CN206279066U - 一种低温连续热解处理污泥的固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低温连续热解处理污泥的固定床反应器。本实用新型所述反应器反应器具有污泥入口、壳体、反应室、残渣出口，污泥入口位于残渣出口之上，反应室中具有料板、布料螺旋、出料螺旋、进料螺旋，料板包括进料端和出料端，布料螺旋在污泥入口之下、进料端上部，出料螺旋在出料端上部，出料端在残渣出口之上；布料螺旋包括中心螺杆和左、右螺旋叶片，中心螺杆横穿左、右螺旋叶片，左、右螺旋叶片垂直于中心螺杆的中心线成轴对称，距离为污泥入口口径的1/3～1/2；进料螺旋固定在布料螺旋的中间段之上与布料螺旋垂直。本实用新型可在热态条件下实现连续进出料，无需对污泥进行预处理，设备故障率低，经济效益高。

Description

一种低温连续热解处理污泥的固定床反应器

技术领域

本实用新型涉及污泥处理领域，尤其涉及一种低温连续热解固定床反应器，并利用该反应器处理污泥。

背景技术

生活污泥经过热处理可产生固态、液态和气态产物，这些产物被制成可回收、易利用、易运输及易储存的能源形态，可供热发电或用作化工及其它产业的原料。上述热处理工艺包括碳化、气化、热解、液化或者其他相关工艺。

其中，热解作为热处理工艺的一种，所使用的反应器有多种，包括工业生产常用的移动床、固定床、回转窑、流化床，还包括烧蚀床和悬浮炉等，主要用于回收热解产物中的某一种或两种物质。

移动床热解工艺属于慢速热解工艺，中间产物的二次反应率低，热解油产率高。但是采用的外热式供热方式，传热效率较低，导致整个系统不能满负荷工作；流化床热解工艺属于快速热解工艺，加热速率快、气相停留时间短，热利用效率高，可降低二次反应的发生，热解油产率较高。但是物料热解过程中处于硫化态，导致热解液中含尘量高，较难处理；烧蚀床热解工艺是将反应物料与灼热的金属表面直接接触换热，使物料迅速升温并裂解。该工艺热解时间短，反应速度快，油收率高，但是无法实现物料热解的连续性，只能进行批量间歇式热解；回转窑热解工艺几乎适用于任何固体废物料，而含油含水较高的物料，如污泥、油泥等粘稠类物质，则无法直接采用该方式热解；常规固定床热解系统为批量给料，不能长期连续运行，而且热解条件不易长期保持。

针对上述问题，现有技术CN104030535A公开了一种污泥内热连续干馏炉热解物料的方法。原料污泥经烘干、造粒等预处理后送入低温连 续干馏炉，采用螺旋给料输送物料，通过输送板链传送物料，由反射炉提供热量。整个过程可以将原料污泥中残留的有毒物热分解为无毒无害的中间体，重金属被固化、钝化，超级细菌、病毒经彻底无害化处理，并可得到燃气、生物质等物质，达到变废为宝的目的。该方法在处理粘稠类物料时，要经过一定的预处理过程，且在输送板链上分布不均，影响热解效果，对于含油率较高的污泥，热解塑化后的残渣若粘附在传送板链上会影响出料，甚至需停车。

现有技术CN102559222A公开了一种低温干馏炉热解物料的方法。该热解方法采用卧式干馏炉，每一次热解开始前，先需要停止向反应器供热，待反应器降温冷却后卸下反应器炉门或是炉盖，取出前一批热解残留的固体产物，需要人工向反应器内加入下一批次热解的物料。因此该方法无法实现物料热态条件下连续进出料，无自动布料和出料功能，未实现高温热解不凝气自用来提供热量。进出料过程需对反应器升温和降温，降低了装置的处理能力和效率，增加了故障率。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种新型的低温连续热解处理污泥的固定床反应器。该反应器运行稳定，易操作，既能对污泥进行批量热处理，又可以在热态条件下连续进料和出料。

