一种利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，包括压缩机、氧化剂存储器、混合箱、超临界水发生器及副产品回收器，所述压缩机的氧化剂入口与氧化剂存储器的出口相连通，混合箱的超临界水入口及气体入口分别与超临界水发生器的出口及压缩机的出口相连通，混合箱的出口与副产品回收器的入口相连通，相应的，本发明还公开了一种利用超临界水氧化技术连续处理废气的方法。本发明可以快速处理高浓度的工业废气，处理效率高。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业废气处理领域，涉及一种连续处理废气的装置及方法，具体涉及 一种利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置及方法。 一种利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置及方法
【背景技术】
[0002] 超临界水氧化（Supercritical Water Oxidation，简称SCW0)技术是以超临界水 (温度> 374,压力> 22. IMPa)为介质，利用在超临界条件下不存在气液界面传质阻力来提 高反应速率，并与纯氧在均相条件下使有机物彻底氧化的一种新兴技术。同焚烧、湿式催化 氧化相比，超临界水氧化具有污染物完全氧化、二次污染小、设备与运行费用相对较低等优 势。
[0003] 处于超临界状态下的水兼具液态和气态水的性质，其可连续变化的密度、低静电 介质常数、低粘滞度等特性使超临界水成为一种具有高扩散能力、高溶解性的理想反应介 质，可以利用温度与压力的变化来控制反应环境、协调反应速率与化学平衡、调节催化剂的 选择活性等，也可以通过不同物质溶解度对超临界流体的依赖性，实现反应与分离在同一 反应器内完成。针对企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污 染物气体等，如：二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫 酸（雾）、挥发苯及芳烃、铍化物、烟尘及生产性粉尘，如果排入大气，会污染空气，同时严重 的危害人的健康。采用超临界水氧化处理，可有效去除工业废气中的有害物质。
[0004] 目前对于工业废气的处理主要采取焚烧法（专利201210023570. 3)、活性炭吸附 (专利201310270874. 4)、湿式空气氧化法(专利200710068312. 6)、光化学氧化及光催化氧 化（专利 201280006489. 2, 201280005310. 1)、电化学氧化（专利 201310071665. 7)等方法， 这些传统的处理方法效率较低，尤其对于高浓度工业废气很难达到国家一级排放标准，有 些工艺处理后的残留物仍为污染物或危险物，需做进一步处理才能排放，因此对工业废气 处理的新技术和新方法有待进一步研究开发。相关研究表明，超临界水氧化是目前处理工 业废气的有效途径。处于其临界点（374°C，22. IMPa)以上的高温、高压状态的水被称为超 临界水（SCW)，在此条件下的水既具有与气体相当的扩散系数（比一般液体高10-100倍） 和较低的黏度，又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。SCW与非极性物质如烃 类、戊烷、己烷、苯和甲苯等有机物可完全互溶，氧气、氮气、CO、C0 2等气体也都能以任意比 例溶于超临界水中。正是由于SCW的溶剂化特性，使其成为有机物氧化的理想介质，以超临 界水为载体，将有机废物与空气、氧气等氧化剂在超临界水中进行氧化反应而将其去除。超 临界水氧化反应是在高温、高压下进行的均相反应，反应速率很快（可小于lmin)，处理彻 底，有机物被完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，不形成二次 污染，且无机盐可从水中分离出来，处理效率可达99. 99%以上，完全能够达到国家一级排 放标准，实现直接排放或回收利用。另外，当有机物质量分数超过2%时，超临界水氧化过程 可以形成自热而不需额外供给热量。这些特性使超临界水氧化技术与生化处理法、湿式空 气氧化法及燃烧法等传统的废水处理技术相比表现出独特的优势，使其成为一种具有很大 潜在优势的环保新技术。
[0005] 我国近年来也对醇类、酚类、苯类、含氮及含硫等有机废水进行了超临界水 氧化的研究并形成了 一些相关专利，如一种超临界水氧化处理含碳有机物的方法 (201210592563. 5)，一种超临界水氧化处理乙烯废碱液的方法（201110285736. 4)等。这些 研究取得了满意的效果，但大多处于小试规模，间歇式反应器居多，不能连续处理，中试装 置及工业化运行也仅为雏形。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用超临界水氧化技术 连续处理废气的装置及方法，该装置及方法快速处理高浓度的工业废气，处理效率高。
