均浆流体SCWO处理高浓度难降解有机危险废物WF的系统的制作方法

本发明涉及SCWO处理高浓度难降解\有机危险废物WF领域，特别涉及均浆流体SCWO处理高浓度难降解有机危险废物WF的系统，属于环保治理领域。超临界水能将废塑料、多聚物、树脂等固体废物分解成有机单体或低聚物，进行回收利用，这为治理白色污染，实现生活垃圾无害化与资源化提供了新途径。

背景技术：

在超临界水氧化法SCWO)是一种具有适应性强、适用范围广泛、节约能源的消耗、处理效率高等特点的高浓度难降解有机危险废物WF处理技术。超临界水由于具有独特的物理化学性能，使得在超临界水中进行的氧化反应，即超临界水氧化技术应用于环境废物的处理受到广泛的关注。

由于超临界水氧化工艺条件苛刻，对设备的要求高，而且反应器的腐蚀和无机盐的析出沉积堵塞设备的问题仍没有得到有效的解决，阻碍了该技术的工业化应用。为此，本发明通过对反应器以及整套装置进行优化设计来解决腐蚀和盐析问题，同时结合具体案例，对扩大到工业化应用作了初步创新。

超临界水氧化对于合金钢的主要腐蚀类型主要有:化学腐蚀和应力腐蚀。其中，应力腐蚀最为危险，且普遍存在，对超临界水氧化反应器造成严重的破坏。应力腐蚀破裂产生的必备条件：一是有敏感金属；二是存在具有对金属腐蚀性的介质；三是有应力存在(通常在拉应力的存在的情况下影响最大)。

无机盐在超临界水中的溶解度十分小，与有机物相比较而言，无机盐几乎不溶，尤其当温度超过475℃时，超临界水中的无机物溶解度快速减小，乃至完全不溶解，无机盐就会在超临界水中完全析出。无机盐的析出，造成了设备及管路的严重堵塞。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种均浆流体SCWO处理高浓度难降解有机危险废物WF的系统。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

本发明设计把SCWO技术应用到垃圾处置发电厂工程中，针对城市和工业垃圾中有机物含量要达到70％以上的特点，在垃圾预处理中分类粉碎处理，把有机废品制成均浆类的流体输送到SCWO反应系统。本发明开发了一种双管切换的SCWO反应器，两个管式反应器各设置高温区和低温区，流体在管式反应器内逆向循环，在低温区溶解无机盐类，解决反应中盐类沉积堵塞问题。同时，管式反应器用不锈钢管制成，结构简单，造价低廉，可以快速更换，提高了SCWO的适用性和经济性。

其技术特点表现在以下几方面:

①使用环境友好、廉价易得的水作为反应介质，符合绿色化学发展要求；

②超临界水既有接近常规流体态水的密度，又有接近气体的粘度，因而有很高的传质速度。在超临界区，由于流体的密度、溶解度、粘度等特性随水密度而改变。因此，可以通过控制操作条件(即温度和压力)改变反应环境；

二次污染物；氧化反应产物主要为CO₂、N₂、H₂O和无机盐，实现了污染物零排放；

④超临界水作为有机物和氧气的良好溶剂，使得氧化反应在均相进行，不存在相问传质限制，反应速度快，处理效率高，有机物降解效率在不到一分钟或者更短的时问内达到99.99％；

⑤超临界水氧化系统体积小、完全封闭且可以迅速停车，使得易于控制；

⑥超临界水氧化系统适于处理的有机物范围广，几乎适用于各种有机废物的处理，且对有机物浓度适用范围宽；

⑦超临界水氧化反应为放热过程，当有机物浓度超过10％或至更高时，需要的热交换器很小甚至不需要外部供热，只需在引发反应的初期供热即可。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统整体结构示意图；

