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一种超临界水 氧化处理低挥发性有机废水的系统与方法

阅读：3发布：2021-03-12

专利汇可以提供一种超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统与方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及能源与环境技术领域，具体公开了一种超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统与方法。本发明的含盐有机废水经低温多效蒸馏产生浓缩废水和蒸馏水，浓缩废水与氧气在反应器中反应形成反应流体；蒸馏水上支路通过预热、下支路为常温从水膜反应器侧面注入反应器。反应流体经逐步换热降温后，经背压阀降至常压，于气液分离器实现气液分离排放。本发明通过低温多效蒸馏产生浓缩废液和蒸馏水，避免浓缩过程中无机盐结垢；浓缩废液可以低温甚至常温注入水膜反应器，避免预热段的结焦及堵塞；蒸馏水作为蒸发水从水膜反应器侧面注入，实现反应器的保护，省去了系统中蒸发水的消耗成本。，下面是一种超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统与方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，其特征在于，包括低温蒸馏系统，水膜反应系统，气液分离系统，电加热器，供氧系统；
所述低温蒸馏系统包括：低温多效蒸馏器，含盐有机废水管道，冷却回流系统，加热循环系统，抽真空系统；
所述水膜反应系统包括水膜反应器；
所述气液分离系统包括气液分离器；
所述低温多效蒸馏器顶端设有废水进口通道与抽气口，所述废水进口通道用于连接含盐有机废水管道，所述抽气口用于连接抽真空系统；所述低温多效蒸馏器底部设有浓缩废液出口通道与蒸馏水出口通道，所述浓缩废液出口通道与水膜反应器相连通；
所述冷却回流系统连接于所述低温多效蒸馏器的冷却水通道；所述加热循环系统连接于所述低温多效蒸馏器的热源水通道；
所述抽真空系统包括真空泵；所述真空泵与所述低温多效蒸馏器顶端的抽气口连接；
所述供氧系统包括氧气罐和与所述氧气管连接的氧气增压泵，所述氧气罐经过所述氧气增压泵后与所述水膜反应器连接；
所述水膜反应器顶端设置有两个进口通道，其中一个进口为浓缩液进口通道，接入低温多效蒸馏器中的浓缩废液，另一个为氧气进口通道，连接供氧系统；所述水膜反应器底端设置有反应流体出口通道，所述反应流体出口通道与气液分离器相连接。
2.根据权利要求1所述的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，其特征在于，所述含盐有机废水管道经过第二换热器后，与低温多效蒸馏器连接。
3.根据权利要求1所述的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，其特征在于，所述蒸馏水出口通道连接蒸馏水增压泵，然后分为上下两条支路与水膜反应器侧面相连接；上支路先经第五换热器，再经电加热器后连接水膜反应器上侧壁；下支路经过第二调节阀后直接与水膜反应器下侧壁相连接。
4.根据权利要求1所述的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，其特征在于，所述加热循环系统包括：循环泵，第二换热器，第三换热器；所述循环泵出口依次连接低温多效蒸馏器、第二换热器、第三换热器连接，形成一个循环回路。
5.根据权利要求1所述的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，其特征在于，所述浓缩废液出口通道依次经过废液增压泵增压、第四换热器后与水膜反应器连接。
6.根据权利要求1所述的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，其特征在于，所述水膜反应器的底端反应流体出口通道连接管道后分为三条支路，第一支路经第三调节阀与第四换热器连接；第二支路经第四调节阀与第五换热器连接；第三支路连接第五调节阀；所述三条支路汇聚后，经第三换热器、第一换热器换热后，与气液分离器连接。
7.根据权利要求1所述的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，其特征在于，气液分离器与所述第一换热器之间设置有背压阀。
8.一种权利要求1所述的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)废水通过经预热，然后进入低温多效蒸馏器进行负压多效蒸发；
(2)抽真空系统将低温多效蒸馏器内部的不凝性气体抽出，实现其负压工作条件；
(3)低温多效蒸馏器底部液体分离形成浓缩废液与蒸馏水，所述浓缩废液从低温多效蒸馏器底部浓缩废液出口通道排出，经增压后进行初步预热；经预热后的废液从水膜反应器的顶部浓缩液进口通道注入到反应器中；氧气罐中的氧气输出经增压后，由反应器顶部氧气进口通道注入到反应器中；
(4)浓缩废液中的有机物和氧气在水膜反应器中进行超临界水氧化反应；低温多效蒸馏器底部产生的蒸馏水从蒸馏水出口通道排出，作为水膜反应器的蒸发水进行利用，蒸发水先增压，然后分为上下两条支路从水膜反应器侧面注入；上支路蒸发水先经预热，再经电加热器加热后进入水膜反应器上侧壁；下支路经过调节阀后直接进入水膜反应器下侧壁；
(5)在水膜反应器反应后的浓缩废液变成反应流体排出反应器，所述反应流体排出水膜反应器后分为三条支路：第一支路反应流体经热器换热，对浓缩废液进行预热；第二支路反应流体流经热器换热，对上支路蒸发水进行预热；第三支路为反应流体多余热量，通过调节阀调节后从直流通路流出；
(6)随后三条支路的反应流体重新汇流，于换热器中对低温蒸馏系统的热源水进行加热，随后反应流体进一步于换热器中与冷却水进行换热，回收反应流体余热；降至常温的反应流体降至常压后进入气液分离器，达标的气体和液体直接排放。