[0007] 为达到上述目的，本发明所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其 特征在于，包括压缩机、氧化剂存储器、混合箱、超临界水发生器及副产品回收器，所述压缩 机的氧化剂入口与氧化剂存储器的出口相连通，混合箱的超临界水入口及气体入口分别与 超临界水发生器的出口及压缩机的出口相连通，混合箱的出口与副产品回收器的入口相连 通。
[0008] 所述混合箱的出口与副产品回收器的入口通过第一阀门相连通。
[0009] 所述压缩机的出口与混合箱的气体入口通过第二阀门相连通。
[0010] 所述混合箱的超临界水入口与超临界水发生器的出口通过第三阀门相连通。
[0011] 所述副产品回收器包括背压阀、压力报警器、冷凝器及气液分离器，背压阀的入口 与第一阀门的出口相连通，背压阀的出口与冷凝器的入口及压力报警器的气体入口相连 通，冷凝器的出口与气液分离器的入口相连通。
[0012] 本发明所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的方法包括以下步骤：
[0013] 工业废气及氧化剂存储器输出的氧化剂经压缩机压缩处理后压力升至5-8MPa，温 度升至100-200°C，然后将经压缩机处理后的工业废气及氧化剂输入到混合箱中，同时超临 界水发生器产生超临界水，并将所述超临界水输入到混合箱中，工业废气、氧化剂及超临界 水在混合箱内反应，待其反应完成后通入到副广品回收器中，副广品回收器回收对工业废 气、氧化剂及超临界水反应的产物。
[0014] 所述混合箱内气体的温度为380-500°C，气压为23-30MPa。
[0015] 所述氧化剂为〇2或〇3，氧化剂的摩尔质量为工业废气完全氧化所需氧化剂的摩尔 质量的2-6倍。
[0016] 所述工业废气、氧化剂及超临界水在混合箱内反应的反应时间为10-100秒。
[0017] 本发明具有以下有益效果：
[0018] 本发明所述的所述利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置及方法在对工业 废气处理的过程中，先通过压缩机对氧化剂及工业废气进行升压及升温，然后将升压及升 温后的氧化剂及工业废气与超临界水在混合箱中反应，最后再将反应后的产物通过副产品 回收器回收，从而实现对高浓度工业废气的快速处理，处理效率高。本发明可以实现对工业 废气中各项污染物的完全氧化，二次污染小，设备及运行费用降低，适用于处理垃圾焚烧发 电厂、化工厂、印染厂和制药厂等排放的高浓度工业废气。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的结构示意图。
[0020] 其中，1为氧化剂存储器、2为工业废气、3为压缩机、4为混合箱、5为超临界水发生 器、6为副产品回收器、7为第一阀门、8为第二阀门、9为第三阀门。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0022] 参考图1，本发明所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置包括压缩机 3、氧化剂存储器1、混合箱4、超临界水发生器5及副产品回收器6,所述压缩机3的氧化剂 入口与氧化剂存储器1的出口相连通，混合箱4的超临界水入口及气体入口分别与超临界 水发生器5的出口及压缩机3的出口相连通，混合箱4的出口与副产品回收器6的入口相 连通。
[0023] 需要说明的是，所述混合箱4的出口与副产品回收器6的入口通过第一阀门7相 连通，压缩机3的出口与混合箱4的气体入口通过第二阀门8相连通，混合箱4的超临界水 入口与超临界水发生器5的出口通过第三阀门9相连通，所述副产品回收器6包括背压阀、 压力报警器、冷凝器及气液分离器，背压阀的入口与第一阀门7的出口相连通，背压阀的出 口与冷凝器的入口及压力报警器的气体入口相连通，冷凝器的出口与气液分离器的入口相 连通。
[0024] 本发明所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的方法，包括以下步骤：
[0025] 工业废气2及氧化剂存储器1输出的氧化剂经压缩机3压缩处理后压力升至 5-8MPa，温度升至100-200°C，然后将经压缩机3处理后的工业废气2及氧化剂输入到混合 箱4中，同时超临界水发生器5产生超临界水，并将所述超临界水输入到混合箱4中，工业 废气2、氧化剂及超临界水在混合箱4内反应，待其反应完成后通入到副广品回收器6中，副 产品回收器6回收对工业废气2、氧化剂及超临界水反应的产物。
[0026] 所述混合箱4内气体的温度为380_500°C，气压为23_30MPa。
[0027] 所述氧化剂为02或03，氧化剂的摩尔质量为工业废气2完全氧化所需氧化剂的摩 尔质量的2-6倍。
[0028] 所述工业废气2、氧化剂及超临界水在混合箱4内反应的反应时间为10-100秒。
