CN115156276A - 一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过热蒸汽热脱附技术领域，公开了一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，本发明中包括热风干燥设备、过热蒸汽热脱附设备、进料口、传送带和抽提管，热风干燥设备的内底壁设置有热风管，热风干燥设备的内部容腔右端连通有预加热出料口，过热蒸汽热脱附设备的上表面左端设置有过热蒸汽热脱附进料口，过热蒸汽热脱附设备的内部安装有蒸汽管，过热蒸汽热脱附设备的内底面设置有输料螺旋轴，过热蒸汽热脱附设备的上表面右端设置有安全阀、检修口和脱附气出口；利用过热蒸汽的高传热能力，快速将土壤加热至所需温度，缩短加热周期，脱附后土壤的余热活化过硫酸盐，产生硫酸根自由基氧化有机物，解决污染物去除的拖尾问题。

Description

一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺

技术领域

本发明属于过热蒸汽热脱附技术领域，具体为一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺。

背景技术

工业的快速发展及“退二进三，退城入园”政策下的产业调整，多形成以多环芳烃、石油烃等半挥发性有机物为主的土壤有机污染，污染物具有“三致”毒性、难降解性和易沉积特性，由此带来的生态环境风险严重威胁人类社会的健康发展，有机污染土壤的修复和再利用是目前亟需解决的问题。对于有机污染土壤，异位热脱附技术是以不同热源以直接或间接的加热方式，将土壤加热升温至所需温度，使得土壤中挥发性和半挥发性有机物受热挥发生成脱附气，再对脱附气抽提进行处理而净化土壤的一项实用技术，但是工程规模的异位热脱附技术多以燃气间接热脱附和水泥窑协同焚烧技术为主，燃气燃烧产生的高温烟气间接加热土壤，但是间接热脱附传热效率低，脱附时间长；水泥窑协同焚烧技术是在水泥窑内部将有机污染土壤和氧气混合燃烧，焚烧后的残渣与水泥材料混合形成水泥产品，但是造成土壤服务功能的永久丧失，二次污染防治费用较高。

由于过热蒸汽具有热源清洁、热容性好和潜热易回收等优点，且较于空气传质传热能力更强，因此采用过热蒸汽为热源直接加热土壤，对于缩短加热周期、降低工程成本具有重要的实际意义。但是该技术应用后期，也存在污染物去除速率逐渐降低的现象，即“拖尾效应”，此时通过延长加热时间虽然可以去除部分高沸点有机物，但是系统能耗也同步增加，从而导致末端加热时间的延长而牵制了技术的成本优势，为此我们提出一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决过热蒸汽为热源直接加热土壤后期的污染物去除的拖尾问题，提供一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺。

本发明采用的技术方案如下：

一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，包括热风干燥设备和过热蒸汽热脱附设备，所述热风干燥设备的上表面左端设置有进料口，所述热风干燥设备的外表面设置有硅酸铝保温层，所述热风干燥设备的内部安装有传送带，所述热风干燥设备的内部容腔上端连通有抽提管，所述热风干燥设备的内底壁设置有热风管，所述热风干燥设备的内部容腔右端连通有预加热出料口，所述过热蒸汽热脱附设备的上表面左端设置有过热蒸汽热脱附进料口，所述过热蒸汽热脱附设备的内部安装有蒸汽管，所述过热蒸汽热脱附设备的内底面设置有输料螺旋轴，所述过热蒸汽热脱附设备的上表面右端设置有安全阀、检修口和脱附气出口。

在一优选的发明方式中，所述输料螺旋轴的外表面上等距安装有若干个测温点。

在一优选的发明方式中，所述过热蒸汽热脱附设备的右侧外表面下端固定连接有电机，且所述电机的输出轴穿过所述过热蒸汽热脱附设备的侧壁后与所述输料螺旋轴的右端外表面固定连接。

