專利名稱：高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)對高含鹽高含氯有機(jī)廢水進(jìn)行無害化處理的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超臨界水(Supercritical Water，簡稱SCW)是指溫度和壓力均高于其臨界點(diǎn)(Tc =374. 15°C，Pc = 22. 12MPa)的特殊狀態(tài)的水。水在超臨界狀態(tài)下具有特殊的性質(zhì)，只含有少量的氫鍵，介電常數(shù)近似于有機(jī)溶劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度，是一種良好的反應(yīng)介質(zhì)。SCW能與有機(jī)物、氧氣、氮?dú)獾韧耆ト埽l(fā)生均相反應(yīng)，消除了相界面間的傳質(zhì)阻力，加快了傳質(zhì)速率，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。此外，無機(jī)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(shù)(Supercritical Water Oxidation，簡稱SCW0)是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，使有機(jī)物和氧化劑在SCW中迅速發(fā)生均相氧化反應(yīng)來徹底分解有機(jī)物，生成C02、N2, H2O等無害化的小分子化合物和無機(jī)鹽。SCWO特點(diǎn)表現(xiàn)在在幾秒至幾分鐘內(nèi)有機(jī)物的分解率可達(dá)99%以上；無機(jī)鹽類在SCW中的溶解度極低，容易被分離出來，處理后的液體為潔凈的水；當(dāng)有機(jī)廢水中有機(jī)物質(zhì)量濃度超過2%時(shí)，可以依靠反應(yīng)放熱維持系統(tǒng)熱量平衡，無需外界補(bǔ)充熱量；設(shè)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(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但是當(dāng)處理對象為高含鹽高含氯有機(jī)廢水水時(shí)(其中總鹽量質(zhì)量濃度高達(dá)6. 5%，氯離子質(zhì)量濃度高達(dá)3000mg/L)，仍然存在幾方面需要解決的問題，表現(xiàn)在DSCffO中苛刻的反應(yīng)條件(高反應(yīng)溫度、高反應(yīng)壓力、過量氧化劑、高濃度鹽量和氯離子等)加劇了系統(tǒng)材料的腐蝕，腐蝕特別發(fā)生在反應(yīng)器、換熱器、加熱爐等系統(tǒng)重要的設(shè)備中。目前，針對高含氯的有機(jī)廢水，普通奧式體不銹鋼316作為設(shè)備材料會(huì)遭受嚴(yán)重的腐蝕問題，出現(xiàn)嚴(yán)重的斑蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋，反應(yīng)器制作材料選用不銹鋼316時(shí)要求有機(jī)廢水中氯離子濃度不能高于300mg/L。系統(tǒng)中反應(yīng)器等重要設(shè)備的腐蝕不僅會(huì)降低設(shè)備的使用壽命，影響反應(yīng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，而且腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入處理后的液體產(chǎn)物，會(huì)影響 SCWO最終處理效果?，F(xiàn)有的研究表明雙相不銹鋼用在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(jià)格相對昂貴。此外，現(xiàn)有的用于防腐蝕的蒸發(fā)壁式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和控制較為復(fù)雜。因此，針對高含鹽高含氯有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)需要解決腐蝕問題，并簡化系統(tǒng)組成和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。2)鹽在SCW中的溶解度極低，通常小于100mg/L，鹽在SCW中會(huì)析出、沉積在反應(yīng)器的內(nèi)壁面上。當(dāng)高含鹽流體在低流速條件下析出大顆粒度鹽時(shí)，內(nèi)徑較小的管式反應(yīng)器或過程輸運(yùn)管路特別容易堵塞。當(dāng)由于鹽沉積引起反應(yīng)器、輸運(yùn)管路等部位堵塞時(shí)，必須停止系統(tǒng)，進(jìn)行清洗，然后再啟動(dòng)運(yùn)行，這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，增加了運(yùn)行成本。此外，反應(yīng)過程中生成或團(tuán)聚的不溶解性鹽經(jīng)過背壓閥時(shí)會(huì)使背壓閥磨損、堵塞，盡管在背壓閥前設(shè)置過濾器，但針對高含鹽的有機(jī)廢水，過濾器特別容易堵塞，進(jìn)而影響系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。此外，鹽沉積也會(huì)加快反應(yīng)器、輸運(yùn)管路等部位的腐蝕速率，導(dǎo)致?lián)Q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(jī)廢水SCWO系統(tǒng)的連續(xù)可靠運(yùn)行的保證。受復(fù)雜的進(jìn)料特性和苛刻反應(yīng)條件的限制，現(xiàn)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(jī)廢水SCWO系統(tǒng)中，高含鹽高含氯有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)的可靠運(yùn)行需要更為簡單、高效、方便的除鹽設(shè)備和脫鹽方法。SCWO過程是一個(gè)放熱反應(yīng)，當(dāng)進(jìn)料中有機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2%時(shí)就能實(shí)現(xiàn)自熱。但是進(jìn)行高含鹽高含氯有機(jī)廢水超臨界水氧化處理時(shí)，由于高溫、高壓、高含鹽、高含氯條件下系統(tǒng)中設(shè)備和管路的腐蝕較為嚴(yán)重，需要采用價(jià)格昂貴的耐腐蝕材料，致使系統(tǒng)造價(jià)較高，且運(yùn)行費(fèi)用較高。