说明书全文

一种超临界水 氧化处理低挥发性有机废水的系统与方法

技术领域

[0001] 本发明涉及能源与环境技术领域，特别涉及一种超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统与方法。

背景技术

[0002] 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 Water Oxidation，SCWO)作为一种新型的处理有机废水的技术，是有效解决这一难题的方法之一。

[0003] 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“燃烧”氧化的方法。水的极性是温度和压力的函数，超临界水是一种非极性溶剂。在超临界水的环境下，有机物和气体可完全互溶，气液两相的相界面消失，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。

[0004] 当前，腐蚀和盐沉积是超临界水氧化技术工业化推广面临的两大技术难题。腐蚀主要源于超临界水氧化反应过程中无机酸(如HCl、H2SO4等)的形成及高温、高压、高氧浓度的反应条件；而无机盐在超临界水中几乎不溶的特性会造成反应器和管路的堵塞。

[0005] 目前，采用水膜反应器是综合解决腐蚀和盐沉积问题较为有效的方法。如申请号为200710113212.0的一种耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应器，申请号为201210376040.7的超临界水氧化反应装置和方法。这类反应器一般由承压外壳和多孔内壳组成，有机废液和氧化剂从反应器顶部注入，进行超临界水氧化反应，从而产生高温反应流体。低温蒸发水从反应器侧面注入到内壳与外壳之间的环隙；蒸发水可以平衡反应流体对多孔内壳的压力，使多孔内壳无需承压，同时避免承压外壳与反应流体接触；蒸发水通过多孔内壳渗入到反应器内并在多孔内壁形成一层亚临界水膜，该水膜能阻止无机酸与壁面的接触并能溶解在超临界温度反应区析出的无机盐，可有效解决反应器内的腐蚀和盐沉积问题。

[0006] 水膜反应器虽然能很好地解决反应器内的腐蚀和盐沉积问题，但是需要从反应器侧面注入大量的蒸发水来保护多孔壁，并将反应流体冷却至亚临界温度排出反应器。蒸发水的水质要求高，需要达到去离子水或蒸馏水的标准才能实现较好的水膜保护作用，这无疑增加了系统的运行成本；而在一些淡水资源紧缺的地区，该问题会更加严重。

[0007] 为了保证超临界水氧化反应初始化及系统稳定运行，有机废水需要预热至超临界温度才能注入反应器。有机废水在预热段会发生热解结焦，降低换热设备的效率，甚至堵塞管路。当有机废水含有无机盐时，无机盐极易在预热段沉积，从而造成管路堵塞。

发明内容

[0008] 有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统。本发明为解决超临界水氧化系统处理低挥发性含盐有机废水过程中的腐蚀和盐沉积问题，并有利于降低系统的运行成本。

[0009] 本发明采用的技术方案为：

[0010] 本发明的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统，包括低温蒸馏系统，水膜反应系统，气液分离系统，电加热器，供氧系统；

[0011] 所述低温蒸馏系统包括：低温多效蒸馏器，含盐有机废水管道，冷却回流系统，加热循环系统，抽真空系统；

[0012] 所述水膜反应系统包括水膜反应器；

[0013] 所述气液分离系统包括气液分离器；

[0014] 所述冷却回流系统包括第一换热器；冷却水依次注入低温多效蒸馏器和所述第一换热器，产生的被加热的冷却水形成热水对外输出；

[0015] 所述低温多效蒸馏器顶端设有废水进口通道与抽气口，所述废水进口通道用于连接含盐有机废水管道，所述抽气口用于连接抽真空系统；所述低温多效蒸馏器底部设有浓缩废液出口通道与蒸馏水出口通道，所述浓缩废液出口通道与所述蒸馏水出口通道均与水膜反应器相连通；

