技术领域
[0001] 本
发明涉及有机物处理装置，特别涉及一种
超临界水氧化装置。背景技术：
[0002] 超临界水是指
温度超过374℃、压
力超过22.1Mpa的一种特殊状态的水，超临界水是一种非极性
流体，有机物与
氧化剂能够在超临界水中完全混溶。在超临界水环境中进行有机物的氧化能够显著提升氧化效率，氧化剂将有机物氧化分解为水、二氧化
碳、氮气等气体，有机物中含有的
放射性核素转变为无机盐，整个氧化反应过程仅需几秒钟至几分钟。当超临界水温度超过550℃时，无机盐在超临界水中的
溶解度为零，利用超临界水的这种特性能够在有机物氧化反应完成后将无机盐固体分离，从而实现放射性元素的分离。
[0003] 近年来，世界上多个国家相关核研究单位积极开展
有机废物超临界
水处理技术的研究，建立了实验装置，部分国家的研究工作已达到中试规模。
超临界水氧化法分解有机物具有效率高、处理周期短、无明火、二次废物少、环境友好以及适用范围广的特点，相比于传统的
水泥固化或焚烧的方法能够显著提升有机物的处理效率且对于环境污染小。
[0004] 现有的超临界水氧化处理有机物的方法，因其需要在超临界水环境下反应，有机废物氧化完成后的液体增容，排水量大，水资源浪费严重。且现有的超临界水氧化设备通常将每个模
块均单独设置，运输设备时将每个模块运输至现场再进行组装，组装过程耗时长，工作效率低。
[0005] 因此，
现有技术中需要一种能够减少超临界水氧化装置的外排水量的
基础上方便设备运输和组装的超临界水氧化装置。
发明内容
[0006] 本发明的
实施例的目的是提供一种超临界水氧化装置，用于在超临界水环境中处理有机废液，包括：用于将有机废液与氧化剂加入超临界水环境中的给料模块；为有机废液与氧化剂反应提供反应场所的反应模块，所述反应模块为超临界水环境；用于对上述反应模块中反应后的液体进行降温降压以及气液分离的分离模块；用于去除上述分离模块分离后的液体中的杂质的除盐模块以及用于将上述经除盐模块处理的液体进行收集并检测，并依据检测结果对液体进行二次利用的回收模块。
[0007] 根据本发明的实施例，所述给料模块包括：用于将有机废液加入反应模块中的废液给料模块以及用于将氧化剂加入反应模块中的氧化剂给料模块。
[0008] 根据本发明的实施例，所述废液给料模块包括：用于储存有机废液的废液罐；用于调配有机废液浓度的配料罐，所述配料罐入口与废液罐相连以及用于将调配后的有机废液加入反应模块中的废液
泵，所述废液泵的入口与配料罐的出口相连，所述废液泵的出口与反应模块相连。
[0009] 根据本发明的实施例，所述废液给料模块还包括用于将固体有机物制备为
浆液的固体处理模块，所述固体处理模块与废液泵的入口相连，浆液通过废液泵加入至反应模块中。
[0010] 根据本发明的实施例，所述反应模块包括用作超临界水氧化反应的场所的反应器以及用于对反应完成后的反应器进行冷却并排出反应余热的冷却装置。
[0011] 根据本发明的实施例，所述反应模块还包括用于收集反应器中的固体废渣进行的除渣模块，所述除渣模块包括用于对反应器底部的固体废渣进行降温降压的除渣降温降压器以及用于收集经过所述除渣降温降压器处理的固体废渣第一废渣收集罐。
[0012] 根据本发明的实施例，所述分离模块包括用于对反应模块中反应后的液体进行一次降温降压并进行一次气液分离的第一分离模块以及用于对所述第一分离模块分离后的液体进行二次降温降压并进行二次气液分离的第二分离模块，所述第二分离模块对二次气液分离出的气体进行检测与排放。
[0013] 根据本发明的实施例，所述第一分离模块包括用于对反应模块中反应后的液体进行一次降温降压的第一降温降压器、用于对所述一次降温降压后的液体与气体进行分离的第一气液分离器以及用于冷凝与收集第一气液分离器分离出的气体中的水蒸气的第一冷凝水收集罐，所述第一冷凝水收集罐与回收模块相连；所述第二分离模块包括用于对所述第一气液分离器分离的液体进行二次降温降压的第二降温降压器、用于对所述二次降温降压后的液体与气体进行分离的第二气液分离器、用于冷凝和收集第二气液分离器分离出的气体中的水蒸气的第二冷凝水收集罐，所述第二冷凝水收集罐与除盐模块相连、用于收集经第二气液分离器分离后的液体的尾液收集罐以及用于对所述第二气液分离器分离的气体进行处理，使得处理后的气体符合气体排放标准的尾气处理装置。
