專利名稱：超臨界水氧化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種超臨界氧化系統(tǒng)，尤指一種適用于處理有害廢料的超臨界氧化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
企業(yè)追求永續(xù)經(jīng)營(yíng)、清潔生產(chǎn)，帶動(dòng)了廢棄物清潔處理技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)焚化法雖可達(dá)到廢棄物高度減量的目的，但由于衍生戴奧辛等排放間題，而為民眾所不容，并因此付出較高社會(huì)成本。超臨界流體處理技術(shù)，是利用流體(例如水)于超臨界狀態(tài)下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解、分離，而達(dá)到減廢、減毒等目的，由于破壞效率高且為密閉系統(tǒng)，故完全無(wú)二次污染的憂慮。
然而，無(wú)機(jī)鹽類水溶液于超臨界水狀態(tài)下因?yàn)槠淙芙舛冉档?，常常沉淀而造成超臨界流體系統(tǒng)管路與設(shè)備堵塞，并因而使得整個(gè)超臨界流體系統(tǒng)的壓力急速上升，導(dǎo)致超臨界流體系統(tǒng)必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以免遭遇危險(xiǎn)或故障。目前超臨界流體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大都是利用反應(yīng)器的特殊設(shè)計(jì)或是裝設(shè)氣液分離器來(lái)處理無(wú)機(jī)鹽類，但是由于進(jìn)料的廢液種類復(fù)雜且濃度不一，徒增系統(tǒng)處理的復(fù)雜度與成本。另外，一般處理具腐蝕性酸性物質(zhì)的方法為添加鹼液以中和，但極可能造成系統(tǒng)有爆發(fā)的危機(jī)。臺(tái)灣專利公告第239113號(hào)提出將廢液系統(tǒng)經(jīng)過預(yù)熱后再流經(jīng)反應(yīng)器底部。臺(tái)灣專利公告第293078號(hào)將廢液由高壓泵經(jīng)高壓閥流入反應(yīng)器中，廢液進(jìn)料系統(tǒng)并無(wú)冷卻裝置。而臺(tái)灣專利公告第459249號(hào)的廢液混合后經(jīng)預(yù)熱裝置再流入反應(yīng)器中，與一般常見的超臨界氧化系統(tǒng)是相同的方法，其是采用熱進(jìn)料方式。綜上所言，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于無(wú)機(jī)鹽類的結(jié)垢間題并無(wú)一簡(jiǎn)單有效的處理方法或裝置，所以極需要一種可有效避免無(wú)機(jī)鹽類結(jié)垢以防止管線及設(shè)備堵塞、并具高運(yùn)轉(zhuǎn)效益的超臨界氧化設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在提供一種超臨界氧化系統(tǒng)，以便能防止無(wú)機(jī)鹽類于進(jìn)料管路中沉淀與結(jié)垢，避免進(jìn)料管路阻塞，使整個(gè)氧化系統(tǒng)的操作壓力穩(wěn)定，同時(shí)提高廢液的處理效率，延長(zhǎng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)操作時(shí)間，降低系統(tǒng)的維修操作成本。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明超臨界氧化系統(tǒng)，是配合一溶液，包括一第一進(jìn)料泵，用以加壓于該溶液；一冷卻器，是管接于該第一進(jìn)料泵，以降低該溶液的溫度；一輸送媒質(zhì)槽，用以儲(chǔ)存該超臨界氧化系統(tǒng)所使用的輸送媒質(zhì)；一第二進(jìn)料泵，是與該輸送媒質(zhì)槽連接，以加壓于該輸送媒質(zhì)；一反應(yīng)器，是管接于該冷卻器與該第二進(jìn)料泵，以接受該溶液與該輸送媒質(zhì)，并氧化該溶液；一冷凝器，是管接于該反應(yīng)器，以接受氧化后的該溶液并予以冷卻；以及一氣液分離器，是管接于該冷凝器，以接收冷卻后的該溶液并予以氣、液態(tài)分離。
