申请日2016.09.27
公开(公告)日2016.12.07
IPC分类号C02F11/10; C10B53/00; C10B47/18
摘要
本发明提供一种污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，包括水热和催化气化同步反应室、催化剂固定器、电机搅拌器、供气机构、加热丝;水热和催化气化同步反应室作为反应室，用于容放反应物即污泥和去离子水;催化剂固定器放置于反应室内部，用于将催化剂固定于内部空腔，同时提供通道使得去离之水自由出入空腔与催化剂接触;催化剂固定器的端部设有轴杆，电机搅拌器的输出端连接轴杆，电机搅拌器用于带动催化剂固定器旋转;供气机构的输出管道插入水热和催化气化同步反应室;加热丝内置于水热和催化气化同步反应室的腔壁内。本发明将污泥的水热过程和催化气化过程合二为一，简化了污泥处理过程中的步骤，降低了污泥处理过程中的能耗。
权利要求书
1.一种污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，其特征在于，包括水热和催化气化同步反应室(5)、催化剂固定器(10)、电机搅拌器(3)、供气机构(4)、加热丝(7);
水热和催化气化同步反应室(5)作为反应室，用于容放反应物即污泥和去离子水(11);催化剂固定器(10)放置于反应室内部，用于将催化剂固定于内部空腔，同时提供通道使得去离之水自由出入空腔与催化剂接触;催化剂固定器(10)的端部设有轴杆，电机搅拌器(3)的输出端连接轴杆，电机搅拌器(3)用于带动催化剂固定器(10)旋转;供气机构(4)的输出管道插入水热和催化气化同步反应室(5);加热丝(7)内置于水热和催化气化同步反应室(5)的腔壁内。
2.根据权利要求1所述的污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，其特征在于，催化剂固定器(10)包括多个箱体结构，各箱体结构的一侧臂相接或共用，相接或共用的侧臂作为箱体结构旋转的中心轴，中心轴的上端通过轴杆连接电机搅拌器(3)的输出轴;各箱体结构另外相对的两侧壁表面开有用作为去离子水出入通道的孔阵列，孔阵列的开孔尺寸小于催化剂颗粒大小。
3.根据权利要求2所述的污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，其特征在于，所述孔阵列的开孔采用圆形或多边形。
4.根据权利要求2或3所述的污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，其特征在于，所述水热和催化气化同步反应室(5)为圆柱形，催化剂固定器(10)与中心轴相对的另一侧臂为相匹配的圆弧形。
5.根据权利要求1或2或3所述的污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，其特征在于，还包括设温度压力传感器(13)和温度压力控制器(2)，温度压力传感器(13)用于实时采集反应温度和压力，温度压力控制器(2)用于依据采集的压力控制供气机构(4)的进气出气阀门开和闭从而调节反应室内的压力，依据采集的温度控制加热丝7的工作状态从而调节反应室内的温度。
6.根据权利要求1或2或3所述的污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，其特征在于，还包括通过管道与水热和催化气化同步反应室(5)连通的收集气袋(1)，用于收集反应产生的产气;以及设置于水热和催化气化同步反应室(5)底部的滤网、废液通过阀门(8)和收集容器(9)，废液通过阀门(8)收集于容器(9)中，污泥收集于滤网(14)上部。
说明书
污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置
技术领域
本发明属于污泥水热处理及其废液处理领域，具体涉及一种污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置。
背景技术
随着经济的快速发展和城镇化建设步伐的逐渐加快，我国面临着日益突出的污水污泥处置压力，使得经济与环境的可持续发展受到更为严峻的挑战。具有关资料统计，我国城镇截至2014年12月共建成污水处理厂3717座，污水的每日总处理能力达到1.57×108m3。
