一種超臨界水氧化廢水預(yù)熱純化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種廢水的處理設(shè)備，特別涉及一種超臨界水氧化廢水預(yù)熱純化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界是指流體物質(zhì)的一種特殊狀態(tài)。當(dāng)把處于汽液平衡的流體升溫升壓時(shí)，熱膨脹引起液體密度減小，而壓力的升高又使汽液兩相的相界面消失，成為均相體系，這就是臨界點(diǎn)。當(dāng)流體的溫度、壓力分別高于臨界溫度和臨界壓力時(shí)就稱為處于超臨界狀態(tài)。超臨界流體具有類似氣體的良好流動(dòng)性，但密度又遠(yuǎn)大于氣體，因此具有許多獨(dú)特的理化性質(zhì)。
[0003]水的臨界點(diǎn)是溫度374.3°C、壓力22.064MPa，如果將水的溫度、壓力升高到臨界點(diǎn)以上，即為超臨界水，其密度、粘度、電導(dǎo)率、介電常數(shù)等基本性能均與普通水有很大差異，表現(xiàn)出類似于非極性有機(jī)化合物的性質(zhì)。因此，超臨界水能與非極性物質(zhì)(如烴類)和其他有機(jī)物完全互溶，而無機(jī)物特別是鹽類，在超臨界水中的電離常數(shù)和溶解度卻很低。同時(shí)，超臨界水可以和空氣、氧氣、氮?dú)夂投趸嫉葰怏w完全互溶。
[0004]由于超臨界水對(duì)有機(jī)物和氧氣均是極好的溶劑，因此有機(jī)物的氧化可以在富氧的均一相中進(jìn)行，反應(yīng)不存在因需要相間轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的限制。同時(shí)，400?600°C的高反應(yīng)溫度也使反應(yīng)速度加快，可以在幾秒的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，即可達(dá)到99%以上的破壞率。
[0005]超臨界水氧化反應(yīng)完全徹底:有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為C02，氫轉(zhuǎn)化為H20，鹵素原子轉(zhuǎn)化為鹵離子，硫和磷分別轉(zhuǎn)化為硫酸鹽和磷酸鹽，氮轉(zhuǎn)化為硝酸根和亞硝酸根離子或氮?dú)?。而且超臨界水氧化反應(yīng)在某種程度上和簡(jiǎn)單的燃燒過程相似，在氧化過程中釋放出大量的熱量。由于超臨界水氧化是在高溫高壓下進(jìn)行的均相反應(yīng)，反應(yīng)速率快，停留時(shí)間短(可小于Imin )，所以反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，體積小;適用范圍廣，可以適用于各種有毒物質(zhì)、廢水廢物的處理；不形成二次污染，產(chǎn)物清潔不需要進(jìn)一步處理，且無機(jī)鹽可從水中分離出來，處理后的廢水可完全回收利用；當(dāng)有機(jī)物含量超過2%時(shí)，就可以依靠反應(yīng)過程中自身氧化放熱來維持反應(yīng)所需的溫度，不需要額外供給熱量，如果濃度更高，則放出更多的氧化熱，這部分熱能可以回收。
[0006]目前，超臨界水氧化法處理廢水仍存在缺點(diǎn)，其高溫高壓的操作條件無疑對(duì)設(shè)備材質(zhì)提出了嚴(yán)格的要求；另一方面，雖然已經(jīng)在超臨界水的性質(zhì)和物質(zhì)在其中的溶解度及超臨界水化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理方面進(jìn)行了一些研究，但是這些與開發(fā)、設(shè)計(jì)和控制超臨界水氧化過程必需的知識(shí)和數(shù)據(jù)相比，還遠(yuǎn)不能滿足要求;在實(shí)際進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性以外，還必須注意一些工程方面的因素，例如腐蝕、鹽的沉淀、催化劑的使用、熱量傳遞等。
[0007 ]在超臨界水氧化環(huán)境中比通常條件下更易導(dǎo)致金屬的腐蝕。高濃度的溶解氧、高溫高壓的條件、極端的PH值以及某些種類的無機(jī)離子均可使腐蝕加快。腐蝕會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的問題，一是反應(yīng)完畢后的流出液中含有某些金屬離子(如鉻等)，會(huì)影響處理的質(zhì)量;二是過度的腐蝕會(huì)影響壓力系統(tǒng)正常工作。在300?500°C、pH值2?9、氯化物濃度為400mg/L的條件下，對(duì)13種合金的腐蝕進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在給定的溫度范圍內(nèi)pH對(duì)腐蝕的影響不大。在300°C的亞臨界狀態(tài)下，由于水的介電常數(shù)和無機(jī)鹽的溶解度均較大，主要以電化學(xué)腐蝕為主。當(dāng)溫度升至400°C以上時(shí)，水的介電常數(shù)和鹽的溶解度迅速下降，這時(shí)以化學(xué)腐蝕為主。
