CN208732794U - 一种处理有机废水的超临界水氧化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种处理有机废水的超临界水氧化系统，它包括氧化剂供给系统、有机废水预处理系统、反应系统、气液分离系统、反渗透系统、循环系统和能量回收系统。本实用新型针对超临界水氧化的高温高压反应条件能耗巨大的问题，采用多级能量回收装置将高压反应流体的压力能梯级回收，充分回收并利用了高压、中压流体压力能满足装置自身能量需求，极大降低了有机废水处理能耗；并且本实用新型的处理有机废水的超临界水氧化系统设置高压气液分离器及富氧尾气回用流程，利用高压条件下CO₂和O₂溶解度差异实现富氧尾气高效回用，降低了运行成本。本实用新型适合在有机废水超临界水氧化处理中广泛应用。

Description

一种处理有机废水的超临界水氧化系统

技术领域

本实用新型涉及化工和环境保护技术领域，具体地说是一种处理有机废水的超临界水氧化系统。

背景技术

高浓度(化学需氧量COD>2000mg/L)、有毒、难降解有机废水的处理是国内外公认的技术难题。传统的有机废水处理技术(如物化处理技术、生物处理技术、湿式氧化、焚烧等)存在成本高、降解率低、易衍生二次污染等问题。超临界水氧化(Supercritical WaterOxidation，SCWO)作为一种新型的处理有机废水技术，是有效解决这一难题的方法之一；

超临界水氧化是在超过水的临界点(PC＝22.1MPa，TC＝374℃)的高温高压条件下，以空气或其他氧化剂将有机物进行氧化的方法。超临界水(supercritical water,SCW)作为超临界流体的一种，与普通的液态水和水蒸气相比，超临界水的各种理化性质发生了很大变化。SCW的主要物性参数如密度、黏度、离子积和介电常数均明显下降，扩散系数较高，传质性能好，可与气体(如氧气、氮气等)及绝大多数有机物完全互溶，气液相界面消失，消除了相间传质阻力，溶解其中物质的反应速率不再受传质过程的限制，形成均一相体系，反应速度大大加快。在小于1分钟甚至几秒钟的停留时间内，99.9％以上的有机物迅速燃烧氧化成CO₂、H₂O和其他无毒无害的终端产物。反应温度一般在400-650℃，避免了SO₂、NOx、二恶英等二次污染物的产生。整个燃烧氧化过程产生大量的热，具有较大的热量回收潜力，当有机物质量浓度达到3％以上时，就可依靠反应过程中自身氧化放热维持反应所需温度，不需要外界供热，多余热量可以回收；

SCWO技术与传统有机废水处理方法相比，具有氧化反应彻底、去除率高、反应装置体积小、可实现自热反应等一系列优点，被誉为最有前途的环境处理方法之一。但为了实现超临界水氧化的高温高压反应条件需要耗费巨大的能量，并且在目前超临界水氧化系统中，一般通过背压阀直接将高压流体降至常压，然后进行气液产物分离，流体具有的压力能直接损耗，造成了能量极大浪费，如专利CN105130081A、CN105152248A、CN1730414A、CN104671388A等，若能将此部分压力能量充分回收利用，节能效果将非常可观。专利CN104445573A公开了一种新型超临界水氧化综合处理系统及处理方法，设置了压力能回收及余热回收等能量回收单元，压力能回收采用液力透平机组进行压力回收，属于压力能到机械能再到压力能的转化，能量回收效率较低。专利CN105627814A公开了一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，采用中间介质将超临界水氧化反应后流体的热量传递给反应前的物料，利用超临界水氧化反应后流体的热量来对物料进行预热，中间介质的压力由缓冲罐上设置的背压阀及补水支路设置的减温水泵来维持，能够高效利用反应后流体的热量，但该方法压力能的利用非常有限。此外，超临界水氧化降解过程中所生成的无机盐沉积及腐蚀也是该技术工业化推广的难题。基于此，有必要针对上述问题，开发一种既能高效利用反应流体的热能，又能够有效回收高压反应流体压力能，同时解决反应器内的腐蚀和盐沉积问题的超临界水氧化处理方法。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，是提供一种处理有机废水的超临界水氧化系统，针对超临界水氧化高温高压反应条件能耗高和盐沉积问题，能够有效回收反应流体的压力能，高效利用反应流体的热能，同时有效缓解和避免处理过程中盐沉积带来的堵塞及腐蚀问题，降低体系能耗，节约运行成本。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种处理有机废水的超临界水氧化系统，它包括氧化剂供给系统、有机废水预处理系统、反应系统、气液分离系统、反渗透系统、循环系统和能量回收系统；

