CN208879331U - 一种废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，包括：一级高压水解系统，配置为对废弃复合材料进行一次水解处理；二级高压水解系统，配置为对一次水解的液态产物进行二次水解处理；高压氧化系统，配置为对一次水解的固体产物进行氧化反应；材料粉碎系统，配置为将废弃复合材料粉碎并输送到一级高压水解系统中；第一配料泵送系统，配置为将水和母液的配料经预热后输送到一级高压水解系统中；第二配料泵送系统，配置为将水和氧化剂的配料经预热后输送到高压氧化系统中；本实用新型在高温高压条件下采用水作为介质进行水热降解和水热氧化联合处理的装置，可使废弃复合材料在相对简单的水热体系中实现有效降解。

Description

一种废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种废弃复合材料水热处理装置，尤其涉及废弃复合材料在高温高压条件下水热降解和水热氧化联合处理的装置，属于环境保护领域。

背景技术

随着现代科技的高速发展，对于复合材料的先进制造技术不断创新，使其性能不断提高，大大促进了复合材料在航空航天、汽车工业、新能源和清洁能源、体育休闲用品、传统能源、高铁和货物列车、船舶工业、日用电器、医疗器械及建材加固等领域的广泛应用。然而，数量巨大的废弃复合材料（生产过程中产生的边角料，处于生命周期末端的制品类废弃物）也随之出现。由于这些废弃复合材料具有特殊的交联网状结构，无法再次熔融和二次成型加工，并且其耐热、耐化学腐蚀和生物降解特性，导致这类废弃材料的回收再利用非常困难，已逐渐成为严重的环境问题。

目前，对废弃复合材料的处理主要有填埋和焚烧两种方法。然而，如果对这些废弃复合材料不做任何处理而直接填埋，不但占用大量的土地资源，而且至少需要数十年乃至上百年才能自然降解，给附近的自然环境和生态系统带来极大的危害。如果采用焚烧法进行处理，将会释放出二氧化硫、氮氧化物、卤代烃、二恶英等毒害物质，同时还会产生大量的粉尘、颗粒，直接导致严重的大气污染。

对废弃复合材料进行恰当的处理和资源化利用不但是响应国家构建循环经济和谐社会的需要，也是推动复合材料产业更快更好发展的迫切要求。鉴于此背景，本实用新型利用高温高压条件下的水作为介质，通过对废弃复合材料进行水热降解和水热氧化联合处理，不但使废弃复合材料在相对简单的水热体系中实现有效降解，而且使处理过程中所产生的各种组分均得到妥善处置。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种废弃复合材料在高温高压条件下采用水作为介质进行水热降解和水热氧化联合处理的装置，使废弃复合材料在相对简单的水热体系中实现有效降解，以克服现有技术存在的不足。

本实用新型的技术方案是：一种废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，包括：

一级高压水解系统，配置为对废弃复合材料进行一次水解处理；

二级高压水解系统，其进料口与一级高压水解系统的出料口连通，配置为对一次水解的液态产物进行二次水解处理；

高压氧化系统，其进料口与一级高压水解系统的出料口连通，配置为对一次水解的固体产物进行氧化反应；

材料粉碎系统，其与一级高压水解系统的进料口连通，配置为将废弃复合材料粉碎并输送到一级高压水解系统中；

第一配料泵送系统，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，第一预热系统与一级高压水解系统的进料口相连，配置为将水和母液的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中；

第二配料泵送系统，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，第二预热系统与高压氧化系统的进料口相连，配置为将水和氧化剂的配料从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到高压氧化系统中。

还包括第一减压分离系统，所述第一减压分离系统的进料端与所述二级高压水解系统的出料口连通，适于将二次水解后的产物减压分离为气体和液体。

还包括第一吸收净化设备，所述第一吸收净化设备与所述第一减压分离系统连接，适于将经所述第一减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

