CN111774009A - 一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置及其操作方法，所述装置包括：反应釜，反应釜设置有进料管，用于通入待处理高含水率有机物；反应釜设置有反应介质输入管，用于通入水热处理的反应介质；反应釜设置有温度传感器和压力表，分别用于监测反应釜内的温度及压力；反应釜设置有排气进水管，用于通入饱和水或通出水热气；反应釜设置有排出通道，用于排出水热处理产物物；储料仓内设置有机械压滤装置，用于对水热处理产物物料进行脱水处理。本发明使得高含水率有机物进行水热‑机械压滤耦合脱水，并可实现原位添加氧化剂、还原剂、酸或碱等反应介质促进水热反应。

Description

一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置及其操作方法

技术领域

本发明属于干燥及脱水技术领域，具体涉及一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置及其操作方法。

背景技术

随着工业的不断发展，高含水率有机物产量持续增长，一般含水率在80％以上，对人类和环境存在污染风险，如何有效处理高含水率有机物成为工业界关注的热点。高含水率有机物种类繁多，例如市政污泥、鲜木薯和酒糟等，由于其高含量的水分，不能对其直接进行填埋、焚烧等处理。因此，须对高含水率有机物进行脱水处理，这样既能显著降低有机物体积，也便于对其进行后续处置。

传统的高含水率有机物脱水处理手段主要包括物理和化学方法。高含水率有机物由于其高含量有机质和高生物活性，通常脱水性能较差，导致采取机械压滤、离心分离等物理处理脱水后的有机物仍存在较高的含水率(>65％)，无法进行后续处置。化学处理高含水率有机物脱水，通常是采用添加有机或无机絮凝剂通过电荷中和，桥接形成大的絮凝体，使有机物颗粒聚集、沉淀，实现脱水的目的。但是，大量使用添加剂进行化学处理脱水，残留的金属离子和有毒的有机化合物(如丙烯酰胺)等会造成二次污染，使有机物的后续处理与处置变得困难。为实现高效脱水，酸或碱处理、脉冲电场处理、超声波处理、热处理等繁多处理手段被用于高含水率有机物处理，但是，大部分手段很难在工业上应用。

热处理，即通过加热高含水率有机物使其水分蒸发以降低含水率，具有工艺和设备成熟的特点，但受限于能源消耗高和运行成本昂贵。为了解决这些问题，水热脱水处理技术越来越受到人们的关注；该技术的核心是使用水热反应装置加热高含水率有机物，并在一定温度下还原有机物中的亲水基团，破坏水化膜，从而提高高含水率有机物的脱水性能。

目前，传统的高压水热反应釜不能实现反应条件下添加氧化剂、还原剂、酸、碱等反应介质以促进有机物水热脱水，且难以实现以液态的形式对高含水率有机物进行脱水，蒸汽相变过程能耗太高；因此，寻求高效且低能耗脱水方法是高含水率有机物脱水的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置及其操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明将高含水率有机物进行水热-机械压滤耦合脱水，并可实现原位添加氧化剂、还原剂、酸、碱等反应介质促进水热反应。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，包括：

反应釜，所述反应釜用于进行高含水率有机物的水热处理；所述反应釜设置有进料管，用于通入待处理高含水率有机物；所述反应釜设置有反应介质输入管，用于通入水热处理的反应介质；所述反应釜设置有温度传感器和压力表，分别用于监测反应釜内的温度及压力；所述反应釜设置有排气进水管，用于通入饱和水或通出水热气；所述反应釜设置有排出通道，用于排出水热处理产物物料；所述排出通道设置有第一硬密封阀门；

储料仓，所述储料仓内设置有机械压滤装置，用于对水热处理产物物料进行脱水处理，获得饱和水及脱水后的低含水率有机物；所述储料仓设置有储料仓进口、储料仓液体出口和储料仓产物出口；所述储料仓进口通过所述排出通道与所述反应釜相连通，用于通入水热处理产物物料；所述储料仓液体出口用于输出脱水处理获得的饱和水；所述储料仓产物出口用于输出脱水处理获得的低含水率有机物。

