CN203187502U

CN203187502U - 撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统

Info

Publication number: CN203187502U
Application number: CN2012207330009U
Authority: CN
Inventors: 胡艳军; 宁方勇
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2022-12-27

Abstract

本实用新型提供一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，包括污泥干化部分以及污泥热解部分，所述污泥干化部分连接到所述污泥热解部分。本实用新型污泥经过热解处理后产生热解油、热解气体、固体残渣，三相产物均可回收利用，符合固体废弃物处理减量化、无害化、资源化的处理要求；而且热解、干化一体式，不受空间限制且减少了投资成本，同时现场处理节约了运输成本。

Description

撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统

技术领域

本实用新型涉及城市污水污泥无害化、资源化的能源转化利用技术领域，具体地，涉及一种撬装式污泥热解制取固、液、气三相燃料产物的系统。

背景技术

城市污水污泥是城市生活污水或工业废水处理过程的副产物，通常以固态、半固态及液态混合而成的乳化体系存在，其中包含有机物、微生物、细菌及重金属等。由于污泥中有机物含量较丰富，这为实现污泥的资源化提供了巨大潜力。热解技术作为一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术，可以将污泥热裂解转化为液体燃料、不凝性气体(富氢燃气)和焦炭三种产物，有效回收其中的能量；还可以回收挥发性的有机物和半挥发性有机物，无二次污染；同时，也解决污泥量大、传统处理方法造成环境污染的问题。

污泥热解制取三相燃料技术在国外已经进入商业应用阶段。大量的有关热解产物燃料特性实验分析结果显示，污泥裂解可产生的液体燃料油能直接用于柴油机车,并与石油提炼厂生产出来的石油低级馏出液相似，油的热值为35～38kJ/mol；不凝性气体中含有CO、H₂和C_xH_y等可燃性气体，可将其直接作为污泥裂解的热源；裂解后的残渣可进一步活化加工为碳燃料。城市污泥蕴含着很大的能源回收潜力，可实现城市污泥的完全资源化处理。因而，污水污泥的热解技术被认为是有前途的污泥处理处置方法。

当前国内的污水污泥热解转化能源产品技术的开发成果中，主要包括：

(1)城市污泥低温热解同时制备生物油和活性炭的方法（专利号:CN201010159906.X），该方法解决了目前常规污泥热解方法只能获得单一资源化产品的难题，可同时获得高品质生物油和活性炭，其特点是污泥通过螺旋加料器进入热解反应器；旋风分离器捕集落下来的热解炭通过落料管、回料器和返料管返回热解反应器进行循环；热解炭经过多次循环后成为活性炭，之后活性炭随热解气进入陶瓷过滤器，被陶瓷过滤器捕集；陶瓷过滤器排出的热解气进入冷凝器，冷凝器下部回收生物油，排出不凝结气。

(2)一种含油污泥的资源化处理方法（专利号:CN200610103671.6），该方法将含油污泥送入密闭的干馏裂解炉内进行热解处理，热解处理在200－600℃条件下反应1－5小时，回收油、气、水；在含有无机铝盐或铁盐絮凝药剂的污泥的热解残渣中按铝盐或铁盐的化学当量的1∶1.5加入硫酸或盐酸进行酸溶处理，产品回用到污水处理系统作絮凝药剂，或回用作污泥浓缩药剂；以粘土矿物为主的热解残渣直接用作废水与油品脱色吸附材料或用作润滑油补充精制的吸附剂；

(3)一种污水污泥催化热解制取液体燃料的装置及其应用方法（专利号:CN200510044751.4），其装置包括氮气瓶(源)、加热炉、温控仪、冷凝器、液相收集瓶、缓冲瓶、吸收瓶、气袋、原料热解反应器，其特征是：氮气瓶的出口与加热炉的入口连接，加热炉的出口与冷凝器的入口连接，冷凝器的出口与液相收集瓶连接，液相收集瓶后依次连有缓冲瓶、吸收瓶和气袋，温控仪的热电偶接在加热炉的出口端，装有原料的热解反应器装在加热炉内。

