CN208829523U - 一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，包括：釜式氧化系统，配置为使废弃塑料和城市污泥在高温高压水热流体中进行超临界水氧化反应；管式氧化系统，其进料口与釜式氧化系统的出料口连通，配置为利用压缩空气对超临界水氧化后的物料进行二次氧化；空气泵送系统，配置为向管式氧化系统输送压缩空气；废弃塑料粉碎系统，配置为将废弃塑料粉碎并输送到釜式氧化系统中；配料泵送系统，配置为将水和氧化剂的配料经预热后输送到釜式氧化系统中；城市污泥泵送系统配置为将城市污泥经预热后输送到釜式氧化系统中。本装置在高温高压条件下采用水作为介质进行联合氧化处理，可使废弃塑料和城市污泥在相对简单的水热体系中实现氧化降解。

Description

一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，尤其涉及废弃塑料和城市污泥在处于高温高压条件下的水介质中进行釜式超临界水氧化和管式水热氧化联合处理装置，属于环境保护领域。

背景技术

随着人们生活水平的逐步提高，对塑料产品的需求越来越大。这些塑料产品使用后被大量丢弃，成为废弃塑料。目前，我国对废弃塑料的处理仍然以填埋为主。虽然采用填埋法可以暂时满足废弃塑料目前的处理要求，但具有其明显的局限性：由于废弃塑料的密度小、体积大，它能很快填满场地，大大降低了填埋场地的处理能力，侵占宝贵的土地资源；废弃塑料性质稳定，需要数百年时间才能被微生物降解，导致填埋场地长期不能使用；废弃塑料中有毒添加剂与细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水、地面径流甚至江河湖海，恶化周边环境。

随着我国污水处理产业的快速发展，污泥产量迅速增加。根据中国水网报道，“十二五”期间我国脱水污泥（80%含水率）年产量超过2600万吨。由其引起的污染与再污染问题已经凸显而出，引起了社会各界的广泛关注。然而，目前通常采用的填埋、焚烧、堆肥、建材利用等污泥处理技术均难以兼顾环境保护、处理成本和资源回收等多方面的要求，导致大量污泥未能获得妥善处理处置，给生态环境保护带来巨大挑战。

上世纪80年代初，美国麻省理工学院Modell教授提出了能够彻底破坏有机污染物结构的超临界水氧化技术。由于有机污染物和氧均能以任意比例与超临界水混溶，使得该降解反应表现出均相反应属性，相间传热/质阻力消失。所以SCWO技术具有反应速度快、氧化分解彻底，无二次污染等明显优势，特别适合于难降解有机污染物的处理。超临界水氧化技术由于其高氧化率和不受处理对象的限制，所以自从被人们认识以来一直受到相关领域科研工作者的广泛关注和重视，并就其在污泥高效处理处置方面开展了大量的科学研究和应用探索。然而，其高能耗导致的高成本问题极大程度地制约了该技术的进一步推广应用。

鉴于目前废弃塑料处理处置的严峻形势以及城市污泥超临界水氧化技术所面临的种种困境，本实用新型充分利用废弃塑料高热值的优势，将其与城市污泥联合进行超临界水氧化处理，使废弃塑料在超临界水氧化过程中释放出大量的热量，以满足体系的自持运行，实现废弃塑料和城市污泥的联合氧化降解处理。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种废弃塑料和城市污泥在高温高压条件下采用水作为介质进行联合氧化处理的装置，使废弃塑料和城市污泥在相对简单的水热体系中实现氧化降解。废弃塑料和城市污泥按照给定的质量比例进行釜式超临界水氧化和管式水热氧化联合处理，可以充分利用废弃塑料的高热值优势，使整个超临界水氧化体系能够自持运行，既达到充分降解废弃塑料和城市污泥的目的，又大大降低了能耗，节约了成本。

本实用新型的技术方案是：一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，包括：

釜式氧化系统，配置为使废弃塑料和城市污泥在高温高压水热流体中进行超临界水氧化反应；

管式氧化系统，其进料口与釜式氧化系统的出料口连通，以及与空气泵送系统连接，配置为利用压缩空气对超临界水氧化后的物料进行二次氧化；

空气泵送系统，其与管式氧化系统连接，配置为向管式氧化系统输送压缩空气；

废弃塑料粉碎系统，其与釜式氧化系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到釜式氧化系统中；

配料泵送系统，包括第一高压泵送系统和第一预热系统，第一高压泵送系统与第一预热系统连接，第一预热系统与水热氧化系统的进料口相连，配置为将水和氧化剂的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中；

城市污泥泵送系统，包括第二高压泵送系统和第二预热系统，第二高压泵送系统与第二预热系统连接，第二预热系统与釜式氧化系统的进料口相连，配置为将城市污泥从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。

还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述管式氧化系统的出料口连通，适于将氧化后的产物减压分离为气体、液体和固体。

