一种有机废水超临界水氧化处理系统及方法

1.本发明属于超临界水处理有机废物技术领域，具体涉及一种有机废水超临界水氧化处理系统及方法。


背景技术：

2.超临界水(supercritical water，简称scw)是指温度和压力均高于其临界点(tc＝374.15℃，pc＝22.12mpa)的特殊状态的水。超临界水氧化技术是利用超临界水的低粘度、低介电常数、高扩散性等特殊性质，使完全溶解在其中的有机物与氧化剂发生快速、彻底的均相反应，有机物中的碳元素转化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素转化成相应的无机盐，氮元素绝大多数转化成氮气，实现有机废物的高效无害化处理。此外，超临界水氧化技术还具有以下优势：无机盐类在scw中的溶解度极低，容易被分离出来，处理后的液体为较为洁净的水；当有机废水中有机物质量浓度超过2％时，可以依靠反应放热维持系统热量平衡，无需外界补充热量；设备体积小、安全性好、符合封闭性要求。因此，超临界水氧化技术在处理难降解、有毒有害有机物方面表现出了极大的技术优势。该技术在美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中被定义为最有前途的废水处理技术。
3.常规的超临界水氧化处理工艺，因其反应过程的高温高压特性，存在着反应器内部及壁面超温的安全隐患。此外，高温环境下还会降低金属屈服强度，降低反应器运行的可靠性。因此，设置相应的安全保护措施对于超临界水氧化处理工艺至关重要。
4.超临界水氧化反应过程需要消耗大量的热能，因此对待处理的有机废水进行换热处理是提高系统热效率的有效手段。但常规的预热方式需设置回热器、预热器等装置，导致处理工艺存在能耗高、热效率低的缺点，且有机废水在3203410℃的腐蚀、盐沉积敏感区时会增加设备腐蚀、堵塞风险。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种有机废水超临界水氧化处理系统及方法，解决常规超临界水氧化处理工艺缺乏对反应器内部及壁面的保护措施导致系统工艺安全性下降，回热器、换热器易腐蚀堵塞的问题。
6.本发明采用以下技术方案：
7.一种有机废水超临界水氧化处理系统，包括超临界水氧化反应器，有机废水、氧化剂、取热水和掺混水分别经超临界水氧化反应器与冷却器连接，超临界水氧化反应器连接盐分离器用于排盐处理；
8.超临界水氧化反应器的外部设置有反应器壁面保护器，反应器壁面保护器的出口与冷却器连接，超临界水氧化反应器内部设置有反应室，反应室依次连接取热器、升温器和预热器，流体依次流经反应室内部、取热器热侧、升温器热侧与预热器热侧后进入冷却器。
9.具体的，有机废水分别经有机废水第一支路和有机废水第二支路与超临界水氧化反应器连接，有机废水第一支路和有机废水第二支路的一端分别与调配罐连接，有机废水
第一支路的另一端经预热器与反应室的有机废水注入口连接，有机废水第二支路的另一端与反应室的有机废水注入口连接。
10.进一步的，有机废水第一支路上设置有有机废水预热阀，有机废水第二支路上设置有有机废水注入阀。
11.具体的，氧化剂经管道与反应室的氧化剂注入口连接。
12.具体的，取热水经取热水供给第一支路与反应器壁面保护器的入口连接；取热水经取热水供给第二支路与取热器的冷侧入口连接，取热器冷侧出口接入冷却器。
13.进一步的，取热水供给第一支路上设置有壁面保护器控水阀，取热水供给第二支路上设置有取热器控水阀。
14.具体的，掺混水经升热器与反应室的超临界水注入口连接。
15.具体的，盐分离器的入口与反应室连接，盐分离器上至少设置两个出口，一个出口与冷却器连接，另一个用于排盐。
16.具体的，反应室的内部、外侧或者内部和外侧均设置有加热器。
17.本发明的另一个技术方案是，一种有机废水超临界水氧化处理系统的处理方法，其特征在于，包括以下两种方式：
18.将有机废水预热至360℃以下，在超临界水氧化反应器内有机废水与吸收热量的掺混水混合，混合物和氧化剂发生氧化反应进行放热；
19.当超临界水氧化反应器内部温度大于等于700℃时，将取热水流经取热器和反应器壁面保护器进行紧急取热和壁面取热；
20.将常温状态的有机废水注入超临界水氧化反应器内部与吸收热量的掺混水混合，混合物和氧化剂发生氧化反应进行放热。