所述反应系统包括混合器和反应器，所述反应器入口与所述混合器出口连接；

所述能量回收系统包括第一能量回收装置和第二能量回收装置；

所述氧化剂供给系统包括氧化剂泵和第一换热器，所述氧化剂泵进口与氧化剂供给管线连接，所述氧化剂泵出口经过所述第一换热器与所述混合器连接；

所述有机废水预处理系统包括高压泵、第一增压泵、第二增压泵、第二换热器和加热器，有机废水进水管线分为第二支路和第一支路，所述第二支路与所述高压泵入口连接，所述第一支路与所述第二能量回收装置低压流体入口连接，所述第二能量回收装置增压流体经所述第二增压泵与所述第一能量回收装置低压流体入口连接，所述第一能量回收装置增压流体经第一增压泵与所述高压泵出口管线连接后，经过所述第二换热器及所述加热器后与所述混合器连接；

所述气液分离系统包括高压气液分离器、中压气液分离器和常压气液分离器，所述第一能量回收装置泄压流体出口与所述中压气液分离器入口连接，所述第二能量回收装置泄压流体出口与所述常压气液分离器入口连接，所述高压气液分离器气相出口与所述混合器连接，所述高压气液分离器液相出口分为第三支路和第四支路，所述第三支路液相与所述第一能量回收装置高压流体入口连接，所述第四支路液相经泄压阀压力调节后与所述中压气液分离器入口连接，所述中压气液分离器气相出口和所述常压气液分离器气相出口与尾气管线连接，所述常压气液分离器液相出口与浓盐水管线连接；

所述循环系统包括第三换热器、水增压泵和循环水加热器；

所述反渗透系统包括反渗透除盐设备，所述第二能量回收装置高压流体入口与所述反渗透除盐设备的浓盐水出口连接，所述反渗透除盐设备入口与所述中压气液分离器液相出口连接，所述反渗透除盐设备清洁水出口分为第五支路和第六支路，所述第五支路清洁水与外供管线连接，所述第六支路清洁水依次通过所述第三换热器、所述水增压泵、所述循环水加热器后分三股连接至所述反应器壁入口；

所述反应器出口的反应流体分为上支路、中支路和下支路，所述上支路经所述第一换热器与所述高压气液分离器入口管线连接，所述中支路经所述第二换热器与所述高压气液分离器入口管线连接，所述下支路经所述第三换热器与所述高压气液分离器入口管线连接。

作为限定，所述氧化剂泵为高压柱塞泵或压缩机。

作为另一种限定，所述反应器为逆流式蒸发壁超临界水氧化反应器。

作为另一种限定，所述第一换热器、所述第二换热器和所述第三换热器为间壁式换热设备。

作为另一种限定，所述加热器采用电加热、燃油加热或燃气加热形式。

作为另一种限定，所述第一能量回收装置和所述第二能量回收装置为离心式能量回收装置或正位移式能量回收装置。

作为另一种限定，所述氧化剂泵中的氧化剂为过氧化氢、臭氧、纯氧或空气中的一种，所述氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的1-10倍。

本实用新型由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本实用新型的一种处理有机废水的超临界水氧化系统针对超临界水氧化的高温高压反应条件能耗巨大问题，采用多级能量回收装置将高压反应流体的压力能梯级回收，充分回收并利用了高压、中压流体压力能满足装置自身能量需求，回收效率可达90%以上，极大降低了有机废水处理能耗；

（2）本实用新型的一种处理有机废水的超临界水氧化系统利用系统压力能采用反渗透设备进行除盐并产出清洁水，清洁水可用于逆流式蒸发壁反应器水膜自用，既有效回收了压力能，同时还解决反应器盐类沉积带来的堵塞及腐蚀问题，确保装置平稳高效运行；

（3）本实用新型的一种处理有机废水的超临界水氧化系统采用过量氧化剂工艺进行超临界水氧化反应，有机废水氧化效率高，能够充分将有机废水中的污染物氧化成CO₂、H₂O和无机盐等无毒无害产物，并且本实用新型的处理有机废水的超临界水氧化系统设置高压气液分离器及富氧尾气回用流程，利用高压条件下CO₂和O₂溶解度差异实现富氧尾气高效回用，降低了运行成本；

（4）本实用新型的一种处理有机废水的超临界水氧化系统是能够处理不同浓度、有毒、难氧化有机废水的有效方法，废水中有机物去除率可达99%以上，当处理废水中有机物质量浓度达到3％以上时，反应器能够达到氧化热量自平衡。

综上，本实用新型采用多级能量回收装置将高压反应流体的压力能梯级回收，利用系统高压流体增压原料，同时利用中压条件采用反渗透设备进行除盐并产出清洁水，清洁水部分用于逆流式蒸发壁反应器保护膜自用，既有效回收了压力能，同时还解决反应器盐类沉积带来的堵塞及腐蚀问题，确保装置平稳高效运行的同时，极大降低了有机废水处理能耗，降低了运行成本。本实用新型适合在有机废水超临界水氧化处理中广泛应用。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型实施例中所述的处理有机废水的超临界水氧化系统的结构示意图。

