CN105600850B - 一种缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，第一降温器内管入口与超临界水氧化反应出水接管接通，第一降温器内管出口连接至混合器第一入口，混合器出口接至缓冲器，缓冲器出口接至第二降温器内管入口，第二降温器内管出口连接降压器，降压器出口接至低温出水接管；第二降温器外管入口与冷却介质输入管接通，第二降温器外管出口接至第一降温器外管入口，第一降温器外管出口接至冷却介质输出管；除氧剂储罐连接计量泵，计量泵出口接至混合器第二入口。本发明在实现高温超临界水氧化反应出水能量回收的同时，能够有效解决超临界水氧化反应出水中残留氧化剂易加剧反应出水降温设施腐蚀损坏的问题，可以广泛应用于重污染工业废水及污泥的超临界水氧化处理领域。

Description

一种缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置
技术领域
本发明属于污染物处理及化工技术领域，具体涉及一种缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置。
背景技术
超临界水氧化技术是利用超临界水独特的理化性质来实现重污染工业废水及污泥的高效氧化降解。与普通的液态水相比，超临界水的各种理化性质发生了显著的变化：密度、黏度、离子积均明显下降，扩散系数较高；水分子间的氢键减弱；介电常数变得极小，25MPa下由室温下的80左右下降至温度大于或者等于400℃时的小于2，该值大致相当于标准状态下一般有机溶剂的介电常数。因此，在超临界水体系中，氧气、空气、过氧化氢、水及绝大多数有机物可以任意比例互溶，气液相界面消失，超临界水氧化体系成为均相反应体系，消除了相间的传质传热阻力，从而加快了反应速度，可在几秒至几分钟内将有机物彻底氧化降解为CO2、H2O、N2及其他一些有机小分子化合物，对大多数有机废物的去除率高达99.9％。超临界水氧化技术在处理难降解、有毒有害有机污染物方面表现出了极大的技术优势。
超临界水氧化反应的常见操作温度约450～650℃，较高的反应温度使得超临界水氧化出水具有较高的能量回收潜力。因此，将超临界水氧化反应出水换热降温至环境温度是必不可少的。然而，当超临界水氧化反应出水处于320～410℃范围的临界点附近高密度水区时，水的介电常数和无机盐的溶解度都很大，该温度工段为设备腐蚀敏感区，若该温度区溶液具有较高含量氧化剂，将引发服役于该温度段设备材质的急剧快速腐蚀。然而，对于传统超临界水氧化工艺，为了保证有机污染物的氧化降解效果，氧化剂的供给往往是过量的，有时氧化系数(氧化剂的供给量与有机废物氧化对氧化剂的消耗量的比值)甚至可高达3以上，因此超临界水氧化反应出水中往往残留较高含量的氧化剂。因此，对超临界水氧化反应出水降温、除氧设备的合理设置，对于保证该工艺设备的安全长久运行具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，该装置结构设计合理，能够有效解决超临界水氧化反应出水中残留氧化剂易加剧反应出水降温设施腐蚀损坏的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，包括第一降温器、混合器、缓冲器、第二降温器、降压器及除氧剂储罐；第一降温器的内管入口端与超临界水氧化反应出水接管相连通，第一降温器的内管出口端与混合器第一入口端相连，混合器出口端连接至缓冲器入口端，缓冲器出口端连接至第二降温器的内管入口端，第二降温器的内管出口端连接至降压器入口端，降压器出口端连接有低温出水接管；第二降温器的外管入口端处连接有冷却介质输入管，第二降温器的外管出口端与第一降温器的外管入口端相连，第一降温器的外管出口端连接有冷却介质输出管；除氧剂储罐的出口端处连接有计量泵，计量泵出口端与混合器的第二入口端相连。
在第一降温器的内管出口端与混合器入口端之间的管路上设有温度计。
在第二降温器的外管侧设有旁路控制阀。
通过调节旁路控制阀开度，保持温度计的工作温度为420±10℃。
在第二降温器的内管出口端与降压器入口端之间的管路上设有测氧仪。
在缓冲器内部设有抗腐蚀内衬。
除氧剂储罐中储存的除氧剂为联氨或亚硫酸盐。
所述冷却介质为待处理物料或除盐水。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，包括第一降温器、混合器、缓冲器、第二降温器、降压器及除氧剂储罐。本发明装置采用二级降温器的设置，冷却介质分级合理地从高温超临界水氧化反应出水中取热量，既可以保证超临界水氧化反应出水以适宜的温度进入混合器、缓冲器，以避免此处温度过低引发第一降温器末端腐蚀或者温度过高对缓冲器容积的增大要求；又可以尽可能地回收超临界水氧化反应出水中热量，从而有效的提高热量的利用效率。同时，混合器的设置实现了除氧剂与反应出水的快速均匀混合，容积足够大的缓冲器为除氧剂与反应出水中残留氧化剂提供了足够的反应时间。
进一步地，本发明在第二降温器的外管侧设有旁路控制阀，通过调节第二减温器外管旁路控制阀的开度及冷却介质流量，将第一降温器内管出口处反应出水的温度维持在420±10℃，较高的温度保证了残留氧化剂与除氧剂的快速反应，又避免了具有较高含量残留氧化剂的反应出水进入腐蚀敏感温度区(320～410℃)。
进一步地，在缓冲器内壁设置有防腐型内衬，能够有效避免缓冲器基体材质的腐蚀。
进一步地，在第二降温器的内管出口端与降压器入口端之间的管路上设有测氧仪，测氧仪能够实时监测反馈除氧剂对反应出水中残留氧化剂的去除效果，并指导后续运行中计量泵的除氧剂添加量。
附图说明
图1为本发明的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置结构示意图。
其中，1为第一降温器、2为混合器、3为缓冲器、4为第二降温器、5为降压器、6为除氧剂储罐、7为计量泵、8为超临界水氧化反应出水接管、9为冷却介质输出管、10为低温出水接管、11为冷却介质输入管，101为旁路控制阀、TIC101为温度计、DOC102为测氧仪。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明公开的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，包括第一降温器1、混合器2、缓冲器3、第二降温器4、降压器5及除氧剂储罐6；第一降温器1的内管入口端与超临界水氧化反应出水接管8相连通，第一降温器1的内管出口端与混合器2入口端相连，混合器2出口端连接至缓冲器3入口端，缓冲器3出口端连接至第二降温器4的内管入口端，第二降温器4的内管出口端连接至降压器5入口端，降压器5出口端连接有低温出水接管10；第二降温器4的外管入口端处连接有冷却介质输入管11，第二降温器4的外管出口端与第一降温器1的外管入口端相连，第一降温器1的外管出口端连接有冷却介质输出管9；除氧剂储罐6的出口端处连接有计量泵7，计量泵7出口端与混合器2的入口端相连。
在第一降温器1的内管出口端与混合器2入口端之间的管路上设有温度计TIC101。在第二降温器4的外管侧设有旁路控制阀101，通过调节旁路控制阀101开度，保持温度计TIC101的工作温度为420±10℃。在第二降温器4的内管出口端与降压器5入口端之间的管路上设有测氧仪DOC102。
在缓冲器3内部设有抗腐蚀内衬。除氧剂储罐6中储存的除氧剂为联氨、亚硫酸等；所述冷却介质为待处理物料、除盐水等。
本发明的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置的工作原理如下：
超临界水氧化反应出水由超临界水氧化反应出水接管(8)进入第一降温器1内管，继而由第一降温器1内管流至混合器2入口1；除氧剂由除氧剂缓冲罐6，经计量泵7进入混合器2入口2。除氧剂与反应出水在混合器2内快速混合均匀后进入缓冲器3，在缓冲器3内除氧剂与反应出水中残留氧化剂发生充分反应，实现反应出水中残留氧化剂的去除。反应后流体由缓冲器3流出，经第二降温器4内管进入降压器5，实现反应出水的进一步降温、降压。最终反应出水由低温出水接管10输送出超临界水氧化反应系统外排或者回收利用。设置于第二降温器4内管出口处的测氧仪DOC102可以实时监测低温反应出水中的残留氧化剂量，以反馈给计量泵，继而指导后续运行中计量泵的除氧剂添加量。冷却介质由冷却介质输入管11进入第二降温器4外管，继而进入第一降温器1外管，实现对超临界水氧化反应出水的两级降温。部分冷却介质也可不经过第二降温器4外管，直接由旁路控制阀101进入第一降温器1外管。最终冷却介质由第一降温器1外管流出，经冷却介质输出管9输送至超临界水氧化反应器冷却介质为待处理物料时或者用户冷却介质为除盐水时，输出为高温水或者蒸汽。通过调节旁路控制阀101开度及冷却介质流量，可保证第一降温器内管出口处流体温度维持在420±10℃，较高的温度保证了缓冲罐中残留氧化剂与除氧剂的快速反应，又避免了具有较高含量残留氧化剂的反应出水进入腐蚀敏感温度区320～410℃。