在一优选的发明方式中，所述过热蒸汽热脱附设备的右端内底面开设有脱附出料口。

在一优选的发明方式中，所述蒸汽管的数量为若干个，且若干个所述蒸汽管在所述过热蒸汽热脱附设备的内部呈等距线性排列。

在一优选的发明方式中，其复合工艺步骤为：

S1.预处理：将有机污染土壤破碎筛分及磁选后，制成土壤颗粒直径不大于25mm的细小颗粒；

S2.预加热：预处理后的土壤进入热风干燥设备，降低土壤含水率的同时并将土壤预热至80℃以上；

S3.过热蒸汽热脱附：经热风预加热后的土壤经进料口进入过热蒸汽热脱附设备中，通过螺旋轴将物料传输至设备内部，过热蒸汽管中的过热蒸汽直接接触土壤并将其加热至所需温度，脱附后的土壤经出料口输送出过热蒸汽热脱附设备；

S4.土壤余热回用：过热蒸汽脱附后的高温土壤在冷却圆盘中和水间接换热，形成的高温冷却水用于锅炉产生蒸汽，蒸汽经过热器进一步生成过热蒸汽；

S5.脱附气余热回用：过热蒸汽热脱附后形成的脱附气，经过旋风除尘后，通过换热器与空气间接换热，生成的热空气作为热源用于有机污染土壤的预加热；

S6.活性炭再生：利用饱和蒸汽对活性炭吸附-解吸-再生工艺实现脱附气处理末端活性炭的再生，降低废活性炭处理量；

S7.化学氧化：经冷却圆盘降温后的土壤，采用混合有过硫酸盐的冷却水直接喷淋冷却，利用土壤余温热活化过硫酸盐生成硫酸根自由基，进一步分解去除土壤中的有机污染物。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明中，以治理有机污染土壤的以过热蒸汽热脱附为主、过硫酸盐氧化为辅的有机污染土壤修复的复合工艺，采用过热蒸汽直接加热污染土壤，利用过热蒸汽的高传热能力，快速将土壤加热至所需温度，缩短加热周期；利用脱附后土壤的余热活化过硫酸盐，产生硫酸根自由基氧化有机物，解决污染物去除的拖尾问题。

2.本发明中，回收脱附气中的蒸汽潜热和烟气余热用于有机污染土壤的预加热，降低土壤含水率，提高土壤温度，解决高温蒸汽因接触低温土壤而短暂冷凝的问题。

3.本发明中，充分利用过热蒸汽脱附后的土壤余热和喷淋冷凝塔的污水余热，间接换热形成的高温冷却水用于锅炉产生蒸汽。

4、本发明中，采用蒸汽-活性炭再生工艺，将干燥气、脱附气均转化为尾水处理，降低废活性炭产生量和工程成本。

附图说明

图1为本发明中热风干燥设备结构示意图；

图2为本发明中过热蒸汽热脱附设备结构示意图；

图3为本发明中以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺流程图。

图中标记：1-进料口、2-抽提管、3-热风管、4-预加热出料口、5-硅酸铝保温层、6-传送带、7-过热蒸汽热脱附进料口、8-安全阀、9-检修口、10-脱附气出口、11-输料螺旋轴、12-测温点、13-脱附出料口、14-蒸汽管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1-图3对本发明实施例的一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺进行详细的说明。

参照图1-3，

实施例：

参照图1和图3，一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，包括热风干燥设备和过热蒸汽热脱附设备，热风干燥设备的上表面左端设置有进料口1，经过破碎控制土壤在磁选后可以从进料口1进入热风干燥设备；热风干燥设备的外表面设置有硅酸铝保温层5，热风干燥设备的内部安装有传送带6，进入到热风干燥设备内部的土壤会均匀的分布在相互交错的传送带6上；热风干燥设备的内底壁设置有热风管3，启动热风管3可以将热空气均匀的输送至热风干燥设备内部，以便将土壤加热后产生的水分和部分污染物转化为气体；热风干燥设备的内部容腔上端连通有抽提管2，气体经过抽提管2抽提至喷淋冷却系统；热风干燥设备的内部容腔右端连通有预加热出料口4，过热蒸汽热脱附设备的上表面左端设置有过热蒸汽热脱附进料口7，经过加热处理后的土壤经预加热出料口4排出，再由与之相连过热蒸汽热脱附进料口7进入过热蒸汽热脱附设备。

