熔盐热解污泥立式反应器及具有其的处理污泥的系统
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种熔盐热解污泥立式反应器及具有其的处理污泥的系统。
背景技术
污泥是一种由有机残片、微生物、无机颗粒、胶体等组成的非均质体，并且其中含有有毒的有机物、致病微生物和重金属，对环境产生严重危险。但污泥中含有大量的有机质，可以对其进行能源化利用处理。目前主要采用三种方法：直接燃烧、气化和热解。其中热解方法是采取隔绝氧气对污泥进行受热分解产生油、气、炭资源的过程，由于热解方法处理污泥不仅可以减少二噁英，而且还可以对污泥中的重金属进行固化，从而减少污泥的二次污染，同时能够得到高价值的油气资源和生物炭，因此热解法被公认为对污泥减量化、无害化、资源化处理的最佳路径。
专利CN206989218U公开了一种污泥旋转热解结构，在焚烧炉中设有热解炉体，利用热烟气加热污泥实现污泥干燥及热解，但该系统采取烟气传热，由于污泥水分含量高，需要大量的烟气和换热面积，导致反应器尺寸大，造价高，同时散热增加，导致系统热效率不高。
专利号CN107867456A公开一种叠加式多管污泥热解深度处理反应器，主要采取各个加热管叠加的方式，来降低热损失，提高系统效率，但多管反应器结构复杂，采取同样存在烟气加热，换热面积大，散热大等问题因此。
现有的污泥热解技术由于污泥水分含量高，热解的传热方式需要改善，从而提高系统效率，降低反应器造价。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种熔盐热解污泥立式反应器及具有其的处理污泥的系统，采用该反应器可以在提高污泥热解效率的同时降低设备成本。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种熔盐热解污泥立式反应器。根据本发明的实施例，所述反应器包括：
反应器本体，所述反应器本体上设有污泥入口、热解油气出口和生物炭出口;
搅拌组件，所述搅拌组件包括：
搅拌轴，所述搅拌轴自上而下贯穿所述反应器本体内部，并且所述搅拌轴为中空结构，伸出所述反应器本体顶端的所述搅拌轴上设有高温熔盐入口，伸出所述反应器本体底端的所述搅拌轴上设有低温熔盐出口;
搅拌桨，所述搅拌桨设在所述反应器本体内，所述搅拌桨的一端设在所述搅拌轴上，所述搅拌桨的另一端由所述搅拌轴向所述反应器本体内壁方向延伸，所述搅拌桨为中空结构，并且所述搅拌轴与所述搅拌桨内部连通。
根据本发明实施例的熔盐热解污泥立式反应器通过在反应器内设置中空的搅拌轴和搅拌桨，并且在搅拌轴和搅拌桨内供给熔盐，熔盐在反应器内与污泥进行间接换热对污泥进行热解，一方面，熔盐液体的比热远大于其他热载体，其作为热载体可以显著提高传热效率，从而提高污泥热解效率，另一方面，通过将搅拌组件的搅拌轴和搅拌桨设置为中空结构，可以运用搅拌装置的搅拌桨作为热载体的反应空间，显著节省了反应器容积，同时搅拌组件不仅起到搅拌和热传导的双重作用并且由于换热表面旋转，使其具有推进固体颗粒或膏体流动的功能。由此，采用该反应器可以在提高污泥热解效率的同时降低设备成本。
另外，根据本发明上述实施例的熔盐热解污泥立式反应器还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，上述反应器进一步包括：多层所述搅拌桨，所述多层搅拌桨沿所述搅拌轴的纵向间隔分布，每层所述搅拌桨包括至少两对所述搅拌桨，至少两对搅拌桨沿所述搅拌轴周向且间隔布置。由此，可以显著提高污泥换热效率。
在本发明的一些实施例中，相邻两层所述搅拌桨的距离为50～500mm。由此，可以显著提高污泥换热效率。
在本发明的一些实施例中，所述污泥入口处设有布料器。由此，可以显著提高污泥换热效率。
