CN207998481U - 一种超临界水氧化处理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超临界水氧化处理***，包括超临界水氧化反应装置、氧气供给装置、有机废液供给装置和能量回收装置；利用氧气供给装置从空气中现场持续制取高纯度氧气作为氧化剂直接使用，避免了运输氧气钢瓶带来的高成本、高风险的缺点，同时还可制备出的高纯度氮气进行销售带来收益，利用能量回收装置将反应过程中产生的热量利用，避免了能源的浪费，同时通过气液分离器和精馏塔将反应后的氧气和二氧化碳进行回收重复利用，实现了***的循环利用机制，本***对反应产物的热能与压力能进行了回收利用，降低了***能耗，并实现了反应产物中氧气、二氧化碳的分离回收，本***可显著降低超临界水氧化***处理有机废液的运行成本。

Description

一种超临界水氧化处理***

技术领域

本实用新型涉及有机废物处理领域，具体而言，本实用新型特别涉及一种超临界水氧化处理***。

背景技术

超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，SCWO)是在超过水的临界点(P_c＝22.1MPa,T_c＝374.15℃)的高温高压条件下，通过氧化剂将有机物“燃烧”氧化的方法。该技术利用超临界水具有的独特物理化学性质(比如黏度小、扩散系数高、表面张力小等)，迅速的将有机物氧化成CO₂、H₂O、N₂等无毒无害产物，由于该技术的高效性、清洁性，受到国内外学者的广泛关注。

超临界水氧化反应在封闭的环境下进行，且无二次污染物产生，被认为是最有前途的废物处理技术，超临界水氧化技术通常用来处理高浓度难降解的有机物，这些有机物中的COD很高(一般在20000mg/L至400000mg/L)，COD含有大量的化学能(单位COD的热值约为14.8kJ/g)，在与氧化剂反应时释放大量的热能，因此，超临界水氧化反应后的产物具有很高的热能与压力能。目前阻碍该技术大面积推广应用的因素之一为超临界水氧化***处理有机废液运行成本较高。在超临界水氧化工艺中，待处理的有机废液和氧化剂需要加热加压到超临界状态，该过程需要消耗大量的电能，导致所耗电费较高。在超临界水氧化***运行过程中，目前常用的氧化剂一般有双氧水、臭氧、空气、氧气等，其中选用氧气作氧化剂的经济性最好，而选用氧气充当氧化剂时的供气方式目前常用高压储气罐来实现，由于气体储罐容积有限往往无法实现长时间不间断的供气，操作人员在更换气罐时往往会有部分气体泄漏，造成浪费，同时也会带来安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超临界水氧化处理***，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种超临界水氧化处理***，包括超临界水氧化反应装置、氧气供给装置、有机废液供给装置和能量回收装置；

超临界水氧化反应装置包括超临界水氧化反应器；超临界水氧化反应器的出口连接有高压水力旋流器；

氧气供给装置包括依次连接的空气压缩机、第一干燥器、过滤器、膜分离器、氮气吸收器和氧气缓冲罐，氧气缓冲罐通过氧气增压泵连接至超临界水氧化反应器的气体入口，膜分离器的氧气出口与氮气吸收器入口连接；

有机废液供给装置包括废液储罐和废液增压泵，废液增压泵输液管道上设有电加热器，废液储罐内的废液通过废液增压泵输送至超临界水氧化反应器的进液口内；

能量回收装置包括与高压水力旋流器连接的换热器以及与换热器连接的透平膨胀机，透平膨胀机连接有发电机；

透平膨胀机的排气口通过第一背压阀连接有气液分离器，气液分离器的排气口依次连接有第二干燥器、压缩机、冷凝器和精馏塔，精馏塔的二氧化碳排放口通过第二背压阀连接至二氧化碳储罐；精馏塔的氧气排放口连接至氧气缓冲罐。

