CN103508547A

CN103508547A - 高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置

Info

Publication number: CN103508547A
Application number: CN201310468232.5A
Authority: CN
Inventors: 徐东海; 王树众; 张洁; 钱黎黎; 李艳辉; 王玉珍
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN103508547B

Abstract

本发明公开了一种高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置，包括筒体、与该筒体上端部密封连接的顶盖，筒体与顶盖之间的密闭空间为反应室，其特征在于，所述筒体内侧壁依次设置有耐压隔热填充材料、水冷壁、耐蚀内衬，筒体底部、顶盖下表面仅设置耐蚀内衬；顶盖上设置有与筒体内反应室连通的反应流体进口、热水或蒸汽出口、压力表和安全阀接口、氧气进口，并设置有若干测温套管伸进反应室不同高度位置；筒体底部设置有与筒体内反应室连通的软化水进口、反应流体出口。

Description

高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置

技术领域

本发明涉及废水无害化处理技术，特别涉及一种利用超临界水氧化法对高含盐（无机盐含量5～10wt%）高腐蚀性（氯离子浓度1000～5000mg/L）有机废水进行处理的反应装置。

背景技术

超临界水是指温度和压力均高于其临界点（T_c=374.15℃，P_c=22.12MPa）的特殊状态的水。超临界水氧化技术（简称SCWO）是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使氧化剂和有机物完全溶解在超临界水中并发生均相氧化反应，迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO₂、N₂、H₂O等小分子化合物，氯转化成氯离子的金属盐，硝基物转化成氮气，硫转化成硫酸盐，磷转化成磷酸盐。与其它传统的高含盐难生化降解有机废水处理技术相比，SCWO具有以下优势：氧化效率高，有机物去除率可达99.9%以上；有机物质量浓度达到3%以上时，系统能够实现自热；反应空间密闭，不带来二次污染；反应时间短，设备结构简单，占地面积小；微溶的无机盐容易分离出来。SCWO是一种更为实用的高含盐难生化降解有机废水处理技术。美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中就指出，21世纪最有前途的有机废物处理技术之一是超临界水氧化技术。

化工、医药、农药、军工等领域通常会产生高含盐高腐蚀性有机废水，这些有机废水难以通过传统的生化方法高效经济地实现处理达标排放，利用焚烧法处理时会产生二次污染，且处理费用高。而SCWO可以高效、经济地实现这类有机废水的无害化处理。然而，利用SCWO实现高含盐高腐蚀性有机废水的无害化处理还存在需要解决以下问题。首先，需要降低SCWO的投资和运行成本。需要充分回收高含盐有机物在超临界水氧化过程中放出的大量热量，回收的反应热用来产生热水或蒸汽，同时通过合适的反应器结构降低反应装置承压壁的温度，从而有效降低SCWO的设备投资和运行成本。其次，在超临界水氧化条件下，高温、高压及高含盐溶解氧的反应环境中产生的活性自由基、强酸或某些盐类物质都会加剧反应装置腐蚀。反应装置腐蚀不仅引起了反应装置安全问题，降低了其使用寿命，而且腐蚀产物也会影响处理效果。因此，有效解决反应装置的腐蚀问题成为发展SCWO的关键问题之一。再次，因无机盐在超临界水中的溶解度极低，在超临界水氧化过程中，无机盐会析出，粘性无机盐会沉积到反应装置内表面上，进而可能引起反应装置堵塞，造成非正常停机，从而严重影响整套超临界水氧化反应系统运行的可靠性和经济性。

鉴于上述因素制约了高含盐高腐蚀性有机废水超临界水氧化技术的发展，因此一些新型反应装置在不断研发之中。

发明内容

针对现有的高含盐高腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置在防腐蚀、防盐沉积引起的堵塞、高投资和运行费用方面存在的问题，本发明的目的在于提供一种专用于处理高含盐高腐蚀性有机废水的超临界水氧化反应装置。

