一種在亞臨界條件下催化氧化偏二甲肼污水的方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及液體推進(jìn)劑污水處理領(lǐng)域，尤其是一種在亞臨界條件下催化氧化偏二 甲肼污水的方法，屬于高濃度偏二甲肼污水的無害化處理。
[0003] 技術(shù)背景
[0004] 偏二甲肼是一種易燃易爆和高毒的化學(xué)品，長(zhǎng)期接觸對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、腎臟 都有嚴(yán)重影響。在貯運(yùn)、加轉(zhuǎn)注等過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的偏二甲肼污水，直接排放將嚴(yán)重影 響環(huán)境。如果偏二甲肼污水處理不及時(shí)或處理不完全，將對(duì)環(huán)境和人員造成較大危害。
[0005] 目前，雖然國(guó)內(nèi)外針對(duì)偏二甲肼污水氧化處理技術(shù)開展了多方面試驗(yàn)研究，但從 實(shí)用的角度考慮，一直難以令人滿意。因?yàn)檫^去的氧化處理技術(shù)往往采用次氯酸鈉、臭氧等 強(qiáng)氧化劑，處理過程中氧化劑添加量不能精確控制，易造成偏二甲肼過氧化或氧化不徹底， 生成二次污染物，部分污染物甚至比偏二甲肼毒性更強(qiáng)。例如，污水在臭氧或次氯酸鈉的作 用下，催化氧化至水中偏二甲肼含量趨于零時(shí)，甲醛的含量可達(dá)50mg/L;并且，臭氧在混合 氣體中濃度超過10%時(shí)具有爆炸性，存在安全問題。氧氣氧化能力相對(duì)較弱，用氧氣處理偏 二甲肼污水不會(huì)出現(xiàn)過氧化現(xiàn)象，但效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是公開一種在亞臨界條件下催化氧化偏二甲肼污水的方法，建立一 套高效、環(huán)保、低能耗和機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的偏二甲肼污水處理技術(shù)，便于對(duì)推進(jìn)劑作業(yè)中不同場(chǎng)所 的偏二甲肼污水進(jìn)行處理。
[0007] 亞臨界條件是指物質(zhì)存在的狀態(tài)條件，是指某些物質(zhì)在溫度高于其沸點(diǎn)但低于臨 界溫度，以流體形式且壓力低于臨界壓力存在的物質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的： 1、技術(shù)原理 一種在亞臨界條件下催化氧化偏二甲肼污水的方法，其方法流程為：向催化反應(yīng)器中 充氧氣至壓力為0. 60~0. 65MPa，然后用氮?dú)鈱⑽鬯當(dāng)D壓至反應(yīng)器中，控制污水流量小于 15L/h，在150~170°C的溫度和0. 70~0. 75MPa的壓力條件下進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn) 物經(jīng)換熱后排出。
[0009] 偏二甲肼污水在催化劑作用下與氧氣在高溫條件下發(fā)生的加壓催化氧化反應(yīng)，其 反應(yīng)方程式如下：
上述的催化劑為Pt貴金屬催化劑，或?yàn)镽u貴金屬催化劑。
[0010] 2、裝置結(jié)構(gòu) 裝置由偏二甲肼污水輸入設(shè)備(污水罐、過濾器、減壓閥、截止閥、流量計(jì)、液位計(jì)、壓 力表等)、氧氣輸入設(shè)備（高壓鋼瓶、減壓閥、截止閥、單向閥、流量計(jì)等)、氮?dú)廨斎朐O(shè)備(高 壓鋼瓶、減壓閥、截止閥、單向閥等)、換熱器、電加熱裝置、水冷卻器、氣液分離器、催化反應(yīng) 器、控制系統(tǒng)等組成。
[0011] 工藝流程說明：氧氣和偏二甲肼污水(氮?dú)猓┓謩e通過不同管道進(jìn)入催化反應(yīng)器下 部形成混合液體。
[0012] 氧氣流程：氧氣通過高壓鋼瓶一減壓閥一流量計(jì)一截止閥一單向閥一催化反應(yīng) 器。
[0013]污水流程：污水罐一截止閥一過濾器一流量計(jì)一熱交換器一電加熱器一單向閥一 催化反應(yīng)器。
[0014]混合液體流程：通過電加熱器形成的高溫混合液體均勻通過催化反應(yīng)器進(jìn)行加壓 催化氧化反應(yīng)。
[0015]余熱回收：分解后的污水通過反應(yīng)器出口管道進(jìn)入換熱器與冷水進(jìn)行熱交換，而 后通過管道進(jìn)入氣液分離器。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果： 1、本發(fā)明研究了一種處理偏二甲肼污水的亞臨界催化氧化的處理技術(shù)，使偏二甲肼污 水與氧氣在催化劑作用下發(fā)生加壓催化氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、無毒的小分子產(chǎn)物， 實(shí)現(xiàn)偏二甲肼的完全消除，不對(duì)環(huán)境造成二次污染。
