CN112283712B - 一种含氯含溴固体废物热解系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于固体废物处理相关技术领域，其公开了一种含氯含溴固体废物热解系统，该系统包括：智能破碎单元、智能干燥单元、热解反应单元、热量回收单元、水洗单元以及燃气器，智能破碎单元将含氯含溴固体废物破碎为预设粒度的颗粒，智能干燥单元对颗粒进行加热干燥，并将干燥后的颗粒送入热解反应单元以在氨水蒸气的作用下热解生成热解渣和热解气，热解渣和热解气进入热量回收单元中加热冷却水后进入智能干燥单元对颗粒进行加热干燥，获得热解油、冷凝水和不凝气体，将不凝气体输入水洗单元获得氨气，热量回收单元输出的冷却水加热为蒸汽，蒸汽和氨气组成氨水蒸汽进入热解反应单元参与反应。本申请可以使能量和物质循环利用，节能环保无污染。

Description

一种含氯含溴固体废物热解系统

技术领域

本发明属于固体废物处理相关技术领域，更具体地，涉及一种含氯含溴固体废物热解系统。

背景技术

近些年来，随着科学技术不断进步，固体废物总量逐年攀升，其中，氯、溴因其价格便宜，来源广泛，阻燃效果显著等特点被广泛应用于电子产品、生活产品及汽车生产制造环节中。然而，高氯高溴固体废物处置难度极大，采用直接焚烧法，其所含的固体废物会生成大量的氯化氢、溴化氢等，腐蚀设备，并且高氯高溴固体废物在焚烧时会与氧气反应，生成毒性极强的二噁英。目前国际上针对高氯高溴固体废物尚无统一的处理标准，回收再利用一直是国内外努力的重点。热解法因其处理固体废物适应性强、减量化显著、生成污染物少等特点成为新的固废处理方法之一，并且针对高氯高溴固体废物，因热解是在无氧气氛下发生的热裂解反应，通常温度为400～1000℃，无二噁英及SOx、NOx等污染物生成，对环境较为友好。

目前，针对热解方法处理固体废物，也有一些研究。中国专利CN106006799B公开了一种采用过热蒸汽碳化印染中间体生产废水的方法，首先将生产废水蒸馏浓缩形成干粉废弃物再送入螺旋热裂解反应器进行无氧炭化，但采用该装置无法避免高氯、高溴在热裂解过程中生成的氯化氢、溴化氢、氯离子、溴离子、有机氯、有机溴等物质对设备的腐蚀，并且由于没有采用氯、溴的回收装置，采用此设备处理高氯高溴固体废物时，不可避免会对热解油、热解气、热解渣品质造成影响，进一步的影响生态环境。中国专利CN108413400公开了一种碱渣与废弃线路板共热解的方法，尽管实现了溴的高效率固定，但是工业生成碱渣成分复杂，与含溴塑料共热解过程中对废旧电路板中重金属等污染物的生成规律尚不清晰。中国专利CN104722555B公开了一种含溴塑料废物无害化脱溴的方法，采用氨水浸渍的方法对含溴塑料提前搅拌混合，并通过反应釜产生高温高压水解反应，可达到较好的除溴效果，但是该装置由于将固体废物提前浸渍，不可避免带来大量用于消除氨水气化潜热时的能量消耗。

现有处理措施主要缺陷在于高能耗、强腐蚀及高污染，目前尚无可靠的高氯高溴固体废物处理方法，本发明提出了一种含氯含溴固体废物处理系统。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种含氯含溴固体废物热解系统，通过将固体废物破碎高温热解生成热解渣和热解气，热解渣和热解气中的热量被回收循环利用，热解气中的氨也被回收再利用，使得排出的最终产物为固体和液体，没有污染气体的产生节能环保。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种含氯含溴固体废物热解系统，所述系统包括智能破碎单元、智能干燥单元、热解反应单元、热量回收单元、水洗单元以及燃气器，其中：所述智能破碎单元用于将含氯含溴固体废物破碎为预设粒度的颗粒；所述智能干燥单元用于对所述颗粒进行加热干燥，并将干燥后的颗粒送入所述热解反应单元；所述热解反应单元中设有氨水蒸汽，所述颗粒在所述氨水蒸汽作用下发生热解反应生成热解渣和热解气；所述热量回收单元用于实现所述热解渣和热解气与冷却水的换热，并将换热后的热解气送入所述智能干燥单元以对所述颗粒进行加热干燥，所述热解气在所述智能干燥单元中放热后获得热解油、冷凝水和不凝气体；所述水洗单元用于吸收所述不凝气体中溶于水的物质，进而对所述物质进行处理获得氨气，水洗后的不凝气体输入燃气器中燃烧，以将所述热量回收单元输出的冷却水加热为蒸汽，所述蒸汽和所述氨气组成氨水蒸汽循环进入所述热解反应单元参与反应。