参照图2和图3，过热蒸汽热脱附设备的内底面设置有输料螺旋轴11，过热蒸汽热脱附设备的右侧外表面下端固定连接有电机，且电机的输出轴穿过过热蒸汽热脱附设备的侧壁后与输料螺旋轴11的右端外表面固定连接，启动电机使其输出轴带动输料螺旋轴11进行转动，以便带动土壤运动；过热蒸汽热脱附设备的内部安装有蒸汽管14，蒸汽管14的数量为若干个，且若干个蒸汽管14在过热蒸汽热脱附设备的内部呈等距线性排列，利用蒸汽管14将过热蒸汽直接输送至土壤中，使得土壤中的挥发性、半挥发性有机物在400℃～800℃过热环境中挥发并与过热蒸汽形成脱附气；输料螺旋轴11的外表面上等距安装有若干个测温点12，利用测温点12可以对土壤温度进行检测；过热蒸汽热脱附设备的上表面右端设置有安全阀8、检修口9和脱附气出口10，过热蒸汽热脱附设备内部形成的脱附气可以从脱附气出口10导出后进行后续的操作以治理有机污染土壤的，通过以过热蒸汽热脱附为主、过硫酸盐氧化为辅的有机污染土壤修复的复合工艺，采用过热蒸汽直接加热污染土壤，利用过热蒸汽的高传热能力，快速将土壤加热至所需温度，缩短加热周期。

参照图1-图3，一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺步骤为：先将有机污染土壤破碎筛分及磁选后，制成土壤颗粒直径不大于25mm的细小颗粒，然后将预处理后的土壤进入热风干燥设备，降低土壤含水率的同时并将土壤预热至80℃以上，接着将经热风预加热后的土壤经进料口进入过热蒸汽热脱附设备中，通过螺旋轴将物料传输至设备内部，过热蒸汽管中的过热蒸汽直接接触土壤并将其加热至所需温度，脱附后的土壤经出料口输送出过热蒸汽热脱附设备；回收脱附气中的蒸汽潜热和烟气余热用于有机污染土壤的预加热，降低土壤含水率，提高土壤温度，解决高温蒸汽因接触低温土壤而短暂冷凝的问题。

参照图1-图3，过热蒸汽脱附后的高温土壤在冷却圆盘中和水间接换热，形成的高温冷却水用于锅炉产生蒸汽，蒸汽经过热器进一步生成过热蒸汽；而过热蒸汽热脱附后形成的脱附气，经过旋风除尘后，通过换热器与空气间接换热，生成的热空气作为热源用于有机污染土壤的预加热；紧接着利用饱和蒸汽对活性炭吸附-解吸-再生工艺实现脱附气处理末端活性炭的再生，降低废活性炭处理量；最后经冷却圆盘降温后的土壤，采用混合有过硫酸盐的冷却水直接喷淋冷却，利用土壤余温热活化过硫酸盐生成硫酸根自由基，进一步分解去除土壤中的有机污染物，充分利用过热蒸汽脱附后的土壤余热和喷淋冷凝塔的污水余热，间接换热形成的高温冷却水用于锅炉产生蒸汽，与此同时采用蒸汽-活性炭再生工艺，将脱附气处理均转化为尾水处理，降低废活性炭产生量和工程成本，通过以上工艺的配合利用脱附后土壤的余热活化过硫酸盐，产生硫酸根自由基氧化有机物，解决污染物去除的拖尾问题。

本申请一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺实施例的实施原理为：

经挖掘转运后的土壤送至密闭大棚中，土壤先经过筛分后去除大体积的建筑垃圾、石块等，再经过破碎控制土壤粒径25mm及以下，磁选后经进料口1进入热风干燥设备，进入到热风干燥设备内部的土壤会均匀的分布在相互交错的传送带6上，此时启动热风管3将热空气均匀的输送至热风干燥设备内部，以便将土壤加热后产生的水分和部分污染物转化为气体，再经过抽提管2抽提至喷淋冷却系统。其中，经过预加热的土壤含水率降至10％以下，土壤温度预加热至80℃～100℃，处理后的土壤经预加热出料口4排出，再由与之相连过热蒸汽热脱附进料口7进入过热蒸汽热脱附设备。

过热蒸汽热脱附设备采用过热蒸汽直接加热的方式，利用蒸汽管14将过热蒸汽直接输送至土壤中，使得土壤中的挥发性、半挥发性有机物在400℃～800℃过热环境中挥发并与过热蒸汽形成脱附气，在过热蒸汽输送和抽提系统的抽提作用下而被去除。