为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的；

一种高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置，包括筒体、与该筒体上端部密封连接的顶盖，筒体与顶盖之间的密闭空间为反应室，其特征在于，所述筒体内侧壁依次设置有耐压隔热填充材料、水冷壁、耐蚀内衬，筒体底部、顶盖下表面仅设置耐蚀内衬；顶盖上设置有与筒体内反应室连通的反应流体进口、热水或蒸汽出口、压力表和安全阀接口、氧气进口，并设置有若干测温套管伸进反应室不同高度位置；筒体底部设置有与筒体内反应室连通的软化水进口、反应流体出口。

上述方案中，在筒体耐蚀内衬和水冷壁上沿反应室竖直方向可开设多个平衡孔。顶盖上设置有三个测温套管分别伸进反应室高、中、低的位置。所述软化水进口、热水或蒸汽出口均通过套管进行密封。所述耐蚀内衬选用哈氏合金C276材料堆焊形成。

本发明的优点是：

1、通过设置顶盖耐蚀内衬、筒体耐蚀内衬和底部耐蚀内衬，可使反应装置承压壁不受腐蚀，可以有效地克服反应装置的腐蚀问题，且反应装置顶盖和反应装置筒体可以选用普通不锈钢316即可，从而有效降低反应装置的造价。

2、通过设置水冷壁，引入低温软化水，使反应装置筒体耐蚀内衬的内表面温度处于亚临界温度，在超临界水氧化反应条件下析出的无机盐接触到筒体耐蚀内衬时会再次溶解，从而避免了无机盐沉积，可有效避免反应装置因盐沉积引起的堵塞问题。此外，水冷壁回收反应放热，产生热水或蒸汽出售，获取的收益可抵消设备的运行费用。

3、通过设置耐压隔热填充材料来降低反应装置筒体承压壁的压力，从而保证反应装置的安全运行。

4、在顶盖设置多个测温套管、压力表和安全阀接口，通过安装热电偶、压力表（阀）来测量反应装置中不同位置的流体温度，可监控反应装置的工作参数，实现安全保护。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明反应器结构示意图。图中：1、螺母；2、螺栓；3、垫片；4、反应装置顶盖；5、石墨密封垫；6、反应装置筒体；7、平衡孔；8、水冷壁；9、筒体耐蚀内衬；10、套管；11、底部耐蚀内衬；12、耐压隔热填充材料；13、测温套管；14、测温套管；15、测温套管；16、定位环；17、螺钉；18、顶盖耐蚀内衬；19、套管；N1、N2、N3：热电偶接口；N4：反应流体进口；N5：压力表和安全阀接口；N6：热水或蒸汽出口；N7：软化水进口；N8、N9：氧气进口；N10：反应流体出口。

图2为图1的A向视图。

图3是图1的B-B向剖视图。

具体实施方式

参照图1～图3，本法明高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置包括，用于密封反应装置顶盖4和反应装置筒体6的螺母1、螺栓2、垫片3和石墨密封垫5，用于承压的反应装置筒体6和反应装置顶盖4，用于反应装置防腐蚀的顶盖耐蚀内衬18、筒体耐蚀内衬9和底部耐蚀内衬11，用于反应热量回收的水冷壁8，用于水冷壁8和反应装置筒体6之间的耐压隔热填充材料12，用于筒体耐蚀内衬9、水冷8壁和耐压隔热填充材料12之间的平衡孔7，用于测量反应装置内部上、中、下位置温度的测温套管15、14和13，用于固定水冷壁8的定位环16和螺钉17，用于密封水冷壁8软化水进水管的套管10，用于密封水冷壁8出口热水或蒸汽管路的套管19，用于测量反应装置内部温度的热电偶接口N1、N2和N3，反应装置顶盖4上反应流体进口N4，反应装置顶盖4上压力表和安全阀接口N5，反应装置底部软化水进口N6，反应装置顶盖4上热水或蒸汽出口N7，反应装置顶盖4上氧气进口，反应装置底部反应流体出口N10。