本發(fā)明超臨界氧化系統(tǒng)使用的輸送媒質(zhì)可為一般超臨界系統(tǒng)常用的流體，較佳為水。因水的臨界點(diǎn)為374℃、220atm，且無(wú)機(jī)鹽類在水的臨界點(diǎn)附近溶解度驟降，故本發(fā)明超臨界氧化系統(tǒng)的冷卻器較佳是將進(jìn)入該反應(yīng)器的該溶液溫度控制于350℃以下，以防止無(wú)機(jī)鹽類的沉淀與結(jié)垢。且冷卻器較佳為位于靠近反應(yīng)器的一側(cè)，以防止反應(yīng)器的熱傳至輸送媒質(zhì)槽與反應(yīng)器間的輸送管路。冷卻器的種類無(wú)限制，可為任何現(xiàn)有的冷卻器，較佳為一水夾套冷卻器。本發(fā)明的超臨界氧化系統(tǒng)較佳更包含至少一空氣或氧氣儲(chǔ)存槽，以提供氧化需要的氧氣。本發(fā)明的超臨界氧化系統(tǒng)較佳更包括有至少一壓力量測(cè)元件與至少一溫度量測(cè)元件，以量測(cè)該系統(tǒng)的壓力與溫度。本發(fā)明超臨界氧化系統(tǒng)處理的溶液可為一般的工業(yè)與民生廢水、環(huán)境污泥、有機(jī)氯化物、含戴奧辛的飛灰、或高能量物質(zhì)等難分解廢液，較佳為低熱值廢液。本發(fā)明的超臨界氧化系統(tǒng)較佳地可于該低熱值廢液或該輸送媒質(zhì)加入一醇類物質(zhì)，以增加自由基的反應(yīng)效率，并提高該溶液的氧化效率，較佳地該溶液為一低熱值廢液，且該醇類物質(zhì)于該反應(yīng)器內(nèi)的濃度較佳為低于20wt％。更佳的，上述醇類物質(zhì)是為異丙醇。本發(fā)明超臨界氧化系統(tǒng)的反應(yīng)器壓力較佳為高于3000psi，反應(yīng)器溫度較佳為高于300℃。
一般廢液的進(jìn)料多采用熱進(jìn)料方式，本發(fā)明是采用冷進(jìn)料方式，在廢液進(jìn)料系統(tǒng)與反應(yīng)器之間增加冷卻裝置，與一般使用預(yù)熱器預(yù)熱廢液的熱進(jìn)料方式大不相同。廢液進(jìn)料系統(tǒng)增加冷卻裝置，主要可防止反應(yīng)器所需的高溫傳到廢液進(jìn)料系統(tǒng)，并防止廢液中的無(wú)機(jī)鹽類在反應(yīng)器前的管路結(jié)垢與沉淀，避免管路堵塞。


圖1是本發(fā)明的超臨界流體原理示意圖；圖2是本發(fā)明的超臨界氧化系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先說(shuō)明本發(fā)明超臨界液體的原理，請(qǐng)參閱圖1，一般純物質(zhì)包含有氣、固、液三相，于氣-液共存時(shí)，液相密度大于氣相密度，當(dāng)系統(tǒng)溫度及壓力達(dá)到某一特定點(diǎn)時(shí)，其氣-液兩相密度趨于相同，兩相合并為一均勻相。此一特定點(diǎn)即定義為上述物質(zhì)的臨界點(diǎn)，其所對(duì)應(yīng)的溫度、壓力和密度則分別定義為該純物質(zhì)的臨界溫度(Tc)、臨界壓力(Pc)和臨界密度(pc)。若超過此點(diǎn)時(shí)，無(wú)論壓力如何增加皆無(wú)法使之液化、溫度如何升高亦無(wú)法使之返回氣相，我們即稱此高于臨界溫度及臨界壓力的均勻相為超臨界流體(Supercritical Fluid)。
水為自然界中最重要的溶劑，許多化合物進(jìn)行反應(yīng)均需要水參與反應(yīng)或作為介質(zhì)，利用溫度或壓力的控制、可改變水的各種物化性質(zhì)。于超臨界狀態(tài)下，水具有類似氣體的擴(kuò)散性及液體的溶解性等雙重性質(zhì)，故可應(yīng)用于有害物質(zhì)的萃取分離。
超臨界水氧化(Supercritical Water Oxidation，SCWO)處理技術(shù)具高效率的氧化反應(yīng)特性，較傳統(tǒng)焚化處理法更具有反應(yīng)時(shí)間短、破壞效率高、能量損耗低及低空氣污染等優(yōu)勢(shì)，且無(wú)機(jī)鹽類在SCWO反應(yīng)條件下易沉淀、分離及回收，因此先進(jìn)國(guó)家紛紛積極投入研發(fā)上作。水的臨界溫度為374℃，臨界壓力為220atm，在超臨界狀態(tài)下可與非極性的流體完全互溶，而解離子亦具高移動(dòng)性及高電導(dǎo)性。一般超臨界流體具有下列的特性1.與液體相似的密度與擴(kuò)散是數(shù)。
2.與氣體相似的粘度。
