專利名稱：一種超臨界水氧化處理廢水工藝及其反應(yīng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超臨界水氧化處理廢水工藝及其反應(yīng)設(shè)備，屬超臨界水氧化處理廢水廢物技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人類賴以生存的環(huán)境遭受的污染日益嚴(yán)重，世界范圍內(nèi)環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。在工業(yè)廢水方面，隨著現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展進(jìn)入水體的化學(xué)物質(zhì)的種類和數(shù)量也急劇增加，給環(huán)境帶來(lái)了更大的危害。傳統(tǒng)的廢水處理方法技術(shù)要求越來(lái)越高，隨之而來(lái)的是處理成本越漲越高，因此，發(fā)展一種高效、低成本的廢水處理技術(shù)就是顯得日趨緊迫。超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical WaterOxidation,簡(jiǎn)寫(xiě)為SCW0)是20世紀(jì) 80年代中期美國(guó)學(xué)者EModell提出的一種能徹底破壞有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)的新型氧化技術(shù)， 被認(rèn)為是一種最有前景的、新型高效的廢水廢物處理技術(shù)。在水的超臨界狀態(tài)下，即t > 373.85 ρ >22.1 MPa時(shí)，有機(jī)物在超臨界水中與氧化劑發(fā)生強(qiáng)烈氧化反應(yīng)，在很短的時(shí)間內(nèi)將難降解的、危險(xiǎn)的有機(jī)物徹底轉(zhuǎn)化為C02和H20，將氮轉(zhuǎn)化為N2或N20等無(wú)害物質(zhì)，將水體中的磷、氯和硫等元素氧化，以無(wú)機(jī)鹽的形式從超臨界水中沉積下來(lái)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)有毒污染物的無(wú)害化。與傳統(tǒng)的有害物質(zhì)處理方法相比，SCWO技術(shù)利用超臨界水與有機(jī)物混溶的性質(zhì)，具有多方面的優(yōu)勢(shì)①反應(yīng)速度非?？欤趸纸鈴氐?，一般只需幾秒至幾分鐘即可將廢水中的有機(jī)物徹底氧化分解，并且去除率可達(dá)99%以上；②有機(jī)物和氧化劑(02、!120 在單一相中反應(yīng)生成C02和H20，出現(xiàn)在有機(jī)物中的雜原子氯、硫、磷分別被轉(zhuǎn)化為HC1、H2S04、H3P04，有機(jī)氮主要形成N2和少量N20，因此SCWO過(guò)程無(wú)需尾氣處理， 不會(huì)造成二次污染；③反應(yīng)器體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；④有機(jī)物在超臨界水中氧化時(shí)放出大量的熱，當(dāng)有機(jī)物濃度達(dá)到一定量時(shí)，可利用反應(yīng)放出的熱維持過(guò)程的熱平衡，實(shí)現(xiàn)自熱反應(yīng)。然而，SCWO技術(shù)的高溫、高壓、強(qiáng)氧化以及酸性氣氛條件對(duì)反應(yīng)裝置的嚴(yán)重腐蝕和無(wú)機(jī)鹽類物質(zhì)的沉淀結(jié)垢對(duì)反應(yīng)器的影響，以及其高能耗(不設(shè)能量回收裝置時(shí))等問(wèn)題所導(dǎo)致其工業(yè)化應(yīng)用以及推廣受到限制?；谏鲜鰡?wèn)題，本發(fā)明提出一種新的超臨界水氧化處理廢水工藝以及設(shè)計(jì)了適應(yīng)該工藝的反應(yīng)裝置，很大程度上解決了 SCWO技術(shù)處理廢水成本高、耗能高等問(wèn)題，同時(shí)也可以防止腐蝕、無(wú)機(jī)鹽類物質(zhì)沉淀結(jié)垢等問(wèn)題產(chǎn)生，因此，使超臨界水工業(yè)應(yīng)用以及推廣成為現(xiàn)實(shí)。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的超臨界水處理廢水工藝簡(jiǎn)單、易操作與控制、低耗能等諸多優(yōu)點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)的反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不易被腐蝕、不易結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)使得超臨界水氧化處理廢水技術(shù)工業(yè)化處理成本低、見(jiàn)效快。