CN104671388A - 一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***及反应工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***及反应工艺，所述***包括双壳反应器、有机废水输入管路、空气输入管路及反应物排出管路。双壳反应器包括设于外部的多孔壁和设于内部的承压壁，所述多孔壁和承压壁间设有分隔环，所述双壳反应器顶部设有废液入口，底部设有反应器出口，承压壁设有上空气入口和下空气入口；所述有机废水输入管连接废液入口，空气输入管路分两条支路分别连接上空气入口和下空气入口，反应物排出管路连接反应器出口。实现超临界水氧化反应及多孔壁的保护，避免反应热在双壳反应器上部集中释放，而造成双壳反应器上部过热及轴向温度梯度过大，损坏多孔壁，同时避免双壳反应器的腐蚀和盐沉积。

Description

一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***及反应工艺

技术领域

本发明涉及环保净化领域，更具体地说，是涉及一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***及反应工艺。

背景技术

高浓度、有毒、难降解有机废水的处理是国内外公认的难题。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。

超临界水是指当压力和温度达到一定值时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好相同时的水。此时，水的液体和气体便没有区别，完全交融在一起，成为一种新的呈现高压高温状态的水。一般地，超临界水存在于温度为374℃以上且压力为22.1MPa以上的环境条件下。超临界水具有特殊的物理化学性质，如：比热容大、传热系数高、扩散系数大、粘度低、介电常数小、电离常数小、密度小且随压力改变、与油等有机物和气体完全互溶等。亚临界水是水加热至沸点以上，临界点以下，并控制***压力保持为液态的存在状态。

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、NO_x、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，具有较大的能量回收潜力。

目前，超临界水氧化技术已广泛应用于环保、化工、煤气化、核电和火电、新材料合成等多种领域中，超临界水氧化作为一种新型的处理有机废水及回收能量的技术，是有效解决处理污水、污泥污染的方法之一。

尽管超临界水氧化技术的应用基础已经形成，国内外已有一些超临界水氧化工业装置，但是腐蚀和盐沉积问题阻碍了该技术的工业化推广。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。

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，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，解决了反应器内的腐蚀和盐沉积问题。水膜反应器需要从壁面注入大量的去离子水作为蒸发水，来保护多孔壁面，并将反应流体冷却排出反应器，这无疑增加了***的运行成本。在一些淡水资源紧缺的地区，该问题会更加严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***及及反应工艺。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***，包括双壳反应器、有机废水输入管路、空气输入管路及反应物排出管路；

所述有机废水输入管道用于向双壳反应器输入一定温度和压力的有机废水，空气输入管道用于向双壳反应器输入与有机废水进行超临界水氧化反应所需的空气，反应物排出管路用于将反应产物分离排出；

所述双壳反应器包括设于外部的多孔壁和设于内部的承压壁，所述多孔壁和承压壁间设有分隔环，多孔壁通过分隔环被支撑在承压壁内并与承压壁之间形成一容置空间；所述双壳反应器顶部设有废液入口，底部设有反应器出口，承压壁设有上空气入口和下空气入口；

所述空气输入管路上依次装设有空气压缩器、空气预热器；所述空气预热器的输出端接有上支路和下支路，所述上支路通过一空气加热器连接到上空气入口相连接，下支路与下空气入口相连接；

所述有机废水输入管连接废液入口，反应物排出管路连接反应器出口。

作为优选的，所述有机废水输入管路上依次装设有有机废水储罐、增压泵、有机废水预热器和有机废水加热器，有机废水输入管路的出水管接在有机废水加热器的输出端，出水管与废液入口相连接。

作为优选的，所述反应物排出管路一端连接反应器出口，另一端分两条支路分别通过有机废水预热器和空气预热器连接到一气液分离器。

一种采用以上所述的***的反应工艺，包括以下步骤：

S1、有机废水经过增压泵增压至22.1–30MPa，依次经过有机废水预热器和有机废水加热器进行预热并加热至200-370℃后注入双壳反应器内；

S2、空气输入管路对输入的空气进行增压至22.1–30MPa并预热，预热后的空气分上下两条支路，下支路直接从下空气入口注入到双壳反应器内，上支路经空气加热器将空气加热至400-600℃后从上空气入口注入；

S3、待有机废液与空气的超临界水氧化反应稳定后，控制多孔壁内的反应温度为400–650℃，并将上支路空气逐渐降至200-370℃；

S4、反应产物经反应物排出管路排出，分别通过空气预热器和有机废水预热器对空气和有机废水进行预热，最后经气液分离器分离后排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：有机废液从反应器顶部注入，空气从反应器侧面注入，实现超临界水氧化反应及多孔壁的保护。从反应器侧面注入的空气在多孔壁内壁面形成保护膜，避免反应器的腐蚀和盐沉积，并将反应产物冷却至亚临界温度排出反应器；空气同时作为超临界水氧化反应的氧化剂，有机物沿轴向逐渐反应消耗，避免反应热在反应器上部集中释放，而造成反应器上部过热及轴向温度梯度过大，损坏多孔壁。

附图说明

图1是本发明所述的一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***的结构示意图；

图2为本发明所述***的双壳反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***及反应工艺作进一步说明。