[0029] 实施例一
[0030] 首先将包括多氯联苯、NH3及C0的高浓度工业废气2经压缩机3升压至5MPa，升 温至120°C，其中，氧化剂存储器1输出的0 3摩尔质量为工业废气2完全氧化所需氧化剂的 摩尔质量的6倍，设置第二阀门8及第三阀门9每3分钟开启一次，开启时间为10秒。
[0031] 预先开启超临界水发生器5,并设置参数为650°C /30MPa，将经过第二阀门8与第 三阀门9的气体同步排放至混合箱4中，并最终形成约400°C /25MPa的超临界流体，并使其 在混合箱4中反应20秒，然后开启第一阀门7,将反应后的产物输入到副产品回收器6中回 收，其中，副产品回收器6分离出的无害气体C0 2、N2等由分离器顶部直接排除，液态产物进 行回收利用。
[0032] 实施例二
[0033] 将垃圾焚烧电厂产生的包含多氯联苯、NH3及S02的工业废气2及氧化剂存储器1 输出的氧化剂〇3经压缩机3加压至5MPa，升温至100°C，其中，03摩尔质量为工业废气2完 全氧化所需氧化剂的摩尔质量的5倍，设置第二阀门8(11)及第三阀门9每3分钟开启一 次，开启时间为5秒。
[〇〇34] 预先开启超临界水发生器5,并设置参数为700°C /30MPa，将经过阀第二阀门 8(11)与第三阀门9(22)的气体同步排放至混合箱4(25)中，并最终形成约420°C/26MPa 的超临界流体，反应50秒后，开启第一阀门7,然后将反应后的产物通过副产品回收器6回 收，其中，副产品回收器6分离出的无害气体C0 2、N2等由分离器顶部直接排除，液态S和C1 产物进行回收利用。
【权利要求】
1. 一种利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于，包括压缩机（3)、氧 化剂存储器（1)、混合箱（4)、超临界水发生器（5)及副产品回收器（6)，所述压缩机（3)的 氧化剂入口与氧化剂存储器（1)的出口相连通，混合箱（4)的超临界水入口及气体入口分 别与超临界水发生器（5)的出口及压缩机（3)的出口相连通，混合箱（4)的出口与副产品 回收器（6)的入口相连通。
2. 根据权利要求1所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于， 所述混合箱（4)的出口与副产品回收器（6)的入口通过第一阀门（7)相连通。
3. 根据权利要求2所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于， 所述压缩机（3)的出口与混合箱（4)的气体入口通过第二阀门（8)相连通。
4. 根据权利要求3所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于， 所述混合箱（4)的超临界水入口与超临界水发生器（5)的出口通过第三阀门（9)相连通。
5. 根据权利要求2所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于， 所述副产品回收器（6)包括背压阀、压力报警器、冷凝器及气液分离器，背压阀的入口与第 一阀门（7)的出口相连通，背压阀的出口与冷凝器的入口及压力报警器的气体入口相连 通，冷凝器的出口与气液分离器的入口相连通。
6. -种利用超临界水氧化技术连续处理废气的方法，基于权利要求1所述的利用超临 界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于，包括以下步骤： 工业废气（2)及氧化剂存储器（1)输出的氧化剂经压缩机（3)压缩处理后压力升至 5-8MPa，温度升至100-200°C，然后将经压缩机（3)处理后的工业废气（2)及氧化剂输入到 混合箱（4)中，同时超临界水发生器（5)产生超临界水，并将所述超临界水输入到混合箱 (4)中，工业废气（2)、氧化剂及超临界水在混合箱（4)内反应，待其反应完成后通入到副产 品回收器（6)中，副产品回收器（6)回收对工业废气（2)、氧化剂及超临界水反应的产物。
7. 根据权利要求6所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的方法，其特征在于， 所述混合箱（4)内气体的温度为380-500°C，气压为23-30MPa。
8. 根据权利要求6所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于， 所述氧化剂为〇2或〇 3，氧化剂的摩尔质量为工业废气（2)完全氧化所需氧化剂的摩尔质量 的2-6倍。
9. 根据权利要求6所述的利用超临界水氧化技术连续处理废气的装置，其特征在于， 所述工业废气（2)、氧化剂及超临界水在混合箱（4)内反应的反应时间为10-100秒。
【文档编号】B01D53/74GK104107624SQ201410320171
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】鲁金涛, 谷月峰 申请人:西安热工研究院有限公司