21.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
22.本发明一种有机废水超临界水氧化处理系统，包括超临界水氧化反应器、冷却器和盐分离器，其中超临界水氧化反应器是实现有机废水超临界氧化处理的核心装置，能有效降低有机物的化学需氧量，使处理过后的有机废水达到排放标准；冷却器主要通过壁面冷却和取热器冷却保护超临界水氧化反应器，盐分离装置主要是防止由于盐分析出导致反应器堵塞的情况发生，反应器壁面保护器是保护反应器承压壁不会因为超温而降低强度，降低反应器失效的风险；反应室是超临界水氧化反应器内，有机废水和氧化剂反应的地方；取热器是对反应后热流体进行取热降温，壁面超临界水氧化反应器由于超温而降低安全性；升温器是对取热水进行加热，提高系统热效率；预热器是将有机废水提前进行预热，提高系统热效率。
23.进一步的，有机废水第一支路是为了实现有机废水可以进行预热后进入反应器进行反应的目的，可以提高系统热效率；设置有机废水第二支路的目的主要是冷物料直接进入反应器，避免物料预热过程中发生设备堵塞和腐蚀的现象。
24.进一步的，有机废水预热阀和有机废水注入阀设计主要是为了能实现有机废水第一支路和第二支路分离的方式。
25.进一步的，氧化剂经管道与氧化剂注入口主要是为了实现氧化剂可以直接注入反应室内部。
26.进一步的，取热水经过取热水第一支路可以对超临界水氧化反应器壁面进行降温
保护，取热水经过取热水第二支路可以对超临界水氧化反应器内部进行降温保护。
27.进一步的，掺混水经过升热器与反应室进行相连，其目的是调配反应是内物料比和提升反应室内部温度。
28.进一步的，盐分离器的入口与反应室相连，盐分离器上设置两个出口，一个出口与冷却器相连，另一个出口用于排盐，其目的是反应器内部排出的盐分温度较高，因此需要与冷却器相连对盐分离器进行冷却保护，另一个出口排出盐分避免盐分离器堵塞。
29.进一步的，反应室的内部、外侧或者内部和外侧均设有加热器其目的是实现反应器的加热方式是多种的，不局限于一种方式。
30.一种有机废水超临界水氧化处理方法，整个处理方法两种方式设置是为了实现不同种类有机废水使用不同种的预热方式，壁面由于物料预热过程种产生的腐蚀和堵塞，增加反应器的可靠性和安全性。
31.综上所述，本发明能够有效回收反应热，提高工艺热效率，有效避开盐沉积温度区间，降低壁面和管道的腐蚀、堵塞风险，提高设备整体的安全性和可靠性。
32.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
33.图1为本发明工艺流程整体示意图。
34.其中：1.调配罐；2.反应室；3.加热器；4.取热器；5.升温器；6.预热器；7.反应器壁面保护器；8.冷却器；9.盐分离器；v001.有机废水预热阀；v002.有机废水注入阀；v003.壁面保护器控水阀；v004.取热器控水阀；n1.超临界水注入口；n2.有机废水注入口；n3.氧化剂注入口；l1.有机废水第一支路；l2.有机废水第二支路；l3.取热水供给第一支路；l4.取热水供给第二支路。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
39.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
40.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
41.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
42.本发明提供了一种有机废水超临界水氧化处理系统及方法，采用有机废水预热、掺混水取热和有机废水不预热、掺混水完全取热两种工艺，有效避开盐沉积温度区间，降低设备腐蚀与管道堵塞的风险。通过取热水冷却反应器壁面以及对反应后的超温流体进行紧急取热，提高系统安全性。
43.请参阅图1，本发明一种有机废水超临界水氧化处理系统，包括超临界水氧化反应器、冷却器8及盐分离器9，有机废水、氧化剂、取热水和掺混水分别进入超临界水氧化反应器中进行反应处理后通过冷却器8排出，超临界水氧化反应器的反应室2通过盐分离器9进行排盐处理。