还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。

所述釜式氧化系统为高压反应釜。

所述管式氧化系统为管式反应器。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型具有的优点如下：

（1）采用高温高压条件下的水作为介质，通过氧化降解反应，使废弃塑料和城市污泥分别得到充分的降解，转化为简单的无机分子，反应速度快，降解彻底，不会对环境造成二次污染。

（2）将废弃塑料和城市污泥进行联合超临界水氧化处理，充分利用废弃塑料高热值的优势，通过其氧化降解所释放出来的热量，使超临界水热氧化体系能够自持运行，大大降低了能耗成本，有利于规模化推广应用。

（3）在釜式超临界水氧化阶段，可以根据降解难易程度，通过对氧化剂过氧量，反应时间，催化助剂，废弃塑料和城市污泥配比等参数调节，使废弃塑料和城市污泥基本全部降解。

（4）将釜式超临界水氧化和管式水热氧化有机结合，充分利用废弃塑料和城市污泥在釜式超临界水氧化过程中所具有的高能量状态，继续进行管式水热氧化反应，既使得污染物质降解更为彻底，又通过反应物料与所引入的冷空气之间的能量交换，使反应物料温度得以冷却。

（5）废弃塑料和城市污泥经过釜式超临界水氧化、管式水热氧化、减压分离三个步骤后，两类污染物不但实现了完全氧化降解，而且其降解过程中所产生的各种物料均得以妥善处理。其中，气态组分经过吸收净化后直接排空；液体组分直接排放；无机固体残渣按照常规方法进行收集和处理。

附图说明

图1为根据本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对实用新型进行进一步介绍：

参考图1，根据本实用新型一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，包括：釜式氧化系统、管式氧化系统、空气泵送系统、废弃塑料粉碎系统、配料泵送系统和城市污泥泵送系统。其中，釜式氧化系统是进行超临界水氧化反应的主要场所，即使粉碎后的废弃塑料和城市污泥在高温高压水热流体中进行超临界水氧化反应。管式氧化系统的进料口与釜式氧化系统的出料口连通，以及与空气泵送系统连接，其利用压缩空气对超临界水氧化后的物料进行二次氧化。空气泵送系统与管式氧化系统连接，用于向管式氧化系统输送压缩空气。废弃塑料粉碎系统与釜式氧化系统的进料口连通，用于将废弃塑料粉碎并输送到釜式氧化系统中。配料泵送系统用于将水和氧化剂的配料经预热后输送到釜式氧化系统中。城市污泥泵送系统用于将城市污泥经预热后输送到釜式氧化系统中。

优选地，釜式氧化系统为高压反应釜，配置有搅拌、加热、催化剂进口、进料、出料、温度和压力监控等设施。搅拌设施的作用在于使废弃塑料和城市污泥与氧化剂充分接触并快速传质，以加速其氧化反应；加热设施的作用在于保证高压反应釜内的温度稳定，使得废弃塑料与城市污泥的氧化反应在既定温度下进行；催化剂进口是用于催化剂进入到高压釜反应器内部的设施；其中一进料口是与配料泵送系统和塑料粉碎系统相连接的设施，使得相应的物料进入到高压反应釜内部；另一进料口是与城市污泥泵送系统相连接的设施，使得经过预热后的城市污泥进入到高压釜反应器内部；出料口是与管式氧化系统连接的设施，使得完成超临界水氧化处理后的物料进入到管式氧化系统；温压监控是通过温度传感器和压力传感器实现的，以实时监控高压釜反应器内部的温度和压力。在一个例子中，高压反应釜内部物料不应超过釜体有效容积的2/3。

优选地，管式氧化系统为管式反应器，配置有两个物料进口、温度和压力监控等设施。其中，其中一个物料进口与釜式氧化系统连接，另一物料进口与空气泵送系统连接。

优选地，废弃塑料粉碎系统为一常规的固体材料粉碎机，以使得粉碎后的废弃塑料不但可以方便地输送到釜式氧化系统，而且能够与氧化剂充分接触并进行氧化反应。

优选地，配料泵送系统包括第一高压泵送系统和第一预热系统，第一高压泵送系统与第一预热系统连接，第一预热系统与釜式氧化系统的进料口相连，适于将水和氧化剂从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。优选地，第一高压泵送系统采用高压泵，而第一预热系统为电加热系统，例如管式电加热装置，其一端口与高压泵的出口连通，另一端口与釜式氧化系统的进料口连接，即与高压反应釜的进料口连接。如此，水和氧化剂的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。

优选地，城市污泥泵送系统包括第二高压泵送系统和第二预热系统，第二高压泵送系统与第二预热系统连接，第二预热系统与釜式氧化系统的进料口相连，适于将城市污泥从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。优选地，第二高压泵送系统采用高压泵，而第二预热系统为电加热系统，例如管式电加热装置，其一端口与高压泵的出口连通，另一端口与釜式氧化系统的进料口连接，即与高压反应釜的进料口连接。如此，氧化剂从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。

