CN106565009B - 基于余热利用的碱渣废液催化处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于余热利用的碱渣废液催化处理装置及方法，该装置包括：碱渣废液池、催化反应器、第一预热器、氧气罐、分离器、第一换热器及排水池。催化反应器与碱渣废液池通过管道连接；第一预热器设置在碱渣废液池与催化反应器之间；氧气罐与催化反应器通过气管连接；分离器与催化反应器连接；第一换热器设置在催化反应器与分离器之间；排水池与分离器的液体出口连接。该方法包括：将催化剂加入碱渣废液池；将碱渣废液池中的废液加热后送入催化反应器进行反应；将气液固混合物进行热交换；将气液固混合物送入分离器进行分离。该催化处理装置及方法工艺简单、操作方便、反应迅速、无二次污染、催化剂可回收再利用和热量资源循环利用。

Description

基于余热利用的碱渣废液催化处理装置及方法
技术领域
本发明涉及废液处理技术领域，特别涉及一种基于余热利用的碱渣废液催化处理装置及方法。
背景技术
随着工业的高速发展和社会的进步，我国对石油的需求量日益加大。同时，在石油炼化和加工过程中所带来的环境问题也越来越突出。在炼制过程中，为了保证炼化的质量，许多油品的精制过程中会采用碱洗工艺，这样会产生大量的高含量污染物的碱性废液。这样的碱性废液直接排放到污水处理厂，将会严重影响污水处理厂的正常操作。因此，处理过程中余热回收利用与难降解碱渣废液协同控制技术的发展显得十分重要。
碱渣废液是一种污染物浓度高、危害大的碱性废液，其成分复杂，含有大量的硫化物、硫醇、酚类、环烷酸等有毒有害污染物，呈黑褐色，并带有恶臭气味。炼油碱渣废水排放量不大，占炼油污水排放量的5％～10％，但其COD、硫化物和酚类等污染物的排放量占炼油厂污染物排放量的20％～50％，成为炼油厂的主要恶臭污染源。目前，国外主要利用CO2和硫酸中和法，可回收单质硫，但中和后的废碱液仍需处理。国内大部分炼油厂对碱渣的处理是先采用中和的方法，再排入含油污水处理场，高浓度的碱渣进入含油污水生化处理系统后，会抑制微生物的生长繁殖，严重时可使微生物大量死亡，从而影响污水处理场的正常运行和废水的达标排放。而氧化法处理碱渣废液则对废液的pH要求比较高，需要投加大量的氧化剂，成本十分昂贵且容易对设备造成腐蚀。
发明内容
本申请提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理装置及方法，解决了或部分解决了现有技术中废水处理成本高，容易造成二次污染的技术问题，实现了工艺简单、操作方便、反应迅速、无二次污染、催化剂可回收再利用和热量资源循环利用的技术效果。
本申请提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理装置包括：
碱渣废液池，用于存储所述碱渣废液；
催化反应器，与所述碱渣废液池通过管道连接，用于所述碱渣废液的催化反应；
第一预热器，设置在所述碱渣废液池与所述催化反应器之间，以预热所述碱渣废液；
氧气罐，与所述催化反应器通过气管连接，以输送氧气到所述催化反应器；
分离器，与所述催化反应器连接，用于分离反应后的气液固混合物；
第一换热器，设置在所述催化反应器与所述分离器之间，以吸收反应后所述气液固混合物的热量；所述第一换热器紧贴所述第一预热器设置，以进行热交换；
排水池，与所述分离器的液体出口连接，用于存储反应后的固液混合物。
作为优选，所述催化反应器与所述碱渣废液池之间的管道上设置高压泵，所述高压泵将所述碱渣废液泵入所述催化反应器；
所述催化反应器内设置温度控制部件及压力控制部件。
作为优选，所述氧气罐与所述催化反应器之间的气管上设置空气压缩机；
所述空气压缩机将所述氧气加压后输送到所述催化反应器。
