一种改善高温缺氧反应的预处理方法及装置与流程

1.本发明属于环境修复中固废、危废无害化和资源化的技术领域，更具体的，涉及一种改善高温缺氧反应的预处理方法及装置。


背景技术：

2.随着人类社会的发展，逐渐产生了很多有一定热值的固废和危废，部分危废是由于液体残存在无害化的固体中形成的，部分固废和危废是可以通过高温缺氧反应进行无害化处理或资源化利用。例如在原油的开采、提炼、储运过程中形成的落地油泥和罐底油泥；例如煤制气场地氧化塘和污水处理系统长时间使用累积形成的污泥；例如汽车市场产生的大量废旧轮胎；例如煤矿企业生产过程中产生大量的低热值尾矿；例如餐厨和日常生活产生的一定热值的厨余垃圾和生活垃圾。目前市场大多采用物理化学分选、固化稳定化、生物发酵、焚烧、热解、阴燃等方式处理上述固废和危废。物理化学分选可回收残存在固体中高浓度的液体或金属，但仍有不少液体残留在固体中。固化稳定化不能彻底实现减量化，生物发酵过程缓慢且不容易控制。目前应用较多的是焚烧、热解、阴燃等方式处理上述固废和危废，处理效果较彻底。在原理上，焚烧属于氧充足的情况下发生的反应，主要是利用高温烟气副产蒸汽用于发电，一次投资和成本相对较高，但未实现真正意义资源化。热解或阴燃属于绝氧或缺氧反应，主要是获得高温缺氧环境下副产的热解气、焦油，一定程度上可实现资源化。采用热解或阴燃处理污泥、油泥时，还可将污泥和油泥处理成为干净的土壤，具备一定的环保意义。目前热解和阴燃还处在中试或工业试运行阶段，并未形成大规模商业应用，究其原因在于缺乏前期的预处理环节，对整体物料的各理化性质不可控，粗犷的将物料进行高温缺氧反应，导致高温缺氧反应速度慢，反应不均匀，大部分有机挥发组分被消耗，反应副产品少，待处理物料有害物质脱除不干净，尾气成分复杂不稳定等问题。


技术实现要素：

3.针对现有高温缺氧反应存在的问题，本发明目的在于提供一种改善高温缺氧反应的预处理方法及装置，使原本粗犷的高温缺氧反应过程可控，反应的效果更好。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种改善高温缺氧反应的预处理方法，所述方法为将需要进行高温缺氧反应的待处理物料根据其理化性质进行前期预处理，实现待处理物料性质的调整，具体包括以下步骤：
6.步骤1、浓缩：若待处理物料的含水率低于60％，则直接进入步骤2；若待处理物料的含水率在60％～99.9％，则通过重力沉降、离心、吸附、电化学富集、絮凝、机械分级脱水，将待处理物料含水率降低直至含水率低于60％；
7.步骤2、脱水：若待处理物料含水率低于40％，则直接进入步骤3；若待处理物料的含水率在40％～60％，则通过正压压滤、负压抽滤、离心、机械分级脱水、化合反应脱水将待处理物料含水率降低直至含水率低于40％；
8.步骤3、解离：若待处理物料粒度尺寸低于30mm，则直接进入步骤4；若待处理物料粒度尺寸高于30mm，则通过破碎、研磨、解析将待处理物料中有热值的液体或固体与原周围介质分离或分散，使待处理物料粒度尺寸低于30mm；
9.步骤4、干燥：若待处理物料含水率低于20％，则直接进入步骤5；若待处理物料的含水率在20％～40％，则通过低温热气体将待处理物料中的水及其他易挥发组分带走，将待处理物料含水率降低直至含水率低于20％；
10.步骤5、配料：若待处理物料反应势能垒低，即温度在500℃以下时满足热能rt大于活化能e
a
，则直接进入步骤6；若待处理物料反应势能垒高，温度在500℃以下不满足热能rt大于活化能e
a
，则向待处理物料中添加反应势能垒更低的辅助燃料或添加降低反应势能垒的催化剂，直至整体反应势能垒降低，使温度在500℃以下能够满足热能rt大于活化能e
a
；
11.步骤6、均质：若待处理物料的均质化程度在60％以上，则进入步骤7；若待处理物料的均质化程度低于60％，则将待处理物料通过移动机械混拌或固定混合设备形成均质化程度在60％以上质地均匀的混合物料；