[0014] 根据本发明的实施例，所述除盐模块包括用于对所述分离模块分离出的液体进行除盐的除盐组件以及用于收集所述除盐组件除盐后产生的固体废渣的第二废渣收集罐。
[0015] 根据本发明的实施例，所述回收模块包括用于盐模块除盐后的液体进行收集的回收水箱，所述回收水箱的出口与反应模块以及给料模块相连以及用于对所述回收水箱中的液体进行检测，使得回收水箱中的液体能够达到二次利用的要求的检测组件。
[0016] 根据本发明的实施例，所述超临界水氧化装置还包括用于对给料模块、反应模块、分离模块、除盐模块以及回收模块进行监测报警与反馈控制的自动控
制模块。
[0017] 根据本发明的实施例，所述超临界水氧化装置还包括：设置在给料模块、反应模块、除盐模块以及回收模块中的
辐射屏蔽层。
[0018] 通过采用上述技术方案，本发明的主要技术效果有：
[0019] 1.通过设置除盐模块与回收模块对氧化反应后的液体进行除盐和二次利用，能够显著减少装置的外排水量，节约水资源；
[0020] 2.通过设置自动
控制模块对反应过程进行监测与反馈控制，保证装置稳定运行；
[0021] 3.通过设置配料槽对有机废液进行调配后再加入反应模块中进行反应，确保有机废液满足超临界水氧化反应的进料条件，有机废液中的有机物能够在超
临界状态下稳定连续存在，提高了超临界水氧化装置的氧化效率。
附图说明
[0022] 图1为根据本发明的一个实施例的超临界水氧化装置的示意图；
[0023] 图2为根据本发明的另一个实施例的超临界水氧化装置的示意图；
[0024] 图3为根据本发明的又一个实施例的超临界水氧化装置的示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合
说明书附图来说明本发明的具体实施方式。
[0026] 超临界水是一种温度超过374℃、压力超过22.1Mpa的一种特殊状态的水，超临界水是一种非极性流体，因此有机物与氧化剂可以完全混溶在超临界水中。由于有机物和氧化剂均溶解在超临界水中，因此超临界水中有机物与氧化剂不存在气液界面传质阻力，从而显著提高了有机物与氧化剂之间的反应效率。超临界水中的有机物的氧化时间通常在几秒至几分钟内，有机物分解率在99％以上且氧化产物为二氧化碳、水、氮气等对环境无害的物质。
[0027] 参照图1，本实施例公开了一种用于处理有机废液的超临界水氧化装置，超临界水氧化装置包括为有机废液与氧化剂提供反应场所的反应模块、用于将有机废液与氧化剂加入反应模块的给料模块、用于分离反应后的液体与气体的分离模块、用于对分离模块分离出的液体进行除盐的除盐模块以及用于对除盐后的液体进行检测与二次利用的回收模块。
[0028] 其中，一并参照图2，优选地，给料模块包括用于将有机废液加入反应模块的废液给料模块以及用于将氧化剂加入反应模块的氧化剂给料模块，在此对氧化剂的种类不作限定，氧化剂可以为液氧、高压空气、双氧水等氧化剂，具体使用哪一种氧化剂是依据待处理的有机废液的物理化学性质决定的，优选地，本实施例中的氧化剂给料模块包括用于储存氧化剂的氧化剂罐与用于将氧化剂加入反应模块中的高压泵(图中未示出)。有机废液与氧化剂分开加入反应模块中能够有效控制有机废液以及氧化剂的加入量，避免氧化剂的浪费。超临界水氧化反应中，若有机废液中的有机物浓度在3％以上，氧化过程中产生的热量即可维持超临界水环境不需要单独对反应器进行加热。因此，优选地，废液给料模块包括用于储存废液的废液罐、用于调配废液的配料罐以及用于将废液加入反应模块的废液泵。配料罐的入口与废液罐的出口相连，配料罐的出口与废液泵相连，在配料罐中调配有机废液，保证调配后有机废液能够达到反应需求，在此对有机废液的反应需求不作限定，反应需求可以是有机废物氧化的热值(总需氧量)、pH值乃至
粘度、
密度以及固液混合浆液的颗粒等，优选地，若以热值作为标准，高热值的有机废液需要在配料罐中进行稀释，稀释后再加入反应模块中；低热值的有机废液需要在配料罐中添加助燃剂，添加助燃剂后加入反应模块中。
[0029] 优选地，为使本实施例中的超临界水氧化装置能够同时处理有机固体，废液给料模块还包括固体处理模块，固体处理模块将固体有机物制备为浆液，在此对固体处理模块的种类不作限定，固体处理模块可以是固体
