一种超积累植物资源化处置系统及方法

本发明属于重金属固化，尤其是涉及一种超积累植物资源化处置系统及方法。

背景技术：

1、为应对全球气候变化，实现“碳中和”目标，保障我国能源供给安全，必须大力发展新型煤炭清洁高效转化利用技术。煤的超临界水气化技术是煤炭转化利用的新途径，该技术利用水在临界点(374℃，22.1mpa)以上氢键强度、扩散系数、介电常数等理化性质发生剧烈变化而导致溶解有机物与无机物的能力发生巨大改变的特性，能较为温和地将煤转化为高热值的富氢气体，具有低污染、co2易捕集回收的优点。然而煤中硫在富氢的还原性气氛下会生成大量具有腐蚀性的h2s，将对超临界水气化及其后续发电等多联产设备的安全运行造成威胁，并存在环境污染隐患，危害人类健康。因此对h2s等含硫污染物的定向调控是该技术推广应用的关键问题之一。

2、超积累植物是一种能从土壤或水环境中吸收并积累高浓度铜、锌、镍、镉、铅等重金属物质而不影响其生命活动的功能性生物质，可用于对土壤或水域的生态修复。收割后的超积累植物必须安全处置，以弱化重金属的生物浸出毒性。常规处置方法如焚烧、堆肥、压缩填埋、热解、常规气化等在一定程度上实现了废弃超积累植物的减量化或资源化利用，但仍然存在重金属逃逸的二次污染隐患，甚至最终固相产物仍然具有较高的浸出毒性；此外大部分草本超积累植物含水量高，采取常规热转化方式需先对其进行干燥处理，增加了能耗与设备投资。因此超积累植物也迫切需要安全、高效、低成本的处置方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超积累植物资源化处置系统及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供了一种超积累植物资源化处置系统，包括：

4、原料混合器，其容纳混合原料；

5、超临界气化间歇反应釜，其与原料混合器连通；

6、气液分离器，其与超临界气化间歇反应釜连通并分离气相和液相；以及

7、固液分离器，其与超临界气化间歇反应釜连通并分离液相与固相；

8、所述超临界气化间歇反应釜执行以下操作：

9、对原料进行超临界气化反应；

10、接收来自原料混合器的原料；

11、输出气相液相至气液分离器；

12、输出固相液相至固液分离器。

13、进一步地，还包括：

14、换热器，其一端连接超临界气化间歇反应釜，一端连接气液分离器；以及

15、水槽，其一端连接气液分离器，一端连接换热器；

16、所述换热器的另一端连通超临界气化间歇反应釜并通过所述水槽向所述超临界气化间歇反应釜提供反应用水。

17、更进一步地，还包括：

18、第一阀门，其介于换热器与气液分离器之间；以及

19、第二阀门，其介于水槽与连接气液分离器之间。

20、进一步地，还包括：

21、高压气瓶，与超临界气化间歇反应釜连接；

22、球磨粉碎机，与原料混合器连接并用于粉碎超积累植物；以及

23、磨煤机，与原料混合器连接并用于粉碎煤。

24、更进一步地，还包括介于高压气瓶，与超临界气化间歇反应釜之间的第三阀门。

25、本发明还提供了一种超积累植物资源化处置方法，采用上述的超积累植物资源化处置系统进行处置，包括以下步骤：

26、s1：预处理：将超积累植物在球磨粉碎机中粉碎，将煤在磨煤机中粉碎，一起送入到原料混合器混合，得到原料；

27、s2：超临界气化反应：将s1中的原料送入超临界气化间歇反应釜进行超临界气化反应，反应完成得到气相、固相、以及液相；

28、s3：后处理：将s2中的气相和液相一起通过换热器送入气液分离器，分离得到富氢合成气和循环水、循环水送入水槽；固相和液相一起送入固液分离装置，分离得到固相废渣、以及未反应完的水和生物油。

29、进一步地，在步骤s1中，超积累植物粉碎为100目至200目，煤粉碎为100目至200目。

30、作为本发明的一种优选方式，在步骤s1中，超积累植物粉碎为100目，煤粉碎为100目。

31、进一步地，在步骤s2中，超临界气化反应的反应条件为：水为超临界水，超临界水温度为400℃至750℃，压强为22mpa至30mpa，反应时间为15-120min。