12.步骤7、成型：若待处理物料的孔隙度在25％以上，则直接进入高温缺氧反应；若待处理物料的孔隙度低于25％，则将待处理物料通过挤压、滚动形式制造成型。
13.进一步的，所述待处理物料为当含水率小于40％时，热值大于1mj/kg的液体或固体或固液混合物；所述待处理物料包括油泥。
14.进一步的，所述理化性质包括浓度、含水率、比表面积、孔隙度、均质化程度、热值、形状、化学组分、热容、反应势能垒中的一种或多种。
15.进一步的，所述的高温为300℃～1300℃之间。
16.进一步的，步骤4所述低温热气体为蒸汽、废烟气、空气、惰性气体中的一种，其温度在100℃～500℃。
17.进一步的，步骤5所述辅助燃料包括粉煤、木屑、稻壳，所述催化剂包括黏土、石灰。所述加入的辅助燃料或催化剂的量为0.1％～40％。
18.进一步的，步骤6所述均质化程度是对物料的含水率、中值粒径、热值物料含量以及渗透系数分别赋予30％、25％、10％、35％的权重进行测定的。
19.进一步的，步骤7所述成型的形状包括蜂窝状、柱状、枕状、球状或不规则颗粒状。
20.一种改善高温缺氧反应的预处理装置，包括s1浓缩模块、s2脱水模块、s3解离模块、s4干燥模块、s5配料模块、s6均质模块、s7成型模块7个模块；
21.所述s1浓缩模块包括依次相连的s11调浆池，s12泥浆泵和s13浓缩池，所述s11调浆池出料口与s12泥浆泵进料口相连，s12泥浆泵出料口与s13浓缩池通过管道相连；
22.所述s2脱水模块包括s21压滤泥浆泵和s22压滤机，所述s21压滤泥浆泵与s22压滤机通过管道相连，s22压滤机下方设有s23接料宽皮带，用于将压滤后的物料运送至s3解离模块；
23.所述s3解离模块包括s31清堵机和s33笼式破碎机，所述s31清堵机设置在s23接料宽皮带下方，s31清堵机出料口和s33笼式破碎机进料口之间设s32破碎用拉式皮带秤，用于将块料输送至s33笼式破碎机内，s33笼式破碎机出料口设置有s34振动筛，s34振动筛倾斜设置，筛网下方设有s36筛下皮带；
24.所述s4干燥模块包括s41缓冲仓和s43烘干机，所述s41缓冲仓设置在s36筛下皮带
下方，s41缓冲仓出料口和s43烘干机进料口之间设s42烘干用拉式皮带秤，合格散料经过s42烘干用拉式皮带秤计量后输送至s43烘干机；
25.所述s5配料模块包括s51配料皮带，s52第一辅助料仓、s53第二辅助料仓、s54油泥仓；s51配料皮带位于s43烘干机出料口及s54油泥仓进料口之间，用于将干燥后的散料输送至s54油泥仓，所述s52第一辅助料仓、s53第二辅助料仓用于添加辅助燃料或催化剂，s52第一辅助料仓下连有s55第一辅助料减量秤，s53第二辅助料仓下连有s56第二辅助料减量秤，s54油泥仓下设s57配料用拉式皮带秤，用于定量配料；
26.所述s6均质模块包括设置在s55第一辅助料减量秤、s56第二辅助料减量秤及s57配料用拉式皮带秤下方的s61强混皮带、设置在s61强混皮带下的s62强力混合机；
27.所述s7成型模块包括s71成型皮带、s72成型缓冲仓、s74成型机；所述s71成型皮带位于s62强力混合机出料口及s72成型缓冲仓进料口之间，用于将混合后的物料输送至s72成型缓冲仓；s72成型缓冲仓下设s73成型用拉式皮带秤，用于将物料定量给料至s74成型机。
28.进一步的，所述s3解离模块还包括s35斗式提升机，s35斗式提升机的进料口与s34振动筛向下倾斜的一侧相连，s35斗式提升机的出料口与s33笼式破碎机相连，合格的散料由s36筛下皮带运至s4干燥模块，不合格的散料由s35斗式提升机返回至s33笼式破碎机继续破碎。
29.进一步的，所述s5配料模块中辅助料仓的数量为2个及以上，辅助料仓下均连有辅助料减量秤。
30.本发明的有益效果在于：待处理物料经预处理调整理化性质后，进行高温缺氧反应：