同時(shí)，現(xiàn)有的超臨界水處理廢水的工藝中，普遍的思想方法都是用廢水加壓加熱， 使之達(dá)到超臨界水狀態(tài)，然后加氧化劑使其里面的有機(jī)物氧化分解。此思想方法存在的最大弊端是由于廢水里含有很多物質(zhì)在高溫高壓下具有很強(qiáng)的腐蝕性，以致使整個(gè)處理系統(tǒng)都遭到廢水的腐蝕，特別是輸送管道和換熱器，它沒(méi)有像反應(yīng)釜一樣進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)，所以很容易就被腐蝕，因此，整個(gè)系統(tǒng)很快就會(huì)癱瘓。而且在加壓加熱和輸送過(guò)程中廢水里的無(wú)機(jī)鹽發(fā)生沉淀結(jié)垢，導(dǎo)致管道堵塞。現(xiàn)有的超臨界水處理廢水廢物時(shí)，考慮的是不計(jì)成本的高能投入，然后再回收能量，雖然從表面上似乎可行，但是在實(shí)際應(yīng)用中，在能量回收的過(guò)程中，能量的損耗，高能量回收設(shè)備的尖端技術(shù)要求等制約了此思想方法的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有超臨界水氧化處理廢水工藝中存在的高耗能、高成本、 對(duì)反應(yīng)釜高腐蝕、易結(jié)垢等缺點(diǎn)，公開(kāi)一種新的超臨界水氧化處理廢水工藝，以實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化應(yīng)用及其推廣。本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明采用清潔水進(jìn)行加壓加熱，使之達(dá)到超臨界狀態(tài)，然后再輸送到反應(yīng)器和中溫高壓廢水以及氧化劑進(jìn)行反應(yīng)，使清潔超臨界水氧化廢水中的部分有機(jī)物，經(jīng)過(guò)連鎖反應(yīng)，最后致使廢水里的全部有機(jī)物完全氧化，最終達(dá)到處理廢水的目的。本發(fā)明工藝是在特制的多套管管道式超臨界水反應(yīng)器中進(jìn)行，方法如下
(1)將進(jìn)入反應(yīng)器的超臨界態(tài)清水(溫度400-500°C，壓力大于22. IMP)通入氧化劑(氧氣、空氣、雙氧水等，使用比例小于廢水質(zhì)量的5%)從廢水管的中軸部位注入，與從廢水管進(jìn)入的中溫高壓廢水(溫度150-300 壓力大于22. IMP)匯合，中溫高壓廢水中的有機(jī)物在廢水輸送管的反應(yīng)區(qū)段進(jìn)行氧化，加入的廢水與超臨界態(tài)清水的比例是大于或等于5:1。(2)當(dāng)高壓廢水碰到超臨界態(tài)的清水時(shí)，廢水中的有機(jī)物被氧化，從而放出熱量， 由開(kāi)始的一部分有機(jī)物氧化致使靠近超臨界態(tài)清水的廢水自熱到超臨界狀態(tài)，到最后使廢水中的有機(jī)物完全氧化；反應(yīng)階段里水溫度是由輸送的超臨界態(tài)清水的溫度和廢水的溫度以及廢水里面的有機(jī)物含量決定和控制的，溫度范圍為350-650 ；而壓力也是由輸送的超臨界態(tài)清水的溫度和廢水壓力決定的，壓力大于22. IMPa0(3)再向超臨界水通入冷的高壓中和試劑水，對(duì)反應(yīng)后的超臨界水進(jìn)行冷卻、中和，使之成為亞臨界態(tài)的中性水，防止腐蝕、結(jié)垢，最后排出凈水。本發(fā)明所述的多套管管道式超臨界水反應(yīng)器包括氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管、 廢水輸送管、中和試劑水輸送管和排水輸送管，整個(gè)裝置為全密封的、能承受一定壓力的壓力容器；廢水輸送管套入排水輸送管，氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管伸入廢水輸送管中軸部位，中和試劑水輸送管連接排水輸送管始端；所有進(jìn)、出水管均設(shè)有閥門(mén)控制。從氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管的主管輸入超臨界水，從氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管的支管注入氧化劑。氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管的管內(nèi)徑大于1 Cm，超臨界態(tài)清水在管中的凈水流量大于lOL/min ；廢水進(jìn)入廢水輸送管反應(yīng)區(qū)段與超臨界態(tài)清水進(jìn)行反應(yīng)，廢水輸送管內(nèi)徑大于10cm，在反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)段部分長(zhǎng)為3-8m，凈水流量大于lOOL/min ；廢水停留時(shí)間 10-60s ；排水輸送管是套在廢水輸送管外面；中和試劑水輸送管連接排水輸送管始端；中和試劑水輸送管內(nèi)徑大于2cm，凈水流量大于lOL/min ；整個(gè)多套管管道式超臨界水反應(yīng)器采用316Ti(0Crl8Nil2Mo2Ti)不銹鋼制成，具有良好耐硫酸、磷酸、蟻酸、醋酸等酸和耐晶間腐蝕性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果是，本發(fā)明所提出的方法是改用清水加熱加壓至超臨界狀態(tài)，而不是現(xiàn)有的方法直接用廢水加壓加熱，避免了廢水中的物質(zhì)在高溫高壓條件下?lián)p害系統(tǒng)，從而降低設(shè)備通入成本和維護(hù)成本。同時(shí)，清水的量少，相對(duì)直接將廢水加熱，本發(fā)明加熱加壓能耗相對(duì)較低，降低了運(yùn)行能耗，符合實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明適用于對(duì)廢水的處理。


圖1為本發(fā)明超臨界水氧化處理廢水反應(yīng)設(shè)備示意圖； 圖2為本發(fā)明超臨界水氧化處理廢水反應(yīng)工藝圖中圖號(hào)表示1是超臨界態(tài)清水進(jìn)口 ；2是氧化劑進(jìn)口 ；3是氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管；4是中和試劑水輸送管；5是排水輸送管；6是廢水輸送管；7是反應(yīng)段(3m-8m) ；11 是氧化劑；12是超臨界清水；13是廢水；14是中和試劑水(試劑+清水)；15是亞臨界態(tài)清水。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例超臨界水氧化處理廢水反應(yīng)設(shè)備示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例超臨界水氧化處理廢水反應(yīng)工藝圖。本實(shí)施例中的設(shè)備為多套管管道式超臨界水反應(yīng)器，由氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管3、廢水輸送管6、中和試劑水輸送管4和排水輸送管5所組成，廢水輸送管6套入排水輸送管5，氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管3伸入廢水輸送管6中。本實(shí)施例中，氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管3的管內(nèi)徑為1. 5 cm，凈水流量大于lOL/min ；廢水輸送管6內(nèi)徑為10 cm,在反應(yīng)器管道7部分長(zhǎng)度為3_8m，凈水流量大于lOOL/min ；中和試劑水輸送管4管內(nèi)徑大于3cm，流量大于lOL/min ；所有管道采用 316Ti(0Crl8Nil2Mo2Ti)不銹鋼制作。本發(fā)明實(shí)施例處理廢水過(guò)程如下
將溫度400-500°C，壓力大于22. IMP的超臨界水清水12從氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管3主管道向管口位于廢水輸送管6中間處送入反應(yīng)器，同時(shí)在超臨界態(tài)清水輸送管3的支管道上投放氧化劑11，隨超臨界態(tài)清水12 —起進(jìn)入反應(yīng)器；再將溫度150-300 壓力大于22. IMP的中溫高壓廢水13由廢水管6送入反應(yīng)器，中溫高壓廢水13的加入量與超臨界水清水12的比例為5:1 ；當(dāng)高壓廢水13碰到超臨界態(tài)的清水12時(shí)，廢水中的有機(jī)物被迅速氧化，從而放出熱量，由開(kāi)始的一部分有機(jī)物氧化致使靠近超臨界態(tài)清水的廢水自熱到超臨界狀態(tài)，到最后使廢水中的有機(jī)物完全氧化；它們?cè)诜磻?yīng)器反應(yīng)結(jié)束后送到排水輸送管，排水輸送管接有中和試劑水輸送管4，從中和試劑水輸送管4通入冷的高壓中和試劑水14，對(duì)反應(yīng)后的超臨界水進(jìn)行冷卻、中和，使之成為亞臨界態(tài)的中性水15，最后廢水經(jīng)中和后從排水輸送管中輸送到其他系統(tǒng)。整個(gè)裝置對(duì)廢水的日處理量大于150t。
權(quán)利要求
