一种处理持久性有机危废的系统及方法与流程

本发明总地涉及土壤修复领域，具体涉及一种处理持久性有机危废的系统及方法。

背景技术：

近年来随着我国现代化城市建设的发展,城市内的可用土地越来越少。因此，早期位于城区的许多高污染物行业,如化工及相关行业的工厂都搬出城区,留下了大量被化工污染的场地。废弃的化工污染场地被开发作商用和民用,但场地中大量有毒污染物的存在已经成为一个新的环境问题。尤其当环境中存在多溴联苯醚(包括十溴联苯醚、五溴联苯醚、八溴联苯醚等物质)、苯系物、二噁英类物质(pbdd/fs)、杀虫剂、杀菌剂、化学品的副产物等有机化学物质时，严重影响着城市环境安全和人民生活质量。因此场地污染修复技术的开发成为一个新兴的污染控制技术领域而受到高度关注。

关于场地修复技术,从污染土壤的能量供给方式看,焚烧、热脱附、热裂解、辐射加热固定化等都属于热修复范畴。热修复可以通过对污染土壤供给热能,升高温度使挥发性半挥发有机污染物从污染土壤中脱附出来；也可以通过焚烧、热裂解等方式使有机污染物分解或者通过加热融化和凝固受污染土壤来固定污染物。在各种污染场地修复工程中,热修复技术作为一种最主要的污染场地修复技术在发达国家场地修复方面得到广泛应用。

热脱附技术是通过对污染土壤供给热能,升高温度使挥发性半挥发有机污染物从污染土壤中脱附出来。但大部分热脱附技术产生的废气(即挥发性半挥发有机污染物)需通过净化装置进行净化处理，其富集到脱附剂中，依然以污染物形式存在于环境中，存在二次污染隐患。另外，采用净化装置除去废气，也增加了设备投资和运行费用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低能高效清洁处理持久性有机危废的系统及方法，该系统易操作，设备运行稳定可靠，整个过程清洁节能，无污染物排放。整个系统热效率高、系统综合运行费用低，经济效益明显。

持久性有机危废是指盛放过有机化学物质的容器，也可以是被有机化学物质污染的土壤等。有机化学物质包括多溴联苯醚(包括十溴联苯醚、五溴联苯醚、八溴联苯醚等物质)、苯系物、二噁英类物质(pbdd/fs)、杀虫剂、杀菌剂、化学品的副产物。

本发明提供了一种处理持久性有机危废的系统，其中，所述系统包括热解干馏炉和出料机，所述热解干馏炉包括炉体、布料板和燃气加热器，所述炉体为封闭的腔体，所述布料板安装在所述炉体的炉底上，并且所述布料板和所述炉底被构造成可同步旋转，所述燃气加热器设置在所述布料板上方和/或下方，所述炉体上设有进料口、热解气出口、固体产物出口；所述燃气加热器包括热解气入口、加热空气入口和烟气出口；所述出料机包括固体产物入口、空气入口、加热空气出口和冷却固体产物出口，所述空气入口和所述加热空气出口分别设置在所述出料机的两侧；所述热解干馏炉的热解气出口连接所述燃气加热器的热解气入口，所述燃气加热器的加热空气入口连接所述出料机的加热空气出口，所述热解干馏炉的固体产物出口连接所述出料机的固体产物入口。其中，所述热解干馏炉能够为环形密封结构。所述燃气加热器的烟气出口能够连接脱硝和脱硫系统(该系统的投运需根据烟气中含硫量而定)，该系统用于脱除烟气中的氮氧化物和硫化物。然后所述烟气能够通入活性炭吸附装置，达到污染物零排放后送入烟囱排放。

优选地，根据前述的处理持久性有机危废的系统，其中，所述空气入口和所述冷却固体产物出口设置在所述出料机的同一侧。

优选地，根据前述的处理持久性有机危废的系统，其中，所述出料机为圆盘出料机。所述出料机的叶片半径与中心轴半径的比例为2.5-5：1。其中，所述中心轴连接处的所述叶片的中间空隙间距能够为20-50mm。所述叶片能够为空心结构，所述中心轴能够为空心结构。所述叶片和所述中心轴能够通入循环水。