[0016] 进一步的，所述蒸馏水出口通道连接蒸馏水增压泵，然后分为上下两条支路与水膜反应器侧面相连接；上支路先经第五换热器，再经电加热器后连接水膜反应器上侧壁；下支路经过第二调节阀后直接与水膜反应器下侧壁相连接；

[0017] 所述冷却回流系统连接于所述低温多效蒸馏器的冷却水通道；所述加热循环系统连接于所述低温多效蒸馏器的热源水通道；

[0018] 所述抽真空系统包括真空泵；所述真空泵与所述低温多效蒸馏器顶端的抽气口连接；

[0019] 进一步的，所述含盐有机废水管道经第二换热器后，与低温多效蒸馏器连接；

[0020] 进一步的，所述加热循环系统包括：循环泵，第二换热器，第三换热器；所述循环泵出口依次连接低温多效蒸馏器、第二换热器、第三换热器连接，形成一个循环回路；

[0021] 进一步的，所述真空泵用于抽除低温多效蒸馏器内部的不凝性气体；

[0022] 进一步的，所述浓缩废液出口通道依次经过废液增压泵增压、第四换热器后与水膜反应器连接；

[0023] 所述供氧系统包括氧气罐和与所述氧气管连接的氧气增压泵，所述氧气罐经过所述氧气增压泵后与所述水膜反应器连接；

[0024] 所述水膜反应器顶端设置有两个进口通道，其中一个进口为浓缩液进口通道，接入低温多效蒸馏器中的浓缩废液，另一个为氧气进口通道，连接供氧系统；所述水膜反应器底端设置有反应流体出口通道，所述反应流体出口通道与气液分离器相连接；

[0025] 进一步的，所述水膜反应器中产生的反应流体由底端的反应流体出口通道流出后分为三条支路，第一支路经第三调节阀与第四换热器连接；第二支路经第四调节阀与第五换热器连接；第三支路连接第五调节阀；所述三条支路汇聚后，经第三换热器、第一换热器换热后，与气液分离器连接；

[0026] 所述气液分离器与所述第一换热器之间设置有背压阀，所述背压阀将经降温后的反应流体降至常压。

[0027] 本发明的超临界水氧化处理低挥发性有机废水的方法，包括下述步骤：

[0028] (1)废水通过经预热，然后进入低温多效蒸馏器进行负压多效蒸发；

[0029] (2)抽真空系统将低温多效蒸馏器内部的不凝性气体抽出，实现其负压工作条件；

[0030] (3)低温多效蒸馏器底部液体分离形成浓缩废液与蒸馏水，所述浓缩废液从低温多效蒸馏器底部浓缩废液出口通道排出，经增压后进行初步预热；经预热后的浓缩废液从水膜反应器的顶部浓缩液进口通道注入到反应器中；氧气罐中的氧气输出经增压后，由反应器顶部氧气进口通道注入到反应器中；

[0031] (4)浓缩废液中的有机物和氧气在水膜反应器中进行超临界水氧化反应；低温多效蒸馏器底部产生的蒸馏水从蒸馏水出口通道排出，作为水膜反应器的蒸发水进行利用，蒸发水先增压，然后分为上下两条支路从水膜反应器侧面注入：上支路蒸发水先经预热，再经电加热器加热后进入水膜反应器上侧壁；下支路经过调节阀后直接进入水膜反应器下侧壁；

[0032] (5)在水膜反应器反应后的浓缩废液变成反应流体排出反应器，所述反应流体排出水膜反应器后分为三条支路：第一支路反应流体经热器换热，对浓缩废液进行预热；第二支路反应流体流经热器换热，对上支路蒸发水进行预热；第三支路为反应流体多余热量，通过调节阀调节后从直流通路流出；

[0033] (6)随后三条支路的反应流体重新汇流，于换热器中对加热循环系统的热源水进行加热，随后反应流体进一步于换热器中与冷却水进行换热，回收反应流体余热；降至常温的反应流体降至常压后进入气液分离器，达标的气体和液体直接排放。

