高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統的製作方法

2023-12-05 08:18:11

專利名稱：高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用超臨界水作為反應介質對高含鹽高含氯有機廢水進行無害化處理的系統。
背景技術：
超臨界水(Supercritical Water，簡稱SCW)是指溫度和壓力均高於其臨界點(Tc =374. 15°C，Pc = 22. 12MPa)的特殊狀態的水。水在超臨界狀態下具有特殊的性質，只含有少量的氫鍵，介電常數近似於有機溶劑，具有高的擴散係數和低的粘度，是一種良好的反應介質。SCW能與有機物、氧氣、氮氣等完全互溶，發生均相反應，消除了相界面間的傳質阻力，加快了傳質速率，大大縮短了反應時間。此外，無機鹽類在SCW中的溶解度極低，很容易被分離出來。超臨界水氧化技術(Supercritical Water Oxidation，簡稱SCW0)是利用水在超臨界狀態下所具有的特殊性質，使有機物和氧化劑在SCW中迅速發生均相氧化反應來徹底分解有機物，生成C02、N2, H2O等無害化的小分子化合物和無機鹽。SCWO特點表現在在幾秒至幾分鐘內有機物的分解率可達99%以上；無機鹽類在SCW中的溶解度極低，容易被分離出來，處理後的液體為潔淨的水；當有機廢水中有機物質量濃度超過2%時，可以依靠反應放熱維持系統熱量平衡，無需外界補充熱量；設備體積小、安全性好、符合封閉性要求。雖然超臨界水氧化技術已經取得了很大進步，但是當處理對象為高含鹽高含氯有機廢水水時(其中總鹽量質量濃度高達6. 5%，氯離子質量濃度高達3000mg/L)，仍然存在幾方面需要解決的問題，表現在DSCffO中苛刻的反應條件(高反應溫度、高反應壓力、過量氧化劑、高濃度鹽量和氯離子等)加劇了系統材料的腐蝕，腐蝕特別發生在反應器、換熱器、加熱爐等系統重要的設備中。目前，針對高含氯的有機廢水，普通奧式體不鏽鋼316作為設備材料會遭受嚴重的腐蝕問題，出現嚴重的斑蝕和應力腐蝕裂紋，反應器製作材料選用不鏽鋼316時要求有機廢水中氯離子濃度不能高於300mg/L。系統中反應器等重要設備的腐蝕不僅會降低設備的使用壽命，影響反應系統的安全可靠運行，而且腐蝕產物進入處理後的液體產物，會影響 SCWO最終處理效果。現有的研究表明雙相不鏽鋼用在300°C以下的亞臨界條件下具有良好的耐氯離子腐蝕性能，鈦合金用在300°C以上的亞臨界條件下具有良好的耐離子腐蝕性能，而鎳基合金因康鎳兒625、C276貴金屬鉬等貴金屬在超臨界水條件下具有良好的耐氯離子腐蝕性能，但這些材料價格相對昂貴。此外，現有的用於防腐蝕的蒸發壁式反應器結構和控制較為複雜。因此，針對高含鹽高含氯有機廢水SCWO系統需要解決腐蝕問題，並簡化系統組成和反應器結構。2)鹽在SCW中的溶解度極低，通常小於100mg/L，鹽在SCW中會析出、沉積在反應器的內壁面上。當高含鹽流體在低流速條件下析出大顆粒度鹽時，內徑較小的管式反應器或過程輸運管路特別容易堵塞。當由於鹽沉積引起反應器、輸運管路等部位堵塞時，必須停止系統，進行清洗，然後再啟動運行，這將嚴重影響系統的可靠運行，增加了運行成本。此外，反應過程中生成或團聚的不溶解性鹽經過背壓閥時會使背壓閥磨損、堵塞，儘管在背壓閥前設置過濾器，但針對高含鹽的有機廢水，過濾器特別容易堵塞，進而影響系統的可靠運行。此外，鹽沉積也會加快反應器、輸運管路等部位的腐蝕速率，導致換熱器中換熱面的傳熱惡化。因此，有效避免鹽沉積、脫除非溶解性的鹽，是高含鹽高含氯有機廢水SCWO系統的連續可靠運行的保證。