CN208883795U - 一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物*** - Google Patents
一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物*** Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，包括废弃物预处理调质装置、一级反应器、二级反应器、回热器、气液固三相分离器和液固分离装置，所述一级反应器、二级反应器、回热器、气液固三相分离器和液固分离装置依次相连。通过本实用新型***一方面可实现有机危险废弃物的完全分解与资源化利用，同时脱除盐、减弱***设备腐蚀，另一方面将部分分离后的高压水经回热器升温后进入反应阶段Ⅰ与有机危险废弃物快速混合并加热废弃物，同时将另一部分分离后的水经减压后用于调质调浆，减少了水的用量与排放。
Description
技术领域
本实用新型属于危险废弃物处理领域，具体涉及一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***。
背景技术
随着危险废弃物产量逐渐增多，环保指标越来越严格，现有技术难于满足要求，开发和运用新技术用于处理难分解有机危险废弃物更有必要性，尤其是有机物浓度为1-20wt％的有机危险废弃物。在处理此有机物浓度范围内的有机危险废弃物时，超临界水处理有机危险废弃物技术已经可以与焚烧等传统技术竞争，但是相比于焚烧等传统技术，超临界水处理有机危险废弃物技术处理效果更好，污染排放更少。
超临界水处理有机危险废弃物技术可以分为两大类，即超临界水气化技术和超临界水氧化技术。超临界水气化技术处理有机危险废弃物的优点是：能够产生氢气、甲烷等可燃气，可实现废物资源化利用；相比于超临界水氧化技术，***设备腐蚀较弱。它的缺点是：有机危险废弃物成分复杂、形态与性质多变，超临界水气化技术难于保证降解效果，处理后的水难以达标排放；需要外部供热，能耗高；反应不彻底，需要提高反应温度或使用催化剂。超临界水氧化技术在氧化反应过程中释放出大量的热量，可实现反应***自热，有机危险废弃物的分解率高，能够实现有机危险废弃物完全分解，但是超临界水氧化技术一般需要使用过量氧气，***存在过量氧气会加重***设备腐蚀，降低***设备使用寿命，而且它无法资源化利用废弃物。
虽然已有部分研究人员将超临界水气化技术与超临界水氧化技术相结合处理有机危险废弃物，一般方法是采用超临界水气化有机危险废弃物，实现有机危险废弃物分解，实现可燃气回收利用，然后将未反应物质进行超临界水氧化反应，进一步分解有机危险废弃物。但是此方法存在的问题是：如果需要资源化利用可燃气，在超临界水气化技术和超临界水氧化技术过程之间需要添加冷却***、气相分离***和回热***，***相对复杂，而且冷却和回热过程均经过***设备腐蚀严重的温度窗口即250-300℃，***设备腐蚀严重，***设备可靠性降低；如果不资源化利用可燃气，***用氧量无法降低，同时与直接采用超临界水氧化技术相比，***更加复杂，***可靠性更差，而且没有解决超临界水氧化处理危险废弃物存在的两大问题即腐蚀和盐堵塞。
盐堵塞一直是制约超临界水处理有机危险废弃物的重要因素之一。目前已有发明专利将盐分离器与反应器以串联方式进行设计，但是此***相对复杂，而且盐的分离温度无法确定，容易导致盐分离不彻底，同时额外增加盐分离装置费用，因此可以将盐分离器与反应器一体设计，简化***，降低投资。
快速升温可以降低焦油焦炭生成，可以控制大分子有机物分解为小分子物质；超临界水处理有机危险废弃物技术的***设备腐蚀严重温度窗口为250-300℃，因此可以通过直接混合升温和直接混合降温的方式避开此温度窗口，进而控制***设备腐蚀，采用W型流场设计降低盐输运并粘附反应器壁面，同时通过惯性碰撞和重力分离等多重因素增强盐分离。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