在本发明的一些实施例中，所述搅拌桨上靠近所述反应器本体内壁的一端与刮板通过弹簧相连。由此，可以避免反应器内壁结焦。
在本发明的一些实施例中，所述搅拌轴伸出所述反应器本体顶端的长度为300～1000mm，所述搅拌轴伸出所述反应器本体底端的长度为50～300mm，并且所述高温熔盐入口设在所述反应器本体顶端上方的50～500mm处。
在本发明的一些实施例中，所述高温熔盐入口与所述搅拌轴通过联轴器相连，所述低温熔盐出口与所述搅拌轴通过联轴器相连。
在本发明的一些实施例中，所述生物炭出口处设有出料机，所述出料机为高温阀或高温星型给料机。
在本发明在再一个方面，本发明提出了一种处理污泥的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：
熔盐加热炉，所述熔盐加热炉具有燃料入口、低温熔盐入口、高温熔盐出口和高温烟气出口;
干燥装置，所述干燥装置具有湿污泥入口和干燥污泥出口;
上述的熔盐热解污泥立式反应器，所述污泥入口与所述干燥污泥出口相连，所述高温熔盐入口与所述高温熔盐出口相连，所述低温熔盐出口和所述低温熔盐入口相连，所述热解油气出口与所述燃料入口相连。
根据本发明实施例的处理污泥的系统通过采用的熔盐热解污泥立式反应器作为热解设备，不仅可以显著提高换热效率，而且降低设备成本，同时通过将该反应器中产生的热解油气供给至熔盐加热炉内作为燃料燃烧加反应器内排出的热低温熔盐，并将换热后的高温熔盐供给至反应器内作为热载体使用，在实现熔盐的循环利用的同时降低对外界依赖，节约成本。
在本发明的一些实施例中，所述高温烟气出口与所述干燥装置相连。由此，可以实现高温烟气余热的资源化利用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的熔盐热解污泥立式反应器的结构示意图;
图2是根据本发明一个实施例的熔盐热解污泥立式反应器的A-A水平截面俯视图;
图3是根据本发明一个实施例的处理污泥的系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种熔盐热解污泥立式反应器。根据本发明的实施例，参考图1和2，该反应器1000包括：反应器本体100和搅拌组件200。
根据本发明的实施例，反应器本体100上设有污泥入口101、热解油气出口102和生物炭出口103。具体的，参考图1，反应器本体100呈立式结构设置，且其内形成热解空间10，污泥入口101和热解油气出口102设在反应器本体100的顶部，生物炭出口103设在反应器本体100的底部，优选的，污泥入口101设在反应器本体100的顶部的一侧，热解油气出口102设在反应器本体100的顶部的另一侧。根据本发明的一个具体实施例，参考图1，污泥入口101处设有布料器11，从而可以将污泥均匀分散于热解空间10内，提高污泥的热解效率，并且生物炭出口103处设有出料机12，出料机12为高温阀或高温星型给料机。
根据本发明的实施例，搅拌组件200包括搅拌轴21和搅拌桨22，其中，搅拌轴21自上而下贯穿反应器本体100内部，并且搅拌轴21为中空结构，伸出反应器本体100顶端的搅拌轴21上设有高温熔盐入口201，伸出反应器本体100底端的搅拌轴21上设有低温熔盐出口202，搅拌桨22设在反应器本体100内，搅拌桨22的一端设在搅拌轴21上，搅拌桨22的另一端由搅拌轴21向反应器本体100内壁方向延伸，搅拌桨21为中空结构，并且搅拌轴21与搅拌桨22内部连通。具体的，熔盐可以为例如硝酸盐、氯化盐、氟化盐、碳酸盐和硫酸盐等的低熔点无机盐或其两种或多种无机盐的混合物，将熔盐加热至熔点温度以上，然后经搅拌轴21上的高温熔盐入口101供给至中空结构的搅拌轴21内自上而下进入中空结构的搅拌桨22内，随着搅拌组件200的转动，搅拌桨22与污泥入口101进入的污泥进行接触换热，发生热解处理，得到的热解油气经设在反应器本体100上的热解油气出口102排出，得到的生物炭从设在所述反应器本体100底部的生物炭出口103排出。
