專利名稱：城市污泥低溫熱解同時制備生物油和活性炭的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種城市污泥低溫熱解同時制備生物油和活性炭技術，屬于固體 廢棄物資源化處置領域。
背景技術：
根據《國務院關于落實科學發展觀加強環境保護的決定》，2010年城市污水處理率 不低于70%，城市污泥產生量將為418萬噸(折合含水率80%的污泥2090萬噸)。隨著 城市污水處理的規模不斷擴大，污水處理程度逐年升高，污泥產量也急劇增加。目前全國污 水處理能力20萬t/d(含)以上的城市污水處理廠污泥83%沒有經過妥善處置，這些污泥 的出路也沒有一定的保障，造成了污泥無控排放的現狀。因此，如何解決污泥的處理處置出 路，已成為我國城市發展過程中亟待解決的重大環境問題。現有污泥處置技術中，污泥低溫熱解由于重金屬富集于固體殘渣中穩定性好，且 反應溫度低，避開了二惡英生成區，NOx和SOx生成也很少，足以滿足嚴格的政策法規，而其 經濟性又顯著優于焚燒，污泥低溫熱解越來越受到關注。污泥低溫熱解有兩種方式，一種是熱解制油，其方法是在無氧條件下加熱污泥至 一定溫度(< 50(TC )，使污泥發生干餾和熱分解，轉化為油、反應水、不凝結氣和炭等4種 產物。國內外學者對污泥低溫熱解制油進行了大量的研究。加拿大環保學者Campbell HW 和Bridle TR研發出采用臥式反應器的污泥熱解低溫技術，將干污泥置入該反應器中，在 與外部空氣隔絕的條件下，熱解溫度為450°C，產生的氣態產物經冷凝后變成液態油，固體 殘渣成為炭。澳大利亞柏斯的Subiaco污水處理廠和清華大學采用回轉窯污泥低溫熱解技 術，生產燒結炭和熱解油。污泥熱解的另一種方式是碳化。上世紀九十年代許多國家對該技術進行小規模生 產性試驗，如1992年日本ORGANO公司在東京郊區建了一個污泥碳化試驗廠；2005年美國 能源技術公司在加州Railto建立一座每天處理625噸污泥的處理廠，每天約可生產90噸 干的碳化顆粒。上述技術分別側重于制油或制炭，不能同時獲得高品質生物油和活性炭①污泥 熱解主要制油，油作為液體燃料使用，固態熱解產物一般作為低品位燃料或廢棄物處理；② 污泥熱解主要制炭(通常也稱為污泥碳化)，炭作為工業燃料，油和氣的產率低、品質無法 保證，難以資源化利用。主要原因是高品質的生物油需要極短的熱解氣停留時間，時間 過長容易導致揮發分中長鏈分子的進一步裂解，降低產油率；而高品質活性炭則需要盡可 能長的停留時間才能使其中的揮發分得到充分脫除，得到的活性炭才會具有較好的空隙結 構。本發明采用高倍率循環流化床污泥熱解技術解決了這個矛盾，能夠同時獲得高附加值 污泥基產品_生物油和活性碳。
發明內容技術問題針對目前污泥處置成本偏高，普通污泥熱解技術只能獲得單一的資源
3化產品問題，本實用新型提出一種高倍率循環流化床污泥低溫熱解技術，目的在于提供一 種可以同時獲得高附加值生物油和活性炭的低溫熱解裝置。技術方案本實用新型的城市污泥低溫熱解同時制備生物油和活性炭裝置主要包 括熱解反應器、旋風分離器、落料管、回料器、返料管、排渣管、進風口、陶瓷過濾器、冷凝器； 在熱解反應器下部的側面設有進風口，在進風口的上部設有螺旋加料器，在熱解反應器中 的進風口處設有風室，在風室的上部為布風板，在布風板上部為湍流流化區，在湍流流化區 的上部為快速流動區，在熱解反應器的底部設有排渣管連接至布風板；熱解反應器的上部 與旋風分離器的上部連通，旋風分離器的下部通過落料管、回料器、返料管與熱解反應器的 下部的湍流流化區連通，旋風分離器的上部通過管道連接陶瓷過濾器，陶瓷過濾器的下部 為活性炭D的出口，陶瓷過濾器的上部連接冷凝器，冷凝器的下部為生物油H的出口，冷凝 器的上部為不凝結氣I的出口分別連接到回料器和進風口。