受複雜的進料特性和苛刻反應條件的限制，現有的除鹽方法(電滲析、反滲透、離子交換、電吸附等)難以用在高含鹽高含氯有機廢水SCWO系統中，高含鹽高含氯有機廢水SCWO系統的可靠運行需要更為簡單、高效、方便的除鹽設備和脫鹽方法。SCWO過程是一個放熱反應，當進料中有機物的質量分數超過2%時就能實現自熱。但是進行高含鹽高含氯有機廢水超臨界水氧化處理時，由於高溫、高壓、高含鹽、高含氯條件下系統中設備和管路的腐蝕較為嚴重，需要採用價格昂貴的耐腐蝕材料，致使系統造價較高，且運行費用較高。因此，高含鹽高含氯有機廢水SCWO系統在解決腐蝕問題的基礎上需要優化系統結構，有效降低系統的投資，並通過能量的回收及優化有效降低系統的運行成本。因此，針對高含鹽高含氯有機廢水SCWO系統的開發，需要解決系統設備和管路的腐蝕和堵塞問題，並有效降低系統投資和運行成本。

發明內容
本發明的目的是解決背景技術中高含鹽高含氯有機廢水SCWO系統所涉及的設備和管路腐蝕及堵塞問題，提供一種適用於處理高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化系統，有效降低系統投資和運行成本。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的一種高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，其特徵在於包括低溫液氧泵，低溫液氧泵的入口與低溫液體貯槽相連，出口與汽化器殼側的入口端相連，汽化器殼側的出口與緩衝罐的入口連通，緩衝罐的出口與氧氣預熱器殼側的入口相連，氧氣預熱器殼側的出口連接混合器的一個入口 ；該混合器的另一個入口連接第二加熱爐的出口，第二加熱爐的入口連接第一換熱器管側的出口，第一換熱器管側的入口與高壓物料泵的出口相連，高壓物料泵的入口與儲料罐的出口相連，儲料罐的入口與有機廢水進料管路連接；所述混合器的出口與管式反應器的入口相連，管式反應器的出口與氧氣預熱器管側的入口相連，氧氣預熱器管側的出口與蒸汽發生器管側的入口連接，蒸汽發生器管側的出口與水力旋流器的入口相連，水力旋流器底部的出口與第二換熱器管側的入口端相連， 第二換熱器管側的出口分成兩路，一路與第一貯鹽罐入口相連，另一路與第二貯鹽罐入口相連；第一貯鹽罐和第二貯鹽罐的入口均與高壓充水泵的出口相連，第一貯鹽罐和第二貯鹽罐的頂部出口均與第一管道過濾器的入口相連，第一管道過濾器的出口連接第一背壓閥的入口，第一背壓閥的出口與集液箱的入口相連，集液箱底部的出口與高壓充水泵的入口相連，集液箱頂部的出口與無汙染排放管道連接；所述水力旋流器頂部的出口與第三換熱器管側的入口相連，第三換熱器管側的出口與第二管道過濾器的入口相連，第二管道過濾器的出口與第二背壓閥的入口端連接，第二背壓閥的出口與低壓汽液分離器的入口連接，低壓汽液分離器頂部的氣體出口連接氣體收集管道，低壓汽液分離器底部的液體出口與汽化器管側的入口相連，汽化器管側的出口端與集液箱的入口端連接。上述方案中，所述的第二加熱爐的入口同時與一個第一加熱爐的出口連接，第一加熱爐的入口與第一換熱器管側的出口相連。所述儲料罐的出口與低壓循環泵的入口相連，低壓循環泵的出口與第二換熱器殼側的入口相連，第二換熱器殼側的出口連接儲料罐的入口。所述的第一換熱器殼側入口與第三換熱器殼側的出口相連，第一換熱器殼側的出口與一個導熱油箱的入口連接，導熱油箱出口與一個導熱油泵的入口連接，導熱油泵的出口連接第三換熱器殼側的入口。所述的蒸汽發生器殼側的出口連接蒸汽輸出管道，蒸汽發生器的入口與一個清水泵的出口相連，清水泵的入口與一個清水儲罐的出口相連，清水儲罐的入口連接自來水管道。所述的管式反應器採用複合管制作，外層金屬為TP347H或316，內層金屬為因康鎳兒625或C276，管式反應器分節布置，節與節中間通過法蘭安裝。