本发明的进一步改进在于，所述排气进水管设置有三通阀门，用于与外部连通实现排气或进水。

本发明的进一步改进在于，还包括：储液仓；

所述储液仓固定套装于所述储料仓的外壁上；所述储料仓与所述储液仓接触的外壁部设置有若干通孔，用于作为储料仓液体出口，实现所述储料仓和所述储液仓的连通；

所述储液仓通过排水管与排气进水管相连通，用于实现将脱水处理获得的饱和水循环用于水热处理过程中；

所述储料仓产物出口设置有第二硬密封阀门。

本发明的进一步改进在于，所述储料仓为中空圆柱体，其上通孔的直径尺寸范围为0.5～3mm。

本发明的进一步改进在于，第二硬密封阀门或第一硬密封阀门为电动或气动驱动。

本发明的进一步改进在于，所述反应釜为中空圆柱体，所述反应釜外层设置有保温层；

所述进料管伸入反应釜的一端，处于反应釜内胆的顶部；所述进料管通出反应釜的一端设置有第二阀门；

所述反应介质输入管伸入反应釜的一端，处于反应釜内胆的底部；所述反应介质输入管通出反应釜的一端设置有第三阀门。

本发明的进一步改进在于，所述机械压滤装置包括：设置于储料仓内的压杆活塞以及用于驱动压杆活塞的驱动装置；

所述机械压滤装置为手动压滤装置或电动压滤装置。

本发明的进一步改进在于，反应釜中反应温度范围为120～600℃，压力范围为0～30MPa。

本发明的进一步改进在于，所述高含水率有机物的含水率为80％以上；所述低含水率有机物的含水率为40％以下。

本发明的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置的操作方法，包括以下步骤：

将待处理高含水率有机物通过进料管通入反应釜内部，将饱和水通过排气进水管通入反应釜；打开反应釜加热开关，提高反应温度；温度传感器采集并显示反应釜内部温度，压力表采集并显示反应釜内部压力，控制反应釜内部温度和压力到达预设反应条件；通过反应介质输入管将水热处理所需的各种反应介质通入反应釜内；水热处理反应完成后，关闭反应釜加热开关，打开第一硬密封阀门，将水热处理产物物料排入储料仓；排料结束后，关闭第一硬密封阀门，将水热气通过排气进水管排出；

运行机械压滤装置，完成水热处理产物物料的脱水处理，获得饱和水及脱水后的低含水率有机物。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的装置，能够将高含水率有机物进行水热-机械压滤耦合脱水，并可实现原位添加氧化剂、还原剂、酸、碱等反应介质促进水热反应。具体的，本发明在高温高压的环境下，饱和水和高含水率有机物进行水热反应，同时可在达到反应温度时泵入氧化剂、还原剂、酸或碱等反应介质，促进有机物中微生物细胞破壁，胞内水流出，从而使有机物中水分更容易被机械压滤装置压出，能够将水热和脱水处理创造性的有机结合。本发明的装置中，高温饱和水同高含水率有机物直接接触反应，增加了热传递效率，保证了较高的热量利用率。

本发明中，高温水热液可循环利用，保证较高的热量利用率；其中，脱离出的水分、残余的反应介质和原有的高温饱和水混合，从排水管排出，通过进水管进入反应釜，准备下次反应。

本发明的方法将高含水率有机物进行水热-机械压滤耦合脱水，并可实现原位添加氧化剂、还原剂、酸、碱等反应介质促进水热反应；高温饱和水同高含水率有机物直接接触反应，增加了热传递效率，保证了较高的热量利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置的结构示意图；

图1中，1、第二硬密封阀门；2、储料仓；3、储液仓；4、排水管；5、第一阀门；6、第一硬密封阀门；7、保温层；8、反应釜；9、排气进水管；10、三通阀门；11、温度传感器；12、压力表；13、进料管；14、第二阀门；15、反应介质输入管；16、第三阀门；17、压杆活塞；18、压杆；19、压杆手把；20、机械压滤装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明实施例的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，包括：储料仓2、储液仓3、反应釜8、温度传感器11、压力表12、压杆活塞17、压杆18、压杆手把19和机械压滤装置20。

本发明实施例中，反应釜8为中空圆柱体；优选的，反应釜8外层设有保温层7；进料管13一端置于反应釜8内胆顶端，另一端置于反应釜8外面与第二阀门14连接；反应介质输入管15一端置于反应釜8内胆底端，另一端置于反应釜8外面与第三阀门16连接；排气进水管9置于反应釜8顶端，一端插入反应釜8内胆，另外一端与三通阀门10连接；排气进水管9共用一个入口，通过三通阀门10控制排气和进水；反应釜8顶端设有温度传感器11和压力表12；反应釜8底端设有第一硬密封阀门6，用以控制卸料。

