一种垃圾无害化处理装置及方法与流程

本发明涉及医疗塑料垃圾处理技术领域，具体涉及一种垃圾无害化处理装置及方法。

背景技术

医疗塑料垃圾处理，目前普遍采用的焚烧、高温蒸汽处理深度填埋的处置方式。采用焚烧、深度填埋的处置方式，难免会对空气、土壤、水源造成不同程度的污染。采用高温蒸汽处理医疗塑料垃圾，是对医疗塑料垃圾进行高温蒸汽处理，过程需要控制废气与废液，废气处理方法是车间负压运行并配合除臭喷淋系统进行杀毒灭菌；废液处理方法是把与医疗塑料垃圾废液在处理锅内通过特殊的灭菌、蒸发、干燥、实现达标排放。

采用传统的高温蒸汽处理成本高，因此一些发达国家采用微波灭菌技术来处理医疗塑料垃圾，然而不管采用哪种处理方法，现行的医疗塑料垃圾的处理均没有实现能源的再次利用。

对医疗塑料垃圾采用热裂解技术处理，对产生的热裂解气回收利用，开发相应的医疗塑料垃圾灭菌熔融裂解气无害化处理及利用装置，可实现医疗塑料垃圾能源化利用，是医疗塑料垃圾处理的技术方向。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种垃圾无害化处理装置及方法，结构紧凑、设计合理，目的在于解决传统医塑垃圾高成本的处理方法，实现医疗垃圾处理过程中能源的再次利用，提供了医疗塑料垃圾处理新的技术方向。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种垃圾无害化处理装置，包括热裂解装置、废气处理装置和裂解气回收装置；

所述热裂解装置包括：粉碎进料斗、灭菌熔融管道、热裂解罐、裂解加热炉和集成机架；所述粉碎进料斗内设有粉碎机；所述灭菌熔融管道设有送料螺杆和驱动电机，所述送料螺杆表面设有螺旋叶片，所述送料螺杆固定设置在所述驱动电机的输出轴上，所述送料螺杆和驱动电机外部设有管道外壳；所述灭菌熔融管道进料端连接所述粉碎进料斗，出料端连接所述热裂解罐，所述灭菌熔融管道中部设有排气口和进气口；所述热裂解罐中部通过管道连接所述裂解加热炉，所述热裂解罐设有排气口、推料器和排渣口，所述排气口位于热裂解罐上端，所述排渣口位于热裂解罐相对所述灭菌熔融管道的一端，所述推料器位于热裂解罐内部，其末端连接所述排渣口；所述粉碎进料斗、灭菌熔融管道、热裂解罐和裂解加热炉均固定设置在所述集成机架上；

所述废气处理装置包括：气体中和罐和气体干燥罐；所述气体中和罐设有进气管、排气管和排液口；所述进气管与所述灭菌熔融管道的排气口连接，所述排气管和排液口连接所述气体干燥罐；所述气体干燥罐为双层圆柱体结构，包括外壳和内筒，所述外壳和内筒中间设有保温层；所述气体干燥罐设置有进气口、螺杆、电机、喷液管、排渣口、排气口和热气入口；所述进气口连接所述气体中和罐的排气管，所述螺杆设置在所述电机轴上，螺杆表面设有螺旋叶片，所述喷液管与所述气体中和罐的排液口固定连接，所述排气口通过管道连接所述灭菌熔融管道中部的进气口；

所述裂解气回收装置包括：催化塔、分馏塔和冷凝塔，所述催化塔、分馏塔和冷凝塔通过管道相互连接。

进一步地，所述催化塔包括集气层、催化层和过滤层，所述催化层和过滤层外部设有圆柱壳体；所述过滤层进气端与所述热裂解罐的排气口相连，排气端与所述催化层相连接；所述过滤层设有滤芯，所述催化层包括裂解气腔、催化剂腔和催化气腔，所述裂解气腔与所述过滤层排气端相连，所述催化剂腔和催化气腔的腔壁上均设有通孔，所述裂解气腔、催化剂腔和催化气腔通过所述通孔连通，外部包绕所述圆柱壳体；所述催化剂腔填充设有固体催化剂；所述裂解气腔、催化剂腔和催化气腔上端设有隔板；所述催化剂腔设有燃气加热管，燃气加热管下端进气口与所述热裂解罐的排气口相连，燃气加热管上端排气口延伸出所述隔板至所述集气层内；所述圆柱壳体上部设有催化气排气口和催化剂进料口，下部设有催化剂排料口；所述排气口通过管道连接所述分馏塔；所述集气层包括集气罩和排气管；所述集气罩位于所述催化层上部并与所述圆柱壳体连接设置，所述排气管设置于所述集气罩上端顶部；

