CN1330589C

CN1330589C - 超临界水氧化系统

Info

Publication number: CN1330589C
Application number: CNB2003101233369A
Authority: CN
Inventors: 陈政群; 郁宏如; 赖重光
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: CN1629086A

Abstract

本发明是有关于一种超临界氧化系统，是配合一溶液，包括：一第一进料泵，用以加压于该溶液；一冷却器，是管接于该第一进料泵，以降低该溶液的温度；一输送媒质槽，用以储存该超临界氧化系统所使用的输送媒质；一第二进料泵，是与该输送媒质槽连接，以加压于该输送媒质；一反应器，是管接于该冷却器与该第二进料泵，以接受该溶液与该输送媒质，并氧化该溶液；一冷凝器，是管接于该反应器，以接受氧化后的该溶液并予以冷却；以及一气液分离器，是管接于该冷凝器，以接收冷却后的该溶液并予以气、液态分离。

Description

超临界水氧化系统

技术领域

本发明是关于一种超临界氧化系统，尤指一种适用于处理有害废料的超临界氧化系统。

背景技术

企业追求永续经营、清洁生产，带动了废弃物清洁处理技术的发展。传统焚化法虽可达到废弃物高度减量的目的，但由于衍生戴奥辛等排放间题，而为民众所不容，并因此付出较高社会成本。超临界流体处理技术，是利用流体(例如水)于超临界状态下对有机物进行分解、分离，而达到减废、减毒等目的，由于破坏效率高且为密闭系统，故完全无二次污染的忧虑。

然而，无机盐类水溶液于超临界水状态下因为其溶解度降低，常常沉淀而造成超临界流体系统管路与设备堵塞，并因而使得整个超临界流体系统的压力急速上升，导致超临界流体系统必须停止运转，以免遭遇危险或故障。目前超临界流体系统的设计大都是利用反应器的特殊设计或是装设气液分离器来处理无机盐类，但是由于进料的废液种类复杂且浓度不一，徒增系统处理的复杂度与成本。另外，一般处理具腐蚀性酸性物质的方法为添加硷液以中和，但极可能造成系统有爆发的危机。台湾专利公告第239113号提出将废液系统经过预热后再流经反应器底部。台湾专利公告第293078号将废液由高压泵经高压阀流入反应器中，废液进料系统并无冷却装置。而台湾专利公告第459249号的废液混合后经预热装置再流入反应器中，与一般常见的超临界氧化系统是相同的方法，其是采用热进料方式。综上所言，现有技术对于无机盐类的结垢间题并无一简单有效的处理方法或装置，所以极需要一种可有效避免无机盐类结垢以防止管线及设备堵塞、并具高运转效益的超临界氧化设备。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种超临界氧化系统，以便能防止无机盐类于进料管路中沉淀与结垢，避免进料管路阻塞，使整个氧化系统的操作压力稳定，同时提高废液的处理效率，延长系统的运转操作时间，降低系统的维修操作成本。

为达成上述目的，本发明超临界氧化系统，是配合一溶液，包括：一第一进料泵，用以加压于该溶液；一冷却器，是管接于该第一进料泵，以降低该溶液的温度；一输送媒质槽，用以储存该超临界氧化系统所使用的输送媒质；一第二进料泵，是与该输送媒质槽连接，以加压于该输送媒质；一反应器，是管接于该冷却器与该第二进料泵，以接受该溶液与该输送媒质，并氧化该溶液；一冷凝器，是管接于该反应器，以接受氧化后的该溶液并予以冷却；以及一气液分离器，是管接于该冷凝器，以接收冷却后的该溶液并予以气、液态分离。