优选地，所述系统还包括调节单元，所述调节单元用于检测所述热解渣产率，若所述热解渣产率变化超过了预设范围则调节所述智能破碎单元破碎的颗粒的粒度。

优选地，所述系统还包括除尘单元，用于对所述热解反应单元生成的热解气除尘。

优选地，所述除尘单元包括筒体，设于所述筒体周向的进气口、设于所述筒体内部的筛网以及位于所述筒体底部的排尘口，热解气从所述进气口侧向进气以在所述筒体内形成旋流。

优选地，所述智能干燥单元包括干燥机、智能控制模块以及含水率监测模块，其中，所述含水率监测模块用于对颗粒的含水率进行监测，并将监测结果反馈给所述智能控制模块，所述智能控制模块根据所述监测结果控制所述干燥机的功率。

优选地，所述干燥机为螺旋干燥机，所述智能控制模块根据所述监测结果控制所述干燥机的螺旋转速。

优选地，所述热量回收单元包括热解渣热量回收单元和热解气热量回收单元，其中，所述热解渣热量回收单元包括冲渣水循环子单元和水-水换热器，所述冲渣水循环子单元中冲渣水与热解渣混合后进入水-水换热器与冷却水换热，所述水-水换热器加热后的冷却水进入热解气热量回收单元与所述热解气换热。

优选地，所述热解反应单元为螺旋热裂解反应器，所述螺旋热裂解反应器上设有多个氨水蒸汽喷入口。

优选地，所述系统还包括加热装置，所述加热装置用于将所述氨水蒸汽加热至450℃～1000℃。

优选地，所述系统还包括关风机，用于排出所述热解反应单元中的氧气。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种含氯含溴固体废物热解系统至少具有如下有益效果：

1.通过高温氨水蒸汽对固体废物进行直接热裂解反应，使得含氯含溴的固体废物生成氯化铵、溴化铵等无害盐类物质，将固体废物中的有机氯、有机溴等物质进行水洗和燃烧等进一步的处理，生成液体或无害气体物质去除；

2.使用智能破碎单元，其根据热解渣产率控制破碎的固体颗粒的粒径，可以实现对不同种类固体废物的处理；

3.热解渣和热解气中的热量被热量回收单元利用，有利于能量的分级利用，节省能耗；

4.热解气中的部分气体进入水洗单元后被分离，对其进行简单的加热处理后获得氨气可以被循环进热解反应单元利用，而不会溢进大气中，即实现了物质的循环利用又不污染环境；

5.除尘单元采用周向螺旋进气，形成旋流，加长了气流路径，降低气流速度，利用重力沉降，筛网过滤气体中的残余颗粒物，保证颗粒物的二次脱除；

6.干燥单元可以对颗粒的含水率进行智能控制，保证干燥单元出口颗粒含水率一致。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的含氯含溴固体废物热解系统的流程图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的热解反应单元的结构图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的热解后氯、含溴固体废物的迁移路径图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的不同氨水浓度下的脱氯脱溴效果；

图5示意性示出了根据本公开实施例的不同热裂解温度下的脱氯脱溴效果；

图6示意性示出了根据本公开实施例的不同工作压力下的脱氯脱溴效果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明提供了一种含氯含溴固体废物热解系统，所述系统包括智能破碎单元、智能干燥单元、热解反应单元、热量回收单元、水洗单元以及燃气器。

智能破碎单元用于将含氯含溴固体废物破碎为预设粒度的颗粒，智能破碎单元破碎的颗粒的粒度受调节单元的控制。调节单元可以时刻监测热解反应单元的热解渣产率，若热解渣的产率变化超过预设范围则调节智能破碎单元破碎的颗粒的粒度。例如，若连续几次检测的热解渣的产率相同或相差不大则表明热解完全，此时的颗粒的粒度范围合适，否则减小破碎的颗粒的粒度。

