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一種高濃度工業有機廢液熱催化碳化制備固態衍生燃料的方法及其裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610035226.4

申請日:

2016.01.19

公開號:

CN105540696A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 1/00申請日:20160119|||公開
IPC分類號: C02F1/00; C10L5/46 主分類號: C02F1/00
申請人: 東華大學
發明人: 薛罡; 張文啟; 高品; 李響; 陳紅; 張禾; 劉振鴻; 張凡; 張文娟; 王成; 薛順利; 韓闖; 魏欣; 孟迪; 顧超超; 辛海霞; 陳暢愉; 成鈺瑩; 來思周; 甘雁飛; 徐小強; 楊帆; 程茜
地址: 201620 上海市松江區松江新城人民北路2999號
優先權:
專利代理機構: 上海泰能知識產權代理事務所 31233 代理人: 黃志達
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610035226.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.02.23|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法及其裝置,方法包括:將高濃度工業有機廢液和H2O加入熱催化-碳化反應釜中,加入堿調節pH至8.0~9.0,加入組合催化劑,將反應釜密閉后加溫至180~200℃,攪拌反應3.0~4.0h;自然冷卻反應釜,將反應釜中固液兩相混合物排出,分離,將得到的粉末狀物質干燥,得到固態衍生燃料。本發明的方法不僅能夠解決高濃度有機廢液的無害化排放問題,而且為難以處理的有機廢液提供了一種資源化的方法及途徑。

