專利名稱：一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應(yīng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對含氯代有機物工業(yè)廢物處理設(shè)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(yīng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
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(guān)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(yīng)”和“蚱蜢跳效應(yīng)”沉積到地球的偏遠極地地區(qū)，從而導(dǎo)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(guān)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(zhì)，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(fù)，對生態(tài)環(huán)境、飲用水安全等構(gòu)成了嚴重威脅。用于氯代有機污染物處理的技術(shù)主要包括焚燒技術(shù)和非焚燒技術(shù)兩大類。危險廢物焚燒技術(shù)具有處理效率高、處理量大等優(yōu)點，但是焚燒技術(shù)的處理成本昂貴，同時存在潛在的二次污染風(fēng)險，導(dǎo)致焚燒技術(shù)近年來并不被民眾所接受。非焚燒技術(shù)或者稱為化學(xué)處理技術(shù)，各種化學(xué)技術(shù)根據(jù)其所采用的材料以及反應(yīng)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(shè)備靈活方便等優(yōu)點。堿催化分解技術(shù)(BO), Base-Catalyzed decomposition)是美國環(huán)保局風(fēng)險降低工程實驗室和美國海軍工程服務(wù)中心聯(lián)合開發(fā)的用于修復(fù)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(shù)。BCD技術(shù)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(yīng)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(dǎo)致每批次反應(yīng)時間增加，設(shè)備處理能力降低，能耗增加；(2)尾氣出口為開放式，導(dǎo)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(yīng)為序批式，在氯代有機物脫氯解毒反應(yīng)完成之后，需要等反應(yīng)物料從反應(yīng)溫度300°C以上冷卻至常溫之后才能進行出料，導(dǎo)致能量利用率和處理能力降低，同時反應(yīng)過程中投加的過量堿性物質(zhì)會在冷卻過程中結(jié)塊，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致堿催化反應(yīng)器內(nèi)壓力瞬間增加，存在一定的風(fēng)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(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有堿催化分解技術(shù)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(yīng)設(shè)備，該設(shè)備具有升溫速率快，能源利用效率高；整體結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)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(yīng)設(shè)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(yīng)器5進氣口連接，氮氣發(fā)生器3與核心反應(yīng)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(yīng)器5固體物料口連接；核心反應(yīng)器5與取樣裝置6的樣品出口相連通，核心反應(yīng)器5下出料口與冷卻罐7的進料口連接，核心反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器5外壁設(shè)置保溫層15。所述的核心反應(yīng)器5中設(shè)置框式加槳葉式復(fù)合攪拌槳16。所述的核心反應(yīng)器5出料口為錐型17。所述的分水器9設(shè)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(yīng)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(yīng)器5中。在核心反應(yīng)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(yīng)而去除。反應(yīng)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(yīng)器5中繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)完成后核心反應(yīng)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(yīng)器5中可以開始下一輪反應(yīng)。反應(yīng)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(yīng)后物料的固液分離，其中液相物質(zhì)進行回用，而固相物質(zhì)經(jīng)檢測符合排放標(biāo)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)示意圖。圖2為核心反應(yīng)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(jié)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(yīng)設(shè)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(yīng)器5進氣口連接，氮氣發(fā)生器3與核心反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器5固體物料口連接；核心反應(yīng)器5與取樣裝置6的樣品出口相連通，核心反應(yīng)器5下出料口與冷卻罐7的進料口連接，核心反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器5外壁設(shè)置保溫層15，因反應(yīng)后高溫物料直接出料，因此物 料冷卻不在核心反應(yīng)器中進行，通過設(shè)置保溫層可以降低能量損耗。參照圖2，核心反應(yīng)器5中設(shè)置框式加槳葉式復(fù)合攪拌槳16，防止反應(yīng)過程中物料沉積及粘壁。參照圖2，核心反應(yīng)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(yīng)效果。參照圖3，所述的分水器9設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)在半密閉條件下發(fā)生，反應(yīng)初期整套系統(tǒng)密閉，反應(yīng)過程中，當(dāng)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(yīng)。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(yīng)系統(tǒng)超壓。