本發明系統的優點是1、系統中通過設置水力旋流器利用其離心分離作用可以將反應後流體中的顆粒度5微米以上的大量固體鹽顆粒分離出來，可以有效防止後續管道過濾器的堵塞頻率，滿足後續背壓閥的降壓需求，同時將反應過程生成或團聚的不溶解性鹽在貯鹽罐進行富集。 從水力旋流器頂部流出的潔淨流體進入第三換熱器管側，可有效降低第三換熱器結垢堵塞的風險，減少鹽沉積對換熱器換熱效率的影響，保證了系統長期運行的可靠性。從水力旋流器底部流出的含有大量固體鹽顆粒的濃鹽水進入第二換熱器的管層，然後再進入第一貯鹽罐或第二貯鹽罐，通過設置第一貯鹽罐、第二貯鹽罐、高壓充水泵、電動截止閥可以實現系統在連續運行過程的除鹽操作，可以利用集液箱中最終處理後的液體稀釋濃鹽水，實現少量濃鹽水的無害化排放。濃鹽水在第一貯鹽罐或第二貯鹽罐進行沉澱後，不含或含有極少量固體微小顆粒的濃鹽水從貯鹽罐頂部出口流出進入第一管道過濾器，可以有效避免第一管道過濾器的堵塞頻率，有效避免系統堵塞的風險。此外，管式反應器、輸運管道等部位的流體流速設計為1 2m/s，通過高的流體流速可以攜帶和衝刷鹽顆粒，有效避免鹽沉積問題，進而有效防止堵塞，提高系統運行的可靠性。2、為降低高含鹽高含氯有機廢水超臨界水氧化處理系統的投資和運行成本，系統管式反應器、第二加熱爐等設備和輸運管道材料選用複合管。外層金屬採用價格低廉的耐壓耐溫材料，內層金屬採用防氯離子腐蝕的耐腐蝕金屬材料。其次，設置兩個加熱爐，第一加熱爐屬於低溫加熱爐，只用在系統啟動時，由於加熱溫度低，第一加熱爐裡面的換熱盤管材料要求低，造價低，且系統正常運行時高含鹽高含氯有機廢水不經過第一加熱爐，提高了系統運行可靠性和設備投資。再次，為了降低相對高價格的雙相不鏽鋼用量，通過利用中間換熱器介質導熱油進行熱量回收，設置導熱油箱、導熱油泵、第一換熱器和第三換熱器，第一換熱器和第三換熱器管側材料採用雙相不鏽鋼，殼側材料可以選用價格低廉的15CrMo。 這顯著降低了利用一個材料全部為雙相不鏽鋼換熱器的設備投資。此外，通過第二換熱器回收水力旋流器底部流體的熱量去預熱進料，通過蒸汽發生器回收系統反應熱，產生 179. 14°C，IMPa，幹度0. 5的飽和蒸汽，出售獲得收益，從而有效降低系統的運行成本。
下面結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。

圖1是本發明系統的結構示意圖。圖中1為低溫液體貯槽、2為低溫液氧泵、3為熱水浴式汽化器、4為緩衝罐、5為氧氣預熱器、6為儲料罐、7為低壓循環泵、8為高壓物料泵、9為第一換熱器、10為第一加熱爐、11為第二加熱爐、12為混合器、13為管式反應器、14為蒸汽發生器、15為水力旋流器、 16為第二換熱器、17為高壓充水泵、18為第一貯鹽罐、19為第二貯鹽罐、20為第一管道過濾器、21為第一背壓閥、22為集液箱、23為第三換熱器、24為第二管道過濾器、25為第二背壓閥、沈低壓汽液分離器、27為導熱油箱、28為導熱油泵、四為清水儲罐、30為清水泵。圖1中的圖例和儀表代碼含義見表權利要求
1.一種高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，其特徵在於包括低溫液氧泵，低溫液氧泵的入口與低溫液體貯槽相連，出口與汽化器殼側的入口端相連，汽化器殼側的出口與緩衝罐的入口連通，緩衝罐的出口與氧氣預熱器殼側的入口相連，氧氣預熱器殼側的出口連接混合器的一個入口 ；該混合器的另一個入口連接第二加熱爐的出口，第二加熱爐的入口連接第一換熱器管側的出口，第一換熱器管側的入口與高壓物料泵的出口相連，高壓物料泵的入口與儲料罐的出口相連，儲料罐的入口與有機廢水進料管路連接；所述混合器的出口與管式反應器的入口相連，管式反應器的出口與氧氣預熱器管側的入口相連，氧氣預熱器管側的出口與蒸汽發生器管側的入口連接，蒸汽發生器管側的出口與水力旋流器的入口相連，水力旋流器底部的出口與第二換熱器管側的入口相連，第二換熱器管側的出口分成兩路，一路與第一貯鹽罐入口相連，另一路與第二貯鹽罐入口相連；第一貯鹽罐和第二貯鹽罐的入口均與高壓充水泵的出口相連，第一貯鹽罐和第二貯鹽罐的頂部出口均與第一管道過濾器的入口相連，第一管道過濾器的出口連接第一背壓閥的入口，第一背壓閥的出口與集液箱的入口相連，集液箱底部的出口與高壓充水泵的入口相連，集液箱頂部的出口與無汙染排放管道連接；所述水力旋流器頂部的出口與第三換熱器管側的入口相連，第三換熱器管側的出口與第二管道過濾器的入口相連，第二管道過濾器的出口與第二背壓閥的入口端連接，第二背壓閥的出口與低壓汽液分離器的入口連接，低壓汽液分離器頂部的氣體出口連接氣體收集管道，低壓汽液分離器底部的液體出口與汽化器管側的入口相連，汽化器管側的出口與集液箱的入口連接。
2.如權利要求1所述的高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，其特徵在於所述的第二加熱爐的入口同時與一個第一加熱爐的出口連接，第一加熱爐的入口與第一換熱器管側的出口相連。
3.如權利要求1所述的高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，其特徵在於所述儲料罐的出口與一個低壓循環泵的入口相連，低壓循環泵的出口與第二換熱器殼側的入口相連，第二換熱器殼側的出口連接儲料罐的入口。
4.如權利要求1所述的高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，其特徵在於所述的第一換熱器殼側入口與第三換熱器殼側的出口相連，第一換熱器殼側的出口與一個導熱油箱的入口連接，導熱油箱出口與一個導熱油泵的入口連接，導熱油泵的出口連接第三換熱器殼側的入口。
5.如權利要求1所述的高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，其特徵在於所述的蒸汽發生器殼側的出口連接蒸汽輸出管道，蒸汽發生器的入口與一個清水泵的出口相連，清水泵的入口與一個清水儲罐的出口相連，清水儲罐的入口連接自來水管道。
6.如權利要求1所述的高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，其特徵在於所述的管式反應器採用複合管制作，外層金屬為TP347H或316，內層金屬為因康鎳兒 625或C276，管式反應器分節布置，節與節中間通過法蘭安裝。
全文摘要
本發明公開了一種高含鹽高含氯有機廢水的超臨界水氧化處理系統，通過第二換熱器部分回收反應後流體的熱量去預熱進料，通過蒸汽發生器產生蒸汽回收反應器後流體的熱量，有效降低系統投資和運行成本；通過設置水力旋流器、第一貯鹽罐、第二貯鹽罐、第一和第二管道過濾器、高壓充水泵，可以保證處理系統的降壓要求，降低第一管和第二管道過濾器的堵塞頻率，能夠連續脫出和排除非溶解性的鹽，同時配合系統中流體流速控制在1～2m/s，進一步有效降低非溶解性的鹽和超臨界水條件下析出的溶解性無機鹽的沉積和堵塞。此外，對系統中接觸高含鹽高含氯有機廢水的設備和輸運管路選用複合管制作，可以有效降低系統的腐蝕問題，同時降低設備投資成本。
文檔編號C02F9/04GK102249461SQ20111016152
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者公彥猛, 周璐, 唐興穎, 張潔, 徐東海, 王樹眾, 王玉珍, 譚璇, 郭洋, 馬紅河 申請人:蘇州市艾克沃環境能源技術有限公司, 西安交通大學