1.一種超臨界水氧化處理廢水的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備為多套管管道式超臨界水反應(yīng)器，包括氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管、廢水輸送管、中和試劑水輸送管和排水輸送管，整個(gè)裝置為全密封的、能承受一定壓力的壓力容器；廢水輸送管套入排水輸送管， 氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管伸入廢水輸送管中軸部位，中和試劑水輸送管連接排水輸送管始端；所有進(jìn)、出水管均設(shè)有閥門(mén)控制；從氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管的主管輸入超臨界清水，從氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管的支管注入氧化劑；高溫廢水進(jìn)入廢水輸送管反應(yīng)區(qū)段與超臨界清水反應(yīng)，中和試劑水從中和試劑水輸送管進(jìn)入排水輸送管冷卻反應(yīng)后的廢水，獲得亞臨界態(tài)的中性水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界水氧化處理廢水的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管的管內(nèi)徑大于1 cm，廢水輸送管內(nèi)徑大于10 cm，在反應(yīng)器管道部分長(zhǎng)為3-8m，排水輸送管是套在廢水輸送管外面；中和試劑水輸送管內(nèi)徑大于2cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種超臨界水氧化處理廢水的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，整個(gè)多套管管道式超臨界水反應(yīng)器采用316Ti(0Crl8Nil2Mo2Ti)不銹鋼制成。
4.一種超臨界水氧化處理廢水的處理廢水工藝，其特征在于，所述工藝方法為(1)將進(jìn)入反應(yīng)器的超臨界態(tài)清水通入氧化劑從廢水管的中軸部位注入，與從廢水管外套管的中溫高壓廢水匯合，中溫高壓廢水中的有機(jī)物在廢水輸送管的反應(yīng)段進(jìn)行氧化， 加入的廢水與超臨界態(tài)清水的比例是大于或等于5:1 ；(2)當(dāng)高壓廢水碰到超臨界態(tài)的清水時(shí)，廢水中的有機(jī)物被氧化，從而放出熱量，由開(kāi)始的一部分有機(jī)物氧化致使靠近超臨界態(tài)清水的廢水自熱到超臨界狀態(tài)，到最后使廢水中的有機(jī)物完全氧化；反應(yīng)階段里水溫度是由輸送的超臨界態(tài)清水的溫度和廢水的溫度以及廢水里面的有機(jī)物含量決定和控制的，溫度范圍為350-650 ；壓力大于22. IMpa ；(3)再向超臨界水通入冷的高壓中和試劑水，對(duì)反應(yīng)后的超臨界水進(jìn)行冷卻、中和，使之成為亞臨界態(tài)的中性水，防止腐蝕、結(jié)垢，最后排出凈水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超臨界水氧化處理廢水的處理廢水工藝，其特征在于， 所述方法步驟(1)中的超臨界態(tài)清水，其溫度為400-500°C，壓力大于22. IMP ；中溫高壓廢水的溫度為150-300 ,壓力大于22. IMP。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超臨界水氧化處理廢水的處理廢水工藝，其特征在于， 所述方法步驟(1)中的氧化劑為氧氣、空氣或雙氧水，氧化劑量的加入比例小于廢水質(zhì)量的 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超臨界水氧化處理廢水的處理廢水工藝，其特征在于， 所述方法步驟中超臨界態(tài)清水在管中的凈水流量大于lOL/min ；廢水輸送管凈水流量大于 lOOL/min，廢水停留時(shí)間10_60s ；中和試劑水輸送管凈水流量大于lOL/min。
全文摘要
一種超臨界水氧化處理廢水工藝及其反應(yīng)設(shè)備，該設(shè)備為多套管管道式超臨界水反應(yīng)器，包括氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管(3)、廢水輸送管(6)、中和試劑水輸送管(4)和排水輸送管(5)，整個(gè)裝置為全密封的、能承受一定壓力的壓力容器；廢水輸送管套入排水輸送管，氧化劑和超臨界態(tài)清水輸送管伸入廢水輸送管中軸部位，中和試劑水輸送管連接排水輸送管始端。從氧化劑進(jìn)口(2)和超臨界態(tài)清水進(jìn)口(1)輸送管輸入滲有氧化劑的超臨界清水，與進(jìn)入廢水輸送管(6)的高壓廢水在反應(yīng)區(qū)段(7)反應(yīng)，中和試劑水從中和試劑水輸送管(4)進(jìn)入排水輸送管(5)冷卻反應(yīng)后的廢水，獲得亞臨界態(tài)的中性水。本發(fā)明適用于對(duì)廢水的處理。
文檔編號(hào)C02F1/72GK102295366SQ20111022118
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者向華, 孔德俊, 徐文, 黃文昭 申請(qǐng)人:豐城向華水基科學(xué)技術(shù)有限公司