CN106281518A - 一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统和方法，所述系统包括依次连接的加热器3、超临界水气化反应器4、气液分离器5，排水池7，所述有机危险废弃物经过加热器3输送至超临界水气化反应器4进而产生气液混合物，气液混合物再输送至气液分离器5进行气液分离。本发明将超临界水部分氧化工艺和超临界水催化气化工艺相结合，与传统超临界水氧化法处理危险废弃物的工艺相比，本发明参照反应器内部温度，而非废弃物COD浓度控制加入系统的氧气量，提高了反应器内部温度的可控性，有效降低了氧气消耗量，既实现了系统内部自热，又减少了设备的氧化腐蚀。

Description

一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的 系统及方法

技术领域

本发明属于危险废弃物处理领域，具体涉及一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统及方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展和产业结构的多元化，危险废物的产生量增长迅速，而且种类繁多，成分复杂，并具有毒害性、爆炸性、易燃性、腐蚀性、化学反应性等危害特性，对人类健康和环境造成严重的危害，且这种危害具有长期性、潜伏性和滞后性。如不妥善处理，会对人类生存和环境构成很大的威胁。由于危险废弃物在自然界中具有很高的稳定性而不易被降解，处理技难度大等特点，我国的危险处理行业自2001年左右才起步，存在经验和技术上的短板，因此，研究开发高效的危险废弃物处理处置方法势在必行。目前，危险废弃物处理的方法主要包括焚烧和填埋，但焚烧处理成本高，特别是含水量高的危险废弃物，其在焚烧处理过程中要加入大量的辅助燃料，增加了处理成本，不仅如此，焚烧处理产生的烟气富含二噁英、氮氧化物和重金属等有害物质，对环境产生了严重的二次污染，危害人类健康。填埋处理不仅占用大量的土地资源，而且造成地下水和土壤的二次污染。因此，危险废弃物的处理一直是个难以解决的问题，许多学者一直在寻求新工艺、新技术对其进行处理。

近年来，由于超临界水气化/氧化技术对含水量高的湿基危险废弃物可直接气化或氧化降解，不需要高能耗的干化或浓缩过程，无二次污染而受到广泛的关注。其中超临界水气化技术(Supercritical water gasification，缩写为SCWG)是20世纪70年代中期由美国麻省理工学院(MIT)的Modell提出的，最早用于生物质制氢领域。超临界水气化法处理有机危险废弃物是指在水的超临界条件下，废弃物中的有机物快速气化，生成富含氢气和甲烷的混合燃气，而无机盐从水中析出，最后通过水、气、渣三相分离，达到有机危险废弃物彻底降解的目的。超临界水氧化处理有机危险废弃物是指在超临界水中加入大于或等于物料COD化学当量比的氧化剂(如氧气、过氧化氢)，使物料中的有机物在超临界水介质中发生快速氧化反应，从而将有机物彻底降解，其气相产物是CO2为主的混合气体。

超临界水气化法处理有机危险废弃物的优点是：处理过程中能够产生氢气和甲烷的混合燃气，实现了废物资源化。缺点是：第一，有机危险废弃物成分复杂、形态与性质多变，超临界水气化法对其降解效率较低，处理后的水难以达标排放；第二，超临界水气化法是吸热反应，需要外部供热，能耗高，而且加热效率较低，导致反应器内易产生焦油而发生堵塞；第三，由于有机危险废弃物自身的特性，导致处理过程中产生的氢气和甲烷量小而难以有效利用，直接排放造成了能源的浪费。与超临界水气化法相比，超临界水氧化法在氧化反应过程中释放出大量的热量，实现了反应系统的自热，加热效率和反应温度高，从而提高了有机危险废弃物的降解效率，能够彻底降解有机物，但是加入过量的氧化剂，一方面消耗了系统产生的可燃气，另一方面反应器易发生氧化腐蚀，而且反应器内部温度难以控制，从而降低了设备使用寿命。而超临界水所需的反应温度和压力对设备和材质的要求较高，设备投资占总投资的比例极高，因此，为使超临界水技术更好的投入到实际的工程应用中，主要有三种方法：一是采用合理的加热方式，通过反应器内部加热和外部加热两种加热方式，提高有机危险废弃物的降解效率，同时提高加热效率和温度的可控性；二是选用合适的催化剂，以降低反应所需的高温和高压反应条件，从而达到高效降解有机危险废弃物和减少对设备的腐蚀的目的；三是调节系统的可燃气产生量，充分利用系统自身产生的能源，降低供热能耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统；本发明的目的之二在于提供一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法。