以下是本发明所述的一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***及反应工艺的最佳实例，并不因此限定本发明的保护范围。

实施例

请参考图1至图2，图1中示出了一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***，包括双壳反应器1、有机废水输入管路、空气输入管路及反应物排出管路。

所述有机废水输入管道用于向双壳反应器1输入一定温度和压力(温度为200-370℃，压力为22.1–30MPa)的有机废水，空气输入管道用于向双壳反应器1输入与有机废水进行超临界水氧化反应所需的空气，反应物排出管路用于将反应产物分离排出。

图2示出了双壳反应器1的结构示意图，所述双壳反应器1包括设于外部的多孔壁104和设于内部的承压壁106，所述多孔壁104和承压壁106间设有分隔环105，多孔壁104通过分隔环105被支撑在承压壁106内并与承压壁106之间形成一容置空间；所述双壳反应器1顶部设有废液入口101，底部设有反应器出口107，承压壁106设有上空气入口102和下空气入口103。

所述有机废水输入管连接废液入口101，空气输入管路分两条支路分别连接上空气入口102和下空气入口103，反应物排出管路连接反应器出口107。

作为优选的，所述有机废水输入管路上依次装设有有机废水储罐5、增压泵4、有机废水预热器3和有机废水加热器2，有机废水输入管路的出水管接在有机废水加热器2的输出端，出水管与废液入口101相连接。

作为优选的，所述空气输入管路上依次装设有空气压缩器6、空气预热器8；所述空气预热器8的输出端接有上支路和下支路，所述上支路通过一空气加热器9连接到上空气入口102，下支路与下空气入口103相连接。

作为优选的，所述反应物排出管路一端连接反应器出口107，另一端分两条支路，所述两条支路分别通过有机废水预热器3和空气预热器8连接到一气液分离器7。

一种采用以上所述的***的反应工艺，包括以下步骤：

S1、废水储罐5内的有机废水经过增压泵4增压至22.1–30MPa，依次经过有机废水预热器3和有机废水加热器2进行预热并加热至200-370℃后注入双壳反应器1内；

S2、空气输入管路对输入的空气进行增压至22.1–30MPa并预热，预热后的空气分上下两条支路，下支路直接从下空气入口103注入到双壳反应器1内，上支路经空气加热器9将空气加热至400-600℃后从上空气入口102注入，空气经过多孔壁104渗入到双壳反应器1内并对多孔壁104持续吹扫，防止多孔壁104的腐蚀和盐沉积；

S3、待有机废液与空气的超临界水氧化反应稳定后，控制多孔壁104内的反应温度为400–650℃，并将上支路空气逐渐降至200-370℃；

S4、反应产物经反应物排出管路排出，分别通过空气预热器8和有机废水预热器3对空气和有机废水进行预热，最后经气液分离器7分离后排出。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，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。

Claims (4)

1.一种以空气作为保护膜的超临界水氧化***，其特征在于，包括双壳反应器、有机废水输入管路、空气输入管路及反应物排出管路；

所述有机废水输入管道用于向双壳反应器输入一定温度和压力的有机废水，空气输入管道用于向双壳反应器输入与有机废水进行超临界水氧化反应所需的空气，反应物排出管路用于将反应产物分离排出；

所述双壳反应器包括设于外部的多孔壁和设于内部的承压壁，所述多孔壁和承压壁间设有分隔环，多孔壁通过分隔环被支撑在承压壁内并与承压壁之间形成一容置空间；所述双壳反应器顶部设有废液入口，底部设有反应器出口，承压壁设有上空气入口和下空气入口；

所述空气输入管路上依次装设有空气压缩器、空气预热器；所述空气预热器的输出端接有上支路和下支路，所述上支路通过一空气加热器连接到上空气入口相连接，下支路与下空气入口相连接；

所述有机废水输入管连接废液入口，反应物排出管路连接反应器出口。

2.根据权利要求1所述的以空气作为保护膜的超临界水氧化***，其特征在于，所述有机废水输入管路上依次装设有有机废水储罐、增压泵、有机废水预热器和有机废水加热器，有机废水输入管路的出水管接在有机废水加热器的输出端，出水管与废液入口相连接。

3.根据权利要求2所述的以空气作为保护膜的超临界水氧化***，其特征在于，所述反应物排出管路一端连接反应器出口，另一端分两条支路分别通过有机废水预热器和空气预热器连接到一气液分离器。

4.一种采用权利要求1至3任一所述的***的反应工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、有机废水经过增压泵增压至22.1–30MPa，依次经过有机废水预热器和有机废水加热器进行预热并加热至200-370℃后注入双壳反应器内；

S2、空气输入管路对输入的空气进行增压至22.1–30MPa并预热，预热后的空气分上下两条支路，下支路直接从下空气入口注入到双壳反应器内，上支路经空气加热器将空气加热至400-600℃后从上空气入口注入；

S3、待有机废液与空气的超临界水氧化反应稳定后，控制多孔壁内的反应温度为400–650℃，并将上支路空气逐渐降至200-370℃；

S4、反应产物经反应物排出管路排出，分别通过空气预热器和有机废水预热器对空气和有机废水进行预热，最后经气液分离器分离后排出。