CN110529211B - 一种高温湿式催化氧化动能回收系统及方法 - Google Patents
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Abstract
为克服现有高温湿式催化氧化工艺中存在空气压缩耗能高以及废气排放能量浪费的问题，本发明提供了一种高温湿式催化氧化动能回收系统，包括催化氧化塔、高压气液分离罐、涡轮膨胀机和螺杆式空压机，所述催化氧化塔排出的高压气液混合物导入所述高压气液分离罐，所述高压气液分离罐导出的高压气体导入所述涡轮膨胀机；所述涡轮膨胀机，用于驱动所述螺杆式空压机；所述螺杆式空压机，用于对所述催化氧化塔的进气进行预压缩增压。同时，本发明还公开了一种高温湿式催化氧化动能回收方法。本发明提供的高温湿式催化氧化动能回收系统极大减少了所述对催化氧化塔进气压缩所需的耗能，实现了高温湿式催化氧化系统中气相动能的回收。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种高温湿式催化氧化动能回收系统及方法。
背景技术
在高温湿式催化氧化工艺中，被处理的废水需保持最高达280℃的高温过热水状态，要维持这种状态，需要将系统压力维持在6Mpa以上，高温湿式催化氧化的基本原理是用空气作为供氧源，利用空气中的氧在高温和催化条件下降解有机物和削减COD。空气需要预先加压到6Mpa以上才能输入到氧化塔内，氧化塔消耗绝大部分氧后形成的尾气又要排出高温湿式催化氧化系统，空压机是基本配置，在高温湿式催化氧化系统中，运行成本主要是电力消耗，而空气压缩机压缩空气产生的电耗占整个高温湿式氧化工艺能耗总成本的80％。现有的高温湿式催化氧化装置最终是需要将系统压力降低到常压，氧化液和尾气才能排出系统，目前采用的是多级高压降压阀“硬”减压的方式降压，大量动能没有得到回收，形成能量的浪费。
发明内容
针对现有高温湿式催化氧化工艺中存在空气压缩耗能高以及废气排放能量浪费的问题，本发明提供了一种高温湿式催化氧化动能回收系统及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，本发明一实施例提供了一种高温湿式催化氧化动能回收系统，包括催化氧化塔、高压气液分离罐、涡轮膨胀机和螺杆式空压机，所述催化氧化塔排出的高压气液混合物导入所述高压气液分离罐，所述高压气液分离罐导出的高压气体导入所述涡轮膨胀机；
所述涡轮膨胀机，用于驱动所述螺杆式空压机；
所述螺杆式空压机，用于对所述催化氧化塔的进气进行预压缩增压。
根据本发明提供的高温湿式催化氧化动能回收系统，由催化氧化塔排出的高压气液混合物先通过高压气液分离罐进行气液分离，分离后的高压气体经涡轮膨胀机进行减压，在高压气体减压的过程中能够驱动所述涡轮膨胀机中的涡轮转动，从而可通过所述涡轮膨胀机对所述螺杆式空压机做功，所述螺杆式空压机再对催化氧化塔的进气进行压缩增压，极大减少了所述对催化氧化塔进气压缩所需的耗能，实现了高温湿式催化氧化系统中气相动能的回收。
可选地，所述涡轮膨胀机的涡轮与所述螺杆式空压机的转子之间设置有联轴节相互传动。
可选地，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括空气换热器，所述空气换热器用于所述高压气液分离罐导出的高压气体和所述催化氧化塔的进气之间的换热。
可选地，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括二级空压机；
所述二级空压机设置于所述螺杆式空压机与所述催化氧化塔之间，用于对所述螺杆式空压机加压过的气体进行二次加压并供给所述催化氧化塔的进气。
可选地，所述高压气液分离罐的出气处设置有用于稳定气压输出的气相控压阀，所述涡轮膨胀机的出气端连接有尾气洗涤塔。
可选地，所述二级空压机为活塞式压缩机，所述二级空压机设置有变频电机驱动，所述二级空压机的进气端设置有气压检测装置。
可选地，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括一级换热器、二级换热器和三级换热器，所述高压气液分离罐排出的高温液体依次流过所述三级换热器、所述二级换热器和所述一级换热器；所述催化氧化塔的进液依次流过所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器。
可选地，所述三级换热器与所述催化氧化塔之间设置有补偿加热装置，所述补偿加热装置连接有一热油系统，所述热油系统用于供给所述补偿加热装置中加热用的导热油。
可选地，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括闪蒸罐和脱盐模块，所述高压气液分离罐排出的高温液体流经所述一级换热器后导入所述闪蒸罐中，所述闪蒸罐连接所述脱盐模块，所述脱盐模块用于所述闪蒸罐导出液的脱盐处理。
