一种红外快速加热医疗废弃物的热解多联产系统的制作方法

1.本发明涉及一种红外快速加热医疗废弃物的热解多联产系统，适用于医疗废弃物在不同条件下的共热解和单独热解，属于可再生能源技术领域。


背景技术：

2.注射器、试管、输液器、口罩和消毒棉等一次性医疗废弃物的使用量随着医疗卫生系统压力的增大而逐年增涨，其年产量不仅数量巨大，还带有大量病毒且难以处理，往往需要花费高额的成本对其进行无害化处置。热解是一项比较成熟的能源转化工艺，可使医疗废弃物在高温下裂解产生焦油、半焦和热解气等三相产物。其中注射器、试管、输液器等医疗废弃物属于塑料制品且是一种富氢材料，热解的焦油中含有大量的烷烃与烯烃，经处理后可用作化工生产的原料或是制成替代石油的液体燃料。而对于传统的塑料热解往往容易形成具有腐蚀性的挥发分气体，不利于热解系统中设备、管道的长时间工作；例如pvc塑料热解就会产生含氯的腐蚀性气体，对热解系统和工作人员都具有一定的威胁。医疗废弃物中的口罩和消毒棉属于生物质材料，单独热解时热解焦油中的氧含量高使其的油品较低。而有研究指出生物质中的k、ca、na、mg等碱金属有固cl作用和催化塑料热解的作用，因此医疗废弃物的热解就包含的生物质与塑料的共热解，在原料上弥补了两种材料的缺陷。但是医疗废弃物中生物质与塑料的含量并不固定，无法保证医疗废弃物热解时生物质中的碱金属能充分抑制腐蚀性挥发分的释放，因此也需要外加生物质参与医疗废弃物的热解。
3.农业废弃物中的秸秆废弃物物属于生物质资源，但其主要的处置方式是就地闲置或送入垃圾处理厂焚烧，既污染了环境又浪费了大量的资源。同样热解也可实现这类生物质资源的清洁利用，产生生物油、热解气和生物焦等三相产物。其中的生物油经处理后可用于生产燃料油且具有碳中性的特点，在一定程度上也可替代石油，减少化石燃料对环境的污染。但是生物质中含有较多的氧及碱金属矿物，严重影响其热解油的品质，需要花费额外的成本对秸秆生物油进行加氢脱氧的提质工艺。因此结合上述医疗废物热解存在的问题，医疗废弃物外加生物质添料的共热解可通过元素上的差异产生协同作用。即医疗废弃物中塑料的氢可对生物质的生物油脱氧提质，而生物质中的碱金属则可固定医疗废弃物中pvc塑料的氯或其他塑料的腐蚀性物质，从而在节省成本投入的基础上得到高品质、高产量的生物油资源并实现医疗废弃物与农业废弃物的清洁利用。
4.在传统的热解技术中，针对于废弃塑料与生物质共热解的反应装置研究较少，且实验室多是在管式炉这类电加热热解装置，加热速率较慢。由于生物质与塑料的热解温度区间较大，所以慢速加热会扩大这一缺陷，不利用两者协同作用的进行。快速加热能弱化这种不利条件，但是电加热通常是先加热反应器再将热量传至反应物，有一定的温度滞后现象，从而产生较严重的二次反应劣化生物油品质。红外加热是通过红外光波直接作用于反应物，可实现反应物的整体快速升温，从而大幅度减少电炉快速加热中二次反应。但是秸秆生物质中含有大量的水分，直接采取红外热解会因原料的水蒸发过程造成不比较的能源浪费，为此从节能与协同作用的角度可结合电加热与红外加热的组合形式。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种红外快速加热医疗废弃物的热解多联产系统，结合间接热解与直接热解工艺的优点以解决上述背景中存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的方案是：一种红外快速加热医疗废弃物的热解多联产系统，组成构件包括供气系统、热解系统和产物分离净化系统，组成构件的具体结构和连接关系为：
7.所述供气系统由气瓶、安全阀、气体质量流量计、气体加热装置、气体混合加热装置、水蒸气生发装置、不锈钢水管、液体流量计和水箱组成，所述气瓶、安全阀、气体质量流量计和气体加热装置之间采用橡胶管连接，所述水蒸气生发装置、液体流量计和水箱之间通过不锈钢水管连接，所述气体加热装置、气体混合加热装置和水蒸气生发装置之间通过不锈钢钢管连接，所述供气系统中的气体混合加热装置通过不锈钢钢管分别连接热解系统的料仓和进气接管；
8.所述热解系统由料仓、电机、传送带、破碎装置、回转炉、电炉、红外加热管、上行反应管、进气接管和水冷熄焦箱组成，所述料仓装有医疗废弃物、生物质添加料，传送带、破碎装置和回转炉由所述电机驱动，传送带的上部物料出口通过不锈钢钢管连接破碎装置的上部进料口，回转炉通过电炉加热使反应物加热，上行反应管通过红外加热管使反应物进行红外加热，上行反应管的右上部出气口与产物分离净化系统的折板除尘器的进气口相连；