(4)污泥热解气分级冷凝回收生物油方法（专利号:CN201010159908.9），污泥热解产物首先经陶瓷过滤器去除固体残炭后进入第一级冷凝器，其中的重组分物质被冷凝分离出来进入重质油储罐，未凝结气体进入第二级冷凝器；在第二级冷凝器中未凝结气体被两级喷淋冷却，其中的轻组分物质液化进入轻质油储罐，获得的轻质油经换热冷却后一部分作为成品油从底部出口流出，另一部分在循环泵的作用下经控制阀返回第二级冷凝器中的两级喷淋嘴。

以上污水污泥热处理技术，虽然具有一定的效率、具有一定可行性，并可以较高效率的回收污泥转化的燃料产品。但是这些技术均要求污泥在进入反应器前已彻底干燥，需要额外的处理系统进行高含水量污泥的干化，这导致污泥处理的整个过程能耗大大提高，且从干化到热解的处理系统要求更繁杂。另外，对于污水处理厂来说，所产生的污泥运送至污泥处理厂需要缴纳环保和运费等价格不低的费用，如果能就地处理掉产生的污泥，将大大节约这部分成本。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，实现污泥的减量化、无害化、资源化处理；而且热解、干化一体式，不受空间限制且减少了投资成本，同时现场处理节约了运输成本。

为实现上述目的，本实用新型提供一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，包括污泥干化部分以及污泥热解部分，所述污泥干化部分连接到所述污泥热解部分，且这两个部分共用热解反应斧和温控仪。

优选地，所述污泥干化部分设有自动送料装置，所述自动送料装置出口连接所述热解反应斧，所述热解反应斧一侧设有温控仪。

优选地，所述自动送料装置包括填料漏斗和自动送料器，所述填料漏斗底部连接所述自动送料器的进口，所述自动送料器出口与所述热解反应斧连接，且所述自动送料装置和所述热解反应斧之间设置有一可开启密封挡板。

优选的，所述自动送料器设置有控制污泥的送料质量和送料速度的控制开关。

优选地，所述系统进一步包括用于方便整个系统移动的可移动装置。

优选地，所述可移动装置包括可移动的固定箱和滑轮，所述可移动的固定箱用于承载所述的污泥干化部分以及污泥热解部分，所述滑轮设置在所述可移动的固定箱下方，用于移动整个系统。

优选地，所述污泥热解部分设有氮气源、冷凝器、热解油收集罐、循环水泵、干燥器、过滤器、集气罐、残渣收集器和热电偶；这些组件与热解反应斧和温控仪共同完成污泥热解，其中：所述氮气源与所述热解反应斧进气孔相连，所述热解反应斧一侧设置有温控仪，所述热解反应斧底部与所述残渣收集器相连，所述热解反应斧顶部通入大气并分别连接所述冷凝器进口和所述热电偶，所述冷凝器出口分别连接所述热解油收集罐和所述干燥器进口，所述干燥器出口连接所述过滤器进口，所述过滤器出口连接所述集气罐。