[0017]2、本發(fā)明安全性和自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，有自動(dòng)聯(lián)鎖和手動(dòng)操作控制 功能，確保系統(tǒng)安全。處理量大，處理效果好，通過氧氣高溫催化氧化，可實(shí)現(xiàn)偏二甲肼的徹 底處理，偏二甲肼去除率多99. 9%，處理后污水中偏二甲肼濃度< 0. 5ppm，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要 求的排放要求；氧化徹底，無中間產(chǎn)物。
[0018]3、本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性高，處理系統(tǒng)整體采用撬裝結(jié)構(gòu)，可單獨(dú)放置處理場(chǎng)地 進(jìn)行處理，也可放置在卡車上進(jìn)行工作。
[0019]
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明用于催化氧化處理偏二甲肼污水的流程圖。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面以實(shí)現(xiàn)一套偏二甲肼污水濃度彡5000ppm時(shí)，處理能為15L/h的裝置進(jìn)行具 體描述。
[0023]裝置采用撬裝結(jié)構(gòu)，全部設(shè)備安裝于尺寸為2000mmX1200mm的金屬底座上，包括 污水罐、熱交換器、電加熱器、催化反應(yīng)器、水冷卻器、氣液分離器、控制柜等主要設(shè)備。
[0024] 1、技術(shù)指標(biāo) 1)處理能力：當(dāng)污水濃度彡5000ppm時(shí)，處理能力彡15L/h。
[0025]2)處理效果。在各種工況下，氣液分離器出口液體按GB/T14376-93《水質(zhì)偏二 甲基肼的測(cè)定氨基亞鐵氰化鈉分光光度法》檢測(cè)：偏二甲肼濃度< 0. 5ppm，其他各種有害 物質(zhì)經(jīng)有機(jī)碳分析儀檢測(cè)<L〇ppm。
[0026] 3)能耗。設(shè)備電功率消耗彡9kw。
[0027] 處理裝置的主要工藝參數(shù)如表1。
[0028] 表1主要工藝參數(shù)表
2、設(shè)備設(shè)計(jì)選型 1)氧氣流路設(shè)計(jì) 氧氣高壓鋼瓶選擇：高壓鋼瓶采用標(biāo)準(zhǔn)的高壓焊接鋼瓶，能夠連續(xù)提供氧氣。容積 40L，設(shè)計(jì)壓力13. 5MPa，最大工作壓力25MPa，可以滿足處理量、管道和催化反應(yīng)器的壓降 要求。
[0029] 氧氣管道：減壓閥出口冷氧氣管道直徑為8mm，材質(zhì)為304不銹鋼。氧氣管路設(shè)置 有1個(gè)截止閥和1個(gè)單向閥。
[0030] 2)污水流路設(shè)計(jì) 污水管道直徑為6mm，與現(xiàn)場(chǎng)污水管道匹配，污水罐容積120L。材質(zhì)為304不銹鋼。管 路設(shè)置1個(gè)截止閥、1個(gè)過濾器和1個(gè)單向閥。
[0031] 3)電加熱器設(shè)計(jì) 以電加熱器和催化反應(yīng)器電加熱套共同加熱方式加熱，總加熱功率擬定為8. 5kw，電加 熱器和催化反應(yīng)器加熱套的加熱功率分別為7. 5kw和1.Okw，以便更大限度保證催化反應(yīng) 器溫度穩(wěn)定，減少預(yù)熱時(shí)間。
[0032] 電加熱器功率為7. 5kw，其接電端子處設(shè)有316L不銹鋼材質(zhì)的防護(hù)罩。另外，設(shè)計(jì) 時(shí)注意延長(zhǎng)電加熱器長(zhǎng)度，設(shè)置三根功率相同的電加熱棒，以便增加污水與電熱管的接觸 面積，提高加熱效率。
[0033] 溫控系統(tǒng)采用自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，達(dá)到溫度的定值控制，補(bǔ)償各種因素的溫度干擾。
[0034] 電加熱器內(nèi)壁殼體材質(zhì)為316L不銹鋼，外壁殼體材質(zhì)3mm厚的304不銹鋼，外包 裹厚5mm石棉保溫材料，最高耐壓1. 2Mpa。電加熱器上設(shè)置安全閥，起跳壓力1. 4MPa。為避 免加熱條件下污水對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕破壞，電加熱器后部的管路、接口和閥門材質(zhì)均為316L 不銹鋼。
[0035] 4)催化反應(yīng)器設(shè)計(jì) 催化反應(yīng)器材質(zhì)為鈦材，外套電加熱套，反應(yīng)器上的壓力表、溫度傳感器和介質(zhì)接觸的 部位也為鈦材。反應(yīng)器電加熱套上中下設(shè)三個(gè)溫度控制點(diǎn)以便精確控制反應(yīng)溫度。