9.所述产物分离净化系统由折板除尘器、旋风分离器、灰箱、第一冷凝器、第二冷凝器、第一焦油收集瓶、第二焦油收集瓶、水浴保温器、气体清洁干燥装置、真空泵、压力表和在线气相色谱仪组成，所述折板除尘器使热解气氛进行一次气固分离，旋风分离器使热解气氛进行二次气固分离，所述第一冷凝器使用的冷凝液为
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40℃的乙二醇水溶液，所述第一冷凝器使热解气氛发生一次气、液分离，所述第二冷凝器使用的冷凝液为1℃的水，所述第二冷凝器用于使热解气氛发生二次气、液分离，第一焦油收集瓶、第二焦油收集瓶用于收集一、二次气液分离后的焦油与蜡，水浴保温器用于保温第一焦油收集瓶、第二焦油收集瓶，所述水浴保温器的水流向水箱，第二焦油收集瓶的出气口连接气体清洁干燥装置，气体清洁干燥装置的出气口连接真空泵的进气口，真空泵的出气口连接压力表的进气口，所述压力表与在线气相色谱仪连接。
10.所述热解系统中的反应为医疗废弃物中生物质与塑料的共热解反应或医疗废弃物与生物质添加料的共热解反应。
11.所述供气系统中的气瓶设有三个，分别装有n2、co、co2惰性气体，所述供气系统中的橡胶管内径为6mm，所述供气系统中的不锈钢水管的内径为12mm，用于液体水流动，与所述供气系统中的304不锈钢钢管不是同一构件，所述供气系统中的304不锈钢钢管的内径为6mm，用于气体物质流动。
12.所述料热解系统中的料仓设有两个，分别装有医疗废弃物、生物质添加料，所述热解系统中的传送带的上部物料出口与破碎装置的上部进料口之间的304不锈钢钢管内径为20mm，所述热解系统中的进气接管与供气系统的连接的304不锈钢钢管内径为6mm，与供气系统中的304不锈钢钢管一致。
13.所述水浴保温器的热水来自水冷熄焦箱。
14.所述水浴保温器、水冷熄焦箱以及水箱的水循环通过外接水泵实现。
15.所述产物分离净化系统中各走气管道若无具体说明则均为内径6mm的304不锈钢钢管。
16.所述供气系统中的水蒸气生发装置和水箱是为热解系统提供氢原子。
17.所述红外加热管通过红外光波直接作用于上行反应管中反应物，与供气系统连接的进气接管放出的高温、高速载气延长反应物在上行反应管中的停留时间。
18.所述热解系统中结合了电炉间接加热与红外直接加热以及整个系统在多种条件的共同作用下，促进了医疗废弃物共热解的协同作用。
19.所述供气系统的主要功能为营造惰性环境，提供载气吹出热解气氛以及使热解系统中的反应更加充分。
20.所述热解系统的主要功能为连续进料、充分干燥并热解反应物。
21.所述产物分离净化系统的主要功能为分离热解气氛中的气、液产物、净化气体产物和实时分析气体的组成。
22.本发明的有益效果：
23.1、回转炉通过电炉加热进行前期的反应物脱水、干燥，电机驱动回转炉中的回转装置使脱水、干燥更加充分，电加热节省了红外加热在脱水上的能耗，红外加热管则通过红外光波实现了医疗废弃物的快速升温，减少两者热解温差对共热解协同作用的抑制，载气的上行延长了医疗废弃物在上行反应管中的停留时间，使医疗废弃物红外快速加热更加充分。
24.2、供气系统中的气瓶可根据实验需求选择对应的载气，从而营造惰性气氛，另外供气系统也能提供高温水气，为医疗废弃物共热解提供大量的氢原子，进一步促进共热解的协同作用，另外生物质中的碱金属也可进一步减少pvc等塑料中腐蚀性气氛对设备的破坏。
25.3、产物分离净化系统中的折板除尘器与旋风分离器结合实现热解气氛的一、二次气固分离，减少最终热解油、气中的含尘量，水箱、水冷熄焦箱和水浴保温器三者水联通实现热量和水资源的循环利用，冷凝ⅰ、冷凝ⅱ采用不同的冷凝液减少冷凝逸出，在线气相色谱仪实时分析气体组成。
附图说明
26.图1为本发明所述的红外快速加热医疗废弃物的热解多联产系统的结构示意图。
27.图中标记为：供气系统1、气瓶101、安全阀102、气体质量流量计103、气体加热装置104、气体混合加热装置105、水蒸气生发装置106、不锈钢水管107、液体流量计108、水箱109、热解系统2、料仓201、第一电机2021、第二电机2022、第三电机2023、传送带203、破碎装置204，回转炉205、电炉206、红外加热管207、上行反应管208、进气接管209、水冷熄焦箱210、产物分离净化系统3、折板除尘器301、旋风分离器302、灰箱303、第一冷凝器304、第二冷凝器305、第一焦油收集瓶3061、第二焦油收集瓶3062、水浴保温器307、气体清洁干燥装置308、真空泵309、压力表310、在线气相色谱仪311。
具体实施方式
