CN110862138A - 一种湿式氧化反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿式氧化反应系统，反应系统包括反应器、温度控制模块、进排气模块、进排水模块和集散控制模块；反应器本体包括反应罐和内循环气液混合单元，反应器内部液体流动方向为水平方向流动，气体流动方向为由下往上，与水平流动的液体垂直混合，气液混合单元与进排气模块分别独立控制；内循环气液混合单元包括用于将反应罐内液面上方的气体吸入并且输送到反应罐内液体里进行气液混合的气液混合装置、曝气管和曝气器；系统的优点是能够强化气液混合过程，各个模块独立控制，有利于氧化反应的进行，反应过程容易控制。

Description

一种湿式氧化反应系统

技术领域

本发明涉及氧化反应器领域，具体是一种湿式氧化反应系统。

背景技术

废水处理技术有生化处理法，高级氧化法和湿式氧化法，湿式氧化法是在温度为150-400度，压力为1.0Mpa-20.0Mpa压力条件下，在水中用氧气或者氧化剂将污染物分解成低毒或无毒物质的过程。湿式氧化是一种通用性很强的有机废水处理技术，适合处理多种类型的废水，是废水处理技术重要的组成部分，能够弥补生化处理技术以及高级氧化技术的许多不足。多种行业产生的高有机物浓度废水，垃圾渗滤液处理等，这些废水成分复杂，用传统的生化技术难以降解，使用高级氧化方法处理会带来效率低，成本高的问题。

湿式氧化技术发展最早始于20世纪五十年代，美国Zimpro公司首次将湿式氧化技术用于废水处理，US2903425A，其设计的系统主要特征是在并流鼓泡塔反应器内,料液进行轴向及径向混合,可用挡板调节混合情况。

Wetox技术发表于1970年，US3920548A,该系统采用储罐式反应器，并将储罐式反应器分成多个小室，每个小室内都有机械搅拌辅助气液混合和曝气装置，改善了氧气在废水中的传质过程。

德国拜尔公司发表的专利US4124505A中，设计的湿式氧化反应器使用了气体内循环气液混合装置独立控制气液混合过程，系统压力和进气流量由进气装置控制，反应器采用塔式结构，利用反应器内气体，经过气体循环泵，在塔底和液体混合后往塔顶流动，并在塔顶气液分离。

加拿大Kenox公司设计的湿式氧化反应系统，US4604215A，主反应器由内外两部分组成，废水和空气在反应器的底部混合后进入反应器，反应器底部设置有液体循环泵进行气液混合。

公开号为CN107140725A的中国专利，公开了一种具有填料床结构的湿式氧化反应器，反应器的下部设置有气液混合区，中部设置有填料床单元区，上部设置有气液分离区；气液混合区设置有加热装置，布液装置，布气装置；该湿式氧化反应器使气体可在较小的高度及空间内与废水充分混合，提高了气液之间传质的速率。

以往的这些技术，一般都是采用塔式结构的反应器，气体从下半部以加压方式进入反应塔，在塔底和液体混合后向塔顶流动，并在反应塔顶部气液分离，这样设计的缺点是气体和液体流动方向都是由下往上，混合不均匀。

大部分反应系统的气液混合过程、运行压力以及进气流量统一由进气装置控制，都以恒定压力进气，当废水有机物浓度和流量在变化，所需氧气量也发生变化，需要调整进气压力，这样不利于控制系统运行压力。

Wetox工艺采用卧式储罐式反应器，液体流动方向为水平流动，气体从反应器底部往上部流动，与水平流动的液体垂直混合，液体能够和气体多次混合，混合效果良好；Wetox工艺的缺点是气液混合过程、反应的压力以及进气的流量仍然由进气装置统一控制，氧化反应过程不易控制，反应器内部结构复杂，使用机械搅拌辅助气液混合容易泄露。

