CN112958010B - 一种半连续式水热裂解制肥系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半连续式水热裂解制肥系统，包括依次相连的给料装置、一级水热裂解罐和二级水热裂解罐。给料装置包括并联式设置的粪污进料装置、秸秆进料装置和清液给入装置。一级水热裂解罐并联式设置多个，给料装置与多个一级水热裂解罐之间设置有一级连接管。二级水热裂解罐并列设置至少两个，且一级水热裂解罐的数量是二级水热裂解罐数量的2‑3倍。本发明以至少两个高压的二级水热裂解罐配2‑3倍数量的低压一级裂解罐，通过高低压罐体交替打开进出料，实现连续进料、间断出料的半连续式操作，有效提高了系统的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种半连续式水热裂解制肥系统，尤其涉及一种用于畜禽粪便、秸秆、农产品加工剩余物、林业废弃物等有机废弃物调质的连续式水热裂解系统，属于环保技术和压力容器领域。
背景技术
一方面，随着农村养殖业的发展，养殖粪便造成的农村水、气、土污染也受到关注，未经有效处理会造成病菌、激素、抗生素等有毒物质通过畜禽粪便农用的方式进入到土壤、水体中，对环境构成深层威胁的同时也会进入食物链构成食品安全问题。而秸秆就地焚化是造成大气污染的重要原因之一。另一方面，农村化肥的大量使用，导致土壤板结、肥力下降，化肥残留在危害食品安全的同时，还加剧了水土污染，浪费大量资源。随着公众对环境的重视程度越来越高，农村畜禽粪便、秸秆、农产品加工剩余物等有机废弃物不能随便丢弃或焚毁，而收集起来焚烧处理的成本相对比较高。对这些有机废弃物进行高压灭菌、水解后发酵制肥，无疑是一条有效的资源化处理途径。
高压水热裂解是制肥工艺中一个重要的环节。在这个过程中，需要把包括农村畜禽粪便、秸秆、农产品加工剩余物等有机废弃物在被水充分浸润的前提下加温加压，并在一定温度和压力下维持足够的时间以实现充分的水热裂解反应。高压水热裂解装置往往采用高压反应釜，通常由于压力维持等原因，从而使得整个系统通常为间歇式操作。一般情况下，由于容积较大，进料和升温过程所需时间远远大于卸料过程，因此大大降低了系统整体效率。
发明内容
本发明一个方面的目的在于提供一种能够用于将农林废弃物制作生物肥的半连续式水热裂解制肥系统，以两个或两个以上高压的二级水热裂解罐配多个作为预裂解装置的低压一级裂解罐，通过高低压罐体交替打开进出料使得进料过程持续而实现半连续式操作。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种半连续式水热裂解制肥系统，包括依次相连的给料装置、一级水热裂解罐和二级水热裂解罐，所述给料装置包括并联式设置的粪污进料装置、秸秆进料装置和清液给入装置；所述一级水热裂解罐并联式设置多个，所述给料装置与多个一级水热裂解罐之间设置有一级连接管；所述二级水热裂解罐并列设置至少两个，且一级水热裂解罐的数量是二级水热裂解罐数量的2-3倍；所述一级水热裂解罐按照压力为0.1-0.3 MPa、温度为100-120 ℃设置，所述二级水热裂解罐按照压力为1.0-2.5MPa、温度为150-250 ℃设置。
可选的，依据本发明一个实施例，前述技术方案中，所述一级水热裂解罐和二级水热裂解罐的容积分别为V1和V2，有V2≥2V1。
可选的，依据本发明一个实施例，前述技术方案中，所述系统还包括抽液泵，所述抽液泵的入口设置在二级水热裂解罐的上部，出口设置在所述一级连接管，能够将二级水热裂解罐上部的清液抽取回用到一级水热裂解罐中。
本发明的优点及有益效果包括：通过设置两级水热裂解罐，按不同压力和温度工作，两级之间间断式交替进行物料传输和后续的保温保压，完成整个的水热裂解过程，使得从总体上看物料源源不断地进入系统，水热降解产物交替地从二级水热裂解罐排出，实现了半连续式的工作过程，大大提高了系统的综合效率。
附图说明
图1为本发明所涉及的其中一种实施方式的半连续式水热裂解制肥系统示意图。
图2为本发明所涉及的其中一种实施方式的二级水热裂解罐示意图。