本发明超临界氧化系统使用的输送媒质可为一般超临界系统常用的流体，较佳为水。因水的临界点为374℃、220atm，且无机盐类在水的临界点附近溶解度骤降，故本发明超临界氧化系统的冷却器较佳是将进入该反应器的该溶液温度控制于350℃以下，以防止无机盐类的沉淀与结垢。且冷却器较佳为位于靠近反应器的一侧，以防止反应器的热传至输送媒质槽与反应器间的输送管路。冷却器的种类无限制，可为任何现有的冷却器，较佳为一水夹套冷却器。本发明的超临界氧化系统较佳更包含至少一空气或氧气储存槽，以提供氧化需要的氧气。本发明的超临界氧化系统较佳更包括有至少一压力量测元件与至少一温度量测元件，以量测该系统的压力与温度。本发明超临界氧化系统处理的溶液可为一般的工业与民生废水、环境污泥、有机氯化物、含戴奥辛的飞灰、或高能量物质等难分解废液，较佳为低热值废液。本发明的超临界氧化系统较佳地可于该低热值废液或该输送媒质加入一醇类物质，以增加自由基的反应效率，并提高该溶液的氧化效率，较佳地该溶液为一低热值废液，且该醇类物质于该反应器内的浓度较佳为低于20wt％。更佳的，上述醇类物质是为异丙醇。本发明超临界氧化系统的反应器压力较佳为高于3000psi，反应器温度较佳为高于300℃。

一般废液的进料多采用热进料方式，本发明是采用冷进料方式，在废液进料系统与反应器之间增加冷却装置，与一般使用预热器预热废液的热进料方式大不相同。废液进料系统增加冷却装置，主要可防止反应器所需的高温传到废液进料系统，并防止废液中的无机盐类在反应器前的管路结垢与沉淀，避免管路堵塞。

附图说明

图1是本发明的超临界流体原理示意图；

图2是本发明的超临界氧化系统示意图。

具体实施方式

首先说明本发明超临界液体的原理，请参阅图1，一般纯物质包含有气、固、液三相，于气-液共存时，液相密度大于气相密度，当系统温度及压力达到某一特定点时，其气-液两相密度趋于相同，两相合并为一均匀相。此一特定点即定义为上述物质的临界点，其所对应的温度、压力和密度则分别定义为该纯物质的临界温度(Tc)、临界压力(Pc)和临界密度(pc)。若超过此点时，无论压力如何增加皆无法使之液化、温度如何升高亦无法使之返回气相，我们即称此高于临界温度及临界压力的均匀相为超临界流体(Supercritical Fluid)。

水为自然界中最重要的溶剂，许多化合物进行反应均需要水参与反应或作为介质，利用温度或压力的控制、可改变水的各种物化性质。于超临界状态下，水具有类似气体的扩散性及液体的溶解性等双重性质，故可应用于有害物质的萃取分离。

超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，SCWO)处理技术具高效率的氧化反应特性，较传统焚化处理法更具有反应时间短、破坏效率高、能量损耗低及低空气污染等优势，且无机盐类在SCWO反应条件下易沉淀、分离及回收，因此先进国家纷纷积极投入研发上作。水的临界温度为374℃，临界压力为220atm，在超临界状态下可与非极性的流体完全互溶，而解离子亦具高移动性及高电导性。一般超临界流体具有下列的特性：

1.与液体相似的密度与扩散是数。

2.与气体相似的粘度。

3.极高的反应速度。

4.极低的表面张力。

超临界氧化法类似湿式氧化法(wet oxidation)，一般的湿式氧化法由于水中溶氧不足，易造成氧化不完全，其尾气有挥发性有机物(VOC)排放的困扰，因此通常须再安装活性碳或触媒等装置，以确保废气能符合环保标准。此外，由于氧化是在两相中进行，氧化速率慢，反应器体积大。假如将废水提升至超临界状态(一般系统条件约在24～35MPa及400～650℃)，则废水与氧或添加的氧化剂会成为均相，因此氧化能力提高，污染物质迅速被破坏，当温度达525℃以上时破坏率更可达99.99％，所产生的硫氧化物(SOx)及氮氧化物(NOx)极低。