智能干燥单元用于对破碎后的含氯含溴固体废物进行干燥脱水，包括干燥机、智能控制模块以及含水率监测模块，其中，所述含水率监测模块用于对颗粒的含水率进行监测，并将监测结果反馈给所述智能控制模块，所述智能控制模块根据所述监测结果控制所述干燥机的功率。干燥机优选为螺旋干燥机，例如，可以为单螺旋干燥机、双螺旋干燥机等，且可以采用多级串联方式连接，在第一级螺旋干燥机前连接有螺旋给料机，最后以及螺旋干燥机与关风机连接。本公开实施例中的螺旋干燥机为热夹层式干燥机，其上布置有多个测温测压装置以及至少一个紧急渣态固体废物出口。螺旋干燥机出口处连接所述含水率监测模块，以实现干燥机出口处颗粒的含水率，含水率监测模块将监测结果反馈给所述智能控制模块，所述智能控制模块根据所述监测结果控制所述干燥机的功率，例如可以调节螺旋干燥机的螺旋转速，调控干燥时间。例如，当水分含量超过25％时，调控转速变慢10％，3min内水分含量变化率小于3％，则增加转速10％，至出口固体废物含水率稳定时(＜1％/min)，则为最优转速；当水分含量小于25％时，增加转速10％，3min内水分含量变化率小于3％，则降低转速10％，至出口固体废物含水率稳定时(＜1％/min)，则为最优转速。

所述热解反应单元优选为螺旋热裂解反应器，如图2所示，所述螺旋热裂解反应器上包括：固体颗粒入口11，产物出口12，多个氨水蒸汽喷入口21、氨水蒸汽出口22，多个测温装置42、多个测压装置41、以及至少一个紧急渣态固体废物出口31以保证生产的安全进行。其中，氨水蒸汽与渣态固体废物直接接触热解，并且采用多个喷入点方式保证加热均匀性。关风机连接于热解反应单元前，该关风机用于排出热解反应单元中的氧气，保证热解过程中无氧状态。如图3所示，热解反应单元的产物为热解渣(有机氯、有机溴等)和热解气(氯化氢、溴化氢、氯化铵、溴化铵等)，热解渣和热解气中的热量通过热量回收单元回收利用，热解渣中的热量被回收后直接以固体排出，热解气中的热量被回收后，热解气经过多级换热得到热解油(有机氯、有机溴等)、冷凝水和不凝气体(氯化氢、溴化氢、氯化铵、溴化铵等)，不凝气体进行水洗，溶于水的气体被加热后生产氨气，该氨气被加热生成高温氨气进入热解反应单元循环反应，不溶于水的气体被送入燃气器中燃烧放热加热冷却水。

热量回收单元包括热解渣热量回收单元和热解气热量回收单元，其中，所述热解渣热量回收单元包括冲渣水循环子单元和水-水换热器，所述冲渣水循环子单元中冲渣水与热解渣混合后进入水-水换热器与冷却水换热，所述水-水换热器加热后的冷却水进入热解气热量回收单元与所述热解气换热，此时的热解气温度一般大于450℃。经过与热解气换热后的冷却水进入燃气器中被加热为蒸汽，该蒸汽与不凝气水洗后的处理得到的氨气混合，混合气通过加热装置被加热至450℃～1000℃成为高温氨水蒸汽，高温氨水蒸汽进入热解反应单元参与反应，氨水蒸汽的压力范围不限可由常压至超超临界压力，其浓度与固体废物中氯、溴浓度相关，氨与氯溴总量化学当量比介于1∶1～10∶1之间。热解气与热解气热量回收单元换热后温度下降至250℃以下，此时将热解气进一步输入智能干燥单元用于为其提供干燥所需热量，进而实现热量的分级利用。

为了防止冲渣水堵塞水-水换热器，冲渣水循环子单元上还设有过滤装置，过滤大颗粒渣体。热解气进入热解气热量回收单元之前还经过除尘单元进行灰尘滤除。所述除尘单元包括筒体，设于所述筒体周向的进气口、设于所述筒体内部的筛网以及位于所述筒体底部的排尘口，热解气从所述进气口侧向进气以在所述筒体内形成旋流，加长气流运动路径，降低气流速度，利用重力沉降；筒体上没有孔洞，减少颗粒逃逸；筛网用于过滤气体中的残余颗粒物，保证颗粒物的二次高效脱除；排尘口优选为抽拉式排尘口，方便除尘装置排尘。

实施例1

本公开实施例中，含氯含溴的固体废物中含溴量为14％、含氯量为2.3％，干燥后含水率0.2％，热裂解温度为600℃，压力1MPa，采用氨浓度为1％，3％，5％，8％，10％的蒸汽对其热处理，处理效果如图4所示，在氨浓度达到3％时，可达到98.5％以上溴脱除效果，可达到96.3％氯脱除效果，仅热解渣中存在部分未释放的有机氯、有机溴。