形成的脱附气从脱附气出口10排出后经旋风除尘后进入换热器与空气间接换热，根据热风干燥设备进料口1土壤的实际含水率，控制换热风量以形成150℃～250℃的热风用于土壤的预加热，预加热产生的干燥气直接进入喷淋冷凝系统；而换热后的脱附气经喷淋冷却后进入气液分离器，分离出的污水进入尾水处理系统，部分未凝气体被末端活性炭所吸附，过热蒸汽热脱附后形成的高温土壤，通过圆盘冷却器与水换热控制温度至100℃以下，此段形成的高温冷却水，与脱附气喷淋冷凝后的污水换热而来的洁净热水一起用于锅炉产生饱和蒸汽，饱和蒸汽一部分用于蒸汽过热器生成过热蒸汽，一部分用于活性炭再生；最后向冷却后的土壤直接喷淋混合有过硫酸盐的溶液，二次冷却土壤使其温度降至40℃左右，利用土壤余热活化过硫酸盐，进一步去除土壤中有机污染物。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，包括热风干燥设备和过热蒸汽热脱附设备，其特征在于：所述热风干燥设备的上表面左端设置有进料口(1)，所述热风干燥设备的外表面设置有硅酸铝保温层(5)，所述热风干燥设备的内部安装有传送带(6)，所述热风干燥设备的内部容腔上端连通有抽提管(2)，所述热风干燥设备的内底壁设置有热风管(3)，所述热风干燥设备的内部容腔右端连通有预加热出料口(4)，所述过热蒸汽热脱附设备的上表面左端设置有过热蒸汽热脱附进料口(7)，所述过热蒸汽热脱附设备的内部安装有蒸汽管(14)，所述过热蒸汽热脱附设备的内底面设置有输料螺旋轴(11)，所述过热蒸汽热脱附设备的上表面右端设置有安全阀(8)、检修口(9)和脱附气出口(10)。

2.如权利要求1所述的一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，其特征在于：所述输料螺旋轴(11)的外表面上等距安装有若干个测温点(12)。

3.如权利要求1所述的一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，其特征在于：所述过热蒸汽热脱附设备的右侧外表面下端固定连接有电机，且所述电机的输出轴穿过所述过热蒸汽热脱附设备的侧壁后与所述输料螺旋轴(11)的右端外表面固定连接。

4.如权利要求1所述的一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，其特征在于：所述过热蒸汽热脱附设备的右端内底面开设有脱附出料口(13)。

5.如权利要求1所述的一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，其特征在于：所述蒸汽管(14)的数量为若干个，且若干个所述蒸汽管(14)在所述过热蒸汽热脱附设备的内部呈等距线性排列。

6.如权利要求5所述的一种以过热蒸汽热脱附为主的复合工艺，其特征在于,其复合工艺步骤为：

S1.预处理：将有机污染土壤破碎筛分及磁选后，制成土壤颗粒直径不大于25mm的细小颗粒；

S2.预加热：预处理后的土壤进入热风干燥设备，降低土壤含水率的同时并将土壤预热至80℃以上；

S3.过热蒸汽热脱附：经热风预加热后的土壤经进料口进入过热蒸汽热脱附设备中，通过螺旋轴将物料传输至设备内部，过热蒸汽管中的过热蒸汽直接接触土壤并将其加热至所需温度，脱附后的土壤经出料口输送出过热蒸汽热脱附设备；

S4.土壤余热回用：过热蒸汽脱附后的高温土壤在冷却圆盘中和水间接换热，形成的高温冷却水用于锅炉产生蒸汽，蒸汽经过热器进一步生成过热蒸汽；

S5.脱附气余热回用：过热蒸汽热脱附后形成的脱附气，经过旋风除尘后，通过换热器与空气间接换热，生成的热空气作为热源用于有机污染土壤的预加热；

S6.活性炭再生：利用饱和蒸汽对活性炭吸附-解吸-再生工艺实现脱附气处理末端活性炭的再生，降低废活性炭处理量；

S7.化学氧化：经冷却圆盘降温后的土壤，采用混合有过硫酸盐的冷却水直接喷淋冷却，利用土壤余温热活化过硫酸盐生成硫酸根自由基，进一步分解去除土壤中的有机污染物。

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