一種以空氣作為保護(hù)膜的超臨界水氧化系統(tǒng)及反應(yīng)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保凈化領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種以空氣作為保護(hù)膜的超臨界水氧化系統(tǒng)及反應(yīng)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]高濃度、有毒、難降解有機(jī)廢水的處理是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的難題。傳統(tǒng)的有機(jī)廢水處理技術(shù)(如物化處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、濕式氧化、焚燒等)存在成本高、降解率低、易衍生二次污染等問(wèn)題。
[0003]超臨界水是指當(dāng)壓力和溫度達(dá)到一定值時(shí)，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時(shí)的水。此時(shí)，水的液體和氣體便沒(méi)有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的水。一般地，超臨界水存在于溫度為374°C以上且壓力為22.1MPa以上的環(huán)境條件下。超臨界水具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，如:比熱容大、傳熱系數(shù)高、擴(kuò)散系數(shù)大、粘度低、介電常數(shù)小、電離常數(shù)小、密度小且隨壓力改變、與油等有機(jī)物和氣體完全互溶等。亞臨界水是水加熱至沸點(diǎn)以上，臨界點(diǎn)以下，并控制系統(tǒng)壓力保持為液態(tài)的存在狀態(tài)。
[0004]超臨界水氧化是在超過(guò)水的臨界點(diǎn)(PC = 22.1MPa, TC = 374°C )的高溫高壓條件下，以空氣或其他氧化劑，將有機(jī)物進(jìn)行“燃燒”氧化的方法。水的極性是溫度和壓力的函數(shù)，超臨界水是一種非極性溶劑。在超臨界水的環(huán)境下，有機(jī)物和氣體可完全互溶，氣液兩相的相界面消失，形成均一相體系，反應(yīng)速度大大加快。在小于I分鐘甚至幾秒鐘的停留時(shí)間內(nèi)，99.9%以上的有機(jī)物迅速燃燒氧化成C02、H20和其他無(wú)毒無(wú)害的終端產(chǎn)物。反應(yīng)溫度一般在400 - 650°C，避免了 S02、NOx、二惡英等二次污染物的產(chǎn)生。整個(gè)燃燒氧化過(guò)程產(chǎn)生大量的熱，具有較大的能量回收潛力。
[0005]目前，超臨界水氧化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、煤氣化、核電和火電、新材料合成等多種領(lǐng)域中，超臨界水氧化作為一種新型的處理有機(jī)廢水及回收能量的技術(shù)，是有效解決處理污水、污泥污染的方法之一。
[0006]盡管超臨界水氧化技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)已經(jīng)形成，國(guó)內(nèi)外已有一些超臨界水氧化工業(yè)裝置，但是腐蝕和鹽沉積問(wèn)題阻礙了該技術(shù)的工業(yè)化推廣。腐蝕主要源于超臨界水氧化反應(yīng)過(guò)程中無(wú)機(jī)酸(如HC1、&304等)的形成及高溫、高壓、高氧濃度的反應(yīng)條件；而無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中幾乎不溶的特性會(huì)造成反應(yīng)器和管路的堵塞。
[0007]目前，采用水膜反應(yīng)器是綜合解決腐蝕和鹽沉積問(wèn)題較為有效的方法，這類(lèi)反應(yīng)器一般由承壓外殼和多孔內(nèi)殼組成，有機(jī)廢液和氧化劑從反應(yīng)器頂部注入，進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生高溫反應(yīng)流體。低溫蒸發(fā)水從反應(yīng)器側(cè)面注入到內(nèi)殼與外殼之間的環(huán)隙，蒸發(fā)水可以平衡反應(yīng)流體對(duì)多孔內(nèi)殼的壓力，使多孔內(nèi)殼無(wú)需承壓，同時(shí)避免承壓外殼與反應(yīng)流體接觸；蒸發(fā)水通過(guò)多孔內(nèi)殼滲入到反應(yīng)器內(nèi)并在多孔內(nèi)壁形成一層亞臨界水膜，該水膜能阻止無(wú)機(jī)酸與壁面的接觸并能溶解在超臨界溫度反應(yīng)區(qū)析出的無(wú)機(jī)鹽，解決了反應(yīng)器內(nèi)的腐蝕和鹽沉積問(wèn)題。水膜反應(yīng)器需要從壁面注入大量的去離子水作為蒸發(fā)水，來(lái)保護(hù)多孔壁面，并將反應(yīng)流體冷卻排出反應(yīng)器，這無(wú)疑增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。在一些淡水資源緊缺的地區(qū)，該問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種以空氣作為保護(hù)膜的超臨界水氧化系統(tǒng)及及反應(yīng)工藝。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0010]一種以空氣作為保護(hù)膜的超臨界水氧化系統(tǒng)，包括雙殼反應(yīng)器、有機(jī)廢水輸入管路、空氣輸入管路及反應(yīng)物排出管路；