根据本发明的一个具体实施例，参考图1，搅拌轴21自反应器本体100顶部中心穿过热解空间10并延伸出反应器本体100，搅拌轴21伸出反应器本体100顶端的长度为300～1000mm，搅拌轴21伸出反应器本体100底端的长度为50～300mm，并且高温熔盐入口201设在反应器本体100顶端上方的50～500mm处，低温熔盐出口202设在搅拌轴21底端，优选的，高温熔盐入口201与搅拌轴21通过联轴器(未示出)相连，低温熔盐出口202与搅拌轴21通过联轴器(未示出)相连。发明人发现，若搅拌轴伸出反应器本体顶部和底部过长，导致搅拌轴热损较大，而若搅拌轴伸出反应器本体顶部和底部过短，一方面影响联轴器的检修，另一方面伸出过短，影响熔盐入口的设置，而熔盐入口过高浪费换热面积。由此，采用该布置方式，可以在避免浪费换热面积的同时方便设备检修。
根据本发明的再一个具体实施例，参考图1，上述反应器包括多层搅拌桨22，多层搅拌桨22沿搅拌轴21的纵向间隔分布，每层搅拌桨22包括至少两对搅拌桨22，至少两对搅拌桨22沿搅拌轴21周向且间隔布置，例如参考图2，每层搅拌桨22包括两对搅拌桨22，两对搅拌桨22沿搅拌轴21对称布置，从而不仅有效提高污泥与熔盐的换热面积，而且增大可以对污泥不断搅动，提高污泥的热解效率。根据本发明的一个具体实施例，相邻两层搅拌桨22的距离为50～500mm。发明人发现，若相邻两层搅拌桨之间距离过大，使得搅拌浆叶少，传热面积减少，降低设备的经济性，并且污泥粘滞系数大，流动性较差，同时搅拌浆叶不止起到了传热作用，还进行了打散污泥的作用，因此采用该布置方式，可以在提高换热面积的同时实现污泥在反应器本体内均匀分散，从而提高污泥的热解效率。
根据本发明的又一个具体实施例，搅拌桨22上靠近反应器本体100内壁的一端与刮板23通过弹簧(未示出)相连。具体的，弹簧的一端焊接在搅拌桨22上靠近反应器本体100的端部，而弹簧的另一端与刮板23相连，由此随着搅拌组件200的旋转，搅拌桨22上的刮板23不仅可以刮去反应器本体100内壁上的污泥，避免反应器本体内壁100结焦，而且在搅拌桨22端部设置弹簧与刮板23相连，可以避免刮板23在使用过程中刚性抵在反应器本体100内壁上，保证搅拌组件200的顺利运行。
发明人发现，通过在反应器内设置中空的搅拌轴和搅拌桨，并且在搅拌轴和搅拌桨内供给熔盐，熔盐在反应器内与污泥进行间接换热对污泥进行热解，一方面，熔盐液体的比热远大于其他热载体，其作为热载体可以显著提高传热效率，从而提高污泥热解效率，另一方面，通过将搅拌组件的搅拌轴和搅拌桨设置为中空结构，可以运用搅拌装置的搅拌桨作为热载体的反应空间，显著节省了反应器容积，同时搅拌组件不仅起到搅拌和热传导的双重作用并且由于换热表面旋转，使其具有推进固体颗粒或膏体流动的功能，另外在搅拌桨端部设置刮板，可以将沉积在反应器本体内壁的物料刮起，减少反应器本体内壁的结焦。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种处理污泥的系统。根据本发明的实施例，参考图3，该系统包括：熔盐加热炉2000、干燥装置3000和上述的熔盐热解污泥立式反应器1000。
根据本发明的实施例，熔盐加热炉2000具有燃料入口2001、低温熔盐入口2002、高温熔盐出口2003和高温烟气出口2004，且适于燃烧燃料将供给至熔盐加热炉2000内的低温熔盐加热至其熔点以上，得到高温熔盐和高温烟气。
