CN105906028A - 一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置。高浓度高含盐有机废水及污泥在通过废水泵进入预热器，预热器出口进入反应器，反应器为蒸发壁式反应器，侧面由高压净水泵和高压腐蚀缓蚀剂泵输入净水及缓蚀剂。高压燃料泵将燃料或燃料与水的混合物泵入反应器。反应器出口的后续管路为双管结构，后续管路上设置进料预热器、回热器及高压气液分离器；软水通过高压软水泵泵入回热器，产蒸汽实现热量回收，最后高压气液分离器通过气体降压阀、液体降压阀和固体降压阀实现气相、液相和固相的降压外排。本系统通过加热氧化剂、蒸发壁反应器、低温物料入射、亚临界出料、缓释剂的添加及双管结构流程等方法，有效地提升了系统的防堵塞防腐蚀能力。本发明系统可以广泛应用于高含盐高浓度有机废水及污泥的无害化处理过程。

Description

一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置

技术领域

本发明属废有机废水及污泥处理技术，涉及一种利用超临界水作为反应介质对高含盐高浓度有机废水及污泥进行无害化处理的系统，具体是一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置。

背景技术

超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，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。在SCWO过程中，氯转化成氯离子的金属盐、硝基物转化成氮气、硫转化成硫酸盐及磷转化成磷酸盐。相比传统的有机废水及污泥的处理方案，SCWO具有突出的优势，能取得巨大的经济、环境和社会效益。

高浓度高含盐的有机废水及污泥，其含有COD甚至高达20万mg/L，含无机盐的质量浓度甚至高达20wt％，如此高浓度高含盐量的废水在超临界水氧化装置的预热阶段往往容易出现结焦和盐沉积堵塞的风险。若存在不溶性固体，也会在反应后的管路中也会发生沉积堵塞的情况，而反应后的管路。高浓度有机物在缺氧高温的条件下发生脱水积碳；而无机盐因为超临界水中的溶解度极低，会导致大量的无机盐在超临界状态下析出。结焦和沉积都会造成预热系统的堵塞，而堵塞会使系统出现压力升高和传热恶化，最终导致安全事故。而倘若废水中的无机盐含有氯离子时，则会在亚临界水中会对系统造成严重的腐蚀，降低系统使用寿命，严重时则会出现应力裂纹腐蚀，导致安全事故。

有机废水SCWO实际应用过程中面临复杂的结焦和堵塞的问题，都极大地限制了SCWO的推广应用。因此，针对高含盐高浓度有机废水SCWO系统的开发，需要解决反应器中的堵塞问题，提高系统的稳定性和安全性，同时拓展系统的适用范围，进而大规模地推广应用。

发明内容

本发明的目的是克服高含盐高浓度有机废水及污泥SCWO系统工业化过程中面临由结焦和盐沉积引发的堵塞问题，提供一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置，可以广泛应用于高含盐高浓度有机废水及污泥的高效无害化处理。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置由高压腐蚀缓蚀剂泵1、高压净水泵2、高压燃料泵3、第一电动调节阀4、第二电动调节阀5、超临界水氧化反应器6、空气或氧气进口管7、高压气体压缩机8、加热器9、预热器10、高压废水泵11、高压软水泵12、回热器13、外供蒸汽管14、双管输送管道15、高压气液分离器16、气体降压阀17、液体降压阀18、固体降压阀19组成。

1.各部件的結构如下：

所述高压腐蚀缓蚀剂泵1设有进口管和出口管；所述高压净水泵2设有进口管和出口管。所述高压燃料泵3设有进口管和出口管。所述超临界水氧化反应器6为蒸发壁反应器、顶部分别设有燃料液进口和气液混合物进口管、中部设有腐蚀缓蚀剂液进口管、底部设有超临界水氧化反应物双出口管。所述高压气体压缩机8设有空气或氧气进口和空气或氧气出口。所述加热器9为管式换热器、设有壳侧进口管和出口管。所述加预热器10为管式换热器、设有壳侧进口管、壳侧出口管和管侧双进口管、管侧双出口管。所述高压废水泵11设有进口管和出口管。所述高压软水泵12设有进口管和出口管。所述回热器13为管式换热器、设有壳侧进口、壳侧出口和管侧双进口、管侧双出口。所述高压气液分离器16为罐体、顶部设有排气管、上部设有超临界水氧化反应物双进口管、中下部设有液体排出管、底部设有固体排出管。