權利要求書

1.一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法,包括:
(1)將高濃度工業有機廢液和H2O加入熱催化-碳化反應釜中,加入堿調節pH至8.0~9.0,
加入組合催化劑,將反應釜密閉后加溫至180~200℃,攪拌反應3.0~4.0h;其中,組合催化
劑為零價鐵粉或黃鐵礦粉和沸石粉;
(2)步驟(1)反應結束后,自然冷卻反應釜,將反應釜中固液兩相混合物排出,分離,將
得到的粉末狀物質干燥,得到固態衍生燃料。
2.根據權利要求1所述的一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法,其
特征在于,所述步驟(1)中高濃度工業有機廢液為COD高達數十萬mg/L及其以上的有機
廢液。
3.根據權利要求1所述的一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法,其
特征在于,所述步驟(1)中高濃度工業有機廢液加入量占反應器有效容積的1/2;加入的H2O
與高濃度有機廢液體積比為1:6。
4.根據權利要求1所述的一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法,其
特征在于,所述步驟(1)中堿為NaOH。
5.根據權利要求1所述的一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法,其
特征在于,所述步驟(1)中零價鐵粉或黃鐵礦粉的投加量為0.5~1.0g/(L有機廢液);沸石
粉的投加量為0.1g/(L有機廢液)。
6.根據權利要求1所述的一種高濃度有機工業廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法,其
特征在于,所述步驟(2)中分離后的殘液為COD低于500mg/L的低濃度有機廢水;固態衍
生燃料熱值為18.7~22.2MJ/kg。
7.一種高濃度有機工業廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法使用的裝置,包括熱催化-
碳化反應釜(2),其特征在于:所述的熱催化-碳化反應釜(2)上端中間設有反應釜攪拌器
(1)、下端與固液兩相反應產物排出管道(25)連接,所述的排出管道(25)上設有排水閥
(24),所述的反應釜攪拌器(1)一側、熱催化-碳化反應釜(2)上端設有在線壓力計(3)
和壓力報警器(4)、另一側設有在線溫度計(10)和溫度報警器(11),所述的熱催化-碳化
反應釜(2)一側、下端設有檢修入孔(22),所述的熱催化-碳化反應釜(2)內部側面上設
有電加熱器(21),所述的熱催化-碳化反應釜(2)兩側面上端分別設有釋氣管道(6)和廢
液進水管道(13),所述的熱催化-碳化反應釜(2)上、釋氣管道(6)下端設有反應器溢流
管(8),所述的反應器溢流管(8)下端設有溢流液承接池(9),所述的廢液進水管道(13)
通過催化劑投加管道(14、17)和堿投加管道(26)分別與零價鐵粉或黃鐵礦粉催化劑溶藥
槽(16)、沸石粉催化劑溶藥槽(19)和堿溶藥槽(29)連接、且所述的廢液進水管道(13)
與催化劑投加管道(14、17)和堿投加管道(26)連接兩側分別設有廢液進水調節閥門(12)
和調節閥(32),所述的廢液進水管道(13)與自來水進水管(30)連接、且連接處在進料液
調節閥(12、16)之間,所述的進水管(30)上設有自來水進水閥(31),所述的零價鐵粉或
黃鐵礦粉催化劑溶藥槽(16)、沸石粉催化劑溶藥槽(19)和堿溶藥槽(29)上端分別設有溶
藥槽攪拌機(15、18、27)和投藥計量泵(20、28、23)。
8.根據權利要求7所述的一種高濃度工業有機廢液減壓釋氣-催化碳化制備固態衍生燃料的裝
置,其特征在于,所述的釋氣管道(6)上設有釋氣閥門(5)。
9.根據權利要求7所述的一種高濃度工業有機廢液減壓釋氣-催化碳化制備固態衍生燃料的裝
置,其特征在于,所述的反應器溢流管(8)上設有反應器溢流管閥門(7)。
10.一種使用權利要求7所述的一種高濃度有機工業廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的裝
置,其特征在于,所述裝置采用間歇序批式工作過程,包括下列步驟:
(a)開啟廢液進水閥(12)、調節閥(32)、釋氣閥(5)、溢流管調節閥(7);關閉排水閥
(24)、自來水進水閥(31);
(b)開啟廢液進水泵,向熱催化-碳化反應器中輸送待處理廢液至溢流管(8)中有廢液流
出,則表明反應器中廢液量已達到額定處理量;
(c)關閉廢液進水閥(12)、溢流管調節閥(7);開啟自來水進水閥(31),開啟攪拌機(15、
18、27),開啟催化劑及堿投藥泵(20、28、23),直至加水量和加藥量達到設計參數;
(d)關閉催化劑及堿投藥泵(20、28、23);關閉自來水進水閥(31)、調節閥(32)、釋氣
閥(5);至此完成進料過程;
(e)開啟反應器攪拌機(1)、電加熱器(21),攪拌并加熱反應3.0~4.0h;
(f)然后關閉攪拌機(1)、電加熱器(21),完成熱催化-碳化反應后自然冷卻,至此完成
反應過程;
(g)開啟排水閥(24)并排出固液兩相反應產物,經沉淀或離心分離得到的固態產物經干
燥后,即為所制備的固態衍生燃料。

說明書

一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法及其裝置

技術領域

本發明屬于高濃度難降解工業廢水或廢液處理及資源化技術領域,特別涉及一種高濃度
工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法及其裝置。

背景技術

高濃度難降解工業廢水或廢液的處理方法主要有氧化、還原、混凝、生化等及其組合工
藝等。但對于一些工業生產中產生的COD濃度極高的有機廢液(例如高沸點蒸餾殘液,膜分
離濃縮液),COD往往高達數十萬mg/L,按常規的廢水處理方法,根本無法將其處理至達標
排放;如將該類高濃度有機廢液作為危險廢棄物處置,處置成本又極高。考慮到這些高濃度
廢液中蘊含的有機物從某種意義上講是資源,所以對于該類高濃度有機廢液的處理處置,需
轉變思路,將其中有機物作為資源和能源回收,不僅能夠符合污染物減排要求,而且通過資
源化和能源化能夠產生較大經濟效益,是最為合理有效的處理處置方法。