本实用新型提出了一种低温连续热解处理污泥固定床反应器，所述反应器具有污泥入口、壳体、反应室、残渣出口，所述污泥入口的水平位置比所述残渣出口的水平位置高；

所述反应室中具有料板、布料螺旋、出料螺旋、进料螺旋；

所述料板包括进料端和出料端，所述布料螺旋设置在所述污泥入口之下，位于所述进料端上部；所述出料螺旋设置在所述出料端上部，所述出料端位于所述残渣出口之上；

所述布料螺旋包括中心螺杆、左螺旋叶片、右螺旋叶片；所述中心螺杆横穿所述左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于所述中心螺杆的中心线成轴对称，两者之间的距离为所述污泥入口口径的1/3～1/2；

所述进料螺旋固定在所述布料螺旋的中间段之上与所述布料螺旋垂直。

进一步的，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为50～150㎜，优选为80㎜。

进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙等距设置。

进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙变距设置。

进一步的，所述反应室中包括辐射管；

所述辐射管为蓄热式辐射管，设置在所述料板的上部且与所述料板平行；

所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为100～300mm，优选为150㎜。

上述的反应器中，进一步包括进料仓、插板阀；

所述进料仓设置在所述进料螺旋上部，所述插板阀设置在所述进料仓下部；

所述插板阀和所述布料螺旋之间设置有料位计；

所述进料仓具有一个或多个。

上述的反应器中，进一步包括固体收集仓，所述固体收集仓连接所述料板的出料端；

所述固体收集仓具有一个或多个。

进一步的，所述料板的进料端和出料端设置有传动轴承，用于带动所述料板连续转动；

所述传动轴承具有两个或多个。

上述的反应器中，所述壳体包括反应器壁、支撑平台、支架；

所述反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封所述反应室；

所述支撑平台设置在所述料板之下；

所述支架固定在所述支撑平台上，用于连接所述传动轴承。

进一步的，所述反应室中包括油气出口；

所述油气出口设置在所述反应器侧壁，位于所述辐射管的下部。

本实用新型通过采用独特的布料螺旋构造，可实现污泥在料板上的均匀布料。料板上方均匀布置有多根辐射管，原料在热解过程中相对于料板和辐射管静止，可保证其均匀受热。

在热解处理过程中，通过料板、进料螺旋、布料螺旋、出料螺旋的联合操作，可在不停炉的条件下，实现反应器的连续进料和出料。热解反应产生的高温热解气可进行回收利用，降低了热损失，提高了污泥处理收过程的能量效率和经济效益，因此具有较大的发展优势和应用前景。

附图说明

图1是低温连续热解处理污泥固定床反应器的左视图。

图2是低温连续热解处理污泥固定床反应器的俯视图。

图3是低温连续热解处理污泥固定床反应器的主视图。

附图中的附图标记如下：

1-壳体；

2、2a、2b、2c-辐射管；

3-中心螺杆；3a-出料螺旋；3b-布料螺旋；

4-料板；

5-进料仓；5a-污泥入口；

6-插板阀；

7-支架；

8-反应室；

9-传动轴承；

10-基底；

11-支撑平台；

12-油气出口；

13-进料螺旋；

14-固体收集仓；14a-残渣出口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

该固定床反应器既可用于资源化回收利用有机化合物，又可用于无害化处理废弃物，包括四个部分：进料系统、反应系统、出料系统、壳体。以下结合图1、图2、图3分别显示的固定床反应器的左视图、俯视图、主视图，对该四个部分之间的结构及其关系进行说明。

①壳体：由图1所示，固定床反应器的壳体1包括反应器壁、支架7、基底10、支撑平台11。

反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封整个反应室8，使得反应室8内的反应气氛与外界气氛充分隔开。

②进料系统：由图1所示，进料系统自上而下依次包括进料仓5、插板阀6、污泥入口5a。进料仓5的数量可为一个或多个。

③出料系统：由图1所示，出料系统由残渣出口14a和固体收集仓14构成，残渣出口14a在污泥入口5a之下，且都设置有下料溜槽，用于反应器的进料和出料。固体收集仓14的数量可为一个或多个。

④反应系统：反应系统包括反应室8，用于污泥的热解。

由图3所示，在反应室8的底部设置有料板4，位于支撑平台11之上。为了便于描述，将料板4的两端分别命名为进料端和出料端。由 图1，出料端通过残渣出口14a与固体收集仓14连接。在进料端和出料端分别设置一个传动轴承9。支架7的一端固定在支撑平台11上，另一端连接传动轴承9。

