印染污泥的超臨界水氧化處理系統(tǒng)及工藝的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護及化工領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界水處理系統(tǒng)及工藝。
【【背景技術(shù)】】
[0002]紡織印染業(yè)的廢水水量大、色度高、水質(zhì)變化大、可生化性差。2013年，我國紡織印染業(yè)的廢水排放量達(dá)到了 21.5億噸，占本年度工業(yè)廢水排放量的11.2%。其中印染廢水占紡織印染業(yè)廢水的80%，是一種難處理的有機工業(yè)廢水。對印染廢水的傳統(tǒng)處理方法主要有物化法與生物處理法。但是傳統(tǒng)處理方法的主要問題在于處理過程中會產(chǎn)生二次污染物印染污泥，每處理1000噸印染廢水將產(chǎn)生10?30噸濕污泥(含水率97% )。并且印染污泥中含有染料、漿料、助劑等，成分非常復(fù)雜，其中染料的結(jié)構(gòu)具有硝基和氨基化合物及銅、鉻、鋅、砷等重金屬元素，具有較大的生物毒性，對環(huán)境的污染很強，屬于危險廢物。印染污泥已經(jīng)成為我國一個嚴(yán)重的環(huán)境問題。
[0003]目前，對印染污泥的處置方法包括填埋法、焚燒法、土地利用法、厭氧消化法、濕式氧化法等。但是填埋法處置印染污泥侵占土地嚴(yán)重，并且會污染地下水。焚燒法要消耗大量的能源，處理成本高，并且過程中會產(chǎn)生二次污染無N0X、S0X、二噁英等。土地利用法的堆肥效率低，污染物還可能通過食物鏈進(jìn)入人體。厭氧消化法的工藝復(fù)雜，一次性投資大，運行有難度，最終仍需要衛(wèi)生填埋。濕式氧化法的反應(yīng)速度慢，處理不徹底(去除率70?90% )，還需要后續(xù)處理。因此需要開發(fā)一種工藝簡單、處理效果好、占地面積小、設(shè)備投資和運行費用低，具有應(yīng)用前景的印染污泥新型處理工藝。
[0004]超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidat1n，簡稱SCW0)是利用水在超臨界狀態(tài)(Tc = 374°C , Pc = 22.1MPa)下所具有的特殊性質(zhì)，使有機物和氧化劑完全溶于超臨界水中，并迅速發(fā)生均相氧化反應(yīng)，迅速、徹底地將有機物轉(zhuǎn)化成無害化的C02、N2、H20等小分子化合物。和傳統(tǒng)有機廢物的處理技術(shù)相比具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢:1)反應(yīng)徹底、處理效率高；2)反應(yīng)系統(tǒng)封閉，不會產(chǎn)生二次污染。3)反應(yīng)速率極高，有機物完全去除所需停留時間很短，因此反應(yīng)器的體積小，整個裝置的占地面積少；4)當(dāng)有機物含量超過3wt%時，可依靠反應(yīng)過程中自身釋放的熱量來維持系統(tǒng)熱量平衡，不需外界添加輔助熱量，富裕熱量還可以回收利用。SCW0技術(shù)在美國國家關(guān)鍵技術(shù)所列的六大領(lǐng)域之一“能源與環(huán)境”中被定義為最有前途的廢物處理技術(shù)。
[0005]目前，超臨界水氧化處理技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于對城市污泥的處置領(lǐng)域中。2002年瑞典Chematur Engineering AB公司開發(fā)了 168m3/d的城市污泥超臨界水氧化處理裝置。2013年美國Super Water Solut1ns公司建成處理量約100t/d的城市污泥超臨界水氧化處理裝置，污染物去除率達(dá)到99%以上，充分證明了超臨界水氧化技術(shù)處置有機污泥的可行性。
[0006]雖然超臨界水氧化技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是在系統(tǒng)可靠性方面仍存在一系列的問題:
[0007](1)通過超臨界水氧化反應(yīng)降解有機污染物，就要將物料加溫加壓至水的臨界點以上。除了系統(tǒng)正常運行過程中有機污染物自身放熱可滿足反應(yīng)器物料預(yù)熱需求外，在系統(tǒng)啟動階段仍需要大量的燃料供應(yīng)?，F(xiàn)有的超臨界水氧化裝置一般采用燃?xì)鉅t直接加熱有機物物料的方式，但是污染物中一般含有高分子難降解有機物，在加熱過程中容易發(fā)生結(jié)焦積碳反應(yīng)，所產(chǎn)生的焦油或焦炭粘附在管道壁面，會引起管道傳熱惡化，還可能造成燃?xì)鉅t管道堵塞，嚴(yán)重影響了燃?xì)鉅t的安全可靠運行。
[0008](2)水的離子積和介電常數(shù)在超臨界區(qū)附近顯著降低，使超臨界條件的水變?yōu)榉菢O性溶劑。污泥中不僅含有不溶性惰性固體，另外可溶性無機鹽在超臨界水中溶解度明顯降低，進(jìn)而從水中析出以固體顆粒的形態(tài)存在。這些固體顆粒在系統(tǒng)中流動會導(dǎo)致輸運管道或設(shè)備堵塞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全、可靠運行。此外，不溶性惰性固體仍存在于降溫后的反應(yīng)后流體中，流經(jīng)背壓閥降壓時，系統(tǒng)全部壓降在一個點實現(xiàn)，因而背壓閥處流體流速非常高。此時流體中的惰性無機鹽會對背壓閥造成嚴(yán)重的磨蝕或堵塞現(xiàn)象，進(jìn)而影響系統(tǒng)的可靠運行。
