CN110372084A - 一种超临界水氧化系统回收co2的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机废水处理资源化利用领域，具体提供一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法，包括以下步骤：(1)废水经超临界水氧化装置反应器处理后，出口物料降温降压，使得出水降温至35‑95℃，降压至10‑18MPa；(2)物料进入暂存罐，待注满液体后，打开暂存罐CO₂收集口上的减压阀，溶解于水中的CO₂以气体形式从水中溢出，经捕沫器除液滴和干燥器干燥后，进入CO₂收集器收集。本发明通过对超临界水氧化装置反应器出口物料进行一定的降温降压，同时保持超临界CO₂的温度压力，进而实现CO₂与O₂、N₂以及水的分离，回收CO₂；同时该方法降低了所排出的O₂、N₂中夹杂的CO₂量。本发明显著提高了系统运行的经济性，可广泛应用于连续运行的超临界水氧化处理有机废物的系统中。

Description

一种超临界水氧化系统回收CO2的方法

技术领域

本发明涉及有机废水处理资源化利用领域，特别涉及一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法。

背景技术

超临界水氧化技术(SCWO)是一种新型高效的高难工业有机污染物的处理技术。水在超临界条件下(T＞374.15℃，P＞22.12MPa)兼具气体和液体的性质，具有类似液体的密度、溶解能力和良好的流动性，是一种非极性溶剂，同时又具有类似气体的扩散系数和低黏度。在超临界状态下，有机物、氧化剂和水形成均一的相，克服了相间的物质传输阻力，使原本发生在液相或固相有机物和气相氧气之间的多相反应转化在单相中进行，同时高温高压又大大提高了有机物的氧化速率，因而能在数秒内就能对有机成分产生极高的破坏率，反应完全彻底，最终将有机污染物分解为水、CO₂、N₂和无机盐。

高难工业有机污染物废水及污泥含有大量的有机污染物，这些废液中化学需氧量(COD)通常高于50000mg/L，废液经高压泵输送至超临界水氧化装置中进行超临界水氧化处理，处理后的物料经降压器、气液分离器等部件后，降温降压至30～50℃、常压，分离为液体部分和气体部分，液体为COD＜50mg/L的含盐水，气体含有CO₂、N₂和氧气，可直接外排。利用一个50t/d的超临界水氧化装置将此类废水处理，每天将排放高于2.5t的CO₂。在全球气候变暖的今天，CO₂的排放问题已经引起了国际社会的极大关注，抑制温室效应气体CO₂的排放已成为一种全球性的解决方案；另外，CO₂气体作为工业生产中的常用原料，具有很高的应用价值，如在降雨剂、驱油剂、保鲜剂、制冷剂、气雾剂、彭化剂、合成化肥、碳酸饮料等方面均有应用。回收CO₂不仅可以保护我们赖以生存的环境，而且可以将其应用于工业生产，增加企业效益。超临界CO₂是指温度高于临界温度Tc＝31.26℃、压力高于Pc＝7.29MPa的CO₂。在超临界状态下，CO₂密度近于液体，粘度近与气体，扩散系数为液体的100倍，对多数有机物具有良好的溶解能力，现已用于萃取、分离、清洗、包覆、反应等方面，在医药、化工、食品、轻工、环保等行业的应用成果不断问世，因此回收超临界CO₂具有重要意义。

在目前国内外超临界水氧化系统中，关于二氧化碳回收方法的报道很少。国内仅有“超临界水氧化系统中过量氧回用及二氧化碳回收方法”(专利号CN 201210120137.1)的报道，该方法通过换热对O₂和CO₂混合气体冷却，控制温度低于CO₂液化界温度，使CO₂液化来实现O₂与CO₂的分离，进而回收CO₂。该方法需提供冷凝器等冷却机组继续对气体进行冷却处理，直至CO₂的液化点以下，能耗较高；并且该种方法需建立O₂与CO₂的分离塔，分离塔结构复杂。对于超临界水氧化系统回收超临界CO₂的专利还未见报道。