1、一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，包括一级反应器4、二级反应器11、回热器12、气液固三相分离器14、液固分离装置16、液氧储罐19、液氧高压泵20、废弃物预处理调质装置21、废物高压泵22、自来水补水装置23、待处理有机危险废弃物预热器24和液氧预热器25；所述一级反应器4设有氧气进口1、调质后待处理有机废物进口2和回用热水进口3，所述液氧储罐19、液氧高压泵20、液氧预热器25依次相连，所述液氧预热器25通过氧气进口1与一级反应器4相连，所述自来水补水装置23、废弃物预处理调质装置21、废物高压泵22、待处理有机危险废弃物预热器24依次相连，所述待处理有机危险废弃物预热器24通过调质后待处理有机废物进口2与一级反应器4相连；所述一级反应器4的顶部、二级反应器11、回热器12、气液固三相分离器14和液固分离装置16依次相连。
进一步，所述一级反应器4通过氧气进口1、调质后待处理有机废物进口2和回用热水进口3的布置方式实现W型流场控制，所述一级反应器4的底部设有排盐口，所述一级反应器4的底部排盐口依次连接有固渣冷却装置8、固渣排出装置6。
进一步，所述固渣排出装置6和固渣冷却装置8之间设有截止阀5，所述固渣排出装置6 与充泄压装置7相连。
进一步，所述二级反应器11还连接有催化剂装置9和中和剂装置10。
进一步，所述回热器12通过回用热水进口3与一级反应器4相连。
进一步，所述气液固三相分离器14还连接有冷却水充入装置13、可燃气排出装置15与少量固渣排出装置17。
进一步，所述***设有循环泵18，所述液固分离装置16、循环泵18与回热器12依次相连。
进一步，所述液固分离装置16经降压装置后与废弃物预处理调质装置21相连。
进一步，所述液固分离装置16还连接少量固渣排出装置17。
进一步，所述***一级反应器4中进行直接混合升温与部分氧化反应，所述二级反应器 11中进行催化气化反应，所述气液固三相分离器14中进行直接混合降温与气体分离。
本实用新型的有益效果在于：
1)本实用新型通过将调质后的原料、回用热水直接混合与通入少量氧气发生部分氧化放热反应的方式实现有机危险废弃物快速升温，避开了***设备腐蚀严重的温度窗口250-300℃，减轻***设备腐蚀，通过快速升温减少焦油焦炭生成。
2)本实用新型在一级反应器里实现W型流场布置，通过控制流场的方式降低析出的盐输运并粘附反应器壁面，同时利用惯性碰撞和重力分离等多重因素增强盐从一级反应器中分离，实现了反应物分解与盐分离一体化设计。
3)本实用新型在一级反应器中进行部分氧化反应，将难分解有机物降解为小分子有机物，由于氧化系数仅为0.2-0.4，容易控制反应温度，同时在二级反应器中发生催化气化反应，生成可燃气，实现了难分解有机物危险废弃物完全分解与资源化利用，降低了氧气用量，降低了使用成本。
4)本实用新型通过控制回热器里反应后混合物的pH值和出口温度(不低于320℃)来控制***设备腐蚀，然后在气液固三相分离器中直接通入冷却水实现混合物直接混合冷却(冷却至低于80℃)，同时由于反应阶段Ⅱ不通入氧气，因此回热器中不含氧，在这多种因素作用下减弱了回热与冷却过程的***设备腐蚀。
5)本实用新型将分离后的部分高压水经循环泵升压并经回热器升温后回用至一级反应器，部分分离后的水经减压后用于调质调浆，减少了水的用量与排放。
6)本实用新型通过直接混合与部分氧化的方式实现难分解有机物降解为有机物小分子，减少焦油焦炭生成，同时控制反应阶段Ⅱ催化气化反应的反应物成分，延长了催化气化反应过程中的催化剂寿命。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图：
图1为本实用新型所采用一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***的结构示意图，其中1为氧气进口、2为调质后待处理有机废物进口、3为回用热水进口、4为一级反应器、5为截止阀、6为固渣排出装置、7为充泄压装置、8为固渣冷却装置、9为催化剂装置、10为中和剂装置、11为二级反应器、12为回热器、13为冷却水充入装置、14为气液固三相分离器、15为可燃气排出装置、16为液固分离装置、17为少量固渣排出装置、 18为循环泵、19为液氧储罐、20为液氧高压泵、21为废弃物预处理调质装置、22为废物高压泵、23为自来水补水装置、24为待处理有机危险废弃物预热器、25为液氧预热器。
具体实施方式
下面将对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