拜耳公司设计的反应系统，使用了气体内循环装置独立控制气液混合过程，反应系统压力和进气流量由进气装置独立控制，但采用了塔式反应器，气体和液体流动方向都是由下往上，这种同向气液混合方式往往会导致混合不充分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湿式氧化反应系统，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种湿式氧化反应系统，该氧化反应系统包括反应器、温度控制模块、进排气模块、进排水模块和集散控制模块，集散控制模块和反应器、温度控制模块、进排水模块、进排气模块依次电连接；所述集散控制模块用于对所有模块连接控制；反应器内部液体流动方向为水平方向流动，反应器内的气液混合方式为气体由下往上，与反应器内水平方向流动的液体垂直混合，液体能够和气体多次混合，同时反应器内设有独立控制的气液混合单元，与进排气模块分别独立控制。

通过采用上述技术方案：反应器能够强化气液传质和搅拌，气液混合单元独立于进排气系统，更加容易控制，温度控制模块能够采用导热油加热和冷却，用循环泵输送到反应罐夹套，对反应系统进行控温，进排气模块能够控制进气流量以及整个反应系统的运行压力，进排水模块能够控制进水流量和出水流量，同时和温度控制单元相结合，实现对反应系统的控温，集散控制模块能够用于对所有模块连接控制。

进一步设置：所述反应器本体包括反应罐和内循环气液混合单元，反应罐上设有用于注入废水的进水口、用于流出处理废水的出水口、用于吸入氧气的进气口和用于排出废气的排气口，反应罐靠近出水口的位置设有维修口，反应罐内设有夹套；所述内循环气液混合单元包括用于将反应罐内液面上方的气体吸入并且输送至反应罐内液体里进行气液混合的气液混合装置、曝气管和曝气器；曝气风机或溶气泵、曝气管和曝气器通过法兰连接，曝气风机或溶气泵的法兰与反应罐上的法兰通过螺丝连接，曝气管焊接在反应罐内壁上，曝气器通过螺纹连接在曝气管上。

通过采用上述技术方案：该装置能够利用反应罐内部气体进行气液混合，内循环气液混合单元能够将反应罐内液面上方的气体输送到反应罐内液体里，与水平流动的液体进行垂直混合，强化气液混合及传质过程，并将未反应的氧气再次利用；曝气风机能够反应罐内液面上方的气体吸入并且通过曝气管输送，通过曝气管输送到反应罐内液体里，然后在液体里的曝气器释放，从而与反应罐内的液体进行混合，采用溶气泵能够达到曝气风机一样的效果。

进一步设置：所述曝气风机或溶气泵采用电磁驱动，电磁驱动装置包括驱动电机、磁力耦合器内磁体、磁力耦合器外磁体和隔离罩，驱动电机和磁力耦合器与反应罐内部通过法兰连接，驱动电机和磁力耦合器外磁体放置于反应罐外部，和隔离罩一并固定在反应罐的法兰上。

通过采用上述技术方案：驱动电机能够对曝气装置起到驱动作用，避免由于使用机械搅拌引起机械密封泄露问题。

进一步设置：进水口和出水口与进排水模块电连接，夹套与温度控制模块电连接，进气口和排气口与进排气模块电连接。

通过采用上述技术方案：进排水模块能够控制进水口注入废水和控制排水口排出处理的废水，温度控制模块能够对夹套进行加热。

进一步设置：所述温度控制模块包括用于存放导热油的导热油储槽和用于将导热油输送到反应器中的循环泵，导热油储槽内部设有电加热管和水冷却盘管，循环泵上设有用于输送导热油的碳钢管道。

通过采用上述技术方案：导热油从储槽用循环泵通过碳钢管道输送到反应罐夹套进口，从夹套出口回流到储槽中，从而实现对反应罐进行控温。

进一步设置：所述进排气模块包含空压机、缓冲罐、止回阀、进气阀和排气阀，空压机、缓冲罐、止回阀、进气阀和排气阀通过管道连接，反应器远离缓冲罐、止回阀和进气阀的一侧设有放空阀，放空阀与反应罐通过法兰连接。

通过采用上述技术方案：空气或者氧气经空压机压缩后，通过管道输入缓冲罐，缓冲罐通过管道连接止回阀，进气阀，再通过管道输入反应罐，能够实现控制进气流量以及整个反应系统的运行压力。

