專利名稱：一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對含氯代有機物工業(yè)廢物處理設備，特別涉及一種紅外加熱半密封式含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備。
背景技術：
近年來,持久性有機污染物(POPs, Persistent Organic Pollutions)對人體和環(huán)境帶來的危害已經(jīng)成為世界各國關注的環(huán)境焦點。POPs —般都具有毒性，包括致癌性、生殖毒性、神經(jīng)毒性、內(nèi)分泌干擾特性等，它嚴重危害生物體，并且由于其持久性，這種危害一般都會持續(xù)一段時間。更為嚴重的是，一方面POPs具有很強的親脂憎水性，能夠在生物器官的脂肪組織內(nèi)產(chǎn)生生物積累，沿著食物鏈逐級放大，從而使在大氣、水、土壤中低濃度存在的污染物經(jīng)過食物鏈的放大作用，而對處于最高營養(yǎng)級的人類的健康造成嚴重的負面影響；另一方面，POPs具有半揮發(fā)性，能夠在大氣環(huán)境中長距離遷移并通過所謂的“全球蒸餾 效應”和“蚱蜢跳效應”沉積到地球的偏遠極地地區(qū)，從而導致全球范圍的污染傳播。鑒于此2001年5月22日在瑞士的斯德哥爾摩通過了《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》，該公約在2004年5月17日開始生效。氯代有機污染物主要包括有機氯農(nóng)藥(OCPs)和多氯聯(lián)苯(PCBs)是一類重要的POPs物質，我國目前還存在大量的含氯代有機物工業(yè)廢物庫存以及大量的污染場地急需修復，對生態(tài)環(huán)境、飲用水安全等構成了嚴重威脅。用于氯代有機污染物處理的技術主要包括焚燒技術和非焚燒技術兩大類。危險廢物焚燒技術具有處理效率高、處理量大等優(yōu)點，但是焚燒技術的處理成本昂貴，同時存在潛在的二次污染風險，導致焚燒技術近年來并不被民眾所接受。非焚燒技術或者稱為化學處理技術，各種化學技術根據(jù)其所采用的材料以及反應條件的不同存在一定的差異，但是一般具有處理費用較低、設備靈活方便等優(yōu)點。堿催化分解技術(BO), Base-Catalyzed decomposition)是美國環(huán)保局風險降低工程實驗室和美國海軍工程服務中心聯(lián)合開發(fā)的用于修復被有機氯污染物(如PCBs、二噁英、農(nóng)藥等)污染的液體、土壤、淤積物、沉積物等污染物的一種非燃燒技術。BCD技術主要是在堿性環(huán)境及氮氣環(huán)境中，加入氫供體催化劑等試劑后，加熱到300°C以上，反應一段時間之后，實現(xiàn)對氯代有機污染物的破解。傳統(tǒng)堿催化工藝主要存在以下問題(I)傳統(tǒng)的電加熱方式升溫速率慢、能源利用效率低，導致每批次反應時間增加，設備處理能力降低，能耗增加；(2)尾氣出口為開放式，導致系統(tǒng)中氣體流速較大，增加了尾氣處理系統(tǒng)的負荷；(3)反應為序批式，在氯代有機物脫氯解毒反應完成之后，需要等反應物料從反應溫度300°C以上冷卻至常溫之后才能進行出料，導致能量利用率和處理能力降低，同時反應過程中投加的過量堿性物質會在冷卻過程中結塊，導致出料困難；(4)高溫尾氣冷凝后產(chǎn)生的冷凝液一般采用全部回流或者不回流的方式進行處理，不回流會導致氯代有機物堿催化脫氯效率的降低，而全部回流時，冷凝液中的水分容易導致堿催化反應器內(nèi)壓力瞬間增加，存在一定的風險。另外，目前國內(nèi)還沒有堿催化處理氯代有機物工業(yè)廢物的工程實踐，缺少完整的處理系統(tǒng)設備。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有堿催化分解技術所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種紅外加熱半密封式的含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，該設備具有升溫速率快，能源利用效率高；整體結構為半密封式，尾氣處理系統(tǒng)負荷小，安全性高；高溫物料直接出料，物料不結塊；冷凝液部分回流，有機相被回流處理，處理效率提高的特點，最終實現(xiàn)對含氯代有機物工業(yè)廢物的快速高效堿催化脫氯解毒處理。