[0008]在超臨界水氧化中，往往在進(jìn)料中加入堿中和過程中產(chǎn)生的酸和生成的鹽，因超臨界條件下無機(jī)物的溶解度很小，過程中會(huì)有鹽的沉淀。某些鹽的粘度較大，有可能會(huì)引起反應(yīng)器或管路的堵塞。通過反應(yīng)器形式的優(yōu)化和適當(dāng)?shù)牟僮鞣绞娇捎枰圆糠值馗纳?。?duì)于某些高含鹽體系可能需要預(yù)處理。
[0009]所以，超臨界水氧化在處理有機(jī)廢物方面越來越受到重視，其存在的現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超臨界水氧化廢水處理體系中的預(yù)熱純化體系，避免設(shè)備承受多種酸、堿和無機(jī)鹽的綜合腐蝕，解決處理系統(tǒng)的材料選擇的局限性，設(shè)備可以根據(jù)的變化溫度、腐蝕介質(zhì)的情況來選擇某種適應(yīng)分離材料，根據(jù)分溫度分段除去的酸堿選取相應(yīng)的材料可以大大的降低制造成本;提取出的物質(zhì)可以回收再利用，減少了運(yùn)行的成本。
[0011]該超臨界水氧化廢水的預(yù)熱純化系統(tǒng)，含有污水栗、I?6個(gè)預(yù)熱裝置、純化裝置組成；
[0012]該超臨界水氧化的預(yù)熱純化體系，是由兩個(gè)及以上的預(yù)熱裝置串聯(lián)組成，該預(yù)熱體系的溫度由進(jìn)水端開始呈現(xiàn)階梯狀升溫，溫度范圍為<400°C，壓力>8.26Mpa;
[0013]進(jìn)一步，該超臨界水氧化的預(yù)熱體系，是由污水栗、I?6個(gè)預(yù)熱裝置、純化裝置組成，該預(yù)熱裝置的溫度升至100?250°C階段，超臨界分離廢水中的含氯離子物質(zhì);預(yù)熱裝置升至250?400°C階段，超臨界分離廢水中的含鈉離子物質(zhì)；
[0014]進(jìn)一步，預(yù)熱裝置的溫度升至150?250°C階段，超臨界水氧化分離含氯離子物質(zhì)；所述氯離子物質(zhì)為氯化氫。
[0015]進(jìn)一步，預(yù)熱體系的特征還在于預(yù)熱裝置隨著溫度的升高采用了不同的鎳基金屬材料，以適應(yīng)該體系分離提取出鈉和氯元素；
[0016]進(jìn)一步，預(yù)熱裝置與純化裝置和進(jìn)一步的超臨界水氧化有機(jī)廢水裝置相連，純化裝置主要純化回收的分離出來的高純度氫氧化鈉。
[0017]由于傳統(tǒng)的超臨界水氧化工藝把廢水中所有的產(chǎn)物都隨著水進(jìn)入預(yù)熱階段的容器和反應(yīng)釜，這樣就造成金屬材料選擇的一大難題，目前現(xiàn)有技術(shù)沒有能夠同時(shí)在高溫、高壓、高氧、含氯離子、含鈉的復(fù)雜情況下采用同一金屬來解決。
[0018]以上，本發(fā)明的預(yù)熱體系提取出一些對(duì)金屬材料不利的氯離子和鹽(主要是一些氯離子和鈉離子成分)，提取后的廢水以純度很高的、不含氯和鹽的有機(jī)成分進(jìn)入反應(yīng)釜，這樣就對(duì)整個(gè)工藝上的所有金屬材料得到了飛躍性的改變;也使超臨界水氧化設(shè)備制作在材料選擇上有很大的余地，制作的成本也有很大的降低。
[0019]廢水中的成分復(fù)雜，但是常見廢水中對(duì)材料的腐蝕的酸類有鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸、有機(jī)酸等。堿類有氫氧化鈉、次氯酸鈉、硝酸鈉、氯化鈉等。由于鈉鹽中常見的不同鈉鹽中都含氯這就意味著該水中酸，在300?500 °C、pH值2?9、氯化物濃度為400mg/L的條件下，對(duì)多種合金的腐蝕進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在給定的溫度范圍內(nèi)PH對(duì)腐蝕的影響不大。在300°C的亞臨界狀態(tài)下，由于水的介電常數(shù)和無機(jī)鹽的溶解度均較大，主要以電化學(xué)腐蝕為主。當(dāng)溫度升至400°C以上時(shí)，水的介電常數(shù)和鹽的溶解度迅速下降，這時(shí)以化學(xué)腐蝕為主，由于該特性該專利主要是在400°C—下來完成分離。由于溫度對(duì)無機(jī)鹽的的影響很大，所以在近臨界點(diǎn)或臨界點(diǎn)附近的溫度可以完成分離，但是取決溫度，溫度的變化影響無機(jī)鹽的純度，如果溫度相差很大會(huì)形成很大的變化，如廢水中含無極鹽成份不是單一成分，那樣分離出的無機(jī)鹽的成就會(huì)產(chǎn)生復(fù)合成分。然而稍加提高溫度后，無機(jī)鹽的成分就發(fā)生了很大的變化由復(fù)合成分變?yōu)閱我怀煞旨?氫氧化鈉。由廢水中提取出來氫氧化鈉后，對(duì)超臨界水氧化設(shè)備整體運(yùn)行成本是有效的節(jié)約。這樣就形成廢物回收利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，也促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)著處理廢水的熱情。