如图1所示，一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，包括氧气进口1、调质后待处理有机废物进口2、回用热水进口3、一级反应器4、截止阀5、固渣排出装置6、充泄压装置7、固渣冷却装置8、催化剂装置9、中和剂装置10、二级反应器11、回热器12、冷却水充入装置13、气液固三相分离器14、可燃气排出装置15、液固分离装置16、少量固渣排出装置17、循环泵18、液氧储罐19、液氧高压泵20、废弃物预处理调质装置21、废物高压泵22、自来水补水装置23、待处理有机危险废弃物预热器24、液氧预热器25；
***中一级反应器4顶部、二级反应器11、回热器12、气液固三相分离器14和液固分离装置16依次相连。
一级反应器4设有氧气进口1、调质后待处理有机废物进口2和回用热水进口3，其中液氧储罐19、液氧高压泵20、液氧预热器25依次相连，液氧预热器25通过氧气进口1与一级反应器4相连，为一级反应器4中的部分氧化反应提供压强为23-28MPa、温度为200-250℃的氧气，而自来水补水装置23、废弃物预处理调质装置21、废物高压泵22、待处理有机危险废弃物预热器24依次相连，待处理有机危险废弃物预热器24通过调质后待处理有机废物进口2与一级反应器4相连，使待处理难分解有机危险废弃物经过调质预处理、升温至 200-250℃以及升压至23-28MPa后进入一级反应器4；
一级反应器4通过氧气进口1、调质后待处理有机废物进口2和回用热水进口3的布置方式实现W型流场控制，实现物料的快速混合，底部设有排盐口，一级反应器4通过底部排盐口与固渣冷却装置8、固渣排出装置6依次相连，固渣排出装置6和固渣冷却装置8之间设有截止阀5，所述固渣排出装置6与充泄压装置7相连，使生成及分离后的盐间歇排出。
二级反应器11与催化剂装置9和中和剂装置10分别相连，通过催化剂装置9为二级反应器11的催化气化反应提供催化剂，通过中和剂装置10提供中和剂中和二级反应器11中反应生成的酸和酸性物质。
回热器12通过回用热水进口3与一级反应器4，使部分分离后高压水经回热器12回热升温后进入一级反应器4循环利用。
气液固三相分离器14与冷却水充入装置13、可燃气排出装置15与少量固渣排出装置17 分别相连；***还设有循环泵18，液固分离装置16、循环泵18与回热器12依次相连；液固分离装置16经降压装置后与废弃物预处理调质装置21相连；液固分离装置16与少量固渣排出装置17相连。
一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，处理难分解有机危险废弃物时包括如下实施步骤：
1)调质预处理：首先将有机危险废弃物原料进行研磨筛分，颗粒粒度不大于100μm，然后输送进入废弃物预处理调质***21进行调质处理，期间加入异丙醇等辅助燃料调控热值，控制调质后的有机物浓度为1-20wt％，pH值为8-13，其中调质用水通过自来水补水***23 补充。
2)反应阶段Ⅰ：将调质预处理后的有机危险废弃物原料通过废物高压泵22升压(压强控制在23-28MPa)后经待处理有机危险废弃物预热器24预热至200-250℃，再通过调质后待处理有机废物进口2进入一级反应器4中与通过回用热水进口3进入的回用热水直接混合，实现快速升温；其中回用热水从液固分离装置16中流出，经过循环泵18升压以及回热器12 升温后通过回用热水进口3进入；液氧储罐19中的液氧经过液氧高压泵20升压至23-28MPa 后，并经过液氧预热器25升温至200-250℃，然后从氧气进口1进入一级反应器4，与快速升温后的有机危险废弃物进行部分氧化反应，降解有机危险废弃物，设置一级反应器4的反应温度为520-550℃，压强为23-28MPa；通过氧气进口1、调质后待处理有机废物进口2和回用热水进口3的布置在一级反应器4中形成W型流场，实现物料快速混合，同时快速升温有机危险废弃物至临界温度以上，并在一级反应4中实现盐快速结晶析出，在惯性碰撞和重力沉降等多重因素下增强了盐从一级反应器4分离。分离后的盐从一级反应器4的底部排盐口排出，与从固渣冷却装置8进入的冷却水混合降温后通过截止阀5进入固渣排出装置6(通过充泄压装置7控制固渣排出装置6的压力)间歇排出。
3)反应阶段Ⅱ：反应阶段Ⅰ生成的超临界水混合物从一级反应器4的顶部排出进入二级反应器11中，在中和剂和催化剂共同作用下发生催化气化反应，设置催化气化反应温度为 600-630℃，压力为23-28MPa，反应停留时间为1-2min，反应生成包含可燃气的混合物；其中催化剂通过催化剂装置9进行添加，催化剂为镍、钌、铜、铂或者活性碳中的一种或几种，中和剂通过中和剂装置10进行添加，中和剂为碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾或者氢氧化钾中的任意一种或几种。