所述熱解反應器1內的物料在熱解反應器1內的循環倍率保持在30 50，反應器 主體分成湍流流化區和快速流動區兩部分。1、污泥熱解器采用高倍率循環流化床方式，床內分成湍流流化區和快速流動區。2、污泥從湍流流化區加入，采用平均粒徑0.5 Imm的干污泥顆粒，床料(如石 英砂、燃煤底渣等)平均粒徑為1 2mm，湍流流化區顆粒體積密度0. 3 0. 4，料層高度 為1 2m，采用溫度400 500°C、氣速1 1. 5m/s的湍流流化運行方式，其功能是實現床 料、污泥顆粒、返料的良好混合和熱質傳遞，進行污泥脫除部分揮發份和熱解反應形成熱解 炭和熱解氣；3、湍流流化區上部為快速流動區，熱解炭在該區域內完成大部分揮發分脫除和熱 解反應，該區域高度為1 2m，顆粒體積濃度大于0. 1，床層橫截面積較湍流流動區稍小，采 用溫度500°C左右、氣速2 3m/s的快速流動運行方式，減小了熱解氣在床內的停留時間， 有利于提高高品質生物油產量；4、部分熱解炭和床料隨熱解氣從熱解反應器上部流出并進入旋風分離器，其最小 捕集粒徑為0. 1mm。旋風分離器分離下來的污泥顆粒經落料管落入其底部的回料器，通過回 料器重新返回熱解反應器中，再次進行泥脫揮發分和熱解反應。5、熱解炭經過多次循環，循環倍率為30 50，熱解炭中的揮發分得到充分揮發， 空隙結構大大改善，且在高溫和床料的強烈摩擦共同作用下，粒徑不斷減小，直至最后可以 隨熱解氣從旋風分離器上部進入旋風分離器后續的陶瓷過濾器。陶瓷過濾器可在500°C溫 度下保持穩定的工作狀態，同時可以捕集0.2μπι以上的微細活性炭顆粒，減少熱解油中固 體顆粒物含量，有利于提高生物油和活性炭品質，增加活性炭產量；6、陶瓷過濾器排出的熱解氣進入冷凝器，冷凝器將熱解氣中的生物油冷凝下來， 陶瓷過濾器排出的不凝結氣一部分作為流化風送入熱解反應器，一部分作為返料風送入回 料器中，還有一部分作為可燃氣供后續工藝使用。有益效果本實用新型具有如下的特色及優點污泥熱解器采用高倍率循環流化床方式，提高了氣固傳熱效果，解決了普通污泥 熱解反應器只能獲得單一資源化產品的難題，能夠同時獲得高品質生物油和活性炭；
圖1為本實用新型的城市污泥低溫熱解同時制備生物油和活性炭裝置的結構示 意圖。圖中有熱解反應器1、螺旋加料器1-1、風室1-2、布風板1-3、湍流流化區1_4、快 速流動區1-5、旋風分離器2、落料管3、回料器4、返料管5、排渣管6、進風口 7、陶瓷過濾器 8、冷凝器9。污泥A、流化風B、熱解炭C、活性炭D、熱解氣E、返料風F、冷卻水G、生物油H、 不凝結氣I。
具體實施方式
本實用新型裝置主要包括熱解反應器1、旋風分離器2、落料管3、回料器4、返料管 5)、排渣6、進風口 7、陶瓷過濾器8、冷凝器9 ；在熱解反應器1下部的側面設有進風口 7，在 進風口 7的上部設有螺旋加料器1-1，在熱解反應器1中的進風口 7處設有風室1-2，在風 室1-2的上部為布風板1-3，在布風板1-3上部為湍流流化區1-4，在湍流流化區1-4的上 部為快速流動區1-5，在熱解反應器1的底部設有排渣管6連接至布風板1-3 ；熱解反應器 1的上部與旋風分離器2的上部連通，旋風分離器2的下部通過落料管3、回料器4、返料管 5與熱解反應器1的下部的湍流流化區1-4連通，旋風分離器2的上部通過管道連接陶瓷過 濾器8，陶瓷過濾器8的下部為活性炭D的出口，陶瓷過濾器8的上部連接冷凝器9，冷凝器 9的下部為生物油H的出口，冷凝器9的上部為不凝結氣I的出口分別連接到回料器4和進 風口 7。污泥A通過螺旋加料器1-1加入熱解反應器1的湍流流化區1-4。湍流流化區內 干污泥顆粒平均粒徑0. 5 1mm，床料平均粒徑1 2mm，顆粒體積密度0. 