28.首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“铆接”、“外接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连按﹐也可以是活动连接，或是一体地连接，可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体意义。
29.如图1所示，本发明所述的红外快速加热医疗废弃物的热解多联产系统，组成构件包括供气系统1、热解系统2和产物分离净化系统3。组成构件的具体结构和连接关系为：
30.所述供气系统1由气瓶101、安全阀102、气体质量流量计103、气体加热装置104、气体混合加热装置105、水蒸气生发装置106、不锈钢水管107、液体流量计108和水箱109组成。所述气瓶101的气体种类主要为co、co2、n2等惰性气体，种类不固定可自由选择，所述气体可根据实验原料的类型选择混气或单气，所述安全阀102安装在气瓶101的出气口上，所述安全阀102通过内径6mm橡胶管与气体质量流量计103的进气口相连，所述气体质量流量计103的出气口通过内径6mm橡胶管与气体加热装置104的进气口相连，所述气体加热装置104的预设温度为105℃，所述水箱109装有一定量的自来水，所述水箱109的下部出水口连接液体流量计108的进水口，所述液体流量计108的出水口安装有口径为12mm不锈钢水管107，所述不锈钢水管107的另一头连接水蒸气生发装置106，所述水蒸气生发装置106与气体加热装置104通过内径6mm的304不锈钢钢管共同连接气体混合加热装置105的进气口，所述气体混合加热装置105的出气口分别连接热解系统2的料仓201和进气接管209。
31.所述热解系统2由料仓201、第一电机2021、第二电机2022、第三电机2023、传送带203、破碎装置204、回转炉205、电炉206、红外加热管207、上行反应管208、进气接管209和水冷熄焦箱210组成，所述料仓201上部进气口与供气系统1连接，所述料仓201设有两个，两个料仓分别装有医疗废弃物和生物质反应物，所述料仓201的下部出料口铆接传送带203的下部物料进口，所述第一电机2021驱动传送带203运转，传送带203的上部物料出口通过一根20mm的304不锈钢钢管连接破碎装置204的上部进料口，破碎装置204中破碎旋转叶片由第二电机2022驱动，破碎装置204的下部出料口铆接回转炉205的上部进料口，所述回转炉205由电炉206加热，所述回转炉205中的回转装置由第三电机2023驱动，所述回转炉205的下部出料口铆接上行反应管208的上部进料口，所述上行反应管208由红外加热管207加热，所述上行反应管208的下部焊接进气接管209，所述进气接管209设有两根，通过内径6mm的304不锈钢钢管与供气系统1相连，所述上行反应管208的下部出料口与水冷熄焦箱210的上部进料口相连，所述上行反应管208的右上部出气口与产物分离净化系统3中折板除尘器301的进气口相连。
32.所述产物分离净化系统3由旋风分离器302、灰箱303、第一冷凝器304、第二冷凝器冷凝305、第一焦油收集瓶3061、第二焦油收集瓶3062、水浴保温器307、气体清洁干燥装置308、真空泵309、压力表310和在线气相色谱仪311组成。所述折板除尘器301的进料口与热解系统2中的上行反应管208相连，所述折板除尘器301的出气口连接旋风分离器302的中部进气口，所述旋风分离器302的下部出料口连接灰箱303，所述旋风分离器302的右上部出气口连接第一冷凝器304，所述第一冷凝器304的冷凝液为乙二醇水溶液，所述第一冷凝器304下部连接第一焦油收集瓶3061，所述第一冷凝器304与第一焦油收集瓶3061之间的管道外接第二冷凝器冷凝305，所述第二冷凝器冷凝305的冷凝液为水，所述第二冷凝器冷凝305的出气口连接第二焦油收集瓶3062的进气口，所述水浴保温器307用于保温第一焦油收集瓶
3061、第二焦油收集瓶3062，所述第一焦油收集瓶3061、第二焦油收集瓶3062用12mm的304不锈钢钢管相通，所述水浴保温器307的热水来自热解系统2中的水冷熄焦箱210，所述水浴保温器307的水流向供气系统1的水箱109，所述水浴保温器307、水冷熄焦箱210以及水箱109的水循环通过外接水泵实现，所述第二焦油收集瓶3062的出气口连接气体清洁干燥装置308，所述气体清洁干燥装置308的中内置有丙酮洗气、碳酸氢钠除杂和无水硫酸煤脱水等步骤，所述气体清洁干燥装置308的出气口连接真空泵309的进气口，所述真空泵309的出气口连接压力表310的进气口，所述压力表310接有在线气相色谱仪311，所述产物分离净化系统3中各走气管道均为内径6mm的304不锈钢管道。
