專利名稱：烴污染土壤的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化被有機物，如烴污染的土壤或其他固體物的方法，本發(fā)明特別涉及用流化床氧化器破壞土壤中污染物的方法。
隨著環(huán)保意識的增強，人們認(rèn)識到烴污染土壤已成為潛在的環(huán)境和健康的公害。盛裝烴，如原油或石油產(chǎn)品，如汽油或柴油的容器，有時會發(fā)生滲漏，使其中一部分烴流入周圍的土壤中。隨著時間的推移，烴在土壤中不斷積聚，最后會污染附近的水源。
可以采用一種比較經(jīng)濟的方法來凈化這類被污染的土壤。優(yōu)選地，用于凈化這類土壤的設(shè)備應(yīng)具有某種程度的可移動性，以便可以將其運到污染處，從而避免采用花費較多的將大量土壤運至中心處理廠的方法。
根據(jù)本發(fā)明，被烴污染的土壤是在流化床氧化器的氧化室內(nèi)與含有氧氣的熱氣流混合而凈化的。熱氣流的溫度應(yīng)足夠高，使得當(dāng)其與土壤接觸時，能使土壤中的輕烴揮發(fā)出并立即自燃。氣流通過裝置時也起著氣動輸送的作用。燃燒反應(yīng)放出的熱量使污染土壤中的其余烴揮發(fā)并燃燒，導(dǎo)致閃蒸氧化。
熱氣流(一次空氣)優(yōu)選是來自鼓風(fēng)機，鼓風(fēng)機產(chǎn)生的氣體一部分在一適宜的裝置內(nèi)被間接加熱，然后進入氧化室;其余空氣(二次空氣)進入與氧化室同心的，套在其外的園筒內(nèi)。二次空氣經(jīng)氧化室室壁上大量的孔進入氧化室內(nèi)，避免了氧化室室壁的過熱和磨損。
在進入預(yù)熱裝置之前，將土壤輸送到一次空氣流中。此時土壤已經(jīng)旋轉(zhuǎn)鎖氣室(rotary air-block)粗濾，粒徑較小。
二次空氣是切向引入外圓筒內(nèi)的;二次空氣經(jīng)氧化室室壁上的孔進入氧化室內(nèi)，能夠使其中的土壤和熱氣混合物保持流態(tài)化狀態(tài)。氧化室由直徑遞增的五段組成。這樣，當(dāng)氣體體積增大時，能保持氣速在恒定范圍內(nèi)上下波動。二次空氣的切向引入及氣體體積增大時的非線性調(diào)節(jié)，使得氧化室內(nèi)的流動相產(chǎn)生湍流。
煅燒室(incinerator)的產(chǎn)物為處理后的土壤和加工氣(process gas)的氣-固混合物，其中，加工氣包括過量熱氣和燃燒產(chǎn)物。氣-固混合物自動輸送到用于分離凈化后的土壤和加工氣的裝置中。優(yōu)選地，該分離步驟中使用一個或多個旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器中出來的加工氣可以進一步用習(xí)用方法處理，以除去可能存在于其中的空氣污染物。
氧化室內(nèi)的溫度和壓力可以通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和引入預(yù)熱裝置的熱量來控制。還可以通過調(diào)節(jié)二次空氣的引入量來進一步控制溫度。優(yōu)選地，將流化床氧化器置于可調(diào)節(jié)的斜面上，這樣，通過調(diào)整斜面的傾斜度就可以控制停留時間。
本發(fā)明實施例的特征如圖所示，其中

圖1為本發(fā)明方法的流程圖;及圖2為流化床氧化器的剖面平面圖(一段)。
本發(fā)明涉及一種在流化床氧化器內(nèi)煅燒污染物，以凈化被有機物，如烴污染的砂、土壤或其他固體物的方法。本發(fā)明適用于處理任何不燃固體物，但為便于討論，以土壤的凈化為例來描述本發(fā)明方法。然而，應(yīng)該認(rèn)識到，必須從廣義上理解術(shù)語土壤的含義，它還包括其他不燃固體物，只要其顆粒的粒徑小于1mm。
參見圖1，被烴污染的土壤6進入倒置的錐形漏斗10中，粗濾后的土壤12進入流化床氧化器20內(nèi)。土壤是經(jīng)旋轉(zhuǎn)鎖氣室14粗濾的，該鎖氣室位于轉(zhuǎn)筒篩/混合器/均化器13A出料口下面。漏斗10優(yōu)選是可裝10噸左右的污染土壤;螺旋運輸器從漏斗中定量提取土壤并將其傳送到運輸帶10B內(nèi)，運輸帶再將土壤壓送至轉(zhuǎn)筒篩內(nèi)。進料在重力作用下經(jīng)旋轉(zhuǎn)鎖氣室粗濾后，得到粒徑約為1mm的小顆粒。旋轉(zhuǎn)鎖氣室可以是帶有很多孔的孔板，每孔直徑約為5mm。
從鎖氣室出來后，物料進入預(yù)熱室13B中，并經(jīng)氣動輸送到流化床氧化器中的預(yù)氧化室13C中。
在優(yōu)選實施例中，如圖1所示，一次空氣和二次空氣來自鼓風(fēng)機產(chǎn)生的大量空氣52。鼓風(fēng)機周邊上的管子用于引出部分氣體60作為二次空氣。
