本实用新型涉及一种开放性水域污泥处理用热解反应器，属于资源环境技术领域。
背景技术：
我国幅员辽阔，各种开放性水域（天然河流、湖泊、港湾及城市河道）众多；在许多经济发达、人口密集地区，工农业生产等人类活动导致绝大多数的开放性水域受到不同程度的污染，大量污染物在底部污泥中富集、造成底部污泥的严重污染。当外界环境发生变化时，底部污泥中蓄积的污染物会重新释放至水环境，成为长久性污染源。
我国的开放性水域底部污泥存在体量大、分布范围广的特点。疏浚法是目前国内外治理污染河湖的主要措施，即通过机械作用将被污染的开放性水域底部污泥疏浚到地面、再进行后续处理。目前，我国对于疏浚的开放性水域底部污泥的综合利用刚刚起步，主要采用的还是填埋、堆肥等方法，这些处理技术存在投资较大、处理不彻底、产生二次污染或不能有效回收污泥中的能源等问题。随着生态文明建设目标的提出和相关法律的完善，将开放性水域的底部污泥进行无害化处理和资源化利用是今后必然的选择。
与开放性水域底部污泥的处理相比，我国在生产污泥、生活污泥的处理方面具有更多研究。目前，已报道的用于污泥资源化利用的方法包括生物制氢、厌氧消化产沼气和热解制油三种。其中，热解制油技术较为成熟，处理设备简单，污泥能量利用率较好、甚至污泥接近完全利用，但是，与生活污泥、生产污泥相比，开放性水域底部污泥量很大、分布范围广、含水量和杂质含量比较高，通常，市政污泥未经处理前含水量高达99％，且含有重金属(如Co、Pb、Ni等)，污泥的有机成分中含有大量的蛋白质、脂肪、矿物油、腐殖质、细菌以及细菌的各级代谢产物，其中也包含了寄生虫或卵、微生物、一些工业用高分子材料的残渣、废油漆、各种有机溶剂的残余、有机物的焦或者是不完全分解物，使得污泥制油难度大大提高。目前的污泥热解反应器，往往具有设备占地面积大、处理量小、能耗高、产油率低等缺点，无法大规模推广和应用。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种污泥最大化利用的开放性水域污泥处理用热解反应器，能够将污泥中的有机质充分转化为高热值的燃料油，同时副产可回收利用的不凝性气体和固体残渣，产油率高、生产效率高。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
一种开放性水域污泥处理用热解反应器，包括反应釜、电加热装置、半连续化加料装置和循环冷却装置；所述电加热装置内部开设有与反应釜外壁形状相配合的内腔，反应釜设置于电加热装置内腔中、其顶部设置釜盖所述反应釜的釜盖上设置污泥进料口和进气口，釜底设置出料口；在反应釜内部还设置有贯穿釜盖的搅拌装置，所述搅拌装置包括设置在反应釜内部的搅拌杆和桨片、以及设置在反应釜外部的用于输出搅拌动力的搅拌电机；所述循环冷却装置包括冷却液循环池、环绕在搅拌杆外部的与冷却液循环池相连通冷却盘管；所述半连续化加料装置包括与反应釜相连通的料仓，料仓的仓底高度不低于反应釜的釜顶高度；所述料仓顶部设置加料口，其中部通过进料管与反应釜的污泥进料口相连通，底部通过出料管与反应釜的出料口相连通，所述进料管与出料管上均设置可开合的阀门；所述料仓上还安装有液位计。
本实用新型的进一步改进在于：所述电加热装置通过立于地面的支架进行固定。
本实用新型的进一步改进在于：所述反应釜的进气口设置进气管，所述进气管一端连接气体输送管道，另一端插入反应釜中部。
本实用新型的进一步改进在于：所述反应釜上还设置有温度传感器、安全阀和第一压力传感器，所述第一压力传感器的连接管路上分支第一排气管道，所述第一排气管道上安装第一减压阀。
本实用新型的进一步改进在于：所述料仓顶部设置有第二压力传感器，第二压力传感器的连接管路上分支有第二排气管道，第二排气管道连通至不凝气体接收装置；所述第二排气管道上安装有第二减压阀。
本实用新型的进一步改进在于：所述反应釜外壁与电加热装置内腔之间、进料管与出料管的管壁上均设置保温层。
本实用新型的进一步改进在于：所述进料管和污泥进料口之间、出料管和出料口之间均通过法兰盘进行连接固定。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本实用新型提供了一种开放性水域污泥处理用热解反应器，结构简单、设计合理，采用连续投料方式，将开放性水域污泥中的有机大分子物质充分转化为液态有机小分子，使污泥中有机质的40%以上转化为热值不小于33 MJ/kg的燃料油，相应有机质的转化率高达90%以上，同时生产大量的不凝性气体和固体残渣，达到了污泥的最大化利用，显著降低了环保压力。
