CN102992466B - 有机污染物超临界水氧化处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机污染物超临界水氧化处理装置，包括外筒和置于外筒内的内筒，所述外筒和内筒之间形成用于填充导热传压介质的夹层，所述外筒由耐压材料制成，所述内筒由耐腐蚀材料制成，所述外筒上设置有与夹层连通的介质进料管，与所述内筒连通设置有有机污染物进料管、氧化剂进料管和反应液出料管，通过夹层传热和传压，可有效分化高温和高压条件，改善设备的工作环境，同时，通过对夹层内的介质加压可平衡内筒内部对内筒的压力，使内筒受到压力显著降低甚至不受压力，内筒的制造材料选择范围更广，选材着重偏向于耐腐蚀性能，另外，本装置结构简单、工艺水用量小，热量损失小，更具经济可行性。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护及化工技术领域，特别涉及一种利用超临界水作为反应介质，对高浓度难生化降解的有机废水和难处理的有毒固体废弃物等污染物进行无害化处理及资源化利用的装置。
背景技术
温度和压力高于其临界点温度和压力(T＝374.2℃，P＝22.1MPa)的水被称之为超临界水(SCW)。处于超临界状态下，水的密度、粘度、介电常数、离子积降低，氢键减弱，扩散性能、非极性特征增强。超临界水氧化技术(SupercriticalWaterOxidation，简称SCWO)即是利用超临界水作为反应介质，将有机污染物迅速、完全、彻底深度氧化降解为二氧化碳、水、氮气等无机物质的新型环境治理方法。SCWO技术由于具有反应速度快、氧化分解彻底，无二次污染等明显优势，特别适合于处理那些工业部门难销毁的有毒有害物质(如染料废水、医药废水、润滑剂废液、含PCBs的绝缘油、放射性混合废弃物、多氯联苯、易挥发性有机污染物等)、高浓度难降解的有机废物(城市污泥、含油污泥、造纸厂料浆等)、军用毒害物质(化学武器，火箭推进剂，炸药等)等污染物。
氧化反应装置作为SCWO技术最为关键的组成部件，结合有机污染物超临界水氧化处理条件进行针对性的反应器装置设计或改进一直受到该领域科学家和工程专家的重视。中国专利CN101164912公开了一种耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应器，该反应器通过在内筒内表面形成保护性水膜以降低设备材料的腐蚀，同时采用将超临界流体转变为亚临界流体的方法以增加无机盐溶解度，减少由于盐沉积造成的设备传热和传质性能下降以及管路堵塞；CN102190363公开了一种利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应器装置，该反应器采用蒸发壁和罐式回流结合的结构，以解决有机污染物超临界水氧化系统所出现的盐沉积和设备腐蚀问题；CN102295366公开了一种超临界水氧化处理废水工艺及其反应设备，该专利通过引入中和试剂以中和有机污染物超临界水氧化降解过程中所产生的酸性物质，进而降低设备材料的腐蚀。然而上述三种反应器装置均存在需要耗用大量的工艺水、出口液体中盐分含量较高、工艺水加热需要用大量的热量等不足。CN2461918公开了一种采用波纹管的超临界水氧化反应器，该反应器内部设置有超临界反应区，亚临界氧逸出区和固、液、气分离区，然而由于反应器设计过于复杂，限制了其规模化应用。CN2563146公开了一种超临界水湿式双效氧化污水处理设备，该设备同时设置超临界反应罐和湿式反应罐，两个反应罐均配置均相催化装置，可使有机污染物发生高效氧化反应，然而，其设计亦比较复杂，难以实现工业化。另外，为了同时满足高温高压及强腐蚀性的反应条件，现有的反应器制造时选材尤为重要，而反应器强度和耐腐蚀性通常无法很好的兼顾。
针对上述不足，需对现有的超临界水氧化反应装置进行改进，减小其在使用时所承受的压力，以便于选择耐腐蚀性更佳的材料制成，同时，也降低工艺水用量和出口液体中盐分含量，实现对反应器内温度和压力的准确控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种有机污染物超临界水氧化处理装置，该装置通过设置导热传压介质的夹层，可将高温高压条件进行分化并逐步实现，有效改善设备的工作环境，同时，通过夹层结构可控制导热传压介质的压力来平衡反应器内部高压对反应器的压力，可有效降低对反应器的要求，以便于选择耐腐蚀性更佳的材料制造反应器。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