另一方面，本发明一实施例提供了一种高温湿式催化氧化动能回收方法，包括以下步骤：
往催化氧化塔中通入高浓度含盐有机废水和空气，利用湿式催化氧化法将高浓度含盐有机废水中的有机物进行降解和COD去除，同时有机物降解过程产生热量和气体，由催化氧化塔导出高压气液混合物；
将高压气液混合物在高压下进行高压气液分离；
高压气液分离后的高压气体用于驱动涡轮膨胀机的涡轮转动，涡轮膨胀机的涡轮驱动螺杆式空压机的螺杆转动，通过涡轮驱动螺杆式空压机对通入催化氧化塔的空气进行预压缩增压。
附图说明
图1是本发明提供的高温湿式催化氧化动能回收系统的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明一实施例公开了一种高温湿式催化氧化动能回收系统，包括催化氧化塔、高压气液分离罐、涡轮膨胀机和螺杆式空压机，所述催化氧化塔排出的高压气液混合物导入所述高压气液分离罐，所述高压气液分离罐导出的高压气体导入所述涡轮膨胀机；
所述涡轮膨胀机，用于驱动所述螺杆式空压机；
所述螺杆式空压机，用于对所述催化氧化塔的进气进行预压缩增压。
根据本发明提供的高温湿式催化氧化动能回收系统，由催化氧化塔排出的高压气液混合物先通过高压气液分离罐进行气液分离，分离后的高压气体经涡轮膨胀机进行减压，在高压气体减压的过程中能够驱动所述涡轮膨胀机中的涡轮转动，从而可通过所述涡轮膨胀机对所述螺杆式空压机做功，所述螺杆式空压机再对催化氧化塔的进气进行压缩增压，极大减少了所述对催化氧化塔进气压缩所需的耗能，实现了高温湿式催化氧化系统中气相动能的回收。
螺杆式空压机是一种空气压缩机，有双螺杆与单螺杆两种。
在一实施例中，所述螺杆式空压机优选采用双螺杆式空压机。
在一实施例中，所述涡轮膨胀机的涡轮与所述螺杆式空压机的转子之间设置有联轴节相互传动。由所述涡轮膨胀机的涡轮直接驱动所述螺杆式空压机的转子转动。
需要说明的是，在其他实施例中，所述涡轮膨胀机的涡轮与所述螺杆式空压机的转子之间也可设置其他传动件进行直接或间接地传动，其目的是利用所述涡轮膨胀机产生的动能为所述螺杆式空压机进行供能，故其他的传动方式也应包括在本发明的保护范围之内，具体的，根据所述涡轮膨胀机和所述螺杆式空压机的设置距离，可采用齿轮啮合传动、链条齿轮传动、蜗杆蜗轮传动等传动方式。
在一实施例中，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括空气换热器，所述空气换热器用于所述高压气液分离罐导出的高压气体和所述催化氧化塔的进气之间的换热。
具体的，所述空气换热器具有可相互换热第一换热腔和第二换热腔，所述第一换热腔和所述第二换热腔可采用管程和壳程的形式进行换热，所述高压气液分离罐导出的高压气体流经所述第一换热腔，所述催化氧化塔的进气流经所述第二换热腔。
通过上述设置，一方面能够降低所述高压气液分离罐导出的高压气体温度，减小后续尾气处理难度；另一方面能够提升所述催化氧化塔的进气温度，降低耗能。
在更优选的实施例中，所述空气换热器位于所述高压气液分离罐和所述涡轮膨胀机之间，所述高压气液分离罐导出的高压气体先经过所述空气换热器换热后，再进入所述涡轮膨胀机膨胀降压。
在一实施例中，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括二级空压机。
所述二级空压机设置于所述螺杆式空压机与所述催化氧化塔之间，用于对所述螺杆式空压机加压过的气体进行二次加压并供给所述催化氧化塔的进气。
所述螺杆式空压机对所述催化氧化塔的进气进行预压缩增压，所述二级空压机用于对所述催化氧化塔的进气进行二次增压，以使所述催化氧化塔的进气压力达到6Mpa，以满足高温湿式氧化的要求。
在一实施例中，为了保证进入所述涡轮膨胀机的高压气体的气压稳定性，从而保证所述涡轮膨胀机的输出稳定性，所述高压气液分离罐的出气处设置有用于稳定气压输出的气相控压阀。所述气相控压阀能够在计算机控制下通过调节阀门开度以控制所述高压气液分离罐的气相压力稳定到设定值。
高压气体驱动所述涡轮膨胀机的涡轮转动的同时，气体压力减小，输出气体为常压或低压，所述涡轮膨胀机的出气端连接有尾气洗涤塔，所述尾气洗涤塔用于对所述涡轮膨胀机排出的尾气进行无害化处理，将其中的有害气体通过物理或化学反应的方式除去。
在一实施例中，所述二级空压机为活塞式压缩机，所述二级空压机设置有变频电机驱动，所述二级空压机的进气端设置有气压检测装置。
由所述气压检测装置检测所述二级空压机进气端的气压，即检测所述螺杆式空压机增压后的气体气压，从而根据所述二级空压机进气端的气压和所述催化氧化塔的进气压力要求，得到所述二级空压机的加压量，进而可通过计算机输出自动控制所述变频电机的加载频率，保持所述二级空压机输出气体的压力稳定。