球磨机等能够将固体制备为浆液的设备。固体处理模块与废液泵的入口相连，固体处理模块制备好的浆液通过废液泵加入反应模块中与氧化剂进行反应。
[0030] 优选地，本实施例中的超临界水氧化装置还可以用于处理放射性有机废液或有机固体废物，为增加超临界水氧化装置的使用寿命，依据需要处理的放射性有机废液或有机固体废物对装置的污染程度的高低，对超临界水氧化装置进行局部辐射屏蔽设计或对超临界水氧化装置整体进行辐射屏蔽设计，例如对给料模块、反应模块、除盐模块以及回收模块加装辐射屏蔽层，在此对辐射屏蔽层的材料不作限定，例如辐射屏蔽层可以是铅板、铅玻璃等。
[0031] 参照图2，反应模块包括用作有机废液与氧化剂反应场所的反应器，在此对反应器的种类、形状以及材料不作限定。在反应器内进入超临界反应状态后，反应器会释放出大量的热，为确保反应能够连续稳定运行，反应模块中设置有对反应器进行冷却的冷却装置，在此对冷却装置的冷却方式以及冷却装置与反应器的连接关系不作限定，优选地，本实施例中的冷却装置采用
循环水冷却的方式对反应器进行冷却。由于有机物中的
放射性核素经氧化反应后转
化成为无机盐，由于无机盐在超临界水中的溶解度很低，所以无机盐以固体废渣的形式存在于反应器中。优选地，为收集反应器中的废渣，反应模块还包括用于将反应器中的固体废渣进行收集的除渣模块，除渣模块包括除渣降温降压器，除渣降温降压器对固体废渣进行降温降压，方便对固体废渣进行收集，经过降温降压后的固体废渣收集在第一废渣收集罐中，优选地，本实施例中的除渣降温降压器采用多级降温降压器，多级降温降压器能够将固体废渣降至室温，利用重力作用方便将固体废渣收集至第一废渣收集罐中。
[0032] 参照图2，分离模块将反应器中反应完成的液体进行降温降压，并将降温降压过程产生的气体与液体进行分离。优选地，降温过程中产生的气体中含有很多水蒸气，为收集气体中的水蒸气，减少水资源的浪费，本实施例中的分离模块包括第一分离模块以及第二分离模块。其中，第一分离模块包括用于对反应器中反应后的液体进行一次降温降压的第一降温降压器、用于将经第一降温降压器处理后产生的气体与液体分离的第一气液分离器以及用于冷凝和收集第一气液分离器分离出的气体中的水蒸气的第一冷凝水收集罐。优选地，第一冷凝水收集罐中收集的冷凝水较为纯净，可以直接二次利用，本实施例中第一冷凝水收集罐与回收模块相连(图中未示出)。第二分离模块包括用于对第一分离模块分离后的液体进行二次降温降压的第二降温降压器、用于将经第二降温降压器处理后产生的气体与液体分离的第二气液分离器以及用于冷凝和收集第二气液分离器分离出的气体中的水蒸气的第二冷凝水收集罐。优选地，第二冷凝水收集罐中的冷凝水需要经过除盐后再进行使用，其他的气体经过检测后可直接排放，第二分离模块还包括收集经第二气液分离器分离后液体的尾液收集罐以及用于处理第二气液分离器中的气体的尾气处理装置，在此对尾气处理装置的结构、处理方式不作限定，优选地，本实施例中的尾气处理装置对气体进行干燥、
吸附、高效过滤以及检测，检测达标后排放进入大气中。
[0033] 为减少超临界水氧化装置的外排水量，减少水资源浪费，超临界水氧化装置设置有除盐模块与回收模块。其中，除盐模块包括对分离模块分离后的液体进行除盐的除盐组件以及用于收集除盐组件除盐后的废渣的第二废渣收集罐。在此对除盐组件的结构，除盐方法不作限定，具体的除盐方法应根据分离后的液体中的有机成分、盐成分含量及除盐后
废水用途来进行选择。
[0034] 优选地，若有机废液的有机成分为核电站
废油及废
清洗剂时，若进入除盐模块的液体中磷含量小于1000PPM、硫含量小于2000PPM、卤族元素小于500PPM可不进行除盐处理直接加入回收模块中进行二次利用。
[0035] 优选地，若有机废液的有机成分为TBP-
煤油的混合
树脂或者是废
溶剂时，经分离模块分离后的液体中含有大量的
磷酸盐，针对磷酸盐可以采用沉淀吸附法除盐，沉淀吸附法除盐即向液体中加入沉淀剂，如氢
氧化钙、氢氧化钠、
氨水等，调节pH值至中性，静置一段时间后过滤分离或离心分离沉淀，分离后的沉淀进入第二废渣收集罐中进行后续处理。
[0036] 优选地，有机废液可以采用纳滤、膜渗透的方法进行除盐，在超临界水氧化装置处理放射性废液或放射性固体废物时，分离后的液体可以采用聚酰胺复合膜循环式工艺运行。渗透的方法是利用