进一步的，超临界水氧化反应器内设有用于超临界水氧化反应器内部温度加热的辅助加热设备。

进一步的，高压水力旋流器的下端设有无机盐储槽。

进一步的，膜分离器的氮气出口连接有氧气吸收器，氧气吸收器的排气口连接有氮气储罐。

进一步的，废液储罐通过管道连接至废液池，废液储罐与废液池之间设有格栅。

进一步的，废液增压泵通过管道连接至换热器的进液口，换热器的出液口通过管道连接至超临界水氧化反应器的进液口，换热器与超临界水氧化反应器之间设有电加热器。

进一步的，气液分离器的排液口连接至储水箱，储水箱通过管道连接至废液池。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种超临界水氧化处理***，包括超临界水氧化反应装置、氧气供给装置、有机废液供给装置和能量回收装置；利用氧气供给装置从空气中现场持续制取高纯度氧气作为氧化剂直接使用，避免了运输氧气钢瓶带来的高成本、高风险的缺点，同时还可制备出的高纯度氮气进行销售带来收益，同时在超临界水氧化反应装置下端接入能量回收装置，利用能量回收装置将反应过程中产生的热量利用，避免了能源的浪费，同时通过气液分离器和精馏塔将反应后的氧气和二氧化碳进行回收重复利用，实现了***的循环利用机制，本***对反应产物的热能与压力能进行了回收利用，降低了***能耗，并实现了反应产物中氧气、二氧化碳的分离回收，本***可显著降低超临界水氧化***处理有机废液的运行成本。

进一步的，膜分离器的氮气出口连接有氧气吸收器，氧气吸收器的排气口连接有氮气储罐，能够有效提高氧气和氮气的纯度。

进一步的，废液增压泵通过管道连接至换热器的进液口，换热器的出液口通过管道连接至超临界水氧化反应器的进液口，换热器与超临界水氧化反应器之间设有电加热器，能够充分利用反应器产生的热量进行废液预加热，减少了反应器中热量的提供，节省了能源。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

其中，1为空气压缩机；2为第一干燥器；3为过滤器；4为膜分离器；5为氮气吸收器；6为氧气吸收器；7为氮气储罐；8为氧气缓冲罐；9为氧气增压泵；10为超临界水氧化反应器；11为辅助加热设备；12为高压水力旋流器；13为无机盐储槽；14为电加热器；15为换热器；16为透平膨胀机；17为第一背压阀；18为气液分离器；19为储水箱；20为废液池；21为格栅；22为废液储罐；23为废液增压泵；24为第二干燥器；25为压缩机；26为冷凝器；27为精馏塔；28为第二背压阀；29二氧化碳储罐。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，一种超临界水氧化处理***，包括超临界水氧化反应装置、氧气供给装置、有机废液供给装置和能量回收装置；

超临界水氧化反应装置包括超临界水氧化反应器10，超临界水氧化反应器10内设有辅助加热设备11，用于超临界水氧化反应器10内部温度加热；超临界水氧化反应器10的出口连接有高压水力旋流器12；高压水力旋流器12的下端设有无机盐储槽13；超临界水氧化反应器反应温度为375℃-650℃，压力为23-30MPa；辅助加热设备为电加热器或燃气炉；

氧气供给装置包括依次连接的空气压缩机1、第一干燥器2、过滤器3、膜分离器4、氮气吸收器5和氧气缓冲罐8，氧气缓冲罐8通过氧气增压泵9连接至超临界水氧化反应器10的气体入口，膜分离器4的氧气出口与氮气吸收器5入口连接，膜分离器4的氮气出口连接有氧气吸收器6，氧气吸收器6的排气口连接有氮气储罐7；氮气吸收器内填有吸氮分子筛，氧气吸收器内填有吸氧分子筛；过滤器3内有乙醇胺、甲苯、氢氧化钠等，可除去粗空气中的二氧化碳以及碳氢化合物等气体；

有机废液供给装置包括废液储罐22和废液增压泵23，废液增压泵23输液管道上设有电加热器14，废液储罐22内的废液通过废液增压泵23输送至超临界水氧化反应器10的进液口内；

具体的，废液储罐22通过管道连接至废液池20，废液储罐22与废液池20之间设有格栅21，用于废水的初步除杂，过滤掉废液中固体杂物；

能量回收装置包括与高压水力旋流器12连接的换热器15以及与换热器15连接的透平膨胀机16，透平膨胀机16连接有发电机；废液增压泵23通过管道连接至换热器15的进液口，换热器15的出液口通过管道连接至超临界水氧化反应器10的进液口，换热器15与超临界水氧化反应器10之间设有电加热器14；

透平膨胀机16的排气口通过第一背压阀17连接有气液分离器18，气液分离器18的排液口连接至储水箱19，储水箱19通过管道连接至废液池20；气液分离器18的排气口依次连接有第二干燥器24、压缩机25、冷凝器26和精馏塔27，冷凝器26通过冷却液冷却，精馏塔27的二氧化碳排放口通过第二背压阀28连接至二氧化碳储罐29；精馏塔27的氧气排放口连接至氧气缓冲罐8；气液分离器为常压气液分离器；冷凝器所需冷却水由冷冻机组提供，可为液氮，且冷却水进入冷凝器的温度低于被冷却流体液化温；

