專利名稱：耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)及化工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)，對高濃度難生化降解的有機(jī)廢水和難處理的有毒固體廢棄物等污染物進(jìn)行無害化處理及資源化利用的一種超臨界水氧化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溫度和壓力高于其臨界點(diǎn)溫度和壓力(T = 374. 2°C，P = 22.1MPa)的水被稱之為超臨界水(SCW)。處于超臨界狀態(tài)下，水的密度、粘度、介電常數(shù)、離子積降低，氫鍵減弱，擴(kuò)散性能、非極性特征增強(qiáng)。超臨界水氧化技術(shù)(SupercriticalWater Oxidation,簡稱SCW0)即是利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)，將有機(jī)污染物迅速、完全、徹底深度氧化降解為二氧化碳、水、氮?dú)獾葻o機(jī)物質(zhì)的新型環(huán)境治理方法。SCWO技術(shù)由于具有反應(yīng)速度快、氧化分解徹 底，無二次污染等明顯優(yōu)勢，特別適合于處理那些工業(yè)部門難銷毀的有毒有害物質(zhì)(如染料廢水、醫(yī)藥廢水、潤滑劑廢液、含PCBs的絕緣油、放射性混合廢棄物、多氯聯(lián)苯、易揮發(fā)性有機(jī)污染物等)、高濃度難降解的有機(jī)廢物(城市污泥、含油污泥、造紙廠料漿等)、軍用毒害物質(zhì)(化學(xué)武器，火箭推進(jìn)劑，炸藥等)等污染物。與傳統(tǒng)的有毒有害物質(zhì)處理方法相比，SCffO技術(shù)具有以下優(yōu)勢①降解過程屬于均相反應(yīng)，速度非?？欤趸瘡氐?，一般只需要幾秒至幾分鐘即可將廢棄物中的有機(jī)物徹底、深度氧化破壞，去除率可達(dá)99%以上 ’②SCWO過程無需尾氣處理，不會(huì)造成二次污染。有機(jī)污染物中的碳、氫被轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，雜原子(如氯、硫、磷等)分別被轉(zhuǎn)化為其對應(yīng)的礦物酸(如鹽酸、硫酸、磷酸等)，有機(jī)氮主要形成氮?dú)夂蜕倭恳谎趸＂鄯磻?yīng)裝置體積小，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，廢物處理量大；④有機(jī)物氧化降解屬于放熱反應(yīng)，當(dāng)污染物中有機(jī)物含量達(dá)到一定程度時(shí)，可利用反應(yīng)放出的熱維持過程的熱平衡，實(shí)現(xiàn)自熱反應(yīng)。⑤降解過程可通過溫度、壓力、催化劑等進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)污染物的部分氧化為某一 /些中間產(chǎn)物，再行資源化利用。SCffO技術(shù)由于其高氧化率和不受處理對象的限制，所以自從被人們認(rèn)識(shí)以來一直受到相關(guān)領(lǐng)域科研工作者的廣泛關(guān)注和重視。然而，隨著人們針對于有機(jī)污染物降解效率、反應(yīng)過程、設(shè)備裝置、成本效益等方面研究的深入，問題也隨之產(chǎn)生。概括起來，目前，制約該技術(shù)工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題主要有兩類其一是超臨界水極性減弱導(dǎo)致的無機(jī)鹽溶解度降低并大量沉積于設(shè)備管線內(nèi)壁，進(jìn)而引起的設(shè)備傳熱/質(zhì)效率降低和管線堵塞問題；其二是設(shè)備材料長時(shí)間運(yùn)行于該高溫高壓、強(qiáng)氧化性、以及成份復(fù)雜的苛刻腐蝕環(huán)境條件下，極易遭受嚴(yán)重的腐蝕并失效。針對于上述SCWO技術(shù)出現(xiàn)的兩大技術(shù)關(guān)鍵問題，已有大量學(xué)者、專家開展了相關(guān)研究。如EP0708058直接將超臨界水引入氧化反應(yīng)器，一方面對污染物進(jìn)行預(yù)熱，使其達(dá)到超臨界水氧化條件；另外一方面，作為液封材料，以減小設(shè)備材料的腐蝕，同時(shí)降低無機(jī)鹽在管壁的沉積。然而，該方法涉及大量超臨界水的使用，能耗較高。US5461648通過在有機(jī)污染物超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)壁涂覆抗腐蝕薄膜的方式對設(shè)備材料進(jìn)行保護(hù)，但是其缺點(diǎn)在于制造過程繁瑣，涂覆的陶瓷等抗腐蝕材料和金屬反應(yīng)器壁結(jié)合力較差。