[0009]因此，針對印染污泥的SCW0系統(tǒng)的開發(fā)，需要解決系統(tǒng)啟動階段預(yù)熱單元的結(jié)焦堵塞和惰性固體對降壓設(shè)備的磨蝕堵塞問題，進(jìn)而提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種印染污泥的超臨界水氧化處理系統(tǒng)及工藝，克服印染污泥超臨界水氧化系統(tǒng)設(shè)計時所面臨的預(yù)熱階段結(jié)焦、固體顆粒堵塞系統(tǒng)管道、設(shè)備以及系統(tǒng)降壓不可靠的問題；本發(fā)明可以實現(xiàn)印染污泥的高效、清潔、低成本無害化處理。
[0011]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案:
[0012]印染污泥的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，包括:污泥預(yù)處理部分、物料預(yù)熱部分、混合反應(yīng)部分；
[0013]污泥預(yù)處理部分包含污泥儲池，污泥儲池的出口與螺桿栗進(jìn)口連通，螺桿栗出口與污泥加熱器殼側(cè)入口相連，污泥加熱器殼側(cè)出口連接均質(zhì)乳化栗進(jìn)口，均質(zhì)乳化栗出口與高壓污泥隔膜栗進(jìn)口連通；
[0014]物料預(yù)熱部分包含甲醇啟動電加熱器和污泥預(yù)熱器III，甲醇啟動電加熱器進(jìn)口與高壓甲醇輸送栗出口相連，高壓甲醇輸送栗進(jìn)口連接甲醇溶液儲罐出口 ；污泥預(yù)熱器III的入口與污泥預(yù)熱器II外管出口相連，污泥預(yù)熱器II外管進(jìn)口與污泥預(yù)熱器I外管出口相連；污泥預(yù)熱器I外管進(jìn)口與高壓污泥隔膜栗出口連通；
[0015]混合反應(yīng)部分包含超臨界水氧化反應(yīng)器，超臨界水氧化反應(yīng)器的氧氣入口與緩沖器出口相連，緩沖器進(jìn)口連接液氧氣化器出口，超臨界水氧化反應(yīng)器的甲醇溶液進(jìn)口連接于甲醇啟動電加熱器的出口，超臨界水氧化反應(yīng)器的污泥進(jìn)口與污泥預(yù)熱器III的出口連通；液氧儲槽提供低溫液氧栗連接液氧氣化器入口。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:還包括熱量回收部分；熱量回收部分包含污泥加熱器和低壓軟化水栗，污泥加熱器管側(cè)進(jìn)口與污泥預(yù)熱器I內(nèi)管出口連通，污泥預(yù)熱器I內(nèi)管進(jìn)口與軟化水加熱器內(nèi)管出口相連，軟化水加熱器內(nèi)管進(jìn)口與污泥預(yù)熱器II內(nèi)管出口相連，污泥預(yù)熱器II內(nèi)管進(jìn)口與蒸汽發(fā)生器管側(cè)出口連通，蒸汽發(fā)生器管側(cè)進(jìn)口連接于超臨界水氧化反應(yīng)器出口 ；低壓軟化水栗進(jìn)口與軟化水箱出口相連，低壓軟化水栗出口連接軟化水加熱器外管進(jìn)口，軟化水加熱器外管出口與蒸汽發(fā)生器殼側(cè)進(jìn)口相連，產(chǎn)生的飽和蒸汽從蒸汽發(fā)生器殼側(cè)出口輸出。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:還包括降壓部分；降壓部分包含壓力調(diào)節(jié)閥，壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)口連接毛細(xì)管出口，毛細(xì)管進(jìn)口與污泥加熱器管側(cè)出口相連，壓力調(diào)節(jié)閥出口與管道過濾器進(jìn)口連通，管道過濾器出口連接集液箱。
[0018]印染污泥的超臨界水氧化處理工藝，包括:
[0019]1)系統(tǒng)啟動時，甲醇與軟化水進(jìn)入甲醇溶液儲罐，配制成濃度為15被％的甲醇水溶液，甲醇水溶液被甲醇輸送栗加壓至28MPa后，進(jìn)入甲醇啟動電加熱器被加熱至起燃溫度500°C，然后進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器的甲醇溶液進(jìn)口 ；液氧儲槽中的液氧由低溫液氧栗加壓至28MPa后，流經(jīng)液氧氣化器被氣化后，通過緩沖器之后進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器的氧化劑進(jìn)口 ；集液箱中的干凈水通過高壓污泥隔膜栗加壓至28MPa后，進(jìn)入污泥預(yù)熱器I外管，之后依次流經(jīng)污泥預(yù)熱器II外管、污泥預(yù)熱器III后進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器；在超臨界水氧化反應(yīng)器中，加熱后的甲醇溶液與氧化劑混合后起燃，燃燒后高溫產(chǎn)物對反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)熱，直至反應(yīng)器中流體溫度達(dá)到反應(yīng)溫度550°c，此時切換高壓污泥隔膜栗的進(jìn)口物料為印染污泥；打開均質(zhì)乳化栗至污泥隔膜栗之間的電動截止閥，關(guān)閉集液箱至污泥隔膜栗之間的電動截止閥；
[0020]2)系統(tǒng)正常運行時，在超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)的流體