应器组2中各个二级浆化反应器14的进料口8连接，所述二级浆化反应器组2中的二级浆化反应器14至少设置为两个，所述各个二级浆化反应器14的出料口15并联后与所述的热水解反应器3的进料口8连接，所述热水解反应器3与后续各闪蒸反应器之间依序串联。

所述一级浆化反应器1内设有搅拌装置6，所述一级浆化反应器1、二级浆化反应器14、热水解反应器3、一级闪蒸反应器4和二级闪蒸反应器5均设置有温度传感器、压力传感器及液位传感器。

所述二级浆化反应器14进料口8和物料压送气源的进气口9均设置在所述的二级浆化反应器14直筒的上部，所述二级浆化反应器14的出料口15设置在所述二级浆化反应器14的底部。

所述的二级浆化反应器14还设有连接外部的物料压送气源管道10，用于向二级浆化反应器14内部提供高压气源，作为向高压容器中输送沸点温度以上、高粘度、杂质多流体的输送动力，在该气源管道上设有控制调节阀，用于控制热水解反应器3的进料量。

所述压送气源装置11为空压机、蒸汽锅炉、高压气源或者它们的组合。

优选地，压送气源选择蒸汽锅炉(含二次蒸汽)时，输送过程兼具加热、混合物料的功能。所述热水解反应器设置有连接外部自蒸汽总管13的蒸汽管道，用于向热水解反应器3内部提供高温高压的饱和蒸汽，在该蒸汽管道上设有控制阀7和流量检测仪，通过控制阀7可以调控并保证热水解反应器3内部温度维持在180℃左右，保持反应高效进行。

本方案还提供一种连续式有机固废热水解处理方法，其包括如下步骤：

1)将预处理后的餐厨垃圾送至一级浆化反应器1，启动搅拌装置6，将容器内的物料与后续闪蒸回收的二次蒸汽搅拌混合，达到均质、预热的目的；

2)启动物料输送泵12，将一级浆化反应器1的物料通过输送泵送至二级浆化反应器14，其中二级浆化反应器14设置两台，交替使用，当其中一台二级浆化反应器14达到设定液位后，接收一级闪蒸反应器4闪蒸回收的二次蒸汽进行进一步混合、浆化，另外一台二级浆化反应器14内物料已完成浆化反应，通过压送气源装置11压入高压介质(气源压力略高于热水解反应器3内压力)使得罐内物料连续、可控地送至热水解反应器3；

3)向热水解反应器3内通入饱和蒸汽作为热源，有机固废在热水解反应器3中进行热水解反应，热水解后的有机固废浆料通过热水解反应器3与一级闪蒸反应器4的压差，连续自流进入一级闪蒸反应器4内，进行第一次闪蒸降温，回收二次蒸汽，用于二级浆化物料的预热及搅拌；

4)一级闪蒸反应器4有机固废浆料通过一级闪蒸反应器4与二级闪蒸反应器5的压差，连续自流进入二级闪蒸反应器5内，进行第二次闪蒸降温，回收二次闪蒸蒸汽，用于一级浆化物料的预热；

5)二级闪蒸浆料通过输送泵连续送至后续单元，等待进一步处理。

反应器同等容积条件下，处理餐厨垃圾作业中连续式热水解系统较序批式系统处理规模提高65％。

实施例2

如图1所示，一种连续式有机固废热水解处理系统，包括一级浆化反应器1、二级浆化反应器组2、热水解反应器3、一级闪蒸反应器4和二级闪蒸反应器5；所述一级浆化反应器1的出料口15通过物料输送泵12分别与所述的二级浆化反应器组2中各个二级浆化反应器14的进料口8连接，所述二级浆化反应器组2中的二级浆化反应器14至少设置为两个，所述各个二级浆化反应器14的出料口15并联后与所述的热水解反应器3的进料口8连接，所述热水解反应器3与后续各闪蒸反应器之间依序串联。

所述一级浆化反应器1内设有搅拌装置6，所述一级浆化反应器1、二级浆化反应器14、热水解反应器3、一级闪蒸反应器4和二级闪蒸反应器5均设置有温度传感器、压力传感器及液位传感器。

所述二级浆化反应器14进料口8和物料压送气源的进气口9均设置在所述的二级浆化反应器14直筒的上部，所述二级浆化反应器14的出料口15设置在所述二级浆化反应器14的底部。

所述的二级浆化反应器14还设有连接外部的物料压送气源管道10，用于向二级浆化反应器14内部提供高压气源，作为向高压容器中输送沸点温度以上、高粘度、杂质多流体的输送动力，在该气源管道上设有控制调节阀，用于控制热水解反应器3的进料量。

所述压送气源装置11为空压机、蒸汽锅炉、高压气源或者它们的组合。

优选地，压送气源选择蒸汽锅炉(含二次蒸汽)时，输送过程兼具加热、混合物料的功能。所述热水解反应器设置有连接外部自蒸汽总管13的蒸汽管道，用于向热水解反应器3内部提供高温高压的饱和蒸汽，在该蒸汽管道上设有控制阀7和流量检测仪，通过控制阀7可以调控并保证热水解反应器3内部温度维持在180℃左右，保持反应高效进行。

