一種有機廢液及污泥的間接換熱型超臨界水氧化系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超臨界水處理有機廢物領(lǐng)域，具體涉及一種有機廢液及污泥的間接換熱型超臨界水氧化系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超臨界水(Supercritical Water，簡稱SCW)是指溫度和壓力均高于其臨界點(Tc= 374.15 °C，Pc = 22.12MPa)的特殊狀態(tài)的水。超臨界水氧化(Supercritical WaterOxidat1n，SCW0)是利用超臨界水獨特的理化性質(zhì)來實現(xiàn)有毒有害有機污染物的高效氧化降解。與普通的液態(tài)水相比，超臨界水的各種理化性質(zhì)發(fā)生了顯著的變化:密度、黏度、離子積均明顯下降，擴散系數(shù)較高;水分子間的氫鍵減弱;介電常數(shù)變得極小，25MPa下由室溫下的80左右下降至溫度大于或者等于400°C時的小于2，該值大致相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一般有機溶劑的介電常數(shù)。因此，在超臨界水體系中，氧氣、空氣、過氧化氫、水及絕大多數(shù)有機物可以任意比例互溶，氣液相界面消失，超臨界水氧化體系成為均相反應(yīng)體系，消除了相間的傳質(zhì)傳熱阻力，從而加快了反應(yīng)速度，可在幾秒至幾分鐘內(nèi)將有機物徹底氧化降解為C02、H20、N2及其他一些有機小分子化合物，對大多數(shù)有機廢物的去除率高達99.9%。此外，無機鹽類在SCW中的溶解度極低，容易被分離出來，處理后的液體為潔凈的水；當(dāng)有機廢水中有機物質(zhì)量濃度超過2%時，可以依靠反應(yīng)放熱維持系統(tǒng)熱量平衡，無需外界補充熱量;設(shè)備體積小、安全性好、符合封閉性要求。超臨界水氧化技術(shù)在處理難降解、有毒有害有機物方面表現(xiàn)出了極大的技術(shù)優(yōu)勢。
[0003]超臨界水氧化反應(yīng)為高溫高壓反應(yīng)，因而待處理物料的預(yù)熱、反應(yīng)出水的降溫是超臨界水氧化工藝中必不可少的環(huán)節(jié)。對于傳統(tǒng)超臨界水氧化工藝，通常借助換熱器，待處理物料作為冷卻介質(zhì)對超臨界水氧化反應(yīng)出水進行降溫，同時實現(xiàn)待處理物料的預(yù)熱升溫。預(yù)熱升溫后的待處理物料接著進入反應(yīng)器，實現(xiàn)超臨界水氧化系統(tǒng)的連續(xù)運行。由于320?410°C范圍的臨界點附近高密度水區(qū)，水的介電常數(shù)和無機鹽的溶解度都很大，該溫度段為腐蝕敏感區(qū)，為傳統(tǒng)超臨界水氧化工藝中，設(shè)備腐蝕最嚴重的工藝段，而該工藝段恰恰對應(yīng)于上述換熱器的冷、熱流體側(cè)，對該換熱器的持久可靠運行構(gòu)成了潛在威脅。
[0004]此外，各類有機廢液及污泥等待處理物料中往往含有大量的強腐蝕性組分如氯根等，當(dāng)待處理物料內(nèi)有機污染物中還含有鹵素、硫或者磷等雜原子，在超臨界水氧化反應(yīng)過程還會產(chǎn)生相應(yīng)的無機酸。此外，為了保證有機污染物的氧化降解效果，氧化劑的供給往往是過量的，有時氧化系數(shù)(氧化劑的供給量與有機廢物氧化對氧化劑的消耗量的比值)甚至可尚達3以上，超臨界水氧化反應(yīng)出水中往往含有$父尚含量的殘留氧化劑。因此，超臨界水氧化反應(yīng)出水的腐蝕性常常更強于待處理物料。對于上述換熱器，其冷卻介質(zhì)為待處理物料，熱流體為超臨界水氧化反應(yīng)出水。若采用耐壓能力強的套管式換熱器時，則內(nèi)管的內(nèi)外壁面、外管的內(nèi)壁面皆面臨著嚴重的腐蝕威脅。換熱設(shè)備的內(nèi)外管皆須采用高端耐蝕合金，其制造成本較高。此外相對于內(nèi)管流程，外管流程的局部堵塞可能性較大，當(dāng)外管流程中流體為無機鹽或者不溶性固體含量較高的超臨界水流體時，極易導(dǎo)致外管流程的堵塞事故。
