本發(fā)明屬于危險廢棄物處理領域，具體涉及一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的系統(tǒng)及方法。
背景技術：
隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結構的多元化，危險廢物的產(chǎn)生量增長迅速，而且種類繁多，成分復雜，并具有毒害性、爆炸性、易燃性、腐蝕性、化學反應性等危害特性，對人類健康和環(huán)境造成嚴重的危害，且這種危害具有長期性、潛伏性和滯后性。如不妥善處理，會對人類生存和環(huán)境構成很大的威脅。由于危險廢棄物在自然界中具有很高的穩(wěn)定性而不易被降解，處理技難度大等特點，我國的危險處理行業(yè)自2001年左右才起步，存在經(jīng)驗和技術上的短板，因此，研究開發(fā)高效的危險廢棄物處理處置方法勢在必行。目前，危險廢棄物處理的方法主要包括焚燒和填埋，但焚燒處理成本高，特別是含水量高的危險廢棄物，其在焚燒處理過程中要加入大量的輔助燃料，增加了處理成本，不僅如此，焚燒處理產(chǎn)生的煙氣富含二噁英、氮氧化物和重金屬等有害物質，對環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的二次污染，危害人類健康。填埋處理不僅占用大量的土地資源，而且造成地下水和土壤的二次污染。因此，危險廢棄物的處理一直是個難以解決的問題，許多學者一直在尋求新工藝、新技術對其進行處理。
近年來，由于超臨界水氣化/氧化技術對含水量高的濕基危險廢棄物可直接氣化或氧化降解，不需要高能耗的干化或濃縮過程，無二次污染而受到廣泛的關注。其中超臨界水氣化技術(Supercritical water gasification，縮寫為SCWG)是20世紀70年代中期由美國麻省理工學院(MIT)的Modell提出的，最早用于生物質制氫領域。超臨界水氣化法處理有機危險廢棄物是指在水的超臨界條件下，廢棄物中的有機物快速氣化，生成富含氫氣和甲烷的混合燃氣，而無機鹽從水中析出，最后通過水、氣、渣三相分離，達到有機危險廢棄物徹底降解的目的。超臨界水氧化處理有機危險廢棄物是指在超臨界水中加入大于或等于物料COD化學當量比的氧化劑(如氧氣、過氧化氫)，使物料中的有機物在超臨界水介質中發(fā)生快速氧化反應，從而將有機物徹底降解，其氣相產(chǎn)物是CO2為主的混合氣體。
超臨界水氣化法處理有機危險廢棄物的優(yōu)點是：處理過程中能夠產(chǎn)生氫氣和甲烷的混合燃氣，實現(xiàn)了廢物資源化。缺點是：第一，有機危險廢棄物成分復雜、形態(tài)與性質多變，超臨界水氣化法對其降解效率較低，處理后的水難以達標排放；第二，超臨界水氣化法是吸熱反應，需要外部供熱，能耗高，而且加熱效率較低，導致反應器內易產(chǎn)生焦油而發(fā)生堵塞；第三，由于有機危險廢棄物自身的特性，導致處理過程中產(chǎn)生的氫氣和甲烷量小而難以有效利用，直接排放造成了能源的浪費。與超臨界水氣化法相比，超臨界水氧化法在氧化反應過程中釋放出大量的熱量，實現(xiàn)了反應系統(tǒng)的自熱，加熱效率和反應溫度高，從而提高了有機危險廢棄物的降解效率，能夠徹底降解有機物，但是加入過量的氧化劑，一方面消耗了系統(tǒng)產(chǎn)生的可燃氣，另一方面反應器易發(fā)生氧化腐蝕，而且反應器內部溫度難以控制，從而降低了設備使用壽命。而超臨界水所需的反應溫度和壓力對設備和材質的要求較高，設備投資占總投資的比例極高，因此，為使超臨界水技術更好的投入到實際的工程應用中，主要有三種方法：一是采用合理的加熱方式，通過反應器內部加熱和外部加熱兩種加熱方式，提高有機危險廢棄物的降解效率，同時提高加熱效率和溫度的可控性；二是選用合適的催化劑，以降低反應所需的高溫和高壓反應條件，從而達到高效降解有機危險廢棄物和減少對設備的腐蝕的目的；三是調節(jié)系統(tǒng)的可燃氣產(chǎn)生量，充分利用系統(tǒng)自身產(chǎn)生的能源，降低供熱能耗。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的系統(tǒng)；本發(fā)明的目的之二在于提供一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的方法。