因此，高含鹽高含氯有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)在解決腐蝕問題的基礎(chǔ)上需要優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效降低系統(tǒng)的投資，并通過能量的回收及優(yōu)化有效降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。因此，針對高含鹽高含氯有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)的開發(fā)，需要解決系統(tǒng)設(shè)備和管路的腐蝕和堵塞問題，并有效降低系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決背景技術(shù)中高含鹽高含氯有機(jī)廢水SCWO系統(tǒng)所涉及的設(shè)備和管路腐蝕及堵塞問題，提供一種適用于處理高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化系統(tǒng)，有效降低系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于包括低溫液氧泵，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(cè)的入口端相連，汽化器殼側(cè)的出口與緩沖罐的入口連通，緩沖罐的出口與氧氣預(yù)熱器殼側(cè)的入口相連，氧氣預(yù)熱器殼側(cè)的出口連接混合器的一個(gè)入口 ；該混合器的另一個(gè)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(cè)的出口，第一換熱器管側(cè)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(jī)廢水進(jìn)料管路連接；所述混合器的出口與管式反應(yīng)器的入口相連，管式反應(yīng)器的出口與氧氣預(yù)熱器管側(cè)的入口相連，氧氣預(yù)熱器管側(cè)的出口與蒸汽發(fā)生器管側(cè)的入口連接，蒸汽發(fā)生器管側(cè)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(cè)的入口端相連， 第二換熱器管側(cè)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污染排放管道連接；所述水力旋流器頂部的出口與第三換熱器管側(cè)的入口相連，第三換熱器管側(cè)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(cè)的入口相連，汽化器管側(cè)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(shí)與一個(gè)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(cè)的出口相連。所述儲料罐的出口與低壓循環(huán)泵的入口相連，低壓循環(huán)泵的出口與第二換熱器殼側(cè)的入口相連，第二換熱器殼側(cè)的出口連接儲料罐的入口。所述的第一換熱器殼側(cè)入口與第三換熱器殼側(cè)的出口相連，第一換熱器殼側(cè)的出口與一個(gè)導(dǎo)熱油箱的入口連接，導(dǎo)熱油箱出口與一個(gè)導(dǎo)熱油泵的入口連接，導(dǎo)熱油泵的出口連接第三換熱器殼側(cè)的入口。所述的蒸汽發(fā)生器殼側(cè)的出口連接蒸汽輸出管道，蒸汽發(fā)生器的入口與一個(gè)清水泵的出口相連，清水泵的入口與一個(gè)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(yīng)器采用復(fù)合管制作，外層金屬為TP347H或316，內(nèi)層金屬為因康鎳兒625或C276，管式反應(yīng)器分節(jié)布置，節(jié)與節(jié)中間通過法蘭安裝。本發(fā)明系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是1、系統(tǒng)中通過設(shè)置水力旋流器利用其離心分離作用可以將反應(yīng)后流體中的顆粒度5微米以上的大量固體鹽顆粒分離出來，可以有效防止后續(xù)管道過濾器的堵塞頻率，滿足后續(xù)背壓閥的降壓需求，同時(shí)將反應(yīng)過程生成或團(tuán)聚的不溶解性鹽在貯鹽罐進(jìn)行富集。 從水力旋流器頂部流出的潔凈流體進(jìn)入第三換熱器管側(cè)，可有效降低第三換熱器結(jié)垢堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，減少鹽沉積對換熱器換熱效率的影響，保證了系統(tǒng)長期運(yùn)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(jìn)入第二換熱器的管層，然后再進(jìn)入第一貯鹽罐或第二貯鹽罐，通過設(shè)置第一貯鹽罐、第二貯鹽罐、高壓充水泵、電動(dòng)截止閥可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行過程的除鹽操作，可以利用集液箱中最終處理后的液體稀釋濃鹽水，實(shí)現(xiàn)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(jìn)行沉淀后，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(jìn)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(tǒng)堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。此外，管式反應(yīng)器、輸運(yùn)管道等部位的流體流速設(shè)計(jì)為1 2m/s，通過高的流體流速可以攜帶和沖刷鹽顆粒，有效避免鹽沉積問題，進(jìn)而有效防止堵塞，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。2、為降低高含鹽高含氯有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，系統(tǒng)管式反應(yīng)器、第二加熱爐等設(shè)備和輸運(yùn)管道材料選用復(fù)合管。外層金屬采用價(jià)格低廉的耐壓耐溫材料，內(nèi)層金屬采用防氯離子腐蝕的耐腐蝕金屬材料。其次，設(shè)置兩個(gè)加熱爐，第一加熱爐屬于低溫加熱爐，只用在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由于加熱溫度低，第一加熱爐里面的換熱盤管材料要求低，造價(jià)低，且系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)高含鹽高含氯有機(jī)廢水不經(jīng)過第一加熱爐，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和設(shè)備投資。