CN111019679A - 一种从超富集植物中回收能源物质的装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从超富集植物中回收能源物质的装置，该装置包括真空热解冷凝系统、抽真空系统和热解气收集系统；所述真空热解冷凝系统与热解气收集系统之间通过通气管道连接，且真空热解冷凝系统端设有出气阀门，热解气收集系统端设有热解气收集系统阀门；所述抽真空系统由前级泵和扩散泵组成，前级泵与所述通气管道连接且之间设有前级泵阀门，扩散泵与所述通气管道连接且之间设有扩散泵阀门；所述真空热解冷凝系统中设有真空热解冷凝组件。本发明可实现对超富集植物热解后产生的热解油气的回收，在实现废弃物减量化的同时达到了资源化的效果，且整个过程洁净安全，绿色高效，操作简单，回收效率高，具有广阔的应用价值和潜力。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化技术领域，具体的，涉及一种从超富集植物中回收能源物质的装置及其应用。
背景技术
随着矿产资源的挖掘开发和工农业废水废渣的随意排放，大量重金属、稀土等污染物进入到环境中，造成了严重的环境污染。因此，众多的技术方法被开发出来处理重金属或者稀土元素的污染问题，其中，有一类植物对重金属或稀土元素的吸收量是一般植物的百倍以上，即超富集植物。超富集植物因其选择性的对某类或某种重金属、稀土进行吸收富集，从而针对性的去除环境中富集的重金属或稀土元素，同时，超富集植物修复技术成本低，适合大范围应用，植被形成后兼具保护表土，防止土壤被侵蚀和水土流失等众多优点，广泛运用在重金属和稀土元素污染的修复治理上。但随着修复量的日益增大，大量的超富集植物收获物也随着产生，超富集植物因其体内富集了大量的重金属或稀土元素，因此其本身就成为了一种污染物，但从另一个角度看来，超富集植物自身富含丰富的生物质和重金属等资源，因此超富集植物收获物同时兼具污染性和资源性。因此，对于超富集植物进行合理的资源化利用不仅可以解决其对环境的污染问题，还能获取一定的经济效益。
目前，对超富集植物收获物处理技术和装置的报道还非常少，专利CN110145749A采用焚烧炉对超富集植物收获物进行焚烧处置，通过两次焚烧、二次除尘和喷淋洗涤技术达到了超富集植物收获物安全减量化，但是，超富集植物收获物本身的生物质资源被浪费了，同时也没有对富集物进行有效回收利用，未实现超富集植物收获物的资源化。专利CN106369619B同样采取焚烧技术和废气处理技术，将超富集植物收获物充分燃烧，同时对废气进行安全处理，避免了超富集植物的污染问题，同样的，超富集植物体内的大量资源未得到有效的回收。因此目前针对超富集植物收获物的处置方法基本为焚烧，虽然此方法可以有效的实现超富集植物收获物的减量化，但焚烧产生的尾气和飞灰等仍需进一步处理，加大了处理的成本。同时，焚烧法忽略了超富集植物本身的资源性，使得大量的资源被浪费。
因此，对于超富集植物收获物的处理迫切需要找到一套安全绿色、高效资源化的技术，开发出新型的从超富集植物收获物中回收能源物质的装置。
发明内容
本发明针对目前从超富集植物收获物中回收能源物质的技术存在的不足之处，提供了一种从超富集植物收获物中回收能源物质的装置。本装置联合真空热解分段冷凝系统、抽真空系统和热解气收集系统将超富集植物收获物进行真空热解处理，实现了超富集植物收获物的减量化，并同时收集了热解油和热解气等能源物质，实现了超富集植物收获物的资源化。整个装置运行过程高效环保，解决了现有技术上的不足。
因此，本发明的第一个目的是提供一种从超富集植物中回收能源物质的装置。
本发明的再一目的是提供上述装置在从超富集植物中回收能源物质中的应用。
为实现上述目的，本发明是通过以下方案实现的：
本发明提供一种从超富集植物中回收能源物质的装置，所述装置由真空热解冷凝系统、抽真空系统和热解气收集系统三部分组成；所述真空热解冷凝系统与热解气收集系统之间通过通气管道连接，且真空热解冷凝系统端设有出气阀门，热解气收集系统端设有热解气收集系统阀门；所述抽真空系统由前级泵和扩散泵组成，前级泵与所述通气管道连接且之间设有前级泵阀门，扩散泵与所述通气管道连接且之间设有扩散泵阀门；所述真空热解冷凝系统中设有真空热解冷凝组件。
该装置采用真空热解冷凝技术从超富集植物收获物中回收能源物质，分别回收了超富集植物收获物热解后产生的热解油和热解气，在实现减量化的同时达到了资源化的效果，将超富集植物收获物生物质资源转化为二次能源再次利用。本装置环境友好，操作简单，回收效率高。
优选地，所述真空热解冷凝组件内部分为热解区和冷凝区。
本发明采用三温区分段热解冷凝系统，两段冷凝使热解产物充分被冷凝，达到了不同沸点热解产物的分别回收，同时热解气收集系统也收集了能源物质热解气。
更优选地，所述真空热解冷凝组件内设有三个温区，第一温区为热解区，第二温区和第三温区均为冷凝区，每个温区均设有处理物容器和加热元件，且每个加热元件均连接有温度调节仪。