中國專利CN101164912公開了一種耐腐蝕防堵塞的超臨界水氧化反應(yīng)器，該反應(yīng)器通過在內(nèi)筒內(nèi)表面形成保護(hù)性水膜以降低設(shè)備材料的腐蝕，同時(shí)采用將超臨界流體轉(zhuǎn)變?yōu)閬喤R界流體的方法以增加無機(jī)鹽溶解度，減少由于鹽沉積造成的設(shè)備傳熱和傳質(zhì)性能下降以及管路堵塞；CN102190363公開了一種利用輔助燃料補(bǔ)給熱量的超臨界水氧化反應(yīng)器裝置，該反應(yīng)器采用蒸發(fā)壁和罐式回流結(jié)合的結(jié)構(gòu)，以解決有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)所出現(xiàn)的鹽沉積和設(shè)備腐蝕問題；CN102295366公開了一種超臨界水氧化處理廢水工藝及其反應(yīng)設(shè)備，該專利通過引入中和試劑以中和有機(jī)污染物超臨界水氧化降解過程中所產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，進(jìn)而降低設(shè)備材料的腐蝕。然而上述三種反應(yīng)器裝置均存在需要耗用大量的工藝水、出口液體中鹽分含量較高、工藝水加熱需要消耗大量的熱量等不足。針對上述不足，需對現(xiàn)有的超臨界水氧化系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，降低其在對有機(jī)污染物降解后形成的物料中固體的含量，以防止固體沉積引起設(shè)備傳熱/質(zhì)效率降低及堵塞管線，另外，也提高設(shè)備的防腐性能，以延長設(shè)備的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對氧化降解裝置進(jìn)行改進(jìn)，有效解決現(xiàn)有氧化降解設(shè)備中有機(jī)污染物自身攜帶的固體及其在超臨界水氧化降解過程中所產(chǎn)生的無機(jī)鹽容易沉積造成設(shè)備傳熱、質(zhì)效率降低以及管線堵塞的技術(shù)問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題本發(fā)明的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，包括依次連接的原料預(yù)熱進(jìn)料裝置、氧化降解裝置和出料冷卻裝置，所述氧化降解裝置包括氧化反應(yīng)器，所述氧化降解裝置還包括與氧化反應(yīng)器連通的氣固分離器，所述氣固分離器位于氧化反應(yīng)器下方。進(jìn)一步，所述氧化反應(yīng)器與氣固分離器之間通過法蘭連接，氧化反應(yīng)器與氣固分離器成90 180度夾角。進(jìn)一步，所述氧化降解裝置還包括設(shè)置于氣固分離器下方并與氣固分離器連通的固體儲(chǔ)罐。進(jìn)一步，所述固體儲(chǔ)罐為至少兩個(gè)。進(jìn)一步，所述原料預(yù)熱進(jìn)料裝置包括有機(jī)污染物預(yù)熱器和氧化劑預(yù)熱器，所述氧化劑預(yù)熱器上設(shè)置有電加熱器，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器和氧化劑預(yù)熱器的出口分別與法蘭連通。進(jìn)一步，所述出料冷卻裝置包括沿物料輸送路線依次連接的冷卻器和換熱器，所述冷卻器和換熱器的換熱熱量輸入有機(jī)污染物預(yù)熱器。進(jìn)一步，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器、氧化劑預(yù)熱器、氧化反應(yīng)器、法蘭、氣固分離器、固體儲(chǔ)罐、冷卻器和換熱器由鉬、金、鈦或鋯金屬材料制成。進(jìn)一步，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器、氧化劑預(yù)熱器、氧化反應(yīng)器、法蘭、氣固分離器、固體儲(chǔ)罐、冷卻器和換熱器由鎳基合金、鈦合金、招合金或錯(cuò)合金材料制成。進(jìn)一步，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器、氧化劑預(yù)熱器、氧化反應(yīng)器、法蘭、氣固分離器、固體儲(chǔ)罐、冷卻器和換熱器由氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或硼化物工程陶瓷材料制成。
進(jìn)一步，所述氧化反應(yīng)器為內(nèi)襯、多孔蒸發(fā)壁或內(nèi)壁鍍膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)I)本發(fā)明利用無機(jī)鹽在超臨界水中溶解度極低的特性，將污染物自身攜帶的及其在降解過程中所產(chǎn)生的非水溶性固體和無機(jī)鹽在超臨界水氧化降解過程中進(jìn)行分離，一方面，由于減少了排出物中的固含量，避免了固體在系統(tǒng)管道內(nèi)壁沉積、附著引起的傳熱/質(zhì)效率降低，以及造成的管路堵塞問題；另外一方面，由于污染物中所含有的重金屬可與雜原子氧化降解過程中所產(chǎn)生的礦物酸結(jié)合成鹽并得以分離，使得排出物中的重金屬含量大幅降低，不必通過引入堿液降低腐蝕而產(chǎn)生鹽水溶液，與傳統(tǒng)設(shè)備相比更加環(huán)保；2)由于采用氣固分離技術(shù)以及各項(xiàng)防腐蝕措施，本發(fā)明可有效降低工藝水的使用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能量損耗顯著降低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模運(yùn)行；3)多個(gè)設(shè)備均采用防腐蝕材料制造，配合特殊的工藝條件控制，系統(tǒng)的抗腐蝕能力大大增強(qiáng)。