CN111117682A - 一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法，包括热解室、气化室、燃烧室等。将干化含铬固废与有机物料破碎后混合造粒，颗粒进入热解室热解产生还原性的热解气和热解固体，热解气将含铬固废中的六价铬还原为三价铬。热解固体中的炭等与水蒸汽发生气化反应转化成合成气体，使残渣减量，并防止还原后的三价铬再被氧化，同时也便于后续铬的回收利用，热解气和合成气体最终都引入燃烧室燃烧产生高温烟气为加热室提供热量。本发明将含铬固废无害化处理的同时使固体残渣减量化，产生的气体均是清洁可燃气体，充分燃烧后为系统提供热量，提高了热利用效率，为含铬固废无害化、减量化和资源化的处理处置提供了一条切实可行的技术路线。
Description
技术领域
本发明属于含铬固废无害化减量化处理领域，特别涉及一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法。
背景技术
我国是铬盐生产大国，每年排放的含铬固废量约为70万吨以上。铬在环境中通常以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)存在。Cr(Ⅵ)剧毒，对人体和动物有致癌作用，其毒性比Cr(Ⅲ)高100倍。由于缺乏环境保护意识和污染防治措施，大部分铬渣的处置方式仅为简单的堆存。铬渣中的剧毒物质Cr(VI)经曝晒、风化及雨水冲刷等作用浸出，进入附近土壤、水体等；且Cr(VI)迁移能力较强，加重了对附近土壤、地表水和地下水的污染，危害农田、水产品和人类健康，对周围环境造成严重危害。
铬污染无害化处理是改变铬在土壤中的存在形态，将Cr(Ⅵ)还原为毒性小的Cr(Ⅲ)或固化封存。传统的含铬固废解毒存在能耗高或成本高的问题；固化处理法存在体积大，且无法进一步处理处置。对于含铬的有机固废如含铬污泥若采用焚烧法，其中的Cr(Ⅵ)无法还原为毒性小的Cr(Ⅲ)，且难溶的Cr(Ⅲ)易被氧化成溶解性更大的Cr(Ⅵ)，不仅毒性增加，而且浸出毒性不降反升；对于新型热解技术，部分含铬固废中有机组分低，热解过程还原性低，能耗高等问题。目前，对于含铬固废的无害化与减量化处理还缺少一条切实可行的技术路线。
发明内容
本发明针对上述技术的缺陷与不足，提出了一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法，利用有机物料与含铬固废的协同热解，通过有机物料热解过程的还原性气体对铬(VI)进行还原，且通过后续的蒸汽气化方法将含铬固废与有机物料的可燃元素最大化的转化为可燃气体，为热解系统提供能量，减少了外部能量消耗。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置，包括破碎混合造粒设备、密闭进料仓、残渣输出设备、可燃气燃烧室、尾气净化装置、烟囱、风机、外源燃烧器、均热板、回燃管路、热解-气化集成系统；
所述热解-气化集成系统包括热解室、气化室、热解固体过渡仓、加热室和均热板，热解室和气化室分上下两层置于同一加热室内；
根据六价铬含量与添加的有机物料的有机组分含量确定混合比例，对于含铬固废和有机物料的添加质量比1:0～0.1，将含铬固废与有机物料在破碎混合造粒设备中破碎、混合造粒后，形成粒径为3-8mm的颗粒物料，并输送至密闭进料仓；
所述颗粒物料经密闭进料仓输送至加热室上层的热解室，热解产生热解气和热解固体，热解气为还原性气体，无氧气氛下将物料中的六价铬还原成三价铬，剩余气体通过回燃管路直接引入可燃气燃烧室燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室为其提供热量，热解固体经热解固体过渡仓进入气化室气化；
热解固体在气化室与外源水蒸汽发生气化反应，将热解固体转化为合成气体，减少残渣量，同时防止还原的三价铬被氧化为六价铬，所述合成气体直接引入可燃气燃烧室燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室为其提供热量；
从气化室产生的残渣进入残渣输出设备，采用水沐喷淋，利用汽化使残渣迅速降温冷却，将残渣温度降至200℃以下，为继续冷却同时防止残渣中的三价铬遇空气氧化为六价铬，后续再通过水交套间接密闭冷却方式将残渣最终降温至50℃以下，之后装袋外运，加热室产生的尾气经尾气净化装置净化处理后经由烟囱达标外排。
所述的热解室为无氧的外热式热解炉，热解温度控制在450-550℃。
所述高温烟气直接引入加热室下部，由下至上为加热室提供热量，从而提高热利用效率。
所述气化室上部设有喷雾嘴，外源水蒸汽通过喷雾嘴均匀喷洒在热解固体上，气化温度为800-1000℃。