传动轴承9中一个是主动轮，一个是从动轮，用于带动料板4的连续转动。根据需要，可在料板4的中间段设置若干个从动轮，从动轮上端与料板4接触起到支撑作用，下端固定在支撑平台11上。

由图1所示，布料螺旋3b位于污泥入口5a之下、料板4进料端的上部；出料螺旋3a位于料板4出料端的上部，且出料端位于残渣出口14a之上。在布料螺旋3b和插板阀6之间设置有料位计。

由图2和图3所示，布料螺旋3b和出料螺旋3a均由螺旋叶片和中心螺杆3组成，中心螺杆3横穿螺旋叶片。本实用新型实施例中，螺旋叶片之间的间隙等距设置，其下边缘与料板4的距离为50～150㎜，其中优选距离为80㎜。

在其它实施例中，螺旋叶片之间的间隙可采用变距设置的方式，且靠近中间部分螺旋叶片间隙比中心螺杆两端螺旋叶片间隙要小，使得污泥在料板4上的分布更加均匀。

由图2和图3所示，进料螺旋13固定在布料螺旋3b的中间部分之上，且与布料螺旋3b垂直。图2中，布料螺旋3b的螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片。中心螺杆3横穿左螺旋叶和右螺旋叶片。左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于中心螺杆3的中心线成轴对称。本实用新型实施例中，左螺旋叶片和右螺旋叶片之间距离为污泥入口5a口径的1/3～1/2。

本实用新型实施例中，布料螺旋3b的特殊构造，使得污泥从布料螺旋3b的中间部分向两端运动，可以减少污泥随布料螺旋3b的运转距离，并且实现较宽料板4上物料的均匀分布，优选实施方式为采用单根进料螺旋。

在其它实施例中，可在污泥入口5a的下料溜槽处增设导流板，有助于污泥的均匀分布。

由图2所示，反应室8中设置有3个辐射管，分别为2a、2b、2c，在图1和图3中标示为辐射管2。在其它实施例中，辐射管2的数量可以为除3个以外的任一数量。本实用新型实施例中中，辐射管2在反应室8中均匀布置，且与料板4平行。辐射管2与料板4上布置的污泥的间距要尽量小，其距离料板4的垂直高度为100～300㎜，优选150㎜。

由图1所示，反应室8中侧壁上设置有2个油气出口12，位于辐射管2之下，其位置直接影响反应室8中热解油气的流动方向和停留时间。在其它实施例中，油气出口12可为除2个以外的其它任一数量。

本实用新型实施例优选四方形反应器，也可设计为圆柱形反应器或是其它形状的反应器。采用四方形反应器的结构更加有利于辐射管2的设置，从而使污泥受热均匀，保证热解油气的均匀产生和流动。

利用本实用新型处理污泥的工艺方法流程如下：

①原料要求

本实用新型实施例的固定床反应器对原料无严格要求，适用于处理含水率不超过95wt％(wt％为质量百分比)的污泥，例如油田油性污泥、含矿尘泥、生活污泥、工业污泥等。

②进料和布料过程

在插板阀6关闭的情况下，向进料仓5中加入污泥。可在进料仓5中设置搅拌棒，用于防止物料的蓬料现象。污泥首先储存在进料仓5中，打开插板阀6，污泥在重力作用下，从污泥入口5a下端设置的下料溜槽中向下滑落到反应室8中进料螺旋13的前端。在进料螺旋13的作用下，污泥被连续运送至布料螺旋3b的中间部分。在布料螺旋3b运转的同时，料板4接受污泥并带动其向前输送，使整个固定床反应器均匀的布满污泥。其中，进料螺旋13还起到密封作用，隔绝反应室8与污泥入口5a，满足反应室8中绝氧的需要。

料位计可用于检测进入反应室8的污泥高度，通过调节进料螺旋13和布料螺旋3b，使污泥的进料量和布料量相匹配。

在插板阀6处可设置惰性气体接入口，在打开插板阀6向反应器中进料时，污泥可在惰性气体形成的气流的协助下被送至进料螺旋。该惰性气体可选择氮气，或为其它非氧化性气体，满足反应室8中热解反应的绝氧性要求。