[0005]因此，針對各類有機廢液及污泥超臨界水氧化工藝的開發(fā)，需要降低預(yù)熱-冷卻階段設(shè)備投資及其運行風(fēng)險，以確保超臨界水氧化裝置的低投資和持久運行可靠性。
[0006]城市污泥和各類工業(yè)污泥產(chǎn)量巨大，其為超臨界水氧化工藝的重點處理對象之一，因此超臨界水氧化系統(tǒng)的待處理物料中往往含有一定量的不溶性固體，因此避免不溶性固體在超臨界水氧化裝置內(nèi)的沉積堵塞、實現(xiàn)超臨界水氧化反應(yīng)出水的連續(xù)在線三相(液相、氣相產(chǎn)物、不溶性固體)分離，對于提高超臨界水氧化工藝的市場競爭力同樣具有重要意義。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007]本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】中待處理物料與反應(yīng)出水直接換熱設(shè)備的投資高、腐蝕/堵塞風(fēng)險大的問題，以及避免裝置中不溶性固體沉積堵塞與實現(xiàn)反應(yīng)出水連續(xù)穩(wěn)定三相分離的緊迫性，提供一種有機廢液及污泥的間接換熱型超臨界水氧化系統(tǒng)。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0009]—種有機廢液及污泥的間接換熱型超臨界水氧化系統(tǒng)，包括超臨界水氧化反應(yīng)物系統(tǒng)、物料預(yù)處理系統(tǒng)、氧氣供應(yīng)系統(tǒng)以及中間介質(zhì)導(dǎo)熱系統(tǒng);反應(yīng)物料由物料預(yù)處理系統(tǒng)進入超臨界水氧化反應(yīng)物系統(tǒng)，中間介質(zhì)導(dǎo)熱系統(tǒng)進行熱交換;超臨界水氧化反應(yīng)物系統(tǒng)包括反應(yīng)器以及設(shè)置于末端的三相分離子系統(tǒng)，反應(yīng)完的物料經(jīng)三相分離子系統(tǒng)外排;氧氣供應(yīng)系統(tǒng)用于向反應(yīng)器中提供氧氣。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于:
[0011 ]所述物料預(yù)處理系統(tǒng)包括物料緩沖罐，物料緩沖罐的出口與超臨界水氧化反應(yīng)物系統(tǒng)的入口相連通;物料緩沖罐的入口分別連接不溶物過濾器和儲藥箱;不溶物過濾器的入口連接物料輸入管道，出口與物料緩沖罐之間的管路上設(shè)置研磨栗;儲藥箱與物料緩沖罐之間的管路上設(shè)置加藥栗。
[0012]所述氧氣供應(yīng)系統(tǒng)包括液氧罐，液氧罐的出口依次連接液氧栗、液氧氣化器、氧氣緩沖罐以及氧氣調(diào)壓器，氧氣調(diào)壓器的出口與反應(yīng)器的入口相連通。
[0013]所述超臨界水氧化反應(yīng)物系統(tǒng)包括物料栗，物料栗的入口與物料預(yù)處理系統(tǒng)的出口相連通，物料栗的出口連接預(yù)熱器內(nèi)管，預(yù)熱器的內(nèi)管出口與反應(yīng)器的入口相連通，反應(yīng)器的出口連接回?zé)崞鲀?nèi)管，回?zé)崞鞯膬?nèi)管出口通過降壓器與三相分離子系統(tǒng)的入口相連通，三相分離子系統(tǒng)的出口與系統(tǒng)出水外排管道相連通。
[0014]所述中間介質(zhì)導(dǎo)熱系統(tǒng)包括管道增壓栗，管道增壓栗的入口與預(yù)熱器的外管出口相連，出口與回?zé)崞鞯耐夤苋肟谙噙B；回?zé)崞鞯耐夤艹隹谕ㄟ^加熱器與預(yù)熱器的外管入口相連通。
[0015]所述管道增壓栗與預(yù)熱器之間的管道上還設(shè)置有調(diào)壓器。
