一種超臨界水氧化處理高揮發(fā)性有機(jī)廢水的系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界水氧化處理高揮發(fā)性有機(jī)廢水的系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高濃度(化學(xué)需氧量C0D>2000mg/L)、有毒、難降解有機(jī)廢水的處理是國內(nèi)外公認(rèn)的難題。傳統(tǒng)的有機(jī)廢水處理技術(shù)(如物化處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、濕式氧化、焚燒等)存在成本高、降解率低、易衍生二次污染等問題。超臨界水氧化(Supercritical WaterOxidat1n，SCffO)作為一種新型的處理有機(jī)廢水及回收能量的技術(shù)，是有效解決這一難題的方法之一。
[0003]超臨界水氧化是在超過水的臨界點(diǎn)(PC = 22.1MPa, TC = 374°C )的高溫高壓條件下，以空氣或其他氧化劑，將有機(jī)物進(jìn)行“燃燒”氧化的方法。水的極性是溫度和壓力的函數(shù)，超臨界水是一種非極性溶劑。在超臨界水的環(huán)境下，有機(jī)物和氣體可完全互溶，氣液兩相的相界面消失，形成均一相體系，反應(yīng)速度大大加快。在小于I分鐘甚至幾秒鐘的停留時(shí)間內(nèi)，99.9%以上的有機(jī)物迅速燃燒氧化成C02、H20和其他無毒無害的終端產(chǎn)物。反應(yīng)溫度一般在400 - 650°C，避免了 S02、N0x、二惡英等二次污染物的產(chǎn)生。整個(gè)燃燒氧化過程產(chǎn)生大量的熱，具有較大的能量回收潛力。
[0004]當(dāng)前，腐蝕和鹽沉積是超臨界水氧化技術(shù)工業(yè)化推廣面臨的兩大技術(shù)難題。腐蝕主要源于超臨界水氧化反應(yīng)過程中無機(jī)酸(如HC1、H2S04等)的形成及高溫、高壓、高氧濃度的反應(yīng)條件；而無機(jī)鹽在超臨界水中幾乎不溶的特性會(huì)造成反應(yīng)器和管路的堵塞。
[0005]目前，采用水膜反應(yīng)器是綜合解決腐蝕和鹽沉積問題較為有效的方法。如申請?zhí)枮?00710113212.0的一種耐腐蝕防堵塞的超臨界水氧化反應(yīng)器，申請?zhí)枮?01210376040.7的超臨界水氧化反應(yīng)裝置和方法。這類反應(yīng)器一般由承壓外殼和多孔內(nèi)殼組成，有機(jī)廢液和氧化劑從反應(yīng)器頂部注入，進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生高溫反應(yīng)流體。低溫蒸發(fā)水從反應(yīng)器側(cè)面注入到內(nèi)殼與外殼之間的環(huán)隙；蒸發(fā)水可以平衡反應(yīng)流體對(duì)多孔內(nèi)殼的壓力，使多孔內(nèi)殼無需承壓，同時(shí)避免承壓外殼與反應(yīng)流體接觸；蒸發(fā)水通過多孔內(nèi)殼滲入到反應(yīng)器內(nèi)并在多孔內(nèi)壁形成一層亞臨界水膜，該水膜能阻止無機(jī)酸與壁面的接觸并能溶解在超臨界溫度反應(yīng)區(qū)析出的無機(jī)鹽，可有效解決反應(yīng)器內(nèi)的腐蝕和鹽沉積問題。
[0006]水膜反應(yīng)器雖然能很好地解決反應(yīng)器內(nèi)的腐蝕和鹽沉積問題，但是需要從反應(yīng)器側(cè)面注入大量的蒸發(fā)水來保護(hù)多孔壁，并將反應(yīng)流體冷卻至亞臨界溫度排出反應(yīng)器。蒸發(fā)水的水質(zhì)要求高，需要達(dá)到去離子水或蒸餾水的標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)現(xiàn)較好的水膜保護(hù)作用，這無疑增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本；而在一些淡水資源緊缺的地區(qū)，該問題會(huì)更加嚴(yán)重。
[0007]為了保證超臨界水氧化反應(yīng)初始化及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，有機(jī)廢水需要預(yù)熱至超臨界溫度才能注入反應(yīng)器。有機(jī)廢水在預(yù)熱段會(huì)發(fā)生熱解結(jié)焦，降低換熱設(shè)備的效率，甚至堵塞管路。當(dāng)有機(jī)廢水含有無機(jī)鹽時(shí)，無機(jī)鹽極易在預(yù)熱段沉積，從而造成管路堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種超臨界水氧化處理高揮發(fā)性有機(jī)廢水的系統(tǒng)。本發(fā)明為解決超臨界水氧化系統(tǒng)處理含鹽高揮發(fā)性有機(jī)廢水過程中的腐蝕和鹽沉積問題，并有利于降低系統(tǒng)運(yùn)行中需消耗大量蒸餾水的問題。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0010]本發(fā)明的超臨界水氧化處理高揮發(fā)性有機(jī)廢水的系統(tǒng)，包括低溫蒸餾系統(tǒng)，過濾系統(tǒng)，氣液分離系統(tǒng)，水膜反應(yīng)系統(tǒng)，供氧系統(tǒng)；