本发明实施例中，储料仓2为中空圆柱体；优选的，壁面均匀布有若干0.5～3mm小孔；储料仓2的末端设有第二硬密封阀门1。

本发明实施例中，机械压滤装置20包括：设置于储料仓2内的压杆活塞17和用于驱动连接压杆活塞17的驱动装置；储液仓3设于储料仓2外部；排水管4一端置于储液仓底端，另一端置于储液仓3外面与第一阀门5连接。

本发明实施例中，第二硬密封阀门1、第一硬密封阀门6为电动驱动或气动驱动。

本发明实施例中，机械压滤装置20为手动压滤装置或电动压滤装置。可选的，机械压滤装置20包括：压杆手把19、压杆活塞17和压杆18；压杆活塞17与压杆18底部相连，压杆18顶部连接压杆手把19；压杆活塞17在储料仓2中以活塞左右运动。

本发明实施例中，反应釜8适用温度范围为120～600℃，适用压力范围为0～30MPa。

本发明实施例的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置的操作方法，包括以下步骤：

将待处理高含水率有机物通过进料管通入反应釜内部，将饱和水通过排气进水管通入反应釜；打开反应釜加热开关，提高反应温度；温度传感器采集并显示反应釜内部温度，压力表采集并显示反应釜内部压力，控制反应釜内部温度和压力到达预设反应条件；通过反应介质输入管将水热处理所需的各种反应介质通入反应釜内；水热处理反应完成后，关闭反应釜加热开关，打开第一硬密封阀门，将水热处理产物物料排入储料仓；排料结束后，关闭第一硬密封阀门，将水热气通过排气进水管排出；

运行机械压滤装置，完成水热处理产物物料的脱水处理，获得饱和水及脱水后的低含水率有机物。

本发明实施例的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置的操作方法，包括以下步骤：

使用时，打开第二阀门14，将待处理的高含水率有机物通过进料管13进入反应釜8内部；饱和水经三通阀门10的AC通道通过排气进水管9进入反应釜8；进水结束后，打开反应釜加热开关，提高反应温度；温度传感器11显示反应釜8内部温度，压力表12显示反应釜8内部压力，控制反应釜8内部温度和压力到达反应条件；

打开第三阀门16，氧化剂、还原剂、酸或碱等反应介质通过反应介质输入管15泵入反应釜8内；待水热反应完成后，关闭加热开关，打开第一硬密封阀门6，物料向下进入储料仓2；排料结束后，关闭第一硬密封阀门6，打开三通阀门10，水热气通过CB通道通过排气进水管9排出并进入气体储存设备；运行机械压滤装置20，压杆活塞17受力向右运动，高含水率有机物中的水分通过储料仓2壁面上的小孔排到储液仓3中；同时，打开排水管4的第一阀门5，饱和水在内外压差的作用下通过排水管4排出。

本发明实施例中，排水管4排出的饱和水通过排气进水管9进入反应釜8内部，准备下次反应；排水后，储料仓2中的有机物含水率降低，达到脱水的目的；排水过程结束后，关闭第一阀门5，打开第二硬密封阀门1，脱水后的低含水量有机物在机械压滤装置20的推动作用下，进入物料收集设备，整个脱水处理过程结束。

综上所述，本发明公开一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置及其操作方法，所述装置包括反应釜、储料仓、机械压滤装置和储液仓；反应釜为中空圆柱体，外层设有保温层；进料管一端置于反应釜内胆顶端，另一端置于反应釜外面与阀门连接；反应介质输入管一端置于反应釜内胆底端，另一端置于反应釜外面与阀门连接；排气进水管置于反应釜内胆顶端，一端插入反应釜内胆，另外一端与三通阀门连接；反应釜顶端设有温度传感器和压力表；反应釜底端设有硬密封阀门；储料仓为中空圆柱体，壁面均匀布有若干小孔；储料仓末端设有硬密封阀门；机械压滤装置包括设置于储料仓内的压杆活塞和用于驱动连接压杆活塞的驱动装置；储液仓设有排水管。本发明使得高含水率有机物进行水热-机械压滤耦合脱水，并可实现原位添加氧化剂、还原剂、酸或碱等反应介质促进水热反应，同时高温水热液可循环利用。本发明具有的优点包括：1、在高温高压的环境下，饱和水和高含水率有机物进行水热反应，同时可在达到反应温度时泵入氧化剂、还原剂、酸或碱等反应介质，促进有机物中微生物细胞破壁，胞内水流出，从而使有机物中水分更容易被机械压滤装置压出。脱离出的水分、残余的反应介质和原有的高温饱和水混合，从排水管排出，通过进水管进入反应釜，准备下次反应。2、高温饱和水同高含水率有机物直接接触反应，增加了热传递效率，保证了较高的热量利用率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，包括：