图中：1、氧化剂；2、氧化剂泵；3、第一换热器；4、混合器；5、第二换热器；6、加热器；7、反应器；8、有机废水；9、高压泵；10、第一增压泵；11、第一能量回收装置；12、高压气液分离器；13、泄压阀；14、中压气液分离器；15、第三换热器；16、反渗透除盐设备；17、无机盐排渣；18、第二能量回收装置；19、常压气液分离器；20、浓盐水；21、尾气；22、清洁水外供；23、第二增压泵；24、第一支路；25、第二支路；26、第三支路；27、第四支路；28、上支路；29、中支路；30、下支路；31、第五支路；32、第六支路；33、水增压泵；34、循环水加热器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，根据本实施例的处理有机废水的超临界水氧化系统，它包括氧化剂供给系统、有机废水预处理系统、反应系统、气液分离系统、反渗透系统、循环系统和能量回收系统；

反应系统包括混合器4和反应器7，反应器7入口与混合器4出口连接；

能量回收系统包括第一能量回收装置11和第二能量回收装置18；

氧化剂供给系统包括氧化剂泵2和第一换热器3，氧化剂泵2进口与氧化剂1供给管线连接，氧化剂泵2出口经过第一换热器3与混合器4连接；

有机废水预处理系统包括高压泵9、第一增压泵10、第二增压泵23、第二换热器5和加热器6，有机废水8进水管线分为第二支路25和第一支路24，第二支路25与高压泵9入口连接，第一支路24与第二能量回收装置18低压流体入口连接，第二能量回收装置18增压流体经第二增压泵23与第一能量回收装置11低压流体入口连接，第一能量回收装置11增压流体经第一增压泵10与高压泵9出口管线连接后，经过第二换热器5及加热器6后与混合器4连接；

气液分离系统包括高压气液分离器12、中压气液分离器14和常压气液分离器19，第一能量回收装置11泄压流体出口与中压气液分离器14入口连接，第二能量回收装置18泄压流体出口与常压气液分离器19入口连接，高压气液分离器12气相出口与混合器4连接，高压气液分离器12液相出口分为第三支路26和第四支路27，第三支路26液相与第一能量回收装置11高压流体入口连接，第四支路27液相经泄压阀13压力调节后与中压气液分离器14入口连接，中压气液分离器14气相出口和常压气液分离器19气相出口与尾气21管线连接，常压气液分离器19液相出口与浓盐水20管线连接；

循环系统包括第三换热器15、水增压泵33和循环水加热器34；

反渗透系统包括反渗透除盐设备16，第二能量回收装置18高压流体入口与反渗透除盐设备16的浓盐水20出口连接，反渗透除盐设备16入口与中压气液分离器14液相出口连接，反渗透除盐设备16清洁水出口分为第五支路31和第六支路32，第五支路31清洁水与外供管线连接，第六支路32清洁水依次通过第三换热器15、水增压泵33、循环水加热器34后分三股连接至反应器7壁入口；

反应器7出口的反应流体分为上支路28、中支路29和下支路30，上支路28经第一换热器3与高压气液分离器12入口管线连接，中支路29经第二换热器5与高压气液分离器12入口管线连接，下支路30经第三换热器15与高压气液分离器12入口管线连接。

这样，本实施例的处理有机废水的超临界水氧化系统针对超临界水氧化的高温高压反应条件能耗巨大问题，采用多级能量回收装置将高压反应流体的压力能梯级回收，充分回收并利用了高压、中压流体压力能满足装置自身能量需求，回收效率可达90%以上，极大降低了有机废水8处理能耗。

本实施例中，氧化剂泵2为高压柱塞泵或压缩机。

此时，氧化剂泵2可根据氧化剂1形态选取，对于液态氧化剂1优选高压柱塞泵，对于气态氧化剂1优选压缩机。

在本实施例中，反应器7为逆流式蒸发壁超临界水氧化反应器。

在超临界水氧化反应器中，氧化剂1和有机废水8经预热后在反应器7上部混合注入并进行超临界水氧化反应，氧化反应会放出大量的热能，从而温度进一步升高，在反应器7上部形成超临界水氧化反应温度区，反应器7侧壁分三路注入亚临界温度（220℃-320℃）清洁蒸发水，通过多孔壁面渗入到反应器7内壁，并在多孔内壁形成一层保护膜，起到有效避免反应器7盐沉积及腐蚀问题，蒸发水同时能够对反应器7中心的超临界温度物料进行冷却，而水膜在反应器7下部形成亚临界温度熔盐区域，通过反应器7下部排盐口及时将无机盐排渣17排出反应器7。