作为优选，所述第一换热器与所述第一预热器之间设置导电性能好的碳纤维层。
作为优选，所述碱渣废液催化处理装置还包括：
第二预热器，设置在所述第一预热器与所述催化反应器之间；
第二换热器，设置在所述第一换热器与所述催化反应器之间；
所述第二换热器紧贴所述第二预热器设置，且所述第二换热器与所述第二预热器之间设置导电性能好的碳纤维层。
作为优选，所述分离器的气体出口与储气罐连接，用于回收反应后的气体。
本发明提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理装置通过氧气罐与催化反应器连接，将氧气作为反应的氧化剂迅速发生氧化反应，降解高浓度碱渣废液中的酚、有机物和硫化物，转化为无害的CO2、H2O和无机盐，产物无二次污染。通过设置预热器和换热器，将反应后排液的余热对碱渣废液进行预加热，提高了催化反应器的进液温度，实现了热能资源循环利用。通过设置分离器和排水池，将反应后的气液固混合物分离，排水池存储的反应后的液体和催化剂，将催化剂重新投入碱渣废液池，实现催化剂的回收利用，降低处理成本。通过在催化反应器内设置温度控制部件和压力控制部件，合理控制反应过程中的温度和压力，有效提高了反应速度。
基于同样的发明构思，本申请还提供了一种基于余热利用的碱渣废液催化处理方法，通过所述碱渣废液催化处理装置实现，所述碱渣废液催化处理方法包括以下步骤：
将催化剂加入碱渣废液池；
将碱渣废液池中的废液通过第一预热器及第二预热器加热后，送入催化反应器进行反应；反应过程中，将氧气罐中氧气通过空气压缩机加压后送入所述催化反应器；
将所述催化反应器排出的气液固混合物送入第二换热器及第一换热器进行热交换，获得降温的所述气液固混合物；
将所述气液固混合物送入分离器进行分离，获得气体、液体与催化剂的混合物；通过储气罐回收所述气体；通过排水池存储所述液体与催化剂的混合物。
作为优选，所述催化剂为二氧化锰，用量为5mg/L～15mg/L；
所述催化剂的载体为二氯化钛。
作为优选，所述反应过程中，所述氧气的注入量为所述碱渣废液的化学需氧量的2～4倍。
作为优选，反应过程中，所述催化反应器内的温度为150～250℃，压力为1～20MPa；
停留时间为0.1～20min。
本发明提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理方法采用氧气作为反应的氧化剂，在催化反应器中迅速发生氧化反应，降解高浓度碱渣废液中的酚、有机物和硫化物，转化为无害的CO2、H2O和无机盐，产物无二次污染。采用二氧化锰作为催化剂，催化剂稳定性好，易于回收再利用。通过将反应后排液的余热对碱渣废液进行预加热，提高了催化反应器的进液温度，实现了热能资源循环利用。通过合理控制反应过程中的温度和压力，有效提高了反应速度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理方法的流程图。
(图示中各标号代表的部件依次为：催化剂1、碱渣废液池2、高压泵3、第一预热器4、第二预热器5、氧气罐6、空气压缩机7、温度控制部件8、压力控制部件9、催化反应器10、第二换热器11、第一换热器12、分离器13、储气罐14、排水池15)
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：
本申请实施例提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理装置及方法，解决了或部分解决了现有技术中废水处理成本高，容易造成二次污染的技术问题，实现了工艺简单、操作方便、反应迅速、无二次污染、催化剂可回收再利用和热量资源循环利用的技术效果。