进一步设置：所述进排水模块包括高压计量泵、换热器、止回阀、排水阀和气液分离器，高压计量泵、换热器、止回阀、排水阀和气液分离器通过管道连接。

通过采用上述技术方案：废水由高压计量泵经管道连接止回阀，再连接到换热器的加热面，预热后，用管道连接到反应罐进水口进入反应罐内，废水在反应罐和氧气反应，反应后的废水从反应罐另一侧的出水口，经管道输送到换热器的冷却面，然后经排水阀排放到汽水分离器，经过汽水分离后，废水排出反应系统，通过控制进水流量和出水流量，同时和温度控制单元相结合，实现对反应系统的控温。

进一步设置：所述气液混合装置包括曝气风机和溶气泵。

通过采用上述技术方案：曝气风机和溶气泵都能够将反应罐内液面上方气体输送到反应罐内液体里进行气液混合。

进一步设置：所述反应罐的宽度和高度比为1/5-100/1。

进一步设置：所述反应器的数量为一个或者多个，相互之间串联。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明应用于处理有机或者无机废水，同时也可以生产通过液相氧化反应得到的有机化合物；反应器内的液体流动方向为水平移动，气体流动方向由下向上，气体和液体以垂直方向混合，这种混合方式带来良好的气液混合效果，同时反应系统的气液混合单元与进排气模块分别独立控制，进排气模块专门控制反应系统的运行压力，不参与气液混合，有利于反应系统的平稳运行；内循环气液混合单元能够将反应罐内液面上方的气体输送至反应罐内液体里，与液体进行混合，能够将未反应的氧气再次利用；反应系统的几个模块独立控制，有利于设备的模块化制造；由于反应器内液体水平流动的结构特点，能够在水平方向串联多个反应器，增加反应系统的处理能力。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种湿式氧化反应系统的系统流程示意图；

图2为本发明一种氧化反应系统的模块示意图；

图3为本发明一种氧化反应系统的反应器示意图。

图中，1、反应罐；2、进水口；3、出水口；4、夹套；5、排气口；6、进气口；7、维修口；8、曝气风机；9、曝气器；10、曝气管；11、溶气泵；12、循环泵；13、储槽；14、气液分离器；15、换热器；16、进水阀；17、高压计量泵；18、排水阀；19、排气阀；20、进气阀；21、缓冲罐；22、空压机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，一种湿式氧化反应系统。

实施例1:如图2所示，一种湿式氧化反应系统，该氧化反应系统包括一个或者串联的多个反应器、温度控制模块、进排气模块、进排水模块和集散控制模块，温度控制模块、进排气模块、进排水模块、反应器和集散控制模块电连接；所述集散控制模块用于对所有模块连接控制，反应器中的气液混合单元能够强化气液传质和搅拌，独立于进排气系统，更加容易控制，温度控制模块能够采用导热油加热和冷却，用循环泵输送到反应罐夹套，对反应系统进行控温，进排气模块能够控制进气流量以及整个反应系统的运行压力，进排水模块能够控制进水流量和出水流量，同时和温度控制单元相结合，实现对反应系统的控温，集散控制模块能够对所有模块连接控制。

如图1所示：反应器本体包括反应罐1和内循环气液混合单元，反应罐1上设有用于注入废水的进水口2、用于流出处理废水的出水口3、用于吸入氧气的进气口6和用于排出废气的排气口5，进水口和出水口与进排水模块电连接，进气口和排气口与进排气模块电连接。进排水模块能够控制进水口注入废水和控制排水口排出处理的废水。

反应罐1靠近出水口3的位置设有维修口7，反应罐1靠近地面的一侧设有夹套4；夹套与温度控制模块电连接，温度控制模块能够对夹套进行加热。

反应罐1内部设有若干个隔板，隔板焊接在反应罐1内部，反应罐1的宽度和高度比为1/5-100/1，反应罐1采用储罐式结构，储罐式结构设备维护零配件更换都很方便，气体流动方向由下向上，液体流动是水平流动，气体和液体以垂直方向混合，这种结构带来更好的气液混合效果。