所述含铬固废包括含铬污泥、含铬残渣、含铬皮革废弃物；所述有机物料为皮革下脚料、城市垃圾、城市污泥、塑料制品及农林废弃物等中的一种或多种。
一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理方法，包括以下步骤：
a根据六价铬含量与添加的有机物料的有机组分含量确定混合比例，对于含铬固废和有机物料的添加质量比1:0～0.1，将含铬固废与有机物料在破碎混合造粒设备中破碎、混合造粒后，形成粒径为3-8mm的颗粒物料，并输送至密闭进料仓；
b所述颗粒物料经密闭进料仓输送至加热室上层的热解室，热解产生热解气和热解固体，热解气为还原性气体，无氧气氛下将物料中的六价铬还原成三价铬，剩余气体通过回燃管路直接引入可燃气燃烧室燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室为其提供热量，热解固体经热解固体过渡仓进入气化室气化；
c热解固体在气化室与外源水蒸汽发生气化反应，将热解固体转化为合成气体，减少残渣量，同时防止还原的三价铬被氧化为六价铬，所述合成气体直接引入可燃气燃烧室燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室为其提供热量；
d从气化室产生的残渣进入残渣输出设备，采用水沐喷淋，利用汽化使残渣迅速降温冷却，将残渣温度降至200℃以下，为继续冷却同时防止残渣中的三价铬遇空气氧化为六价铬，后续再通过水交套间接密闭冷却方式将残渣最终降温至50℃以下，之后装袋外运，加热室产生的尾气经尾气净化装置净化处理后经由烟囱达标外排。
所述的热解室为无氧的外热式热解炉，热解温度控制在450-550℃。
所述高温烟气直接引入加热室下部，由下至上为加热室提供热量，从而提高热利用效率。
所述气化室上部设有喷雾嘴，外源水蒸汽通过喷雾嘴均匀喷洒在热解固体上，气化温度为800-1000℃。
所述含铬固废包括含铬污泥、含铬残渣、含铬皮革废弃物；所述有机物料为皮革下脚料、城市垃圾、城市污泥、塑料制品及农林废弃物等中的一种或多种。
本发明的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法与现有技术相比具有以下特点和有益效果：
本发明通过将含铬固废与有机物料的协同热解，热解过程中产生的还原性气体将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，降低了含铬固废的危害，残渣的稳定性增加，浸出毒性也降低，实现了含铬固废无害化处理；
本发明采用蒸汽气化的方法将热解后的固体残渣中的炭转化为合成气体，合成气体主要成分是CO和H2属于清洁能源，实现残渣减量化，同时能防止三价铬再次被氧化，便于后续铬的回收利用；
热解气和合成气体最终都在可燃气燃烧室内充分燃烧产生的高温烟气进入加热室，为各反应器及回燃管路提供热量，从而提高了装置的热利用效率，实现资源化的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法的示意图；
图2为本发明实施例的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法的热解-气化集成系统的俯视示意图；
图3为本发明实施例的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法的热解-气化集成系统的A-A剖面示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置与方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明的具体技术方法和装置进行详细、完整的描述说明，所描述的具体实施方式仅是本发明的部分事例，而不是全部实例。本领域技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明的保护范围。
如图1、图2和图3所示，本发明的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置，包括破碎混合造粒设备1、密闭进料仓2、残渣输出设备6、可燃气燃烧室8、尾气净化装置9、烟囱10、风机11、外源燃烧器12、均热板13、回燃管路14、热解-气化集成系统15；
所述热解-气化集成系统15包括热解室3、气化室4、热解固体过渡仓5、加热室7和均热板13，热解室3和气化室4分上下两层置于同一加热室7内；
本发明的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理方法，包括如下步骤：
a根据六价铬含量与添加的有机物料的有机组分含量确定混合比例，对于含铬固废和有机物料的添加质量比1:0～0.1，将含铬固废与有机物料在破碎混合造粒设备1中破碎、混合造粒后，形成粒径为3-8mm的颗粒物料，并输送至密闭进料仓2；