[0011]所述低溫蒸餾系統(tǒng)包括:低溫多效蒸餾器，廢水管道，冷卻回流系統(tǒng)，加熱循環(huán)系統(tǒng)，抽真空系統(tǒng)；
[0012]所述低溫多效蒸餾器頂端設(shè)有廢水進(jìn)口通道和抽氣口，所述廢水進(jìn)口通道連接廢水管道，所述抽氣口連接抽真空系統(tǒng)；所述低溫多效蒸餾器底端設(shè)有濃縮含鹽廢液出口通道和高濃的有機(jī)液出口通道；
[0013]所述冷卻回流系統(tǒng)通過冷卻水管道連接于所述低溫多效蒸餾器；所述加熱循環(huán)系統(tǒng)通過熱源水管道連接于所述低溫多效蒸餾器；
[0014]所述過濾系統(tǒng)包括超濾裝置，反滲透裝置，壓力能回收裝置；
[0015]所述濃縮含鹽廢液出口通道依次經(jīng)鹽水栗、超濾裝置、壓力能回收裝置、反滲透裝置的進(jìn)口通道后，與水膜反應(yīng)器相連接；
[0016]所述氣液分離系統(tǒng)包括氣液分離器，與抽真空系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)匯聚后的管道相連接，所述氣液分離器將反應(yīng)流體分離為氣體與液體后進(jìn)行排放；
[0017]所述水膜反應(yīng)系統(tǒng)包括水膜反應(yīng)器；
[0018]所述水膜反應(yīng)器頂端設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)口通道，其中一個(gè)進(jìn)口通道為高濃的有機(jī)液進(jìn)口通道，連接低溫多效蒸餾器中高濃的有機(jī)液出口通道，另一個(gè)進(jìn)口通道為氧氣進(jìn)口通道，連接供氧系統(tǒng)；所述水膜反應(yīng)器側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)口通道，濃縮含鹽廢液出口通道通過過濾系統(tǒng)與水膜反應(yīng)器側(cè)壁的進(jìn)口通道相連接，所述水膜反應(yīng)器底端設(shè)置有反應(yīng)流體出口通道，所述反應(yīng)流體出口通道與氣液分離系統(tǒng)相連接；
[0019]所述供氧系統(tǒng)包括氧氣罐和氧氣增壓栗，所述氧氣罐經(jīng)過氧氣管道與所述氧氣增壓栗連接后，通入水膜反應(yīng)器頂端的氧氣進(jìn)口通道。
[0020]進(jìn)一步的，所述廢水管道經(jīng)過第二換熱器后，與低溫多效蒸餾器連接。
[0021]進(jìn)一步的，所述高濃的有機(jī)液出口通道經(jīng)有機(jī)液增壓栗增壓后，經(jīng)由第四換熱器換熱后由高濃的有機(jī)液進(jìn)口通道注入水膜反應(yīng)器。
[0022]進(jìn)一步的，所述冷卻回流系統(tǒng)包括第一換熱器，冷卻水依次注入低溫多效蒸餾器和所述第一換熱器，產(chǎn)生的熱水對(duì)外輸出；
[0023]所述加熱循環(huán)系統(tǒng)包括循環(huán)栗，第二換熱器，第三換熱器；所述循環(huán)栗出口依次與低溫多效蒸餾器、第二換熱器、第三換熱器連接，形成一個(gè)循環(huán)回路。
[0024]進(jìn)一步的，所述抽真空系統(tǒng)包括引射器，所述引射器具有三通接口結(jié)構(gòu)，其中第一個(gè)接口端與抽氣口相連接，第二個(gè)接口端與氣液分離系統(tǒng)的入口相連接，第三個(gè)接口連接冷卻循環(huán)系統(tǒng)；所述抽真空系統(tǒng)用于抽除低溫多效蒸餾器內(nèi)部的不凝性氣體。
[0025]進(jìn)一步的，所述反滲透裝置分為兩個(gè)出口通道，分別為濃鹽水排出口和蒸餾水排出口 ；
[0026]所述反滲透裝置蒸餾水排出口經(jīng)蒸發(fā)水增壓栗后，分為上下兩條支路與水膜反應(yīng)器側(cè)面相連接；上支路先經(jīng)第五換熱器，再經(jīng)電加熱器后連接水膜反應(yīng)器上側(cè)壁進(jìn)口通道；下支路經(jīng)過第六調(diào)節(jié)閥后直接連接水膜反應(yīng)器下側(cè)壁進(jìn)口通道。
[0027]進(jìn)一步的，所述水膜反應(yīng)器底端的反應(yīng)流體出口通道連接管道后分為三條支路，第一支路經(jīng)第四調(diào)節(jié)閥與第四換熱器連接；第二支路經(jīng)第五調(diào)節(jié)閥與第五換熱器連接；第三支路連接第七調(diào)節(jié)閥；所述三條支路匯聚后，依次經(jīng)第三換熱器、第一換熱器后再分為三條支路匯聚后連接氣液分離系統(tǒng)；
[0028]所述反應(yīng)流體流經(jīng)第一換熱器換熱后所分成的三條支路，第一支路經(jīng)引射器后進(jìn)入氣液分離器；第二支路經(jīng)背壓閥后進(jìn)入氣液分離器；第三支路依次經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥、壓力回收裝置后，進(jìn)入氣液分離器。
[0029]本發(fā)明的超臨