3.極高的反應(yīng)速度。
4.極低的表面張力。
超臨界氧化法類似濕式氧化法(wet oxidation)，一般的濕式氧化法由于水中溶氧不足，易造成氧化不完全，其尾氣有揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)排放的困擾，因此通常須再安裝活性碳或觸媒等裝置，以確保廢氣能符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于氧化是在兩相中進(jìn)行，氧化速率慢，反應(yīng)器體積大。假如將廢水提升至超臨界狀態(tài)(一般系統(tǒng)條件約在24～35MPa及400～650℃)，則廢水與氧或添加的氧化劑會(huì)成為均相，因此氧化能力提高，污染物質(zhì)迅速被破壞，當(dāng)溫度達(dá)525℃以上時(shí)破壞率更可達(dá)99.99％，所產(chǎn)生的硫氧化物(SOx)及氮氧化物(NOx)極低。
與一般濕式氧化法比較，SCWO可處理高濃度及含多種類有機(jī)物的廢水，不但破壞效率高并可減少或抑制中間產(chǎn)物的生成，又屬密閉性作業(yè)，當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)或效率低時(shí)可回流再處理。
超臨界氧化可應(yīng)用于降解有害廢棄物，主要應(yīng)用于六大類有害廢棄物的處理1.塑膠與添加物含鹵素塑膠、火焰抑制齊，、塑化劑等。
2.有機(jī)物殺蟲劑、醫(yī)藥、溶劑、染料。
3.高能材料高爆藥、煙火藥、氣體推進(jìn)劑。
4.廢水紡織工廠或紙漿工廠廢水、漂白廢水、切削廢液、皮革廢液。
5.下水污泥都市下水污泥、工業(yè)污泥。
6.受污染土壤礦油、含鹵素有機(jī)物。
為能更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉超臨界氧化系統(tǒng)較佳具體實(shí)施例說(shuō)明如下。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明的超臨界氧化系統(tǒng)示意圖，主要由廢液儲(chǔ)存槽10、空氣儲(chǔ)存槽20、水儲(chǔ)槽30、高壓進(jìn)料泵31，32，33、水夾套冷卻器40、超臨界氧化反應(yīng)器50、冷凝器60、氣液分離器70以及數(shù)個(gè)溫度檢測(cè)元件與壓力檢測(cè)元件等所組成。空氣進(jìn)料經(jīng)進(jìn)料泵32壓縮至可進(jìn)入反應(yīng)器50的壓力，再進(jìn)入反應(yīng)器50；廢液進(jìn)料由進(jìn)料泵31加壓至200atm以上的壓力；水夾套冷卻器40可隔絕反應(yīng)器的高溫，防止反應(yīng)器的熱傳到廢液進(jìn)料管路30，并將進(jìn)料溫度控制在350℃以下，因此廢液進(jìn)料不易于進(jìn)料管路80中沉淀結(jié)垢，進(jìn)料管路30亦不會(huì)產(chǎn)生阻塞的問題。
此外，在低熱值的廢液(即其燃燒反應(yīng)熱低于2,000kcal/g)中加入異丙醇，可以促進(jìn)廢液的氧化效率。例如，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在檸檬酸廢液或水進(jìn)料中添加2wt％的異丙醇之后，可以將檸檬酸廢液的破壞去除效率由74.5％提高至99.9％。
本系統(tǒng)使用相同濃度的廢液比較熱式(400℃以上)與冷式(350℃以下)進(jìn)料，得知冷式進(jìn)料可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的操作時(shí)間，防止無(wú)機(jī)鹽類于進(jìn)料管路中沉淀與結(jié)垢，而熱(400℃以上)的進(jìn)料方式約2～3小時(shí)后無(wú)機(jī)鹽類即大量的沉淀，堵塞廢液的進(jìn)料系統(tǒng)，使系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)操作。所以本系統(tǒng)采用冷(350℃以下)的進(jìn)料方式，可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)操作時(shí)間，并降低維修操作成本。
