專利名稱：高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)對(duì)高含鹽(無(wú)機(jī)鹽含量為5wt% 30wt% )有機(jī)廢水進(jìn)行無(wú)害化處理的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超臨界水是指溫度和壓カ均高于其臨界點(diǎn)(T = 374. 15°C，P = 22. 12MPa)的特殊狀態(tài)的水。超臨界水兼具液態(tài)和氣態(tài)水的性質(zhì)，該狀態(tài)下只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近似于極性有機(jī)溶劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的黏度。有機(jī)物、氧氣與超臨界水互溶，從而使非均相反應(yīng)變?yōu)榫喾磻?yīng)，大大減小了傳質(zhì)阻力，而無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極低，很容易被分離出來(lái)。超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidation,簡(jiǎn)稱SCW0)是利用超臨界水對(duì)有機(jī)物和氧化劑都是良好溶劑的特殊性質(zhì)，在提供充足氧化劑的前提下，有機(jī)物在富氧環(huán)境中進(jìn)行均相反應(yīng)，迅速、徹底地將有機(jī)物深度破壞，轉(zhuǎn)化成h2o、CO2等無(wú)害化小分子化合物和無(wú)機(jī)鹽。SCWO主要應(yīng)用于高毒性、高濃度、難生化降解有機(jī)廢水的高效無(wú)害化處理，無(wú)二次污染，能夠?qū)崿F(xiàn)自熱，能量回收優(yōu)化時(shí)運(yùn)行成本低，具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在取代傳統(tǒng)焚燒法方面具有光明的發(fā)展前景。因此，SCWO的發(fā)展在國(guó)內(nèi)外受到廣泛關(guān)注，美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)六大領(lǐng)域之一“能源與環(huán)境”指出，21世紀(jì)最有前途的有機(jī)廢物處理技術(shù)之ー是超臨界水氧化技術(shù)。目前，國(guó)外已有少量商業(yè)化SCWO裝置正在運(yùn)行,而國(guó)內(nèi)大多還處在實(shí)驗(yàn)研究階段，僅出現(xiàn)個(gè)別中試裝置。高濃度難生化降解有機(jī)廢水(如農(nóng)藥廢水)通過含有大量的無(wú)機(jī)鹽，質(zhì)量含量甚至高達(dá)5wt% 30wt%,部分無(wú)機(jī)鹽具有回收利用價(jià)值。而無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度顯著降低，通常小于lOOmg/し例如Na2S04、CaCl2、NaCl和KCl在400°C、25MPa的超臨界水中的溶解度不超過lg/L。有機(jī)廢水超臨界水氧化過程中析出的黏性鹽在反應(yīng)器內(nèi)表面團(tuán)聚、沉積，當(dāng)鹽沉積失去控制時(shí)反應(yīng)器會(huì)被堵塞，特別是在低流速條件下析出較大顆粒的黏性鹽時(shí)更容易造成反應(yīng)器的堵塞。當(dāng)堵塞發(fā)生時(shí)，整套裝置必須停機(jī)、沖洗和再啟動(dòng)，這就降低了 SCWO裝置運(yùn)行的可靠性，増加了運(yùn)行成本。此外，無(wú)機(jī)鹽特別是含氯離子無(wú)機(jī)鹽的沉積也會(huì)加快反應(yīng)器、輸運(yùn)管路等部位的腐蝕速率，導(dǎo)致?lián)Q熱器中換熱面的傳熱惡化。高溫高壓富氧的反應(yīng)環(huán)境致使SCWO裝置運(yùn)行成本較高，這些問題極大地限制了 SCWO的推廣應(yīng)用。鑒于有機(jī)廢水SCWO過程中復(fù)雜的進(jìn)料特性和苛刻反應(yīng)條件，現(xiàn)有的除鹽方法(電滲析、反滲透、離子交換、電吸附等)難以用在高含鹽有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)中，高含鹽有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)的可靠運(yùn)行需要更為簡(jiǎn)單、高效、方便的除鹽設(shè)備和脫鹽方法。因此，針對(duì)高含鹽有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)的開發(fā)，需要解決反應(yīng)器中鹽沉積引起的堵塞問題，井能夠有效降低SCffO的運(yùn)行成本