在預(yù)熱裝置中，一次空氣在金屬管32內(nèi)被間接加熱到烴的閃點以上。這些金屬管安置于容器33內(nèi)，并由燃燒爐34供熱。流動相在形狀按空氣動力學(xué)設(shè)計的預(yù)氧化室13C內(nèi)作湍流運動，以保證氣/固相混合充分均勻。煙氣從該容器中排出并進入文丘里嘴(ven turi nozzle)34A，然后與一次空氣混合而產(chǎn)生的溫升就使得其在流化床氧化器中的氧化室內(nèi)自燃。為了使輕烴自燃，氧化室內(nèi)必須有足夠的氧氣和保持一定的溫度。氧氣量和溫度可以分別通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速和由燃燒爐引入預(yù)熱裝置的熱量來控制。流化床內(nèi)燃燒反應(yīng)放出的熱使污染土壤中的重?zé)N揮發(fā)并燃燒，發(fā)生閃蒸氧化。
參見圖2，流化床氧化器由3個同心放置的空心園筒組成內(nèi)筒24，中筒26和外筒28。流化床氧化器傾斜放置，使得氧化室內(nèi)的流體至少產(chǎn)生部分向上的流動。
流化床氧化器的內(nèi)筒為氧化室，筒長約7米，它由直徑順序增大的5段組成。直徑增大的多少-在每段開始時-取決于裝置的總體大小-這需要考慮氧化室內(nèi)流動相體積的增加量，以通過增大直徑使總流速在恒定范圍內(nèi)上下波動。每一段床層內(nèi)流速不斷的變化及二次空氣的切向引入有助于保持流化床內(nèi)的湍流狀態(tài)-即有助于氣-固相充分混合，并使輕烴的燃燒反應(yīng)引發(fā)重?zé)N的燃燒反應(yīng)。調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速和流化床氧化器的斜度，可以控制氧化室內(nèi)流動相的停留時間。
在氧化室外套有中筒，其間被一板30隔開。二次空氣經(jīng)由內(nèi)筒壁和中筒壁圍成的環(huán)形空間-根據(jù)伯努力定律-從孔36進入氧化室。這樣，氧化室的室壁既隔離了流動相的高溫，又避免了氣動輸送的土壤顆粒的磨損。除引起湍流作用外，二次空氣的另一個作用是為氧化反應(yīng)提供更多的氧氣。在體積一定的一段床層內(nèi)，由于氣體體積增大引起流速增大，但當(dāng)流動相進入氧化室中下一段床層(較大的)時，引起的流速降低將抵銷上述流速的增加。流動相流經(jīng)氧化室期間，上述變化會發(fā)生五次，使得流動相始終保持湍流狀態(tài)。
外筒套在中筒外，外筒和中筒形成的第二個環(huán)形空間為冷卻氣室42。流動于冷卻氣室內(nèi)的冷卻氣用來移走一部分氧化室內(nèi)燃燒反應(yīng)放出的熱量。為了更好地改善傳熱，在中筒外側(cè)，沿其軸向按一定間隔裝有輻射狀翅片44，翅片向第二環(huán)形空間內(nèi)伸出約0.5m。
污染土壤中的有機物氧化后生成氣-固混合物72，其中包括處理后的土壤，過量熱氣和燃燒產(chǎn)物。多數(shù)氧化產(chǎn)物為氣體，如二氧化碳，水蒸汽，但也可能有固體物，如灰份存在。操作范例表明，幾乎沒有任何灰分存在。這是對于完全氧化而言，因此，從理論上講，不可能生成任何一氧化物。當(dāng)試驗中最高溫度低于1000℃，處理過程中會生成氮的一氧化物NO。如果烴中含有含硫化合物，可以預(yù)計會生成硫的氧化物。在試驗中，將物料與磨細(xì)的重質(zhì)石灰混合，即刻生成無水石膏/石膏，就可以除去該類硫成分。氣-固混合物進入氣-固分離器80中，其中含有上述的氣相組分和凈化固體物84，固體物84中包括處理后的土壤和可能的某些灰分。
在優(yōu)選實施例中，使用旋風(fēng)分離器實施該分離步驟，旋風(fēng)分離器是眾所周知的，它包括一個圓筒形的室，切向進入其中的氣-固混合物產(chǎn)生渦流。在離心力的作用下，顆粒的慣性將顆粒摔向室壁。在重力作用下，固體顆粒一接觸到室壁就落入旋風(fēng)分離器底部。在優(yōu)選實施例中，為了改善抗磨力，旋風(fēng)分離器內(nèi)襯一層陶瓷物質(zhì)。旋風(fēng)分離器底部的閥門用來維持旋風(fēng)分離器內(nèi)的固體顆粒的量及控制固體物流。
雖然只描述了使用一個旋風(fēng)分離器的情況，但為了改善氣-固分離效果，還可以使用多個分離器。當(dāng)使用多個分離器時，可以將其串聯(lián)、并聯(lián)或二者混合使用。
流化床氧化器產(chǎn)生的加工氣82位于旋風(fēng)分離器的上部，并可放空。但是，如果加工氣中存在相當(dāng)量的污染物，可以將其在加工氣凈化器90中進一步凈化，如采用氣體洗滌或選擇性催化還原，凈化后的加工氣92可以放空，在排放加工氣時，還可以用一熱交換器回收廢熱用于預(yù)熱進入氧化器的空氣。
實施本發(fā)明方法的設(shè)備簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，可以很方便地用無頂平板卡車、單節(jié)機動有軌車、船或駁船運輸，使得凈化過程具有一定程度的可移動性，可以在污染地處理。由于將大量的土壤運至中心處理廠凈化的方法費用昂貴，本發(fā)明方法可以大大降低土壤處理的費用。
經(jīng)本發(fā)明方法處理的土壤可以作為填料或其他用途，而不存在污染環(huán)境的危險，如果裝置可以移動，就可以在同一地點收集、處理和置換污染土壤。