上述實(shí)施例僅是為了方便說(shuō)明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利保護(hù)范圍自應(yīng)以申請(qǐng)專利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種超臨界水氧化系統(tǒng)，是配合一溶液，其特征在于，包括一第一進(jìn)料泵，用以加壓于該溶液；一冷卻器，是管接于該第一進(jìn)料泵，以降低該溶液的溫度；一輸送媒質(zhì)槽，用以儲(chǔ)存該超臨界氧化系統(tǒng)所使用的輸送媒質(zhì)；一第二進(jìn)料泵，是與該輸送媒質(zhì)槽連接，以加壓于該輸送媒質(zhì)；一反應(yīng)器，是管接于該冷卻器與該第二進(jìn)料泵，以接受該溶液與該輸送媒質(zhì)，并氧化該溶液；一冷凝器，是管接于該反應(yīng)器，以接受氧化后的該溶液并予以冷卻；以及一氣液分離器，是管接于該冷凝器，以接收冷卻后的該溶液并予以氣、液態(tài)分離。
2.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該輸送媒質(zhì)為水。
3.如權(quán)利要求2所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該冷卻器是將進(jìn)入該反應(yīng)器的該溶液溫度控制于350℃以下。
4.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該冷卻器位于靠近該反應(yīng)器的一側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該冷卻器為一水夾套冷卻器。
6.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，其更包含至少一空氣或氧氣儲(chǔ)存槽，以提供氧化需要的氧氣。
7.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，其更包括有至少一壓力量測(cè)元件與至少一溫度量測(cè)元件，以量測(cè)該系統(tǒng)中的壓力與溫度。
8.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該溶液為低熱值廢液。
9.如權(quán)利要求8所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該溶液或該輸送媒質(zhì)含有一醇類物質(zhì)，以提高該溶液的氧化效率。
10.如權(quán)利要求9所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該反應(yīng)器內(nèi)該醇類物質(zhì)的濃度低于20wt％。
11.如權(quán)利要求9所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該醇類物質(zhì)為異丙醇。
12.如權(quán)利要求2所述的超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于，所述該反應(yīng)器的壓力高于3000psi，該反應(yīng)器的溫度高于300℃。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種超臨界氧化系統(tǒng)，是配合一溶液，包括一第一進(jìn)料泵，用以加壓于該溶液；一冷卻器，是管接于該第一進(jìn)料泵，以降低該溶液的溫度；一輸送媒質(zhì)槽，用以儲(chǔ)存該超臨界氧化系統(tǒng)所使用的輸送媒質(zhì)；一第二進(jìn)料泵，是與該輸送媒質(zhì)槽連接，以加壓于該輸送媒質(zhì)；一反應(yīng)器，是管接于該冷卻器與該第二進(jìn)料泵，以接受該溶液與該輸送媒質(zhì)，并氧化該溶液；一冷凝器，是管接于該反應(yīng)器，以接受氧化后的該溶液并予以冷卻；以及一氣液分離器，是管接于該冷凝器，以接收冷卻后的該溶液并予以氣、液態(tài)分離。
文檔編號(hào)C02F1/72GK1629086SQ20031012333
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者陳政群, 郁宏如, 賴重光 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院