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服高含鹽有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)面臨鹽沉積和高運(yùn)行成本問題，提供一種改進(jìn)的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，可以廣泛應(yīng)用于高含鹽有機(jī)廢水的高效、低成本無(wú)害化處理。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在干包括預(yù)脫鹽部分、超臨界水處理脫鹽部分、混合反應(yīng)部分和分離回收部分，其中預(yù)脫鹽部分包括第一管式換熱器和第二管式換熱器，所述第一管式換熱器管側(cè)的入口通入高鹽廢水，第一管式換熱器管側(cè)的出口連接冷卻結(jié)晶器的入口，冷卻結(jié)晶器的頂 部出口與一個(gè)儲(chǔ)存有機(jī)廢水的儲(chǔ)料池的入口相連，冷卻結(jié)晶器的底部出口與過濾離心機(jī)的入口相連，過濾離心機(jī)的頂部出ロ連接儲(chǔ)料池，過濾離心機(jī)的底部出ロ排鹽；第一管式換熱器和第二管式換熱器殼側(cè)通有こニ醇溶液，第二管式換熱器管側(cè)的入口通入液氧；所述超臨界水處理脫鹽部分包括加熱爐，該加熱爐的入口連接儲(chǔ)料池的出口，カロ熱爐中間出口連接水力旋流器的入ロ，水力旋流器頂部出ロ連接加熱爐中間入口，加熱爐出ロ連接混合器入ロ，水力旋流器底部出ロ連接脫鹽裝置；混合反應(yīng)部分包括第一容積式換熱器，該第一容積式換熱器管側(cè)的入口連接第二管式換熱器管側(cè)的出口，第一容積式換熱器管側(cè)的出口連接第一緩沖器的入口，第一緩沖器的出口連接混合器的入口，混合器的出口連接管式反應(yīng)器的入口，管式反應(yīng)器出口連接容積式換熱器組管側(cè)的入口；分離回收部分包括高壓汽液分離器，該高壓汽液分離器的入口連接容積式換熱器組管側(cè)的出口，高壓汽液分離器頂部出口連接第四容積式換熱器管側(cè)的入口，第四容積式換熱器管側(cè)的出ロ連接提純塔的入ロ，提純塔頂部出口連接第二緩沖器的入ロ，第二緩沖器的出口與高壓壓縮機(jī)入口連接，高壓壓縮機(jī)出口連接第一緩沖器的入口 ；高壓汽液分離器底部出口連接第一容積式換熱器殼側(cè)的入口，第一容積式換熱器殼側(cè)的出口連接后續(xù)處理單元；容積式換熱器組殼側(cè)的入口連接軟化水裝置；容積式換熱器組殼側(cè)的出ロ輸出蒸汽；提純塔底部出ロ排出CO2。上述系統(tǒng)中，可以進(jìn)ー步改進(jìn)的技術(shù)方案為所述的軟化水裝置包括軟化水箱，該軟化水箱的出ロ通過低壓變頻泵連接容積式換熱器組殼側(cè)的入口，容積式換熱器組殼側(cè)出口輸出蒸汽。所述的容積式換熱器組可由兩個(gè)容積式換熱器串聯(lián)組成。所述的脫鹽裝置包括緩沖氧化器，該緩沖氧化器頂部的入口連接水力旋流器底部出口，緩沖氧化器底部出口與擴(kuò)容器頂部入口連接，擴(kuò)容器底部出口與儲(chǔ)鹽池頂部入口連接，儲(chǔ)鹽池底部出口排出無(wú)機(jī)鹽。所述高壓汽液分離器底部出口與第一容積式換熱器殼側(cè)入口之間通過背壓閥、敞ロ集液箱和低壓水泵連接。所述的后續(xù)處理単元中的污泥出ロ端通過連接管道與儲(chǔ)料池入口連接。所述的第一容積式換熱器管側(cè)的出ロ還連接緩沖氧化器頂部的入ロ。所述的氧化緩沖器頂部的出ロ連接水力旋流器頂部的出ロ。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明系統(tǒng)突出的優(yōu)點(diǎn)是I、有兩股含鹽有機(jī)廢水作為超臨界水氧化處理進(jìn)料，其中一股含鹽量10wt% 30Wt%有機(jī)廢水(簡(jiǎn)稱高鹽廢水)，此類無(wú)機(jī)鹽隨溫度的降低溶解度降低，約占總水量的三分之一，另ー股含鹽量為5wt% IOwt^有機(jī)廢水。利用系統(tǒng)中液氧冷能將高鹽廢水進(jìn)行冷卻結(jié)晶，降低廢水中無(wú)機(jī)鹽的質(zhì)量濃度，進(jìn)而降低兩股廢水所形成混合廢水的無(wú)機(jī)鹽濃度至5wt% 10wt%?；旌蠌U水經(jīng)過高壓計(jì)量泵加壓后輸送到加熱爐進(jìn)行預(yù)熱，本系統(tǒng)加熱爐中的換熱盤管分兩段布置(低溫段和高溫段)，低溫段出ロ(加熱爐中間出ロ)流體達(dá)到超臨界水溫度，進(jìn)入水力旋流器后利用離心分離作用可以將反應(yīng)流體中顆粒度10微米以上的大量固體鹽顆粒分離出來(lái)，經(jīng)過脫鹽處理后水力旋流器頂部出口流體再進(jìn)入加熱爐的高溫段，進(jìn)而可以保證高溫段換熱盤管的換熱系數(shù)，有效防止水力旋流器后續(xù)管路及反應(yīng)器的堵塞。