CN113546946A - 医疗废物的无氧干馏处置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废物处理技术领域，特别是公开了一种医疗废物的无氧干馏处置方法，采用无氧干馏裂解技术处理医疗废物，具体步骤如下：进料，脱水，干馏，燃料油回收，可燃气回收和炭黑回收等，提供了一种操作简单、安全、节能、低成本、低污染、综合利用的医疗废物处置技术。
Description
技术领域
本发明涉及医疗废物处理技术领域，特别是一种医疗废物的无氧干馏处置方法。
背景技术
医疗废物是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或者间接感染性、毒性以及其他危害性的废物。医疗废物中携带大量病原体，易造成水体、大气、土壤等环境污染，并传播疾病，危害人体健康。医疗废物是《国家危险废物名录》中的首要废物。医疗废物分类按照《医疗废物分类目录》(卫医发
〔2003〕287号)执行。医疗废物分为感染性废物、损伤性废物、病理性废物、化学性废物和药物性废物等五类，医疗废物具有感染性、损伤性、生物毒性和化学毒性。根据某设区市统计，2019年医疗废物产生量4252吨，其中感染性和损伤性废物占99.39％，化学性废物占0.19％、药物性废物占0.06％、病理学废物占0.36％。
根据《医疗废物处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》
(HJ-BAT-8)：医疗废物处理处置技术分为焚烧处置技术和非焚烧处理技术。焚烧处置技术主要包括热解焚烧技术和回转窑焚烧技术；非焚烧处理技术主要包括高温蒸汽处理技术、化学处理技术和微波处理技术。
焚烧处置技术采用高温热处理方式，使医疗废物中的有机成分发生氧化/分解反应，实现无害化和减量化。该技术主要包括热解焚烧技术和回转窑焚烧技术，热解焚烧技术又分为连续热解焚烧技术和间歇热解焚烧技术。该技术适用于感染性、损伤性、病理性、化学性和药物性医疗废物的处置。焚烧处置技术在处置医疗废物的过程中产生二噁英以及重金属等物质，尤其是废物来料不稳定的情况下，会造成尾气净化方面的诸多问题，环境风险较大。投资成本100～200万元/吨医疗废物，运行成本1500～3500元/吨医疗废物。
消毒处理技术包括高温蒸汽处理技术、化学处理技术、微波处理技术。高温蒸汽处理技术利用水蒸汽释放出的潜热使病原微生物发生蛋白质变性和凝固，对医疗废物进行消毒处理。该技术主要包括先蒸汽处理后破碎和蒸汽处理与破碎同时进行两种工艺形式。化学处理技术利用化学消毒剂对传染性病菌的灭活作用，对医疗废物进行消毒处理。微波处理技术通过微波振动水分子产生的热量实现对传染性病菌的灭活，对医疗废物进行消毒处理。消毒处理仅适用于感染性和损伤性医疗废物，且无法实现减量化，消毒处理后需进垃圾填埋场或垃圾焚烧厂。投资成本45～80万元/吨医疗废物，运行成本1200～2300元/吨医疗废物。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种既环保又能有效处理医疗废物中的各种成分的无氧干馏处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种医疗废物的无氧干馏处置方法，具体步骤如下：
1)将医疗废物放入裂解炉中，裂解炉通过燃烧室加温，当温度上升到100～150℃时，医疗废物中所含的水分逐渐蒸发转换成汽相；当温度上升到200℃-250℃时，医疗废物内含油组分开始逐渐裂解转换成汽相，当温度上升到380-550℃时，医疗废物实现充分裂解；