本發(fā)明公開的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，可以廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水/液、城市污泥、揮發(fā)性毒害物質(zhì)的無害化處理和資源化利用。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中虛線表示熱量輸送路線。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，如圖所示本實(shí)施例的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，包括依次連接的原料預(yù)熱進(jìn)料裝置、氧化降解裝置和出料冷卻裝置，所述氧化降解裝置包括設(shè)置有電加熱器的氧化反應(yīng)器I，所述氧化降解裝置還包括與氧化反應(yīng)器I連通的氣固分離器2，所述氣固分離器2位于氧化反應(yīng)器I下方，所述氣固分離器2上設(shè)置有電加熱器，通過電加熱器加熱以保證氧化反應(yīng)器和氣固分離器內(nèi)部溫度高于374. 2°C，以維持超臨界水環(huán)境，保證氧化降解的順利進(jìn)行，使用時(shí)，有機(jī)污染物在氧化降解過程中產(chǎn)生非水溶性固體和無機(jī)鹽，這些非水溶性固體、無機(jī)鹽以及污染物自身攜帶的非水溶性固體在重力作用下自由掉落至氣固分離器內(nèi)，而氧化降解過程中產(chǎn)生的二氧化碳、水、氮?dú)?、小分子有機(jī)化合物等氣態(tài)物質(zhì)將向上流動(dòng)，經(jīng)冷卻后排放，使排放物和固體物質(zhì)有效分離，有效避免氧化反應(yīng)器后端的設(shè)備及管線產(chǎn)生沉積、附著而引起傳熱/質(zhì)效率降低以及管路堵塞。同時(shí)，污染物中所含有的重金屬可與雜原子氧化降解過程中所產(chǎn)生的礦物酸結(jié)合成鹽也得以分離，氧化反應(yīng)器上的氣態(tài)物質(zhì)出口設(shè)置于其頂端，僅氣體能經(jīng)出口排出，不必再引入堿液降低腐蝕而產(chǎn)生鹽水溶液，使排出物中鹽分含量大幅降低，更加環(huán)保。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧化反應(yīng)器I與氣固分離器2之間通過法蘭3連接，氧化反應(yīng)器I與氣固分離器2成90 180度夾角，本實(shí)施例采用180度布置，固體下落至氣固分離器的速度最快，可根據(jù)需要改變兩者之間的夾角，以控制固體的下落速度。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧化降解裝置還包括設(shè)置于氣固分離器2下方并與氣固分離器2連通的固體儲(chǔ)罐4，用于存儲(chǔ)分離出來的固體，所述固體儲(chǔ)罐4為至少兩個(gè)，增加儲(chǔ)量，同時(shí)，也可在某一個(gè)固體儲(chǔ)罐正在裝入固體物質(zhì)時(shí)清空其他固體儲(chǔ)罐，
不必停機(jī)清理。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述原料預(yù)熱進(jìn)料裝置包括有機(jī)污染物預(yù)熱器5和氧化劑預(yù)熱器6，所述氧化劑預(yù)熱器6上設(shè)置有電加熱器，通過電加熱及其他加熱方式對有機(jī)污染物及氧化劑進(jìn)行預(yù)熱，使其進(jìn)入氧化反應(yīng)器后可快速完成氧化降解反應(yīng)，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器5和氧化劑預(yù)熱器6的出口分別與法蘭3連通，在氧化反應(yīng)器與氣固分離器之間輸入有機(jī)污染物和氧化劑，可使氧化降解后產(chǎn)生氣體和固體分離更加徹底。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述出料冷卻裝置包括沿物料輸送路線依次連接的冷卻器7和換熱器8，所述冷卻器7和換熱器8的換熱熱量輸入有機(jī)污染物預(yù)熱器5，將排出氣體的熱量回收用于有機(jī)污染物的預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)能量的循環(huán)利用，可有效降低能耗。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器5、氧化劑預(yù)熱器6、氧化反應(yīng)器1、法蘭3、氣固分離器2、固體儲(chǔ)罐4、冷卻器7和換熱器8由鉬、金、鈦或錯(cuò)金屬材料制成，以增加各部件的防腐蝕能力，使其滿足臨界水環(huán)境的高溫、高壓以及氧化降解過程中強(qiáng)腐蝕性環(huán)境的要求。