在一实施例中，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括一级换热器、二级换热器和三级换热器，所述高压气液分离罐排出的高温液体依次流过所述三级换热器、所述二级换热器和所述一级换热器；所述催化氧化塔的进液依次流过所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器。
所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器均具有可相互换热的壳程和管程，所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器的壳程依次串联，所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器的管程依次串联，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括废水池和高压泵，由所述高压泵驱动，使所述废水池中的高浓度含盐有机废水依次流经所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器的壳程后，导入所述催化氧化塔中，所述高压气液分离罐导出的高温液体依次流经所述三级换热器、所述二级换热器和所述一级换热器的管程。
通过所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器对所述高压气液分离罐的出液进行降温，使其控制在110℃～150℃之间，废水的温度太低则会影响后续的闪蒸效果。同时所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器对所述催化氧化塔的进液进行加热，以提高催化氧化塔进液与固定床氧化反应器之间的反应活性，形成反应循环，维持催化氧化塔中高达200℃以上的温度，降低耗能。
在一实施例中，考虑到所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器存在难以控制出液温度的问题以及存在无法将所述催化氧化塔进液加热至所需温度的情况，所述三级换热器与所述催化氧化塔之间设置有补偿加热装置，所述补偿加热装置连接有一热油系统，所述热油系统用于供给所述补偿加热装置中加热用的导热油。
当所述三级换热器加热后的废水温度存在波动或是达不到所述催化氧化塔的进液温度要求时，通过所述补偿加热装置对所述催化氧化塔的进液进行补偿加热，以使所述催化氧化塔的进液温度稳定在一定范围内，提高高温湿式氧化效果。
在一实施例中，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括闪蒸罐和脱盐模块，所述高压气液分离罐排出的高温液体流经所述一级换热器后导入所述闪蒸罐中，所述闪蒸罐连接所述脱盐模块，所述脱盐模块用于所述闪蒸罐导出液的脱盐处理。
在所述闪蒸罐中，由所述一级换热器导出的过热废水进入所述闪蒸罐中，压力的降低使得过热废水在泄压下流的过程中产生闪蒸作用，蒸发的水蒸气由所述闪蒸罐顶部导出，在本实施例中，所述脱盐模块的加热介质为蒸汽，由所述闪蒸罐导出的水蒸气用作后续脱盐模块的加热介质，达到节能的目的；所述闪蒸罐中闪蒸后剩余的废水被浓缩，盐浓度提高，由所述闪蒸罐的底部导出，所述闪蒸罐的导出液引向所述脱盐模块进行蒸发脱盐处理。相对于现有的工艺，设置所述闪蒸罐能够利用所述一级换热器排出废水过热的特点，提高废水的蒸发量，起到分离水、提升废水中盐浓度的作用。
本发明另一实施例提供了一种高温湿式催化氧化动能回收方法，包括以下步骤：
往催化氧化塔中通入高浓度含盐有机废水和空气，利用湿式催化氧化法将高浓度含盐有机废水中的有机物进行降解和COD去除，同时有机物降解过程产生热量和气体，由催化氧化塔导出高压气液混合物；
将高压气液混合物在高压下进行高压气液分离；
高压气液分离后的高压气体用于驱动涡轮膨胀机的涡轮转动，涡轮膨胀机的涡轮驱动螺杆式空压机的螺杆转动，通过涡轮驱动螺杆式空压机对通入催化氧化塔的空气进行预压缩增压。
在一实施例中，经过所述螺杆式空压机预压缩增压的空气导入二级空压机进行二次加压，二次加压后的空气与高压气液分离导出的高压气体进行换热，提高所述催化氧化塔的进气温度和进气压力，同时降低高压气液分离导出的高压气体温度。
在一实施例中，高压气液分离导出的高压气体经过气相控压阀稳定压力后导入涡轮膨胀机做功并降压，由所述涡轮膨胀机降压后的尾气导入尾气洗涤塔进行无害化处理。
在一实施例中，检测所述二级空压机的进气压力，由计算机输出自动控制二级空压机中变频电机的加载频率，以保持所述二级空压机排出空气压力的稳定。