2)裂解炉上连接分汽包，汽相气体经分汽包分离后，通过冷凝系统冷却转换成液相，进入分离罐，分离罐将油水分离，回收燃料油供给燃烧室；
3)步骤2中不可冷凝的气体通过水封，经碱法洗涤净化后，得到的可燃气体通入燃烧室；
4)裂解完毕后，关闭燃烧室和燃气喷枪，当裂解炉温度降到80℃时，打开裂解炉，将底渣取出得到炭黑。
作为本发明的进一步设置，所述冷凝系统上连接紧急排放系统，当非正常状态下裂解炉内压力过高时，启动紧急排放系统，使冷凝系统过来的可燃气体迅速排放到燃烧室，经自动点火器点燃燃烧。
作为本发明的进一步设置，所述燃烧室连接烟气净化系统，所述烟气净化系统包括布袋除尘器或急冷用的喷淋塔与去除酸性气体的填料吸收塔。
作为本发明的进一步设置，所述填料吸收塔为湿式洗气塔，所述湿式洗气塔中的碱性药剂为15％-20％的NaOH溶液或10％-30％的Ca(OH)2溶液。
作为本发明的进一步设置，所述冷凝系统包括循环水池和至少两个冷凝器，所以冷凝器上均连接有分离罐。
作为本发明的进一步设置，所述医疗废物经裂解后产生30％的固态类废渣和70％的裂解气，所述固态类废渣包括10％的炭黑、2％的金属和18％的玻璃，所述裂解气包括40％的燃料油、20％的可燃气和10％的废水。
作为本发明的进一步设置，所述可燃气含有氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种。
作为本发明的进一步设置，所述燃料油含有有机酸、芳烃和焦油中的一种或多种。
采用上述方法，无氧干馏裂解技术的原理是将医疗废物在缺氧或无氧高温条件下热裂解，产生可燃性气体，然后将裂解气通入到燃烧室内进行燃烧，与焚烧处理技术相比而言，无氧干馏裂解技术无明火燃烧过程，优点是具有二噁英产生的逆条件，较好的解决了焚烧技术产生的污染问题，排放污染物很少，重金属等大都保持在固体残渣中，没有烟灰的污染，对环境友好，对于医疗废物，其本身可燃成分含量高，热值高，灰分低，适合于采用无氧干馏裂解技术。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施例物料走向流程图；
附图2为本发明具体实施例裂解气走向流程图；
附图3为本发明具体实施例烟气处理走向流程图；
附图4为本发明具体实施例工艺流程图；
附图5为本发明具体实施例物料平衡图。
具体实施方式
本发明的具体实施例如图1-5所示，一种医疗废物的无氧干馏处置方法，具体步骤如下，
1、进料
原料(医疗废物)由输送机送入料仓，打开进料电动球阀，由自动进料机把原料送到转动的裂解炉内，装满炉后关闭进料电动球阀。
2、脱水
打开燃烧室开始加温，当温度上升到100～150℃时，原料所含的水分逐渐蒸发转换成汽相。
3、干馏
当温度上升到200℃左右时，原料内含油组分开始逐渐裂解转换成汽相，汽相气体经分汽包分离后，通过冷凝器循环水冷却转换成液相，进入分离罐，利用油和水比重不同，分离罐将油水分离。可配套余热锅炉进行热能回收。
4、燃料油回收
在此过程中还有少量没有冷凝的油气和不可冷凝气体同时进入二次冷凝器进一步冷凝，油和不可冷凝油气同时进入二次分离罐。
5、可燃气回收
不可冷凝气体依次通过两个水封，经碱法洗涤净化后(配套两个应急净化罐经活性炭吸附净化后应急燃烧处理)，清洁可燃气体到燃气喷枪燃烧供热。此处设计紧急排放系统，当非正常状态下裂解炉内压力过高时，启动排放球阀，使冷凝系统过来的可燃气体迅速排放到燃烧室，经自动点火器点燃燃烧后，进入烟气净化系统。
6、炭黑回收
当温度上升到380-500℃时，原料达到充分裂解，裂解完毕后，关闭燃烧室和燃气喷枪，当炉温度降到80℃时，打开出渣球阀，底渣(炭黑)经螺旋出料、提升进入锥形冷却仓(夹套水冷)，降温后分选排出装包运走。燃烧烟气在引风机作用下，再进入喷淋除尘器，经碱法脱硫脱硝净化后，经烟囱排空。