所述内循环气液混合单元包括用于将反应罐1内液面上方的气体吸入并且输送至反应罐1内液体里进行气液混合的气液混合装置、曝气管10和曝气器9；曝气风机8、曝气管10和曝气器9通过法兰连接，曝气风机的法兰与反应罐1上的法兰通过螺丝连接，曝气管10焊接在反应罐1内壁上，曝气器9通过螺纹连接在曝气管10上。

曝气风机8采用电磁驱动，电磁驱动装置包括驱动电机、磁力耦合器内磁体、磁力耦合器外磁体和隔离罩，驱动电机和磁力耦合器与反应罐1内部通过法兰连接，驱动电机和磁力耦合器外磁体放置于反应罐外部，和隔离罩一并固定在反应罐的法兰上。

如图1、图2所示，温度控制模块包括用于存放导热油的导热油储槽13和用于将导热油输送到反应罐1内部夹套4中的循环泵12，导热油储槽13内部设有电加热管和水冷却盘管，循环泵12上设有用于输送导热油的碳钢管道；导热油从储槽13用循环泵12通过碳钢管道输送到反应罐1夹套4进口，从夹套4出口回流到储槽13中，从而实现对反应罐1进行控温。

进排气模块包含空压机22、缓冲罐21、止回阀、进气阀20和排气阀19，空压机22、缓冲罐21、止回阀、进气阀20和排气阀19通过管道连接，反应罐1远离缓冲罐21、止回阀和进气阀20的一侧设有放空阀，放空阀与反应罐1通过法兰连接；空气或者氧气经空压机22压缩后，通过管道输入缓冲罐21，缓冲罐21通过管道连接止回阀，进气阀20，进气阀20止回阀与进气口6和排气口5相连接，止回阀，进气阀20将压缩的空气通过管道输入反应罐1，能够实现控制进气流量以及整个反应系统的运行压力。

进排水模块包括高压计量泵17、换热器15、止回阀、排水阀18和气液分离器14，高压计量泵17、换热器15、止回阀、排水阀18和气液分离器14通过管道依次连接；进水口2和出水口3和高压计量泵17通过管道连接，废水由高压计量泵17经管道连接止回阀，再连接到换热器15的加热面，预热后，用管道连接到反应罐1进水口2进入反应罐1内，废水在反应罐1和氧气反应，反应后的废水从反应罐1另一侧的出水口3，经管道输送到换热器15的冷却面，然后经排水阀18排放到汽水分离器，经过汽水分离后，废水排出反应系统，能够控制进水流量和出水流量，同时和温度控制单元相结合，实现对反应系统的控温。

如图1所示，工作原理如下：

1.在冷却状态下，用进排水模块的高压计量泵17向往反应罐1注入有机废水，关闭高压计量泵17。

2.开启曝气风机8，使反应罐1内的气体和液体混合，并且起到搅拌作用，

3.用控温单元的加热功能，将导热油储槽13内导热油加热到250-300度，通过循环泵12上的碳钢管道输入反应罐1的夹套4内，将废水加热到200-250度。氧化反应开始，废水中的有机物分解成二氧化碳或者小分子有机物，反应过程放热。

4.用控温单元的冷却功能，用水冷却盘管中冷却水对导热油进行冷却，输入反应罐1夹套4，控制反应罐1温度在设定范围内。

5.开启进排气单元的空压机22，不断向反应罐1内补充氧气，控制反应罐1的压力稳定在1.5Mpa-4.0Mpa，同时开启排气阀19，将系统内的部分气体排出反应罐1外，维持反应罐1内的氧气浓度。