31.1)经预处理装置调整理化性质后，可使待处理物料在高温缺氧反应中获得更快的反应速度；相比粗犷的加料方式反应速度至少可以快4倍以上。
32.2)处理过程使用更少的反应能源，可充分利用烟气余热烘干物料，可间接节省高温缺氧反应的电耗。
33.3)高温缺氧反应烟气冷凝物中获得更有价值的反应副产品，通过预处理调整待处理物料的理化性质，可实现有价挥发组分顺利热解挥发，避免因较低的通透性被截留在料层内，从而在烟气中冷凝回收更多副产品。
34.4)待处理物料残留更低的有害物质，通过均质和成型可使得整个高温缺氧过程更可控，大大减少高温缺氧反应的盲区。
35.5)通过前期物料浓缩、脱水，可控制物料内部的氯含量，可减少高温缺氧反应产生二噁英和其他氯代有机物；通过预处理再待处理物料中形成的有序多孔通道，可以避免过多有机挥发组分燃烧，可以降低碳排放。
附图说明：
36.图1为一种改善高温缺氧反应效果的预处理方法判别流程图；
37.图2为一种改善高温缺氧反应效果的预处理装置图；
38.其中s11调浆池、s12泥浆泵、s13浓缩池、s21压滤泥浆泵、s22压滤机、s23接料宽皮带、s31清堵机、s32拉式皮带秤(破碎)、s33笼式破碎机、s34振动筛、s35斗式提升机、s36筛
下皮带、s41缓冲仓、s42拉式皮带秤(烘干)、s43烘干机、s51配料皮带、s52辅助料1仓、s53辅助料2仓、s54油泥仓、s55辅助料1减量秤、s56辅助料2减量秤、s57拉式皮带秤(配料)、s61强混皮带、s62强力混合机、s71成型皮带、s72成型缓冲仓、s73拉式皮带秤(成型)、s74成型机。
具体实施方式：
39.下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
40.本实施例采用油泥作为待处理物料。
41.图1中展示了针对油泥的一种改善高温缺氧反应的预处理方法判别流程，其中列举了p1、p2、p4含水率控制、p3粒度控制、p5反应势能垒控制、p6均质化程度控制、p7孔隙度控制，并且列出了对应的环节1浓缩、2脱水、3解离、4干燥、5配料、6均质、7成型。图1中的p1
…
pn所对应的理化特性可被其他理化性质替换，且先后次序、循环次数均可根据待处理物料的理化特性调整，相对应的1
…
n环节也要随之变动。
42.参见图1，设定待处理物料为油泥，p1含水率介于60％～99.9％，采用浓缩处理。浓缩后p2含水率介于40％～60％，采用脱水处理。脱水后p1粒度成块状，尺寸大于30mm，采用解离处理。解离后含水大于20％，充分利用烟气余热进行干燥，降低水分至20％以下。配料环节通过添加粉煤、木屑、稻壳、石灰作为辅助物料降低其整体物料的反应势能垒，以缩减高温缺氧反应时间。测定待处理物料的均质化程度低于60％，进行均质环节，将待处理物料通过移动机械混拌或固定混合设备形成均质化程度在60％以上质地均匀的混合物料。为控制更优的p7孔隙度，使孔隙度在25％以上，需要进行成型环节，通过成型操作控制其成为具有更大比表面积和孔隙度的形状，比如蜂窝状、柱状、枕状、球状或不规则颗粒状等。通过预处理方法判别可为高温缺氧反应的预处理过程提供更明晰的工艺流程。
43.其中，待处理物料均质化程度的测定方法为：
44.①
取样总重计算，根据(选矿行业取代表性样品方法)g＝kd
t
，取k＝0.1，t＝2，假如物料内最大粒径为d＝4mm，则最终取样重量g＝1.6kg。
45.②
取样次数计算，每次取样体积为～2立方厘米，根据堆密度计算每次取样质量m，通过g/m得出取样次数n，样品编号从1到n。
46.③
测定，对每个样品的含水率、中值粒径、热值物料含量、渗透系数进行测定。
47.④
比较、统计，汇总所有样品的四大参数取平均值作为宏观整体的参数，也是基准参数。将各个小样的四大参数与平均值(宏观整体的参数)进行比较，含水率的可接受偏差为
±
10％、中值粒径的可接受偏差为
±