2.各部件的连接方式如下：

所述高压废水泵11出口管与预热器10壳侧进口连接。

所述预热器10壳侧出口管分别与加热器9的壳侧出口管、超临界水氧化反应器6的气液混合物进口连接。

所述高压净水泵2的出口管通过第一电动调节阀4与高压燃料泵3的出口管并联后与超临界水氧化反应器6的燃料液进口管连接；所述高压净水泵2的出口管通过第二电动调节阀5与高压腐蚀缓蚀剂泵1的出口管并连后与超临界水氧化反应器6的腐蚀缓蚀剂液进口管连接，进入超临界水氧化反应器6的蒸发壁。

所述高压废水泵11的进口管与废水连接、出口管与预热器10的壳侧进口管连接。

所述高压气体压缩机8的空气或氧气进口与空气或氧气进口管7连接，高压气体压缩机8的出口与加热器9的壳侧进口管连接，加热器9的壳侧出口管与预热器10的壳侧出口管并联后再与超临界水氧化反应器6顶部的气液混合物进口管连接。

所述超临界水氧化反应器6的底部超临界水氧化反应物双出口管与预热器10管侧双进口管连接，预热器10的管侧双出口管与回热器13的管侧双进口连接，预热器10的管侧双出口与高压气液分离器16罐体的上部超临界水氧化反应物双进口管连接。

所述高压气液分离器16罐体的顶部排气管与气体降压阀17进口连接，气体降压阀17出口将二氧化碳气和氮气排出。高压气液分离器16罐体的底部与固体降压阀19进口连接，固体降压阀19出口将分离后的固体排出。高压气液分离器16罐体中下部的液体排出管与液体降压阀18进口连接，液体降压阀18出口将分离后的浓体排出。

所述高压软水泵12的进口管与软水连接、出口管与回热器13的壳侧进口连接，回热器13的壳侧出口与外供蒸汽管14连接。

上述的空气或氧气是氧化剂。

上述的高压净水泵2出口分两路，一路去与高压燃料泵3混合，另一路去与高压腐蚀缓蚀剂泵1混合。

上述的超临界水氧化反应器6出口至预热器10，预热器10出口至回热器13，回热器13内部，回热器13出口至高压气液分离器16，均采用双管路。

本发明系统的主要优点是：

1.本发明装置中高含盐高浓度的有机废水及污泥能实现低温物料入射反应器，系统直接加热氧化剂，氧化剂是空气、氧气或富氧空气，本发明装置启动时初始进料为燃料。燃料与加热到300℃～400℃的氧化剂在超临界水氧化反应器中相遇，迅速燃烧放热，使反应器内温度迅速达到500℃～700℃，然后废水泵11将高含盐高浓度的有机废水及污泥泵入超临界水氧化反应器，此时燃料供给量减少，废水及污泥在反应器内高温条件下迅速分解放热，若废水及污泥热量不足以维持反应温度时，则增加燃料，以维持反应器内温度。反应后出水将进料废水及污泥加热至150℃～300℃进入反应器。