进一步地，所述分馏塔包括集液层、分馏层和冷却层，所述集液层、分馏层和冷却层外部设有圆柱壳体；所述分馏层上部设有分馏滤芯，底部设有隔板和升气管，所述隔板设有通孔，所述隔板上端设有所述升气管，所述升气管设有滤网，进气端延伸出壳体外部与所述催化塔的催化器排气口相连，排气端位于所述分馏滤芯下方；所述隔板下端连接所述集液层，所述集液层底部设有油液排料口；所述冷却层连接设于所述分馏层上方，所述冷却层两侧分别固定设有冷却液进料口和冷却液出料口，所述冷却层与所述分馏层连接处固定设有密封挡板，所述冷却层垂心处设有排气管，所述排气管进气端延伸出密封挡板下端面至所述分馏层上部，排气管排气端延伸出圆柱壳体外部至所述冷却层上方；

进一步地，所述冷凝塔包括催化裂解气进口、下冷凝器、下水箱、下冷凝液出口、中水箱、上水箱、上冷凝器、催化裂解气出口、上冷凝液出口和连接管道；所述催化裂解气进口固定连接于所述下冷凝器，并与所述分馏塔排气管排气端相连；所述下冷凝器底部固定设有下冷凝液出口，所述下冷凝器底端固定连接所述下水箱，顶端固定连接设有所述中水箱；所述下水箱设有排水管道；所述中水箱顶端固定连接所述上冷凝器，所述上冷凝器底部固定设有上冷凝液出口，顶部设有所述催化裂解气出口，所述上冷凝器与所述下冷凝器通过所述连接管道固定连接；所述上水箱底部固定连接所述上冷凝器顶端，顶部设有进水管道；

进一步地，所述催化塔滤芯为圆柱形，直径大小与所述裂解气腔直径大小相同；所述滤芯为抽屉型，由多层圆形滤网片叠加构成，滤网片之间相隔1.5cm，滤网孔径为0.5mm，所述滤芯下端设有通气管与气压表连接；所述催化剂腔和催化气腔的腔壁上设有的通孔之间间隔均为3cm，所述通孔直径为2mm。所述分馏塔的分馏滤芯，设有多层圆形滤网片，所述滤网片之间相隔1cm，滤网孔径为0.5mm，所述冷却层与分馏层之间通过法兰连接。

进一步地，所述冷凝塔催化裂解气出口连接设有可燃气收集罐，所述冷凝塔冷凝液出口与所述分馏塔油液排料口分别连接设有储油罐。

本发明同时提供一种垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：

步骤一、医塑垃圾进入粉碎进料斗进行粉碎；

步骤二、送料螺杆将粉碎后的垃圾送入灭菌熔融管道，由腔体内前半部分进行微波灭菌，后半部分进行塑料熔融，微波灭菌和熔融产生的废气，由中部的排气口排出，进入废气处理装置进行处理；

步骤三、熔融后的塑料由送料螺杆送入热裂解罐，由裂解加热炉对热裂解罐进行加热，熔融的塑料在高温下裂解气化形成裂解气，裂解气由热裂解罐排气口排出，进入裂解气回收利用模块进行回收利用处理，未能气化的固化物由推料器推入排渣口排出。

进一步地，所述步骤二中废气无害化处理，具体为：

进气管收集水蒸气、酸性气体、氯气经管道送入气体中和罐，与气体中和罐中碱液进行中和，形成二氧化碳气体和水蒸气通过排气管排出；形成盐液经增压通过排液口连接的喷液管进入干燥罐，管道与熔融室的热尾气出口通过热气入口进入干燥罐作为干燥罐的热源，对喷入的盐液干燥，干燥后的固化物，由螺杆送到排渣口排出收集，干燥中的水蒸气由排气口排出。

进一步地，所述步骤三中回收利用处理，具体包括步骤：

步骤一、裂解气经过滤层除去粉尘过滤进入裂解气腔，通过裂解气腔腔壁上的通气孔进入催化剂腔，在催化剂的作用下，把烯类裂解气转化成烯烃、芳烃类气体，进入催化气腔收集后，通过排气口进入分馏塔；