20％、热值物料含量的可接受偏差为
±
30％、渗透系数的可接受偏差为
±
10％，比较后，每有一次小样参数落在可接受偏差范围内的记一记次，统计完成后将获得各小样含水率、中值粒径、热值物料含量、渗透系数在可接受范围内的统计次数，分别记为
48.⑤
权重、计算，根据参数对高温缺氧反应的影响对四个参数(含水率、中值粒径、热值物料含量、渗透系数)赋予不同的权重，分别为30％、25％、10％、35％。均质化程度计算等于四个参数的权重分别乘以其可接受范围内的统计次数所占比例的加和。
49.即
[0050][0051]
参见图2，预处理装置图中包括s1浓缩模块、s2脱水模块、s3解离模块、s4干燥模块、s5配料模块、s6均质模块、s7成型模块7个模块。
[0052]
所述s1浓缩模块包括依次相连的s11调浆池，s12泥浆泵和s13浓缩池，所述s11调浆池出料口与s12泥浆泵进料口相连，s12泥浆泵出料口与s13浓缩池通过管道相连；
[0053]
所述s2脱水模块包括s21压滤泥浆泵和s22压滤机，所述s21压滤泥浆泵与s22压滤机通过管道相连，s22压滤机下方设有s23接料宽皮带，用于将压滤后的物料运送至s3解离模块；
[0054]
所述s3解离模块包括s31清堵机和s33笼式破碎机，所述s31清堵机设置在s23接料宽皮带下方，s31清堵机出料口和s33笼式破碎机进料口之间设s32破碎用拉式皮带秤，用于将块料输送至s33笼式破碎机内，s33笼式破碎机出料口设置有s34振动筛，s34振动筛倾斜设置，筛网下方设有s36筛下皮带；所述s3解离模块还包括s35斗式提升机，s35斗式提升机的进料口与s34振动筛向下倾斜的一侧相连，s35斗式提升机的出料口与s33笼式破碎机相连，合格的散料由s36筛下皮带运至s4干燥模块，不合格的散料由s35斗式提升机返回至s33笼式破碎机继续破碎。
[0055]
所述s4干燥模块包括s41缓冲仓和s43烘干机，所述s41缓冲仓设置在s36筛下皮带下方，s41缓冲仓出料口和s43烘干机进料口之间设s42烘干用拉式皮带秤，合格散料经过s42烘干用拉式皮带秤计量后输送至s43烘干机；所述s43烘干机所采用的热源包括热解烟气换热后的热空气或热烟气、外供的蒸汽。
[0056]
所述s5配料模块包括s51配料皮带，s52第一辅助料仓、s53第二辅助料仓、s54油泥仓；s51配料皮带位于s43烘干机出料口及s54油泥仓进料口之间，用于将干燥后的散料输送至s54油泥仓，所述s52第一辅助料仓、s53第二辅助料仓用于添加辅助燃料或催化剂，s52第一辅助料仓下连有s55第一辅助料减量秤，s53第二辅助料仓下连有s56第二辅助料减量秤，s54油泥仓下设s57配料用拉式皮带秤，用于定量配料；s5配料模块中辅助料仓的数量为2个及以上，辅助料仓下均连有辅助料减量秤。
[0057]
所述s6均质模块包括设置在s55第一辅助料减量秤、s56第二辅助料减量秤及s57配料用拉式皮带秤下方的s61强混皮带、设置在s61强混皮带下的s62强力混合机；
[0058]
所述s7成型模块包括s71成型皮带、s72成型缓冲仓、s74成型机；所述s71成型皮带位于s62强力混合机出料口及s72成型缓冲仓进料口之间，用于将混合后的物料输送至s72成型缓冲仓；s72成型缓冲仓下设s73成型用拉式皮带秤，用于将物料定量给料至s74成型机。最终经过s74成型机产出预处理后物料，之后，预处理物料被送入高温缺氧反应装置中。相较于油泥直接投入高温缺氧反应装置，或简单晾晒控水后投入高温反应装置中，油泥经本发明预处理后需要更少的能量，可获得更快的反应速度和更有价值的反应副产品。
[0059]
最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行举例说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。