4)分离利用：反应阶段Ⅱ中经过催化气化反应后的混合物从二级反应器11流出进入回热器12与回用水进行换热回收热量(从回热器出来进入气液固三相分离器之前的混合物温度不低于320℃)，然后进入气液固三相分离器14与从冷却水充入装置13进入的冷却水直接混合降温(冷却后的混合物温度不高于80℃)，分离后的可燃气从可燃气排出装置15排出，分离后的部分固渣从少量固渣排出装置17间歇排出，液固两相混合物进入液固分离装置16 中进行进一步分离，其中部分分离后高压水经过循环泵18升压后进入回热器12升温，再从回用热水进口3进入一级反应器4，用于快速混合升温有机危险废弃物，部分分离后的水经过降压后回用至废弃物预处理调质装置21，其他分离降压后的水经检验合格后直接排放；液固分离器16中分离的固渣通过少量固渣排出装置17间歇排放。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，包括一级反应器(4)、二级反应器(11)、回热器(12)、气液固三相分离器(14)、液固分离装置(16)、液氧储罐(19)、液氧高压泵(20)、废弃物预处理调质装置(21)、废物高压泵(22)、自来水补水装置(23)、待处理有机危险废弃物预热器(24)和液氧预热器(25)；所述一级反应器(4)设有氧气进口(1)、调质后待处理有机废物进口(2)和回用热水进口(3)，所述液氧储罐(19)、液氧高压泵(20)、液氧预热器(25)依次相连，所述液氧预热器(25)通过氧气进口(1)与一级反应器(4)相连，所述自来水补水装置(23)、废弃物预处理调质装置(21)、废物高压泵(22)、待处理有机危险废弃物预热器(24)依次相连，所述待处理有机危险废弃物预热器(24)通过调质后待处理有机废物进口(2)与一级反应器(4)相连；所述一级反应器(4)的顶部、二级反应器(11)、回热器(12)、气液固三相分离器(14)和液固分离装置(16)依次相连。
2.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述一级反应器(4)通过氧气进口(1)、调质后待处理有机废物进口(2)和回用热水进口(3)的布置方式实现W型流场控制，所述一级反应器(4)的底部设有排盐口，所述一级反应器(4)的底部排盐口依次连接有固渣冷却装置(8)、固渣排出装置(6)。
3.如权利要求2所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述固渣排出装置(6)和固渣冷却装置(8)之间设有截止阀(5)，所述固渣排出装置(6)连接有充泄压装置(7)。
4.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述二级反应器(11)还连接有催化剂装置(9)和中和剂装置(10)。
5.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述回热器(12)通过回用热水进口(3)与一级反应器(4)相连。
6.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述气液固三相分离器(14)还连接有冷却水充入装置(13)、可燃气排出装置(15)和少量固渣排出装置(17)。
7.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述***设有循环泵(18)，所述液固分离装置(16)、循环泵(18)与回热器(12)依次相连。
8.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述液固分离装置(16)经降压装置后与废弃物预处理调质装置(21)相连。
9.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述液固分离装置(16)与少量固渣排出装置(17)相连。
10.如权利要求1所述一种超临界水多联程资源化处理难分解有机危险废弃物***，其特征在于，所述一级反应器(4)中进行直接混合升温与部分氧化反应，所述二级反应器(11)中进行催化气化反应，所述气液固三相分离器(14)中进行直接混合降温与气体分离。
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