本实用新型固定床反应器可采用单次进料的方式，也可采用连续进料的方式。当所需处理的污泥量较小时，可采用本实用新型实施例中的固定床反应器进行操作。如果处理的污泥量较大，可增加料板4的面积，在热解反应过程中保持料板4的连续转动，使物料在料板4上从进料端到出料端完成热解反应，保证进料和出料的连续性。

③进料高度

在污泥的热解过程中，为了保证热解反应的连续性，通过进料仓5的单次污泥储存量不得小于料板4的单次污泥布料量。在热解反应过程中，在进料仓5中储存一定量的污泥，保证反应室8中料板4上的污泥高度为150～300㎜。

④热解反应条件

该固定床反应器中发生的热解反应是在350～1200℃的范围内进行的。污泥由污泥入口5a进入反应室8之后，在辐射管2的作用下逐步升温。首先进行干燥，脱除污泥中的水分，然后再脱除挥发分，经过热解反应形成热解油气产物和热态固体残渣产物。

在固体残渣产物中还含有一定量的未被加热挥发的有机物成分，通过对其进行工业分析，可测得固体残渣中的挥发分含量不超过10wt％(wt％为重量百分比)。

热解反应过程中要控制反应室8处于绝氧气氛，并维持压力在-2～5kPa的范围内。

⑤加热方式

该固定床反应器的加热方式可选择电加热方式、燃料加热方式、高温等离子体加热方式等，本实用新型实施例优选蓄热式辐射管加热方 式，满足装置中燃烧加热系统与物料热解系统的隔绝。

辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min，不同升温阶段选择不同的升温速率。当污泥温度低于280℃时，辐射管2的升温速率控制在40～60℃/min，当污泥温度在280～450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～40℃/min，当污泥温度超过450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min。

⑥出料过程以及固体残渣的收集

在启动布料螺旋3b向料板4中布料的同时，启动出料螺旋3a，出料螺旋3a使得固体残渣产物由料板4的出料端向固体收集仓14单向输出。这样可满足料板4在均匀布料的同时，对上一次反应后的固体残渣进行出料，从而保证反应器中进料和出料的连续性。

当本实用新型实施例的固定床反应器用作无害化处理废弃物装置时，通过出料螺旋3a排出的热态固体残渣产物为粉末状，其可作为固体热载体直接掺混到原料物料中，用于烘干原料。经过烘干降温的掺混混合料可通过筛分装置进行筛分分离，得到固体产物。该筛分装置可直接安装在进料仓5的上方，也可单独独立放置。

⑦热解油气的回收利用

本实用新型实施例中产生的热解油气通过油气出口12快速排出，采用急冷法将排出的热解油气快速冷却，获取较多的热解油。并应缩短热解油气在反应室8中的停留时间，避免热解油气的二次裂解，提高热解油的产率。得到的热解气作为热源通过输送管道可直接引入蓄热式辐射管的燃烧器中，作为辐射管的热源供其燃烧，提供反应所需的热量。

在热解反应过程中，料板4上的表层污泥先热解，下层污泥后热解。下层污泥热解产生的热解油气首先穿过其上层的污泥热解反应后产生的残炭，即上层的残炭可对下层穿过的热解油气起到过滤的作用。

通过过滤作用，可除去下层热解油气中的炭粒和污染物。该过滤作用受多种因素的影响，包括热解油气中炭粒和污染物的粒径，料板4上污泥的高度，热解油气的流速等。

根据不同的处理要求，可选择在反应室8中增设催化剂层，用于调节气体中不同组分的含量。

本实用新型实施例的固定床反应器可用作资源化回收利用有机化合物装置，在提取原料中的油分时，可在热解气排出后段增设气体净化系统，用于提高热解气的品质。

本实用新型实施例中固定床反应器从进料到污泥热解后出料所需时间为1.5～5h，该时间会受到污泥的物理性质、单次进料量、升温速率等的影响。

本实用新型实施例的固定床反应器与传统固定床反应器的其中一个区别在于：本实用新型中的固定床反应器在处理完单批次的污泥后，反应器无需进行降温，便可进行下一批污泥的布料和上一批固体残渣的出料。因此，本实用新型反应器中的辐射管2只需在首次进料时进行开工点火，在接下来的整个连续运行过程中，维持辐射管2的正常加热温度即可。由此，在反应器运行过程中，避免了因每一次的进料和出料对反应器的升温和降温，降低设备故障率；区别之二在于：本实用新型的固定床反应器可通过控制布料螺旋3b、料板4、出料螺旋3a之间的运转速率，实现热解过程中连续的进料和出料。