反应釜(8)，所述反应釜(8)用于进行待处理高含水率有机物的水热处理；所述反应釜(8)设置有进料管(13)，用于通入待处理高含水率有机物；所述反应釜(8)设置有反应介质输入管(15)，用于通入水热处理所需的各种反应介质；所述反应釜(8)设置有温度传感器(11)和压力表(12)，分别用于监测反应釜(8)内的温度及压力；所述反应釜(8)设置有排气进水管(9)，用于通入饱和水或通出水热气；所述反应釜(8)设置有排出通道，用于排出水热处理产物物料；所述排出通道设置有第一硬密封阀门(6)；

储料仓(2)，所述储料仓(2)内设置有机械压滤装置(20)，用于对水热处理产物物料进行脱水处理，获得饱和水及脱水后的低含水率有机物；其中，所述储料仓(2)设置有储料仓进口、储料仓液体出口和储料仓产物出口；所述储料仓进口通过所述排出通道与所述反应釜(8)相连通，用于通入水热处理产物物料；所述储料仓液体出口用于输出脱水处理获得的饱和水；所述储料仓产物出口用于输出脱水处理获得的低含水率有机物。

2.根据权利要求1所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，所述排气进水管(9)设置有三通阀门(10)，用于与外部连通实现排气或进水。

3.根据权利要求1所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，还包括：储液仓(3)；

所述储液仓(3)固定套装于所述储料仓(2)的外壁上；所述储料仓(2)与所述储液仓(3)接触的外壁部设置有若干通孔，用于作为储料仓液体出口，实现所述储料仓(2)和所述储液仓(3)的连通；

所述储液仓(3)通过排水管(4)与排气进水管(9)相连通，用于实现将脱水处理获得的饱和水循环用于水热处理过程中；

所述储料仓(2)产物出口设置有第二硬密封阀门(1)。

4.根据权利要求3所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，

所述储料仓(2)为中空圆柱体，其上通孔的直径尺寸范围为0.5～3mm。

5.根据权利要求3所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，第一硬密封阀门(6)或第二硬密封阀门(1)为电动或气动驱动。

6.根据权利要求1所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，所述反应釜(8)为中空圆柱体，所述反应釜(8)外层设置有保温层(7)；

所述进料管(13)伸入反应釜(8)的一端，处于反应釜(8)内胆的顶部；所述进料管(13)通出反应釜(8)的一端设置有第二阀门(14)；

所述反应介质输入管(15)伸入反应釜(8)的一端，处于反应釜(8)内胆的底部；所述反应介质输入管(15)通出反应釜(8)的一端设置有第三阀门(16)。

7.根据权利要求1所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，所述机械压滤装置(20)包括：设置于储料仓(2)内的压杆活塞(17)以及用于驱动压杆活塞(17)的驱动装置；

所述机械压滤装置(20)为手动压滤装置或电动压滤装置。

8.根据权利要求1所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，

反应釜(8)中反应温度范围为120～600℃，压力范围为0～30MPa。

9.根据权利要求1所述的一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置，其特征在于，所述高含水率有机物的含水率为80％以上；所述低含水率有机物的含水率为40％以下。

10.一种权利要求1所述的高含水率有机物的水热脱水处理反应装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待处理高含水率有机物通过进料管(13)通入反应釜(8)内部，将饱和水通过排气进水管(9)通入反应釜(8)；饱和水通入完毕后，打开反应釜(8)加热开关，提高反应温度；温度传感器(11)采集并显示反应釜(8)内部温度，压力表(12)采集并显示反应釜(8)内部压力，控制反应釜(8)内部温度和压力到达预设反应条件；通过反应介质输入管(15)将水热处理所需的各种反应介质通入反应釜(8)内；水热处理反应完成后，关闭反应釜(8)加热开关，打开第一硬密封阀门(6)，将水热处理产物物料排入储料仓(2)；排料结束后，关闭第一硬密封阀门(6)，将水热气通过排气进水管(9)排出；

运行机械压滤装置(20)，完成水热处理产物物料的脱水处理，获得饱和水及脱水后的低含水率有机物。

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