為達到上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術方案：
1、一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的加熱器3、超臨界水氣化反應器4、氣液分離器5，排水池7，所述有機危險廢棄物經(jīng)過加熱器3輸送至超臨界水氣化反應器4進而產(chǎn)生氣液混合物，氣液混合物再輸送至氣液分離器5進行氣液分離。
作為本系統(tǒng)的一種優(yōu)選，所述系統(tǒng)還包括回熱器2，所述回熱器2包括有機危險廢氣物底部進口a、有機危險廢氣物頂部部出口b、頂部氣液混合物進口c，底部氣液混合物出口d，所述有機危險廢氣物底部進口a與有機廢棄物原料輸送處連通，有機危險廢氣物頂部部出口b與加熱器3連接，頂部氣液混合物進口c與超臨界水氣化反應器4連接，底部氣液混合物出口d與氣液分離器5連接，底部氣液混合物出口d與氣液分離器5之間還連接有背壓閥6。
作為本系統(tǒng)的進一步優(yōu)選，所述氣液分離器5包括底部液體出口和頂部氣體出口，底部液體出口通向排水池7，所述頂部氣體出口與加熱器3連接用以將氣體輸送到加熱器進行焚燒供熱。
優(yōu)選的，所述排水池7與有機廢棄物原料輸送處連通，用于輸送不達標的排水進行循環(huán)處理。
優(yōu)選的，在所述有機危險廢氣物底部進口a與有機廢棄物原料輸送之間連接有柱塞泵1。
2、一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的方法，所述方法包括如下步驟：
1)將有機危險廢棄物原料進行配漿和調質預處理；
2)將經(jīng)步驟1)預處理后的有機危險廢棄物通過柱塞泵輸送到回熱器進行熱交換后，再輸送到加熱器，最后與催化劑混合一起進入超臨界水氣化反應器進行反應進而產(chǎn)生氣液混合物；
3)將步驟2)產(chǎn)生的氣液混合物輸送到回熱器進行熱交換待溫度將至50℃以后，輸送進入氣液分離器進行氣液分離，液體進入排水池，混合氣體輸送到加熱器進行焚燒供熱。
優(yōu)選的，步驟1)中，按質量百分比計，預處理后物料中固體含量為15％-20％，pH值為8-11。
優(yōu)選的，步驟2)所述催化劑為碳酸鈉、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或幾種。
優(yōu)選的，控制超臨界水氣化反應器溫度為600-650℃，壓力為25-30MPa，通過加入氧氣調節(jié)超臨界水氣化反應器溫度，氧氣加入量為機危險廢棄物完全降解理論需氧量的0.3-0.5倍。
優(yōu)選的，若排水池中水不符合排放標準，將排水池中的水回流到物料配漿調質預處理系統(tǒng)，循環(huán)處理，直到達標排放。
本發(fā)明的有益效果在于：
1)本發(fā)明將超臨界水部分氧化工藝和超臨界水催化氣化工藝相結合，與傳統(tǒng)超臨界水氧化法處理危險廢棄物的工藝相比，本發(fā)明參照反應器內部溫度，而非廢棄物COD濃度控制加入系統(tǒng)的氧氣量，提高了反應器內部溫度的可控性，有效降低了氧氣消耗量，既實現(xiàn)了系統(tǒng)內部自熱，又減少了設備的氧化腐蝕，延長了設備使用壽命。與傳統(tǒng)超臨界水氣化技術相比，通過加入催化劑，提高了有機危險廢棄物的降解效率，增加了可燃氣的產(chǎn)生量，減緩了設備的腐蝕。
2)本發(fā)明中超臨界水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的混合燃氣輸送到加熱器，進行焚燒供熱，充分利用了系統(tǒng)自身產(chǎn)生的能源，降低了外部供熱能耗。