[0034] 本发明的有益效果为：

[0035] 本发明首先通过低温多效蒸馏浓缩含盐有机废水，废水蒸馏过程中，水蒸发而有机物和无机盐几乎不蒸发，浓缩液中有机物浓度成倍甚至数倍增加，同时低温蒸馏过程(<70℃)避免浓缩过程无机盐的结垢问题；随后浓缩液注入水膜反应器进行超临界水氧化反应，高浓度的反应条件下可形成热液火焰，从而实现含盐有机废水低温甚至常温注入反应器，并保证超临界水氧化反应的稳定，解决含盐有机废水在预热段的堵塞问题；蒸馏过程产生的蒸馏水，其含盐量极低(<10ppm)，可直接作为水膜反应器的蒸发水，蒸发水在水膜反应器内形成水膜，从而保护反应器，降低系统运行成本。附图说明

[0036] 图1为本发明超临界水氧化处理低挥发性有机废水的系统的结构示意图。

[0037] 图1中标记：

[0038] 第二换热器1；低温多效蒸馏器2；真空泵3；废液增压泵4；

[0039] 第一调节阀5；第四换热器6；氧气罐7；氧气增压泵8；

[0040] 第三调节阀9；水膜反应器10；电加热器11；第四调节阀12；

[0041] 第五调节阀13；第二调节阀14；第五换热器15；

[0042] 蒸馏水增压泵16；循环泵17；第三换热器18；第一换热器19；

[0043] 背压阀20；气液分离器21。

具体实施方式

[0044] 下面结合附图对本发明作进一步说明：

[0045] 含盐有机废水即废水，通过进口通道1-1进入第二换热器1进行预热，然后进入低温多效蒸馏器2进行负压多效蒸发。出口通道2-6是抽气口，在真空泵3的作用下抽除低温多效蒸馏器2内部的不凝性气体，实现其负压工作条件。所述废水通过低温多效蒸发后产生的浓缩废液从出口通道2-4排出；冷却水从进口通道2-3注入，用于冷却低温多效蒸馏器2中产生的蒸汽，所述蒸汽冷凝成蒸馏水从出口通道2-5排出。热源水经进口通道18-1进入第三换热器18，回收超临界水氧化反应流体余热，热源水通过循环泵17升压，经进口通道2-2注入低温多效蒸馏器2，进而加热废水，实现其蒸发，之后热源水从进口通道1-2进入第二换热器1，利用剩余热量对废水进行预热，之后从进口通道18-1返回第三换热器18完成循环。冷却水从进口通道2-3注入低温多效蒸馏器2，随后经进口通道19-1进入第一换热器19，产生热水对外输出。

[0046] 低温多效蒸馏联合超临界水氧化系统中，低温多效蒸馏器2产生的浓缩废液经废液增压泵4增压，从进口通道6-1进入第四换热器6进行初步预热，从水膜反应器10的顶部进口通道10-2注入；氧气罐7中的氧气经氧气增压泵8增压从水膜反应器10的顶部进口通道10-1注入，浓缩废液中的有机物和氧气在水膜反应器10中进行超临界水氧化反应。蒸馏水利用蒸馏水增压泵16增压后分为上下两条支路，上支路蒸发水经第一调节阀5调节流量，从进口通道15-1进入第五换热器15，进行初步预热，随后通过电加热器11进一步升温后，从进口通道10-3注入水膜反应器10，起到初始化超临界水氧化反应的作用，稳定运行时可降低功率或关闭；下支路蒸发水经第二调节阀14调节流量后，从进口通道10-4注入水膜反应器10；上下支路蒸发水经多孔壁进口通道10-6渗入到水膜反应器10内形成水膜，从而保护反应器。反应流体经出口通道10-5排出，随后分为三条支路，第一支路的反应流体经第三调节阀9调节流量，通过进口通道6-2进入第四换热器6，对浓缩废液进行预热；
第二支路的反应流体经第四调节阀12调节流量，通过进口通道15-2进入第五换热器15，对上支路蒸发水进行预热；反应流体多余热量通过第五调节阀13调节流量后从直流通路流出。随后反应流体重新汇流经进口通道18-2进入第三换热器18，对低温蒸馏系统的热源水进行加热，然后经过进口通道19-2进入换热器19，降至常温的流体经背压阀20降至常压进入气液分离器21，达标的气体和液体直接排放。

[0047] 本发明所述的含盐有机废水，经低温多效蒸馏浓缩后产生浓缩废液和蒸馏水，从而避免浓缩过程中无机盐的结垢问题；浓缩废液浓度大大提高，水膜反应器内可形成热液火焰，浓缩废液既可以低温也可以常温注入水膜反应器，从而避免预热段的结焦及堵塞问题；蒸馏水作为蒸发水从反应器侧面注入，实现水膜反应器的保护，省去了系统中蒸发水的消耗成本。

[0048] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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