本实用新型的反应釜与半连续化加料装置的料仓相连接，当反应釜中的污泥热解完全后再将料仓中储存的污泥分批次加入反应釜中进行连续反应，一方面减少了投料次数和充泄压操作频率，能够使得污泥中残存的有机大分子得到充分的转化，提高热解反应效率和产油率；另一方面，由于开放性水域污泥中的有机质含量低于城市污泥，单次热解后产生的油及不凝性气体较少，此时进行产品提取在收率和经济性上并不可行，因此，本实用新型可以实现多次连续的热解反应，将生成的油贮存在料仓中，待生成的油富集到达一定量后再进行后续的萃取步骤，减少后续处理的频率和成本。
本实用新型热解所产生的高温气体产物不是直接进行冷凝，而是通过管路引入半连续化加料装置的料仓中，第一，有效利用高温气体产物的热能对料仓中存储的污泥进行预热，减少污泥在反应釜中的加热时间，减少能量消耗；第二，料仓中存储的低温污泥自发形成了一个“冷凝装置”，来自反应釜的高温气体与低温污泥接触后冷凝生成油，并由于密度较小的原因而漂浮到污泥表面，无需设置额外的冷凝装置和冷凝液系统，可直接实现高温气体的冷凝与分离；第三，反应釜中的高温气体由反应釜转移至料仓中，未凝结的气体在料仓中产生压力、从而实现料仓压力和反应釜压力的平衡，料仓中的污泥在高度差作用下流入反应釜中，无需额外提供加料动力。
本实用新型在使用过程中，开放性水域污泥中的水逐渐汽化、形成蒸汽压，从而在反应釜内部形成高压、即可实现高压反应，而无需外加产生高压设备，减少占地面积和维护检修难度。
本实用新型的进气管与氮气输送管道和氢气输送管道相连通，使用前依次使用氮气置换空气、使用氢气置换氮气；氢气的通入，一方面可以使热解油中的不饱和烃转化为熔点较低的饱和烃，提高油产率，实现污泥的资源化利用；另一方面可以使开放性水域污泥中含有的难降解的致癌物质多环芳烃（PAHs）发生转化，从而实现污泥的无害化；经检测，所得到的燃料油测试指标均符合380CST质量标准的要求。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图中：1-反应釜，11-釜盖，12-螺栓，13、进气管，14-温度传感器，15-安全阀，16-第一压力传感器，17-第一减压阀，2-电加热装置，21-支架，3-料仓，31-进料管，32-出料管，33-第二压力传感器，34-第二减压阀，35-加料口，36-球阀，37-止回阀，38-液位计，4-冷却盘管，51-搅拌杆，52-桨片，53-搅拌电机。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
一种开放性水域污泥处理用热解反应器，如图1所示，包括反应釜1、电加热装置2、半连续化加料装置、搅拌装置和循环冷却装置。
所述电加热装置2通过设置在地面上的支架21进行支撑固定，将电能转化为热能为反应釜1进行加热；所述电加热装置2中开设有内腔，内腔的形状与反应釜1的外壁形状相吻合，反应釜1稳固置于电加热装置2的内腔中，且反应釜1外壁与电加热装置2内腔的内壁之间设置保温层，可使反应釜1外壁充分、均匀受热，保证反应程度一致。
所述反应釜1的顶部设置釜盖11，釜盖11和反应釜1之间通过数条螺栓12进行均匀固定、以避免高压反应漏气。所述反应釜的釜盖11上设置污泥进料口和进气口，釜底设置出料口；其中，污泥进料口用于待热解污泥原料的送入，进气口用于进行氮气置换和通入氢气，热解反应所产生的固渣由出料口排出。所述反应釜1内还设置搅拌装置，搅拌装置包括搅拌电机53、搅拌杆51和桨片52，所述搅拌杆51贯穿釜盖11，其底端伸入反应釜1下部并连接桨片52，其顶端位于反应釜1外侧、与搅拌电机53传动连接；通过搅拌电机53的动力输出带动搅拌杆51和桨片52转动，实现对反应物的均匀搅拌。所述反应釜1的进气口处密封设置进气管13，所述进气管13一端连接气体输送管道，另一端插入反应釜1的反应釜1中部、且末端向上挑起形成弯钩状，保证气体均一充入反应釜1中、并加强反应釜1内部的传热传质效果。
所述反应釜1上还设置有温度传感器14、第一压力传感器16和安全阀15，在第一压力传感器16的连接管路上分支第一排气管道，所述第一排气管道上安装有第一减压阀17；其中，所述温度传感器14伸入反应釜1中部，实时显示反应釜内部的温度；第一压力传感器16实时监测反应釜内部的压力，安全阀15用于在特殊状况下进行泄压操作、避免爆炸，第一减压阀17用于保证热解反应过程中反应压力的稳定，当反应釜压力过高时可通过第一减压阀17进行泄压。