步骤二、开启冷却层冷却液进出口阀门，使冷却水处于循环状态，催化裂解气通过进气管道喷头进入集液层，再经隔板小孔进入分馏层，催化裂解气中的重质油组分在滤芯表面冷凝后，部分在重力作用下往下流，裂解气中不易冷凝组分和部分未冷凝重质油组分继续上升，在上升至冷却层隔板时，裂解气中部分不易冷凝组分和未冷凝重质油组分被冷凝，冷凝后的组分往下流，碰到上升的高温度催化裂解气时，部分再被受热气化，然后再冷凝，反复冷凝气化将重油组分分馏出来，未能冷却的轻质油组分由排气管输送冷凝塔进一步冷却。冷凝后的重质油组分液体，经隔板上的小孔进入集液层收集，当收集达到一定量时，开启油液排料口阀门，排出油液到储油罐储存；

步骤三、开启进水阀门使冷却水处于循环状态后，打开裂解气进气阀，当催化裂解气进入下冷凝器后，碳原子数为11-17的气体冷却成液态，为煤油成分下沉到底部，从出液口排出进入储油罐收集；未冷凝的气体通过连接管道进入上冷凝器，经上冷凝器再次将碳原子数为5-12的气体冷凝为液态，形成汽油成分下沉到上层底部，从出液口排出收集；未冷凝的碳原子数在5以下的气体，经裂解气出口排出至气体储气罐存作为可燃气利用。

与现有技术相比，本发明具有一下有益效果：本发明结构设计合理，能够对医疗废弃物中的病毒、病菌能彻底杀灭，并能对医疗废弃物中的有用物质作最终资源化利用，获得有利用价值的柴油、煤油、汽油和可燃气，收率高。除了水蒸气和二氧化碳排放外，无其它排放物，实现医疗废弃物变废为宝利用，绿色环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中废气处理装置结构示意图；

图3为本发明中气体干燥罐结构示意图；

图4为本发明中催化塔结构示意图；

图5为本发明中分馏塔结构示意图；

图6为本发明中冷凝塔结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种垃圾无害化处理装置，包括热裂解装置、废气处理装置和裂解气回收装置；

所述热裂解装置包括：粉碎进料斗1、灭菌熔融管道2、热裂解罐3、裂解加热炉4和集成机架5；所述粉碎进料斗1设有粉碎机和电机，所述粉碎机电连接所述电机；所述灭菌熔融管道2设有送料螺杆和驱动电机，所述送料螺杆固定设置在所述驱动电机的输出轴上，所述灭菌熔融管道2进料端连接所述粉碎进料斗1，出料端连接所述热裂解罐3，所述灭菌熔融管道2中部设有排气口和进气口；所述热裂解罐3中部通过管道连接所述裂解加热炉4，所述热裂解罐3设有排气口、推料器和排渣口，所述推料器末端连接所述排渣口；所述粉碎进料斗1、灭菌熔融管道2、热裂解罐3和裂解加热炉4均固定设置在所述集成机架5上；

所述废气处理装置6包括：气体中和罐61和气体干燥罐62；所述气体中和罐61设有进气管611、排气管612和排液口613；所述进气管611与所述灭菌熔融管道2的排气口连接，所述排气管612和排液口613连接所述气体干燥罐62；所述气体干燥罐62为双层圆柱体结构，包括外壳628和内筒625，所述外壳628和内筒625中间设有保温层624；所述气体干燥罐62设置有进气口621、螺杆622、电机、喷液管623、排渣口626、排气口627和热气入口；所述进气口621连接所述气体中和罐61的排气管612，所述螺杆622设置在所述电机轴上，螺杆表面设有螺旋叶片，所述喷液管623与所述气体中和罐61的排液口613固定连接，所述排气口627通过管道连接所述灭菌熔融管道2中部的进气口；

