一種汙泥裂解處理設備的製作方法
2023-06-30 18:11:46
本實用新型涉及汙泥處理技術領域，尤其涉及一種汙泥裂解處理設備。
背景技術：
隨著我國城鎮汙水處理事業的快速發展，汙水處理廠數量不斷增多，汙泥產生量也日益增加。據統計，目前我國城鎮汙水處理廠汙泥年產生量已經達到3000萬噸(含水率80％)，至「十二五」末期將達到5000萬噸左右。
汙泥焚燒處理處置是實現汙泥減量化、穩定化和無害化的重要手段。然而，汙泥直接焚燒存在燃燒效率低、能量利用方式單一的問題；此外，汙泥焚燒煙氣中含有PM2.5、NOx、SO2和二噁英等汙染物，處理不當極易造成二次汙染。隨著民眾環保意識的增強和人口密度的增大，汙泥焚燒設施選址日益困難。環保部最新修訂的《生活垃圾焚燒汙染控制標準》(GB18485-2014)於2014年7月1日正式實施，其中明確規定汙泥焚燒設施的汙染控制參照該標準執行，新標準與舊標準相比顆粒物由80mg/Nm3收緊至20mg/Nm3(日均值)，汞由0.2mg/Nm3收緊至0.05mg/Nm3，二噁英類則由1ngTEQ/m3收緊至0.1ngTEQ/m3，與歐盟標準接軌。隨著「鄰避效應」的日益嚴重和汙染物排放標準的日趨嚴格，汙泥焚燒處理處置的技術經濟成本必將顯著提高。
因此，開發可以替代焚燒的汙泥熱處理技術和設備，充分回收利用汙泥中所蘊含的生物質資源，並從源頭避免NOx、SO2和二噁英等汙染物的產生和排放，已成為汙泥處理處置行業發展和環境保護的迫切需求。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種汙泥裂解處理設備，以解決現有汙泥焚燒技術所存在的汙泥資源化程度低和煙氣二次汙染控制難的問題，技術方案如下：
本實用新型提供一種汙泥裂解處理設備，設備包括：
用於給汙泥脫水並烘乾的脫水烘乾裝置；
與脫水烘乾裝置連接的進料裝置；
裂解反應系統，裂解反應系統包括：與進料裝置連接的用於進行預熱的第一反應器；以及與第一反應器連接的用於進行高溫裂解的第二反應器；
與第二反應器連接的用於輸出汙泥裂解冷卻後所形成的炭黑的出料冷卻裝置；
與第一反應器和第二反應器均連接的用於將高溫油氣冷凝為液態油和可燃氣的油氣冷凝裝置；
與油氣冷凝裝置連接的用於收集液態油和渣油的儲油裝置；
與油氣冷凝裝置連接的燃氣淨化裝置。
可選地，儲油裝置包括儲油罐和渣油罐。
可選地，設備還包括與燃氣淨化裝置連接的燃氣發電機。
可選地，第一反應器和第二反應器均使用電磁加熱器加熱。
可選地，脫水烘乾裝置包括用於給汙泥脫水的脫水機和用於烘乾汙泥的烘乾機，烘乾機與脫水機的出料口連接。
可選地，脫水烘乾裝置輸出的汙泥的含水量範圍為5％～10％。
可選地，設備還包括破碎機，破碎機與脫水烘乾裝置連接。
可選地，進料裝置為螺旋推進裝置。
可選地，第二反應器的反應溫度範圍為450℃～500℃。
可選地，出料冷卻裝置的出料溫度為50℃以下。
本實用新型的設備實現了汙泥裂解的連續生產，先將汙泥加溫到能分解溫度再進行高溫裂解，降解更徹底；高溫裂解後的固體產物冷卻後為具有多孔性的炭黑，可作為普通吸附劑使用，也可以作為綠化回填土，使汙泥資源化程度提高；高溫裂解反應生成的油汽經過冷凝及淨化後去除了油汽中的灰分雜質、潔淨了油品，還使長鏈的碳氫分子結構再次裂解為短鏈的分子，提高了油品品質，使汙泥資源化程度提高。整個生產過程無汙染性的廢氣、廢水、廢渣排放，實現了綠色生產，減少了二次汙染。汙泥中含有一定量的重金屬元素，通過高溫裂解處理後大部分濃縮於固體殘渣中，且重金屬形態發生了顯著改變，可交換態含量降低，殘渣態含量升高，浸出濃度都低於監測標準，整體上實現汙泥的減量化、穩定化、無害化。