为达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

1、一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统，所述系统包括依次连接的加热器3、超临界水气化反应器4、气液分离器5，排水池7，所述有机危险废弃物经过加热器3输送至超临界水气化反应器4进而产生气液混合物，气液混合物再输送至气液分离器5进行气液分离。

作为本系统的一种优选，所述系统还包括回热器2，所述回热器2包括有机危险废气物底部进口a、有机危险废气物顶部部出口b、顶部气液混合物进口c，底部气液混合物出口d，所述有机危险废气物底部进口a与有机废弃物原料输送处连通，有机危险废气物顶部部出口b与加热器3连接，顶部气液混合物进口c与超临界水气化反应器4连接，底部气液混合物出口d与气液分离器5连接，底部气液混合物出口d与气液分离器5之间还连接有背压阀6。

作为本系统的进一步优选，所述气液分离器5包括底部液体出口和顶部气体出口，底部液体出口通向排水池7，所述顶部气体出口与加热器3连接用以将气体输送到加热器进行焚烧供热。

优选的，所述排水池7与有机废弃物原料输送处连通，用于输送不达标的排水进行循环处理。

优选的，在所述有机危险废气物底部进口a与有机废弃物原料输送之间连接有柱塞泵1。

2、一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法，所述方法包括如下步骤：

1)将有机危险废弃物原料进行配浆和调质预处理；

2)将经步骤1)预处理后的有机危险废弃物通过柱塞泵输送到回热器进行热交换后，再输送到加热器，最后与催化剂混合一起进入超临界水气化反应器进行反应进而产生气液混合物；

3)将步骤2)产生的气液混合物输送到回热器进行热交换待温度将至50℃以后，输送进入气液分离器进行气液分离，液体进入排水池，混合气体输送到加热器进行焚烧供热。

优选的，步骤1)中，按质量百分比计，预处理后物料中固体含量为15％-20％，pH值为8-11。

优选的，步骤2)所述催化剂为碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或几种。

优选的，控制超临界水气化反应器温度为600-650℃，压力为25-30MPa，通过加入氧气调节超临界水气化反应器温度，氧气加入量为机危险废弃物完全降解理论需氧量的0.3-0.5倍。

优选的，若排水池中水不符合排放标准，将排水池中的水回流到物料配浆调质预处理系统，循环处理，直到达标排放。

本发明的有益效果在于：

1)本发明将超临界水部分氧化工艺和超临界水催化气化工艺相结合，与传统超临界水氧化法处理危险废弃物的工艺相比，本发明参照反应器内部温度，而非废弃物COD浓度控制加入系统的氧气量，提高了反应器内部温度的可控性，有效降低了氧气消耗量，既实现了系统内部自热，又减少了设备的氧化腐蚀，延长了设备使用寿命。与传统超临界水气化技术相比，通过加入催化剂，提高了有机危险废弃物的降解效率，增加了可燃气的产生量，减缓了设备的腐蚀。

2)本发明中超临界水处理系统产生的混合燃气输送到加热器，进行焚烧供热，充分利用了系统自身产生的能源，降低了外部供热能耗。

3)为保证在极端条件下，排水能够达标排放，本发明在排水池末端设置回路，如果排水不达标，可以将排水池中的水回流到物料配浆调质预处理系统，循环处理，直到达标排放。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1表示一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

图1表示一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统示意图。

所述系统包括依次连接的加热器3、超临界水气化反应器4、气液分离器5，排水池7，所述有机危险废弃物经过加热器3输送至超临界水气化反应器4进而产生气液混合物，气液混合物再输送至气液分离器5进行气液分离；

所述系统还包括回热器2，所述回热器2包括有机危险废气物底部进口a、有机危险废气物顶部部出口b、顶部气液混合物进口c，底部气液混合物出口d，所述有机危险废气物底部进口a与有机废弃物原料输送处连通，有机危险废气物顶部部出口b与加热器3连接，顶部气液混合物进口c与超临界水气化反应器4连接，底部气液混合物出口d与气液分离器5连接，底部气液混合物出口d与气液分离器5之间还连接有背压阀6；