参见附图1，本申请提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理装置包括：碱渣废液池2、催化反应器10、第一预热器4、氧气罐6、分离器13、第一换热器12及排水池15。
碱渣废液池2用于存储碱渣废液；催化反应器10与碱渣废液池2通过管道连接，用于碱渣废液的催化反应；第一预热器4设置在碱渣废液池2与催化反应器10之间，以预热碱渣废液。
氧气罐6与催化反应器10通过气管连接，以输送氧气到催化反应器10；氧气罐6与催化反应器10之间的气管上设置空气压缩机7；空气压缩机7将氧气加压后输送到催化反应器10。
分离器15与催化反应器10连接，用于分离反应后的气液固混合物。
第一换热器12设置在催化反应器10与分离器15之间，以吸收反应后气液固混合物的热量；第一换热器12紧贴第一预热器4设置，第一换热器12与第一预热器4之间设置导电性能好的碳纤维层，以进行高效的热交换。
排水池15与分离器13的液体出口连接，用于存储反应后的固液混合物，该固液混合物为液体和催化剂，将催化剂进行回收利用，重新投入到废液池中参与反应。分离器13的气体出口与储气罐14连接，用于回收反应后的气体。
进一步的，催化反应器10与碱渣废液池2之间的管道上设置高压泵3，高压泵3将碱渣废液泵入催化反应器10；催化反应器10内设置温度控制部件8及压力控制部件9，以合理控制催化反应器10中的温度和压力。
进一步的，碱渣废液催化处理装置还包括：第二预热器5，设置在第一预热器4与催化反应器10之间，保证良好的预热效果；第二换热器11设置在第一换热器12与催化反应器10之间，能充分利用反应后的余热，减小系统的能耗与负荷。第二换热器11紧贴第二预热器5设置，且第二换热器11与第二预热器5之间设置导电性能好的碳纤维层。
该处理装置的工作原理为：
碱渣废液池2中投加催化剂1，废液经高压泵3输入到第一预热器4中进行预加热，第一次预加热完成后再进入第二预热器5中进行第二次预加热，第二次预加热完成后，碱渣废液进入到催化反应器10中。氧气罐6中的氧气通过空气压缩机7加压进入到催化反应器10中。
催化反应器10的排出的气液固混合物进入第二换热器11中，第二换热器11与第二预热器5相靠，充分进行热交换；热交换后的气液固混合物进入第一换热器12，再一次进行热交换，将处理后的产生的气液固混合物的热量充分利用；第一换热器12排出的气液固混合物进入分离器13中进行分离，气体进入储气罐14，液体和催化剂1进入排水池15。
本发明提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理装置通过氧气罐6与催化反应器10连接，将氧气作为反应的氧化剂迅速发生氧化反应，降解高浓度碱渣废液中的酚、有机物和硫化物，转化为无害的CO2、H2O和无机盐，产物无二次污染。通过设置预热器和换热器，将反应后排液的余热对碱渣废液进行预加热，提高了催化反应器10的进液温度，实现了热能资源循环利用。通过设置分离器13和排水池14，将反应后的气液固混合物分离，排水池存储的反应后的液体和催化剂，将催化剂重新投入碱渣废液池2，实现催化剂的回收利用，降低处理成本。通过在催化反应器10内设置温度控制部件8和压力控制部件9，合理控制反应过程中的温度和压力，有效提高了反应速度。
基于同样的发明构思，本申请还提供了一种基于余热利用的碱渣废液催化处理方法，通过上述碱渣废液催化处理装置实现，参见附图2，该碱渣废液催化处理方法包括以下步骤：
S1：将催化剂1加入碱渣废液池2；催化剂1为二氧化锰，用量为5mg/L～15mg/L；催化剂1的载体为二氯化钛。
S2：将碱渣废液池2中的废液通过第一预热器4及第二预热器5加热后，通过高压泵3送入催化反应器10进行反应；反应过程中，将氧气罐6中氧气通过空气压缩机7加压后送入催化反应器10；反应过程中，氧气的注入量为碱渣废液的化学需氧量的2～4倍，催化反应器10内的温度为150～250℃，压力为1～20MPa；废液在催化反应器10中的停留时间为0.1～20min。