反渗透膜对液体进行
净化，利用膜渗透的方法进行除盐相对于沉淀吸附法除盐，除盐效率更高，经处理后的液体可进行循环利用，乃至达到排放标准，但会产生少量的二次废物(使用后的
反渗透膜)。
[0037] 回收模块包括用于收集除盐后的液体的回收水箱以及用于检测回收水箱中液体的检测组件，在此对检测组件的结构不作限定，检测标准可以是回收水箱中液体的某种有机物的浓度或是其他标准。回收水箱的出口与反应模块以及给料模块相连，优选地，本实施例中回收水箱的出口与冷却装置以及配料罐相连，依据检测结果，若液体中总盐含量相对低，则加入配料罐中作为有机废液的配料水使用；若液体中盐浓度相对高，则加入冷却装置中作为循环
冷却水使用。
[0038] 设置除盐模块除了能够对分离模块中的液体进行除盐进而能够实现液体的循环使用之外，经过除盐后，液体中的放射性核素能够富集在除盐产生的固体废渣(沉淀吸附法)或高浓度盐溶液(膜渗透法)中。
[0039] 优选地，本实施例中在处理完一批有机废液后进入除盐模块的液体可以不进入回收水箱中二次利用，而是直接进入二次废液处理系统进行处理，因此对除盐模块的除盐方法不作限定。此时选择的除盐方法可以是较为简单易操作的方法，如沉淀吸附法；也可以是对二次废液处理比较彻底的方法，比如离子交换、纳滤-反渗透法等，处理后废液达到排放标准，直接排放。视不同的除盐方法，配备不同二次废液处理工艺系统。
[0040] 优选地，本实施例中的第一废渣收集罐与第二废渣收集罐中收集的固体废渣采用水泥固化的方式进一步处理后处置，减少放射性核素对自然环境以及操作人员的危害。
[0041] 本实施例中的超临界水氧化装置的工作过程主要是通过给料模块将经过处理的有机废液或有机废料与氧化剂一起加入到反应模块中进行反应，反应后产生的液体经过分离模块进行降温降压与气液分离，反应后产生的固体经过除渣模块进行收集。分离模块分离后的液体进入除盐模块中进行除盐，除盐模块对液体进行除盐，液体经过除盐后加入回收模块中，回收模块对液体进行检测，回收模块依据检测结果将液体进行二次利用。
[0042] 现有的超临界水氧化装置中的给料模块、反应模块等均为单独的设备，在运输超临界水氧化装置至其他地方使用时，需要将每个单独的设备运送至
指定地点再进行设备的安装，超临界水氧化装置的运输过程与安装过程费时费力。
[0043] 参照图3，为了改善超临界水氧化装置的安装过程，本实施例将超临界水氧化装置集成为模块化可移动结构，将分离模块、除盐模块与回收模块集成为后处理模块。为保证集成后的超临界水氧化装置能够稳定工作，需要自动控制模块对装置中的温度、压力、液位、PH值、TOC等进行监测与报警，所述自动控制模块对给料模块、反应模块、分离模块、除盐模块以及回收模块进行检测与报警。在此对自动控制模块的设备与结构不作限定，优选地，在本实施例中包括设置在各个模块中的
温度计、压力监测件、液位监测件、pH监测件以及热值监测件。
[0044] 自动控制模块依据其监测的数据对超临界水氧化装置进行监测，若监测的数据出现问题，自动控制模块能够报警提醒使用人员。在此对自动控制模块的报警方式不作限定，优选地，本实施例中的自动控制模块通过PLC系统配合主动的sis联
锁、DCS联锁来实现超临界水氧化装置的实时监测与报警，本实施例中的超临界水氧化装置配合报警还设置有基本控制系统(BPCS)、关键报警和人员响应、安全仪表功能(SIF)防护系统、安全
阀和爆破片等主动无力保护系统以及被动安全防护系统来确保报警后能够对超临界水氧化装置的故障进行初步处理，等待操作人员进行后续处理。
[0045] 采用本实施例所述的超临界水氧化装置能够有效的对有机废液及处理后的有机废物进行氧化，氧化后产生的液体通过除盐模块除盐后能够进入回收模块中进行二次利用，由此能够减少装置的外排水量，节省水资源，同时，为方便装置运输后使用，本实施例中的超临界水氧化装置集成在一个可移动结构上，在使用超临界水氧化装置时将超临界水氧化装置运输至指定地点直接进行模块化组装调试使用即可，无需再进行设备的组装和调试。
[0046] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明。