所述裂解气回收装置包括：催化塔7、分馏塔8和冷凝塔9；

所述催化塔7包括集气层72、催化层和过滤层70，所述催化层和过滤层70外部设有圆柱壳体71；所述过滤层70进气端与所述热裂解罐的排气口相连，排气端与所述催化层相连接；所述过滤层70设有滤芯，所述滤芯为抽屉型；所述催化层包括裂解气腔75、催化剂腔74和催化气腔73，所述裂解气腔75与所述过滤层70排气端相连，所述催化剂腔74和催化气腔73的腔壁上均设有通孔，所述裂解气腔75、催化剂腔74和催化气腔73通过所述通孔连通，外部包绕所述圆柱壳体71；所述催化剂腔74填充设有固体催化剂；所述裂解气腔75、催化剂腔74和催化气腔73上端设有隔板；所述催化剂腔74设有燃气加热管76，燃气加热管76下端进气口与所述热裂解罐3的排气口相连，燃气加热管6上端排气口延伸出所述隔板至所述集气层72内；所述圆柱壳体71上部设有催化气排气口78和催化剂进料口77，下部设有催化剂排料口79；所述排气口78通过管道连接所述分馏塔8；所述集气层72包括集气罩和排气管；所述集气罩位于所述催化层72上部并与所述圆柱壳体连接设置，所述排气管设置于所述集气罩上端顶部；

所述分馏塔8包括集液层80、分馏层84和冷却层86，所述集液层80、分馏层84和冷却层86外部设有圆柱壳体；所述分馏层84上部设有分馏滤芯85，底部设有隔板83和升气管82，所述隔板83设有通孔，所述隔板83上端设有所述升气管82，所述升气管82设有滤网，进气端延伸出壳体外部与所述催化塔7的催化器排气口相连，排气端位于所述分馏滤芯85下方；所述隔板83下端连接所述集液层80，所述集液层80底部设有油液排料口81；所述冷却层86连接设于所述分馏层84上方，所述冷却层86两侧分别固定设有冷却液进料口和冷却液出料口，所述冷却层与所述分馏层连接处固定设有密封挡板88，所述冷却层86垂心处设有排气管87，所述排气管87进气端延伸出密封挡板88下端面至所述分馏层上部，排气管87排气端延伸出圆柱壳体外部至所述冷却层86上方；

所述冷凝塔9包括催化裂解气进口91、下冷凝器96、下水箱99、下冷凝液出口98、中水箱92、上水箱95、上冷凝器90、催化裂解气出口94、上冷凝液出口93和连接管道97；所述催化裂解气进口91固定连接于所述下冷凝器96，并与所述分馏塔8排气管排气端相连；所述下冷凝器96底部固定设有下冷凝液出口98，所述下冷凝器96底端固定连接所述下水箱99，顶端固定连接设有所述中水箱92；所述下水箱99设有排水管道；所述中水箱92顶端固定连接所述上冷凝器90，所述上冷凝器90底部固定设有上冷凝液出口93，顶部设有所述催化裂解气出口94，所述上冷凝器90与所述下冷凝器96通过所述连接管道97固定连接；所述上水箱95底部固定连接所述上冷凝器90顶端，顶部设有进水管道；

具体地，所述催化塔7滤芯为圆柱形，直径大小与所述裂解气腔直径大小相同；所述滤芯由多层圆形滤网片叠加构成，滤网片之间相隔1.5cm，滤网孔径为0.5mm，所述滤芯下端设有通气管与气压表连接；

具体地，所述催化剂腔74和催化气腔73的腔壁上设有的通孔之间间隔均为3cm，所述通孔直径为2mm。

具体地，所述分馏塔8的分馏滤芯，设有多层圆形滤网片，所述滤网片之间相隔1cm，滤网孔径为0.5mm，所述冷却层86与分馏层84之间通过法兰连接。

具体地，所述冷凝塔催化裂解气出口连接设有可燃气收集罐，所述冷凝塔冷凝液出口与所述分馏塔油液排料口分别连接设有储油罐。

本发明同时提供一种垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：

s1、医塑垃圾进入粉碎进料斗进行粉碎；

s2、送料螺杆将粉碎后的垃圾送入灭菌熔融管道，由腔体内前半部分进行微波灭菌，后半部分进行塑料熔融，微波灭菌和熔融产生的废气，由中部的排气口排出，进入废气处理装置进行处理；

s3、熔融后的塑料由送料螺杆送入热裂解罐，由裂解加热炉对热裂解罐进行加热，熔融的塑料在高温下裂解气化形成裂解气，裂解气由热裂解罐排气口排出，进入裂解气回收利用模块进行回收利用处理，未能气化的固化物由推料器推入排渣口排出。