[0016]還包括除鹽水箱，除鹽水箱的出口分為兩路，一路連接至預(yù)熱器與管道增壓栗之間的管道上，另一路連接至物料栗的入口處。
[0017]所述降壓器出口依次連接氣液分離器和在線微過濾器，在線微過濾器的出口與系統(tǒng)出水外排管道相連通。
[0018]所述降壓器出口依次連接在線微過濾器和氣液分離器，氣液分離器的出口與系統(tǒng)出水外排管道相連通；
[0019]所述降壓器的出口連接三相分離器，三相分離器的液體出口與系統(tǒng)出水外排管道相連通。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]本發(fā)明通過設(shè)置中間介質(zhì)導(dǎo)熱系統(tǒng)，實現(xiàn)間接地將超臨界水氧化反應(yīng)出水的熱量傳遞給后續(xù)待處理物料。相對于反應(yīng)出水直接對待處理物料進行預(yù)熱的換熱設(shè)備，本發(fā)明預(yù)熱器和回?zé)崞鲀H其內(nèi)管需采用高端耐蝕合金、外管采用碳鋼或者低合金鋼即可，從而大大降低了超臨界水氧化工藝中預(yù)熱-冷卻設(shè)備的投資成本。
[0022]進一步的，本發(fā)明不溶物過濾器和研磨栗，可以將超臨界水氧化裝置進口物料中不溶性固體顆粒的粒徑控制到50微米以下，較小的不溶性固體顆粒尺寸，大大減小了其在超臨界水氧化裝置內(nèi)沉積，堵塞設(shè)備的可能性，提高了裝置的運行可靠性。
[0023]進一步的，本發(fā)明預(yù)熱器和回?zé)崞鞯膬?nèi)管側(cè)走腐蝕性流體(預(yù)熱器內(nèi)管為待處理物料、回?zé)崞鲀?nèi)管為超臨界水氧化反應(yīng)出水)，外管側(cè)為干凈的除鹽水，因此預(yù)熱器與回?zé)崞鲀H其內(nèi)管需采用高端耐蝕合金、外管采用碳鋼或者低合金鋼即可，從而大大降低了超臨界水氧化工藝中預(yù)熱-冷卻設(shè)備的投資成本。此外，外管側(cè)為干凈的除鹽水，避免了外管側(cè)走臟流體(待處理物料或者反應(yīng)出水)的堵塞風(fēng)險。
[0024]進一步的，本發(fā)明三相分離子系統(tǒng)可實現(xiàn)超臨界水氧化反應(yīng)出水中液相、不溶性固相微顆粒以及氣相產(chǎn)物等液、固、氣三相的連續(xù)自動在線分離。
【【附圖說明】】
[0025]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中，1-不溶物過濾器;2-研磨栗;3-物料緩沖罐;4-物料栗;5-預(yù)熱器;6_除鹽水箱;7-反應(yīng)器;8-回?zé)崞?9-降壓器；10-氣液分離器；11-在線微過濾器；12-三相分離器；13-管道增壓栗；14-加熱器；15-液氧罐；16-液氧栗；17-液氧氣化器；18-氧氣緩沖罐；19-氧氣調(diào)壓器;20-儲藥箱;21-加藥栗;22-調(diào)壓器;101-開關(guān)閥；102-開關(guān)閥；103-開關(guān)閥。
【【具體實施方式】】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0028]參見圖1，本發(fā)明包括物料預(yù)處理系統(tǒng)、中間介質(zhì)導(dǎo)熱系統(tǒng)、氧氣供應(yīng)系統(tǒng)、超臨界水氧化反應(yīng)物系統(tǒng)。其中:
[0029]物料預(yù)處理系統(tǒng)包括不溶物過濾器1、研磨栗2、物料緩沖罐3、儲藥箱20以及加藥栗21，研磨栗2可以研磨不溶性固體粒徑至50微米以下。不溶物過濾器I入口連接物料輸入管道，不溶物過濾器I出口連接研磨栗2入口，研磨栗2出口連接物料緩沖罐3入口，儲藥箱20的出口連接加藥栗21，加藥栗21的出口連接物料緩沖罐3入口。
[0030]中間介質(zhì)導(dǎo)熱系統(tǒng)包括預(yù)熱器5、管道增壓栗13、回?zé)崞?以及加熱器14，預(yù)熱器5外管入口連接加熱器1