还包括分离纯化设备，所述分离纯化设备与所述第一减压分离系统连接，适于将经所述第一减压分离系统处理后的液体进行分离纯化处理。

还包括循环输送系统，所述循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述第一高压泵送系统连接，适于将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述第一高压泵送系统。

还包括第二减压分离系统，所述第二减压分离系统的进料端与所述高压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。

还包括第二吸收净化设备，所述第二吸收净化设备与所述第二减压分离系统连接，适于将经所述第二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第二减压分离系统连接，适于将经所述第二减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降分离处理。

所述一级高压水解系统、二级高压水解系统和高压氧化系统均为高压反应釜。

本实用新型的有益效果是：废弃复合材料在高温高压条件下采用水作为介质进行水热降解和水热氧化联合处理，废弃复合材料经过水热降解、水热氧化、减压分离等步骤后，不但实现了有机和无机组分的完全分离，还使得有机组分通过水解过程转化为目标降解组分得以收集，便于其资源化利用。而无机固体组分通过水热氧化过程后，其附带的有机组分被氧化分离，剩余固体可以根据实际需要进行收集和利用。此外，处理过程中所产生的少量气态物质通过吸收净化后直接排空，目标降解产物纯化处理后的母液则返回到水热降解步骤循环套用。

（1）废弃复合材料在高温高压条件下的水介质中进行水热降解和水热氧化联合处理，避免了传统处理试剂甲醇、乙醇、胺（氨）、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二元醇等的使用，处理过程对人体的危害小，不会造成二次污染。

（2）充分利用高温高压条件下的水作为绿色反应介质的特殊优势，不但使废弃复合材料在该条件下被有效降解，而且由于体系简单，使得降解产物的分离和纯化更容易进行，有利于降解产物的资源化回收利用。

（3）废弃复合材料在一级高压水解系统中进行初始水解反应时，可以通过搅拌、反应温度、催化助剂、反应时间等条件的控制，使复合材料中的有机和无机组分得以初步分离，有利于对其分别处理并回收利用。

（4）废弃复合材料经过初始水解反应后，有机组分主要进入到液态物料并被转入到二级高压水解系统，通过在二级高压水解系统中进行的二次水解过程，该有机组分尽可能转化为目标降解组分而得以纯化和收集，便于其资源化回收利用。

（5）废弃复合材料经过初始水解反应后，无机组分主要进入到固态物料并被转入到高压氧化系统，通过在高压氧化系统中进行的水热氧化过程，附着在无机组分上的残留有机组分被完全氧化分解，复合材料中所含有的无机组分被完全分离出来，并可以根据实际需要进行收集和处理。

（6）废弃复合材料经过初始水解、二次水解、水热氧化、减压分离等步骤后，不但实现了有效处理，而且处理过程中所产生的各种组分均得以妥善处置。其中，少量气态组分经过吸收净化后直接排空；无机固体残渣按照常规方法进行收集和处理；有机组分经过水解后所得目标降解产物根据实际需要进行纯化并收集，剩下的母液则循环套用。

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复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，包括：一级高压水解系统、二级高压水解系统、高压氧化系统、材料粉碎系统、第一配料泵送系统和第二配料泵送系统。其中，一级高压水解系统是进行废弃复合材料初始水解反应的场所，可使粉碎后的废弃复合材料颗粒在高温高压水热流体中进行初始水解反应；二级高压水解系统与一级高压水解系统结构相同，主要用于将从一级高压水解系统输出的初始水解液体物料进行二次水解处理；高压氧化系统的进料口与一级高压水解系统的出料口连通，用于对一次水解的固体产物进行氧化反应；材料粉碎系统与一级高压水解系统的进料口连通，用于将废弃复合材料粉碎并输送到一级高压水解系统中；第一配料泵送系统用于将水和母液的配料经预热后输送到一级高压水解系统中；第二配料泵送系统用于将水和氧化剂的配料经预热后输送到高压氧化系统中。