发明内容

本发明针对连续运行的超临界水氧化系统运行中产生的CO₂问题，提出了一种在反应器外实现CO₂回收的方法。该方法通过对超临界反应器出口物料进行一定的降温降压，同时保持超临界CO₂的温度压力，利用CO₂、O₂和N₂与水的作用机理不同，回收超临界CO₂。相同压力下，CO₂在水中生成碳酸，而O₂和N₂在水中的溶解依靠分子之间存在的色散力和诱导力两种作用力，又以色散力为主导，因此使得三种气体在水中的溶解度不同，CO₂在水中的溶解度相对于氮气和氧气大很多，进而实现CO₂与O₂、N₂以及水的分离。

本发明主要通过以下技术方案予以实现。

一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)废水经超临界水氧化装置反应器处理后，反应器出口物料依次进入冷却器和降压器进行降温降压处理，使得降压器出水降温至35-95℃，压力降至10-18MPa。

(2)降温降压后的物料进入暂存罐，进行超临界CO₂的分离与收集。

上述方法中，所述的暂存罐为两个，一个用于接收来自降压器下出口的物料，另外一个用于CO₂和水的分离，交互运行。

所述的暂存罐由主体、进料口、排气口、CO₂收集口、液体外排口及液位计组成；分离超临界CO₂的具体步骤为：暂存罐中的液位计显示暂存罐内注满液体后，停止向此罐注入物料，关闭排气口、进料口阀门，开始向另外一个暂存罐中注入物料。已经注满的暂存罐开始进行超临界CO₂的收集，该暂存罐的CO₂收集口经过捕沫器、干燥器与超临界CO₂收集器相连接。超临界CO₂收集器在使用前为常压容器，开始收集时，打开暂存罐上CO₂收集口上的减压阀，溶解于水中的CO₂以气体形式从水中溢出，利用压力差，CO₂气体经捕沫器除液滴、干燥器干燥后，进入CO₂收集器，收集器中的压力达到8MPa时停止收集，更换收集器。

所述的超临界CO₂收集器为保温保压装置，耐压大于18MPa。

所述降压器、暂存罐均通过外部加热装置保温40℃以上。

所述的暂存罐与超临界CO₂收集器之间设置干燥器，用于干燥进入CO₂收集器的气体。

所述的暂存罐由主体、进料口、排气口、CO₂收集口、液体外排口组成，进料口设置在主体顶端，排气口和CO₂收集口分别设置在顶端两侧，液体外排口设置在主体底部，暂存罐的CO₂收集口经过捕沫器、干燥器与超临界CO₂收集器相连接，同时主体内还设置有液位计。

本发明通过对超临界水氧化装置反应器出口物料进行一定的降温降压，同时保持超临界CO₂的温度压力，进而实现CO₂与O₂、N₂以及水的分离，回收超临界CO₂，回收的CO₂可广泛应用于采油、土壤修复、工业萃取等各个领域；同时该方法大大降低了所排出的O₂、N₂中夹杂的CO₂的量，有利于超临界水氧化系统对排出的O₂的回收利用。本发明显著提高了系统运行的经济性，可广泛应用于连续运行的超临界水氧化处理有机废物的系统中。

附图说明

图1为本发明方法的流程1示意图。

图2为本发明暂存罐的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及发明人给出的一个具体实施例对本发明作进一步详细说明。

SCWO装置由SCWO反应器、冷却器、降压器、暂存罐及泵、加热炉、伴热带、温度压力传感器等部件组成，在处理物料前，启动SCWO装置，首先在SCWO装置中注入空气，调整装置压力，使得反应器、冷却器达到25MPa，降压器、暂存罐中达到16MPa；然后向装置中注入清水，启动加热装置，反应器中温度达到600℃，冷却器、降压器、暂存罐中均达到40℃后，装置启动完成。以O₂为氧化剂，将COD为80000mg/L的物料泵送进入SCWO装置进行处理，整个处理过程中，装置各部件的温度、压力保持启动完成时的温度、压力。物料经该装置的反应器处理完成后，在超临界水氧化装置降压器排气口检测气体成分，显示CO₂含量为9.88％，O₂含量为81.4％，N₂含量为8.72％，利用差减法计算，气相中无其他气体；检测暂存罐中的液体所溶解的气体，显示CO₂含量为126.72g/L，O₂含量为1.17g/L，N₂含量为0.028g/L。