因此，本发明装置实现低温物料的入射，从而能有效避免高温及超临界预热过程中因结焦或盐沉积而导致的堵塞。

2、反应器采用蒸发壁结构，低温净水和腐蚀缓蚀剂从侧面透过蒸发壁而渗入超临界水氧化反应器内部，防止盐沉积堵塞。同时降低进料的腐蚀性。

3、超临界水氧化反应器底部形成亚临界区溶解超临界条件下析出的无机盐，防止大量的无机盐析出堵塞反应器。

4、超临界水氧化反应后的流体自超临界水氧化反应器底部出口至高压气液分离器入口，流体管路及回热器内部均采用双管结构，避免了堵管现象，物料在输送过程中遇到停电、停气或压力骤降都不会造成输送管道堵塞，即使管道全部堵塞，本发明装置重新启动后也能畅通输送，克服了单管输送在相同情况下难排及难通输的缺点，防堵性能更加优越。

以上优点均使得超临界水氧化处理系统具有优异的防结焦和防堵塞能力，使系统具有处理高浓度有机物和高含盐量的能力，扩大了系统的处理范围，增强了技术的适用性。

附图说明

图1是本发明一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置的结构示意图。

图中：高压腐蚀缓蚀剂泵1、高压净水泵2、高压燃料泵3、第一电动调节阀4、第二电动调节阀5、超临界水氧化反应器6、空气或氧气入口管7、高压气体压缩机8、加热器9、预热器10、高压废水泵11、高压软水泵12、回热器13、外供蒸汽管14、双管输送管道15、高压气液分离器16、气体降压阀17、液体降压阀18、固体降压阀19。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置如图1所示，一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置由高压腐蚀缓蚀剂泵1、高压净水泵2、高压燃料泵3、第一电动调节阀4、第二电动调节阀5、超临界水氧化反应器6、空气或氧气进口管7、高压气体压缩机8、加热器9、预热器10、高压废水泵11、高压软水泵12、回热器13、外供蒸汽管14、双管输送管道15、高压气液分离器16、气体降压阀17、液体降压阀18、固体降压阀19组成。

1.各部件的結构如下：

所述高压腐蚀缓蚀剂泵1设有进口管和出口管；所述高压净水泵2设有进口管和出口管。所述高压燃料泵3设有进口管和出口管。所述超临界水氧化反应器6为蒸发壁反应器、顶部分别设有燃料液进口和气液混合物进口管、中部设有腐蚀缓蚀剂液进口管、底部设有超临界水氧化反应物双出口管。所述高压气体压缩机8设有空气或氧气进口和空气或氧气出口。所述加热器9为管式换热器、设有壳侧进口管和出口管。所述加预热器10为管式换热器、设有壳侧进口管、壳侧出口管和管侧双进口管、管侧双出口管。所述高压废水泵11设有进口管和出口管。所述高压软水泵12设有进口管和出口管。所述回热器13为管式换热器、设有壳侧进口、壳侧出口和管侧双进口、管侧双出口。所述高压气液分离器16为罐体、顶部设有排气管、上部设有超临界水氧化反应物双进口管、中下部设有液体排出管、底部设有固体排出管。

2.各部件的连接方式如下：

所述高压废水泵11出口管与预热器10壳侧进口连接。

所述预热器10壳侧出口管分别与加热器9的壳侧出口管、超临界水氧化反应器6的气液混合物进口连接。

所述高压净水泵2的出口管通过第一电动调节阀4与高压燃料泵3的出口管并联后与超临界水氧化反应器6的燃料液进口管连接；所述高压净水泵2的出口管通过第二电动调节阀5与腐蚀缓蚀剂泵1的出口管并连后与超临界水氧化反应器6的腐蚀缓蚀剂液进口管连接，进入超临界水氧化反应器6的蒸发壁。

所述高压废水泵11的进口管与废水连接、出口管与预热器10的壳侧进口管连接。

所述高压气体压缩机8的空气或氧气进口与空气或氧气进口管7连接，高压气体压缩机8的出口与加热器9的壳侧进口管连接，加热器9的壳侧出口管与预热器10的壳侧出口管并联后再与超临界水氧化反应器6顶部的气液混合物进口管连接。