优选地，一级高压水解系统为高压反应釜，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复合材料与水热流体充分接触并快速传质，以加速其水解反应；加热设施的作用在于保证高压反应釜内的温度稳定，使得废弃复合材料的水解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反应釜内部的设施；进料口是与第一预热系统和材料粉碎系统相连接的设施，使得反应物料进入到高压反应釜内部；其中一出料口是与二级高压水解系统连接的设施，使得完成初始水解处理后的液态物料进入到二级高压水解系统；另一出料口是与高压氧化系统连接的设施，使得完成初始水解处理后的固态物料进入到高压氧化系统；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，二级高压水解系统也为常规的高压反应釜，结构功能与一级高压水解系统一样，除其出料口是与第一减压分离系统连接外，其余结构如前所述，此处不再赘述。

优选地，高压氧化系统与一级高压水解系统和二级高压水解系统具有完全相同的结构，也为一高压反应釜，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，此处不再赘述。

优选地，材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复合材料不但可以方便地输送到一级高压水解系统，而且能够与降解试剂充分接触并进行水解反应。

优选地，第一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，第一预热系统与一级高压水解系统的进料口相连，适于将水和母液从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中。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，另一端口与一级高压水解系统的进料口连接，即与高压反应釜的进料口连接。如此，水和母液的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中。

优选地，第二配料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，第二预热系统与高压氧化系统的进料口相连，适于将水和氧化剂的配料从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到高压氧化系统中。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，另一端口与高压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，经预热后输送到高压氧化系统中。

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。

为了将二次水解后的产物进行分离，在二级高压水解系统的出料口还连接有第一减压分离系统，以将水解后的产物减压分离为气体和液体。优选地，在第一减压分离系统后还连接有第一吸收净化设备，以将经所述第一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，经第一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，在第一减压分离系统后还设置有分离纯化设备，以将经所述第一减压分离系统处理后的液体进行分离纯化处理，即将液体分离为目标产物和母液。优选地，在分离纯化设备后设置有循环输送系统，循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述第一高压泵送系统连接，以将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给第一所述高压泵送系统，实现母液的循环利用，降低废弃复合材料分解的成本。循环输送系统可以为输送管道，也可以带有驱动装置，例如泵。

为了将高压氧化后的产物进行分离，在高压氧化系统的出料口还连接有第二减压分离系统，以将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。优选地，在第二减压分离系统后还连接有第二吸收净化设备，以将经所述第二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，经第二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，在第二减压分离系统后还设置沉降处理设备，以将经所述第二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。

根据所述废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置进行废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理的方法，包括以下步骤：

（1）初始水解

第一步：利用材料粉碎系统按要求对需要处理的废弃复合材料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的复合材料颗粒进入到一级高压水解系统；

第二步：利用第一高压泵送系统将水和母液按照给定的质量比例（例如1：0.25）打入第一预热系统，经过预热（例如加热至500℃）后进入到一级高压水解系统；

第三步：开启一级高压水解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（例如500℃）后保持恒定；

第四步：通过催化剂进口加入一级高压水解系统所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃复合材料的初始水解反应；

第五步：初始水解反应进行一定时间（例如20分钟）后，初始水解反应完成，停止一级高压水解系统的加热和搅拌设施。

（2）二次水解

第一步：初始水解反应完成后，停止一级高压水解系统的加热和搅拌设施，并将初始水解产物中的液态物料转入二级高压水解系统；

第二步：开启二级高压水解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（例如400℃）后保持恒定；

第三步：通过催化剂进口加入二级高压水解系统所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始初始水解产物中液态物料的二次水解反应；

第四步：初始水解产物中液态物料的二次水解过程结束后，停止对二级高压水解系统进行加热，继续搅拌，使二次水解产物温度自然冷却；

第五步：二次水解产物温度自然冷却后，停止二级高压水解系统的搅拌设施，并将其转入第一减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过第一吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第六步：对除去气体的剩余物料进行纯化处理，使目标降解产物得以纯化和收集，剩下的母液与水混合后进行循环套用；

