CN115259341A - 一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高盐废水的处理领域,提出了一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置,该装置包括反应***、分离***和控制***三部分,且反应***以一定倾斜角度与分离***相连。反应***主体结构为内置陶瓷管的金属管,自上而下依次为预热区、反应区和冷却区,分别对应陶瓷管无孔、多孔和无孔区,外壁和陶瓷管环隙的预热区和反应区连接处设置有隔板,预热区设置有机废水入口、预热流体入口和预热流体出口,反应区和冷却区设置有多个低温氧化剂入口,分离***主体结构同样为内置无孔陶瓷管的金属筒,反应***的陶瓷管冷却端以一定倾角斜***分离***陶瓷管内下侧,且在此处设置下倾导流板,反应***与分离***外侧通过法兰连接,分离***上下端分别为热流体产物出口和析出盐出口,热流体产物出口与反应***预热流体入口相连,反应***和分离***外侧依次设置有保温层和电磁加热线圈,控制***包括控制柜和测控线路及各种传感器。该装置具有结构紧凑、安全高效及处理水可直排等优点,应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于高盐废水的处理装置领域,具体涉及一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置。
背景技术
伴随着经济社会的发展,大量有毒有害、难以降解的有机废物产生,严重危害自然环境和人们身体健康。美国麻省理工大学Modell教授于20世纪80年代最早提出的超临界水氧化技术(SCWO)克服了传统废物处理方法焚烧法、生物法、湿式氧化法、超声氧化法、光催化氧化法等产生二次污染、降解周期长、降解不彻底等缺点,是一种新型高效环保的有机废物处理技术。
但是超临界水氧化温度过高导致材料应力降低,同时金属材料和超临界状态下有机废水和氧化剂接触导致金属材料腐蚀严重;在超临界状态下,析出盐的溶解度降低,造成装置堵塞,因此解决腐蚀和堵塞问题成为超临界水氧化技术发展的关键,专利CN11943349A提出一种内置多孔陶瓷管低温气膜超临界水氧化装置,实现金属承压壁与高温反应物系隔离及降温,降低承压壁腐蚀及材料要求;专利CN104291546A提出一种反应分离一体化的超临界水氧化装置,除去反应器和分离器间连接管路降低装置防腐要求;专利CN109264914A提出一种热量回收超临界水氧化工艺,提高了装置能量利用效率。
目前现有专利提出的超临界水氧化装置仍未实现能量回收***与反应分离***一体化集成及处理水含盐量过高,存在装置腐蚀防护困难及处理水不能对外直排(《GB3838-2002地表水环境质量标准》规定最大含盐量为250mg/L)的难题。
发明内容
为了解决以上难题,本发明提出了一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置,其特征在于,一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置,其特征在于,该装置包括反应***(1)、分离***(2)和控制***(3)三部分,且反应***以一定倾斜角度α与分离***相连,反应***主体结构为内置陶瓷管的金属管(1-1),自上而下依次为预热区(1-2)、反应区(1-3)和冷却区(1-4),分别对应无孔陶瓷管(1-5)、多孔陶瓷管(1-6)和无孔陶瓷管(1-7),预热区(1-2)和反应区(1-3)连接处外壁和陶瓷管间设置有隔板(1-8),预热区(1-2)设置高盐废水入口(1-9)、预热流体入口(1-10)和预热流体出口(1-11)。反应区(1-3)和冷却区(1-4)两侧设置多个低温氧化剂入口:氧化剂入口Ⅰ(1-12-1)、氧化剂入口Ⅱ(1-12-2),氧化剂入口Ⅲ(1-12-3),分离***主体结构同样为内置无孔陶瓷管(2-1)的金属筒(2-2),反应***(1)的陶瓷管冷却端以一定倾角斜***分离***(2)陶瓷管内下侧,且在此处设置下倾导流板(2-3),反应***(1)与分离***(2)外侧通过法兰(1-13)连接,分离***(2)上下端分别为热流体产物出口(2-4)和析出盐出口(2-5),热流体产物出口(2-4)通过背压阀(2-6)和连接管路与反应***预热流体入口(1-10)相连,反应***(1)和分离***(2)由内至外依次设置有保温层(3-1)和电磁加热线圈(3-2),控制***包括控制柜(4-1)和测控线路(4-2)及各种传感器(4-3),控制柜(4-1)通过测控线路(4-2)和各种传感器(4-3)连接。
进一步的,氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ在反应区两侧间隔分布实现高盐废水和氧化剂充分混合,快速降解。
进一步的,冷却区(1-3)出口温度470~520℃。
进一步的,导流板(2-3)防止析出盐和热流体产物返混;
本发明优点:
本发明提出一种能量回收反应分离一体化的超临界水氧化装置,除去反应器和分离器、反应器和能量回收装置间连接管路,反应***中内置陶瓷管,采取多段低温氧化剂注入,控制反应***出口温度470~520℃,分离***中导流板和无孔陶瓷管隔离金属壁和产物降低金属壁腐蚀,使水中盐含量低于《GB3838-2002地表水环境质量标准》规定的250mg/L,达到直排要求。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述,其中:
图1为一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置;
图中,1-反应***;1-1-反应***承压壁;1-2-预热区;1-3-反应区;1-4-冷却区;1-5-无孔陶瓷管;1-6-多孔陶瓷管;1-7-无孔陶瓷管;1-8-隔板;1-9-高盐废水入口;1-10-预热流体入口;1-11-预热流体出口;1-12-1-氧化剂入口Ⅰ;1-12-2-氧化剂入口Ⅱ;1-12-3-氧化剂入口Ⅲ;1-13-法兰;1-14-密封结构;2-分离***;2-1-无孔陶瓷管;2-2-金属承压壁;2-3-导流板;2-4-热流体产物出口;2-5-析出盐出口;2-6-背压阀;2-7-导流板支撑架;3-控制***;3-1-保温层;3-2-电磁加热线圈;4-1-控制柜;4-2-测控线路;4-3-传感器;α-反应***和分离***夹角;β-导流板和分离***无孔陶瓷管夹角;
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施案例1
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为6%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为28MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为500℃,将25℃、28MPa和过氧量为1.5倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为100s,使冷却区(1-4)出口温度T3为480℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为30度,导流板(2-3)夹角β为15度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例2
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为6%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为26MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为480℃,将25℃、26MPa和过氧量为1.6倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为60s,使冷却区(1-4)出口温度T3为480℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为45度,导流板(2-3)夹角β为15度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例3
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为7%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为24MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为520℃,将25℃、24MPa和过氧量为1.7倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为90s,使冷却区(1-4)出口温度T3为480℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为15度,导流板(2-3)夹角β为30度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例4