优选地，根据前述的处理持久性有机危废的系统，其中，所述热解干馏炉的炉体内部设有翻料器和原料匀料器。所述翻料器设置在相邻的所述燃气加热器之间，所述原料匀料器设置在所述热解干馏炉的进料口处。所述燃气加热器和所述布料板之间的距离能够为50-100mm。所述翻料器的下边缘和所述布料板的表面之间的距离能够为5-20mm。

或优选地，根据前述的处理持久性有机危废的系统，其中，所述系统还包括进料系统，所述进料系统包括连接的破碎装置和筛分装置，所述筛分装置包括进料口和出料口，所述破碎装置连接所述筛分装置的进料口，所述筛分装置的出料口连接所述热解干馏炉的进料口。

更优选地，根据前述的处理持久性有机危废的系统，其中，所述进料系统还包括上料装置、运输装置和进料仓，所述上料装置连接所述破碎装置，所述运输装置的一端连接所述筛分装置的出料口，另一端连接所述进料仓的上料口，所述进料仓的卸料口连接所述热解干馏炉的进料口。

再优选地，根据前述的处理持久性有机危废的系统，其中，所述运输装置设有物料计量器。所述热解干馏炉还包括红外辐射加热器。所述热解干馏炉分为预热区、热解区和精脱附区。

本发明还提供一种前述的系统处理持久性有机危废的方法，其中，所述方法包括：

(a)含有持久性有机危废的物料经所述进料口进入所述热解干馏炉进行热解，得到固体产物和热解气，所述热解气输送至所述燃气加热器与辅助燃料混合后作为燃气，所述固体产物输送至所述出料机。其中，辅助燃料是外部供入的燃料，例如天然气、液化石油气。

(b)所述固体产物在所述出料机中与空气进行换热，得到冷却固体产物和加热空气，所述加热空气输送至所述燃气加热器作为所述燃气的一部分。

优选地，根据前述的处理持久性有机危废的方法，其中，所述方法在步骤(a)之前还包括以下步骤：

(c)所述含有持久性有机危废的物料在所述破碎装置中进行破碎。优选为将所述物料破碎至粒径小于100mm。

(d)破碎后的物料在所述筛分装置中进行筛分，筛分后的物料输送至所述热解干馏炉。优选地，所述筛分后的物料的粒径小于120mm。

优选地，根据前述的处理持久性有机危废的方法，其中，

步骤(a)中的所述热解包括对所述物料依次进行预热、热解和精脱附，所述预热温度为800-900℃，所述热解温度为900-1000℃，所述精脱附温度为1000-1200℃。

步骤(a)中的所述热解通过所述燃气加热器和/或所述红外线辐射加热器进行，所述燃气加热器的燃烧温度为800-1200℃。优选为900-1150℃。所述燃气加热器用于在所述热解干馏炉中提供热量，使得含有持久性有机危废的物料在所述热解干馏炉中能够进行预热，热解和精脱附。

步骤(a)中的所述燃气在所述燃气加热器中燃烧生成烟气，所述烟气与所述燃气进行换热，换热后的烟气为150℃以内。

步骤(b)中的所述换热还包括向所述中心轴和/或所述叶片通入冷却水，所述固体产物和所述冷却水进行换热。

步骤(b)中的所述圆盘出料机的转速为5-30r/min(转/分)。优选为5-15r/min。

步骤(b)中的所述冷却固体产物的温度为120℃以下。优选为38℃以下。

步骤(b)中的所述加热空气的温度为300-500℃。

热解干馏炉集干燥和热脱附为一体，产生的热脱附产物(即热解气)集中处理，操作简单，运行稳定。热解干馏炉结构独特，热解过程中物料相对布料板不动，翻料装置转速慢，热脱附的气体产物中含有粉尘极低。

热脱附的气体产物直接跟燃气混合燃烧，既可为该热解干馏炉补充能量，又能将热脱附的气体彻底分解为无毒无害气体，解决二次污染问题，并且无需昂贵的净化系统，降低设备投资。

采用圆盘出料机可实现固体残渣(即固体产物)的降温和空气的预热，直接换热效率高，设备单位体积处理能力大，同时实现固体残渣中极少量有机挥发物更进一步分离，提高脱附能力。同时换热后的空气作为助燃气供热解干馏炉使用，提高系统热利用率。