Claims (5)

1.一种缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，其特征在于，包括第一降温器(1)、混合器(2)、缓冲器(3)、第二降温器(4)、降压器(5)及除氧剂储罐(6)；第一降温器(1)的内管入口端与超临界水氧化反应出水接管(8)相连通，第一降温器(1)的内管出口端与混合器(2)第一入口端相连，混合器(2)出口端连接至缓冲器(3)入口端，缓冲器(3)出口端连接至第二降温器(4)的内管入口端，第二降温器(4)的内管出口端连接至降压器(5)入口端，降压器(5)出口端连接有低温出水接管(10)；第二降温器(4)的外管入口端处连接有冷却介质输入管(11)，第二降温器(4)的外管出口端与第一降温器(1)的外管入口端相连，第一降温器(1)的外管出口端连接有冷却介质输出管(9)；除氧剂储罐(6)的出口端处连接有计量泵(7)，计量泵(7)出口端与混合器(2)的第二入口端相连；
在第一降温器(1)的内管出口端与混合器(2)入口端之间的管路上设有温度计(TIC101)，在第二降温器(4)的外管侧设有旁路控制阀(101)；在第二降温器(4)的内管出口端与降压器(5)入口端之间的管路上设有测氧仪(DOC102)。
2.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，其特征在于，通过调节旁路控制阀(101)开度，保持温度计(TIC101)的工作温度为420±10℃。
3.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，其特征在于，在缓冲器(3)内部设有抗腐蚀内衬。
4.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，其特征在于，除氧剂储罐(6)中储存的除氧剂为联氨或亚硫酸盐。
5.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应出水降温除氧装置，其特征在于，所述冷却介质为待处理物料或除盐水。
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