CN111056616A - 一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统及启动方法 - Google Patents

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Abstract

一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统，包括与反应器相连的氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置、间壁软化水进料装置、降压装置、气液分离器和控制器。氧化剂进料装置包括氧化剂源、空气压缩机和空气预热器，氧化剂源是空气，空气压缩机和空气预热器连接在氧化剂源与反应器连接的管路上，控制器与各个进料检测调节装置电连接，有机废液结构、辅助燃料结构、软化水结构不设预热装置。启动时，空气在反应器外被空气预热器预热至设定温度后再进入反应器。有益效果是：安全可靠、可连续稳定运行、成本低、易于操作，不会产生有机废液在反应器外加热生成焦炭、焦油和盐分的问题，特别适用于连续稳定生产的工业化装置。

Description

一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统及启动方法
技术领域
本发明属于化工机械技术领域，尤其涉及超临界水氧化系统处理有机废液。
背景技术
超临界水氧化技术具有可处理的有机废物类型多、分解效率高、无二次污染、反应迅速、高效节能等优点，在难降解有机废物处理领域具有很广阔的应用前景。
现有技术中，超临界水氧化系统包括物料送入结构、反应器、降压结构、气液分离器和控制器，物料送入结构包括氧化剂送入管路、有机废料送入管路、辅助燃料送入管路和软化水送入管路，各管路与反应器上的对应接口连接。反应器是密闭的双层容器，外层是壳体，内层是多孔内衬管，反应器的出口通过压力调节阀与气液分离器连接。现有技术的超临界水氧化系统，通常是在有机废料、辅助燃料和软化水进入反应器之前，将其中的一种或二种加热至设定温度后再进入反应器，在反应器内，有机物与氧化剂发生反应并放热，使反应器内达到超临界状态，使有机废物降解。反应的产物经反应器排出口排出，反应的产物经过降压处理后进入气液分离器分离。降压结构是压力调节阀，压力调节阀连接在反应器与气液分离器之间的管路上，压力调节阀在降压的同时，也调节反应器内的反应压力。氧化剂一般为纯氧或双氧水，纯氧包括液氧和高纯度氧气。现有技术的不足在于：
1、以液氧作为氧化剂时，系统需增加空分、气化等设备，投资成本高，且一旦泄露，易发生操作人员氧中毒，还作为助燃剂具有形成爆炸环境的危险。以高纯度氧气作为氧化剂时，氧气罐的数量多、体积大，投资成本高，且纯氧环境会加快设备的腐蚀速率。以双氧水作为氧化剂时，运行成本高。
2、辅助燃料或有机废液在反应器外加热到设定温度后再进入反应器内，辅助燃料或有机废液在加热过程中，易发生有机物降解，生成焦炭、焦油，部分盐分也会因温度升高而结晶析出，生成的焦炭、焦油和盐分会产生沉积结垢的现象，降低加热器的换热系数。长期运行后，换热器出口难以达到预热温度，造成系统开机困难或无法正常运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种超临界水氧化系统，克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是：一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统，包括物料送入结构、反应器、降压装置、气液分离器和控制器，物料送入结构包括氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置，氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置包括各自的物料源和进料调节装置，反应器包括外筒体和多孔体内衬管，控制器是内置控制程序的计算机控制系统，氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁水软化进料装置通过管路与反应器相连接，降压装置与反应器相连接，气液分离器与降压装置相连接，控制器与氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置、间壁软化水进料装置和反应器的检测控制部分电连接，其特征在于：所述氧化剂进料装置的氧化剂源是空气，所述氧化剂进料调节装置包括空气压缩机和空气预热器，空气压缩机和空气预热器依次与氧化剂源相连接；有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置中不设预热装置。
本发明所述的一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统的启动方法，包括反应器的升压升温，其特征在于：所述反应器的升压升温步骤如下：
1)设定降压装置的压差参数；
2)开启进料软化水装置的进料软化水调节装置向反应器内供进料软化水，流量达到设计值后，启动间壁软化水进料装置的间壁软化水调节装置，使间壁软化水进料流量达到设计值后，开启空气压缩机向反应器内供空气，使反应器内压力稳定在降压装置设定的压差参数范围内；
3)启动空气预热器，预热后的空气与软化水在反应器内混合，使混合物料温度升至辅助燃料燃点温度以上；
4)启动辅助燃料进料装置的辅助燃料进料调节装置向反应器内供辅助燃料，流量达到设计值，辅助燃料在反应器内发生氧化反应使反应器内温度达到设定温度，并维持该温度；
5)停止空气预热器，调节进料软化水的进料量、间壁软化水的进料量和辅助燃料进料量，使各物料进料量达到设计值，维持反应器内的超临界工况并稳定运行；
