CN111849554A - 一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：包括碳化单元、加氢处理单元及分离单元。本发明还涉及一种垃圾液相悬浮床加氢处理工艺。本发明结构设计科学合理，能够将垃圾进行高效处理并将其转化为能够有效利用的无害产品，成本低，污染少，能够防止多环烃或氯化烃的释放；同时处理系统能够得到有价值的柴油产物，且柴油纯度高、品质好，适用范围广泛。

Description

一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统及工艺
技术领域
本发明属于垃圾处理技术领域，涉及垃圾悬浮床处理系统，特别涉及一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统及工艺。
背景技术
生活垃圾或工业垃圾碳化目前比较成熟的技术，例如转鼓碳化等。根据转鼓的操作参数，一般来说，碳化的三种产物为气体、焦炭和焦油。
由于垃圾的种类和来源不同，一般来说，碳化后的产品中都会含有多种有害污染物。
除了本身存在的污染成分，也就是说这些污染成分在碳化之前就已经存在于垃圾中，还必须特别注意碳化过程产生的污染物。在碳化过程中，除主要成分(氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水)外，还有很多含氢化合物生成，例如：氨、硫化氢、氰化氢、氯化氢、氟化氢等，以及NOx和二氧化硫等。可以通过添加诸如石灰等方式处理和净化碳化气体，但是绝大多数有害杂质会残留在焦油中。
根据碳化过程的操作参数和原料的化学组成，可能产生多环芳烃，特别是多氯二噁英和多氯代二苯并呋喃等有害物质。碳化过程中生成的气体，通常将一部分气体作为燃料气使用。其余不作为燃料气的气体，可充分燃烧后变成烟道气体，脱硫脱硝等净化后排放。
根据垃圾的不同种类和组成，碳化过程的操作条件也会有所不同；处理含重金属、酸性气体和多环氯化烃的产物需要很高的设备投入和成本投入。特别是对于非均质垃圾，一般来看碳化产物通常只能作为燃料。从经济性来看，只有非常特殊的的垃圾回收才会有经济效益，例如旧轮胎等。绝大多数的回收都不产生经济效益。
因此，需要一种廉价的处理此类垃圾的方法，并且不会导致排放诸如多环碳氢化合物或氯化物等污染物，并能回收有价值的产品。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统及工艺，能够将垃圾进行高效处理并将其转化为能够有效利用的无害产品，成本低，污染少，能够防止多环烃或氯化烃的释放；同时处理系统能够得到有价值的柴油产物，且柴油纯度高、品质好，适用范围广泛。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：包括碳化单元、加氢处理单元及分离单元，
所述碳化单元包括碳化转鼓、第一混合罐及第二混合罐，所述碳化转鼓的左端连接有螺旋进料器，所述碳化转鼓的右端分别连接至所述第一混合罐及第二混合罐，所述第一混合罐连接至所述第二混合罐，所述第一混合罐上设置有添加剂进料口；
所述加氢处理单元包括第一加热炉、新氢机、悬浮床反应器、热分离罐、第二加热炉、固定床反应器及减压塔，所述第二混合罐、新氢机均连接至第一加热炉，所述第一加热炉、悬浮床反应器及热分离罐依次连接，所述热分离罐的顶端连接至所述固定床反应器，所述热分离罐的底端连通过第二加热炉连接至所述减压塔，所述减压塔的蜡油出口连接至所述固定床反应器；
所述分离单元包括温分离罐、冷分离罐、汽提塔、第三加热炉及分馏塔，所述固定床反应器连接至所述温分离罐，所述温分离罐的顶端连接至所述冷分离罐，所述温分离罐及冷分离罐的底端均连接至所述汽提塔，所述汽提塔的底端通过第三加热炉连接至所述分馏塔。
而且，所述冷分离罐上连接有循氢机，所述循氢机分别连接至所述固定床反应器、悬浮床反应器及第一加热炉。
而且，所述分馏塔底端的蜡油出口连接至所述固定床反应器。
而且，所述减压塔底端的残渣出口连接至所述螺旋进料器。
而且，所述冷分离罐顶端的气体出口连接有膜分离器。
而且，所述碳化转鼓产生的碳化气体循环连接至所述碳化转鼓。
而且，所述冷分离罐上设置有碱液注入口。
一种垃圾液相悬浮床加氢处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
1)垃圾碳化处理：将垃圾通过螺旋进料器送入碳化转鼓中进行加热碳化，碳化1～2小时后，碳化得到焦炭、碳化气体及碳化焦油，所述碳化气体可作为碳化转鼓的燃料气循环利用，所述焦炭可作为单向催化剂添加到悬浮床反应器，所述碳化焦油与催化剂通过第一、第二混合罐充分混合；