下面结合附图对本实用新型的结构原理和使用步骤作进一步说明：

经过空气压缩机1压缩后的空气进入干燥器2中除去水蒸气，再经过过滤器3除去空气中的二氧化碳以及碳氢化合物等气体，经过膜分离器4对氮气和氧气进行粗分离，分离出的富氧气体通过氮气吸收器5完成氮气的脱除，脱除氮气后的高纯度氧气进入氧气缓冲罐8充当氧化剂；从膜分离器4分理出的富氮气体经过氧气吸收器6除氧得到高纯度氮气，对高纯度氮气进行储罐销售。

待处理的废液经过废液增压泵23、换热器15、电加热器14加压加热到设定压力温度后导入超临界水氧化反应器10中，辅助加热设备11将反应器10内加热至设定值，废液经过超临界水氧化反应后，被氧化成CO2、H2O和无机盐，其中无机盐在超临界水中的溶解度很低，将会在反应器中析出并汇集在反应器底部，这些固态无机物将经过高压水力旋流器12脱除，排至无机盐储槽13中，防止堵塞。

超临界水氧化反应器10内的氧化反应是放热反应，反应产物具有很高的热能与压力能，从高压水力旋流器12上部出口排出的高温高压流体经过换热器15预热待处理废液，减少后续步骤中电加热器14的能耗，换热后的流体进入透平膨胀机16中做功发电，所发电量可供给本***中耗电装置(高压泵、电加热器)。

从透平膨胀机16排气口出来的流体经过背压阀17进入气液分离器18中，调节背压阀17使气液分离器18压力至常压，完成二氧化碳、氧气与水的分离，分离出的水最终排至废液池20，对废液进行浓度调整，通过格栅21过滤掉废液中固体杂物；从气液分离器18分离出的二氧化碳、氧气经过第二干燥器24除去携带的水蒸气，再经过压缩机25压缩提高混合气压力，从而提高二氧化碳相变温度，降低后续步骤的制冷能耗，二氧化碳气体经过冷凝器26冷凝成液态进入精馏塔27中进一步提纯，在精馏塔27中完成二氧化碳和氧气的分离，分离的氧气排至氧气缓冲罐8进行回收利用，从精馏塔27底部液相出口分离的二氧化碳排至二氧化碳储罐29。

Claims (7)

1.一种超临界水氧化处理***，其特征在于，包括超临界水氧化反应装置、氧气供给装置、有机废液供给装置和能量回收装置；

超临界水氧化反应装置包括超临界水氧化反应器(10)，超临界水氧化反应器(10)的出口连接有高压水力旋流器(12)；

氧气供给装置包括依次连接的空气压缩机(1)、第一干燥器(2)、过滤器(3)、膜分离器(4)、氮气吸收器(5)和氧气缓冲罐(8)，氧气缓冲罐(8)通过氧气增压泵(9)连接至超临界水氧化反应器(10)的气体入口，膜分离器(4)的氧气出口与氮气吸收器(5)入口连接；

有机废液供给装置包括废液储罐(22)和废液增压泵(23)，废液增压泵(23)输液管道上设有电加热器(14)，废液储罐(22)内的废液通过废液增压泵(23)输送至超临界水氧化反应器(10)的进液口内；

能量回收装置包括与高压水力旋流器(12)连接的换热器(15)以及与换热器(15)连接的透平膨胀机(16)，透平膨胀机(16)连接有发电机；

透平膨胀机(16)的排气口通过第一背压阀(17)连接有气液分离器(18)，气液分离器(18)的排气口依次连接有第二干燥器(24)、压缩机(25)、冷凝器(26)和精馏塔(27)，精馏塔(27)的二氧化碳排放口通过第二背压阀(28)连接至二氧化碳储罐(29)；精馏塔(27)的氧气排放口连接至氧气缓冲罐(8)。

2.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理***，其特征在于，超临界水氧化反应器(10)内设有用于超临界水氧化反应器(10)内部温度加热的辅助加热设备(11)。

3.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理***，其特征在于，高压水力旋流器(12)的下端设有无机盐储槽(13)。

4.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理***，其特征在于，膜分离器(4)的氮气出口连接有氧气吸收器(6)，氧气吸收器(6)的排气口连接有氮气储罐(7)。

5.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理***，其特征在于，废液储罐(22)通过管道连接至废液池(20)，废液储罐(22)与废液池(20)之间设有格栅(21)。

6.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理***，其特征在于，废液增压泵(23)通过管道连接至换热器(15)的进液口，换热器(15)的出液口通过管道连接至超临界水氧化反应器(10)的进液口，换热器(15)与超临界水氧化反应器(10)之间设有电加热器(14)。

7.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理***，其特征在于，气液分离器(18)的排液口连接至储水箱(19)，储水箱(19)通过管道连接至废液池(20)。