根据平台测试数据，全过程DCS控制，批次进料耗时2h、裂解耗时8h。点火采用柴油，燃料使用裂解产生的可燃气和燃料油。
无氧干馏裂解技术是指在无氧或缺氧的环境及中温(600～700℃)、低温(300～600℃)状态下进行加热干馏，使有机物产生裂解，大分子切断成小分子的油气，经冷凝后形成各种气体(可燃气)、液体(燃料油)和固体(炭黑)。裂解产物的产率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度和速度。
其中副产品燃料油执行《炉用燃料油》(GB25989-2010)标准，炭黑执行《橡胶用炭黑》(GB3778-2011)。投资成本0.1万元/吨医疗废物，运行成本800元/吨医疗废物，燃料油销售收入1200元/吨。
根据《医疗废物分类目录》(卫医发〔2003〕287号)，医疗废物分类目录及常见组分如下：
1、感染性废物:携带病原微生物具有引发感染性疾病传播危险的医疗废物。1.被病人血液、体液、排泄物污染的物品，包括：棉球、棉签、引流棉条、纱布及其他各种敷料；一次性使用卫生用品、一次性使用医疗用品及一次性医疗器械；废弃的被服；其他被病人血液、体液、排泄物污染的物品；2.医疗机构收治的隔离传染病病人或疑似传染病病人产生的生活垃圾；3.病原体的培养基、标本和菌种、毒种保存液；4.各种废弃的医学标本；5.废弃的血液、血清；6.使用后的一次性使用医疗用品及一次性医疗器械视为感染性废物。
2、损伤性废物：能够刺伤或者割伤人体的废弃的医用锐器。1.医用针头、缝合针；2.各类医用锐器，包括：解剖刀、手术刀、备皮刀、手术锯等；3.载玻片、玻璃试管、玻璃安瓿等。
3、病理性废物：诊疗过程中产生的人体废弃物和医学实验动物尸体等。1.手术及其他诊疗过程中产生的废弃的人体组织、器官等；2.医学实验动物的组织、尸体。3.病理切片后废弃的人体组织、病理腊块等。
4、化学性废物：具有毒性、腐蚀性、易燃易爆性的废弃的化学物品。1.医学影像室、实验室废弃的化学试剂；2.废弃的过氧乙酸、戊二醛等化学消毒剂；3.废弃的汞血压计、汞温度计。
5、药物性废物：过期、淘汰、变质或者被污染的废弃的药品。1.废弃的一般性药品，如：抗生素、非处方类药品等；2.废弃的细胞毒性药物和遗传毒性药物，包括：致癌性药物，如硫唑嘌呤、苯丁酸氮芥、萘氮芥、环孢霉素、环磷酰胺、苯丙胺酸氮芥、司莫司汀、三苯氧氨、硫替派等；可疑致癌性药物，如：顺铂、丝裂霉素、阿霉素、苯巴比妥等；免疫抑制剂；3.废弃的疫苗、血液制品等。
根据研究，医疗废物中高热值的有机质含量非常高，约占医疗废物总量的60％左右。
无氧干馏裂解技术的原理是将医疗废物在缺氧或无氧高温条件下热裂解，产生可燃性气体；然后将裂解气通入到燃烧室内进行燃烧。与焚烧处理技术相比而言，无氧干馏裂解技术无明火燃烧过程，优点是具有二噁英产生的逆条件，较好的解决了焚烧技术产生的污染问题，排放污染物很少，重金属等大都保持在固体残渣中，没有烟灰的污染，对环境友好。对于医疗废物，其本身可燃成分含量高，热值高，灰分低，适合于采用无氧干馏裂解技术。
以5吨医疗废物为例，裂解后获得固态类废物(固渣)1.5t(30％)，其中炭黑类0.5t(10％)、金属类0.1t(2％)和玻璃类0.9t(18％)；裂解产生气3.5t(70％)，其中可燃气1.0t(20％)、废油2t(40％)和废水0.5t(10％)。