图2为本发明系统整体结构示意图；

图3为本发明系统整体结构示意图；

图4为本发明双切管反应结构示意图；

图5为本发明系统部分结构示意图；

图6为本发明富氧供应器结构示意图；

附图标记说明：

工业WF收集A；临存检验分类储存B；粉碎机粉分离C；制浆煅烧D；泥浆预热E；双切管反应F；富氧供应器G。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的解决我国超临界水氧化技术如何走出科研实验室，实现工业化运用，广泛应用于环保治理各个领域，提供了一套SCWO处理高浓度难降解有机危险废物系统的设计方案。

本发明具体给出如下技术方案:一种均浆流体SCWO有机危险废物WF的系统。

均浆流体SCWO处理高浓度难降解有机危险废物WF的系统，包括工业WF收集A、临存检验分类储存B、粉碎机粉分离C、制浆煅烧D、泥浆预热E、双切管反应F以及富氧供应器G；WF泥浆分别加压后进入预热器，预热后和氧化剂进入SCWO反应器，氧化反应后的出水经冷却、减压处理后，经过气液分离器将反应产生的气体和净化水排出；反应排放的过热气体通过分歧包，进入压力预热热釜罐进行热交换，再导向蒸汽余热锅炉发电。

所述临存检验分类储存B中：配置两台均浆釜两套，每套至少包括：卸料斗、称重式给料机、固体WF细粉仓、固体WF细粉仓除尘器；

①卸料站：卸装、输送固体WF细粉时，固体WF细粉卸料区设置除尘设施；

②固体WF细粉贮仓底部设置流化系统，顶部有3°的坡面，在贮仓的顶部有密封的检查人孔门；检查人孔门能用铰链和把手迅速打开；贮粉仓配有除尘装置，洁净气中最大含尘量不超过50MPa/Nm3；顶部有放气阀；为到达顶部检修布袋除尘器和料位计，安装有楼梯，并且在适当高度提供有一定数量的楼梯平台；贮仓配置防止固体WF细粉因吸入空气中的水分而凝结的设备，包括但不限于流化风机、电加热干燥设备。

在储存系统中，执行对固体WF细粉性质检验和分拣，清理出非有机质的玻璃、石块杂物；本工艺采用正浮选，在固体废物与水调制的料浆中加入浮选药剂，并通入空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃；所述浮选药剂根据在浮选中的作用不同可分为有机捕收剂，起泡剂和调整剂三类；所述有机捕收剂有异极性捕收剂(黄药和油酸)和起泡剂有松油、松醇油和脂肪醇。

所述粉碎机粉分离C和制浆煅烧D中：

固体WF经汽车运输到厂后，堆存于棚库内，由抓斗机将固体WF送入坑池内，经带式输送机输送至筛分破碎车间，固体WF经螺旋分级筛分级后，大于6mm的筛上部分，进入可逆锤式破碎机破碎至小于6mm；破碎后的粉固体WF与筛下—6mm粉固体WF经带式输送机汇集，然后送入制浆车间经刮板输送机分配入各磨机前贮存仓，准备破碎制浆。

破碎工序是利用外力克服固体WF废物质点间的内聚力而使大块固体WF废物分裂成小块的过程，本工艺采用湿式破碎：在大量水中的破碎，如低温破碎、热力破碎、减压破碎及超声波破碎；给料粒度300-400mm，一次磨细到0.1mm以下，粉碎比达3000-4000。

贮存仓内的固体WF经皮带定量给料机，按设定的固体WF量给入自磨机，并由小闭环控制系统按设定要求，将预先调配好的分散剂溶液和水同时加入自磨机，进行高浓度磨矿；磨矿浓度控制在(67.1+/-2)％；自磨机的排料是水固体WF浆的初级产品，经除铁溜槽除去少量铁屑后，自流入搅拌缓冲槽，同时按设定要求补加少量分散剂，经搅拌将补加的分散剂与固体WF浆充分混合和接触。

所述制浆煅烧D中：

本期工程两台均浆釜两套固体WF均浆制备系统，互为备用；每座试剂塔设置两台试剂浆流体供给泵(一运一备)和两套独立的固体WF细浆流体中间箱和供浆管道(一路运行，一路备用)。