本发明提供的处理持久性有机危废的系统既可用于含挥发分低的危废，也可用于处理含挥发分高的危废，可长期平稳操作，设备故障率极低。

附图说明

图1为本发明提供的一种实施方案的处理持久性有机危废的系统；

图2为本发明提供的一种实施方案的处理持久性有机危废的方法；

附图标记：

101、上料装置；102、破碎装置；201、筛选装置；202、输送装置；300、热解干馏炉；301、进料仓；302、燃气加热器；303、热解气出口；304、热解气入口；305、烟气出口；306、翻料器；307、热解干馏炉的进料口；308、布料板；309、加热空气入口；400、固体产物出口；500、出料机；501、空气入口；502、加热空气出口；503、固体产物入口；504、冷却固体产物出口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种处理持久性有机危废的系统，其中，该系统包括热解干馏炉300和出料机500。热解干馏炉300包括炉体、布料板308和燃气加热器302，炉体为封闭的腔体，布料板308可旋转的安装在炉体的炉底上，燃气加热器302设置在布料板308上方和/或下方，炉体上设有进料口307、热解气出口303、固体产物出口400。燃气加热器302包括热解气入口304、加热空气入口309和烟气出口305；出料机500包括固体产物入口503、空气入口501、加热空气出口502和冷却固体产物出口504，空气入口501和加热空气出口502分别设置在出料机500的两侧；热解干馏炉300的热解气出口303连接燃气加热器300的热解气入口304，燃气加热器302的加热空气入口309连接出料机500的加热空气出口502，热解干馏炉300的固体产物出口400连接出料机500的固体产物入口503。其中，热解干馏炉300能够为环形密封结构，热解干馏炉300的转速为10-200min/r(分/转)。燃气加热器300的烟气出口305能够连接脱硝脱硫系统(该系统的投运需根据烟气中含硫量而定)，该系统用于脱除烟气中的氮氧化物和硫化物。然后烟气能够通入活性炭吸附装置，达到污染物零排放后送入烟囱排放。

物料(即含有持久性有机危废的污染物)进入热解干馏炉300进行热解。燃气加热器302的燃烧温度随着物料在热解干馏炉300的运动方向依次升高，物料中不同沸点的有机挥发分依次被分离，剩下残渣通过固体产物出口400送入出料机500中。热解干馏炉300热解产生的有机挥发分通过热解气出口303和热解气入口304直接送回热解干馏炉300的燃气加热器302中与辅助燃料混合得到燃气，该燃气燃烧为热解干馏炉300热解提供热量。残渣在出料机500中与经空气入口501进入的常温空气进行换热。空气还可以将残渣残留的极少数有机挥发分进一步置换出来，其随换热后的空气经加热空气出口502和加热空气入口309一起进入燃气加热器302中与燃气混合燃烧，可彻底除去有机组分。

在一种实施方案中，热解干馏炉分为预热区、热解区和精脱附区。物料依次通过热解干馏炉的各区。

在一种实施方案中，空气入口501和冷却固体产物出口504设置在出料机500的同一侧。残渣与常温空气进行逆向换热。

在一种实施方案中，出料机500为圆盘出料机。出料机500的叶片半径：中心轴半径的比例为2.5-5：1。中心轴连接处的叶片的中间空隙间距为20-50mm。叶片为空心结构，中心轴为空心结构。叶片和中心轴能够通入循环水。采用圆盘出料机，一方面物料随圆盘的转动可实现与空气充分的接触，增强换热效果；另一方面，出料机500的叶片和中心轴内部可以走循环冷却水，可根据需要能将固体物料的温度降低至38℃以下。

在一种实施方案中，热解干馏炉300的炉体内部设有翻料器306和原料匀料器。翻料器306设置在相邻的燃气加热器302之间，原料匀料器设置在热解干馏炉300的进料口307处。优选地，布料板308的布料厚度为20-400mm，燃气加热器302和布料板308之间的距离为50-100mm，翻料器302的下边缘和布料板308的表面之间的距离为5-20mm。

在热解干馏炉300的进料口处设置原料匀料器，所述原料匀料器位于布料板308上方，可将物料均匀布置在布料板308上。翻料器306用于物料的翻动，使内层物料与外层物料得以充分混合，促进了热传递、热传导以及有机组分的挥发。燃气加热器302的温度随着物料在热解干馏炉300运动方向依次升高。整个热解过程采用辐射加热，避免物料与燃气加热器接触，造成设备运转异常。