在一个例子中，高压泵送系统（含第一高压泵送系统和第二高压泵送系统）的输出压力可达到35兆帕，其实际工作压力可以根据具体需要进行设定和调控，输送速率范围为10毫升/分钟到100毫升/分钟，其实际输送速率可以根据具体需要进行设定和调节。

在一个例子中，预热系统（含第一预热系统和第二预热系统）可以分别将由高压泵送系统输送来的物料预热到600℃，其实际预热温度可以根据具体需要进行设定和调控。

在一个例子中，空气泵送系统的输出压力可达到35兆帕，其实际工作压力可以根据具体需要进行设定和调控，空气泵送系统的输送速率范围为100毫升/分钟到10000毫升/分钟，其实际输送速率可以根据具体需要进行设定和调节。

为了将高温高压氧化后的产物进行分离，在管式水解系统的出料口还连接有减压分离系统，以将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。优选地，在减压分离系统后还连接有吸收净化设备，以将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。例如在气体分离出来后，经吸收净化设备通过吸收剂或净化剂对所得气体进行处理后排空，以降低废气对环境的污染。

优选地，在减压分离系统后还连接有沉降处理设备，以将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。沉降处理设备优选为沉降池，通过一定时间的沉降处理后可实现液体和固定的分离，其中上层为清液，而底部为固体残渣。在一个例子中，固体残渣按照常规方法进行处理，而上清液排放，或者进行回收利用，

根据所述废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置进行废弃塑料和城市污泥联合氧化处理的方法，包括以下步骤：

（1）釜式超临界水氧化

第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的废弃塑料颗粒进入到釜式氧化系统。

第二步：利用第一高压泵送系统将水和氧化剂按照给定的质量比例打入第一预热系统，经过预热后进入到釜式氧化系统；例如预热到500℃。

第三步：利用第二高压泵送系统将给定质量比例的城市污泥打入第二预热系统，经过预热后进入到釜式氧化系统；例如预热到400℃。

第四步：开启釜式氧化系统的加热和搅拌设施，使高压反应釜内部的温度达到设定值后保持恒定，例如达到500℃后保持恒定。

第五步：通过催化剂进口加入釜式氧化系统所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料和城市污泥的超临界水氧化反应。

（2）管式水热氧化

第一步：釜式超临界水氧化反应完成后，停止釜式氧化系统的加热和搅拌设施，并将初始氧化后的物料按照设定的速率打入管式氧化系统。

第二步：利用空气泵送系统将空气按照设定的速率打入管式氧化系统。

第三步：管式氧化过程结束后，反应物料冷却降温，例如降至50℃以下。

（3）后处理

第一步：管式水热氧化反应完成后，反应物料进入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降池，通过一定时间的沉降处理后将上清液直接排放，残余固体通过常规方法进行收集和处理。

本实用新型超临界水氧化系统中所用的氧化剂是常规氧化剂，如双氧水，其与水的配制比例一般为双氧水质量含量30%。而超临界水氧化系统所用的催化剂主要为金属或非金属氧化物，如氧化钙、氧化镁、氧化铝等。

本实用新型中废弃塑料和城市污泥按照一定的质量比例进行釜式超临界水氧化和管式水热氧化联合处理，可以充分利用废弃塑料的高热值优势，使整个超临界水氧化体系能够自持运行，既达到充分降解废弃塑料和城市污泥的目的，又大大降低了能耗，节约了成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于，包括：

釜式氧化系统，配置为使废弃塑料和城市污泥在高温高压水热流体中进行超临界水氧化反应；

管式氧化系统，其进料口与釜式氧化系统的出料口连通，以及与空气泵送系统连接，配置为利用压缩空气对超临界水氧化后的物料进行二次氧化；

空气泵送系统，其与管式氧化系统连接，配置为向管式氧化系统输送压缩空气；

废弃塑料粉碎系统，其与釜式氧化系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到釜式氧化系统中；

配料泵送系统，包括第一高压泵送系统和第一预热系统，第一高压泵送系统与第一预热系统连接，第一预热系统与水热氧化系统的进料口相连，配置为将水和氧化剂的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中；

城市污泥泵送系统，包括第二高压泵送系统和第二预热系统，第二高压泵送系统与第二预热系统连接，第二预热系统与釜式氧化系统的进料口相连，配置为将城市污泥从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。

2.根据权利要求1所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述管式氧化系统的出料口连通，适于将氧化后的产物减压分离为气体、液体和固体。

3.根据权利要求2所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

4.根据权利要求2所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。

5.根据权利要求1所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：所述釜式氧化系统为高压反应釜。

6.根据权利要求1所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：所述管式氧化系统为管式反应器。