44.其中，超临界水氧化反应器内部设置有反应室2、加热器3、取热器4、升温器5和预热器6，反应室2依次连接取热器4、升温器5和预热器6，加热器3位于反应室2的内部、外侧或者混合布置，超临界水氧化反应器内流体依次流经反应室2内部、取热器4热侧、升温器5热侧与预热器6热侧。
45.超临界水氧化反应器的外部设置有反应器壁面保护器7，反应器壁面保护器7的出口与冷却器8连接，盐分离器9的入口与反应室2接通，盐分离器9上设有两个或多个出口，至少存在盐分离器第一出口接至冷却器8，盐分离器第二出口用于排盐。
46.有机废水经过调配罐1后分为有机废水第一支路l1和有机废水第二支路l2，有机废水第一支路l1与预热器6的冷侧入口连接，预热器6的冷侧出口与反应室2的有机废水注入口n2连接，有机废水第二支路l2与反应室2的有机废水注入口n2连接，有机废水第一支路l1和有机废水第二支路l 2汇聚后接入有机废水注入口n2。
47.其中，调配罐1出口的有机废水第一支路l1上设置有有机废水预热阀v001，调配罐1出口的有机废水第二支路l2上设有有机废水注入阀v002。
48.氧化剂经管道与氧化剂注入口n3连接，通过氧化剂注入口n3进入反应室2内。
49.取热水包括取热水供给第一支路l3和取热水供给第二支路l4，取热水供给第一支路l3上设置有壁面保护器控水阀v003，取热水供给第二支路l4上设置有取热器控水阀
v004；壁面保护器控水阀v003与取热水供给第一支路l3的一端连接，取热水供给第一支路l3的另一端与反应器壁面保护器7的入口连接；取热器控水阀v004与取热水供给第二支路l4的一端连接，取热水供给第二支路l4的另一端与取热器4的冷侧入口连接，取热器4冷侧出口接入冷却器8。
50.掺混水经升热器5的冷侧入口进入升热器5，升热器5的冷侧出口与反应室2的超临界水注入口n1接通，经超临界水注入口n1进入反应室2内。
51.其中，超临界水注入口n1、有机废水注入口n2、氧化剂注入口n3皆与反应室2接通。
52.取热器4的出口、反应器壁面保护器7的出口、超临界水氧化反应器的出口已经盐分离器9的第一出口分别接入冷却器8单独进行冷却，或者将多股混合后一起冷却。
53.本发明一种有机废水超临界水氧化处理方法，包括两种方式：
54.方式一：有机废水预热至亚临界温度和升温后所形成的超临界水送入反应器内反应，开启紧急取热和壁面取热，先将有机废水加热至360℃以下，可以有效提高系统的整体热效率；
55.方式二：常温有机废水和升温后所形成超临界水送入反应器内反应，开启紧急取热和壁面取热，将常温有机废水直接送入反应器内部进行反应，可以有效避开盐沉积温度区间(》374℃)，降低壁面和管道的腐蚀、堵塞风险，提高设备整体的安全性可靠性。
56.本发明利用超临界水优异的理化特性，实现氧化剂与有机污染物的均相反应，使难降解有机物被快速彻底氧化成二氧化碳、水、氮气等环境友好的小分子化合物；具有处理彻底(污染物去除率》99.9％)，反应时间短(2s32min)，无no
x
、so2、二噁英生成等二次污染问题等显著技术优势。
57.本发明着眼于系统热效率的提高与盐沉积问题的缓解，通过有机废水的多种换热方式，省去系统中的换热器和预热器，降低设备投资成本。本发明对现有的有机废水超临界水氧化处理工艺进行了改进，是一种集聚系统反应热的高效利用、盐沉积的预防与分离、系统安全可靠运行于一体的多功能处理工艺。
58.综上所述，本发明一种有机废水超临界水氧化处理系统及方法具有以下有益效果：
59.1、多功能有机废水超临界水氧化处理工艺采用两种取热工艺，一种是反应器壁面取热，另一种是反应器内紧急取热，两种方式有效避免壁面和反应内部高温对反应器的强度造成影响，提高反应器安全性。
60.2、有机废水在反应器内预热至亚临界温度后送入反应器内反应，反应室内反应产物温度高，预热器换热面积大，有效回收反应热提高工艺热效率。
61.3、对于低含盐量的有机废水采用有机废水预热、掺混水取热的工艺，对于高含盐量有机废水采用有机废水不预热、掺混水完全取热的工艺，有效避开盐沉积温度区间，降低壁面和管道的腐蚀、堵塞风险，提高设备整体的安全性可靠性。
62.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。