同時(shí)將水力旋流器底部分離出的固體無(wú)機(jī)鹽利用水力旋流器上的電機(jī)螺旋輸送到緩沖氧化器中，當(dāng)緩沖氧化器充滿固體無(wú)機(jī)鹽時(shí)，關(guān)閉緩沖氧化器頂部入口管路上的截止閥，關(guān)閉水力旋流器上部的輸送電機(jī)，緩慢開啟緩沖氧化器下部的截止閥，啟動(dòng)緩沖氧化器上的螺旋輸送電機(jī)，將緩沖氧化器中的固體無(wú)機(jī)鹽輸送到擴(kuò)容器中，含固體無(wú)機(jī)鹽流 體在擴(kuò)容器內(nèi)膨脹，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入儲(chǔ)料池，熱量回收利用，分離出的固體無(wú)機(jī)鹽進(jìn)入儲(chǔ)鹽池，間隔一段時(shí)間從儲(chǔ)鹽池中取出再進(jìn)行填埋處置。此外，利用水力旋流器分離出的高含鹽流體經(jīng)螺旋輸送進(jìn)入氧化緩沖器后，在氧化緩沖器中與先前從氧氣輸運(yùn)管路引入的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，將其中的有機(jī)污染物無(wú)害化去除。過飽和高含鹽流體進(jìn)入氧化緩沖器后，固體無(wú)機(jī)鹽顆粒沉降到氧化緩沖器下部，氧化緩沖器上部基本不含固體無(wú)機(jī)鹽的超臨界流體進(jìn)入水カ旋流器頂部出口管道。因此，本系統(tǒng)利用液氧的冷能對(duì)高鹽廢水冷卻結(jié)晶處理，降低混合廢水的含鹽量，然后再利用超臨界水的特性通過水力旋流器進(jìn)行混合廢水的脫鹽處理，從而有效避免水力旋流器后續(xù)管路及反應(yīng)器等設(shè)備的堵塞。2、為降低高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本，系統(tǒng)利用液氧的冷能去冷卻結(jié)晶高鹽廢水，回收可能有價(jià)值的無(wú)機(jī)鹽，進(jìn)而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收益。為保證高的有機(jī)物去除率，系統(tǒng)采用高氧化系數(shù)(3. 0 4. 0)，通過設(shè)置第四容積式換熱器、冷卻機(jī)組、提純塔、第二緩沖器、高壓壓縮機(jī)分離回收再利用過量的氧氣，分離出CO2液體出售可以獲得ー定的收益。通過設(shè)置軟化水箱、低壓變頻泵、第二容積式換熱器、第三容積式換熱器將反應(yīng)后的高溫流體換熱產(chǎn)生飽和蒸汽，對(duì)外輸出產(chǎn)生收益。通過降低反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度，降低有機(jī)廢水超臨界水氧化的去除率，同時(shí)輔助簡(jiǎn)單的后續(xù)處理単元，在滿足混合廢水整體處理達(dá)標(biāo)排放要求的前提下，有效降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。這些方法的耦合使用都能夠有效降低高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為儲(chǔ)料池、2為高壓柱塞泵、3為加熱爐、4為水力旋流器、5為緩沖氧化器、6為擴(kuò)容器、7為儲(chǔ)鹽池、8為高鹽廢水池、9為低壓泵、10為第一套管式換熱器、11為こニ醇溶液箱、12為低壓離心泵、13為第二套管式換熱器、14為液氧貯槽、15為低溫液氧泵、16為冷卻結(jié)晶器、17為隔膜泵、18為過濾離心機(jī)、19為第一容積式換熱器、20為第一緩沖器、21為混合器、22為管式反應(yīng)器、23為第二容積式換熱器、24為第三容積式換熱器、25為高壓汽液分離器、26為第四容積式換熱器、27為冷卻機(jī)組、28為提純塔、29為第二緩沖器、30為高壓壓縮機(jī)、31為CO2儲(chǔ)罐、32為軟化水箱、33為低壓變頻泵、34為背壓閥、35為敞ロ集液箱、36低壓水泵、37為后續(xù)處理單元，Vl V5為電動(dòng)截止閥，V6 VlO為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，Vll為電動(dòng)減壓閥。圖I中的圖例和儀表代碼含義見表I表I
權(quán)利要求