本方案还提供一种连续式有机固废热水解处理方法，其包括如下步骤：

1)将预处理后的市政污泥送至一级浆化反应器1，启动搅拌装置6，将容器内的物料与后续闪蒸回收的二次蒸汽搅拌混合，达到均质、预热的目的；

2)启动物料输送泵12，将一级浆化反应器1的物料通过输送泵送至二级浆化反应器14，其中二级浆化反应器14设置两台，交替使用，当其中一台二级浆化反应器14达到设定液位后，接收一级闪蒸反应器4闪蒸回收的二次蒸汽进行进一步混合、浆化，另外一台二级浆化反应器14内物料已完成浆化反应，通过压送气源装置11压入高压介质(气源压力略高于热水解反应器3内压力)使得罐内物料连续、可控地送至热水解反应器3；

3)向热水解反应器3内通入饱和蒸汽作为热源，有机固废在热水解反应器3中进行热水解反应，热水解后的有机固废浆料通过热水解反应器3与一级闪蒸反应器4的压差，连续自流进入一级闪蒸反应器4内，进行第一次闪蒸降温，回收二次蒸汽，用于二级浆化物料的预热及搅拌；

4)一级闪蒸反应器4有机固废浆料通过一级闪蒸反应器4与二级闪蒸反应器5的压差，连续自流进入二级闪蒸反应器5内，进行第二次闪蒸降温，回收二次闪蒸蒸汽，用于一级浆化物料的预热；

5)二级闪蒸浆料通过输送泵连续送至后续单元，等待进一步处理。

反应器同等容积条件下，处理市政污泥作业中连续式热水解系统较序批式系统处理规模提高95％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续式有机固废热水解处理系统，其特征在于：包括一级浆化反应器、二级浆化反应器组、热水解反应器、一级闪蒸反应器和二级闪蒸反应器；所述一级浆化反应器的出料口通过物料输送泵分别与所述的二级浆化反应器组中各个二级浆化反应器的进料口连接，所述二级浆化反应器组中的二级浆化反应器至少设置为两个，所述各个二级浆化反应器的出料口并联后与所述的热水解反应器的进料口连接，所述热水解反应器与后续各闪蒸反应器之间依序串联。

2.如权利要求1所述的一种连续式有机固废热水解处理系统，其特征在于：所述一级浆化反应器内设有搅拌装置，所述一级浆化反应器、二级浆化反应器、热水解反应器、一级闪蒸反应器和二级闪蒸反应器均设置有温度传感器、压力传感器及液位传感器。

3.如权利要求1所述的一种连续式有机固废热水解处理系统，其特征在于：所述一级浆化反应器与二级闪蒸反应器连接，所述各个二级浆化反应器分别与一级闪蒸反应器并联，所述每条连接通路上设有程序控制阀。

4.如权利要求1或2所述的一种连续式有机固废热水解处理系统，其特征在于：所述二级浆化反应器进料口和物料压送气源的进气口均设置在所述的二级浆化反应器直筒的上部，所述二级浆化反应器的出料口设置在所述二级浆化反应器的底部。

5.如权利要求1或3所述的一种连续式有机固废热水解处理系统，其特征在于：所述的二级浆化反应器还设有连接外部的物料压送气源管道，所述气源管道上设有控制阀，所述物料压送气源管道通过压送气源的进气口与二级浆化反应器连通；所述热水解反应器设置有连接外部自蒸汽总管的蒸汽管道，所述蒸汽管道上设有控制阀。

6.如权利要求4所述的一种连续式有机固废热水解处理系统，其特征在于：所述物料压送气源管道的压送气源装置为空压机、蒸汽锅炉、高压气源或者它们的组合。

7.一种连续式有机固废热水解处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将预处理后的有机固废送至一级浆化反应器，将容器内的物料与后续闪蒸回收的二次蒸汽搅拌混合；

2)启动物料输送泵，将一级浆化反应器的物料通过输送泵送至二级浆化反应器组中，其中二级浆化反应器设置为多台，当其中一台二级浆化反应器达到设定液位后，开始接收一级闪蒸反应器闪蒸回收的二次蒸汽进行进一步混合、浆化，另外一台二级浆化反应器内物料已完成浆化反应，通过压送气源管道压入高压介质，使得罐内物料连续、可控地送至热水解反应器；

二级浆化反应器交替使用，实现热水解系统的连续进料、出料；所述温度传感器、压力传感器以及液位传感器实时检测二级浆化反应器内的温度、压力及物料液位；

3)向热水解反应器内通入饱和蒸汽，有机固废在热水解反应器中进行热水解反应，通过控制阀进汽和排气的调控，使热水解反应器中的温度维持在180℃左右，热水解后的有机固废浆料通过热水解反应器与一级闪蒸反应器的压差，连续自流进入一级闪蒸反应器内，进行第一次闪蒸降温，回收二次蒸汽，用于二级浆化物料的预热及搅拌；

4)一级闪蒸反应器有机固废浆料通过一级闪蒸反应器与二级闪蒸反应器的压差，连续自流进入二级闪蒸反应器内，进行第二次闪蒸降温，回收二次闪蒸蒸汽，用于一级浆化物料的预热；

5)二级闪蒸浆料通过输送泵连续送至后续单元，等待进一步处理。

8.如权利要求7所述的一种连续式有机固废热水解处理方法，其特征在于：步骤(1)中，预处理后的有机固废包括餐厨垃圾、厨余垃圾、粪便垃圾、园林废弃物、病死畜禽、抗生素菌渣等任一城市有机固废，其颗粒粒径≤10mm，有机固废含水率为70％～95％。

9.如权利要求7所述的一种连续式有机固废热水解处理方法，其特征在于：步骤(2)中，压送气源装置的起源压力为1.2～1.8MPa。

10.如权利要求7所述的一种连续式有机固废热水解处理方法，其特征在于：步骤(3)中，热水解反应的温度为160－200℃，压力为0.6－1.6MPa，热水解反应时间为25－60min。

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