2)加氢处理：将步骤1)中混合的碳化焦油、催化剂及通过新氢机提供的氢气经第一加热炉预热后通入悬浮床反应器中反应，悬浮床反应器的反应压力为50～250bar，反应温度为250℃～500℃，所述碳化焦油与氢气的氢油比为300～1500标升/kg油；所述悬浮床反应器的产物经热分离罐分离，热分离罐的反应压力为50～250bar，分离温度为20℃～50℃，顶部产物通入固定床反应器中继续反应，底部产物经第二加热炉加热后进入减压塔中，减压塔底部回收的蜡油输送至固定床反应器，所述减压塔产生的残渣返回至螺旋进料器进行循环碳化；
3)分离处理：固定床反应器的产物依次通过温分离罐及冷分离罐进行分离处理，处理完的产物通入汽提塔，汽提塔的产物经第三预热器预热后通入分馏塔中分馏处理，分馏塔顶部产生轻质的柴油及石脑油，分馏塔底部产生重质的蜡油，该蜡油通入至固定床反应器进行循环反应，所述冷分离罐的气相部分通过循氢机进行循环利用，部分通过膜分离器分离后排放。
而且，所述步骤1)中作为单向催化剂添加至悬浮床反应器的焦炭质量为焦油进料重量的0.5％～5％。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的垃圾液相悬浮床加氢处理系统及工艺，操作方便，处理工艺精细，能够将垃圾碳化产生的焦油进行加氢处理，将焦油分离成为轻质的柴油、石脑油及重质的蜡油，蜡油可通过多次循环反应净化得到转化，处理成本低，污染少，能够防止多环烃或氯化烃的释放；同时处理系统能够得到有价值的柴油产物，且柴油纯度高、品质好，适用范围广泛。
2、本发明的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，冷分离罐上连接有循氢机，循氢机分别连接至固定床反应器、悬浮床反应器及第一加热炉，能够将冷分离罐顶端分离出的气相进行循环利用，保证氢气的利用率及固定床反应器、悬浮床反应器的氢气供给。
3、本发明的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，分馏塔底端的蜡油出口连接至固定床反应器，能够将分馏塔塔底的蜡油进行循环利用，提高柴油的产率及焦油分离效果。
4、本发明的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，减压塔底端的残渣出口连接至螺旋进料器，多次循环反应能够提高垃圾的细化处理，防止垃圾中有害成分的排放，提高处理效率。
5、本发明的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，冷分离罐顶端的气体出口连接有膜分离器，过滤冷分离罐顶端排出气体中含有的杂质，防止污染气体的排放，保证环境清洁。
6、本发明的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，碳化转鼓产生的碳化气体循环连接至碳化转鼓，可作为碳化转鼓的燃料气，保证热量能源的充分利用。
7、本发明设计科学合理，能够将垃圾进行高效处理并将其转化为能够有效利用的无害产品，成本低，污染少，能够防止多环烃或氯化烃的释放；同时处理系统能够得到有价值的柴油产物，且柴油纯度高、品质好，适用范围广泛。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
附图标记说明
1-螺旋进料器、2-碳化转鼓、3-添加剂进料口、4-第一混合罐、5-第二混合罐、6-新氢机、7-第一加热炉、8-悬浮床反应器、9-热分离罐、10-第二加热炉、11-固定床反应器、12-减压塔、13-残渣出口、14-温分离罐、15-碱液注入口、16-冷分离罐、17-循氢机、18-膜分离器、19-汽提塔、20-第三加热炉、21-分馏塔、22-蜡油出口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其创新之处在于：包括碳化单元、加氢处理单元及分离单元，
所述碳化单元包括碳化转鼓2、第一混合罐4及第二混合罐5，所述碳化转鼓的左端连接有螺旋进料器1，所述碳化转鼓的右端分别连接至所述第一混合罐及第二混合罐，所述第一混合罐连接至所述第二混合罐，所述第一混合罐上设置有添加剂进料口3；
所述加氢处理单元包括第一加热炉7、新氢机6、悬浮床反应器8、热分离罐9、第二加热炉10、固定床反应器11及减压塔12，所述第二混合罐、新氢机均连接至第一加热炉，所述第一加热炉、悬浮床反应器及热分离罐依次连接，所述热分离罐的顶端连接至所述固定床反应器，所述热分离罐的底端连通过第二加热炉连接至所述减压塔，所述减压塔的蜡油出口连接至所述固定床反应器；