优选的，所述热解反应斧底部设置有可开启密封板，通过该密封板与所述残渣收集器连接。

优选地，所述热解反应斧设有用于污泥搅拌的搅拌装置。

优选地，所述热解反应斧顶部设置法兰，所述法兰设置有四个开孔，分别为进气孔、出气孔、搅拌装置插入孔和热电偶插入孔。

更优选的，所述出气孔设置有三通阀，所述三通阀连接两根排气管，一根排气管通入大气，另一根排气管连接所述冷凝器。

优选地，所述氮气源通过耐高压橡胶管与所述热解反应斧进气孔相连，在耐高压橡胶管上还设置有转子流量计和压力计。

优选地，所述过滤器出口设置累计流量计。

优选地，所述冷凝器至少一个，两个以上需设置三通阀，用以分别连接下一个冷凝器和所述热解油收集罐。

原始污泥落入填料漏斗后，开启自动送料器的可开启密封挡板，原始污泥由自动送料器送入热解反应斧，自动送料器的控制开关控制污泥进入热解反应斧的质量和速度；然后，开启热解反应斧，由温控仪设定终温和持续时间，同时开启搅拌装置和热解反应斧第一排气管阀口，关闭第二排气管阀口，开始对污泥进行干化处理，产生的水蒸气经第一排气管排出；污泥被处理至半干；干化完毕后，关闭自动送料器的可开启密封挡板和第一排气管阀口，以保证热解反应斧内污泥热解处于封闭空间内；开启氮气源，同时开启第二排气管阀口，向整个处理系统内通入氮气以排空空气，并通过压力计检验系统的气密性；由温控仪设定热解反应斧的升温程序，并设定搅拌装置中搅拌棒的转速；开启循环水泵；启动温控仪开始升温；过程中产生的热解气体中的可凝性物质经过冷凝器冷凝后被收集到热解油收集罐；不可凝气体通过干燥器和过滤器后进入集气罐；当热解反应充分后，关闭氮气源和热解反应斧第二排气管阀口，开启热解反应斧底部的斧底可开启密封板，让热解残渣自动落入到残渣收集器中。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

第一，污泥经过热解处理后产生热解油、热解气体、固体残渣，三相产物均可回收利用，符合固体废弃物处理减量化、无害化、资源化的处理要求。

第二，本系统是集合在一个撬装式可以移动的箱体内，可现场作业，污泥热解回收能量过程不受空间的限制；同时，可将整套系统放置于污水处理厂污泥出口处，直接进行干化、热解处理，大大降低污泥运输费用。

第三，系统采用自动送料形式，减少了人工成本。

第四，充分利用了热解炉的可编程程序，将污泥干燥及热解放在一个设备里面进行，大大减少了干化设备投资。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型结构示意图；

图中：1为热解反应斧，1’为斧底可开启密封板，2为填料漏斗，2’为自动送料器，3为转子流量计，4为压力计，5为搅拌装置，6为法兰，7为三通阀，8为温控仪，9为第一级水冷冷凝器，9’为第二级水冷冷凝器，9”为第三极水冷冷凝器，10为第一热解油收集罐，10’为第二热解油收集罐，10”为第三热解油收集罐，11为循环水泵，12为干燥器，13为过滤器，14为累计流量计，15为集气罐，16为残渣收集器，17为第一铁架台、17’为第二铁架台、17”为第三铁架台，18为热电偶，19为第一固定支架，19’为第二固定支架，20为可移动的热解系统固定箱，21为滑轮，22为氮气瓶，23为第一排气管，23’为第二排气管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提供一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，包括污泥干化部分以及污泥热解部分，所述污泥干化部分连接到所述污泥热解部分，且这两个部分共用热解反应斧和温控仪。

如图1所示，在本实用新型的一实施例中，所述整个系统具体包含如下部件：热解反应斧1、斧底可开启密封板1’、填料漏斗2、自动送料器2’、转子流量计3、压力计4、搅拌装置5、法兰6、三通阀7、温控仪8、第一级水冷冷凝器9、第二级水冷冷凝器9’、第三极水冷冷凝器9”、第一热解油收集罐10、第二热解油收集罐10’、第三热解油收集罐10”、循环水泵11、干燥器12、过滤器13、累计流量计14、集气罐15、残渣收集器16、第一铁架台17、第二铁架台17’、第三铁架台17”、热电偶18、第一固定支架19、第二固定支架19’、氮气瓶22、第一排气管23、第二排气管23’。

上述各个部件的连接或者设置方式为：

本实施例所述填料漏斗2底部连接所述自动送料器2’进口，所述自动送料器2’出口与所述热解反应斧1连接。所述自动送料器2’与所述热解反应斧1连接处设置可开启密封挡板。所述自动送料器2’设置有控制开关，用以控制污泥的送料质量和送料速度。

本实施例所述热解反应斧1底部设置所述斧底可开启密封板1’与所述残渣收集器16相连。

本实施例所述热解反应斧1一侧设置有温控仪8，该温控仪可以同时用于控制污泥干化以及热解的温度。

本实施例所述热解反应斧1顶部设置带八孔螺栓的法兰6密封。

本实施例所述法兰6设置有四个开孔，分别为进气孔、出气孔、搅拌棒插入孔和热电偶插入孔，进气孔用以连接所述氮气瓶22，出气孔设置有所述三通阀7，所述三通阀7其中一阀口连接所述第一排气管23通入大气用以排出废气，另一阀口连接耐高压、耐高温所述第二排气管23’与所述第一级水冷冷凝器9入口相连，搅拌棒插入孔用以连接所述搅拌装置5的搅拌棒（搅拌棒由电机驱动），热电偶插入孔用以连接所述热电偶18。