目前,對于高濃度有機廢液中的有機物資源化的途徑研究和應用最多的是厭氧消化產甲
烷,但厭氧產甲烷技術只適合于毒性較小、易于生物降解的剩余污泥、食品工業及畜禽廢水
等。對于濃度極高、可生化性差且有一定毒性的工業有機廢液,厭氧菌難以正常生長代謝,
厭氧產甲烷技術效果有限,無法獲得顯著的有機物資源化和總量減排的效果。微生物燃料電
池是近年來開始研究的新技術,其原理是將廢水或廢液中有機物蘊含的化學能轉化為電能而
實現資源化,但限于微生物產電效率有限而無法獲得較高的電流強度,使其僅能停留在理論
和實驗室研究階段,目前尚無法實現工程應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生
燃料的方法及其裝置,該方法僅能夠解決高濃度有機廢液的無害化排放問題,而且為難以處
理的有機廢液提供了一種資源化的方法及途徑。

本發明的一種高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的方法,包括:

(1)將高濃度工業有機廢液和H2O加入熱催化-碳化反應器中,加入堿調節pH至8.0~9.0,
加入組合催化劑,將反應器密閉后加溫至180~200℃,攪拌反應3.0~4.0h;其中,組合催化
劑為零價鐵粉或黃鐵礦粉和沸石粉;

(2)步驟(1)反應結束后,自然冷卻反應器,將反應器中固液兩相混合物排出,分離,
將得到的粉末狀物質干燥,得到固態衍生燃料。

所述步驟(1)中高濃度工業有機廢液為COD高達數十萬mg/L及其以上的有機廢液,
難以用常規廢水處理方法處理達標。

所述步驟(1)中高濃度工業有機廢液加入量占反應器有效容積的1/2;加入的H2O與高
濃度有機廢液體積比為1:6。

所述步驟(1)中堿為NaOH。

所述步驟(1)中零價鐵粉或黃鐵礦粉的投加量為0.5~1.0g/(L有機廢液);沸石粉的投
加量為0.1g/(L有機廢液)。

所述步驟(2)中固液兩相混合物為固態衍生燃料與反應殘液的混合物。

所述步驟(2)中分離方式為離心或沉淀。

所述步驟(2)中分離后的殘液為COD低于500mg/L的低濃度有機廢水;固態衍生燃料
熱值為18.7~22.2MJ/kg。

本發明的一種高濃度有機工業廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的裝置,包括熱催化-
碳化反應釜,其中所述的熱催化-碳化反應釜上端中間設有反應釜攪拌器、下端與固液兩相反
應產物排出管道連接,所述的排出管道上設有排水閥,所述的反應釜攪拌器一側、熱催化-
碳化反應釜上端設有在線壓力計和壓力報警器、另一側設有在線溫度計和溫度報警器,所述
的熱催化-碳化反應釜一側、下端設有檢修入孔,所述的熱催化-碳化反應釜內部側面上設有
電加熱器,所述的熱催化-碳化反應釜兩側面上端分別設有釋氣管道和廢液進水管道,所述的
熱催化-碳化反應釜上、釋氣管道下端設有反應器溢流管,所述的反應器溢流管下端設有溢流
液承接池,所述的廢液進水管道通過催化劑投加管道和堿投加管道分別與零價鐵粉或黃鐵礦
粉催化劑溶藥槽、沸石粉催化劑溶藥槽和堿溶藥槽連接、且所述的廢液進水管道與催化劑投
加管道和堿投加管道連接兩側分別設有廢液進水調節閥門和調節閥,所述的廢液進水管道與
自來水進水管連接、且連接處在進料液調節閥之間,所述的進水管上設有自來水進水閥,所
述的零價鐵粉或黃鐵礦粉催化劑溶藥槽、沸石粉催化劑溶藥槽和堿溶藥槽上端分別設有溶藥
槽攪拌機和投藥計量泵。

所述的釋氣管道上設有釋氣閥門。

所述的反應器溢流管上設有反應器溢流管閥門。

一種使用所述的一種高濃度有機工業廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的裝置,的方
法,其中所述裝置采用間歇序批式工作過程,包括下列步驟:

(a)開啟廢液進水閥、調節閥、釋氣閥、溢流管調節閥;關閉排水閥、自來水進水閥;

(b)開啟廢液進水泵,向熱催化-碳化反應器中輸送待處理廢液至溢流管中有廢液流出,則
表明反應器中廢液量已達到額定處理量;