[0011 ] 所述有機(jī)廢水輸入管道用于向雙殼反應(yīng)器輸入一定溫度和壓力的有機(jī)廢水，空氣輸入管道用于向雙殼反應(yīng)器輸入與有機(jī)廢水進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)所需的空氣，反應(yīng)物排出管路用于將反應(yīng)產(chǎn)物分離排出；
[0012]所述雙殼反應(yīng)器包括設(shè)于外部的多孔壁和設(shè)于內(nèi)部的承壓壁，所述多孔壁和承壓壁間設(shè)有分隔環(huán)，多孔壁通過(guò)分隔環(huán)被支撐在承壓壁內(nèi)并與承壓壁之間形成一容置空間；所述雙殼反應(yīng)器頂部設(shè)有廢液入口，底部設(shè)有反應(yīng)器出口，承壓壁設(shè)有上空氣入口和下空氣入口 ；
[0013]所述空氣輸入管路上依次裝設(shè)有空氣壓縮器、空氣預(yù)熱器；所述空氣預(yù)熱器的輸出端接有上支路和下支路，所述上支路通過(guò)一空氣加熱器連接到上空氣入口相連接，下支路與下空氣入口相連接；
[0014]所述有機(jī)廢水輸入管連接廢液入口，反應(yīng)物排出管路連接反應(yīng)器出口。
[0015]作為優(yōu)選的，所述有機(jī)廢水輸入管路上依次裝設(shè)有有機(jī)廢水儲(chǔ)罐、增壓泵、有機(jī)廢水預(yù)熱器和有機(jī)廢水加熱器，有機(jī)廢水輸入管路的出水管接在有機(jī)廢水加熱器的輸出端，出水管與廢液入口相連接。
[0016]作為優(yōu)選的，所述反應(yīng)物排出管路一端連接反應(yīng)器出口，另一端分兩條支路分別通過(guò)有機(jī)廢水預(yù)熱器和空氣預(yù)熱器連接到一氣液分離器。
[0017]一種采用以上所述的系統(tǒng)的反應(yīng)工藝，包括以下步驟:
[0018]S1、有機(jī)廢水經(jīng)過(guò)增壓泵增壓至22.1 - 30MPa，依次經(jīng)過(guò)有機(jī)廢水預(yù)熱器和有機(jī)廢水加熱器進(jìn)行預(yù)熱并加熱至200-37(TC后注入雙殼反應(yīng)器內(nèi)；
[0019]S2、空氣輸入管路對(duì)輸入的空氣進(jìn)行增壓至22.1 _30MPa并預(yù)熱，預(yù)熱后的空氣分上下兩條支路，下支路直接從下空氣入口注入到雙殼反應(yīng)器內(nèi)，上支路經(jīng)空氣加熱器將空氣加熱至400-600°C后從上空氣入口注入；
[0020]S3、待有機(jī)廢液與空氣的超臨界水氧化反應(yīng)穩(wěn)定后，控制多孔壁內(nèi)的反應(yīng)溫度為400 - 650 °C，并將上支路空氣逐漸降至200-370 °C ；
[0021 ] S4、反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)反應(yīng)物排出管路排出，分別通過(guò)空氣預(yù)熱器和有機(jī)廢水預(yù)熱器對(duì)空氣和有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)熱，最后經(jīng)氣液分離器分離后排出。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:有機(jī)廢液從反應(yīng)器頂部注入，空氣從反應(yīng)器側(cè)面注入，實(shí)現(xiàn)超臨界水氧化反應(yīng)及多孔壁的保護(hù)。從反應(yīng)器側(cè)面注入的空氣在多孔壁內(nèi)壁面形成保護(hù)膜，避免反應(yīng)器的腐蝕和鹽沉積，并將反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至亞臨界溫度排出反應(yīng)器；空氣同時(shí)作為超臨界水氧化反應(yīng)的氧化劑，有機(jī)物沿軸向逐漸反應(yīng)消耗，避免反應(yīng)熱在反應(yīng)器上部集中釋放，而造成反應(yīng)器上部過(guò)熱及軸向溫度梯度過(guò)大，損壞多孔壁。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明所述的一種以空氣作為保護(hù)膜的超臨界水氧化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明所述系統(tǒng)的雙殼反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種以空氣作為保護(hù)膜的超臨界水氧化系統(tǒng)及反應(yīng)工藝作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]以下是本發(fā)明所述的一種以空氣作為保護(hù)膜的超臨界水氧化系統(tǒng)及反應(yīng)工藝的最佳實(shí)例，并不因此限定本