本发明的有机污染物超临界水氧化处理装置，包括外筒和置于外筒内的内筒，所述外筒和内筒之间形成用于填充导热传压介质的夹层，所述外筒由耐压材料制成，所述内筒由耐腐蚀材料制成，所述外筒上设置有与夹层连通的介质进料管，与所述内筒连通设置有有机污染物进料管、氧化剂进料管和反应液出料管。
进一步，所述介质进料管为至少两根，并沿外筒周向均匀分布。
进一步，所述有机污染物进料管和氧化剂进料管与内筒底部连通，所述反应液出料管与内筒顶部连通。
进一步，所述外筒与内筒同轴设置。
进一步，所述外筒由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金、铜合金制成。
进一步，所述内筒由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金、铜合金或工程陶瓷制成。
进一步，所述介质进料管、有机污染物进料管、氧化剂进料管和反应液出料管均由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金或铜合金制成。
进一步，还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括加热套、温度控制仪和多个温度敏感探头，所述温度敏感探头分别设置于加热套、内筒和夹层内，温度敏感探头所探测的温度信号输入温度控制仪，温度控制仪控制加热套。
进一步，还包括压力控制系统，所述压力控制系统包括加压装置、压力调节装置和多个压力传感器，所述压力传感器分别设置于内筒和夹层内，压力传感器所检测的压力信号输入压力调节装置，压力调节装置控制加压装置。
本发明的有益效果：本发明的有机污染物超临界水氧化处理装置具有以下优点：
1)本发明针对于有机污染物进行超临界水氧化处理所必须具备的高温(高于水的临界温度)、高压(高于水的临界压力)条件，通过设置一中间过渡夹层，将高温和高压条件进行分化并逐步实现，在保证有机污染物超临界水氧化处理效果的同时，有效地改善了设备的工作环境，更具规模化运行的可行性。
2)本发明针对超临界水氧化技术目前所面临的设备材料长时间工作于苛刻腐蚀环境所引起的腐蚀问题，通过控制设备内筒腔体和内外筒之间环隙的压力差，减小甚至消除设备内筒所承受的压力，使其受压条件大大改善，选择该零件的制造材料时可着重偏重于耐腐蚀性能，扩大了设备内筒材料的选择范围，可采用耐腐蚀性能优良的工程材料制备设备内筒，以达到减小设备材料腐蚀的目的。
3)本发明通过在设备内外筒所构成的环隙内部充填传热/压性能优良的介质材料，避免了传统方法中为了对超临界水氧化反应腔体进行液封而使用大量的工艺水，既简化了装置设备，又减小了由于工艺水的引入而导致的体系热量损失，显著降低了有机污染物进行超临界水氧化处理所耗用的能量，更具经济可行性。
本发明公开的有机污染物超临界水氧化处理设备，可以广泛应用于高浓度难降解有机废水/液、污泥、挥发性毒害物质的无害化处理和资源化利用过程。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的结构及原理示意图，图中虚线表示信号传输路线。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图所示：本实施例的有机污染物超临界水氧化处理装置，包括外筒1和置于外筒1内的内筒2，所述外筒1和内筒2之间形成用于填充导热传压介质的夹层3，本实施例中，外筒1和内筒2同心设置形成均匀的环状夹层，均匀的环状夹层可使各个位置的热传导均一致，所述外筒1由耐压材料制成，外筒选材偏向于高强度、热传导性能好的材料，如金属，通过夹层3内的导热传压介质的压力与内筒内部压力相抵消，可大幅降低内筒所受压力，所述内筒2由耐腐蚀材料制成，内筒选材偏向于耐腐蚀性较强的材料，如耐腐蚀陶瓷材料，内筒的直径以不出现有机污染物超临界水氧化处理过程中所产生的无机盐的沉积和附着为宜，外筒的内径为传压介质能在所述夹层内部自由流动为宜，所述外筒1上设置有与夹层3连通的介质进料管4，用于加入导热传压介质并对介质调压，与所述内筒2连通设置有有机污染物进料管5、氧化剂进料管6和反应液出料管7，分别用于有机污染物、氧化剂的加入和氧化反应后反应液的排出。
作为上述技术方案的进一步改进，所述介质进料管4为至少两根，本实施例为4根，4根介质进料管沿外筒1周向均匀分布，有效保证环状夹层内部各处加压均匀一致。