32、作为本发明的一种优选方式，在步骤s2中，超临界气化反应的反应条件为：水为超临界水，超临界水温度为400℃，压强为22mpa，反应时间为120min。

33、进一步地，在步骤s2中，在进行超临界气化反应时，加入催化剂，所述催化剂为caco3。

34、作为本发明的一种优选方式，在步骤s2中，在进行超临界气化反应时，加入催化剂，所述催化剂为caco3。

35、进一步地，在步骤s3中，气相和液相进入换热器的具体过程为：

36、液相在换热器内进行加热并回到超临界气化间歇反应釜，气相进入到气液分离器。

37、需要说明的是，在进行固相和液相分离后，液相此时含有少量未反应完的水，以及一些生物油，二者的分离方式，可采取高速离心分离，本技术对比不进行限定。

38、需要说明的是，本技术中固液分离器可采用喷淋过滤装置进行分离，此时可又水槽进行供水，外接一个管路即可完成，并且采用该分离方法，从顶部喷淋洗涤，减少了固定中生物油的残留。

39、需要说明的是，本技术不仅仅是拘泥于得到具有经济效益的生物油和富氢合成气，更是着眼于煤中硫化物以及超积累植物中重金属的处置，该方法绿色环保、且具有较好的经济效益，并且有效减少重金属和硫的污染物释放，降低对环境和人体健康的风险。

40、需要说明的是，本系统的工作流程如下：

41、第一方面，磨煤机和球磨粉碎机分别对煤和超积累植物进行粉碎，接着分别将煤和超积累植物送入到超临界气化间歇反应釜这个主要反应场所。

42、第二方面，高压气瓶为超临界气化间歇反应釜提供初压，介于两者之间具有第三阀门，用于控制开启与关闭。

43、第三方面，需要说明的是，超临界气化间歇反应釜也可外接外部水进行超临界气化反应，本技术是与换热器中加热的水形成回流以提供水源。

44、最后，在超临界气化间歇反应釜进行超临界气化反应之前需投加催化剂，反应后，气相液相产物由超临界气化间歇反应釜流至换热器，换热器对液相水进行加热会回流至超临界气化间隙反应釜，气相产物和一部分液相产物再由换热器流至气液分离器进行分离，得到富氢合成气，其余的水流至水槽，又由于水槽与换热器接通，水槽中的水可流至换热器再加热后回到超临界气化间隙反应釜；反应后的固相产物和带有生物油的液相产物流至固液分离器，分离后得到固相废渣即含金属硫化物，液相产物即未反应完的水和生物油。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

46、(1)本技术所利用的方法能够使重金属跟硫协同固化，其中，超积累植物在生长过程中具有富集重金属的能力。通过与煤共同进行超临界水气化，重金属可以与煤中的硫化物在高温高压的条件下反应，形成固态产物，从而实现重金属和硫的协同固化。这种方法可以有效减少重金属和硫的污染物释放，降低对环境和人体健康的风险。

47、(2)本技术所利用的方法能够进行能源回收和利用：超临界水气化是一种高效利用煤资源的技术。在高温高压下，煤可以与水反应产生高附加值的富氢合成气和生物油。这些气液可以用作能源，例如用于发电或作为化工原料。通过超临界水气化的同时实现重金属和硫的协同固化，可将废弃煤和危险超积累植物转化为能源和有价值的产物，实现资源的循环利用。

48、(3)本技术所利用的方法具有环境友好性：与传统煤燃烧相比，超临界水气化污染排放量更低。高温高压的条件下，煤的气化反应更为彻底，同时由于水的存在大大降低了氮氧化物和颗粒物的生成。此外，协同固化重金属和硫的过程可以有效地固定这些有害物质，减少其在环境中的转移和扩散，金属硫化物可以作为资源进行回收利用，减少对自然资源的需求，并降低废弃物处理的环境风险。

49、(4)本技术所涉及的系统，可根据采用不同的工艺手段进行灵活变动，具有实用性。