在一种实施方案中，系统还包括进料系统，进料系统包括连接的破碎装置102和筛分装置201，筛分装置201包括进料口和出料口，破碎装置102连接所述筛分装置201的进料口，所述筛分装置201的出料口连接所述热解干馏炉300的进料口307。破碎装置102对物料进行破碎，筛分装置201对破碎后的物料进行筛分，符合筛分标准的物料输送至热解干馏炉300，不符合筛分标准的物料从筛分装置201排出。如果不符合筛分标准的物料属于未破碎的石块，则可以与残渣堆放一起外运；如果属于未破碎的含有持久性有机危废的物料则需要返回破碎装置102做进一步的破碎。筛分装置201能够为滚筒筛。

在一种实施方案中，进料系统还包括上料装置101、运输装置202和进料仓301，上料装置101连接破碎装置102，所述运输装置202的一端连接所述筛分装置201的出料口，另一端连接所述进料仓301的上料口，所述进料仓301的卸料口连接所述热解干馏炉300的进料口307。符合筛分标准的物料通过输送装置202送入进料仓301中,而后进入热解干馏炉300。

在一种实施方案中，运输装置202设有物料计量器，用于计量物料的输送速度和累计输送量。运输装置可控制进料速度，由此实现进料仓301中物料的密封作用，使热解干馏炉300的进料口307与外界环境隔绝，避免空气直接进入炉体内。另外，通过控制进料速度也可直接控制热解干馏炉300中布料板308的布料厚度。

在一种实施方案中，热解干馏炉300还包括红外辐射加热器。

如图2所示，本发明还提供一种前述的系统处理持久性有机危废的方法，其中，方法包括：

(a)含有持久性有机危废的物料经进料口进入热解干馏炉进行热解，得到固体产物和热解气，热解气输送至燃气加热器与辅助燃料混合后作为燃气，固体产物输送至出料机。具体地，热解通过燃气加热器和/或红外线辐射加热器进行。燃气加热器的燃烧温度为800-1200℃。优选为900-1150℃。燃气加热器的燃烧温度随着物料在热解干馏炉运动方向依次升高，物料中不同沸点的有机挥发分依次被分离，剩下残渣(即固体产物)通过固体产物出口送入出料机中。热解干馏炉热解产生的挥发性有机混合物直接送回热解干馏炉燃气加热器中与外供的辅助燃料混合燃烧，为热解干馏炉热解提供热量。

(b)固体产物在出料机中与空气进行换热，得到冷却固体产物和加热空气，加热空气输送至燃气加热器作为燃气的一部分。

在一种实施方案中，步骤(a)中的热解可包括对物料依次进行预热、热解和精脱附。通过利用燃气加热器进行加热，将预热区的温度控制在800-900℃，使物料能够被预热并除去物料中的水分；热解区的温度控制在900-1000℃，使得物料中的有机成分发生热解反应，并使大部分有机化学物质挥发除去，使得残留物料中的有机化学物质的含量在5-8质量％的范围内；精脱附区的温度控制在1000-1200℃，使得物料中的少量有机化学物质也被除去，最终残留在物料中的有机化学物质含量在2质量％以下。所述燃气加热器302用于在所述热解干馏炉300中提供热量，使得物料在所述热解干馏炉300中能够进行预热，热解和精脱附。

在一种实施方案中，步骤(a)中的燃气在燃气加热器中燃烧生成烟气，烟气与燃气进行换热，换热后的烟气为150℃以内。烟气温度在2s内急降至150℃以内，烟气的热量得以回收，另外，烟气快速的降温可有效避免有害气体的重新合成。然后，烟气通过烟气出口能够送入脱硝脱硫系统集中处理，脱除气体中的氮氧化物和硫化物。然后通入活性炭吸附装置，达到污染物零排放后送入烟囱排放。