S3：将催化反应器10排出的气液固混合物送入第二换热器11及第一换热器12进行热交换，获得降温的气液固混合物。
S4：将气液固混合物送入分离器13进行分离，获得气体、液体与催化剂的混合物；通过储气罐14回收气体；通过排水池15存储液体与催化剂的混合物。
下面通过具体实例在说明本申请提供的轮胎热裂解催化剂的制备方法：
实施例1
S1：将催化剂1加入碱渣废液池2；催化剂1为二氧化锰，用量为6mg/L；催化剂的载体为二氯化钛。
S2：将碱渣废液池2中的废液通过第一预热器4及第二预热器5加热后，送入催化反应器10进行反应；反应过程中，将氧气罐6中氧气通过空气压缩机7加压后送入催化反应器10；反应过程中，氧气的注入量为碱渣废液的化学需氧量的2.5倍，催化反应器10内的温度为160℃，压力为2MPa；停留时间为2min。
S3：将催化反应器10排出的气液固混合物送入第二换热器11及第一换热器12进行热交换，获得降温的气液固混合物。
S4：将气液固混合物送入分离器13进行分离，获得气体、液体与催化剂1的混合物；通过储气罐14回收气体；通过排水池15存储液体与催化剂1的混合物。
实施例2
S1：将催化剂1加入碱渣废液池2；催化剂1为二氧化锰，用量为7mg/L；催化剂1的载体为二氯化钛。
S2：将碱渣废液池2中的废液通过第一预热器4及第二预热器5加热后，送入催化反应器10进行反应；反应过程中，将氧气罐6中氧气通过空气压缩机7加压后送入催化反应器；反应过程中，氧气的注入量为碱渣废液的化学需氧量的2.8倍，催化反应器内的温度为180℃，压力为4MPa；停留时间为5min。
S3：将催化反应器排出的气液固混合物送入第二换热器11及第一换热器12进行热交换，获得降温的气液固混合物。
S4：将气液固混合物送入分离器13进行分离，获得气体、液体与催化剂的混合物；通过储气罐14回收气体；通过排水池15存储液体与催化剂1的混合物。
实施例3
S1：将催化剂1加入碱渣废液池2；催化剂1为二氧化锰，用量为9mg/L；催化剂1的载体为二氯化钛。
S2：将碱渣废液池2中的废液通过第一预热器4及第二预热器5加热后，送入催化反应器10进行反应；反应过程中，将氧气罐6中氧气通过空气压缩机7加压后送入催化反应器；反应过程中，所述氧气的注入量为所述碱渣废液的化学需氧量的3倍，催化反应器内的温度为220℃，压力为15MPa；停留时间为0.5min。
S3：将催化反应器排出的气液固混合物送入第二换热器11及第一换热器12进行热交换，获得降温的气液固混合物。
S4：将气液固混合物送入分离器13进行分离，获得气体、液体与催化剂的混合物；通过储气罐14回收气体；通过排水池15存储液体与催化剂的混合物。
实施例4
S1：将催化剂1加入碱渣废液池2；催化剂为二氧化锰，用量为14mg/L；催化剂的载体为二氯化钛。
S2：将碱渣废液池中的废液通过第一预热器4及第二预热器5加热后，送入催化反应器10进行反应；反应过程中，将氧气罐6中氧气通过空气压缩机7加压后送入催化反应器；反应过程中，所述氧气的注入量为所述碱渣废液的化学需氧量的2.5倍，催化反应器内的温度为240℃，压力为5MPa；停留时间为15min。
S3：将催化反应器排出的气液固混合物送入第二换热器11及第一换热器12进行热交换，获得降温的气液固混合物。
S4：将气液固混合物送入分离器13进行分离，获得气体、液体与催化剂的混合物；通过储气罐14回收气体；通过排水池15存储液体与催化剂的混合物。
实施例5
S1：将催化剂1加入碱渣废液池2；催化剂为二氧化锰，用量为12mg/L；催化剂的载体为二氯化钛。