所述气液分离器5包括底部液体出口和顶部气体出口，底部液体出口通向排水池7，所述顶部气体出口与加热器3用以将气体输送到加热器进行焚烧供热；

所述排水池7与有机废弃物原料输送处连通，用于输送不达标的排水进行循环处理；

在所述有机危险废气物底部进口a与有机废弃物原料输送之间连接有柱塞泵1。

通过上述系统，一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法，包括如下实施步骤：

1)对有机危险废弃物原料进行配浆和调质预处理

首先对危险废弃物原料进行检测化验，确定其成分和各项性能参数，如pH，COD，热值、悬浮物含量和含盐量等，为原料的储存和配浆调质提供科学依据。然后根据物料的成分、热值、pH等参数对物料进行制浆和调质预处理。按质量百分比计，预处理后物料中固体含量为15％-20％，pH值为8-11。

2)超临界水部分氧化联合催化气化处理

调配预处理后的有机危险废弃物通过柱塞泵输送，先经过回热器与逆流的出料换热，再输送到加热器进一步加热，最后与催化剂混合进入超临界水气化反应器。

催化剂为碳酸钠(Na₂CO₃)、氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)。

根据反应器内部温度，适当通入氧气，从而通过氧气加入量将反应器内部温度控制在600-650℃，氧气加入量为有机危险废弃物COD完全降解理论需氧量的0.3-0.5倍。

超临界水反应器的压力控制在25-30MPa，停留时间为5-10min。

3)气液分离处理

超临界水部分氧化联合催化气化处理后产生的气液混合物进入回热器与逆流的进料进行换热降温，待温度降至50℃以后，通过降压系统将物料从高压降至常压，最终输送进入气液分离器进行气液分离。

4)尾气和排水处理

溶解在水中的混合尾气释放出来后，输送到加热器中，作为天然气的补充燃料，进行焚烧供热。液体进入排水池，如果物料性质或者处理过程中的参数发生较大变化，导致系统排水不达标，则可以将排水池中的水回流到物料配浆调质预处理系统，循环处理，直到达标排放。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的加热器(3)、超临界水气化反应器(4)、气液分离器(5)，排水池(7)，所述有机危险废弃物经过加热器(3)输送至超临界水气化反应器(4)进而产生气液混合物，气液混合物再输送至气液分离器(5)进行气液分离。

2.根据权利要求1所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统，其特征在于，所述系统还包括回热器(2)，所述回热器(2)包括有机危险废气物底部进口a、有机危险废气物顶部部出口b、顶部气液混合物进口c，底部气液混合物出口d，所述有机危险废气物底部进口a与有机废弃物原料输送处连通，有机危险废气物顶部部出口b与加热器(3)连接，顶部气液混合物进口c与超临界水气化反应器(4)连接，底部气液混合物出口d与气液分离器(5)连接，底部气液混合物出口d与气液分离器(5)之间还连接有背压阀(6)。

3.根据权利要求1所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统，其特征在于，所述气液分离器(5)包括底部液体出口和顶部气体出口，底部液体出口通向排水池(7)，所述顶部气体出口与加热器(3)连接用以将气体输送到加热器进行焚烧供热。

4.根据权利要求1所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统，其特征在于，所述排水池(7)与有机废弃物原料输送处连通，用于输送不达标的排水进行循环处理。

5.根据权利要求1所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的系统，其特征在于，在所述有机危险废气物底部进口a与有机废弃物原料输送之间连接有柱塞泵(1)。

6.一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)将有机危险废弃物原料进行配浆和调质预处理；

2)将经步骤1)预处理后的有机危险废弃物通过柱塞泵输送到回热器进行热交换后，再输送到加热器，最后与催化剂混合一起进入超临界水气化反应器进行反应进而产生气液混合物；

3)将步骤2)产生的气液混合物输送到回热器进行热交换待温度将至50℃以后，输送进入气液分离器进行气液分离，液体进入排水池，混合气体输送到加热器进行焚烧供热。

7.根据权利要求6所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法，其特征在于，步骤1)中，按质量百分比计，预处理后物料中固体含量为15％-20％，pH值为8-11。

8.根据权利要求6所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法，其特征在于，步骤2)所述催化剂为碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或几种。

9.根据权利要求6所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法，其特征在于，控制超临界水气化反应器温度为600-650℃，压力为25-30MPa，通过加入氧气调节超临界水气化反应器温度，氧气加入量为机危险废弃物完全降解理论需氧量的0.3-0.5倍。

10.根据权利要求6所述一种超临界水部分氧化联合催化气化处理有机危险废弃物的方法，其特征在于，若排水池中水不符合排放标准，将排水池中的水回流到物料配浆调质预处理系统，循环处理，直到达标排放。