实施例

由中海油提供的工业油泥作为原料物料，物料直接送入进料仓5中，开启插板阀6，物料在重力作用下从污泥入口5a处的下料溜槽向下滑落，进入到进料螺旋13的前端，在进料螺旋13的运送下，物料送至布料螺旋3b的中间部分，在布料螺旋3b转动下和传动轴承9带动下物料被均匀布料，同时向出料端水平移动，控制布料螺旋3b和料板的运转速率，使整个反应器布料厚度为200mm，待整个反应室8布料完成后，关闭插板阀6。

开启辐射管燃烧系统，当物料温度低于280℃时，控制辐射管2升温速率在40℃/min，当物料温度高于280℃时，控制辐射管2升温速率 在25℃/min，产生的热解油气由油气出口12进入冷凝系统，回收热解油。未冷凝的热解气直接引入辐射管2中作为燃料燃烧。整个热解过程压力控制在500Pa以内。当热解过程基本不产生热解油气之后，进行第二批次油泥的进料，进料的同时对固定床反应器上一次反应后的残炭进行出料，保证进出料的连续性。输送出的残炭送入固体收集仓14中储存。

本实用新型实施例所述的工艺方法可长期平稳操作，所得到比较稳定的热解产物的产率见表2。

表1中海油工业油泥分析结果

表2热解产物分析数据(除水后)

项目	热解油	热解气	固体残渣
				产率(％)	64.63	24.33	14.85

(备注：M_ad表示空干基水分、A_ad表示空干基灰分、V_ad表示空干基挥发分、FC_ad表示空干基固定碳、S_t,ad表示空干基硫、C_ad表示空干基碳、H_ad表示空干基氢，Q_b.ar的单位为MJ/kg，％为质量百分比。)

本实用新型所述工艺方法可长期平稳操作，设备故障率极低。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解， 在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (12)

1.一种低温连续热解处理污泥固定床反应器，所述反应器具有污泥入口、壳体、反应室、残渣出口，所述污泥入口的水平位置比所述残渣出口的水平位置高；

所述反应室中具有料板、布料螺旋、出料螺旋、进料螺旋；

所述料板包括进料端和出料端，所述布料螺旋设置在所述污泥入口之下，位于所述进料端上部；所述出料螺旋设置在所述出料端上部，所述出料端位于所述残渣出口之上；

所述布料螺旋包括中心螺杆、左螺旋叶片、右螺旋叶片；所述中心螺杆横穿所述左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于所述中心螺杆的中心线成轴对称，两者之间的距离为所述污泥入口口径的1/3～1/2；

所述进料螺旋固定在所述布料螺旋的中间段之上与所述布料螺旋垂直。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为50～150㎜。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为80㎜。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙等距设置。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙变距设置。

6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应室中包括辐射管；

所述辐射管为蓄热式辐射管，设置在所述料板的上部且与所述料板平行；

所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为100～300mm。

7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为150㎜。

8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括进料仓、插板阀；

所述进料仓设置在所述进料螺旋上部，所述插板阀设置在所述进料仓下部；

所述插板阀和所述布料螺旋之间设置有料位计；

所述进料仓具有一个或多个。

9.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括固体收集仓，所述固体收集仓连接所述料板的出料端；

所述固体收集仓具有一个或多个。

10.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述料板的进料端和出料端设置有传动轴承，用于带动所述料板连续转动；

所述传动轴承具有两个或多个。

11.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述壳体包括 反应器壁、支撑平台、支架；

所述反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封所述反应室；

所述支撑平台设置在所述料板之下；

所述支架固定在所述支撑平台上，用于连接所述传动轴承。

12.根据权利要求11所述的反应器，其特征在于，所述反应室中包括油气出口；

所述油气出口设置在所述反应器壁的侧壁，位于所述辐射管的下部。