反应器出口出料先进入冷却器降温至40℃，此时冷却器出水温度低于相应压力下的水汽化温度，保证水气的有效分离。降温后的出料进入降压器中降压至16MPa，此处为达到降压效果，有部分气体外排，降压后的物料从降压器进入暂存罐。暂存罐分为两个，两个交互运行。降压器下出口物料先注入其中一个暂存罐，由暂存罐进料口注入，此时暂存罐的进料口阀门打开，液体外排口和CO₂收集口阀门处于关闭状态，排气口处设置背压阀，保持暂存罐在进料过程中为16MPa。待暂存罐中的液位计显示暂存罐内注满液体后，停止向此罐注入物料，关闭排气口、进料口阀门，开始向另外一个暂存罐中注入物料。已经注满的暂存罐开始进行超临界CO₂的收集，该暂存罐的CO₂收集口经过捕沫器、干燥器与超临界CO₂收集器相连接。CO₂收集器具有保温、耐压的作用，满足超临界CO₂的收集、储存要求。超临界CO₂收集器在使用前为常压容器，开始收集时，打开暂存罐上CO₂收集口上的减压阀，溶解于水中的CO₂以气体形式从水中溢出，利用压力差，CO₂气体经捕沫器除液滴、干燥器干燥后，进入CO₂收集器，收集器中的压力达到8MPa时停止收集，更换收集器。如果暂存罐中所释放出的气体压力≤4MPa，则停止收集此罐中的CO₂气体，关闭CO₂收集口减压阀，打开液体外排口阀门，液体从暂存罐下部排出，关闭液体外排口阀门，从进料口注入空气，达到40℃、16MPa，等待下一次使用；收集了部分CO₂(气体压力未达到8MPa)的收集器，继续使用，收集CO₂至压力达到8MPa为止。

该实施例回收的超临界CO₂温度约35℃、压力8MPa，纯度≥98％，可直接应用于石油开采、土壤修复等用途。

通过本发明的装置及处理方法，可以实现CO₂与O₂、N₂以及水的分离，回收CO₂；同时该方法大大降低了所排出的O₂、N₂中夹杂的CO₂的量，有利于超临界水氧化系统对排出的O₂的回收利用。该方法不需要建设复杂的塔结构，工艺简单，且能耗低，经济性突出。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)废水经超临界水氧化装置反应器处理后，反应器出口物料依次进入冷却器和降压器进行降温降压处理，使得降压器出水降温至35-95℃，降压至10-18MPa。

(2)降温降压后的物料进入暂存罐，待注满液体后，进行CO₂的分离与收集。

2.如权利要求1所述的一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法，其特征在于：所述的暂存罐由主体、进料口、排气口、CO₂收集口、液体外排口组成，暂存罐的CO₂收集口经过捕沫器、干燥器与超临界CO₂收集器相连接；分离CO₂的具体步骤为：暂存罐中的液位计显示暂存罐内注满液体后，停止向此罐注入物料，关闭排气口、进料口阀门，开始向另外一个暂存罐中注入物料；已经注满的暂存罐开始进行超临界CO₂的收集，超临界CO₂收集器在使用前为常压容器，开始收集时，打开暂存罐上CO₂收集口上的减压阀，溶解于水中的CO₂以气体形式从水中溢出，利用压力差，CO₂气体经捕沫器除液滴、干燥器干燥后，进入CO₂收集器，收集器中的压力达到8MPa时停止收集，更换收集器。

3.如权利要求2所述的一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法，其特征在于：所述的超临界CO₂收集器为保温保压装置，耐压大于18 MPa。

4.如权利要求1或2所述一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法，其特征在于：所述暂存罐设置两个，一个用于接收降压器出料，另外一个用于超临界CO₂的分离，交互运行。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种超临界水氧化系统回收CO₂的方法所使用的暂存罐，其特征在于：所述的暂存罐由主体、进料口、排气口、CO₂收集口、液体外排口组成，进料口设置在主体顶端，排气口和CO₂收集口和分别设置在顶端两侧，液体外排口设置在主体底部，暂存罐的CO₂收集口经过捕沫器、干燥器与超临界CO₂收集器相连接，同时主体内还设置有液位计。