无氧干馏裂解气经冷凝、碱洗(应急活性炭)净化后作为清洁可燃气用作燃料，可燃气燃烧产生烟气，通常含颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、氟化氢、重金属(铅、汞、砷、六价铬、镉等)和二噁英等。主要由以下污染物质组成：
①不完全燃烧产物：废物中碳氢化合物。燃烧后主要的产物为无害的水蒸气和二氧化碳，可以直接排入大气中：但由于缺氧或停留时间不足等原因造成部分碳氢化合物不能按设计要求达到完全燃烧从而生成不完全燃烧产物，包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、酮、醇、有机酸以及聚合物等。
②飞灰、飘尘：燃烧过程中由于助燃空气的鼓入以及扰动等影响致使部分粒度较小的固体物质如灰分、无机盐类颗粒、可凝结的气态污染物质、炭黑等随烟气一起进入后续烟气处理设施。
③金属粒子及其化合物：焚烧炉的高温条件致使部分重金属如铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)、镉(Cd)、砷(As)等的元素态、氧化物、氧化物等蒸发进入烟气中，遇到烟道的较冷部分就结凝成一种亚微米颗粒的悬浮物。
④酸性气体：在燃烧过程中废物所含的卤素、硫、磷等物质发生氧化还原反应生成相应的酸性气体，包括卤化氢、硫氧化物、氮氧化物以及五氧化磷和磷酸等；同时，助燃空气中的氮气和氧气在适当的热力条件下也可以生成酸性气体氮氧化物(NOx)。
⑤二噁英类有机物：含有有机物的废物进行燃烧时都有生成二噁英类毒性物质的可能，特别是燃烧废物含有氯乙烯等物以及含有铜、铁等化合物的催化作用下，生成二噁英类物质的可能性大大增大。
根据上述污染物制定控制技术，具体措施如下：
1、烟尘污染物的控制技术
燃烧烟气中粉尘的主要成分为惰性无机物，如灰分、无机盐类、可凝结的气体污染物质及有害的重金属氧化物，其含量视运转条件、废物种类及焚烧炉型式而异。其中烟气黑度、烟尘(颗粒物)可采用袋式除尘或湿法静电除尘，通过碱洗净化和碱洗，当燃烧室的尾气中尘粒含量较少时，设计时不必考虑专门的去除烟尘设备，急冷用的喷淋塔以及去除酸性气体的填料吸收塔足以将粉尘含量降至许可范围。可以获得95％的除尘效率。汞及其化合物(以Hg计)、镉及其化合物(以Cd计)、砷、镍及其化合物(以As+Ni计)、铅及其化合物(以Pb计)；铬、锡、锑、铜、锰及其化合物(以Cr+Sn+Sb+Cu+Mn计)用活性炭吸附+袋式(湿法静电)除尘。
2、酸性气体污染物的控制技术
焚烧尾气处理系统中最常用的湿式洗气塔是对流操作的填料吸收塔，尾气与向下流动的碱性溶液不断地在填料空隙及表面接触、反应，使尾气中的污染气体被有效吸收。常用的吸收药剂(碱性药剂)主要有NaOH溶液(15％-20％，质量分数)或Ca(OH)2溶液(10％-30％，质量分数)。洗气塔的碱性洗涤溶液采用循环使用方式，当循环溶液的pH值或盐度超过一定标准时，排泄部分补充新鲜的NaOH溶液，以维持一定的酸性气体去除效率。湿式洗气塔的最大优点为酸性气体的去除效率高，对HCl去除率为98％，SOx去除率为90％以上，并附带有去除高挥发性重金属物质(如汞)的潜力。其中一氧化碳可用“3T+E”燃烧控制，二氧化硫、氟化氢、氯化氢等可用半干法、湿法、干法+湿法、半干法+湿法等，即湿法脱硫，氮氧化物(以NO2计)可用SNCR、SCR、SNCR+SCR，即SCR脱硝。
3、二噁英污染物的控制技术
二噁英产生分初期生成、高温分解、后期合成三个阶段，可以处归纳二噁英生成必要条件：氯源、二噁英前体和催化剂的存在；燃烧过程中的不良燃烧组织；低温烟气阶段的存在。因此，危险废物焚烧排放的二噁英应在初始生成和后期合成阶段尽量避免二噁英的产生，而在高温分解阶段尽量消除。