存储于贮仓内的固体WF细粉，由计量式给料机输送至细浆流体中间箱搅拌配置成浆流体，由浆流体输送泵送至压力加热釜；经初次搅拌后的浆由曲杆泵送入滤浆器，滤去混入浆中的异物和极少量粗粒物料后，自流入匀质搅拌罐；通过进一步搅拌，加速水固体WF浆的流化。

固体WF细浆流体浓度由加入工艺水维持；有调节给粉量的控制器，每个出口给料量能在0～100％间调节以满足自动制浆要求；固体WF细粉给料机为全密封式设计；固体WF细浆流体箱配有足够数量的搅拌器以及流体位指示器、浓度测量及调节装置；直接由各自储存容器里由泥浆泵输入均浆釜，按一定比例调合，一般液体(水)占60％；同时投入分散剂和补充催化剂；或和固体浆料一起投入WF细浆流体中间池。

制浆后经过中间箱，进入均浆釜；每台均浆釜配套一座固体WF细浆流体中间箱，其有效总容积按不小于2×50t/h机组20小时的固体WF细浆流体量设计；容量按每台SCWO管式反应器100％工况时所需固体WF细浆流体设计，每套制浆系统设两台固体WF细浆流体泵(一运一备)和两套独立的供浆管道(一路运行，一路备用)；由耐磨材料制成的浆流体泵配有油位指示器、机械密封、联轴器罩和泄漏流体收集设备；浆流体管线设计有清洗系统和阀门低位排水系统；送入吸收塔的固体WF细浆流体给料流量信号进入控制系统；设有测量固体WF细浆流体浓度的表计，其信号进入电脑控制系统。

所述泥浆预热E中：①泥浆流体压力加热釜容积为20M²，压力<20MPa，泥浆流体进入后，初始阶段用电加热预热泥浆；②当SCWO反应器反应释放出400-600°的过热其它气体(主要CO₂\N₂)通过分气包，一路通过盘管加热泥浆，另一路直接在釜内喷放，起到搅拌和快速加热作用；加热釜加热温度为300-400℃，过热水压为20MPa。

所述双切管反应F中：

设有一个由两个不锈钢管组成的高温高压反应器，中部有一个共同的管通道，中间有一个双向压力阀隔离；反应器内的压力由减压器控制，其值通过压力计和一个数值式压力传感器测定；在反应器的管外安装有电加热器，并在不同位置设有温度监测装置；整个系统的温度、流速、压力的控制和监测都设置在一个很容易操作的面板上，同时有一个用聚碳酸酯制备的安全防护板来保护操作者。在反应器的中部、底部和顶部都设有取样口；底部共通一个密封的螺旋输送管，作排渣用途。

所述双切管反应F的操作过程为：

①预先被处理的WF泥浆流体先被匀浆预热，然后用高压泵将其从A反应器外管的上部输送到高压反应器A管，流量控制在0。5M²/h。某些化学性质稳定的化合物，所需要的反应时间较长。为了加快反应速率、减少反应时间、降低反应温度，使SCWO能充分地发挥出自身的优势，在制浆中预先中加入了催化剂。

②进入反应器的WF泥浆先在A管与加入的富氧空气混合，5s后通过氧化反应，WF得到处理。反应温度达600℃，压力25MPa。

③物料在A管高温(600℃)反应，无机物以固态盐的形式析，通过进气管喷头空高压气体反应混合，固态盐短时间内处于悬浮状态。

④此时B管由空气和水充满，压力与A管相当。5s后B管控制减压到20MPa，双向压力阀自动打开，A管高压物料流动到B管。B管温度下降到300-400℃，无机盐即溶解在水中排放，通过无机盐分离器排出体系，可有效地防止反应器的堵塞。

当SCWO反应器反应释放出400-600°的过热其它气体(主要CO₂\N₂)通过分气包，一路通过盘管加热泥浆后出口温度在400°，进入换热器或余热锅炉，进入发电系统。不溶解的颗粒物(含重金属)通过螺旋管输出收集，一般应在进料的10％以下。其中带重金属部分，另外进入回收处理系统。