在一种实施方案中，步骤(b)中的换热还包括向中心轴和/或叶片通入冷却水，固体产物和冷却水进行换热。

在一种实施方案中，步骤(b)中的圆盘出料机的转速为5-30r/min。优选为5-15r/min。物料随圆盘的转动可实现与空气充分的接触，增强换热效果。

在一种实施方案中，步骤(b)中的冷却固体产物的温度为120℃以下。优选为38℃以下。

在一种实施方案中，步骤(b)中的加热空气的温度为300-500℃。

在一种实施方案中，方法在步骤(a)之前还包括以下步骤：

(c)含有持久性有机危废的物料在破碎装置中进行破碎。具体地，物料通过上料装置送至破碎装置进料口，在破碎装置的作用下，物料破碎至粒径小于100mm。

(d)破碎后的物料在筛分装置中进行筛分，筛分后的物料输送至热解干馏炉。具体地，粒径小于120mm的筛下物(即符合筛选标准的物料)通过输送装置送入进料仓中，而后进入热解干馏炉。粒径大于120mm的筛上物(即未符合筛选标准的物料)通过筛分装置出口排出。如果筛上物属于未破碎的石块，则可以与残渣堆放一起外运；如果属于未破碎的物料则需要返回破碎装置做进一步地破碎。

实施例1

某焦化厂搬迁，该厂产生的有机危废污染土壤面积达50多亩，最深的地方达12m，主要污染物为苯系物和烃类化合物。

采用本发明提供的处理持久性有机危废的系统对其土壤进行异位修复。由于该领域属于厂区内污染，土壤中带有大量的石块，因此采用本系统过程中在预处理前端增设一台分选机，将大型石块先筛分出来，再送入破碎装置进行破碎处理。在滚筒筛的作用下，粒径大于120mm的筛上物通过滚筒筛出口返回破碎装置做进一步的破碎，粒径小于100mm的物料通过输送装置送入带有密封装置的进料仓，而后进入热解干馏炉。通过输送装置上安装物料计量器来计量物料的输送速度和累计输送量，并且控制进料速度在5±0.2t/h。

在热解干馏炉入口端设置有原料匀料器，将物料均匀布置在布料板上，布料厚度控制在150±20mm。通过布料板上方和/或下方均匀布置有多根燃气加热器加热升温，并开启翻料器对物料进行翻料。翻料器下边缘离布料板表面高度控制在8±2mm。另外，设置的燃气加热器离物料上表面高度为60±5mm。燃气加热器的燃烧温度控制在800-1200℃，以便在热解干馏炉中进行加热。其中，通过利用燃气加热器进行加热，将预热区的温度控制在800-900℃，使物料能够被预热并除去物料中的水分；热解区的温度控制在900-1000℃，使得物料中的有机成分发生热解反应，并使大部分有机化学物质挥发除去，使得残留物料中的有机化学物质的含量在5-8质量％的范围内；精脱附区的温度控制在1000-1200℃，使得物料中的少量有机化学物质也被除去，最终残留在物料中的有机化学物质含量在2质量％以下。物料进入热解干馏炉时，在原料匀料器作用下均匀布料在布料板上，并依次通过各区，物料中不同沸点的有机挥发分依次被分离，剩下残渣通过固体产物出口送入圆盘出料机500中。有机挥发分的混合物直接送回热解干馏炉燃气加热器中与外供的辅助燃料混合燃烧，为热解干馏炉热解提供热量。烧后产生的烟气与混合燃气进行换热，烟气温度在2s内急降至150℃以内，烟气的热量得以回收，而后烟气通过烟气出口送入脱硝脱硫系统集中处理。控制翻料器转速为15r/min，实现内层物料与外层物料得以充分混合。控制热解干馏炉的转速在80±5min/r。

控制圆盘出料机转速为8±0.5r/min。从热解干馏炉出料螺旋送出的残渣，通过固体产物出口送入圆盘出料机中与空气进行逆向换热，并向圆盘出料机内部通入常温循环冷却水，可将残渣的温度降低至42℃以下。而空气被圆盘出料机预热到400±10℃，预热的空气经加热空气出口和加热空气入口一起进入燃气加热器中与燃气混合燃烧。

通过使用索氏萃取仪，对定量的处理后的残渣进行萃取，然后用5-8cm厚的无水硫酸钠层对提取瓶中的萃取液进行脱水、过滤处理，得到残渣中的油分，称量质量，油分质量与残渣之比即为残渣单位质量的含油量。通过一周的连续检测测得热解得到的土壤中油分总量小于0.3mg/kg，符合土壤二级质量标准，可作为商业开发用地。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。