6)启动有机废液进料装置的有机废液进料调节装置向反应器内供有机废液，并依据有机废液热值，适时调节有机废液流量、辅助燃料量、进料软化水量，使反应器内保持超临界工况，直至有机废液进料达到系统正常运行维持量，系统启动完成。
本发明所述的一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统的启动方法，其特征在于：所述空气预热器出口温度为300℃-600℃；所述反应器内设定温度为400-700℃；所述反应器内超临界工况包括温度和压力，超临界工况温度为400℃-700℃，超临界工况压力为230～250bar。
本发明的原理是：有机废液、辅助燃料、软化水分别经过有机废液进料泵、辅助燃料进料泵和进软化水料泵升压后进入反应器，空气经空气压缩机升压和空气预热器预热后进入反应器，在反应器内形成超临界水氧化环境，使空气中的氧与有机废液反应。通过调节辅助燃料、进料软化水、有机废液和间壁软化水的流量来维持反应器内的温度和压力。当有机废液氧化反应热值低于超临界水氧化环境所要求的热量时，输入辅助燃料来维持反应温度，反之则输入进料软化水。间壁软化水进入反应器器壁与内衬管之间的空隙，间壁软化水通过内衬管的管壁上的孔渗透到内衬管的内壁，在内衬管的内壁上形成水膜或气膜，用于减缓设备腐蚀、避免盐分沉积。
本发明的有益效果为：
1、采用空气作为超临界水氧化反应的氧化剂，既可降低投资成本，又可避免了因纯氧泄露造成操作人员氧中毒，而且空气原料成本为零，极大地降低了运行成本。
2、有机废液以常温状态进入反应器反应，避免了有机废液被加热过程中有机物高温结焦、盐分结垢造成换热器传热效率低、系统启动困难等缺点。
3、本发明的超临界水氧化系统具安全可靠、连续运行稳定、易于操作的特点，适用于工业化连续稳定生产。
附图说明
图1是超临界水氧化系统的结构示意图。
图中，1、有机废液源，2、辅助燃料源,3、软化水源,4、有机废液进料调节装置,5、辅助燃料进料调节装置,6、进料软化水调节装置,7、间壁水进料调节装置,8、空气压缩机,9、反应器,10、降压装置,11、气液分离器,12、空气预热器,13、氧化剂源，14、气液分离器气体排出口，15、气液分离器液体排出口，16、反应器温度检测装置，17、反应器压力检测装置，18、空气预热器出口温度检测装置，19、有机废液流量检测装置，20、辅助燃料流量检测装置，21、进料软化水流量检测装置，22、间壁水流量检测装置，23、控制器。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。
空气为氧化剂的超临界水氧化系统，包括物料送入结构、反应器9、降压装置10、气液分离器11和控制器23，物料送入结构包括氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置，氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置包括氧化剂源13、有机废液源1、辅助燃料源2、软化水源3、氧化剂进料调节装置、有机废液进料调节装置4、辅助燃料进料调节装置5、进料软化水调节装置6、和间壁水进料调节装置7，反应器9包括外筒体和多孔体内衬管，控制器23是内置控制程序的计算机控制系统，氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁水软化进料装置通过管路与反应器9相连接，降压装置10与反应器9相连接，气液分离器11与降压装置10相连接，有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置、间壁软化水进料装置和反应器9分别设有有机废液流量检测装置19、辅助燃料流量检测装置20、进料软化水流量检测装置21、间壁水流量检测装置22、反应器温度检测装置16和反应器压力检测装置17，控制器23与空气预热器出口温度检测装置18、有机废液流量检测装置19、辅助燃料流量检测装置20、进料软化水流量检测装置21、间壁水流量检测装置22、反应器温度检测装置16和反应器压力检测装置17电连接，氧化剂源13是空气，氧化剂进料调节装置包括空气压缩机8和空气预热器12，空气压缩机8和空气预热器12依次与氧化剂源13相连接，空气预热器出口管路上设有空气预热器出口温度检测装置18，空气预热器12、空气预热器出口温度检测装置18与控制器电连接；有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置中不设预热装置。
空气为氧化剂的超临界水氧化系统的启动方法，包括反应器9的升压升温，升压升温步骤如下：
1)设定降压装置10的压差参数；
2)开启进料软化水装置的进料软化水调节装置6向反应器9内供进料软化水，流量达到设计值后，设计值为超临界水氧化系统处理量的5％-15％，启动间壁软化水进料装置的间壁软化水调节装置7，使间壁软化水进料流量达到设计值后，设计值是进料软化水量的1.2-1.8倍；，开启空气压缩机8向反应器9内供空气，使反应器内压力稳定在降压装置10设定的压差参数的范围内；
3)启动空气预热器12，空气预热器出口温度为300℃-600℃，预热后的空气与进料软化水在反应器内混合，使混合物料温度至辅助燃料燃点温度以上；
4)启动辅助燃料进料装置的辅助燃料进料调节装置5向反应器9内供辅助燃料，流量达到设计值，设计值为超临界水氧化系统处理量的2％-5％，辅助燃料在反应器内燃烧使反应器内温度达到设定温度，并维持该温度；
5)停止空气预热器12，调节进料软化水的进料量、间壁软化水的进料量和辅助燃料进料量，使各物料进料量达到设计值，维持反应器内的超临界工况并稳定运行；
6)启动有机废液进料装置的有机废液进料调节装置4向反应器9内供有机废液，并依据有机废液热值，适时调节有机废液流量、辅助燃料量、进料软化水量，使反应器内保持超临界工况，直至有机废液进料达到系统正常运行维持量，系统启动完成。