图中：1－粪污进料装置；2－秸秆进料装置；3－清液给入装置；4－一级水热裂解罐； 5－二级水热裂解罐；5A－I#二级水热裂解罐；5B－II#二级水热裂解罐；6－导热油盘管；7－导热油加热管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种半连续式水热裂解制肥系统，包括依次相连的给料装置、一级水热裂解罐4和二级水热裂解罐5。给料装置包括并联式设置的粪污进料装置1、秸秆进料装置2和清液给入装置3。粪污进料装置1包括粪污罐和粪污泵，秸秆进料装置2包括秸秆料仓和星形给料器，并设有螺旋挤料器。清液给入装置3用于补充清液，使得粪污和/秸秆能够达到水热裂解所需的水分（通常70%~80%）。当然，系统还包括提供换热介质的加热装置，换热介质包括蒸汽和高温导热油。
一级水热裂解罐4作为预反应罐，罐内压力为0.1-0.2 MPa、温度为100-120 ℃。一级水热裂解罐4采用蒸汽进行间壁式加热。作为其中一个实施方式，一级水热裂解罐4的罐体直段为夹套式设置，夹套里通入蒸汽，形成间壁式加热；同时在其罐体内部设置蒸汽加热管，管子形式为直立式大间距管束。
一级水热裂解罐的数量是二级水热裂解罐数量的2-3倍。通常4-6个一级水热裂解罐配2个二级水热裂解罐。一级水热裂解罐与二级水热裂解罐之间设置有二级连接管。
多个一级水热裂解罐4并列设置，且给料装置与多个一级水热裂解罐之间设置有一级连接管。每个一级水热裂解罐顶部均设置有进口、底部均设置有出口，且进口均设置有一级进口开关阀、出口均设置有一级出口开关阀，一级进口开关阀与一级出口开关阀均选用电动阀。虽然多个一级水热裂解罐并联式与给料装置相连，但并非并列同时给料，而是一一依次给料，使得其彼此之间有时间差。
将多个一级水热裂解罐依次记为第1一级水热裂解罐、第2一级水热裂解罐、……、第n一级水热裂解罐，其进出口开关阀也相应的记为第1一级进口开关阀、第1一级出口开关阀、第2一级进口开关阀、第2一级出口开关阀，以此类推。启动给料装置，首先打开第1一级水热裂解罐顶部的第1一级进口开关阀，使得粪污、秸秆和清液给入第1一级水热裂解罐，进料的同时，也通入蒸汽进行间壁式加热使罐内物料缓慢升温。当第1一级水热裂解罐内的物料达到预计的料位时，关闭第1一级进口开关阀，同时打开第2一级进口开关阀，使得粪污、秸秆和清液给入第2一级水热裂解罐。第2一级水热裂解罐进完料，再给第3一级水热裂解罐进料，依次启闭一级进口开关阀操作，保持持续给料。
每个一级水热裂解罐均依次经历进料过程、升温升压过程（到预计温度压力）、保温保压反应过程（30-60min）、放料过程。实际上，粪污、秸秆等进料时间往往很长，而经过水热裂解反应后均质化，放料过程很短。
二级水热裂解罐5至少设置两个，二级水热裂解罐内温度和压力分别为150-250℃、1.0-2.5MPa，保温保压时间为30-90min。本实施例以两个二级水热裂解罐来说明本系统的操作方法。两个二级水热裂解罐分别记为I#二级水热裂解罐5A、II#二级水热裂解罐5B。每个二级水热裂解罐顶部均设置有进口、底部均设置有出口，且均设置有开关阀。其入口和出口的开关阀分别记为第一二级进口开关阀、第一二级出口开关阀、第二二级进口开关阀和第二二级出口开关阀。二级水热裂解罐5顶部一侧还设有呼吸阀，能够启动对罐内进行压力微调。
当其中一个一级水热裂解罐完成预计的保温保压反应过程后，打开其中一个二级水热裂解罐的出口开关阀。通常是先进料的先放料。因此，顺序仍以进料时的顺序来描述。
当第1一级水热裂解罐完成预计的保温保压反应时间，启动I#二级水热裂解罐5A的第一二级进口开关阀至开启状态，启动第1一级出口开关阀至开启状态，使第1一级水热裂解罐内的物料进入I#二级水热裂解罐5A，直至第1一级水热裂解罐和I#二级水热裂解罐5A内的压力相当，此时第1一级水热裂解罐的大部分物料已经进入I#二级水热裂解罐5A内，物料无法通过压力差再从上级反应罐进入下级反应罐，关闭第1一级出口开关阀，打开第2一级出口开关阀，使第2一级水热裂解罐内的物料在压力差下进入I#二级水热裂解罐5A直至第2一级水热裂解罐和I#二级水热裂解罐5A内的压力相当，关闭第2一级出口开关阀，打开第3一级出口开关阀。依此类推，直到I#二级水热裂解罐5A内物料达到预计料位或任一个一级水热裂解罐与I#二级水热裂解罐之间已无压力差。通常到第3或第4一级水热裂解罐时，一级水热裂解罐与I#二级水热裂解罐之间已无压力差。此时，若I#二级水热裂解罐5A内物料仍未达到预计料位，可通过呼吸阀微调降低其内压力，使得一级水热裂解罐内的物料持续进入直至达到预计料位。