作为上述技术方案的进一步改进，所述有机污染物进料管5和氧化剂进料管6与内筒2底部连通，所述反应液出料管7与内筒2顶部连通，采用底部进料，顶部出料的结构，可有效分离反应后的固态残余物和气态排出物，减少排出物中盐分的含量，防止后续管道等零件被侵蚀和沉积堵塞。
作为上述技术方案的进一步改进，所述外筒1由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金、铜合金制成，外筒采用高强度和导热系数高的材料制成，优选金属。
作为上述技术方案的进一步改进，所述内筒2由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金、铜合金或者氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或硼化物等工程陶瓷制成，内筒采用耐腐蚀性能强的材料制成，优选陶瓷。
作为上述技术方案的进一步改进，所述介质进料管4、有机污染物进料管5、氧化剂进料管6和反应液出料管7均由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金或铜合金制成，由于各管道也直接处于高温高压及强腐蚀性工作环境下，因此，也应当选用高强度、耐高温和耐腐蚀的材料制成。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括加热套8、温度控制仪9和多个温度敏感探头10，所述温度敏感探头10分别设置于加热套8、内筒2和夹层3内，温度敏感探头10所探测的温度信号输入温度控制仪，温度控制仪9控制加热套8，温度控制仪可根据各处温度实时调节反应环境的温度，以保证氧化反应的顺利进行。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括压力控制系统，所述压力控制系统包括加压装置11、压力调节装置12和多个压力传感器13，所述压力传感器13分别设置于内筒2和夹层3内，压力传感器13所检测的压力信号输入压力调节装置，压力调节装置12控制加压装置11，压力调节装置可根据各处压强实时调节反应环境的压强，以保证氧化反应的顺利进行。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种有机污染物超临界水氧化处理装置，其特征在于：包括外筒(1)和置于外筒(1)内的内筒(2)，所述外筒(1)和内筒(2)之间形成用于填充导热传压介质的夹层(3)，所述外筒(1)由耐压材料制成，所述内筒(2)由耐腐蚀材料制成，所述外筒(1)上设置有与夹层(3)连通的介质进料管(4)，与所述内筒(2)连通设置有有机污染物进料管(5)、氧化剂进料管(6)和反应液出料管(7)，所述有机污染物进料管(5)和氧化剂进料管(6)与内筒(2)底部连通，所述反应液出料管(7)与内筒(2)顶部连通，所述介质进料管(4)为至少两根，并沿外筒(1)周向均匀分布，所述外筒(1)与内筒(2)同轴设置，还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括加热套(8)、温度控制仪(9)和多个温度敏感探头(10)，所述温度敏感探头(10)分别设置于加热套(8)、内筒(2)和夹层(3)内，温度敏感探头(10)所探测的温度信号输入温度控制仪，温度控制仪(9)控制加热套(8)，还包括压力控制系统，所述压力控制系统包括加压装置(11)、压力调节装置(12)和多个压力传感器(13)，所述压力传感器(13)分别设置于内筒(2)和夹层(3)内，压力传感器(13)所检测的压力信号输入压力调节装置，压力调节装置(12)控制加压装置(11)。
2.根据权利要求1所述的有机污染物超临界水氧化处理装置，其特征在于：所述外筒(1)由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金或铜合金制成。
3.根据权利要求2所述的有机污染物超临界水氧化处理装置，其特征在于：所述内筒(2)由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金、铜合金或工程陶瓷制成。
4.根据权利要求3所述的有机污染物超临界水氧化处理装置，其特征在于：所述介质进料管(4)、有机污染物进料管(5)、氧化剂进料管(6)和反应液出料管(7)均由钛、锆、钽、铌、镍基合金、钛合金、铝合金、锆合金或铜合金制成。
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