根据本发明的实施例，干燥装置3000具有湿污泥入口3001和干燥污泥出口3002，且适于对湿污泥进行干燥，得到干燥污泥，从而提高污泥热解效率。
根据本发明的实施例，熔盐热解污泥立式反应器1000上污泥入口1001与干燥污泥出口3002相连，高温熔盐入口201与高温熔盐出口2003相连，低温熔盐出口202和低温熔盐入口2002相连，热解油气出口102与所述燃料入口2001相连，且适于将干燥装置3000中干燥得到的干燥污泥自设在反应器1000顶部的污泥入口101供给至反应器本体100内，在布料器的作用下将其打散，使其在反应器内混匀散落，同时将熔盐加热炉2000中得到的高温熔盐自设在搅拌轴21上部的高温熔盐入口201供给至搅拌轴21内后自上而下进入搅拌桨22内，与散落的污泥进行接触换热，污泥进行热解，产生高温油气和热解碳，同时换热后的低温熔盐自设在搅拌轴21下方的低温熔盐出口202排出后供给至熔盐加热炉2000中实现熔盐的循环利用，另外将得到的热解油气供给至熔盐加热炉2000作为燃料使用。根据本发明的一个具体实施例，参考图3，高温烟气出口2004与干燥装置3000相连，将熔盐加热炉2000中得到高温烟气供给至干燥装置3000中作为干燥介质使用，实现烟气余热的资源化利用。
具体的，首先将反应器预热至300℃-800℃，开启熔盐加热炉，将硝酸盐、氯化盐、氟化盐、碳酸盐和硫酸盐等其它低熔点的无机盐，或者两种及更多种无机盐的混合物加入熔盐加热炉内加热至熔点温度以上(本领域技术人员可以根据需要对混合盐中各熔盐的含量进行选择)，然后由熔盐泵经过将加热后的高温熔盐送入搅拌轴，高温熔盐通过中空搅拌轴自上而下依次流入搅拌桨，桨叶在搅拌电机带动下进行旋转，同时由污泥泵将干燥污泥均匀的送入反应器内，进入反应器内的干燥污泥在反应器内自由下落，使得高温熔盐的热量间接传给干燥污泥，由于熔盐桨叶换热表面旋转，被搅拌桨内熔盐进行间接加热至300℃-800℃使其干燥及发生热解反应，污泥在反应器内加热5min-60min后，产生的热解油气温度350-450摄氏度，通过反应器本体内的压力直接送入熔盐加热炉中作为燃料燃烧(热解油气不足，补充天然气)，燃烧产生的高温烟气温度为500-900℃，生成的污泥等固体通过重力经生物炭出口连续地或者间断地排出，并且搅拌桨中的熔盐随着反应时间的增加，温度降低，随后送入熔盐加热炉继续加热循环使用，同时高温烟气供给至干燥装置作为污泥的干燥介质，实现系统效率进一步提高。具体的，每吨污泥需要额外消耗天然气为25-45方，比一般污泥热解停留时间短30min以上，天然气节约20%以上。
需要说明的是，上述针对熔盐热解污泥立式反应器所描述的特征和优点同样适用于该处理污泥的系统，此处不再赘述。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
含水率80%的污泥，处理量为1吨，经干燥装置后，得到含水率为50%、温度为70℃的干燥污泥，再经转子布料器送至反应器内，三元无机混合盐(硝酸钾(KNO3)、亚硝酸钠(NaNO2)及硝酸钠(NaNO3)质量比为53：40：7)供给至熔盐加热炉内加热为500℃的混合高温熔盐液体，然后送入搅拌轴内后自上而下进入各层搅拌桨内，对干燥污泥进行间接热解，熔盐流量为7.7t/h，热解时间10min后，产生400kg，350℃的热解油气，同时干燥污泥经热解后产生500kg的生物炭，生物炭经出料机送出，进行下游利用，热解油气通过反应器的压力直接送入熔盐加热炉中作为燃料燃烧，同时在熔盐加热炉中补充33m3/h天然气作为燃料，对从搅拌轴底部回流的温度为400℃的低温熔盐进行加热，上述过程不断循环，系统运行停止时，全部熔盐将流回熔盐罐中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