本实施例所述氮气瓶22通过耐高压橡胶管与所述热解反应斧1进气孔相连，所述氮气瓶22的耐高压橡胶管上设置有所述转子流量计3和所述压力计4。

本实施例中冷凝器为三级冷凝器，所述第一级水冷冷凝器9底部设置三通阀分别连接所述第一热解油收集罐10和所述第二级水冷冷凝器9’入口；所述第二级水冷冷凝器9’底部设置三通阀分别连接所述第二热解油收集罐10’和所述第三极水冷冷凝器9”入口；所述第三极水冷冷凝器9”底部连接所述第三热解油收集罐10”，出口连接所述干燥器12进口。当然,在其他实施例中，冷凝器的数目可以根据需要进行设计。

本实施例所述干燥器12出口连接所述过滤器13的进口。所述过滤器13的出口连接所述集气罐15。所述过滤器13出口设置所述累计流量计14。

本实施例所述循环水泵11用以给所述第一级水冷冷凝器9、所述第二级水冷冷凝器9’和所述第三极水冷冷凝器9”提供冷却。

本实施例所述第一级水冷冷凝器9固定于所述第一铁架台17，所述第二级水冷冷凝器9’固定于所述第二铁架台17’，所述第三极水冷冷凝器9”固定于所述第三铁架台17”。所述第一铁架台17、所述第二铁架台17’和所述第三铁架台17”通过所述第二固定支架19’固定于所述可移动的固定箱20。

在本实用新型的另一实施例中，所述系统设置有可移动的固定箱20，上述所有部件均设置于所述可移动的固定箱20上，所述可移动的固定箱20底部设置有多组所述滑轮21，用以移动整个系统。

本实用新型所述系统具体工作流程：

当原始污泥从沉淀池落入所述填料漏斗2后，所述自动送料器2’的可开启密封挡板开启，原始污泥由所述自动送料器2’自动送入所述热解反应斧1，所述自动送料器2’的控制开关控制原始污泥进入所述热解反应斧1的质量和速度，此时所述热解反应斧1底部的所述斧底可开启密封板1’关闭；然后，开启所述热解反应斧1，由所述温控仪8设定终温为105℃左右、保持时间为20分钟，同时开启所述搅拌装置5和所述第一排气管23阀口，并关闭所述第二排气管23’阀口，开始对污泥进行干化处理，产生的水蒸气经所述第一排气管23排出；原始污泥被处理至半干（含水量40-50%左右）；

干化完毕后，关闭所述自动送料器2’的可开启密封挡板和所述第一排气管23阀口，以保证所述热解反应斧1内原始污泥热解处于封闭空间内；开启所述氮气瓶22，同时开启所述第二排气管23’阀口，向整个系统内通入氮气以排空空气，并通过所述压力计4检验整个系统的气密性；由所述温控仪8设定所述热解反应斧1的升温程序，并设定所述搅拌装置5中搅拌棒的转速；开启所述循环水泵11；启动所述温控仪8开始升温；操作过程中产生的热解气体中的可凝性物质即热解油依次经过所述第一、第二、第三级冷凝器9、9’、9”被分别对应收集到第一、第二、第三热解油收集瓶10、10’10”；不可凝气体即热解燃气依次经过所述干燥器12干燥处理和所述过滤器13过滤处理后进入所述集气罐15收集储存；当热解反应充分后，关闭所述氮气瓶22和所述第二排气管23’阀口，并开启所述热解反应斧1底部的所述斧底可开启密封板1’，让热解残渣即热解焦炭自动落入到所述残渣收集器16中。

如果想要得到高产率及高热值的油类产品，反应温度不宜过高，高温状况下不利用热解油中汽油、柴油等的生成，通常500-600℃是比较合适的温度范围；如果想要得到高产率及高热值的气态产品，反应温度需要适当提高一些，因为在高温条件下，污泥中的一些大分子链继续发生反应，释放出大量H₂、CH₄气体，从而使热解气的热值大大增加。研究表明，当热解终温550℃；反应时间15min；催化剂为三氧化二铁，升温速率20℃/min时热解油的产率和热值最高；当热解终温850℃；反应时间20min；升温速率40℃/min时热解气的产率及能值最高。