所述超临界水氧化反应器6的底部超临界水氧化反应物双出口管与预热器10管侧双进口管连接，预热器10的管侧双出口管与回热器13的管侧双进口连接，预热器10的管侧双出口与高压气液分离器16罐体的上部超临界水氧化反应物双进口管连接。

所述高压气液分离器16罐体的顶部排气管与气体降压阀17进口连接，气体降压阀17出口将二氧化碳气和氮气排出。高压气液分离器16罐体的底部与固体降压阀19进口连接，固体降压阀19出口将分离后的固体排出。高压气液分离器16罐体中下部的液体排出管与液体降压阀18进口连接，液体降压阀18出口将分离后的浓体排出。

所述高压软水泵12的进口管与软水连接、出口管与回热器13的壳侧进口连接，回热器13的壳侧出口与外供蒸汽管14连接。

上述的空气或氧气是氧化剂。

上述的高压净水泵2出口分两路，一路去与燃料泵3混合，另一路去与腐蚀缓蚀剂泵1混合。

上述的超临界水氧化反应器6出口至预热器10，预热器10出口至回热器13，回热器13内部，回热器13出口至高压气液分离器16，均采用双管路。

本发明具体实施：

高浓度高含盐有机废水及污泥通过高压废水泵11输送至预热器10，在预热器被加热至150℃～300℃后从超临界水氧化反应器6顶部入射。本装置系统启动时，高压净水泵2通过第一电动调节阀4输送净水至燃料输送管路，通过调节净水与燃料的配比，依靠燃料燃烧使系统升温，调节系统温度，反应温度维持在500℃～700℃，燃料通过高压燃料泵3从超临界水氧化反应器顶部的燃料液进口管入射超临界水氧化反应器；高压净水泵2另一出口通过第二电动调节阀5与高压腐蚀缓蚀剂泵1并联后从超临界水氧化反应器侧壁进入蒸发壁，沿蒸发壁形成亚临界水膜，控制净水及腐蚀缓蚀剂的流量，保证超临界水氧化反应器底部呈亚临界区250℃～350℃，使析出的无机盐溶解，避免沉积堵塞。超临界水氧化反应器6底部超临界水氧化反应物双出口管采用双管结构，能防止在意外情况下发生堵塞的风险，保证系统安全运行。反应后产生的超临界水氧化反应物流体经预热器10预热后，进入回热器13，软水泵12泵入软水在回热器13壳侧产蒸汽、蒸汽从外供蒸汽管14排出供外用。取经预热器10预热、回热器13降温的超临界水氧化反应后流体进入高压气液分离器16，由高压气液分离器通过顶部气体降压阀17将二氧化碳气、氮气外排，中部通过液体降压阀18将分离后的液体外排，底部通过固体降压阀19将分离后的固体外排，实现水、固、气的达标外排，并保证了热量的充分回用，同时有效抑制了堵塞。

本发明公开了一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置。高浓度高含盐有机废水及污泥在通过高压废水泵11进入预热器10，预热器10出口进入超临界水氧化反应器6，超临界水氧化反应器为蒸发壁式反应器，侧面由高压净水泵2和高压腐蚀缓蚀剂泵1输入净水及缓蚀剂。高压燃料泵3将燃料或燃料与水的混合物泵入超临界水氧化反应器6。超临界水氧化反应器6出口的后续管路为双管结构，后续管路上设置预热器10、回热器13及高压气液分离器16；软水通过高压软水泵12泵入回热器13，产蒸汽实现热量回收，最后高压气液分离器16通过气体降压阀17、液体降压阀18和固体降压阀19实现气相、液相和固相的降压外排。本装置通过加热氧化剂、蒸发壁反应器、低温物料入射、亚临界出料、缓释剂的添加及双管结构流程等方法，有效地提升了装置的防堵塞防腐蚀能力。本发明装置可以广泛应用于高含盐高浓度有机废水及污泥的无害化处理过程。

Claims (4)