[0020]以上，該發(fā)明不僅可以應(yīng)用于廢水處理系統(tǒng)中除去對(duì)設(shè)備的腐蝕性物質(zhì)，還可以應(yīng)用于海水淡化處理系統(tǒng)中除去氯化鈉，對(duì)工業(yè)有著廣泛應(yīng)用前景。
[0021]以上，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)在于:在400°C以內(nèi)的預(yù)熱體系中超臨界分離純化廢水的氯和鈉，大大減少了廢水對(duì)超臨界水氧化體系裝置的腐蝕;預(yù)熱體系分離純化回收高純度的氯化氫和氫氧化鈉，避免了二次污染，減少污水處理的成本，降低了運(yùn)行成本;同時(shí)，增加了超臨界水氧化體系裝置的材料選擇性，和制造成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為超臨界水氧化有機(jī)廢水處理系統(tǒng)的預(yù)熱體系的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]參見附圖1，圖中超臨界水氧有機(jī)廢水處理系統(tǒng)中的預(yù)熱體系為7廢水栗、I?6預(yù)熱裝置、純化裝置8，如圖串聯(lián)，廢水從廢水栗7進(jìn)入，依次通過預(yù)熱裝置I?6，預(yù)熱裝置依次將溫度升至50°C、100C、150°C、250°C、300°C、400°C，總體溫度和壓力分別為溫度范圍為<400°C，壓力>8.26Mpa，各裝置的制備材料根據(jù)溫度分段除去的物質(zhì)不同而有所不同，為鎳基材料，以實(shí)現(xiàn)不同溫度不同壓力下的分離純化物質(zhì)對(duì)材料的要求，裝置升溫至100?250°(:時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氯的分離，分離出氯化氫;250?400 °C使得鈉得到分離;最后預(yù)熱裝置6的出口分別連接純化裝置8和進(jìn)一步的超臨界有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，以上實(shí)現(xiàn)了不同溫度和壓力下超臨界分離氯和鈉，純化裝置8回收高純度氫氧化鈉，以達(dá)到回收利用高純度氯化氫和氫氧化鈉等減少處理廢水的成本。
[0025]實(shí)施例2
[0026]本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，相同之處不重述，不同之處在于:預(yù)熱裝置可以根據(jù)需要設(shè)置不同數(shù)量的預(yù)熱設(shè)備，如其他無機(jī)鹽在一定溫度和壓力下達(dá)到一定濃度亦可以得到分離。
[0027]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳的實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超臨界水氧化廢水預(yù)熱純化系統(tǒng)，含有污水栗、I?6個(gè)預(yù)熱裝置、純化裝置組成，其特征在于:所述預(yù)熱裝置串聯(lián)而成，預(yù)熱溫度呈階梯狀，溫度范圍為<400°C，壓力>8.26Mpa，該預(yù)熱裝置的溫度升至100?250°C階段，超臨界分離廢水中的含氯離子物質(zhì);預(yù)熱裝置升至250?400°C階段，超臨界分離廢水中的含鈉離子物質(zhì)。2.權(quán)利要求1所述預(yù)熱裝置，其特征在于I?3預(yù)熱裝置溫度分別升至1(KTC、15(TC、250°C，溫度在150?250°C時(shí)，分離氯離子物質(zhì)。3.權(quán)利要求2所述預(yù)熱系統(tǒng)，其特征在于所述氯離子物質(zhì)為氯化氫。4.權(quán)利要求1所述預(yù)熱裝置，其特征在于所選材料為不同材質(zhì)的鎳基金屬。5.權(quán)利要求1所述超臨界預(yù)熱純化系統(tǒng)，其特征在于純化裝置純化回收物質(zhì)為高純度氫氧化鈉。6.權(quán)利要求1所述預(yù)熱純化系統(tǒng)，在污水處理系統(tǒng)、海水淡化處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超臨界水氧化廢水預(yù)熱純化系統(tǒng)，含有污水泵、預(yù)熱裝置、純化裝置組成，在400℃以內(nèi)，利用不同溫度壓力下的超臨界狀態(tài)分離不同物質(zhì)，將廢水中氯和鈉分離出去，大大避免了對(duì)廢水處理系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕，提高材料的選擇性，降低制造成本，分離出的物質(zhì)高純度回收利用，降低廢水處理的成本。
【IPC分類】C02F1/02, C02F103/08, C02F9/10, C02F1/72
【公開號(hào)】CN105668891
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610040723
【發(fā)明人】潘行平
【申請(qǐng)人】浙江帝盛科技股份有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月20日