33.工作原理及过程：
34.系统运行前，将装有医疗废弃物、其他生物质原料分别装入2个料仓201中。检查气密性，开启气瓶101，旋转安全阀102控制气体质量流量计103的流速为800ml/min，通气时间10min，保持整个系统的惰性氛围，同时启动气体加热装置104、气体混合加热装置105和水蒸气生发装置106开始提前加热。
35.系统开始运行，旋转安全阀102控制气体质量流量计103的流速为500ml/min，关闭通往料仓201的气路，只开启通往进气接管209的气路。开启水箱109，控制水的流速为250ml/min，水在水蒸气生发装置106被加热成水蒸气，水蒸气与气体加热装置104中被加热的载气共同进入气体混合加热装置105被均匀混合，所述混合气体的温度为105℃，所述混合气体从进气接管209进入上行反应管208。开启料仓201的出料阀，所述料仓201出料口的出料速率为3kg/h，第一电机2021驱动传送带203，传送带203的传料速率为2.5kg/h，医疗废弃物、生物质原料由传送带203的上部物料出口下放至破碎装置204中，所述医疗废弃物、其他生物质原料在破碎装置204中进一步破碎，破碎装置204由第三电机2023驱动，医疗废弃物、生物质原料的破碎原料由破碎装置204出料口下放至回转炉205中，所述回转炉205的回转换装置由第二电机2022驱动，所述回转炉205由电炉206加热至200℃，所述医疗废弃物、生物质原料的破碎原料在回转炉中得到充分混合、干燥，经过充分干燥的医疗废弃物、生物质原料的破碎混合原料被下放至上行反应管208中，下落的医疗废弃物、生物质原料的破碎混合原料被进气接管209中的高温、高速载气减速，使破碎混合原料在上行反应管208中的停留时间延长，所述上行反应管208由红外加热管207加热，所述红外加热管207通过发射红外光波直接直接作用于被减速的破碎混合原料，从而使破碎混合原料被充分加热，所述红外加热管207使破碎混合原料的终温为500～700℃，破碎混合原料在红外加热管207中产生的热解气氛被下放载气吹入产物分离净化系统3中，破碎混合原料在红外加热管207中产生的半焦下放至水冷熄焦箱210中。
36.热解气氛在产物分离净化系统3中的折板除尘器301中发生一次气固分离，分离出粒径较大的固体颗粒和未反应完全的反应物流回上行反应管208中，所述折板除尘器301拦下的颗粒粒径>40目，热解气氛则进入旋风分离器302中发生二次气固分离，进一步除去热解气氛中的小颗粒粉尘，所述灰箱303用于收集旋风分离器302中分离的小颗粒粉尘，热解气氛继续流入第一冷凝器304发生一次气液分离，所述第一冷凝器304的冷凝液为乙二醇水溶液，冷凝温度为
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40℃，一次气液分离的生物油与蜡流入第一焦油收集瓶3061中，一次气液分离后气体流入第二冷凝器冷凝305中发生二次气液分离，所述第二冷凝器冷凝305中的冷凝液为水且冷凝温度为1℃，二次气液分离的生物油与蜡流入第二焦油收集瓶3062中，所
述第一焦油收集瓶3061、第二焦油收集瓶3062由水浴保温器307保持温度为60℃左右，所述水浴保温器307的水源来自水冷熄焦箱210的冷凝水，所述水浴保温器307的水流向水箱109，二次气液分离后的气体经送入气体清洁干燥装置308中净化、干燥，热解产物分离全过程在真空泵309的作用下和压力表310的监控下保持压力稳定，外接在线色谱仪311用于实时监测和分析热解气组分变化。
37.本发明将回转炉应用于秸秆的前期脱水，红外加热管则用于后期的医疗废弃物的快速热解，在减少能耗的同时实现医疗废弃物的有效协同，得到高产、高品质的热解油、气。供气系统的水气供氢、秸秆中的碱金属则减少pvc塑料中氯原子对设备的腐蚀性。折板除尘器与旋风分离器使热解气氛实现了的一、二次气固分离，减少最终热解油、气中的含尘量，水箱、水冷熄焦箱和水浴保温器三者水联通实现热量和水资源的循环利用，第一冷凝器304、第二冷凝器冷凝305采用不同的冷凝液减少冷凝逸出，在线气相色谱仪则实时分析气体组成。最终得到了高产、优质的焦油和热解气。
38.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何本领域技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。