b所述颗粒物料经密闭进料仓2输送至加热室7上层的两层外热式热解炉3，热解产生热解气和热解固体，热解气为还原性气体，无氧气氛下将物料中的六价铬还原成三价铬，剩余气体通过回燃管路14直接引入可燃气燃烧室8燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室7为其提供热量，热解固体经热解固体过渡仓5进入气化室4气化；
c热解固体在气化室4与外源水蒸汽发生气化反应，将热解固体转化为合成气体，减少残渣量，同时防止还原的三价铬被氧化为六价铬，所述合成气体直接引入可燃气燃烧室8燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室7为其提供热量；
d从气化室4产生的残渣进入残渣输出设备6，采用水沐喷淋，利用汽化使残渣迅速降温冷却，将残渣温度降至200℃以下，为继续冷却同时防止残渣中的三价铬遇空气氧化为六价铬，后续再通过水交套间接密闭冷却方式将残渣最终降温至50℃以下，之后装袋外运，加热室7产生的尾气经尾气净化装置9净化处理后经由烟囱10达标外排。
所述的热解室3为无氧的外热式热解炉，热解温度控制在450-550℃。
所述高温烟气直接引入加热室7下部，由下至上为加热室提供热量，从而提高热利用效率。
所述气化室4上部设有喷雾嘴，外源水蒸汽通过喷雾嘴均匀喷洒在热解固体上，气化温度为800-1000℃。
所述含铬固废包括含铬污泥、含铬残渣、含铬皮革废弃物。
所述有机物料为皮革下脚料、城市垃圾、城市污泥、塑料制品及农林废弃物等中的一种或多种。
所述回燃管路14部分内置于加热室7内，热解气和合成气体在加热室7内被再次加热后，通过管路14与可燃气燃烧室8之间的压力差，输送至外置的可燃气燃烧室8内充分燃烧产生高温烟气，所述高温烟气进入加热室7为各反应器及回燃管路14提供热量，从而提高了热利用效率。
所述热解固体包括无机成分、少量油份和热解炭，随着六价铬转化为三价铬，含铬固废的稳定性随之增加，铬在热解过程中基本富集在热解固体中。气化后转化成的合成气体主要是CO和H2，气化室4内的气化反应将热解固体中的少量油份和热解炭转化为CO和H2，减少了残渣量，同时密闭无氧的还原气氛还能防止三价铬再次氧化为六价铬，同时也便于后续铬的回收利用。
所述加热室7内，热解室3和气化室4底部分别设有均热板13，均热板13能使加热室7内各反应器受热均匀，从而提高热利用效率。
本发明将干化含铬固废与有机物料破碎后混合造粒，颗粒进入热解室热解产生还原性的热解气和热解固体，热解气将含铬固废中的六价铬还原为三价铬。热解固体中的炭、少量油份等与水蒸汽发生气化反应转化成还原性的合成气体，使残渣减量，并防止还原后的三价铬再被氧化，同时也便于后续铬的回收利用，热解气和合成气体最终都引入燃烧室燃烧产生高温烟气为加热室提供热量。
本发明通过将含铬固废与有机物料的协同热解，热解过程中产生的还原性气体将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，降低了含铬固废的危害，残渣的稳定性增加，浸出毒性也降低，实现了含铬固废无害化处理；本发明采用蒸汽气化的方法将热解后的固体残渣中的炭转化为合成气体，合成气体主要成分是CO和H2属于清洁能源，实现残渣减量化，同时能防止三价铬再次被氧化，便于后续铬的回收利用；热解气和合成气体最终都在可燃气燃烧室内充分燃烧产生的高温烟气进入加热室，为各反应器及回燃管路提供热量，从而提高了装置的热利用效率，实现资源化的目的。
Claims (10)
1.一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置，其特征在于：包括破碎混合造粒设备(1)、密闭进料仓(2)、残渣输出设备(6)、可燃气燃烧室(8)、尾气净化装置(9)、烟囱(10)、风机(11)、外源燃烧器(12)、均热板(13)、回燃管路(14)、热解-气化集成系统(15)；
所述热解-气化集成系统(15)包括热解室(3)、气化室(4)、热解固体过渡仓(5)、加热室(7)和均热板(13)，热解室(3)和气化室(4)分上下两层置于同一加热室(7)内；
根据六价铬含量与添加的有机物料的有机组分含量确定混合比例，对于含铬固废和有机物料的添加质量比1:0～0.1，将含铬固废与有机物料在破碎混合造粒设备(1)中破碎、混合造粒后，形成粒径为3-8mm的颗粒物料，并输送至密闭进料仓(2)；
所述颗粒物料经密闭进料仓(2)输送至加热室(7)上层的热解室(3)，热解产生热解气和热解固体，热解气为还原性气体，无氧气氛下将物料中的六价铬还原成三价铬，剩余气体通过回燃管路(14)直接引入可燃气燃烧室(8)燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室(7)为其提供热量，热解固体经热解固体过渡仓(5)进入气化室(4)气化；