其中，在筒体耐蚀内衬9和反应装置筒体6之间设置水冷壁8，通过从反应装置底部的软化水进口N6引入低温软化水，回收高含盐高腐蚀性有机废水超临界水氧化反应过程中产生的大量热量，产生热水或蒸汽，从反应装置顶盖上的热水或蒸汽出口N7流出，热水或蒸汽可以出售获得收益，从而有效降低反应装置的运行成本。此外，通过水冷壁8产生回收反应热量产生热水或蒸汽，可以降低反应装置筒体6的工作温度，进而降低对反应装置筒体6材料的选取要求，从而降低高含盐高腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置的投资成本。此外，沿反应装置竖直方向上在反应装置筒体耐蚀内衬9和水冷壁8上开设三个平衡孔7，用于平衡压力，避免筒体耐蚀内衬9和水冷壁8承压。为了降低低温软化水对反应器装置底部承压壁产生热应力的不利于影响，软化水进口管贯穿反应装置底部，通过套管10进行密封。同样为了降低通过水冷壁8产生的热水或蒸汽对反应装置顶盖4产生热应力的不利于影响，热水或蒸汽出口管贯穿整个反应装置顶盖，通过套管19进行密封。

在本发明超临界水氧化反应器装置中设置顶盖耐蚀内衬18、筒体耐蚀内衬9和底部耐蚀内衬11可以采用堆焊结构，可以选用耐腐蚀性能好的材料，例如哈氏合金C276等，这样使反应装置承压壁不受腐蚀，可以有效地克服反应装置的腐蚀问题，且反应装置顶盖4和反应器装置筒体6可以选用普通耐腐蚀材料如奥氏体不锈钢316等，从而有效降低了反应装置的造价。高含盐高腐蚀性有机废水超临界水氧化过程中会产生大量的热量，通过在反应装置中设置水冷壁8，引入低温软化水，使反应装置筒体耐蚀内衬9的内表面温度处于亚临界温度，在超临界水氧化反应条件下析出的无机盐接触到反应装置筒体耐蚀内衬9时会再次溶解，从而避免了无机盐沉积到反应装置内表面上，因此有效避免了高含盐高腐蚀性有机废水超临界水氧化反应置因盐沉积引起的堵塞问题。此外，在反应装置顶盖设置三个测温套管13、14和15，通过安装热电偶来测量反应装置内上中下三个位置的流体温度。在反应装置顶盖4上也设置了一个压力表和安全阀接口N5，用以监控反应装置的压力和安全保护。

本发明反应装置的工作流程如下所述：预热后的反应流体（高含盐高腐蚀性有机废水和氧化剂）从反应流体进口N4进入反应装置反应，废水中的有机物被高效去除，反应后的流体从反应装置底部反应流体出口N10流出。通过在反应装置内部设置耐蚀内衬9、11和18来防止反应装置的腐蚀，通过设置水冷壁8来降低反应装置内壁的温度，进而形成亚临界温度的反应装置内壁面（筒体耐蚀内衬9），使超临界条件下析出的无机盐颗粒接触到反应装置筒体耐蚀内衬9时重新溶解，从而有效避免盐沉积引起的反应装置堵塞风险。高含盐高腐蚀性有机废水在超临界水氧化过程中会释放大量的热量，通过在反应装置中设置水冷壁8回收反应放热，用来产生热水或蒸汽，从而提高反应装置运行过程中的副产品收益，进而降低反应装置的运行费用。通过在反应装置中设置水冷壁8以及在水冷壁8和反应装置6筒体之间填充耐压隔热填充材料12来降低反应装置筒体6的温度，如ZS-1型耐高温隔热保温涂料，从而保证反应装置筒体6的安全，同时降低反应装置的投资成本。

Claims

1.一种高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置，包括筒体、与该筒体上端部密封连接的顶盖，筒体与顶盖之间的密闭空间为反应室，其特征在于，所述筒体内侧壁依次设置有耐压隔热填充材料、水冷壁、耐蚀内衬，筒体底部、顶盖下表面仅设置耐蚀内衬；顶盖上设置有与筒体内反应室连通的反应流体进口、热水或蒸汽出口、压力表和安全阀接口、氧气进口，并设置有若干测温套管伸进反应室不同高度位置；筒体底部设置有与筒体内反应室连通的软化水进口、反应流体出口。

2.如权利要求1所述的高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置，其特征在于：在筒体耐蚀内衬和水冷壁上沿反应室竖直方向开设多个平衡孔。

3.如权利要求1所述的高含盐腐蚀性有机废水超临界水氧化反应装置，其特征在于：顶盖上设置有三个测温套管分别伸进反应室高、中、低的位置。