为了使烟气在短时间内急剧降温，急冷设备的关键指标是烟气停留时间，以此避免在180-550℃之间的温度区间，尤其是200-350℃之间。对于水急冷系统，从热转化的角度考虑冷却速度在250-500K/s，建议在400-250℃间冷却速度在350K/s。所以急冷设备中烟气温度从180降到550℃所需的停留时间为0.74-1.48s。通过以上几种技术组合，可有效控制焚烧烟气污染物排放。
本设计中，封闭型无氧裂解炉为间接加热，杜绝了常规焚烧法产生二噁英的形成条件，无氧裂解气经净化后可作为可燃气使用，冷凝液相进入油水分离回收油可作为燃料油使用，裂解炉底渣为炭黑可作建材使用，因无氧裂解无需新鲜空气引入烟气量削减50％以上，建设及运行成本相较于回转窑焚烧处置技术、控氧热解焚烧处置技术削减50％以上。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)将医疗废物放入裂解炉中，裂解炉通过燃烧室加温，当温度上升到100～150℃时，医疗废物中所含的水分逐渐蒸发转换成汽相；当温度上升到200℃-250℃时，医疗废物内含油组分开始逐渐裂解转换成汽相，当温度上升到380-550℃时，医疗废物实现充分裂解；
2)裂解炉上连接分汽包，汽相气体经分汽包分离后，通过冷凝系统冷却转换成液相，进入分离罐，分离罐将油水分离，回收燃料油供给燃烧室；
3)步骤2中不可冷凝的气体通过水封，经碱法洗涤净化后，得到的可燃气体通入燃烧室；
4)裂解完毕后，关闭燃烧室和燃气喷枪，当裂解炉温度降到80℃时，打开裂解炉，将底渣取出得到炭黑。
2.根据权利要求1所述的医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：所述冷凝系统上连接紧急排放系统，当非正常状态下裂解炉内压力过高时，启动紧急排放系统，使冷凝系统过来的可燃气体迅速排放到燃烧室，经自动点火器点燃燃烧。
3.根据权利要求1或2所述的医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：所述燃烧室连接烟气净化系统，所述烟气净化系统包括布袋除尘器或急冷用的喷淋塔与去除酸性气体的填料吸收塔。
4.根据权利要求3所述的医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：所述填料吸收塔为湿式洗气塔，所述湿式洗气塔中的碱性药剂为15％-20％的NaOH溶液或10％-30％的Ca(OH)2溶液。
5.根据权利要求1或2或4所述的医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：所述冷凝系统包括循环水池和至少两个冷凝器，所以冷凝器上均连接有分离罐。
6.根据权利要求1或2或4所述的医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：所述医疗废物经裂解后产生30％的固态类废渣和70％的裂解气，所述固态类废渣包括10％的炭黑、2％的金属和18％的玻璃，所述裂解气包括40％的燃料油、20％的可燃气和10％的废水。
7.根据权利要求6所述的医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：所述可燃气含有氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的医疗废物的无氧干馏处置方法，其特征在于：所述燃料油含有有机酸、芳烃和焦油中的一种或多种。
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