与一般湿式氧化法比较，SCWO可处理高浓度及含多种类有机物的废水，不但破坏效率高并可减少或抑制中间产物的生成，又属密闭性作业，当系统不稳或效率低时可回流再处理。

超临界氧化可应用于降解有害废弃物，主要应用于六大类有害废弃物的处理：

1.塑胶与添加物：含卤素塑胶、火焰抑制齐，、塑化剂等。

2.有机物：杀虫剂、医药、溶剂、染料。

3.高能材料：高爆药、烟火药、气体推进剂。

4.废水：纺织工厂或纸浆工厂废水、漂白废水、切削废液、皮革废液。

5.下水污泥：都市下水污泥、工业污泥。

6.受污染土壤：矿油、含卤素有机物。

为能更了解本发明的技术内容，特举超临界氧化系统较佳具体实施例说明如下。

请参照图2，图2为本发明的超临界氧化系统示意图，主要由废液储存槽10、空气储存槽20、水储槽30、高压进料泵31，32，33、水夹套冷却器40、超临界氧化反应器50、冷凝器60、气液分离器70以及数个温度检测元件与压力检测元件等所组成。空气进料经进料泵32压缩至可进入反应器50的压力，再进入反应器50；废液进料由进料泵31加压至200atm以上的压力；水夹套冷却器40可隔绝反应器的高温，防止反应器的热传到废液进料管路30，并将进料温度控制在350℃以下，因此废液进料不易于进料管路80中沉淀结垢，进料管路30亦不会产生阻塞的问题。

此外，在低热值的废液(即其燃烧反应热低于2,000kcal/g)中加入异丙醇，可以促进废液的氧化效率。例如，本发明的实验结果显示，在柠檬酸废液或水进料中添加2wt％的异丙醇之后，可以将柠檬酸废液的破坏去除效率由74.5％提高至99.9％。

本系统使用相同浓度的废液比较热式(400℃以上)与冷式(350℃以下)进料，得知冷式进料可以延长系统的操作时间，防止无机盐类于进料管路中沉淀与结垢，而热(400℃以上)的进料方式约2～3小时后无机盐类即大量的沉淀，堵塞废液的进料系统，使系统无法运转操作。所以本系统采用冷(350℃以下)的进料方式，可以延长系统的运转操作时间，并降低维修操作成本。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利保护范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种超临界水氧化系统，是配合一溶液，其特征在于，包括：

一第一进料泵，用以加压于该溶液；

一冷却器，是管接于该第一进料泵，以降低该溶液的温度；

一输送媒质槽，用以储存该超临界氧化系统所使用的输送媒质，所述输送媒质为水；

一第二进料泵，是与该输送媒质槽连接，以加压于该输送媒质；

一反应器，是管接于该冷却器与该第二进料泵，以接受该溶液与该输送媒质，并超临界氧化该溶液；

一冷凝器，是管接于该反应器，以接受氧化后的该溶液并予以冷却；以及

一气液分离器，是管接于该冷凝器，以接收冷却后的该溶液并予以气、液态分离。

2.如权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该冷却器是将进入该反应器的该溶液温度控制于350℃以下。

3.如权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该冷却器位于靠近该反应器的一侧。

4.如权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该冷却器为一水夹套冷却器。

5.如权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，其更包含至少一空气或氧气储存槽，以提供氧化需要的氧气。

6.如权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，其更包括有至少一压力量测元件与至少一温度量测元件，以量测该系统中的压力与温度。

7.如权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该溶液为低热值废液。

8.如权利要求7所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该溶液或该输送媒质含有一醇类物质，以提高该溶液的氧化效率。

9.如权利要求8所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该反应器内该醇类物质的浓度低于20wt％。

10.如权利要求8所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该醇类物质为异丙醇。

11.如权利要求2所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述该反应器的压力高于207bar，该反应器的温度高于300℃。