所述分离单元包括温分离罐14、冷分离罐16、汽提塔19、第三加热炉20及分馏塔21，所述固定床反应器连接至所述温分离罐，所述温分离罐的顶端连接至所述冷分离罐，所述温分离罐及冷分离罐的底端均连接至所述汽提塔，所述汽提塔的底端通过第三加热炉连接至所述分馏塔。
冷分离罐上连接有循氢机17，循氢机分别连接至固定床反应器、悬浮床反应器及第一加热炉，能够将冷分离罐顶端分离出的气相进行循环利用，保证氢气的利用率及固定床反应器、悬浮床反应器的氢气供给。
分馏塔底端的蜡油出口22连接至固定床反应器，能够将分馏塔塔底的蜡油进行循环利用，提高柴油的产率及焦油分离效果。
减压塔底端的残渣出口13连接至螺旋进料器，多次循环反应能够提高垃圾的细化处理，防止垃圾中有害成分的排放，提高处理效率。
冷分离罐顶端的气体出口连接有膜分离器18，过滤冷分离罐顶端排出气体中含有的杂质，防止污染气体的排放，保证环境清洁。
碳化转鼓产生的碳化气体循环连接至碳化转鼓，可作为碳化转鼓的燃料气，保证热量能源的充分利用。
冷分离罐上设置有碱液注入口15，能够中和氯离子，使得转化为氯化钠，减少有害物质排放。
一种垃圾液相悬浮床加氢处理工艺，其创新之处在于：包括如下步骤：
1)垃圾碳化处理：将垃圾通过螺旋进料器送入碳化转鼓中进行加热碳化，碳化1～2小时后，碳化得到焦炭、碳化气体及碳化焦油，所述碳化气体可作为碳化转鼓的燃料气循环利用，所述焦炭可作为单向催化剂添加到悬浮床反应器，且焦炭进料量为焦油进料重量的0.5％～5％，所述碳化焦油与催化剂通过第一、第二混合罐充分混合；
2)加氢处理：将步骤1)中混合的碳化焦油、催化剂及通过新氢机提供的氢气经第一加热炉预热后通入悬浮床反应器中反应，悬浮床反应器的反应压力为50～250bar，反应温度为250℃～500℃，所述碳化焦油与氢气的氢油比为300～1500标升/kg油；所述悬浮床反应器的产物经热分离罐分离，热分离罐的反应压力为50～250bar，分离温度为20℃～50℃，顶部产物通入固定床反应器中继续反应，底部产物经第二加热炉加热后进入减压塔中，减压塔底部回收的蜡油输送至固定床反应器，所述减压塔产生的残渣返回至螺旋进料器进行循环碳化；
3)分离处理：固定床反应器的产物依次通过温分离罐及冷分离罐进行分离处理，处理完的产物通入汽提塔，汽提塔的产物经第三预热器预热后通入分馏塔中分馏处理，分馏塔顶部产生轻质的柴油及石脑油，分馏塔底部产生重质的蜡油，该蜡油通入至固定床反应器进行循环反应，所述冷分离罐的气相部分通过循氢机进行循环利用，部分通过膜分离器分离后排放。
实施例1
来自炼油厂的罐区含油污泥，含有12％的有机物，在550℃的间接加热碳化转鼓中碳化，碳化处理1小时，碳化后的固体残渣不含有机物质且不溶于水，产生碳化气体为进料的2％，焦油为进料的11％，并且焦油具有如下特点：
含硫量3.4％
含氮量0.7％
炭黑粉尘11％
馏程500℃+：45％
该焦油包含1000ppm的多氯联苯且沸点380℃以上的物质占87％，将该焦油通入悬浮床反应器中进行加氢反应，反应温度450℃，反应压力为220bar，氢油比为1000标升/千克油，碳化产生的焦炭作为添加剂加入悬浮床反应器中，添加量为焦油进料的1％，焦炭添加前，需要研磨成细粉并参入10％的氧化铁粉末；
为了中和氯离子，在原料中加入焦油中氯离子含量两倍计量的碱，这样有机结合的氯转化为氯化钠，并用添加剂除去；通常也可以将碱溶液和水一起注入固定床反应器气相加氢反应的产物中，如图1将注入点设在冷分离器的前端。
加氢处理后产品分布如下：
C1-C4的气态烃类4.1％，
氢耗：耗氢量为0.58％
500℃+馏分转化率：95％
多氯联苯含量<0.1ppm
含硫量<10ppm
含氮量<10ppm
重金属含量<lppm。
实施例2
将含有75％有机物的污泥在500℃的间接加热的碳化转鼓中进行碳化，碳化处理1小时，得到固体焦炭，该固体焦炭主要包括来自污泥的无机组分和生成的焦炭，同时还得到21％的碳化气体及23％的焦油，焦油具有以下特点：
焦油+粉尘61％
芳烃含量17％
沥青质8％
焦油包含11％的苯酚及9％多环芳烃，将该焦油通入悬浮床反应器中进行加氢反应，反应温度为470℃，压力为210bar，氢油比为800标升/千克油，另外将活性炭作为添加剂添加到悬浮床反应器中，添加量为焦油进料的1％，活性炭添加前，需要研磨成细粉并参入10％的氧化铁粉末；