(c)關閉廢液進水閥、溢流管調節閥;開啟自來水進水閥,開啟攪拌機,開啟催化劑及堿
投藥泵,直至加水量和加藥量達到設計參數;

(d)關閉催化劑及堿投藥泵;關閉自來水進水閥、調節閥、釋氣閥;至此完成進料過程;

(e)開啟反應器攪拌機、電加熱器,攪拌并加熱反應3.0~4.0h;

(f)然后關閉攪拌機、電加熱器,完成熱催化-碳化反應后自然冷卻,至此完成反應過程;

(g)開啟排水閥并排出固液兩相反應產物,經沉淀或離心分離得到的固態產物經干燥后,
即為所制備的固態衍生燃料。

所述熱催化-碳化反應器以不銹鋼材質制作,內壁防腐,配置加熱攪拌、溫控及測壓裝置,
外壁設置隔熱措施。

熱催化-碳化反應器的安全運行保護技術措施為:由在線溫度計將信號反饋給PLC自動
控制系統,通過自動控制系統控制電加熱器,使反應器內溫度維持在正常工作溫度范圍;當
反應器內溫度超過安全工作溫度的范圍時,溫度報警器報警并自動切斷加熱電源;當反應器
內壓力超過安全工作壓力范圍時,壓力報警器報警并自動切斷加熱電源,并通過自動控制系
統開啟釋氣閥,以快速降低反應器壓力。

本發明的適用范圍為工業生產中產生的有機物濃度很高的廢液,該類廢液無法用常規廢
水處理方法處理達標排放,例化工生產中高沸點蒸餾殘液、蒸發過程中產生的濃縮液等。

本發明針對高濃度工業有機廢液的無害化和資源化問題,另辟蹊徑,提出高濃度有機廢
液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的資源化新方法及相關反應器。其基本原理為:在投加催化
劑的條件下,在密閉加熱的熱催化-碳化反應器中將高濃度有機廢液中的有機物轉化為含有較
高熱值的固態衍生燃料,殘余液體轉化為有機物濃度較低且可以通過物化、生化法處理的廢
水。本發明的主要特點是操作簡單;與厭氧產甲烷等技術相比,不受限于高濃度有機廢液的
性質,適用范圍廣;易于工程化。本發明為難處理高濃度工業廢液無害化和資源化提供一種
經濟可行的方法,符合工業領域節能減排的發展方向。

本發明的原理是利用熱催化-碳化反應器中的高溫、高壓條件,在鐵系催化劑、沸石催化
劑及堿性條件下將廢液中含有的高濃度有機物碳化,使其轉化為熱值較高的固態燃料,熱催
化-碳化殘液轉化為低濃度有機廢水,實現無害化及資源化。本發明能夠解決常規廢水處理技
術難以解決的高濃度有機廢液的處理及處置問題,創造較大的環境及經濟效益。

本發明的方法得到的固體物質熱值接近于標準煤,可做衍生燃料;生成的液態物質有機
物含量較低,經物化、生化廢水組合工藝處理后可以達標排放,不會對環境造成二次污染。

有益效果

(1)本發明可以解決傳統廢水處理無法解決的高濃度有機廢液的處理及處置問題;

(2)本發明的方法中高濃度工業有機廢液經熱催化-碳化后,廢液中有機物脫水碳化后形成
熱值較高的固態衍生燃料,可作為資源和能源回收利用;

(3)本發明的方法中在廢液水熱催化碳化過程中產生的二次廢液中由于有機物多數被碳
化,含有COD濃度很低(100~500mg/L之間),經物化、生化廢水組合工藝處理后完全能滿
足達標排放要求;不會產生二次污染。

附圖說明

圖1為本發明中高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的裝置示意圖;

圖2為本發明中高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的裝置的工作流程圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例,進一步闡述本發明。應理解,這些實施例僅用于說明本發明而不
用于限制本發明的范圍。此外應理解,在閱讀了本發明講授的內容之后,本領域技術人員可
以對本發明作各種改動或修改,這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