所述實施例只是用來說明而不是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以在本發(fā)明思想和發(fā)明范圍內(nèi)設(shè)計出各種其他的安裝方式。本發(fā)明的保護范圍如下述權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.處理被有機化合物污染的土壤的方法，包括以下步驟經(jīng)旋轉(zhuǎn)鎖氣室粗濾被污染的土壤；利用鼓風(fēng)機和預(yù)熱裝置產(chǎn)生間接預(yù)熱的一次空氣流和二次空氣流；將具有足夠高溫度和壓力的粗濾土壤和熱氣流導(dǎo)入流化床氧化器，且在氧化器中停留足夠長的時間，使烴發(fā)生氧化并生成處理后的固體物和加工氣混合物；及分離處理后的固體物和加工氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的分離步驟是在旋風(fēng)分離器中進行的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的分離步驟是在多級旋風(fēng)分離器內(nèi)進行的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括用旋轉(zhuǎn)鎖氣室粗濾漏斗中被污染的土壤的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括將鼓風(fēng)機產(chǎn)生的氣體通過預(yù)熱裝置形成熱氣流的步驟。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述的流化床氧化器傾斜安置，熱氣流和粗濾土壤從預(yù)熱裝置前引入，處理后的土壤和加工氣混合物在流化床反應(yīng)器上部形成。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括調(diào)整流化床氧化器傾斜度以控制停留時間的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括這樣的步驟將二次空氣穿過氧化室室壁上大量的孔，目的是保持流化床流態(tài)化;使氧化室室壁隔熱;避免氧化室室壁磨損。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括處理加工氣以除去其中的大氣污染物的步驟。
10.處理被有機化合物污染的土壤的方法，包括下述步驟將經(jīng)旋轉(zhuǎn)鎖氣室粗濾的土壤和一次空氣通過預(yù)熱裝置，然后進入氧化室;經(jīng)氧化室的多孔壁使二次空氣形成環(huán)繞氧化室的多層空氣流;使二次空氣穿過氧化室孔壁，與一次空氣和土壤的氣-固混合物混合形成流化態(tài)混合物，在足夠高溫度、壓力下，停留足夠的時間使有機化合物氧化生成包含處理后的土壤和氣體的氣-固混合物;及從處理后的土壤中分離出加工氣。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中分離步驟是在旋風(fēng)分離器中進行的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中分離步驟可以在多級旋風(fēng)分離器中進行。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括預(yù)熱來自鼓風(fēng)機的氣體的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的流化床氧化器是傾斜安裝的，粗濾后的土壤和熱氣從流化床氧化器底部進入，加工氣和處理后的土壤的混合物從氧化器的上部形成，進一步包括下述步驟調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速/流化床氧化器內(nèi)空氣的體積;及調(diào)節(jié)流化床氧化器傾斜度以控制停留時間。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括將二次空氣引入氧化室的步驟。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括處理加工氣以除去其中的大氣污染物的步驟。
全文摘要
處理被烴或其他有機物污染的土壤的方法包括將土壤經(jīng)旋轉(zhuǎn)鎖氣室粗濾，然后進入預(yù)熱裝置中并經(jīng)一次空氣氣動輸送至氧化室。二次空氣經(jīng)氧化室室壁上大量的孔進入氧化室，與氧化室內(nèi)土壤-氣體混合物混合并使其保持流化狀態(tài)。氧化室傾斜安置，以便由熱氣和污染土壤組成的氣-固混合物向上流動，流化床的溫度由一次空氣的溫度控制，其溫度應(yīng)能使氧化室內(nèi)的輕烴自燃，輕烴燃燒反應(yīng)放出的熱使污染土壤中其余有機物揮發(fā)并燃燒。
文檔編號F23G7/14GK1080705SQ9310750
公開日1994年1月12日 申請日期1993年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月26日
發(fā)明者西格弗雷德·伊曼紐爾·蒂什勒 申請人:西格弗雷德·伊曼紐爾·蒂什勒, 利姆巴哈斯里·薩卡提·巴納公司