所述催化剂用于克服超临界水氧化的反应条件苛刻(温度≥500℃，P≥25MPa)和由此产生的高腐蚀性对反应设备材质的高要求，以及稳定化学物质氧化所需停留时间较长的不足。

所述富氧供应器G中：

①SCWO反应中，氧化剂可用空气，或采用氧含量>40％的富氧气体；

②采用柱筒式富氧装置结构，在管壁四周装有电磁铁，从进口喷入涡流管内的空气通过喷射孔本体时，呈旋涡状，经喷射孔后，处处横切于环状永久磁体在管内所构成的磁场，由于磁力作用，氧被吸向管壁方向，而氮由于抗磁性，从管内壁移向管内心方向最后由抢排出；在管内周边附近，氧被吸引而富集，形成富氧气；温度升高，压力增大，喷出管外。

本发明设计把SCWO技术应用到垃圾处置发电厂工程中，针对城市和工业垃圾中有机物含量要达到70％以上的特点，在垃圾预处理中分类粉碎处理，把有机废品制成均浆类的流体输送到SCWO反应系统。本发明开发了一种双管切换的SCWO反应器，两个管式反应器各设置高温区和低温区，流体在管式反应器内逆向循环，在低温区溶解无机盐类，解决反应中盐类沉积堵塞问题。同时，管式反应器用不锈钢管制成，结构简单，造价低廉，可以快速更换，提高了SCWO的适用性和经济性。

其技术特点表现在以下几方面:

①制作均浆流体，适应面广。目前，超临界水氧化技术的环保科研主要集中在处理高浓度难降解废水和少量处理污泥方面。本发明包括了主要的城市垃圾和工业垃圾，包括固体、半固态(污泥)、液体等危险有机废物的处置，把它们粉碎、混合，自作成均浆流体化，适应scwo反应方式。

②在该系统中包括的特殊加压釜的预热，加热釜容积为20M²,压力<30MPa,泥浆流体进入后，初始阶段用电加热预热泥浆。当SCWO反应器反应释放出400-600°的过热其它(主要CO₂\N₂)通过分气包，一路通过盘管加热泥浆，另一路直接在釜内喷放，起到搅拌和快速加热作用。

③氧化剂直接采用富氧空气，成本低廉。为了提高反应效率，采用成熟的富氧发生器，是空气的氧含量提高一倍，40-50％。同时，根据不同的泥浆流体中检测的有机质含量和热值，投入一定比例的催化剂。

④为了解决超临界水氧化对于合金钢的腐蚀和无机盐的析出严重堵塞问题，世界各国科研人员致力改变于反应器结构开和发新材料来解决这个问题，代价昂贵。本发明采用简易的不锈钢无缝钢管作反应器，可以快速拆卸替换。回避反应器高昂的抗腐蚀性代价，使得工业化简单易行。

⑤使用环境友好、廉价易得的水作为反应介质，符合绿色化学发展要求；超临界水既有接近常规流体态水的密度，又有接近气体的粘度，因而有很高的传质速度。在超临界区，由于流体的密度、溶解度、粘度等特性随水密度而改变。因此，可以通过控制操作条件(即温度和压力)改变反应环境；二次污染物；氧化反应产物主要为CO₂、N₂、H₂O和无机盐，实现了污染物零排放；

⑥超临界水作为有机物和氧气的良好溶剂，使得氧化反应在均相进行，不存在相问传质限制，反应速度快，处理效率高，有机物降解效率在不到一分钟或者更短的时问内达到99.99％；超临界水氧化系统体积小、完全封闭且可以迅速停车，使得易于控制；超临界水氧化系统适于处理的有机物范围广，几乎适用于各种有机废物的处理，且对有机物浓度适用范围宽；超临界水氧化反应为放热过程，当有机物浓度超过10％或至更高时，需要的热交换器很小甚至不需要外部供热，只需在引发反应的初期供热即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。