[0036] 5)換熱器設(shè)計(jì) 本發(fā)明中換熱器設(shè)計(jì)采用〇. 7mm厚的316L波紋板進(jìn)行冷熱交換，外殼為3mm厚304不 銹鋼板。
[0037] 換熱器換熱面積的確定：由于該熱交換冷熱流體都為液體，且都為強(qiáng)制對(duì)流，為了 增加冷熱流體的給熱系數(shù)，本熱交換器內(nèi)部采用特殊的流道結(jié)構(gòu)增加湍流程度及其他相關(guān) 參數(shù)。計(jì)算可知如果增加換熱器換熱面積，即可降低電加熱消功率。
[0038] 6)氣液分尚器設(shè)計(jì) 采用壁厚不低于3mm的316L不銹鋼，外殼保溫材料為石棉。使用時(shí)保持壓力在 0. 6-0. 7MPa。氣液分離器前部與催化反應(yīng)器連接的管路閥門材質(zhì)為鈦材。
[0039] 7)測(cè)量?jī)x表 所有壓力、溫度、流量等測(cè)量?jī)x表均采用304不銹鋼材質(zhì)，加熱部分的測(cè)量?jī)x表采用的 是316L不銹鋼，反應(yīng)器上的壓力表采用鈦材。溫度測(cè)量?jī)x表精度為0. 1°C，壓力測(cè)量?jī)x表的 精度為〇.OIMpa，流量測(cè)量?jī)x表的精度符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0040] 8)控制系統(tǒng) 面板：每個(gè)加熱區(qū)域有獨(dú)立控溫按鈕，檢測(cè)恢復(fù)預(yù)熱工況。
[0041] 啟動(dòng)：正常啟動(dòng)按鈕，按正常邏輯處理。
[0042] 停機(jī)：停機(jī)模式執(zhí)行程序。
[0043] 狀態(tài)轉(zhuǎn)換：人工切換。
[0044] 控制面板按鈕：控制按鈕，停機(jī)按鈕，電加熱器開關(guān)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在亞臨界條件下催化氧化偏二甲肼污水的方法，其特征在于所述的方法流程 為：向催化反應(yīng)器中充氧氣至壓力為0. 60~0. 65MPa，然后用氮?dú)鈱⑽鬯當(dāng)D壓至反應(yīng)器中， 控制污水流量小于15L/h，在150~170°C的溫度和0. 70~0. 75MPa的壓力條件下進(jìn)行催 化氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱后排出。2. -種在亞臨界條件下催化氧化偏二甲肼污水的方法，其特征在于：偏二甲肼污水在 催化劑作用下與氧氣在高溫條件下發(fā)生的加壓催化氧化反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下：3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種在亞臨界條件下催化氧化偏二甲肼污水的方法，其特 征在于：所述的催化劑為Pt貴金屬催化劑，或?yàn)镽u貴金屬催化劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在亞臨界條件下催化氧化偏二甲肼污水的方法，包括的主要技術(shù)參數(shù)、設(shè)備選擇要求以及處理流量為15L/h的一套處理裝置設(shè)計(jì)參數(shù)。該技術(shù)工藝原理為通過加熱、換熱，使污水在亞臨界條件下，采用貴金屬催化劑，催化氧化法處理偏二甲肼污水。所公布的裝置采用撬裝結(jié)構(gòu)，主要包括電加熱裝置、換熱器、催化反應(yīng)器、連接管路、儀表閥門、安全閥、水冷卻器、氣液分離器、控制系統(tǒng)及底座；催化劑為貴金屬?gòu)?fù)合催化劑。本發(fā)明安全性和自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，有自動(dòng)聯(lián)鎖和手動(dòng)操作控制功能；處理能力大，處理效果好；實(shí)用性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性高，可單獨(dú)放置處理場(chǎng)地進(jìn)行處理，也可放置在卡車上進(jìn)行工作；經(jīng)濟(jì)性好，能耗低。
【IPC分類】C02F1/72
【公開號(hào)】CN105036286
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510174677
【發(fā)明人】張立清, 呂功暄, 黃凌志, 郝全忠, 徐澤龍, 楊寶軍, 張濤, 劉衛(wèi)國(guó), 耿安康
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍63605部隊(duì), 成都朗瑞深冷科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日