6.开启进排水模块的高压计量泵17，连续向反应罐1补充废水，排水阀18连续排出处理过的废水。

7.进反应罐1的废水在换热器15被排出来的废水加热，完成热交换过程，进行热量回收，节省氧化反应所需能源。

8.处理过后的废水中的有机物被分解，完成废水处理过程。

实施例2：与实施例1不同之处在于：内循环气液混合单元包括用于将反应罐内液面上方的气体吸入并且输送到反应罐1内液体里进行气液混合的溶气泵11、曝气管9和曝气器10，溶气泵11能够达到与曝气风机8相似的效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种湿式氧化反应系统，包括反应器本体，其特征在于：所述该氧化反应系统包括反应器、温度控制模块、进排气模块、进排水模块和集散控制模块，温度控制模块、进排水模块、进排气模块分别和反应器电连接；所述集散控制模块用于对反应器、温度控制模块、进排气模块、进排水模块连接控制，所述集散控制模块和反应器、温度控制模块、进排气模块、进排水模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种湿式氧化反应系统，其特征在于：所述反应器本体包括反应罐(1)和内循环气液混合单元，反应罐内部液体流动方向为水平方向流动，反应罐内的气液混合方式为气体由下往上，与反应罐内水平方向流动的液体垂直混合；内循环气液混合单元和进排气模块分别独立控制；

反应罐(1)上设有用于注入废水的进水口(2)、用于流出处理废水的出水口(3)、用于吸入氧气的进气口(6)和用于排出废气的排气口(5)，反应罐(1)靠近出水口(3)的位置设有维修口(7)，反应罐(1)内设有夹套(4)；

所述内循环气液混合单元包括用于将反应罐(1)内液面上方的气体吸入并且输送至反应罐(1)内液体里进行气液混合的气液混合装置、曝气管(10)和曝气器(9)，气液混合装置、曝气管(10)和曝气器(9)通过法兰连接，气液混合装置的法兰与反应罐(1)上的法兰通过螺丝连接，曝气管(10)焊接在反应罐(1)内壁上，曝气器(9)通过螺纹连接在曝气管(10)上。

3.根据权利要求2所述的一种湿式氧化反应系统，其特征在于：所述进水口(2)和出水口(3)与进排水模块电连接，夹套(4)与温度控制模块电连接，进气口(6)和排气口(5)与进排气模块电连接。

4.根据权利要求2所述的一种湿式氧化反应系统，其特征在于：所述气液混合装置采用电磁驱动，电磁驱动装置包括驱动电机、磁力耦合器内磁体、磁力耦合器外磁体和隔离罩，驱动电机和磁力耦合器与反应罐(1)内部通过法兰连接，驱动电机和磁力耦合器外磁体放置于反应罐外部，和隔离罩一并固定在反应罐的法兰上。

5.根据权利要求1所述的一种氧化反应系统，其特征在于：所述温度控制模块包括用于存放导热油的导热油储槽(13)和用于将导热油输送到反应器中的循环泵(12)，导热油储槽(13)内部设有电加热管和水冷却盘管，循环泵(12)上设有用于输送导热油的碳钢管道。

6.根据权利要求1所述的一种氧化反应系统，其特征在于：所述进排气模块包含空压机(22)、缓冲罐(21)、止回阀、进气阀(20)和排气阀(19)，空压机(22)、缓冲罐(21)、止回阀、进气阀(20)和排气阀(19)通过管道依次连接，反应器远离缓冲罐(21)、止回阀和进气阀(20)的一侧设有放空阀，放空阀与反应罐(1)通过法兰连接。

7.根据权利要求1所述的一种氧化反应系统，其特征在于：所述进排水模块包括高压计量泵(17)、换热器(15)、止回阀、排水阀(18)和气液分离器(14)，高压计量泵(17)、换热器(15)、止回阀、排水阀(18)和气液分离器(14)依次通过管道连接。

8.根据权利要求2所述的一种湿式氧化反应系统，其特征在于：所述气液混合装置包括曝气风机(8)和溶气泵(11)。

9.根据权利要求2所述的一种湿式氧化反应系统，其特征在于：所述反应罐(1)的宽度和高度比为1/5-100/1。

10.根据权利要求1所述的一种湿式氧化反应系统，其特征在于：所述反应器的数量为一个或者多个，相互之间串联。

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