具体地，s2中废气无害化处理为：

进气管收集水蒸气、酸性气体、氯气经管道送入气体中和罐，与气体中和罐中碱液进行中和，形成二氧化碳气体和水蒸气通过排气管排出；形成盐液经增压通过排液口连接的喷液管进入干燥罐，管道与熔融室的热尾气出口通过热气入口进入干燥罐作为干燥罐的热源，对喷入的盐液干燥，干燥后的固化物，由螺杆送到排渣口排出收集，干燥中的水蒸气由排气口排出。

具体地，s3中回收利用处理，包括步骤：

s301、裂解气经过滤层除去粉尘过滤进入裂解气腔，通过裂解气腔腔壁上的通气孔进入催化剂腔，在催化剂的作用下，把烯类裂解气转化成烯烃、芳烃类气体，进入催化气腔收集后，通过排气口进入分馏塔。催化剂使用一段时间后，是要定期更换，为了便于催化剂更换，在裂解气催化装置上还设置有催化剂更换的进出口。烯类裂解气在催化剂的作用下，转化成烯烃、芳烃类气体，是要在一定的温度下进行，故又在催化剂腔中设置有多根燃气加热管，该燃气加热管与裂解室连通，利用裂解室加热裂解釜的余热，通过燃气加热管给催化剂加热，尾气经集气罩，通过排气管排出。催化温度控制在380℃～500℃。

裂解气催化装置是在1-1.05个标准大气压环境下运行，安全生产压力控制在1.1个标准大气压，由于过滤层的滤芯，使用一段时间后，易造成滤网堵塞，裂解釜内裂解气不流畅，裂解气压升高，形成安全隐患，故又在滤芯下面还设置有压力探测装置，当裂解气压高于安全生产压力后，及时更换滤芯。

s302、开启冷却层冷却液进出口阀门，使冷却水处于循环状态，催化裂解气通过进气管道喷头进入集液层，再经隔板小孔进入分馏层，催化裂解气中的重质油组分在滤芯表面冷凝后，部分在重力作用下往下流，裂解气中不易冷凝组分和部分未冷凝重质油组分继续上升，在上升至冷却层隔板时，裂解气中部分不易冷凝组分和未冷凝重质油组分被冷凝，冷凝后的组分往下流，碰到上升的高温度催化裂解气时，部分再被受热气化，然后再冷凝，反复冷凝气化将重油组分分馏出来，未能冷却的轻质油组分由排气管输送冷凝塔进一步冷却。冷凝后的重质油组分液体，经隔板上的小孔进入集液层收集，当收集达到一定量时，开启油液排料口阀门，排出油液到储油罐储存。在催化裂解气中有柴油、煤油、汽油和可燃气组分，根据柴油、煤油、汽油的冷凝(气化)点不同，在分馏塔中，主要目的是把催化裂解气中的重质油组分(碳原子数在10-22柴油)分馏收集，根据柴油的气化点温度约在180℃～400℃的特点，分馏塔的温度控制在180℃～220℃。分馏塔采用活动可更换分馏滤芯，改善了分馏物的纯净度，提高了油品品质，结构设计合理、制造、使用和维护成本较低，能耗低，分馏出的柴油组分纯度高。

s303、开启进水阀门使冷却水处于循环状态后，打开裂解气进气阀，当催化裂解气进入下冷凝器后，碳原子数为11-17的气体冷却成液态，为煤油成分下沉到底部，从出液口排出进入储油罐收集；未冷凝的气体通过连接管道进入上冷凝器，经上冷凝器再次将碳原子数为5-12的气体冷凝为液态，形成汽油成分下沉到上层底部，从出液口排出收集；未冷凝的碳原子数在5以下的气体，经裂解气出口排出至气体储气罐存作为可燃气利用。经分馏后的催化裂解气中碳原子数在18以下，这部分气体有煤油气、汽油气和可燃气组分，根据煤油、汽油的冷凝(气化)点不同，在下冷凝层的冷凝室温度控制在160℃～200℃，可将碳原子数为11-17的气体(煤油气)液化为煤油，在上冷凝层的冷凝室温度控制在25℃～55℃，可将可将碳原子数为5-12的气体(汽油气)液化为汽油，未冷凝的碳原子数在5以下的气体，经上层出气口排出。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。