1.一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置，其特征在于：高压腐蚀缓蚀剂泵1、高压净水泵2、高压燃料泵3、第一电动调节阀4、第二电动调节阀5、超临界水氧化反应器6、空气或氧气进口管7、高压气体压缩机8、加热器9、预热器10、高压废水泵11、高压软水泵12、回热器13、外供蒸汽管14、双管输送管道15、高压气液分离器16、气体降压阀17、液体降压阀18、固体降压阀19组成：

1)各部件的結构如下：

所述高压腐蚀缓蚀剂泵1设有进口管和出口管；所述高压净水泵2设有进口管和出口管；所述高压燃料泵3设有进口管和出口管；所述超临界水氧化反应器6为蒸发壁反应器、顶部分别设有燃料液进口和气液混合物进口管、中部设有腐蚀缓蚀剂液进口管、底部设有超临界水氧化反应物双出口管；所述高压气体压缩机8设有空气或氧气进口和空气或氧气出口；所述加热器9为管式换热器、设有壳侧进口管和出口管；所述加预热器10为管式换热器、设有壳侧进口管、壳侧出口管和管侧双进口管、管侧双出口管；所述高压废水泵11设有进口管和出口管；所述高压软水泵12设有进口管和出口管；所述回热器13为管式换热器、设有壳侧进口、壳侧出口和管侧双进口、管侧双出口；所述高压气液分离器16为罐体、顶部设有排气管、上部设有超临界水氧化反应物双进囗管、中下部设有液体排出管、底部设有固体排出管；

2)各部件的连接方式如下：

所述高压废水泵11出口管与预热器10壳侧进口连接；

所述预热器10壳侧出口管分别与加热器9的壳侧出口管、超临界水氧化反应器6的气液混合物进口连接；

所述高压净水泵2的出口管通过第一电动调节阀4与高压燃料泵3的出口管并联后与超临界水氧化反应器6的燃料液进口管连接；所述高压净水泵2的出口管通过第二电动调节阀5与腐蚀缓蚀剂泵1的出口管并联后与超临界水氧化反应器6的腐蚀缓蚀剂液进口管连接，进入超临界水氧化反应器6的蒸发壁；

所述所述高压废水泵11的进口管与废水连接、出口管与预热器10的壳侧进口管连接；

所述高压气体压缩机8的空气或氧气进口与空气或氧气进口管7连接，高压气体压缩机8的出口与加热器9的壳侧进口管连接，加热器9的壳侧出口管与预热器10的壳侧出口管并连后再与超临界水氧化反应器6顶部的气液混合物进口管连接：

所述超临界水氧化反应器6的底部超临界水氧化反应物双出口管与预热器10管侧双进口管连接，预热器10的管侧双出口管与回热器13的管侧双进口连接，预热器10的管侧双出口与高压气液分离器16罐体的上部超临界水氧化反应物双进口管连接；

所述高压气液分离器16罐体的顶部排气管与气体降压阀17进口连接，气体降压阀17出口将排出二氧化碳气和氮气；高压气液分离器16罐体的底部与固体降压阀19进口连接，固体降压阀19出口排出分离后的固体；高压气液分离器16罐体中下部的液体排出管与液体降压阀18进口连接，液体降压阀18出口排出分离后的浓体；

所述高压软水泵12的进口管与软水连接、出口管与回热器13的壳侧进口连接，回热器13的壳侧出口与外供蒸汽管14连接。

2.根据权利要求1所述的一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置，其特征在于：所述的空气或氧气是氧化剂。

3.根据权利要求1所述的一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置，其特征在于：所述的高压净水泵2出口分两路，一路去与高压燃料泵3混合，另一路去与高压腐蚀缓蚀剂泵1混合。

4.根据权利要求1所述的一种防堵塞防腐蚀的超临界水氧化处理装置，其特征在于：所述的超临界水氧化反应器6出口至预热器10，预热器10出口至回热器13，回热器13内部，回热器13出口至高压气液分离器16，均采用双管路。