污泥作为污水处理过程中的副产品，其特性为高水分、高灰分、高挥发分、低固定碳含量与低热值，另外污泥中含有大量的潜在有毒有害成分如病原菌、重金属、致病微生物等以及有害有机物质，若不经过无害化处理，将会对生态环境以及人类与动物的健康造成严重的潜在威胁。污泥依据其来源可分为工业污水污泥和生活废水污泥，前者中一般有毒有害重金属含量较高，有害有机物含量相对较低;后者一般重金属含量相对较少，氮、磷等元素和有机物含量较高。
污泥的能源可利用性相比于煤炭资源很低，但是污泥总量巨大，能量的回收利用值得关注。但是污泥即使通过机械脱水处理，含水量依旧高达80%，这一点也大大限制了污泥的直接利用。目前国内外污泥的主要处理方式为卫生填埋、海洋倾倒、堆肥农用、建材利用和焚烧等，但是这些方法优缺点很明显，应用上都存在着较大的限制。
在污泥的产生量与日俱增的同时，我国污泥的处置技术和关键装备却相对落后，因此，对污泥采取更加经济高效的无害化、稳定化、减量化以及资源化的处理显得尤为重要，也是目前研究的热点和难点。
发明内容
针对现有技术的迫切技术需求，本发明提出一种用于污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置及方法，其目的在于：(i)污泥的高温水热处理可以降低其中有毒有害物质的含量，同时将污泥中的有机碳溶解于水中;(ii)通过催化气化反应，将液体中有机碳转化为气体的方式转移至气体中，实现了能量的回收和利用;(iii)将水热反应和催化气化置于同一个反应室中，简化了污泥处理和能量回收利用的流程，同时也减少了污泥处理过程中能量的消耗。
为了实现本发明的技术目的，本发明采用了以下技术方案：
一种污泥水热处理及其废液催化气化同步反应装置，包括水热和催化气化同步反应室、催化剂固定器、电机搅拌器、供气机构、加热丝;
水热和催化气化同步反应室作为反应室，用于容放反应物即污泥和去离子水;催化剂固定器放置于反应室内部，用于将催化剂固定于内部空腔，同时提供通道使得去离之水自由出入空腔与催化剂接触;催化剂固定器的端部设有轴杆，电机搅拌器的输出端连接轴杆，电机搅拌器用于带动催化剂固定器旋转;供气机构的输出管道插入水热和催化气化同步反应室;加热丝内置于水热和催化气化同步反应室的腔壁内。
进一步地，所述催化剂固定器包括多个箱体结构，各箱体结构的一侧臂相接或共用，相接或共用的侧臂作为箱体结构旋转的中心轴，中心轴的上端通过轴杆连接电机搅拌器的输出轴;各箱体结构另外相对的两侧壁表面开有用作为去离子水出入通道的孔阵列，孔阵列的开孔尺寸小于催化剂颗粒大小。
进一步地，所述孔阵列的开孔采用圆形或多边形。
进一步地，所述水热和催化气化同步反应室为圆柱形，催化剂固定器与中心轴相对的另一侧臂为相匹配的圆弧形。
进一步地，还包括设温度压力传感器和温度压力控制器，温度压力传感器用于实时采集反应温度和压力，温度压力控制器用于依据采集的压力控制供气机构的进气出气阀门开和闭从而调节反应室内的压力，依据采集的温度控制加热丝的工作状态从而调节反应室内的温度。
进一步地，还包括通过管道与水热和催化气化同步反应室连通的收集气袋，用于收集反应产生的产气;以及设置于水热和催化气化同步反应室底部的滤网、废液通过阀门和收集容器，废液通过阀门收集于容器中，污泥收集于滤网上部。
综上所述，本发明有益技术效果体现在：
1)水热和催化气化同步反应室是在同一个封闭的空间中，反应中溶液和催化装置各自占据一定的空间，升温时，两种反应可以同时发生。
2)催化剂固定装置外孔径可以实现液体的自由出入，而污泥却无法进入，同时催化剂被固定于固定装置中，使用中不会减量，可以重复回收使用。
3)催化剂固定器与外部的电机搅拌器通过轴杆连接，反应中催化剂固定器不断转动实现液体与催化剂的充分接触，提高有机碳的溶解效率和催化气化效率。
总的来说，本发明可以一定程度上对污泥进行无害化处理，减少污泥对环境的污染和破坏。污泥中的有机碳实现了向气体中的转移，实现了污泥中的能量得到了回收利用。本发明结构简单，将污泥的水热过程和催化气化过程合二为一，简化了污泥处理过程中的步骤，降低了污泥处理过程中的能耗。