CN103523895A - 一种焦化废水的处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种焦化废水的处理方法及装置，目的是针对焦化废水高毒性、可生化性差难处理的问题，提供一种对焦化废水进行处理同时产生高附加值氢气的方法，本发明所述方法，对焦化废水处理效率高，焦化废水浓度变化适应能力强，运行连续稳定，节约能耗及氧化剂用料并产生高附加值的氢气能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种焦化废水的处理方法及装置，具体提供一种采用超临界水部分催化氧化焦化废水，产生氢气燃料的连续方法，属超临界水污水处理领域。
背景技术
焦化废水具有成分复杂、浓度高、色度深和毒性大等特点，除了油类、胺类、酸类，还含有多种难降解的大分子苯环物质，这些物质的共同特点是毒性大、成份复杂、化学耗氧量高、可生化性差，如果这些物质不加治理地向环境排放，势必严重地污染环境和威胁人类的身体健康。
目前，处理这类废水多采用生物处理，从这些工艺在国内外的实际运用情况看，主要存在工艺流程长、外加物（如调节pH药剂、絮凝药剂等）量大且费用高等问题，主要的原因有：（1）由于化合物本身的化学组成和结构，在微生物群落中，没有针对要处理的化合物的酶，使其具有抗降解性；（2）在废水中含有对微生物有毒或者能抑制微生物生长的物质（有机物或无机物），从而使得有机物不能快速的降解。
有研究发现，焦化废水在超临界水中采用过量的氧化剂并且温度超过600℃时氧化处理时的效果较好，产物主要是二氧化碳和水，这种相对较高温度处理的方法不但能耗高，而且需要大量的氧化剂，处理本身无法实现经济价值，然而直接气化通常处理温度600℃左右时，能生成氢气，但反应速率慢，而低于450℃废水中大量的苯环类物质又无法降解气化，本实验研究同时发现400℃左右时采用部分氧化实现焦化废水的快速处理，同时产生高附加值的氢气燃料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焦化废水的处理方法，具体包括如步骤：
在亚临界状态或者超临界状态下，在焦化废水中加入氧化剂和催化剂，使焦化废水发生氧化产生氢气，其中反应时间为60-400s，压力为18-25.00MPa，温度为300-600℃，升温速率为20-50℃/min；
所述催化剂为K2CO3、Na2CO3中的一种或两种物质按任意比例混合后所得的混合物，催化剂的用量为焦化废水中有机碳总质量的5%-20%；
所述氧化剂为氧气、质量分数30%的双氧水中的一种，氧气的用量为氧气完全氧化焦化废水时理论用量的50%-76%，双氧水的用量为双氧水完全氧化焦化废水时理论用量的50%-76%。
本发明的另一目的在于提供实现所述的焦化废水的处理方法的反应装置，该装置包括焦化废水贮存罐1、高压计量泵2、氧化剂储存罐3、气体增压泵4、预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7、气液分离器8、液体收集罐9、气体收集罐10，焦化废水贮存罐1和氧化剂贮存罐3分别通过高压计量泵2和气体增压泵4与预加热器5连接，预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7依次连接，预加热器5与气液分离器8连接，气液分离器8分别与液体收集罐9和气体收集罐10连接。
本发明所述各部件之间通过管道连接在一起。
本发明所述超临界状态是指焦化废水的温度大于等于374℃，同时压力大于22.7MPa的状态，亚临界状态是指焦化废水的温度小于374℃，或者压力大于22.7MPa的状态。
本发明所述方法在结合反应装置使用时，在焦化废水中加入催化剂以后，将其存储在焦化废水贮存罐1中，经高压计量泵2抽出后，在预加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，打开阀门Ⅵ氧化剂由氧化剂贮存罐3经气体增压泵4在预加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，反应结束后，打开阀门Ⅰ气体混合产物进入缓冲罐7，打开阀门Ⅱ缓冲罐7出来的气体产物经预加热器5降温降压后进入到气液分离器8，打开阀门Ⅲ和Ⅳ，经气液分离器8分离出的气体产物CO2、H2、CO及少量的CH4储存于气体收集罐10中，液体产物水和无机盐进入到液体收集罐9中。
本发明所述超临界反应器为市售的超临界反应器。
本发明具有的有益效果：
（1）本发明所述方法，能快速降解焦化废水，且对焦化废水浓度变化适应能力强，运行稳定；
（2）本发明所述方法不仅节省了氧化剂的消耗量而且产生清洁的氢气燃料；
（3）本发明所述方法使用碱性催化剂，能提高焦化废水处理效率并提高氢气产量，且成本低廉；
（4）本发明所述反应装置中，利用缓冲罐出来的高温气体通过换热装置预加热待处理原料，以及反应本身放出的热能维持反应的连续进行，相对其他处理方法大大节约能耗。
附图说明