再次，為了降低相對高價(jià)格的雙相不銹鋼用量，通過利用中間換熱器介質(zhì)導(dǎo)熱油進(jìn)行熱量回收，設(shè)置導(dǎo)熱油箱、導(dǎo)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(cè)材料采用雙相不銹鋼，殼側(cè)材料可以選用價(jià)格低廉的15CrMo。 這顯著降低了利用一個(gè)材料全部為雙相不銹鋼換熱器的設(shè)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(yù)熱進(jìn)料，通過蒸汽發(fā)生器回收系統(tǒng)反應(yīng)熱，產(chǎn)生 179. 14°C，IMPa，干度0. 5的飽和蒸汽，出售獲得收益，從而有效降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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為緩沖罐、5為氧氣預(yù)熱器、6為儲料罐、7為低壓循環(huán)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(yīng)器、14為蒸汽發(fā)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(dǎo)熱油箱、28為導(dǎo)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(quán)利要求
1.一種高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于包括低溫液氧泵，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(cè)的入口端相連，汽化器殼側(cè)的出口與緩沖罐的入口連通，緩沖罐的出口與氧氣預(yù)熱器殼側(cè)的入口相連，氧氣預(yù)熱器殼側(cè)的出口連接混合器的一個(gè)入口 ；該混合器的另一個(gè)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(cè)的出口，第一換熱器管側(cè)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(jī)廢水進(jìn)料管路連接；所述混合器的出口與管式反應(yīng)器的入口相連，管式反應(yīng)器的出口與氧氣預(yù)熱器管側(cè)的入口相連，氧氣預(yù)熱器管側(cè)的出口與蒸汽發(fā)生器管側(cè)的入口連接，蒸汽發(fā)生器管側(cè)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(cè)的入口相連，第二換熱器管側(cè)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污染排放管道連接；所述水力旋流器頂部的出口與第三換熱器管側(cè)的入口相連，第三換熱器管側(cè)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(cè)的入口相連，汽化器管側(cè)的出口與集液箱的入口連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的第二加熱爐的入口同時(shí)與一個(gè)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(cè)的出口相連。
3.如權(quán)利要求1所述的高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述儲料罐的出口與一個(gè)低壓循環(huán)泵的入口相連，低壓循環(huán)泵的出口與第二換熱器殼側(cè)的入口相連，第二換熱器殼側(cè)的出口連接儲料罐的入口。
4.如權(quán)利要求1所述的高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的第一換熱器殼側(cè)入口與第三換熱器殼側(cè)的出口相連，第一換熱器殼側(cè)的出口與一個(gè)導(dǎo)熱油箱的入口連接，導(dǎo)熱油箱出口與一個(gè)導(dǎo)熱油泵的入口連接，導(dǎo)熱油泵的出口連接第三換熱器殼側(cè)的入口。
5.如權(quán)利要求1所述的高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的蒸汽發(fā)生器殼側(cè)的出口連接蒸汽輸出管道，蒸汽發(fā)生器的入口與一個(gè)清水泵的出口相連，清水泵的入口與一個(gè)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(quán)利要求1所述的高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，其特征在于所述的管式反應(yīng)器采用復(fù)合管制作，外層金屬為TP347H或316，內(nèi)層金屬為因康鎳兒 625或C276，管式反應(yīng)器分節(jié)布置，節(jié)與節(jié)中間通過法蘭安裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)，通過第二換熱器部分回收反應(yīng)后流體的熱量去預(yù)熱進(jìn)料，通過蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽回收反應(yīng)器后流體的熱量，有效降低系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本；通過設(shè)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(tǒng)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(xù)脫出和排除非溶解性的鹽，同時(shí)配合系統(tǒng)中流體流速控制在1～2m/s，進(jìn)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(jī)鹽的沉積和堵塞。此外，對系統(tǒng)中接觸高含鹽高含氯有機(jī)廢水的設(shè)備和輸運(yùn)管路選用復(fù)合管制作，可以有效降低系統(tǒng)的腐蝕問題，同時(shí)降低設(shè)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(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)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(huán)境能源技術(shù)有限公司, 西安交通大學(xué)