悬浮床反应器的产物通过热分离罐进行分离，热分离罐顶部产生的气相进入固定床反应器进行进一步反应，底部回收的液相通过加热炉及减压塔侯分离得到蜡油，该蜡油返回至固定床反应器进一步反应处理，反应温度为390℃，压力悬浮床反应器相同或有5～20bar的压差，减压塔底端的残渣返回到螺旋进料器中进行碳化。
固定床反应器加氢反应后，工艺水不含苯酚，也不含多环芳烃。总液体产品具有以下特点：
多环芳烃含量<0.1ppm
苯酚含量<10ppm
硫含量<10ppm
氮含量<10ppm。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：包括碳化单元、加氢处理单元及分离单元，
所述碳化单元包括碳化转鼓、第一混合罐及第二混合罐，所述碳化转鼓的左端连接有螺旋进料器，所述碳化转鼓的右端分别连接至所述第一混合罐及第二混合罐，所述第一混合罐连接至所述第二混合罐，所述第一混合罐上设置有添加剂进料口；
所述加氢处理单元包括第一加热炉、新氢机、悬浮床反应器、热分离罐、第二加热炉、固定床反应器及减压塔，所述第二混合罐、新氢机均连接至第一加热炉，所述第一加热炉、悬浮床反应器及热分离罐依次连接，所述热分离罐的顶端连接至所述固定床反应器，所述热分离罐的底端连通过第二加热炉连接至所述减压塔，所述减压塔的蜡油出口连接至所述固定床反应器；
所述分离单元包括温分离罐、冷分离罐、汽提塔、第三加热炉及分馏塔，所述固定床反应器连接至所述温分离罐，所述温分离罐的顶端连接至所述冷分离罐，所述温分离罐及冷分离罐的底端均连接至所述汽提塔，所述汽提塔的底端通过第三加热炉连接至所述分馏塔。
2.根据权利要求1所述的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：所述冷分离罐上连接有循氢机，所述循氢机分别连接至所述固定床反应器、悬浮床反应器及第一加热炉。
3.根据权利要求1所述的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：所述分馏塔底端的蜡油出口连接至所述固定床反应器。
4.根据权利要求1所述的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：所述减压塔底端的残渣出口连接至所述螺旋进料器。
5.根据权利要求1所述的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：所述冷分离罐顶端的气体出口连接有膜分离器。
6.根据权利要求1所述的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：所述碳化转鼓产生的碳化气体循环连接至所述碳化转鼓。
7.根据权利要求1所述的垃圾液相悬浮床加氢处理系统，其特征在于：所述冷分离罐上设置有碱液注入口。
8.一种垃圾液相悬浮床加氢处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
1)垃圾碳化处理：将垃圾通过螺旋进料器送入碳化转鼓中进行加热碳化，碳化1～2小时后，碳化得到焦炭、碳化气体及碳化焦油，所述碳化气体可作为碳化转鼓的燃料气循环利用，所述焦炭可作为单向催化剂添加到悬浮床反应器，所述碳化焦油与催化剂通过第一、第二混合罐充分混合；
2)加氢处理：将步骤1)中混合的碳化焦油、催化剂及通过新氢机提供的氢气经第一加热炉预热后通入悬浮床反应器中反应，悬浮床反应器的反应压力为50～250bar，反应温度为250℃～500℃，所述碳化焦油与氢气的氢油比为300～1500标升/kg油；所述悬浮床反应器的产物经热分离罐分离，热分离罐的反应压力为50～250bar，分离温度为20℃～50℃，顶部产物通入固定床反应器中继续反应，底部产物经第二加热炉加热后进入减压塔中，减压塔底部回收的蜡油输送至固定床反应器，所述减压塔产生的残渣返回至螺旋进料器进行循环碳化；
3)分离处理：固定床反应器的产物依次通过温分离罐及冷分离罐进行分离处理，处理完的产物通入汽提塔，汽提塔的产物经第三预热器预热后通入分馏塔中分馏处理，分馏塔顶部产生轻质的柴油及石脑油，分馏塔底部产生重质的蜡油，该蜡油通入至固定床反应器进行循环反应，所述冷分离罐的气相部分通过循氢机进行循环利用，部分通过膜分离器分离后排放。
9.根据权利要求7所述的垃圾液相悬浮床加氢处理工艺，其特征在于：所述步骤1)中作为单向催化剂添加至悬浮床反应器的焦炭质量为焦油进料重量的0.5％～5％。
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