但常态下，当所有一级水热裂解罐与I#二级水热裂解罐之间已无压力差时，关闭第一二级进口开关阀，使I#二级水热裂解罐5A内物料先后进入升温升压、保温保压反应过程。同时，打开II#二级水热裂解罐5B的第二二级进口开关阀至开启状态，打开第1一级出口开关阀至开启状态，使第1一级水热裂解罐内的物料进入II#二级水热裂解罐5B，直至第1一级水热裂解罐和II#二级水热裂解罐5B内的压力相当，关闭第1一级出口开关阀，打开第2一级出口开关阀，使第2一级水热裂解罐内的物料在压力差下进入II#二级水热裂解罐5B直至第2一级水热裂解罐和II#二级水热裂解罐5B内的压力相当，关闭第2一级出口开关阀，打开第3一级出口开关阀，以此类推。这个过程中，关闭第1一级出口开关阀的同时，开启其第1一级进口开关阀，使得粪污、秸秆等物料进入第1一级水热裂解罐内，相当于循环重复上述进料、反应过程，而且第1一级水热裂解罐的进料过程能够衔接最末一个一级水热裂解罐，从而能够实现水热裂解过程的半连续式工作。这个过程中，给料装置一直在启动运行，一级连接管中一直有物料在输送，通过开启某个一级进口开关阀来决定物料去向（进入对应的一级水热裂解罐）。
这个过程中，一级水热裂解罐罐体体积和个数与二级水热裂解罐罐体体积和个数之间均为精心设置和匹配，以达到上述连续操作。而整个操作过程中，罐体内的物料停留时间可微调，尤其是作为预反应的一级水热裂解。由于粪污、秸秆等物料进料时间长，作为一种优选的技术方案，一级水热裂解罐和二级水热裂解罐的容积分别为V1和V2，有V2≥2V1。
如图2所示的实施方式中，二级水热裂解罐5的罐体内设置有环绕式布置的导热油盘管6，从底部到直段上部螺旋向上环绕式贴近内壁布置。图中只是示意性的显示其与罐体的位置关系。二级水热裂解罐5的罐体直段内还设置有多个直立式布置的导热油加热管7，当物料进入二级水热裂解罐时，从导热油盘管底部入口通入250-300℃的导热油对物料加热升温。当物料达到预设料位并关闭相应的二级进口开关阀时，从导热油加热管7底部通入250-300℃的导热油对物料进一步加热升温及保温反应。多个导热油加热管至少设置一组集箱相连，集箱包括上集箱和下集箱。导热油加热管和导热油盘管穿过作为压力容器的水热反应罐罐体壁面时均需采用密封设置，对此，本领域一般技术人员均能理解和想象，在此不再详述。
此外，作为更进一步的优化技术方案，二级水热裂解罐5上部设置有抽液泵，从一级水热裂解罐4进入二级水热裂解罐5内的预反应物料因惯性沉积，在后者上部容易形成清液层，而抽液泵将此清液抽取一部分直接进入到一级水热裂解罐顶部的连接管中，使其进入到任一个正在进料的一级水热裂解罐内，一方面有利于减少二级水热裂解罐内反应产物的水分含量，从而减少了后续分离、干燥能耗及投资；另一方面相当于热清液回用，还能够减少一级水热裂解罐内的加热能耗及加热过程，同时减少了清液给入装置3的清液用量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种半连续式水热裂解制肥系统，其特征在于，包括依次相连的给料装置、一级水热裂解罐（4）和二级水热裂解罐，所述给料装置包括并联式设置的粪污进料装置（1）、秸秆进料装置（2）和清液给入装置（3）；所述一级水热裂解罐（4）并联式设置多个，所述给料装置与多个一级水热裂解罐之间设置有一级连接管，且所述给料装置与多个一级水热裂解罐按照依次给料设置，使得多个一级水热裂解罐给料存在时间差；所述二级水热裂解罐并列设置至少两个，且一级水热裂解罐的数量是二级水热裂解罐数量的2-3倍；所述一级水热裂解罐（4）按照压力为0.1-0.2MPa、温度为100-120 ℃、保温保压时间为30-60 min设置，所述二级水热裂解罐（5）按照压力为1.0-2.5MPa、温度为150-250 ℃、保温保压时间为30-90 min设置；一级水热裂解罐与二级水热裂解罐之间设置有二级连接管；所述一级水热裂解罐（4）和二级水热裂解罐（5）的容积分别为V1和V2，有V2≥2V1。