除此之外，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器5、氧化劑預(yù)熱器6、氧化反應(yīng)器1、法蘭3、氣固分離器2、固體儲(chǔ)罐4、冷卻器7和換熱器8也可米用鎳基合金、鈦合金、招合金或錯(cuò)合金材料制成?；蛘卟捎醚趸铩⑻蓟?、氮化物、硅化物或硼化物工程陶瓷材料制成，均能達(dá)到本發(fā)明各部分的防腐蝕及耐高溫高壓目的。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧化反應(yīng)器I為內(nèi)襯、多孔蒸發(fā)壁或內(nèi)壁鍍膜結(jié)構(gòu)，在增加其防腐蝕、耐高溫高壓性能的同時(shí)，也使其更加易于制造，且降低其制造成本。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，包括依次連接的原料預(yù)熱進(jìn)料裝置、氧化降解裝置和出料冷卻裝置，所述氧化降解裝置包括氧化反應(yīng)器(I)，其特征在于 所述氧化降解裝置還包括與氧化反應(yīng)器(I)連通的氣固分離器(2)，所述氣固分離器(2)位于氧化反應(yīng)器(I)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于所述氧化反應(yīng)器⑴與氣固分離器⑵之間通過法蘭⑶連接，氧化反應(yīng)器 與氣固分離器⑵成90 180度夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于所述氧化降解裝置還包括設(shè)置于氣固分離器(2)下方并與氣固分離器(2)連通的固體儲(chǔ)罐⑷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于所述固體儲(chǔ)罐(4)為至少兩個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于所述原料預(yù)熱進(jìn)料裝置包括有機(jī)污染物預(yù)熱器(5)和氧化劑預(yù)熱器￠)，所述氧化劑預(yù)熱器(6)上設(shè)置有電加熱器，所述有機(jī)污染物預(yù)熱器(5)和氧化劑預(yù)熱器￠)的出口分別與法蘭⑶連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于所述出料冷卻裝置包括沿物料輸送路線依次連接的冷卻器(7)和換熱器(8)，所述冷卻器(7)和換熱器(8)的換熱熱量輸入有機(jī)污染物預(yù)熱器(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)， 其特征在于所述有機(jī)污染物預(yù)熱器(5)、氧化劑預(yù)熱器￠)、氧化反應(yīng)器(I)、法蘭(3)、氣固分離器(2)、固體儲(chǔ)罐(4)、冷卻器(7)和換熱器(8)由金屬鈦或鋯制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)， 其特征在于所述有機(jī)污染物預(yù)熱器(5)、氧化劑預(yù)熱器￠)、氧化反應(yīng)器(I)、法蘭(3)、氣固分離器(2)、固體儲(chǔ)罐(4)、冷卻器(7)和換熱器(8)由鎳基合金、鈦合金、鋁合金或鋯合金材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于所述有機(jī)污染物預(yù)熱器(5)、氧化劑預(yù)熱器￠)、氧化反應(yīng)器(I)、法蘭(3)、氣固分離器(2)、固體儲(chǔ)罐(4)、冷卻器(7)和換熱器(8)由工程陶瓷材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，其特征在于所述氧化反應(yīng)器(I)為內(nèi)襯、多孔蒸發(fā)壁或內(nèi)壁鍍膜結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐腐蝕防堵塞的有機(jī)污染物超臨界水氧化系統(tǒng)，包括原料預(yù)熱進(jìn)料裝置、氧化降解裝置和出料冷卻裝置，氧化降解裝置包括連通于氧化反應(yīng)器下方的氣固分離器。系統(tǒng)利用無機(jī)鹽在超臨界水中溶解度極低的特性，將污染物自身攜帶的、在降解過程中產(chǎn)生的非水溶性固體和無機(jī)鹽在氧化降解過程中進(jìn)行分離，可避免其在系統(tǒng)管道內(nèi)壁沉積、附著引起的傳熱/質(zhì)效率降低以及管路堵塞；同時(shí)，也可避免引入堿液降低腐蝕而產(chǎn)生鹽水溶液，與傳統(tǒng)設(shè)備相比更加環(huán)保；另外，本系統(tǒng)的設(shè)備防腐蝕能力強(qiáng)，工藝水使用量小，能耗低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模運(yùn)行，可廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水/液、城市污泥、揮發(fā)性毒害物質(zhì)的無害化處理和資源化利用。
文檔編號B09B3/00GK102989371SQ201210473659
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者徐愿堅(jiān), 王光偉, 陳忠, 陳鴻珍, 殷逢俊 申請人:重慶綠色智能技術(shù)研究院