城市污水污泥热解油的最高产率可达38%，热解油能值可达36.5MJ/kg；热解气最高产率可以达到22%，热解气中含有大量的H₂、CH₄、CO，能值高达71MJ/kg；热解残渣的产率最高可达40%，热值约为4.5MJ/kg。污泥是可再生资源，污泥热解产生的热解油经过简单与处理即可作为燃料油来使用，热解气体具有较高的热值，同样可以作为燃气使用，热解残渣可进一步加工为碳燃料，经过对污泥进行热解处理，可以实现污泥的完全资源化处理。

采用本实施例所述系统:第一，污泥经过热解处理后产生热解油、热解气体、固体残渣，三相产物均可回收利用，符合固体废弃物处理减量化、无害化、资源化的处理要求；第二，本热解系统是集合在一个撬装式可以移动的箱体内，可现场作业，污泥热解回收能量过程不受空间的限制；同时，可将整套热解装置放置于污水处理厂污泥出口处，直接进行干化、热解处理，大大降低污泥运输费用；第三，系统采用自动送料形式，减少了人工成本；第四，本实用新型充分利用了热解炉的可编程程序，将污泥干燥及热解放在一个设备里面进行，大大减少了干化设备投资。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims

1.一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，包括污泥热解部分，其特征在于还包括污泥干化部分，所述污泥干化部分连接到所述污泥热解部分，且这两个部分共用热解反应斧和温控仪。

2.根据权利要求1所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述污泥干化部分设有自动送料装置，所述自动送料装置出口连接所述热解反应斧，所述热解反应斧一侧设有温控仪；

所述自动送料装置包括填料漏斗和自动送料器，所述填料漏斗底部连接所述自动送料器的进口，所述自动送料器出口与所述热解反应斧连接，且所述自动送料装置和所述热解反应斧之间设置有一可开启密封挡板；

所述自动送料器设置有控制污泥的送料质量和送料速度的控制开关。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于方便整个系统移动的可移动装置。

4.根据权利要求3所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述可移动装置包括可移动的固定箱和滑轮，所述可移动的固定箱用于承载所述的污泥干化部分以及污泥热解部分，所述滑轮设置在所述可移动的固定箱下方。

5.根据权利要求1-2任一项所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述污泥热解部分设有氮气源、冷凝器、热解油收集罐、循环水泵、干燥器、过滤器、集气罐、残渣收集器和热电偶；这些组件与所述热解反应斧和所述温控仪共同完成污泥热解，其中：所述氮气源与所述热解反应斧进气孔相连，所述热解反应斧一侧设置有温控仪，所述热解反应斧底部与所述残渣收集器相连，所述热解反应斧顶部通入大气并分别连接所述冷凝器进口和所述热电偶，所述冷凝器出口分别连接所述热解油收集罐和所述干燥器进口，所述干燥器出口连接所述过滤器进口，所述过滤器出口连接所述集气罐。

6.根据权利要求5所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述热解反应斧底部设置有可开启密封板，通过该密封板与所述残渣收集器连接；

所述热解反应斧设有用于污泥搅拌的搅拌装置。

7.根据权利要求6所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述热解反应斧顶部设置法兰，所述法兰设置有四个开孔，分别为进气孔、出气孔、搅拌装置插入孔和热电偶插入孔。

8.根据权利要求7所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述出气孔设置有三通阀，所述三通阀连接两根排气管，一根排气管通入大气，另一根排气管连接所述冷凝器。

9.根据权利要求5所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述氮气源通过耐高压橡胶管与所述热解反应斧进气孔相连，在耐高压橡胶管上还设置有转子流量计和压力计；

所述过滤器出口设置累计流量计。

10.根据权利要求5所述的一种撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统，其特征在于，所述冷凝器至少一个，两个以上需设置三通阀，用以分别连接下一个冷凝器和所述热解油收集罐。