核心反應(yīng)器5的出料方式為高溫直接出料，在30(Γ360度反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器5中設(shè)置框式加槳葉式復(fù)合攪拌槳16，防止反應(yīng)過程中物料沉積及粘壁。核心反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器5的冷凝液回流口連接，回流管路位置設(shè)置與核心反應(yīng)器處理量相關(guān)，以保證每批次反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)置有冷卻罐進冷卻水閥L5，冷凝器8底部設(shè)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(shè)置有氫供體進料閥LI。分水器9的回流管路與核心反應(yīng)器5連接，其管路上設(shè)置有冷凝液回流閥L2。核心反應(yīng)器5的上方尾氣出口通過反應(yīng)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(shè)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(shè)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(guān)閉。加料操作之前對設(shè)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(yīng)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(guān)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(guān)閉所有的閥門。打開閥門SI，利用斗式提升機向核心反應(yīng)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(zhì)和催化劑鐵粉。關(guān)閉閥門SI，打開閥門LI，開計量泵2，向核心反應(yīng)器中加入一定量的氫供體。關(guān)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(dāng)反應(yīng)釜壓力超過設(shè)定預(yù)警值之后，打開閥門G5對系統(tǒng)進行泄壓，之后關(guān)閉閥門G5繼續(xù)加熱升溫。反應(yīng)過程當(dāng)中，保證反應(yīng)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(dāng)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(dāng)冷凝水全部流出之后關(guān)閉閥門L7，如此反復(fù)。反應(yīng)過程中每隔lh，打開閥門L8取出樣品，之后關(guān)閉閥門L8繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)完成之后，關(guān)閉紅外加熱裝置，關(guān)閉閥門G2、L2，關(guān)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(guān)閉閥門G4、L3，停止反應(yīng)釜攪拌；如果緊接著開始下一批次的反應(yīng)，則直接按前面的步驟向核心反應(yīng)器中添加物料開始下一輪反應(yīng)；如果不再進行反應(yīng)，則清洗核心反應(yīng)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(guān)閉閥門G3、L4，關(guān)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(jié)果一將六氯苯(氯代有機物)、氫氧化鈉(堿性物質(zhì))、石蠟油(氫供體)、鐵粉(催化劑)按 照質(zhì)量比為I :5 :10 :2加入設(shè)備中進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為360度，反應(yīng)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(jié)果二將硫丹、氫氧化鈉、石蠟油、鐵粉按照質(zhì)量比為I :3 6 :0. 6，反應(yīng)溫度為330度，反應(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)器進料閥，G2-反應(yīng)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(yīng)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(quán)利要求
1.一種含氯代有機物工業(yè)廢物堿催化反應(yīng)設(shè)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(yīng)器(5)進氣口連接，氮氣發(fā)生器(3)與核心反應(yīng)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(yīng)器(5)固體物料口連接；核心反應(yīng)器(5)與取樣裝置(6)的樣品出口相連通，核心反應(yīng)器(5)下出料口與冷卻罐(7)的進料口連接，核心反應(yīng)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(yīng)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(quán)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(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述的核心反應(yīng)器(5)外壁設(shè)置保溫層(15)。
3.根據(jù)權(quán)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(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述的核心反應(yīng)器(5)中設(shè)置框式加槳葉式復(fù)合攪拌槳(16)。
4.根據(jù)權(quán)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(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述的核心反應(yīng)器(5)出料口為錐型(17)。
5.根據(jù)權(quán)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(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述的分水器(9)設(shè)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(yīng)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(yīng)設(shè)備，氫供體儲罐與核心反應(yīng)器連接，氮氣發(fā)生器與核心反應(yīng)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(yīng)器連接；核心反應(yīng)器與取樣裝置相連，核心反應(yīng)器與冷卻罐連接，核心反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器內(nèi)將廢物加熱反應(yīng)，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(quán)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(xué), 北京鼎實環(huán)境工程有限公司