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，包括氫供體儲罐I，氫供體儲罐I通過計量泵2與核心反應器5進氣口連接，氮氣發(fā)生器3與核心反應器5進氣口相連，氮氣發(fā)生器3與冷卻罐7進氣口相連，斗式提升機4出料口與核心反應器5固體物料口連接；核心反應器5與取樣裝置6的樣品出口相連通，核心反應器5下出料口與冷卻罐7的進料口連接，核心反應器5的上方尾氣出口與冷凝器8的進氣口連接；冷凝器8的冷凝液出口與下方的分水器9連接，冷凝器8的出氣口與活性炭吸附塔10連接；分水器9的回流管路與 核心反應器5的冷凝液回流口連接，分水器9的下出料口與下方的冷凝液儲罐13連接；冷卻罐7尾氣出口與活性炭吸附塔10連接；冷卻罐7與抽濾槽11的進料口相連通，抽濾槽11與抽濾罐12連接，抽濾罐12與真空泵14連接，真空泵14與氫供體儲罐I相連接。所述的核心反應器5外壁設置保溫層15。所述的核心反應器5中設置框式加槳葉式復合攪拌槳16。所述的核心反應器5出料口為錐型17。所述的分水器9設置有冷凝液回流管19和冷凝液進料管18，冷凝液回流管19與核心反應器5的冷凝液回流口連接，冷凝液進料管18與冷凝器8的冷凝液出口連通。本發(fā)明首先用氮氣發(fā)生器3內(nèi)的氮氣對整個系統(tǒng)進行清掃，把含氯代有機物工業(yè)廢物、催化劑(鐵粉)、氫氧化鈉和氫供體(石蠟油)分別通過斗式提升機4和計量泵2加入至核心反應器5中。在核心反應器5內(nèi)將物料加熱至30(Γ360度并攪拌，使氯代有機物發(fā)生堿催化分解反應而去除。反應過程中產(chǎn)生的尾氣通過冷凝器8和活性炭吸附塔10冷凝、吸附之后排放；冷凝液儲罐13中的冷凝液有機相回流至核心反應器5中繼續(xù)反應。反應完成后核心反應器5中的物料出料至下方的冷卻罐7中進行冷卻，核心反應器5中可以開始下一輪反應。反應后物料在冷卻罐7中冷卻至約50度時出料至下方的抽濾槽11中進行抽濾，實現(xiàn)反應后物料的固液分離，其中液相物質進行回用，而固相物質經(jīng)檢測符合排放標準之后進行排放。本發(fā)明具有升溫速率快，能源利用效率高；整體結構為半密封式，尾氣處理系統(tǒng)負荷小，安全性高；高溫物料直接出料，物料不結塊；冷凝液部分回流，有機相被回流處理，處理效率提高的特點，最終實現(xiàn)對含氯代有機物工業(yè)廢物的快速高效堿催化脫氯解毒處理。


圖I為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為核心反應器5示意圖。圖3為分水器9示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的工作原理和工藝流程作進一步的說明。參照圖1，一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，包括氫供體儲罐1，氫供體儲罐I通過計量泵2與核心反應器5進氣口連接，氮氣發(fā)生器3與核心反應器5進氣口相連，氮氣發(fā)生器3與冷卻罐7進氣口相連，保證反應過程以及高溫物料出料過程在氮氣氛圍中進行，斗式提升機4出料口與核心反應器5固體物料口連接；核心反應器5與取樣裝置6的樣品出口相連通，核心反應器5下出料口與冷卻罐7的進料口連接，核心反應器5的上方尾氣出口與冷凝器8的進氣口連接；冷凝器8的冷凝液出口與下方的分水器9連接，冷凝器8的出氣口與活性炭吸附塔10連接；分水器9的回流管路與核心反應器5的冷凝液回流口連接，分水器9的下出料口與下方的冷凝液儲罐13連接；冷卻罐7尾氣出口與活性炭吸附塔10連接；冷卻罐7與抽濾槽11的進料口相連通，抽濾槽11與抽濾罐12連接,抽濾罐12與真空泵14連接，真空泵14與氫供體儲罐I相連接。參照圖2，核心反應器5外壁設置保溫層15，因反應后高溫物料直接出料，因此物 料冷卻不在核心反應器中進行，通過設置保溫層可以降低能量損耗。參照圖2，核心反應器5中設置框式加槳葉式復合攪拌槳16，防止反應過程中物料沉積及粘壁。參照圖2，核心反應器5出料口為錐型17，防止催化劑鐵粉沉積在出料口從而影響催化反應效果。參照圖3，所述的分水器9設置有冷凝液回流管19和冷凝液進料管18，冷凝液回流管19與核心反應器5的冷凝液回流口連接，冷凝液進料管18與冷凝器8的冷凝液出口相連通。