【附圖說明】
圖1是本實用新型實施例的汙泥裂解處理設備的結構示意圖。
附圖標記：
1-脫水烘乾裝置；11-脫水機；12-烘乾機；2-物料倉；31-第一反應器；32-第二反應器；4-出料冷卻裝置；5-存儲料倉；61-第一冷凝器；62-第二冷凝器；7-燃氣淨化裝置 81-儲油罐；82-渣油收集罐；9-燃氣發電機；10-電磁加熱器。
【具體實施方式】
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
本實用新型實施例提供了汙泥裂解處理設備，如圖1所示，該設備包括：脫水機11、烘乾機12(脫水烘乾裝置1包括脫水機11和烘乾機12)、物料倉2、進料裝置(圖未示)、第一反應器31、第二反應器32(裂解反應系統包括第一反應器31和第二反應器32)、出料冷卻裝置4、存儲料倉5、第一冷凝器61、第二冷凝器62(油氣冷凝裝置包括第一冷凝器61和第二冷凝器62)、燃氣淨化裝置7、儲油罐81、渣油收集罐82(儲油裝置8包括儲油罐81和渣油收集罐82)、燃氣發電機9、煙氣淨化裝置(圖未示)和電磁加熱器10，其中：脫水烘乾裝置11用於給汙泥脫水並烘乾成幹汙泥；與脫水烘乾裝置11連接的進料裝置(圖未示)；裂解反應系統3包括：與進料裝置連接的用於進行預熱的第一反應器31；以及與第一反應器31連接的用於進行高溫裂解的第二反應器32；與第二反應器32連接的用於輸出汙泥裂解冷卻後所形成的炭黑的出料冷卻裝置4；與第一反應器31和第二反應器32均連接的用於將高溫油氣冷凝為液態油和可燃氣的油氣冷凝裝置6；與油氣冷凝裝置6連接的用於收集液態油和渣油的儲油裝置8；與油氣冷凝裝置6連接的燃氣淨化裝置7。
脫水機11優選為螺旋壓榨脫水機，汙泥經脫水機11脫水後，含水量降到90％以下。脫水後的汙泥進入烘乾機12，使用110℃左右的蒸汽進行乾燥，使汙泥內的含水量降到5％～10％，以便在下一步裂解過程中節約能耗。進一步地，因為汙泥中也可能含有大塊狀的物體，汙泥前期經過破碎工序，汙泥破碎後再進入脫水烘乾裝置1脫水和烘乾，汙泥破碎成直徑10cm以下的大小，由輸送帶送入物料倉2，物料倉2與烘乾機連接，物料倉2用於儲存汙泥。進料裝置為螺旋推進裝置，螺旋推進裝置與物料倉2的出料口連接。更進一步地，由於汙泥乾燥後容易堆積架橋，所以在料倉中需要採用螺旋向下輸送，物料倉2內的汙泥不能採用重力自沉式進料，所以物料倉2上部裝有一個電動擠壓杆，由電動擠壓杆推動汙泥下落至螺旋推進裝置，開始進料。物料倉2中的汙泥混有一定比例的催化劑，催化劑與物料倉2中的汙泥一同進入螺旋推進裝置內，也就是說，汙泥和催化劑同時進料至第一反應器31中。
第一反應器31與螺旋推進裝置連接，用於對進入其中的汙泥(汙泥和催化劑)進行分段預熱，第二反應器32與第一反應器31連接，用於對經過分段預熱的汙泥進行高溫裂解。第一反應器31分為幾個溫區，實行階段式升溫，可以分為幾個溫區，為變溫區，第一反應器31反應溫度範圍在100℃～480℃。汙泥從常溫開始進料，在第一反應器31中逐漸加溫，汙泥中的有機質逐步加溫到能分解的溫度，接近最佳反應溫度(第二反應器32中高溫裂解的反應溫度)。汙泥從第一反應器31進入第二反應器32，達到最佳反應溫度，開始進行高溫裂解反應，生成裂解油汽排出，反應後生成炭黑，經第二反應器32末端的出料口排出。第二反應器32中進行的催化裂解的最佳反應溫度範圍為450℃～500℃。