（3）水热氧化

第一步：初始水解反应完成后，将初始水解产物中固态物料转入高压氧化系统；

第二步：利用第二高压泵送系统将水和氧化剂按照给定的比例打入第二预热系统，经过预热（例如加热至450℃）后进入到高压氧化系统；

第三步：开启高压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（例如450℃）后保持恒定；

第四步：通过催化剂进口加入高压氧化系统所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始初始水解产物中固态物料的水热氧化反应；

第五步：初始水解产物中固态物料的水热氧化过程结束后，停止对高压氧化系统进行加热，继续搅拌，使水热氧化产物温度自然冷却；

第六步：水热氧化产物温度自然冷却至后，停止高压氧化系统的搅拌设施，并将其转入第二减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过第二吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第七步：除去气体的剩余物料被引入到沉降处理设备，通过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。

本领域中，母液是指液体产物中的目标组分提取后的残留液体，是化工生产过程中的通用说法，因处理过程不同，母液也不相同。在本实用新型中，母液主要为含有极少量有机降解产物的水溶液，即在前期加入釜中的水经过一系列过程后剩余部分，让其循环利用的目的在于节约用水，以及使处理后的排放更为清洁。其与水的比例要视具体情况而定，应不影响废弃复合材料的处理效果和效率。本实用新型中氧化剂是常规的氧化剂，如双氧水，其配制比例为双氧水质量含量30%。高压水解系统的催化剂主要为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠等碱性物质，可根据情况选择。

本实用新型中废弃复合材料经过水热降解、水热氧化、减压分离等步骤后，不但实现了有机和无机组分的完全分离，还使得有机组分通过水解过程转化为目标降解组分得以收集，便于其资源化利用。而无机固体组分通过水热氧化过程后，其附带的有机组分被氧化分离，剩余固体可以根据实际需要进行收集和利用。此外，处理过程中所产生的少量气态物质通过吸收净化后直接排空，目标降解产物纯化处理后的母液则返回到水热降解步骤循环套用。

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 (9)

1.一种废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于，包括：

一级高压水解系统，配置为对废弃复合材料进行一次水解处理；

二级高压水解系统，其进料口与一级高压水解系统的出料口连通，配置为对一次水解的液态产物进行二次水解处理；

高压氧化系统，其进料口与一级高压水解系统的出料口连通，配置为对一次水解的固体产物进行氧化反应；

材料粉碎系统，其与一级高压水解系统的进料口连通，配置为将废弃复合材料粉碎并输送到一级高压水解系统中；

第一配料泵送系统，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，第一预热系统与一级高压水解系统的进料口相连，配置为将水和母液的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中；

第二配料泵送系统，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，第二预热系统与高压氧化系统的进料口相连，配置为将水和氧化剂的配料从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到高压氧化系统中。

2.根据权利要求1所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于：还包括第一减压分离系统，所述第一减压分离系统的进料端与所述二级高压水解系统的出料口连通，适于将二次水解后的产物减压分离为气体和液体。

3.根据权利要求2所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于：还包括第一吸收净化设备，所述第一吸收净化设备与所述第一减压分离系统连接，适于将经所述第一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3所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于：还包括分离纯化设备，所述分离纯化设备与所述第一减压分离系统连接，适于将经所述第一减压分离系统处理后的液体进行分离纯化处理。

5.根据权利要求4所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于：还包括循环输送系统，所述循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述第一高压泵送系统连接，适于将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述第一高压泵送系统。

6.根据权利要求1所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于：还包括第二减压分离系统，所述第二减压分离系统的进料端与所述高压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。

7.根据权利要求6所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于：还包括第二吸收净化设备，所述第二吸收净化设备与所述第二减压分离系统连接，适于将经所述第二减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

8.根据权利要求7所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，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第二减压分离系统连接，适于将经所述第二减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降分离处理。

9.根据权利要求1所述的废弃复合材料水热降解和水热氧化联合处理装置，其特征在于：所述一级高压水解系统、二级高压水解系统和高压氧化系统均为高压反应釜。