核心反應器5采用紅外加熱方式進行加熱，提高加熱速率和能量利用效率。堿催化分解反應在半密閉條件下發(fā)生，反應初期整套系統(tǒng)密閉，反應過程中，當系統(tǒng)壓力超過一定值以后，系統(tǒng)泄壓，之后繼續(xù)密閉反應。半密閉條件通過活性炭吸附塔前的泄壓閥G8控制，壓力超過O. 25MPa時，泄壓閥開啟泄壓，以防止反應系統(tǒng)超壓。核心反應器5的出料方式為高溫直接出料，在30(Γ360度反應一段時間之后，打開閥門L3物料直接出料至下方的冷卻罐中進行冷卻。斗式提升機4與核心反應器5采用密封連接，防止進料過程中含氯代有機物固體廢物泄露。核心反應器5中設置框式加槳葉式復合攪拌槳16，防止反應過程中物料沉積及粘壁。核心反應器5出料口為錐型17，防止催化劑鐵粉沉積在出料口從而影響催化反應效果。冷卻罐6與活性炭吸附塔10通過氣動閥門G4連接，用于吸收冷卻罐充氮及進料過程中產(chǎn)生的尾氣。分水器9的冷凝液回流管19與核心反應器5的冷凝液回流口連接，回流管路位置設置與核心反應器處理量相關，以保證每批次反應只需開啟分水器放水閥門一次。
冷凝器8的冷凝液出料管路18伸至分水器9的底部，以防止尾氣不經(jīng)過冷凝器而是通過分水器直接與活性炭吸附塔連接。分水器9頂部與冷凝器8尾氣出口連接，以平衡冷凝器與分水器中的壓力，防止冷凝器中的冷凝液不能自然流入分水器中。氮氣發(fā)生器3通過氣動閥門Gl與核心反應器5進氣口相連，氮氣發(fā)生器3通過氣動閥門G3與冷卻罐7進氣口相連，核心反應器5通過取樣閥L8與取樣裝置6的樣品出口相連通，核心反應器5下出料口通過氣動閥門L3與冷卻罐7的進料口連接，分水器9的下出料口通過氣動閥門L7與下方的冷凝液儲罐13連接；冷卻罐7通過冷卻罐出料閥L4與抽濾槽11的進料口相連通 冷卻罐7底部設置有冷卻罐進冷卻水閥L5，冷凝器8底部設置有冷凝器進冷卻水閥L6，這兩個水閥都與外部冷卻水管路相通。氫供體儲罐I上設置有氫供體進料閥LI。分水器9的回流管路與核心反應器5連接，其管路上設置有冷凝液回流閥L2。核心反應器5的上方尾氣出口通過反應器排氣閥G2與冷凝器8連接。冷卻罐7尾氣出口通過G4-冷卻罐排氣閥與活性炭吸附塔10連接。冷凝器8設置有冷凝器排氣閥G5和泄壓閥G8。真空泵14通過氫供體儲罐真空閥G7與氫供體儲罐I相連接。抽濾罐12與真空泵14連接，管路上設置有抽濾罐真空閥G6，本發(fā)明的工作原理為操作前檢查所有閥門關閉。加料操作之前對設備內(nèi)的空氣進行置換，打開氮氣發(fā)生器3，先置換核心反應器5、冷凝器8、分水器9中的空氣，按順序依次打開閥門G5、G2、G1、L7、L9對系統(tǒng)進行空氣置換；完成后開啟閥門L3、L4，關閉閥門L7、L9、G5，對冷卻罐7中的空氣進行置換；置換完成之后關閉所有的閥門。打開閥門SI，利用斗式提升機向核心反應器5中，按照先后順序和物料比例分別加入含氯代有機物廢物、堿性物質和催化劑鐵粉。關閉閥門SI，打開閥門LI，開計量泵2，向核心反應器中加入一定量的氫供體。關閉閥門LI，打開紅外加熱和攪拌，對物料進行加熱。加熱至約100度時，打開閥門G2、L6對冷凝器通入冷卻水，升溫階段當反應釜壓力超過設定預警值之后，打開閥門G5對系統(tǒng)進行泄壓，之后關閉閥門G5繼續(xù)加熱升溫。反應過程當中，保證反應溫度為300°C 360。。。加熱過程中時，油水分離器9中液面超過回流管路后，打開閥門L2，使有機相冷凝液回流；當冷凝水的上液面快要到達回流管路時，打開閥門L7使冷凝水流入冷凝液儲罐中，當冷凝水全部流出之后關閉閥門L7，如此反復。反應過程中每隔lh，打開閥門L8取出樣品，之后關閉閥門L8繼續(xù)反應。反應完成之后，關閉紅外加熱裝置，關閉閥門G2、L2，關閉冷卻水閥門L6 ;開啟冷卻罐7的攪拌電機，依次打開閥門L5、L3、G4，將高溫物料直接出料至冷卻罐中；出料完成之后關閉閥門G4、L3，停止反應釜攪拌；如果緊接著開始下一批次的反應，則直接按前面的步驟向核心反應器中添加物料開始下一輪反應；如果不再進行反應，則清洗核心反應器。冷卻罐7中的溫度降到規(guī)定溫度時，打開閥門L4，(為保證出料順暢，打開閥門G3)，將冷卻罐中的物料出料至下方的抽濾槽11中。出料完成后，停止冷卻罐攪拌，關閉閥門G3、L4，關閉冷卻水閥門L5。打開真空泵，打開閥門G6、L9進行抽濾，實現(xiàn)剩余物料中的油渣分離；分離后的廢油通過管道收集處理，殘渣通過排渣車排掉。