热解固体在气化室(4)与外源水蒸汽发生气化反应，将热解固体转化为合成气体，减少残渣量，同时防止还原的三价铬被氧化为六价铬，所述合成气体直接引入可燃气燃烧室(8)燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室(7)为其提供热量；
从气化室(4)产生的残渣进入残渣输出设备(6)，采用水沐喷淋，利用汽化使残渣迅速降温冷却，将残渣温度降至200℃以下，为继续冷却同时防止残渣中的三价铬遇空气氧化为六价铬，后续再通过水交套间接密闭冷却方式将残渣最终降温至50℃以下，之后装袋外运，加热室(7)产生的尾气经尾气净化装置(9)净化处理后经由烟囱(10)达标外排。
2.根据权利要求1所述的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置，其特征在于：所述的热解室(3)为无氧的外热式热解炉，热解温度控制在450-550℃。
3.根据权利要求1所述的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置，其特征在于：所述高温烟气直接引入加热室(7)下部，由下至上为加热室提供热量，从而提高热利用效率。
4.根据权利要求1所述的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置，其特征在于：所述气化室(4)上部设有喷雾嘴，外源水蒸汽通过喷雾嘴均匀喷洒在热解固体上，气化温度为800-1000℃。
5.根据权利要求1-4所述的任一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理装置，其特征在于：所述含铬固废包括含铬污泥、含铬残渣、含铬皮革废弃物；所述有机物料为皮革下脚料、城市垃圾、城市污泥、塑料制品及农林废弃物等中的一种或多种。
6.一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a根据六价铬含量与添加的有机物料的有机组分含量确定混合比例，对于含铬固废和有机物料的添加质量比1:0～0.1，将含铬固废与有机物料在破碎混合造粒设备(1)中破碎、混合造粒后，形成粒径为3-8mm的颗粒物料，并输送至密闭进料仓(2)；
b所述颗粒物料经密闭进料仓(2)输送至加热室(7)上层的热解室(3)，热解产生热解气和热解固体，热解气为还原性气体，无氧气氛下将物料中的六价铬还原成三价铬，剩余气体通过回燃管路(14)直接引入可燃气燃烧室(8)燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室(7)为其提供热量，热解固体经热解固体过渡仓(5)进入气化室(4)气化；
c热解固体在气化室(4)与外源水蒸汽发生气化反应，将热解固体转化为合成气体，减少残渣量，同时防止还原的三价铬被氧化为六价铬，所述合成气体直接引入可燃气燃烧室(8)燃烧产生高温烟气，高温烟气引入加热室(7)为其提供热量；
d从气化室(4)产生的残渣进入残渣输出设备(6)，采用水沐喷淋，利用汽化使残渣迅速降温冷却，将残渣温度降至200℃以下，为继续冷却同时防止残渣中的三价铬遇空气氧化为六价铬，后续再通过水交套间接密闭冷却方式将残渣最终降温至50℃以下，之后装袋外运，加热室(7)产生的尾气经尾气净化装置(9)净化处理后经由烟囱(10)达标外排。
7.根据权利要求6所述的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理方法，其特征在于：所述的热解室(3)为无氧的外热式热解炉，热解温度控制在450-550℃。
8.根据权利要求6所述的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理方法，其特征在于：所述高温烟气直接引入加热室(7)下部，由下至上为加热室提供热量，从而提高热利用效率。
9.根据权利要求6所述的一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理方法，其特征在于：所述气化室(4)上部设有喷雾嘴，外源水蒸汽通过喷雾嘴均匀喷洒在热解固体上，气化温度为800-1000℃。
10.根据权利要求6-9所述的任一种含铬固废与有机物料协同热解无害化处理方法，其特征在于：所述含铬固废包括含铬污泥、含铬残渣、含铬皮革废弃物；所述有机物料为皮革下脚料、城市垃圾、城市污泥、塑料制品及农林废弃物等中的一种或多种。
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