优选地，所述处理物容器为刚玉坩埚。
优选地，所述真空热解冷凝组件内设有刚玉管，三个温区位于刚玉管内。
优选地，所述加热元件为硅钼棒热电偶加热元件。
进一步优选地，所述第一温区包括刚玉坩埚一、温度调节仪一、硅钼棒热电偶加热元件一；第二温区包括刚玉坩埚二、温度调节仪二、硅钼棒热电偶加热元件二；第三温区包括刚玉坩埚三、温度调节仪三、硅钼棒热电偶加热元件三。
热解冷凝组件内的第一温区为热解区，放置一个刚玉坩埚用来盛放超富集植物收获物，通过温度调节仪控制硅钼棒热电偶加热元件来控制第一温区温度；第二温区为冷凝区，放置一个刚玉坩埚来收集第一温区超富集植物热解产生的热解产物，通过温度调节仪控制硅钼棒热电偶加热元件来控制冷凝温度；第三温区为冷凝区，放置一个刚玉坩埚来收集第二温区未收集全的热解产物，通过温度调节仪控制硅钼棒热电偶加热元件来控制该区的温度；真空热解冷凝系统总电源由开关控制。
优选地，所述抽真空系统设有抽真空系统总开关和真空仪器表，前级泵设有前级泵开关，扩散泵设有扩散泵开关。
前级泵阀门控制前级泵的进出气，扩散泵阀门控制扩散泵的进出气，通过调节不同阀门、前级泵开关和扩散泵开关来控制系统的抽真空状况。本发明采用前级泵作为真空泵，对系统进行粗抽真空，再使用扩散泵对前级泵的抽真空进行强化，保证了系统中真空度的要求，确保超富集植物收获物均是被热解，而非高温燃烧。
优选地，所述真空热解冷凝系统设有进气阀门。
优选地，所述热解气收集系统为一个气体收集罐，通过控制进出气阀门的开关，可以达到收集热解气的作用。
在高温真空无氧条件下，超富集植物收获物生物质中的大分子有机化合物发生裂解，大分子有机化合物中的化学键被打断，体系中生成各个种类的自由基，自由基由于其活性很高，相互间很容易相互结合，形成一系列的小分子化合物，在高温条件下，小分子化合物仍以气体形式存在。在前级泵的真空抽送作用下，热解区形成的小分子化合物持续抽送到第二温区，通过设置冷凝温度，沸点高于该温度小分子化合物就在该区冷凝下来，被收集到坩埚中。紧接着剩余的气体被抽送到第三温区，设置更低的冷凝温度，使前一段未被冷凝的热解产物在此段被收集，两段冷凝确保热解产物中的热解油被充分冷凝，也达到了不同沸点的热解油的回收。剩余的热解产物被继续抽送至热解气体收集系统中，以气体的形式存在。最终达到了热解油和热解气等能源物质的资源化回收，高效绿色无污染。
本发明还请求保护上述装置在从超富集植物中回收能源物质中的应用。
具体地，所述回收能源物质中的应用是指从超富集植物中回收能源油气的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明采用真空热解冷凝技术从超富集植物收获物中回收能源物质，分别对超富集植物收获物热解后产生的热解油和热解气进行回收，在实现废弃物减量化的同时达到了资源化的效果，将超富集植物收获物生物质资源转化为二次能源再次利用。
2、本发明的装置在从超富集植物中回收能源物质的整个过程中，洁净安全，绿色高效，操作简单，回收效率高，且热解得到的残渣金属或稀土元素含量极高，是一种高品位的生物矿，极具回收价值。
附图说明
图1为本发明的一种从超富集植物中回收能源物质的装置的结构示意图；
1为进气阀门；2为真空热解冷凝组件；3为超富集植物收获物；4为刚玉坩埚一；5为真空热解冷凝系统；6为刚玉坩埚二；7为刚玉管；8为刚玉坩埚三；9为出气阀门；10为抽真空系统总开关；11为前级泵开关；12为扩散泵开关；13为真空仪器表；14为热解气收集系统；15为硅钼棒热电偶加热元件一；16为硅钼棒热电偶加热元件二；17为真空热解冷凝组件总开关；18为温度调节仪一；19为温度调节仪二；20为温度调节仪三；21为硅钼棒热电偶加热元件三；22为前级泵阀门；23为前级泵；24为扩散泵阀门；25为扩散泵；26为抽真空系统；27为热解气收集系统阀门。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种从超富集植物中回收能源物质的装置
如图1所示，为一种从超富集植物中回收能源物质的装置，包括真空热解冷凝系统5、抽真空系统26和热解气收集系统14三个部分。真空热解冷凝系统5，分设进气阀门1和出气阀门9，在真空热解冷凝组件2内放置一个刚玉管7，管内第一温区为热解区，放置一个刚玉坩埚一4用来盛放超富集植物收获物3，通过温度调节仪一18控制硅钼棒热电偶加热元件一15来控制第一温区温度；第二温区为冷凝区，放置一个刚玉坩埚二6来收集第一温区超富集植物热解产生的热解产物，通过温度调节仪二19控制硅钼棒热电偶加热元件二16来控制冷凝温度；第三温区为冷凝区，放置一个刚玉坩埚三8来收集第二温区未收集全的热解产物，通过温度调节仪三20控制硅钼棒热电偶加热元件三21来控制该区的温度；真空热解冷凝系统5总电源由真空热解冷凝组件总开关17控制。