3 0. 4、料層高 度1 2m，溫度400 500°C、氣速1 1. 5m/s。熱解反應器1底部設有排渣管6。流化風 B經進風口 7進入風室1-2，經過布風板1-3整流后進入湍流流化區1-4。污泥A在湍流流 化區1-4內的缺氧環境中快速升溫形成熱解炭C和熱解氣E，并進入快速流動區1-5。快速 流動區1-5高度1 2m，顆粒體積濃度大于0. 1，溫度500°C左右，氣速2 3m/s。快速流動 區1-5上部與旋風分離器2相連，熱解氣E攜帶一部分熱解炭C進入旋風分離器2中。旋 風分離器2分離下來的熱解炭C依次進入落料管3和回料器4。回料器4在返料風F的作 用下，使得分離下來的熱解炭C返回熱解反應器1中進行再次熱解。熱解炭C經過多次循 環，粒徑不斷減小，直至最后形成細微顆粒活性炭D，并隨熱解氣E從旋風分離器2上部進入 陶瓷過濾器8。陶瓷過濾器8將活性炭D顆粒捕集下來，陶瓷過濾器8排出的熱解氣E進入 冷凝器9。在冷凝器9內，熱解氣E中的可凝結氣體凝結成液態生物油H從冷凝器9底部排 出；不凝結氣I則從冷凝器9上部排出。一部分不凝結氣I作為流化風B送入熱解反應器 1，一部分不凝結氣I作為返料風F送入回料器，還有一部分不凝結氣I作為可燃氣供后續 工藝使用。
權利要求一種城市污泥低溫熱解同時制備生物油和活性炭的裝置，其特征在于該裝置主要包括熱解反應器(1)、旋風分離器(2)、落料管(3)、回料器(4)、返料管(5)、排渣管(6)、進風口(7)、陶瓷過濾器(8)、冷凝器(9)；在熱解反應器(1)下部的側面設有進風口(7)，在進風口(7)的上部設有螺旋加料器(1 1)，在熱解反應器(1)中的進風口(7)處設有風室(1 2)，在風室(1 2)的上部為布風板(1 3)，在布風板(1 3)上部為湍流流化區(1 4)，在湍流流化區(1 4)的上部為快速流動區(1 5)，在熱解反應器(1)的底部設有排渣管(6)連接至布風板(1 3)；熱解反應器(1)的上部與旋風分離器(2)的上部連通，旋風分離器(2)的下部通過落料管(3)、回料器(4)、返料管(5)與熱解反應器(1)的下部的湍流流化區(1 4)連通，旋風分離器(2)的上部通過管道連接陶瓷過濾器(8)，陶瓷過濾器(8)的下部為活性炭D的出口，陶瓷過濾器(8)的上部連接冷凝器(9)，冷凝器(9)的下部為生物油H的出口，冷凝器(9)的上部為不凝結氣I的出口分別連接到回料器(4)和進風口(7)。
2.根據權利要求1所述的城市污泥低溫熱解同時制備生物油和活性炭的裝置，其特征 在于所述熱解反應器(1)內的物料在熱解反應器(1)內的循環倍率保持在30 50，反應器 主體分成湍流流化區和快速流動區兩部分。
專利摘要城市污泥低溫熱解同時制備生物油和活性炭的裝置采用高倍率循環流化床方式，提高了氣固傳熱效果，解決了普通污泥熱解反應器只能獲得單一資源化產品的難題，在熱解反應器(1)下部的側面設有進風口(7)，熱解反應器(1)的上部與旋風分離器(2)的上部連通，旋風分離器(2)的下部通過落料管(3)、回料器(4)、返料管(5)與熱解反應器(1)的下部的湍流流化區(1-4)連通，旋風分離器(2)的上部通過管道連接陶瓷過濾器(8)，陶瓷過濾器(8)的下部為活性炭D的出口，陶瓷過濾器(8)的上部連接冷凝器(9)，冷凝器(9)的下部為生物油H的出口，冷凝器(9)的上部為不凝結氣I的出口分別連接到回料器(4)和進風口(7)。
文檔編號C02F11/10GK201670822SQ20102017489
公開日2010年12月15日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者馮四平, 吳昌子, 孫國平, 孫宇, 宋敏, 左武, 金保昇, 黃亞繼 申請人:江蘇中容電氣有限公司;東南大學