实施例2

本公开实施例中，含氯含溴的固体废物中含溴量为14％、含氯量为2.3％，干燥后含水率0.2％，热裂解温度为450℃，500℃，550℃，600℃，650℃，压力1MPa，采用氨浓度为3％(质量浓度)的蒸汽对其热处理，处理效果如图5所示，在热裂解温度为500℃时，可达到96.3％溴脱除效果，氯脱除效果可达95.3％，随着温度继续升高，极少量有机氯、有机溴继续释放，温度达到650℃时，溴释放捕集效率高达99.3％，氯高达99％。

实施例3

本公开实施例中，含氯含溴的固体废物中含溴量为14％、含氯量为2.3％，干燥后含水率0.2％，热裂解温度为600℃，压力0.3MPa，0.5MPa，1MPa，3MPa，5MPa，10MPa，20MPa，采用氨浓度为3％的蒸汽对其热处理，处理效果，如图6所示，在压力为0.3MPa时，可达到98.2％溴脱除效果，氯脱除效果95.4％，压力升高到3MPa时，可达到99.8％溴脱除效果，99.4％氯脱除效果，仅热解渣中存在部分未释放的有机氯、有机溴。

综上所述，本申请通过将固体废物破碎高温热解生成热解渣和热解气，热解渣和热解气中的热量被回收循环利用，热解气中的氨也被回收再利用，使得排出的最终产物为固体和液体，没有污染气体的产生节能环保。本系统可在所述的工作温度及压力下对高氯高溴固体废物达到98.5％以上脱氯脱溴效果，极大提升了热解油、热解渣、热解气的商业化价值，为高氯高溴固体废物的资源化处置提供了一种无害化处置方法。

本领域的技术人员容易理解，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)

1.一种含氯含溴固体废物热解系统，其特征在于，所述系统包括智能破碎单元、智能干燥单元、热解反应单元、热量回收单元、水洗单元以及燃气器，其中：

所述智能破碎单元用于将含氯含溴固体废物破碎为预设粒度的颗粒；

所述智能干燥单元用于对所述颗粒进行加热干燥，并将干燥后的颗粒送入所述热解反应单元；

所述热解反应单元中设有氨水蒸汽，所述颗粒在所述氨水蒸汽作用下发生热解反应生成热解渣和热解气，所述氨水蒸汽的温度为450℃～1000℃；

所述热量回收单元用于实现所述热解渣和热解气与冷却水的换热，并将换热后的热解气送入所述智能干燥单元以对所述颗粒进行加热干燥，所述热解气在所述智能干燥单元中放热后获得热解油、冷凝水和不凝气体；

所述水洗单元用于吸收所述不凝气体中溶于水的物质，进而对所述物质进行处理获得氨气，水洗后的不凝气体输入燃气器中燃烧，以将所述热量回收单元输出的冷却水加热为蒸汽，所述蒸汽和所述氨气组成氨水蒸汽循环进入所述热解反应单元参与反应。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括调节单元，所述调节单元用于检测所述热解渣产率，若所述热解渣产率变化超过了预设范围则调节所述智能破碎单元破碎的颗粒的粒度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括除尘单元，用于对所述热解反应单元生成的热解气除尘。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述除尘单元包括筒体，设于所述筒体周向的进气口、设于所述筒体内部的筛网以及位于所述筒体底部的排尘口，热解气从所述进气口侧向进气以在所述筒体内形成旋流。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能干燥单元包括干燥机、智能控制模块以及含水率监测模块，其中，所述含水率监测模块用于对颗粒的含水率进行监测，并将监测结果反馈给所述智能控制模块，所述智能控制模块根据所述监测结果控制所述干燥机的功率。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述干燥机为螺旋干燥机，所述智能控制模块根据所述监测结果控制所述干燥机的螺旋转速。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热量回收单元包括热解渣热量回收单元和热解气热量回收单元，其中，所述热解渣热量回收单元包括冲渣水循环子单元和水-水换热器，所述冲渣水循环子单元中冲渣水与热解渣混合后进入水-水换热器与冷却水换热，所述水-水换热器加热后的冷却水进入热解气热量回收单元与所述热解气换热。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解反应单元为螺旋热裂解反应器，所述螺旋热裂解反应器上设有多个氨水蒸汽喷入口。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括加热装置，所述加热装置用于将所述氨水蒸汽加热至450℃～1000℃。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括关风机，用于排出所述热解反应单元中的氧气。

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