抽真空系统26由前级泵23和扩散泵25组成，前级泵23起到抽真空作用，扩散泵25起到强化抽真空作用，可在真空仪器表13上看出系统的真空度，前级泵阀门22控制前级泵23的进出气，扩散泵阀门24控制扩散泵25的进出气，通过调节不同阀门、前级泵开关11和扩散泵开关12来控制系统的抽真空状况；抽真空系统26总电源由抽真空系统总开关10控制。
热解气收集系统14为一个气体收集罐，控制热解气收集系统阀门27的开关，可达到收集热解气的作用。
实施例2一种从超富集植物收获物中回收能源物质的方法
一种从超富集植物收获物中回收能源物质的方法，具体操作包括以下步骤：
(1)首先将稀土超富集植物芒萁采用剪切式破碎机破碎成均匀粉末，取破碎后的芒萁于刚玉坩埚一4中，关闭进气阀门1，连接好各个部分，保证系统的密封性。
(2)打开抽真空系统总开关10，同时开启前级泵开关11和扩散泵开关12，打开前级泵阀门22，同时保证扩散泵阀门24为关闭状态，即开始对系统抽真空。待真空仪器表13显示系统真空度为10Pa，且扩散泵25已经预热40min，关闭前级泵阀门22，开启扩散泵阀门24。
(3)开启真空热解冷凝组件总开关17，调节温度调节仪一18，设置热解终温为700℃，升温速率为30℃/min，保留时间为30min。同时调节温度调节仪二19和温度调节仪三20，设置两段冷凝区的冷凝温度分别为180℃和80℃，并开启运行。同时开启热解气收集系统阀门27。
(4)待热解完成后，热解区温度降至300℃以下时，可关闭抽真空系统26。先关闭扩散泵阀门24，等1h后，待扩散泵油冷却下来，关闭前级泵开关11和扩散泵开关12，同时，关闭真空热解冷凝组件总开关17和抽真空系统总开关10。
(5)打开进气阀门1，收集刚玉坩埚二6和刚玉坩埚三8中的热解产物，同时收集热解气收集系统14中的热解气，可作能源物质二次利用。
刚玉坩埚一4中的热解残渣，其富含稀土元素，是一种高品位的生物矿，具有很高的回收价值。
经过该装置的处理回收，可将超富集植物收获物转化为能源物质热解油和热解气，达到了超富集植物收获物资源化回收，同时兼具安全化和减量化。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种从超富集植物中回收能源物质的装置，其特征在于，所述装置由真空热解冷凝系统(5)、抽真空系统(26)和热解气收集系统(14)三部分组成；所述真空热解冷凝系统(5)与热解气收集系统(14)之间通过通气管道连接，且真空热解冷凝系统(5)端设有出气阀门(9)，热解气收集系统(14)端设有热解气收集系统阀门(27)；所述抽真空系统(26)由前级泵(23)和扩散泵(25)组成，前级泵(23)与所述通气管道连接且之间设有前级泵阀门(22)，扩散泵(25)与所述通气管道连接且之间设有扩散泵阀门(24)；所述真空热解冷凝系统(5)中设有真空热解冷凝组件(2)。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述真空热解冷凝组件(2)内部分为热解区和冷凝区。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述真空热解冷凝组件(2)内设有三个温区，第一温区为热解区，第二温区和第三温区均为冷凝区，每个温区均设有处理物容器和加热元件，且每个加热元件均连接有温度调节仪。
4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述处理物容器为刚玉坩埚。
5.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述真空热解冷凝组件(2)内设有刚玉管(7)，三个温区位于刚玉管内。
6.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述加热元件为硅钼棒热电偶加热元件。
7.根据权利要求3-6任一所述装置，其特征在于，所述第一温区包括刚玉坩埚一(4)、温度调节仪一(18)、硅钼棒热电偶加热元件一(15)；第二温区包括刚玉坩埚二(6)、温度调节仪二(19)、硅钼棒热电偶加热元件二(16)；第三温区包括刚玉坩埚三(8)、温度调节仪三(20)、硅钼棒热电偶加热元件三(21)。
8.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述抽真空系统(26)设有抽真空系统总开关(10)和真空仪器表(13)，前级泵(23)设有前级泵开关(11)，扩散泵(25)设有扩散泵开关(12)。
9.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述真空热解冷凝系统(5)设有进气阀门(1)。
10.权利要求1～9任一所述装置在从超富集植物中回收能源物质中的应用。
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