图1是本发明所述反应装置的结构示意图；
图中：1-焦化废水贮存罐、2-高压计量泵、3-氧化剂储存罐、4-气体增压泵、5-预加热器、6-超临界反应器、7-缓冲罐、8-气液分离器、9-液体收集罐、10-气体收集罐。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
本实施例所述焦化废水的处理方法，具体包括如步骤：在亚临界状态下，在1L焦化废水中加入通入氧气作为氧化剂，再加入催化剂K2CO3，使焦化废水发生氧化产生氢气，其中反应时间为60 s，压力为25.00MPa，温度为300℃，升温速率为20℃/min；
实现本实施例所述的焦化废水的处理方法的反应装置，包括焦化废水贮存罐1、高压计量泵2、氧化剂储存罐3、气体增压泵4、预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7、气液分离器8、液体收集罐9、气体收集罐10，焦化废水贮存罐1和氧化剂贮存罐3分别通过高压计量泵2和气体增压泵4与预加热器5连接, 预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7依次连接，缓冲罐7出来的气体产物经预加热器5降温降压后进入到气液分离器8，经气液分离器8分离出的液体和气体产物分别储存于液体收集罐9和气体收集罐10，如图1所示。
本实施例所述各部件之间通过管道连接在一起。
本实施例以来自广东省韶关市钢铁厂的焦化废水，处理前TOC的含量为673mg/L。
本发明所述方法在结合反应装置使用时，将33.65mg催化剂K2CO3与焦化废水混合后由焦化废水贮存罐1经高压计量泵2在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，0.898g氧气由氧化剂贮存罐3经气体增压泵4在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，反应60 s，反应结束后，缓慢打开阀门Ⅰ，高温高压气体混合产物进入缓冲罐7，经由预加热器5对待处理原料预加热后进入气液分离器8中，其中气体产物为CO2、H2、CO、及少量的CH4进入到气体收集罐10中、液体产物水和无机盐进入到液体收集罐9中，本实施所得混合气体的热值为10040kJ/m3，本实施例所述排除液的各项指标列于表1中：
表1. 排除液的各项指标
实施例2
本实施例所述焦化废水的处理方法，具体包括如步骤：在超临界状态下，在1L焦化废水中加入通入双氧水作为氧化剂，再加入催化剂Na2CO3，使焦化废水发生氧化产生氢气，其中反应时间为400 s，压力为23MPa，温度为600℃，升温速率为50℃/min；
实现本实施例所述的焦化废水的处理方法的反应装置，包括焦化废水贮存罐1、高压计量泵2、氧化剂储存罐3、气体增压泵4、预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7、气液分离器8、液体收集罐9、气体收集罐10，焦化废水贮存罐1和氧化剂贮存罐3分别通过高压计量泵2和气体增压泵4与预加热器5连接, 预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7依次连接，缓冲罐7出来的气体产物经预加热器5降温降压后进入到气液分离器8，经气液分离器8分离出的液体和气体产物分别储存于液体收集罐9和气体收集罐10，如图1所示。
本实施例所述各部件之间通过管道连接在一起。
本实施例以来自广东省韶关市钢铁厂的焦化废水，处理前TOC的含量为673mg/L。
本发明所述方法在结合反应装置使用时，将134.6mg Na2CO3焦化废水混合后由焦化废水贮存罐1经高压计量泵2在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，2.479g双氧水由氧化剂贮存罐3经气体增压泵4在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，反应400 s，反应结束后，缓慢打开阀门Ⅰ，高温高压气体混合产物进入缓冲罐7，经由预加热器5对待处理原料预加热后进入气液分离器8中，其中气体产物为CO2、H2、CO、及少量的CH4进入到气体收集罐10中、液体产物水和无机盐进入到液体收集罐9中，本实施所得混合气体的热值为11589kJ/m3，本实施例所述排除液的各项指标列于表2中：
表2. 排除液的各项指标
实施例3
本实施例所述焦化废水的处理方法，具体包括如步骤：在超临界状态下，在1L焦化废水中加入通入氧气作为氧化剂，再加入催化剂再加入催化剂K2CO3和Na2CO3的混合物，其中K2CO3和Na2CO3的质量比为1:3，使焦化废水发生氧化产生氢气，其中反应时间为150 s，压力为24.00MPa，温度为400℃，升温速率为30℃/min；
实现本实施例所述的焦化废水的处理方法的反应装置，包括焦化废水贮存罐1、高压计量泵2、氧化剂储存罐3、气体增压泵4、预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7、气液分离器8、液体收集罐9、气体收集罐10，焦化废水贮存罐1和氧化剂贮存罐3分别通过高压计量泵2和气体增压泵4与预加热器5连接, 预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7依次连接，缓冲罐7出来的气体产物经预加热器5降温降压后进入到气液分离器8，经气液分离器8分离出的液体和气体产物分别储存于液体收集罐9和气体收集罐10，如图1所示。
本实施例所述各部件之间通过管道连接在一起。
本实施例以来自广东省韶关市钢铁厂的焦化废水，处理前TOC的含量为673mg/L。
本发明所述方法在结合反应装置使用时，将20mg K2CO3和47.3mg Na2CO3混合催化剂与焦化废水混合后由焦化废水贮存罐1经高压计量泵2在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，将1.077g氧气由氧化剂贮存罐3经气体增压泵4在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，反应150 s，反应结束后，缓慢打开阀门Ⅰ，高温高压气体混合产物进入缓冲罐7，经由预加热器5对待处理原料预加热后进入气液分离器8中，其中气体产物为CO2、H2、CO及少量的CH4进入到气体收集罐10中、液体产物水和无机盐进入到液体收集罐9中，本实施所得混合气体的热值为10966kJ/m3，本实施例所述排除液的各项指标列于表3中：
表3. 排除液的各项指标
实施例4
本实施例所述焦化废水的处理方法，具体包括如步骤：在亚临界状态下，在1L焦化废水中加入通入氧气作为氧化剂，再加入催化剂K2CO3和Na2CO3的混合物，其中K2CO3和Na2CO3的质量比为1:1，使焦化废水发生氧化产生氢气，其中反应时间为300 s，压力为22.00MPa，温度为500℃，升温速率为40℃/min；
实现本实施例所述的焦化废水的处理方法的反应装置，包括焦化废水贮存罐1、高压计量泵2、氧化剂储存罐3、气体增压泵4、预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7、气液分离器8、液体收集罐9、气体收集罐10，焦化废水贮存罐1和氧化剂贮存罐3分别通过高压计量泵2和气体增压泵4与预加热器5连接, 预加热器5、超临界反应器6、缓冲罐7依次连接，缓冲罐7出来的气体产物经预加热器5降温降压后进入到气液分离器8，经气液分离器8分离出的液体和气体产物分别储存于液体收集罐9和气体收集罐10，如图1所示。
本实施例所述各部件之间通过管道连接在一起。
本实施例以来自广东省韶关市钢铁厂的焦化废水，处理前TOC的含量为673mg/L。
本发明所述方法在结合反应装置使用时，100.95mg催化剂K2CO3焦化废水混合后由焦化废水贮存罐1经高压计量泵2在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，将1.364g氧气由氧化剂贮存罐3经气体增压泵4在加热器5预热以后，输送到超临界反应器6内，反应300 s，反应结束后，缓慢打开阀门Ⅰ，高温高压气体混合产物进入缓冲罐7，经由预加热器5对待处理原料预加热后进入气液分离器8中，其中气体产物为CO2、H2、CO及少量的CH4进入到气体收集罐10中、液体产物水和无机盐进入到液体收集罐9中，本实施所得混合气体的热值为11429kJ/m3，本实施例所述排除液的各项指标列于表4中：
表4. 排除液的各项指标
Claims (2)
1.一种焦化废水的处理方法，其特征在于具体包括如步骤：在亚临界状态或者超临界状态下，在焦化废水中加入氧化剂和催化剂，使焦化废水发生氧化产生氢气，其中反应时间为60-400s，压力为18-25.00MPa，温度为300-600℃，升温速率为20-50℃/min；
所述催化剂为K2CO3、Na2CO3中的一种或两种物质按任意比例混合后所得的混合物，催化剂的用量为焦化废水中有机碳总质量的5%-20%；
所述氧化剂为氧气、双氧水中的一种，氧气的用量为氧气完全氧化焦化废水时理论用量的50%-76%，双氧水的用量为双氧水完全氧化焦化废水时理论用量的50%-76%。
2.实现权利要求1所述的焦化废水的处理方法的反应装置，其特征在于：包括废水贮存罐（1）、高压计量泵（2）、氧化剂储存罐（3）、气体增压泵（4）、预加热器（5）、超临界反应器（6）、缓冲罐（7）、气液分离器（8）、液体收集罐（9）、气体收集罐（10），废水贮存罐（1）和氧化剂贮存罐（3）分别通过高压计量泵（2）和气体增压泵（4）与预加热器（5）连接，预加热器（5）、超临界反应器（6）、缓冲罐（7）依次连接，预加热器（5）与气液分离器（8）连接，气液分离器（8）分别与液体收集罐（9）和气体收集罐（10）连接。
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