實驗結果一將六氯苯(氯代有機物)、氫氧化鈉(堿性物質)、石蠟油(氫供體)、鐵粉(催化劑)按 照質量比為I :5 :10 :2加入設備中進行反應，反應溫度為360度，反應4h后，六氯苯的去除率達到99. 99%以上，六氯苯的脫氯效率達到95%以上。實驗結果二將硫丹、氫氧化鈉、石蠟油、鐵粉按照質量比為I :3 6 :0. 6，反應溫度為330度，反應3h后，硫丹的去除率達到99. 99%以上，硫丹的脫氯效率達到99%以上。 圖中I-氫供體儲罐，2-計量泵，3-氮氣發(fā)生器，4-斗式提升機，5-核心反應器，6-取樣裝置，7-冷卻罐，8-冷凝器，9-分水器，10-活性炭吸附塔，11-抽濾槽，12-抽濾罐，13-冷凝液儲罐，14-真空泵，15-保溫層，16-框式和槳葉式復合攪拌槳，17-錐型口，18-冷凝液進料管，19-冷凝液回流管。Gl-核心反應器進料閥，G2-反應器排氣閥，G3-冷卻罐進氣閥，G4-冷卻罐排氣閥，G5-冷凝器排氣閥，G6-抽濾罐真空閥，G7-氫供體儲罐真空閥，G8-泄壓閥，LI-氫供體進料閥，L2-冷凝液回流閥，L3-反應器出料閥，L4-冷卻罐出料閥，L5-冷卻罐進冷卻水閥，L6-冷凝器進冷卻水閥，L7-分水器排水閥，L8-取樣閥。
權利要求
1.一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，其特征在于，包括氫供體儲罐(I)，氫供體儲罐(I)通過計量泵(2)與核心反應器(5)進氣口連接，氮氣發(fā)生器(3)與核心反應器(5)進氣口相連，氮氣發(fā)生器(3)與冷卻罐(7)進氣口相連，斗式提升機(4)出料口與核心反應器(5)固體物料口連接；核心反應器(5)與取樣裝置(6)的樣品出口相連通，核心反應器(5)下出料口與冷卻罐(7)的進料口連接，核心反應器(5)的上方尾氣出口與冷凝器(8)的進氣口連接；冷凝器(8)的冷凝液出口與下方的分水器(9)連接，冷凝器(8)的出氣口與活性炭吸附塔(10)連接；分水器(9)的回流管路與核心反應器(5)的冷凝液回流口連接，分水器(9)的下出料口與下方的冷凝液儲罐(13)連接；冷卻罐(7)尾氣出口與活性炭吸附塔(10 )連接；冷卻罐(7 )與抽濾槽(11)的進料口相連通，抽濾槽(11)與抽濾罐(12 )連接，抽濾罐(12)與真空泵(14)連接，真空泵(14)與氫供體儲罐(I)相連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，其特征在于，所述的核心反應器(5)外壁設置保溫層(15)。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，其特征在于，所述的核心反應器(5)中設置框式加槳葉式復合攪拌槳(16)。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，其特征在于，所述的核心反應器(5)出料口為錐型(17)。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，其特征在于，所述的分水器(9)設置有冷凝液回流管(19)和冷凝液進料管(18)，冷凝液回流管(19)與核心反應器(5 )的冷凝液回流口連接，冷凝液進料管(18 )與冷凝器(8 )的冷凝液出口相連通。
全文摘要
一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應設備，氫供體儲罐與核心反應器連接，氮氣發(fā)生器與核心反應器相連，氮氣發(fā)生器與冷卻罐相連，斗式提升機與核心反應器連接；核心反應器與取樣裝置相連，核心反應器與冷卻罐連接，核心反應器與冷凝器連接；冷凝器與分水器連接，冷凝器與活性炭吸附塔連接；分水器與核心反應器連接，分水器與冷凝液儲罐連接；冷卻罐與活性炭吸附塔連接；冷卻罐與抽濾槽相連，抽濾槽與抽濾罐連接，抽濾罐與真空泵連接，真空泵與氫供體儲罐連接；氮氣對整個系統(tǒng)進行清掃，在核心反應器內(nèi)將廢物加熱反應，尾氣冷凝、吸附之后排放；具有利用率高；安全性高的特點。
文檔編號A62D3/36GK102895755SQ20121036559
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2012年9月26日
發(fā)明者蔣建國, 肖葉, 殷曉東, 楊勇 申請人:清華大學, 北京鼎實環(huán)境工程有限公司