其中，通过采用逆流式蒸发壁反应器，其蒸发壁结构避免了盐类物质在反应器7壁的沉积，降低了反应过程产物对设备的腐蚀性，延长装置使用寿命。

在本实施例中，第一换热器3、第二换热器5和第三换热器15为间壁式换热设备。

此时，第一换热器3、第二换热器5和第三换热器15为间壁式换热设备，具体为管壳式、板式、套管式和夹套式中的一种，优选管壳式列管式换热器。

在本实施例中，加热器6采用电加热、燃油加热或燃气加热形式。

在本实施例中，第一能量回收装置11和第二能量回收装置18为离心式能量回收装置或正位移式能量回收装置。

此时，可优选阀控式正位移能量回收装置。

在本实施例中，氧化剂泵2中氧化剂1为过氧化氢、臭氧、纯氧或空气中的一种，氧化剂1的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的1-10倍。

此时，优选氧化剂1的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量为2-5倍。

因此，本实施例的处理有机废水的超临界水氧化系统是能够处理不同浓度、有毒、难氧化有机废水8的有效处理系统，废水中有机物去除率可达99%以上，当处理废水中有机物质量浓度达到3％以上时，反应器7能够达到氧化热量自平衡。本实用新型适合在有机废水超临界水氧化处理中广泛应用。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种处理有机废水的超临界水氧化系统，其特征在于：它包括氧化剂供给系统、有机废水预处理系统、反应系统、气液分离系统、反渗透系统、循环系统和能量回收系统；

所述反应系统包括混合器和反应器，所述反应器入口与所述混合器出口连接；

所述能量回收系统包括第一能量回收装置和第二能量回收装置；

所述氧化剂供给系统包括氧化剂泵和第一换热器，所述氧化剂泵进口与氧化剂供给管线连接，所述氧化剂泵出口经过所述第一换热器与所述混合器连接；

所述有机废水预处理系统包括高压泵、第一增压泵、第二增压泵、第二换热器和加热器，有机废水进水管线分为第二支路和第一支路，所述第二支路与所述高压泵入口连接，所述第一支路与所述第二能量回收装置低压流体入口连接，所述第二能量回收装置增压流体经所述第二增压泵与所述第一能量回收装置低压流体入口连接，所述第一能量回收装置增压流体经第一增压泵与所述高压泵出口管线连接后，经过所述第二换热器及所述加热器后与所述混合器连接；

所述气液分离系统包括高压气液分离器、中压气液分离器和常压气液分离器，所述第一能量回收装置泄压流体出口与所述中压气液分离器入口连接，所述第二能量回收装置泄压流体出口与所述常压气液分离器入口连接，所述高压气液分离器气相出口与所述混合器连接，所述高压气液分离器液相出口分为第三支路和第四支路，所述第三支路液相与所述第一能量回收装置高压流体入口连接，所述第四支路液相经泄压阀压力调节后与所述中压气液分离器入口连接，所述中压气液分离器气相出口和所述常压气液分离器气相出口与尾气管线连接，所述常压气液分离器液相出口与浓盐水管线连接；

所述循环系统包括第三换热器、水增压泵和循环水加热器；

所述反渗透系统包括反渗透除盐设备，所述第二能量回收装置高压流体入口与所述反渗透除盐设备的浓盐水出口连接，所述反渗透除盐设备入口与所述中压气液分离器液相出口连接，所述反渗透除盐设备清洁水出口分为第五支路和第六支路，所述第五支路清洁水与外供管线连接，所述第六支路清洁水依次通过所述第三换热器、所述水增压泵、所述循环水加热器后分三股连接至所述反应器壁入口；

所述反应器出口的反应流体分为上支路、中支路和下支路，所述上支路经所述第一换热器与所述高压气液分离器入口管线连接，所述中支路经所述第二换热器与所述高压气液分离器入口管线连接，所述下支路经所述第三换热器与所述高压气液分离器入口管线连接。

2.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的超临界水氧化系统，其特征在于：所述氧化剂泵为高压柱塞泵或压缩机。

3.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的超临界水氧化系统，其特征在于：所述反应器为逆流式蒸发壁超临界水氧化反应器。

4.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的超临界水氧化系统，其特征在于：所述第一换热器、所述第二换热器和所述第三换热器为间壁式换热设备。

5.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的超临界水氧化系统，其特征在于：所述加热器采用电加热、燃油加热或燃气加热形式。

6.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的超临界水氧化系统，其特征在于：所述第一能量回收装置和所述第二能量回收装置为离心式能量回收装置或正位移式能量回收装置。

7.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的超临界水氧化系统，其特征在于：所述氧化剂泵中的氧化剂为过氧化氢、臭氧、纯氧或空气中的一种，所述氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的1-10倍。