Claims (3)

1.一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统，包括物料送入结构、反应器(9)、降压装置(10)、气液分离器(11)和控制器(23)，物料送入结构包括氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置，氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置包括各自的物料源和进料调节装置，反应器(9)包括外筒体和多孔体内衬管，控制器(23)是内置控制程序的计算机控制系统，氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁水软化进料装置通过管路与反应器(9)相连接，降压装置(10)与反应器(9)相连接，气液分离器(11)与降压装置(10)相连接，控制器与氧化剂进料装置、有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置、间壁软化水进料装置和反应器(9)的检测控制部分电连接，其特征在于：所述氧化剂进料装置的氧化剂源(13)是空气，所述氧化剂进料调节装置包括空气压缩机(8)和空气预热器(12)，空气压缩机(8)和空气预热器(12)依次与氧化剂源(13)相连接；有机废液进料装置、辅助燃料进料装置、进料软化水装置和间壁软化水进料装置中不设预热装置。
2.权利要求1所述的一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统的启动方法，包括反应器(9)的升压升温，其特征在于：所述反应器(9)的升压升温步骤如下：
1)设定降压装置(10)的压差参数；
2)开启进料软化水装置的进料软化水调节装置(6)向反应器(9)内供进料
软化水，流量达到设计值后，启动间壁软化水进料装置的间壁软化水调节装置(7)，使间壁软化水进料流量达到设计值后，开启空气压缩机(8)向反应器(9)内供空气，使反应器内压力稳定在降压装置(10)设定的压差参数的范围内；
3)启动空气预热器(12)，预热后的空气与软化水在反应器内混合，使混合物料温度升至辅助燃料燃点温度以上；
4)启动辅助燃料进料装置的辅助燃料进料调节装置(5)向反应器(9)内供辅助燃料，流量达到设计值，辅助燃料在反应器内发生氧化反应使反应器内温度达到设定温度，并维持该温度；
5)停止空气预热器(12)，调节进料软化水的进料量、间壁软化水的进料量和辅助燃料进料量，使各物料进料量达到设计值，维持反应器内的超临界工况并稳定运行；
6)启动有机废液进料装置的有机废液进料调节装置(4)向反应器(9)内供有机废液，并依据有机废液热值，适时调节有机废液流量、辅助燃料量、进料软化水量，使反应器内保持超临界工况，直至有机废液进料达到系统正常运行维持量，系统启动完成。
3.如权利要求2所述的一种空气为氧化剂的超临界水氧化系统的启动方法，其特征在于：所述空气预热器出口温度为300℃-600℃；所述反应器内设定温度为400-700℃；所述反应器内超临界工况包括温度和压力，超临界工况温度为400℃-700℃，超临界工况压力为230～250bar。
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