第二反應器32的出料端有一出料筒，出料筒下部連接出料冷卻裝置4，出料冷卻裝置4為帶水冷的出料機，出料機採用出料螺旋，冷卻裝置4中炭黑的出料溫度為50℃以下。高溫裂解反應完全後生成的炭黑和無機物，在料筒內部堆積到一定的高度、實現第二反應器32的出料密封的條件下，經出料螺旋輸出到存儲料倉5。汙泥中大約有50％的無機物和50％的有機物，汙泥中50％的有機物高溫裂解後的產物是：固體產物約20％，氣態產物約40％，液態產物約40％。汙泥中的有機質分解後，只剩餘炭黑和無機物，在裂解過程中有機質分解後形成的空隙，空隙分布在炭黑上，使炭黑具有多孔性，炭黑可作為普通吸附劑使用，也可以作為綠化回填土，使汙泥資源化程度提高。
在第二反應器32中高溫裂解後的油汽進入油氣冷卻裝置6，油氣冷卻裝置6包括第一冷凝器61和第二冷凝器62，第一冷凝器61和第二冷凝器62上下並聯，輕組分的油汽通過第一冷凝器61，重組分的油汽通過第二冷凝器62。
油汽經過油氣冷卻裝置6冷卻後，冷凝成液體油品，進入儲油罐81收集。未冷凝下來的氣體進入燃氣淨化裝置7，在燃氣淨化裝置7內經過鹼液噴淋清洗後，脫除其中的酸性氧化物和灰分雜質，再由氣液分離器進行脫液乾燥處理，得到乾燥後的可燃氣體。灰分顆粒在油氣冷卻裝置6內積累，灰分顆粒越來越多之後在重力作用下降落至油氣冷卻裝置6底部，油氣冷卻裝置6內由於溫度降而凝結的一部分重油，混合降落的灰分形成渣油，排入渣油罐82。
進一步地，第一反應器31和第二反應器32均採用電磁加熱器10加熱，電磁加熱器10的加熱方式具體為電磁線圈纏繞在反應器外壁進行電加熱。電磁加熱器10為電加熱形式，使反應過程溫度控制更加精準，更好的控制反應進程。從燃氣淨化裝置8排出的乾燥後的可燃氣體通入集氣罐(圖未示)，穩壓在6KPa～9KPa的壓力下，經集氣罐(圖未示)導出，降壓至3KPa左右進入燃氣發電機9燃燒發電，產生的電能供給電加熱的兩個電磁加熱器10和烘乾機12，實現了能源的內部循環合理利用。燃燒生成的煙氣進入煙氣淨化裝置(圖未示)，進行脫硫脫硝後排放。
本實用新型的方法及設備實現了汙泥裂解的連續生產，先分段預熱到能分解溫度再進行高溫裂解，降解更徹底；高溫裂解後的固體產物冷卻後為具有多孔性的炭黑，可作為普通吸附劑使用，也可以作為綠化回填土，使汙泥資源化程度提高；裂解反應生成的油汽經過冷凝及淨化後去除了油汽中的灰分雜質、潔淨了油品，還使長鏈的碳氫分子結構再次裂解為短鏈的分子，提高了油品品質，使汙泥資源化程度提高。汙泥裂解產生的可燃氣經發電後，電能返回供給烘乾機12和電磁加熱器10，實現了能源的內部循環合理利用。電磁加熱器10為電加熱形式，使反應過程溫度控制更加精準，更好的控制反應進程。整個生產過程無汙染性的廢氣、廢水、廢渣排放，實現了綠色生產，減少了二次汙染。汙泥中含有一定量的重金屬元素，通過高溫裂解處理後大部分濃縮於固體殘渣中，且重金屬形態發生了顯著改變，可交換態含量降低，殘渣態含量升高，浸出濃度都低於監測標準，整體上實現汙泥的減量化、穩定化、無害化。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。