所述循环冷却装置包括冷却液循环池、冷却盘管4和循环泵，所述冷却液循环池中设置热交换装置，低温的冷却液在循环泵的驱动下经冷却盘管4进入反应釜1中、对反应物进行冷却，换热后的高温冷却液送回冷却液循环池中进行降温、然后作为低温冷却液循环使用。所述冷却盘管4设置在反应釜1的中部、桨片52的上方，且环绕搅拌杆51设置，这样可使冷却液的冷量尽快的进行传播和扩散，加快反应物降温速度。
所述半连续化加料装置包括与反应釜1相连通的料仓3，所述料仓3的仓底高度不低于反应釜1的釜顶高度。所述料仓3顶部设置用于添加待处理污泥的加料口35，加料口35在加料时打开、加料完毕后封闭。所述料仓3中部通过进料管31与反应釜1的污泥进料口相连通，进料管31由料仓3中部插入、并向下弯折后连通至料仓3下部；所述料仓3底部通过出料管32与反应釜1底部的出料口相连通。所述进料管31和污泥进料口之间、出料管32和出料口之间均通过法兰盘进行连接固定，连接稳定性高；所述进料管31与出料管32的管壁上均设置有保温层、减少物料在流动过程中热量的散失，且在进料管31与出料管32上均设置可开合的阀门，以根据实际使用需求来调整管路的开合，其中，进料管31上设置有球阀36，出料管32上设置有止回阀37。所述料仓3顶部还设置有第二压力传感器33，第二压力传感器33的连接管路上分支有第二排气管道，第二排气管道连通至不凝气体的接收装置，来自反应釜1的不凝气体通过第二排气管道送入接收装置中富集、并进一步进行脱硫脱碳后作为燃料使用；所述第二排气管道上安装有第二减压阀34，用于控制不凝气体的排出压力和排出速度。所述料仓3上还安装有液位计38，通过液位计38可以观察到料仓3中污泥容量和凝结油量，从而精准控制每次向反应釜1中加入的污泥量。
本实用新型的工作过程为：
步骤A：预处理
将待处理的污泥沉淀两小时后，加入催化剂碳酸钠混匀，通过人工或泵送的方式将污泥送入反应釜中，盖上釜盖并旋紧螺栓；此时，进料管和出料管的阀门均关闭；
步骤B：热解
打开反应釜的进气口，通入氮气排空反应釜中的空气，置换三次；然后通入氢气置换三次后，关闭进气口；打开电加热装置和搅拌装置，对反应物进行升温搅拌反应，通过温度传感器和压力传感器监视反应釜内部的物料温度和压力，待反应釜内的温度和压力达到要求（温度：300℃~350℃，压力：8 MPa ~16 MPa）后，开始记录反应时间（15 min ~60 min）；热解过程中随时监控反应釜内压力的变化，若压力降低，则向反应釜中通入氢气增压，若压力降低，则调节第一减压阀进行适量放气减压；
步骤C：产物分离提取与半连续化加料
热解反应结束后，关闭电加热装置，向冷却盘管中通入冷却液、对釜内物料进行降温；待温度降低至250℃后，缓慢打开进料管上的球阀，反应釜内的高温气体沿进料管逸入预先加入了待处理污泥的料仓中；在料仓中，高温气体进入污泥底部，在上升过程中与冷的待处理污泥发生接触、进行热量交换，待处理污泥被预热，高温气体中的一部分被冷凝成油、漂浮于待处理污泥的液面上，另一部分未凝结的气体逸出待处理污泥表面、在料仓内产生新的压力；当料仓与反应釜之间的压力达到平衡后，打开出料管上的止回阀，料仓和反应釜之间的高度差使得料仓内的待处理污泥自动流入反应釜内进行补充，达到半连续化加料。加料完成后，关闭料仓与反应釜之间的的球阀和止回阀，继续进行高温高压热解反应，同时通过料仓顶部的第二泄压阀将不凝性气体导入不凝气体收集装置中，排除料仓中的压力。
步骤D：出料及后处理
料仓中的待处理污泥经过2~3次的半连续化加料后完全转移至反应釜中，进行热解反应结束后，重复步骤C中的冷却降温、高温气体逸入料仓过程，通过前几次热解时收集的油状液体对高温气体进行冷凝，最终在料仓内获得有机相油状气体，反应釜内残留固体残渣；
待反应釜内的压力降至常压（≤0.1MPa）、温度降至室温时，打开釜盖、以及釜底与出料管的法兰，由釜底排料口收集固体残渣和少量液体，由出料管管口接收冷凝油状液体。所述固体残渣经过水洗、烘干后，得到多孔性黑色固体，加工后可作为建筑材料使用；所述油状液体取出后，采用高温减压蒸馏的方法将水分蒸发得到高纯度燃料油。
料仓中的不凝性气体经第二排气管道排至不凝气体接收装置进行收集后、送入进一步处理装置。
以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。