在一实施例中，所述催化氧化塔的进液和高压气液分离导出的高温液体进行换热，加热后的所述催化氧化塔的进液经过补偿加热后导入所述催化氧化塔中，降温后的高压气液分离导出的高温液体导入闪蒸罐中进行闪蒸操作，闪蒸后残留的导出液引至脱盐模块进行蒸发脱盐，闪蒸后产生的水蒸气导入脱盐模块作为加热介质。
以下通过具体实施例对本发明提供的技术方案进行说明：
以一套处理能力120t/d 6.5Mpa的高温湿式催化氧化装置为例，其空气压缩机配置总功率200KW。配置一级空压机，一级空压机为螺杆式空压机，压缩空气到1Mpa输送到二级空压机，二级空压机为活塞式压缩机，增压到6.5Mpa输出。一级空压机配置电机功率为100KW，二级空压机配置电机功率100KW。在未实施动能回收前，空压机两台电机24小时运行，每处理一吨水供氧电耗成本为36KWh。
实施动能回收后，一级空压机的电机关闭，采用上述高温湿式催化氧化动能回收系统，由涡轮膨胀机驱动一级空压机运行，压缩空气压力1.2Mpa，二级空压机电机加载频率自动调整到40HZ，输出压力6.5Mpa。二级空压机电机运行实际功率为72KW，吨水供氧电耗均摊为15KWH，节能58％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，包括催化氧化塔、高压气液分离罐、涡轮膨胀机和螺杆式空压机，所述催化氧化塔排出的高压气液混合物导入所述高压气液分离罐，所述高压气液分离罐导出的高压气体导入所述涡轮膨胀机；
所述涡轮膨胀机，用于驱动所述螺杆式空压机；
所述螺杆式空压机，用于对所述催化氧化塔的进气进行预压缩增压。
2.根据权利要求1所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述涡轮膨胀机的涡轮与所述螺杆式空压机的转子之间设置有联轴节相互传动。
3.根据权利要求1所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括空气换热器，所述空气换热器用于所述高压气液分离罐导出的高压气体和所述催化氧化塔的进气之间的换热。
4.根据权利要求1所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括二级空压机；
所述二级空压机设置于所述螺杆式空压机与所述催化氧化塔之间，用于对所述螺杆式空压机加压过的气体进行二次加压并供给所述催化氧化塔的进气。
5.根据权利要求1所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述高压气液分离罐的出气处设置有用于稳定气压输出的气相控压阀，所述涡轮膨胀机的出气端连接有尾气洗涤塔。
6.根据权利要求4所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述二级空压机为活塞式压缩机，所述二级空压机设置有变频电机驱动，所述二级空压机的进气端设置有气压检测装置。
7.根据权利要求1所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括一级换热器、二级换热器和三级换热器，所述高压气液分离罐排出的高温液体依次流过所述三级换热器、所述二级换热器和所述一级换热器；所述催化氧化塔的进液依次流过所述一级换热器、所述二级换热器和所述三级换热器。
8.根据权利要求7所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述三级换热器与所述催化氧化塔之间设置有补偿加热装置，所述补偿加热装置连接有一热油系统，所述热油系统用于供给所述补偿加热装置中加热用的导热油。
9.根据权利要求7所述的高温湿式催化氧化动能回收系统，其特征在于，所述高温湿式催化氧化动能回收系统还包括闪蒸罐和脱盐模块，所述高压气液分离罐排出的高温液体流经所述一级换热器后导入所述闪蒸罐中，所述闪蒸罐连接所述脱盐模块，所述脱盐模块用于所述闪蒸罐导出液的脱盐处理。
10.一种高温湿式催化氧化动能回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
往催化氧化塔中通入高浓度含盐有机废水和空气，利用湿式催化氧化法将高浓度含盐有机废水中的有机物进行降解和COD去除，同时有机物降解过程产生热量和气体，由催化氧化塔导出高压气液混合物；
将高压气液混合物在高压下进行高压气液分离；
高压气液分离后的高压气体用于驱动涡轮膨胀机的涡轮转动，涡轮膨胀机的涡轮驱动螺杆式空压机的螺杆转动，通过涡轮驱动螺杆式空压机对通入催化氧化塔的空气进行预压缩增压。
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