S2：将碱渣废液池中的废液通过第一预热器4及第二预热器5加热后，送入催化反应器进行反应；反应过程中，将氧气罐6中氧气通过空气压缩机7加压后送入催化反应器10；反应过程中，所述氧气的注入量为所述碱渣废液的化学需氧量的2.5倍，催化反应器内的温度为200℃，压力为12MPa；停留时间为10min。
S3：将催化反应器排出的气液固混合物送入第二换热器11及第一换热器12进行热交换，获得降温的气液固混合物。
S4：将气液固混合物送入分离器13进行分离，获得气体、液体与催化剂的混合物；通过储气罐14回收气体；通过排水池15存储液体与催化剂的混合物。
上述五个实施例中，催化反应器中迅速发生氧化反应，有效降解高浓度碱渣废液中的酚、有机物和硫化物，转化为无害的CO2、H2O和无机盐，反应速度快，产物无二次污染。
本发明提供的基于余热利用的碱渣废液催化处理方法采用氧气作为反应的氧化剂，在催化反应器中迅速发生氧化反应，降解高浓度碱渣废液中的酚、有机物和硫化物，转化为无害的CO2、H2O和无机盐，产物无二次污染。采用二氧化锰作为催化剂，催化剂稳定性好，易于回收再利用。通过将反应后排液的余热对碱渣废液进行预加热，提高了催化反应器的进液温度，实现了热能资源循环利用。通过合理控制反应过程中的温度和压力，有效提高了反应速度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于余热利用的碱渣废液催化处理方法，通过碱渣废液催化处理装置实现，其特征在于，
所述催化处理装置包括：
碱渣废液池，用于存储所述碱渣废液；
催化反应器，与所述碱渣废液池通过管道连接，用于所述碱渣废液的催化反应；
第一预热器，设置在所述碱渣废液池与所述催化反应器之间，以预热所述碱渣废液；
氧气罐，与所述催化反应器通过气管连接，以输送氧气到所述催化反应器；
分离器，与所述催化反应器连接，用于分离反应后的气液固混合物；
第一换热器，设置在所述催化反应器与所述分离器之间，以吸收反应后所述气液固混合物的热量；所述第一换热器紧贴所述第一预热器设置，以进行热交换；
排水池，与所述分离器的液体出口连接，用于存储反应后的固液混合物；
所述碱渣废液催化处理装置还包括：
第二预热器，设置在所述第一预热器与所述催化反应器之间；
第二换热器，设置在所述第一换热器与所述催化反应器之间；
所述第二换热器紧贴所述第二预热器设置，且所述第二换热器与所述第二预热器之间设置导电性能好的碳纤维层；
所述催化反应器与所述碱渣废液池之间的管道上设置高压泵，所述高压泵将所述碱渣废液泵入所述催化反应器；
所述催化反应器内设置温度控制部件及压力控制部件；
所述第一换热器与所述第一预热器之间设置导电性能好的碳纤维层；
所述分离器的气体出口与储气罐连接，用于回收反应后的气体；
所述氧气罐与所述催化反应器之间的气管上设置空气压缩机；
所述空气压缩机将所述氧气加压后输送到所述催化反应器；
所述碱渣废液催化处理方法包括以下步骤：
将催化剂加入碱渣废液池；
将碱渣废液池中的废液通过第一预热器及第二预热器加热后，送入催化反应器进行反应；反应过程中，将氧气罐中氧气通过空气压缩机加压后送入所述催化反应器；
将所述催化反应器排出的气液固混合物送入第二换热器及第一换热器进行热交换，获得降温的所述气液固混合物；
将所述气液固混合物送入分离器进行分离，获得气体、液体与催化剂的混合物；通过储气罐回收所述气体；通过排水池存储所述液体与催化剂的混合物；
所述催化剂为二氧化锰，用量为5mg/L~15mg/L；
所述催化剂的载体为二氯化钛；
反应过程中，所述催化反应器内的温度为150~160℃，压力为1~20MPa；
停留时间为0.1~0.5min。
2.如权利要求1所述的碱渣废液催化处理方法，其特征在于，
所述反应过程中，所述氧气的注入量为所述碱渣废液的化学需氧量的2~4倍。
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