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为7%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为28MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为520℃,将25℃、28MPa和过氧量为1.5倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为40s,使冷却区(1-4)出口温度T3为520℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为45度,导流板(2-3)夹角β为20度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例5
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为7%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为24MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为500℃,将25℃、24MPa和过氧量为1.5倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为90s,使冷却区(1-4)出口温度T3为480℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为30度,导流板(2-3)夹角β为20度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例6
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为7%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为26MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为510℃,将25℃、26MPa和过氧量为1.7倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为90s,使冷却区(1-4)出口温度T3为500℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为15度,导流板(2-3)夹角β为20度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例7
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为7%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为24MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为520℃,将25℃、24MPa和过氧量为1.7倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为80s,使冷却区(1-4)出口温度T3为520℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为45度,导流板(2-3)夹角β为30度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例8
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为7%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为24MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为480℃,将25℃、30MPa和过氧量为1.7倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为90s,使冷却区(1-4)出口温度T3为520℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为15度,导流板(2-3)夹角β为30度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例9
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为7%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为28MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为550℃,将25℃、28MPa和过氧量为1.7倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为90s,使冷却区(1-4)出口温度T3为520℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为30度,导流板(2-3)夹角β为15度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
实施案例10
超临界水氧化过程:预热过程稳定后,将COD为200000mg/l、TDS为6%的高盐废水通过高盐废水入口(1-9)通入压力为26MPa的超临界水氧化装置,同时利用电磁加热线圈(3-2),保持反应区(1-3)入口温度T2为530℃,将25℃、26MPa和过氧量为1.6倍的空气通过氧化剂入口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(1-12-1、1-12-2、1-12-3),在反应***中停留时间为100s,使冷却区(1-4)出口温度T3为520℃,反应***(1)和分离***(2)倾斜夹角α为30度,导流板(2-3)夹角β为15度,其中气态产物通过热流体产物出口(2-4)从装置顶部排出,同时进入预热流体入口(1-10),析出盐通过析出盐出口(2-5)从装置底部排出,超临界水氧化产物中COD低于50mg/L,TDS低于250mg/L,达到直排要求。
Claims (4)
1.一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置,其特征在于,该装置包括反应***(1)、分离***(2)和控制***(3)三部分,且反应***以一定倾斜角度α与分离***相连,反应***主体结构为内置陶瓷管的金属管(1-1),自上而下依次为预热区(1-2)、反应区(1-3)和冷却区(1-4),分别对应无孔陶瓷管(1-5)、多孔陶瓷管(1-6)和无孔陶瓷管(1-7),预热区(1-2)和反应区(1-3)连接处外壁和陶瓷管间设置有隔板(1-8),预热区(1-2)设置高盐废水入口(1-9)、预热流体入口(1-10)和预热流体出口(1-11)。反应区(1-3)和冷却区(1-4)两侧设置多个低温氧化剂入口:氧化剂入口Ⅰ(1-12-1)、氧化剂入口Ⅱ(1-12-2),氧化剂入口Ⅲ(1-12-3),分离***主体结构同样为内置无孔陶瓷管(2-1)的金属筒(2-2),反应***(1)的陶瓷管冷却端以一定倾角斜***分离***(2)陶瓷管内下侧,且在此处设置下倾导流板(2-3),反应***(1)与分离***(2)外侧通过法兰(1-13)连接,分离***(2)上下端分别为热流体产物出口(2-4)和析出盐出口(2-5),热流体产物出口(2-4)通过背压阀(2-6)和连接管路与反应***预热流体入口(1-10)相连,反应***(1)和分离***(2)由内至外依次设置有保温层(3-1)和电磁加热线圈(3-2),控制***包括控制柜(4-1)和测控线路(4-2)及各种传感器(4-3),控制柜(4-1)通过测控线路(4-2)和各种传感器(4-3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置,其特征在于:反应区(1-3)的温度为500~700℃,反应压力为23~30MPa,过氧量至少为1.5,停留时间为10s~100s,冷却区(1-3)出口温度为470~520℃,保证水中盐含量低于250mg/L,满足《GB3838-2002地表水环境质量标准》,达到直排要求。
3.根据权利要求1所述的一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置,其特征在于:超临界水氧化装置的反应***和分离***夹角α为15~45℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于高盐废水处理的超临界水氧化装置,其特征在于:分离***中设置导流板结构降低析出盐和热流体产物返混,导流板(2-3)与无孔陶瓷管夹角β为15~30度,导流板(2-3)和支撑架(2-7)与无孔陶瓷管(2-1)固定连接。
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Citations (8)
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- 2022-08-31 CN CN202211062618.1A patent/CN115259341A/zh active Pending
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Application publication date: 20221101 |