3)為保證在極端條件下，排水能夠達標排放，本發(fā)明在排水池末端設置回路，如果排水不達標，可以將排水池中的水回流到物料配漿調質預處理系統(tǒng)，循環(huán)處理，直到達標排放。
附圖說明
為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：
圖1表示一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
圖1表示一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的系統(tǒng)示意圖。
所述系統(tǒng)包括依次連接的加熱器3、超臨界水氣化反應器4、氣液分離器5，排水池7，所述有機危險廢棄物經(jīng)過加熱器3輸送至超臨界水氣化反應器4進而產(chǎn)生氣液混合物，氣液混合物再輸送至氣液分離器5進行氣液分離；
所述系統(tǒng)還包括回熱器2，所述回熱器2包括有機危險廢氣物底部進口a、有機危險廢氣物頂部部出口b、頂部氣液混合物進口c，底部氣液混合物出口d，所述有機危險廢氣物底部進口a與有機廢棄物原料輸送處連通，有機危險廢氣物頂部部出口b與加熱器3連接，頂部氣液混合物進口c與超臨界水氣化反應器4連接，底部氣液混合物出口d與氣液分離器5連接，底部氣液混合物出口d與氣液分離器5之間還連接有背壓閥6；
所述氣液分離器5包括底部液體出口和頂部氣體出口，底部液體出口通向排水池7，所述頂部氣體出口與加熱器3用以將氣體輸送到加熱器進行焚燒供熱；
所述排水池7與有機廢棄物原料輸送處連通，用于輸送不達標的排水進行循環(huán)處理；
在所述有機危險廢氣物底部進口a與有機廢棄物原料輸送之間連接有柱塞泵1。
通過上述系統(tǒng)，一種超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理有機危險廢棄物的方法，包括如下實施步驟：
1)對有機危險廢棄物原料進行配漿和調質預處理
首先對危險廢棄物原料進行檢測化驗，確定其成分和各項性能參數(shù)，如pH，COD，熱值、懸浮物含量和含鹽量等，為原料的儲存和配漿調質提供科學依據(jù)。然后根據(jù)物料的成分、熱值、pH等參數(shù)對物料進行制漿和調質預處理。按質量百分比計，預處理后物料中固體含量為15％-20％，pH值為8-11。
2)超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理
調配預處理后的有機危險廢棄物通過柱塞泵輸送，先經(jīng)過回熱器與逆流的出料換熱，再輸送到加熱器進一步加熱，最后與催化劑混合進入超臨界水氣化反應器。
催化劑為碳酸鈉(Na2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)。
根據(jù)反應器內部溫度，適當通入氧氣，從而通過氧氣加入量將反應器內部溫度控制在600-650℃，氧氣加入量為有機危險廢棄物COD完全降解理論需氧量的0.3-0.5倍。
超臨界水反應器的壓力控制在25-30MPa，停留時間為5-10min。
3)氣液分離處理
超臨界水部分氧化聯(lián)合催化氣化處理后產(chǎn)生的氣液混合物進入回熱器與逆流的進料進行換熱降溫，待溫度降至50℃以后，通過降壓系統(tǒng)將物料從高壓降至常壓，最終輸送進入氣液分離器進行氣液分離。
4)尾氣和排水處理
溶解在水中的混合尾氣釋放出來后，輸送到加熱器中，作為天然氣的補充燃料，進行焚燒供熱。液體進入排水池，如果物料性質或者處理過程中的參數(shù)發(fā)生較大變化，導致系統(tǒng)排水不達標，則可以將排水池中的水回流到物料配漿調質預處理系統(tǒng)，循環(huán)處理，直到達標排放。
最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。