本實施例中的高濃度有機廢液取自某公司的高沸點蒸餾殘液,表觀呈粘稠狀且水溶性差,
COD高達數十萬mg/L,前期曾用臭氧、芬頓等高級氧化方法均無法獲得顯著的COD去除效
果。采用本實施例提出的熱催化-碳化技術對該種高濃度殘液進行處理,具體方法及步驟為:
(1)將殘液注入熱催化-碳化反應器中;(2)投加NaOH將反應釜中廢液pH調節至8.8;(3)
將催化劑黃鐵礦粉和沸石粉分別按1.0g/(L廢液)、0.1g/(L廢液)的投加量注入反應器中,
密閉反應釜;(4)將反應器加溫至190℃,攪拌反應3.0h;(5)冷卻后,排出反應器中剩余
物并進行固液分離,將得到的黑色粉末狀固體物質經干燥后即為固態衍生燃料,熱值可達
20.1MJ/kg。分離出的液體COD僅為200~400mg/L,可排入公司集中污水處理站統一處理后
達標排放。

本實施例中采用的高濃度工業有機廢液熱催化-碳化制備固態衍生燃料的裝置,如圖1所
示,包括熱催化-碳化反應釜2,其中所述的熱催化-碳化反應釜2上端中間設有反應釜攪拌器
1、下端與固液兩相反應產物排出管道25連接,所述的排出管道25上設有排水閥24,所述
的反應釜攪拌器1一側、熱催化-碳化反應釜2上端設有在線壓力計3和壓力報警器4、另一
側設有在線溫度計10和溫度報警器11,所述的熱催化-碳化反應釜2一側、下端設有檢修入
孔22,所述的熱催化-碳化反應釜2內部側面上設有電加熱器21,所述的熱催化-碳化反應釜
2兩側面上端分別設有釋氣管道6和廢液進水管道13,所述的熱催化-碳化反應釜2上、釋氣
管道6下端設有反應器溢流管8,所述的反應器溢流管8下端設有溢流液承接池9,所述的廢
液進水管道13通過催化劑投加管道14、17和堿投加管道26分別與零價鐵粉或黃鐵礦粉催化
劑溶藥槽16、沸石粉催化劑溶藥槽19和堿溶藥槽29連接、且所述的廢液進水管道13與催
化劑投加管道14、17和堿投加管道26連接兩側分別設有廢液進水調節閥門12和調節閥32,
所述的廢液進水管道13與自來水進水管30連接、且連接處在進料液調節閥12、16之間,所
述的進水管30上設有自來水進水閥31,所述的零價鐵粉或黃鐵礦粉催化劑溶藥槽16、沸石
粉催化劑溶藥槽19和堿溶藥槽29上端分別設有溶藥槽攪拌機15、18、27和投藥計量泵20、
28、23。

所述的釋氣管道6上設有釋氣閥門5,所述的反應器溢流管8上設有反應器溢流管閥門7。

實施例2

某化工企業糠醇生產廢水,含有大量有糠醇、酚醛、糠醛、甲醇,COD高達
200000~300000mg/L,用傳統的物化、生化組合工藝處理難以達到廠區納管排放標準(COD
≤500mg/L),因此考慮用熱催化-碳化方式將廢水中大部分COD轉化為固態衍生燃料,并使
廢水中COD大幅度降低以達到排放要求。具體實施方法為:(1)將糠醇生產廢水注入熱催化
-碳化反應器中;(2)因原水pH值為8.5,所以在該例中不需加堿調節pH;(2)將零價鐵粉
和沸石粉催化劑按0.8g/(L廢液)、0.1g/(L廢液)投加至反應器中,密閉反應器;(3)將反
應器加溫至190℃,攪拌反應4.0h;(5)冷卻后,排出反應器中剩余物進行固液分離,將得
到的黑色粉末狀固體物質經干燥后即為固態衍生燃料,熱值為19.01MJ/kg;分離出的液體
COD為500mg/L以下,可排入工業園區集中污水處理廠統一處理。

關 鍵 詞:
一種 濃度 工業 有機 廢液 催化 碳化 制備 固態 衍生 燃料 方法 及其 裝置
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