1.一種高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于包括預(yù)脫鹽部分、超臨界水處理脫鹽部分、混合反應(yīng)部分和分離回收部分，其中 預(yù)脫鹽部分包括第一管式換熱器和第二管式換熱器，所述第一管式換熱器管側(cè)的入口連接高鹽廢水，第一管式換熱器管側(cè)的出口連接冷卻結(jié)晶器的入口，冷卻結(jié)晶器的頂部出ロ與一個(gè)儲(chǔ)存有機(jī)廢水的儲(chǔ)料池的入口相連，冷卻結(jié)晶器的底部出口與過濾離心機(jī)的入口相連，過濾離心機(jī)的頂部出ロ連接儲(chǔ)料池，過濾離心機(jī)的底部出ロ排鹽；第一管式換熱器和第二管式換熱器殼側(cè)通有こニ醇溶液，第二管式換熱器管側(cè)的入口通入液氧； 所述超臨界水處理脫鹽部分包括加熱爐，該加熱爐的入口連接儲(chǔ)料池的出ロ，加熱爐中間出口連接水力旋流器的入ロ，水力旋流器頂部出ロ連接加熱爐中間入口，加熱爐出ロ連接混合器入ロ，水力旋流器底部出ロ連接脫鹽裝置； 混合反應(yīng)部分包括第一容積式換熱器，該第一容積式換熱器管側(cè)的入口連接第二管式換熱器管側(cè)的出口，第一容積式換熱器管側(cè)的出口連接第一緩沖器的入口，第一緩沖器的出ロ連接混合器的入ロ，混合器的出ロ連接管式反應(yīng)器的入ロ，管式反應(yīng)器出ロ連接容積式換熱器組管側(cè)的入口； 分離回收部分包括高壓汽液分離器，該高壓汽液分離器的入口連接容積式換熱器組管側(cè)的出口，高壓汽液分離器頂部出口連接第四容積式換熱器管側(cè)的入口，第四容積式換熱器管側(cè)的出ロ連接提純塔的入ロ，提純塔頂部出ロ連接第二緩沖器的入ロ，第二緩沖器的出口與高壓壓縮機(jī)入口連接，高壓壓縮機(jī)出口連接第一緩沖器的入口 ；高壓汽液分離器底部出口連接第一容積式換熱器殼側(cè)的入口，第一容積式換熱器殼側(cè)的出口連接后續(xù)處理單元；容積式換熱器組殼側(cè)的入口連接軟化水裝置；容積式換熱器組殼側(cè)的出ロ輸出蒸汽；提純塔底部出口排出CO2。
2.如權(quán)利要求I所述的高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的軟化水裝置包括軟化水箱，該軟化水箱的出ロ通過低壓變頻泵連接容積式換熱器組殼側(cè)的入口，容積式換熱器組殼側(cè)出口輸出蒸汽。
3.如權(quán)利要求2所述的高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的容積式換熱器組由兩個(gè)容積式換熱器串聯(lián)組成。
4.如權(quán)利要求I所述的高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的脫鹽裝置包括緩沖氧化器，該緩沖氧化器頂部的入口連接水力旋流器底部出口，緩沖氧化器底部出ロ與擴(kuò)容器頂部入ロ連接，擴(kuò)容器底部出口與儲(chǔ)鹽池頂部入口連接，儲(chǔ)鹽池底部出口排出無(wú)機(jī)鹽。
5.如權(quán)利要求I所述的高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述高壓汽液分離器底部出口與第一容積式換熱器殼側(cè)入口之間通過背壓閥、敞ロ集液箱和低壓水泵連接。
6.如權(quán)利要求I所述的高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的后續(xù)處理単元中的污泥出口端通過連接管道與儲(chǔ)料池入口連接。
7.如權(quán)利要求I所述的高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的第一容積式換熱器管側(cè)的出ロ還連接緩沖氧化器頂部的入ロ。
8.如權(quán)利要求I所述的高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的氧化緩沖器頂部的出ロ連接水力旋流器頂部的出ロ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，通過液氧的冷能將高鹽廢水進(jìn)行冷卻結(jié)晶，降低廢水中無(wú)機(jī)鹽的質(zhì)量濃度。在超臨界水條件下利用水力旋流器脫除廢水中析出的大量固體鹽顆粒，有效防止水力旋流器后續(xù)管路及反應(yīng)器的堵塞。通過在水力旋流器下部設(shè)置脫鹽裝置可連續(xù)將無(wú)機(jī)鹽從系統(tǒng)脫除。此外，通過分離回收部分，回收過量的氧氣和CO2產(chǎn)物氣體；通過設(shè)置簡(jiǎn)單的后續(xù)處理單元，降低超臨界水氧化反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度；通過設(shè)置軟化水裝置，系統(tǒng)以蒸汽的形式回收反應(yīng)后高溫流體的熱量；有效降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。本發(fā)明系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于高含鹽有機(jī)廢水的無(wú)害化處理過程。
文檔編號(hào)C02F9/04GK102642947SQ20121012021
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者公彥猛, 唐興穎, 張潔, 徐東海, 王樹眾, 王玉珍, 譚璇 申請(qǐng)人:蘇州市艾克沃環(huán)境能源技術(shù)有限公司, 西安交通大學(xué)