2.根据权利要求1所述的半连续式水热裂解制肥系统，其特征在于，所述系统还包括抽液泵，所述抽液泵的入口设置在二级水热裂解罐的上部，出口设置在所述一级连接管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220705 Address after: Room A602, auxiliary building, No. 79, Shuangqing Road, Haidian District, Beijing 100085 Applicant after: BEIJING HUANQING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: Room A501, No. 79, Shuangqing Road, Haidian District, Beijing, 100085 Applicant before: BEIJING SIWEI TIANTUO TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A semi-continuous hydrothermal cracking fertilizer system Effective date of registration: 20220916 Granted publication date: 20220726 Pledgee: Bank of Hangzhou Limited by Share Ltd. Beijing branch Pledgor: BEIJING HUANQING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022110000219 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Room 101, 8th Floor, Building 1, No. 10 Xueqing Road, Haidian District, Beijing, 100083 Patentee after: Beijing Heshi Technology Co.,Ltd. Address before: Room A602, auxiliary building, No. 79, Shuangqing Road, Haidian District, Beijing 100085 Patentee before: BEIJING HUANQING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231009 Granted publication date: 20220726 Pledgee: Bank of Hangzhou Limited by Share Ltd. Beijing branch Pledgor: BEIJING HUANQING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022110000219 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A semi continuous hydrothermal cracking fertilizer production system Effective date of registration: 20231120 Granted publication date: 20220726 Pledgee: Hangzhou Bank Co.,Ltd. Beijing Dongcheng Branch Pledgor: Beijing Heshi Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023110000485 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |