CN104445573A - 一种新型超临界水氧化综合处理系统及处理方法 - Google Patents

一种新型超临界水氧化综合处理系统及处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型超临界水氧化综合处理系统，其包括如下单元：⑴.氧化剂供应单元；⑵.原料供应单元；⑶.超临界水氧化脱盐单元；⑷.压力能回收单元；⑸.余热回收单元；⑹.二氧化碳产出单元；⑺.蒸发水产出单元。一种新型超临界水氧化综合处理方法，其包括如下步骤：⑴.氧化剂供应；⑵.原料供应；⑶.超临界水氧化脱盐单元；⑷.压力能回收；⑸.余热回收；⑹.二氧化碳产出；⑺.蒸发水产出。本发明不会出现盐类沉积造成管路堵塞，避免了盐类物质在反应器壁的沉积，降低了腐蚀性；余热及压力能都得到了回收利用，富氧尾气回用，降低了运行的成本；副产的食品级二氧化碳和饱和蒸汽销售还会扩大收益。

Description

一种新型超临界水氧化综合处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域的超临界污水处理反应器，特别是一种新型超临界水氧化综合处理系统及处理方法。
背景技术
超临界水氧化(SCWO)技术最早是在20世纪80年代中期由美国学者Modell提出的一项能完全地、彻底地将有机物结构破坏的深度氧化技术。美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中指出，最有前途的废物处理技术是SCWO法。
超临界水(SCW)是指温度超过374.15℃，压力超过22.12Mpa的特殊状态的水，该条件下水的介电系数大大降低，氧气和多种有机物质在水体系中形成均一相，消除传质阻力，使本来发生在液相、固相、气相之间的多相反应转化为在SCW中的均相氧化反应，反应速率更快，停留时间更短。而且大多不需使用催化剂，氧化效率很高，大部分有机物的去除率可达99％以上。另外，无机组分与盐类在SCW中溶解度很低，几乎可以完全沉淀析出，使反应过程中盐的分离变得容易。当有机物浓度在1wt％～2wt％时，就可依靠反应过程中自身的氧化放热来维持反应所需的温度，不需要外界供热，多余的热能可以回收。由于反应在封闭的环境下进行，符合全封闭处理的要求。反应温度远低于焚烧，且无二次污染物的产生。
目前，大部分超临界水氧化工艺中，废水和氧化剂流体提前预热到超临界条件然后进入反应器，来保证反应的进行。但是，这样在预热阶段及反应器中出现的盐沉积会引起严重的管路堵塞和材料腐蚀，很多设备难以保持平稳的运行，大大制约了该技术的发展。另外，氧气、双氧水等作为氧化剂所带来的高运行成本，也急待解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效克服管路堵塞及反应器腐蚀，且可实现余热回收及压力能回收的新型超临界水氧化综合处理系统，该系统可通过回收尾气生产食品级二氧化碳，并从尾气中分离出富氧氧化剂回用，从而降低系统运行成本。
本发明的目的还在于提供一种可实现余热回收及压力能回收的新型超临界水氧化综合处理方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种新型超临界水氧化综合处理系统，其特征在于：包括如下单元：
⑴.氧化剂供应单元：由氧化剂储罐、增压泵、氧化剂电加热器依次串联后与反应器的氧化剂入口相连；
⑵.原料供应单元：由液体高压计量泵、一级换热器、启动电加热器依次串联后与反应器物料入口相连；
⑶.超临界水氧化脱盐单元：包含反应器，反应器底部制有排盐口，反应器上部制有超临界流体出口，超临界流体出口连接串联的一级换热器，二级换热器及三级换热器，在三级换热器热流体出口位置设置背压阀；
⑷.压力能回收单元：包括一级液力透平机组、第一气液分离器、二级液力透平机组、第三分流阀并依次串联，一级液力透平机组入口与三级换热器的热流体出口连接，二级液力透平机组的热流体出口与第三分流阀相连；
⑸.余热回收单元：包括第三换热器、第二分流阀及吸收制冷器，第三分流阀分出的流体一路通过三级换热器进行余热回收，另一路连接至净水池；第三换热器连接第二分流阀，第二分流阀连接吸收制冷器，为其提供热源，第二分流阀还连接一蒸汽产品出口；
⑹.二氧化碳产出单元：包括依次连接的脱水塔、水冷换热器、精馏塔、吸收制冷器及第二气液分离器，第一气液分离器气体出口连接脱水塔，第二气液分离器连接食品级二氧化碳排出口及氧气、氮气排出口；
⑺.蒸发水产出单元：包括依次串联的净水池、液体高压计量泵、二级换热器、第一分流阀，第三分流阀及吸收制冷器均连接至净水池，第一分流阀连接至反应器。
而且，所述的反应器为逆流式蒸发壁反应器。
而且，所述的一级换热器、二级换热器、三级换热器为列管式换热器。
而且，所述的第一气液分离器、第二气液分离器上部设置有除雾装置和背压阀，下部设置有液位控制阀门。
而且，所述的吸收制冷器为氨水吸收式制冷器或者溴化锂吸收式制冷器。
一种新型超临界水氧化综合处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
⑴.氧化剂供应：氧化剂经增压泵增压，并经氧化剂电加热器加热后供应至反应器的氧化剂入口，增压、加热后的氧化剂的温度控制在300-370℃，压力控制在22-35Mpa；
⑵.原料供应：有机废物依次经液体高压计量泵加压、一级换热器加热、启动电加热器加热后供应至反应器物料入口，有机废物原料经加压、换热后温度控制在300-370℃，压力控制在22-35Mpa；
⑶.超临界水氧化脱盐单元：氧化剂与有机废物进入反应器后，混合燃烧，产生超临界流体和不溶性的无机盐，无机盐和少量液态水从反应器底部的排盐口排出，超临界流体从反应器上部的超临界流体出口排出；超临界流体依次与一级换热器，二级换热器及三级换热器进行换热；
⑷.压力能回收：经过三级换热器的热流体依次经过一级液力透平机组、第一气液分离器及二级液力透平机组进行压力回收，二级液力透平机组的热流体出口通过第三分流阀；
⑸.余热回收：从第三分流阀分流出20-80％水通过三级换热器产生饱和蒸汽，回收余热，其余部分进入净水池；饱和蒸汽再通过第二分流阀分流出2-50％饱和蒸汽进入吸收制冷器为其提供热源，产生制冷媒介水，其余部分为蒸汽产品；
⑹.二氧化碳产出：第一气液分离器通过背压阀控制压力5-10Mpa，产生的气相经过脱水塔脱水，再经水冷换热器降温至20-30℃后进入精馏塔，经精馏塔分离获得液态二氧化碳和含氧气体，含氧气体回到氧化剂储罐，实现氧气回收，液态二氧化碳通过吸收制冷器进一步降温进入第二气液分离器，节流降压控制气液分离器压力2-5Mpa，出溶解的氧气、氮气排空，同时获得食品级二氧化碳；
⑺.蒸发水产出：压力能回收步骤中，经过第三分流阀分流的水进入净水池，余热回收步骤中为吸收制冷器提供热量后的制冷媒介水也进入净水池，通过液体高压计量泵加压后，再经二级换热器换热，并经第一分流阀分流后成为蒸发壁用水进入反应器，蒸发壁用水经过加压和换热后控制在22-35Mpa，200-370℃。
而且，所述的吸收制冷器为氨水吸收式制冷器或者溴化锂吸收式制冷器。
本发明的优点和有益效果为：
本发明的原料及蒸发水管路输送的为亚临界条件的流体，不会出现盐类沉积造成管路堵塞，采用逆流式蒸发壁反应器，其蒸发壁结构避免了盐类物质在反应器壁的沉积，降低了腐蚀性；余热及压力能都得到了回收利用，富氧尾气回用，降低了运行的成本；副产的食品级二氧化碳和饱和蒸汽销售还会扩大收益。
附图说明
图1是新型超临界水氧化综合处理系统工艺流程图。
附图标记说明：
1-氧化剂储罐，2-增压泵，3-逆流式蒸发壁反应器，4-第一分流阀，5-三级换热器，6-水冷换热器，7-精馏塔，8-第二分流阀，9-吸收制冷器，10-第二气液分离器，11-一级液力透平机组，12-第一气液分离器，13-二级液力透平机组，14-第三分流阀，15-二级换热器，16-一级换热器，17-净水池，18-第一液体高压计量泵，19-第二液体高压计量泵，20-氧化剂电加热器，21-启动电加热器，22-脱水塔。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种新型超临界水氧化综合处理系统，其包括如下单元：
⑴.氧化剂供应单元：由氧化剂储罐1、增压泵2、氧化剂电加热器20依次串联后与反应器3的氧化剂入口相连。
⑵.原料供应单元：由第一液体高压计量泵18、一级换热器16、启动电加热器21依次串联后与反应器物料入口相连。
⑶.超临界水氧化脱盐单元：包含反应器，反应器为逆流式蒸发壁反应器。反应器底部制有排盐口，反应器上部制有超临界流体出口，超临界流体出口连接串联一级换热器，二级换热器15及三级换热器5，在三级换热器热流体出口位置设置背压阀；一级换热器、二级换热器、三级换热器均为列管式换热器。
⑷.压力能回收单元：包括依次串联的一级液力透平机组11、第一气液分离器12、二级液力透平机组13、第三分流阀14，一级液力透平机组入口与三级换热器的热流体出口连接，二级液力透平机组的热流体出口与第三分流阀相连；第一气液分离器上部设置有除雾装置和背压阀，下部设置有液位控制阀门。
⑸.余热回收单元：包括第三换热器、第二分流阀8及吸收制冷器9，第三分流阀分出的流体一路通过三级换热器进行余热回收，另一路连接至净水池；第三换热器连接第二分流阀，第二分流阀连接吸收制冷器，为其提供热源，第二分流阀还连接一蒸汽产品出口。吸收制冷器为氨水吸收式制冷器或者溴化锂吸收式制冷器。
⑹.二氧化碳产出单元：包括依次连接的脱水塔22、水冷换热器6、精馏塔7、吸收制冷器及第二气液分离器10，第一气液分离器气体出口连接脱水塔，第二气液分离器连接食品级二氧化碳排出口及氧气、氮气排出口。第二气液分离器上部设置有除雾装置和背压阀，下部设置有液位控制阀门。
⑺.蒸发水产出单元：包括依次串联的净水池17、第二液体高压计量泵19、二级换热器、第一分流阀4，第三分流阀及吸收制冷器均连接至净水池，第一分流阀连接至反应器。
一种新型超临界水氧化综合处理方法，其包括如下步骤：
⑴.氧化剂供应：氧化剂经增压泵增压，并经氧化剂电加热器加热后供应至反应器的氧化剂入口，增压、加热后的氧化剂的温度控制在300-370℃，压力控制在22-35Mpa。
⑵.原料供应：有机废物依次经液体高压计量泵加压、一级换热器加热、启动电加热器加热后供应至反应器物料入口，有机废物原料经加压、换热后温度控制在300-370℃，压力控制在22-35Mpa。
⑶.超临界水氧化脱盐单元：氧化剂与有机废物进入反应器后，混合燃烧，产生超临界流体和不溶性的无机盐，无机盐和少量液态水从反应器底部的排盐口排出，超临界流体从反应器上部的超临界流体出口排出；超临界流体依次与一级换热器，二级换热器及三级换热器进行换热。超临界流体从超临界流体出口出来通过一级换热器为原料加热，换热后的流体仍具有很大热量，可再次通过二级换热器为蒸发水加热，多余的热量通过三级换热器5产生160℃饱和蒸汽。
⑷.压力能回收：经过三级换热器的热流体依次经过一级液力透平机组、第一气液分离器及二级液力透平机组，二级液力透平机组的热流体出口连接至第三分流阀。从三级换热器出来的高压流体先经过液力透平机组，回收压力能，控制第一气液分离器上部背压阀，压力控制在5-10Mpa。从第一气液分离器排出的液体，仍然具有很高压力，可用第二液力透平机组进一步回收压力能，从第二液力透平机组出来的净水，具有较高的热量，40-60％分流去产生160℃的饱和蒸汽，其余混合吸收制冷器出来的热水进入净水池，净水池中的热水具有很高的热量，完全可以作为供暖及供热使用，同时，蒸发水从这里抽取，经过液体高压计量泵加压后在二级换热器换热，分流后进入反应器。
⑸.余热回收：从第三分流阀分流出40-60％水通过三级换热器后产生>150℃的饱和蒸汽，回收余热，其余部分进入净水池；饱和蒸汽再通过第二分流阀分流出5-10％饱和蒸汽进入吸收制冷器为其提供热源，产生<-25℃的制冷媒介水，其余部分为蒸汽产品。
⑹.二氧化碳产出：第一气液分离器通过背压阀控制压力5-10Mpa，产生的气相经过脱水塔脱水，再经水冷换热器降温至20-30℃后进入精馏塔，经精馏塔分离获得液态二氧化碳和含氧气体，含氧气体回到氧化剂储罐，实现氧气回收，液态二氧化碳通过吸收制冷器进一步降温到<-25℃，再进入第二气液分离器，控制气液分离器压力2-5Mpa进行节流降压，解析出溶解的氧气、氮气排空，同时获得食品级二氧化碳。
⑺.蒸发水产出单元：压力能回收步骤中，经过第三分流阀分流的水进入净水池，余热回收步骤中为吸收制冷器提供热量后的制冷媒介水也进入净水池，通过液体高压计量泵加压后，再经二级换热器换热，并经第一分流阀分流后成为蒸发壁用水进入反应器，蒸发壁用水经过加压和换热后控制在22-35Mpa，200-370℃。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种新型超临界水氧化综合处理系统，其特征在于：包括如下单元：
⑴.氧化剂供应单元：由氧化剂储罐、增压泵、氧化剂电加热器依次串联后与反应器的氧化剂入口相连；
⑵.原料供应单元：由液体高压计量泵、一级换热器、启动电加热器依次串联后与反应器物料入口相连；
⑶.超临界水氧化脱盐单元：包含反应器，反应器底部制有排盐口，反应器上部制有超临界流体出口，超临界流体出口连接串联的一级换热器，二级换热器及三级换热器，在三级换热器热流体出口位置设置背压阀；
⑷.压力能回收单元：包括一级液力透平机组、第一气液分离器、二级液力透平机组、第三分流阀并依次串联，一级液力透平机组入口与三级换热器的热流体出口连接，二级液力透平机组的热流体出口与第三分流阀相连；
⑸.余热回收单元：包括第三换热器、第二分流阀及吸收制冷器，第三分流阀分出的流体一路通过第三级换热器进行余热回收，另一路连接至净水池；第三换热器连接第二分流阀，第二分流阀连接吸收制冷器，为其提供热源，第二分流阀还连接一蒸汽产品出口；
⑹.二氧化碳产出单元：包括依次连接的脱水塔、水冷换热器、精馏塔、吸收制冷器及第二气液分离器，第一气液分离器气体出口连接脱水塔，第二气液分离器连接食品级二氧化碳排出口及氧气、氮气排出口；
⑺.蒸发水产出单元：包括依次串联的净水池、液体高压计量泵、二级换热器、第一分流阀，第三分流阀及吸收制冷器均连接至净水池，第一分流阀连接至反应器。
2.根据权利要求1所述的新型超临界水氧化综合处理系统，其特征在于：所述的反应器为逆流式蒸发壁反应器。
3.根据权利要求1所述的新型超临界水氧化综合处理系统，其特征在于：所述的一级换热器、二级换热器、三级换热器为列管式换热器。
4.根据权利要求1所述的新型超临界水氧化综合处理系统，其特征在于：所述的第一气液分离器、第二气液分离器上部设置有除雾装置和背压阀，下部设置有液位控制阀门。
5.根据权利要求1所述的新型超临界水氧化综合处理系统，其特征在于：所述的吸收制冷器为氨水吸收式制冷器或者溴化锂吸收式制冷器。
6.一种新型超临界水氧化综合处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
⑴.氧化剂供应：氧化剂经增压泵增压，并经氧化剂电加热器加热后供应至反应器的氧化剂入口，增压、加热后的氧化剂的温度控制在300-370℃，压力控制在22-35Mpa；
⑵.原料供应：有机废物依次经液体高压计量泵加压、一级换热器加热、启动电加热器加热后供应至反应器物料入口，有机废物原料经加压、换热后温度控制在300-370℃，压力控制在22-35Mpa；
⑶.超临界水氧化脱盐单元：氧化剂与有机废物进入反应器后，混合燃烧，产生超临界流体和不溶性的无机盐，无机盐和少量液态水从反应器底部的排盐口排出，超临界流体从反应器上部的超临界流体出口排出；超临界流体依次与一级换热器，二级换热器及三级换热器进行换热；
⑷.压力能回收：经过三级换热器的热流体依次经过一级液力透平机组、第一气液分离器及二级液力透平机组进行压力回收，二级液力透平机组的热流体出口通过第三分流阀；
⑸.余热回收：从第三分流阀分流出20-80％水通过三级换热器产生饱和蒸汽，回收余热，其余部分进入净水池；饱和蒸汽再通过第二分流阀分流出2-50％饱和蒸汽进入吸收制冷器为其提供热源，产生制冷媒介水，其余部分为蒸汽产品；
⑹.二氧化碳产出：第一气液分离器通过背压阀控制压力5-10Mpa，产生的气相经过脱水塔脱水，再经水冷换热器降温至20-30℃后进入精馏塔，经精馏塔分离获得液态二氧化碳和含氧气体，含氧气体回到氧化剂储罐，实现氧气回收，液态二氧化碳通过吸收制冷器进一步降温进入第二气液分离器，节流降压控制气液分离器压力2-5Mpa，出溶解的氧气、氮气排空，同时获得食品级二氧化碳；
⑺.蒸发水产出：压力能回收步骤中，经过第三分流阀分流的水进入净水池，余热回收步骤中为吸收制冷器提供热量后的制冷媒介水也进入净水池，通过液体高压计量泵加压后，再经二级换热器换热，并经第一分流阀分流后成为蒸发壁用水进入反应器，蒸发壁用水经过加压和换热后控制在22-35Mpa，200-370℃。
7.根据权利要求6所述的新型超临界水氧化综合处理方法，其特征在于：所述的吸收制冷器为氨水吸收式制冷器或者溴化锂吸收式制冷器。
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