申请日2016.03.10
公开(公告)日2016.08.10
IPC分类号C02F1/72; C02F11/06; C02F101/30
摘要
本实用新型公开了一种有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，通过设置回热器、预热器，借助中间介质循环，实现间接地将超临界水氧化反应出水的热量传递给后续待处理物料。相对于反应出水直接对待处理物料进行预热的换热设备，该工艺中的预热器/回热器仅其内管需采用高端耐蚀合金、外管采用碳钢或者低合金钢即可，从而大大降低了超临界水氧化工艺中预热-冷却设备的投资成本。此外，预热器/回热器外管侧为干净的除盐水，避免了换热器外管侧走脏流体的堵塞风险。此外，工艺末端设置的三相分离子系统可实现超临界水氧化反应出水中液、固、气三相的自动连续在线分离。该工艺可广泛应用于各类有机废液及污泥的超临界水氧化处理领域。
权利要求书
1.有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，包括超临界水氧化反应物系统、物料预处理系统、氧气供应系统以及中间介质导热系统;反应物料由物料预处理系统进入超临界水氧化反应物系统，中间介质导热系统进行热交换;超临界水氧化反应物系统包括反应器(7)以及设置于末端的三相分离子系统，反应完的物料经三相分离子系统外排;氧气供应系统用于向反应器(7)中提供氧气。
2.根据权利要求1所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述物料预处理系统包括物料缓冲罐(3)，物料缓冲罐(3)的出口与超临界水氧化反应物系统的入口相连通;物料缓冲罐(3)的入口分别连接不溶物过滤器(1)和储药箱(20);不溶物过滤器(1)的入口连接物料输入管道，出口与物料缓冲罐(3)之间的管路上设置研磨泵(2);储药箱(20)与物料缓冲罐(3)之间的管路上设置加药泵(21)。
3.根据权利要求1或2所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述氧气供应系统包括液氧罐(15)，液氧罐(15)的出口依次连接液氧泵(16)、液氧气化器(17)、氧气缓冲罐(18)以及氧气调压器(19)，氧气调压器(19)的出口与反应器(7)的入口相连通。
4.根据权利要求1或2所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述超临界水氧化反应物系统包括物料泵(4)，物料泵(4)的入口与物料预处理系统的出口相连通，物料泵(4)的出口连接预热器(5)内管，预热器(5)的内管出口与反应器(7)的入口相连通，反应器(7)的出口连接回热器(8)内管，回热器(8)的内管出口通过降压器(9)与三相分离子系统的入口相连通，三相分离子系统的出口与系统出水外排管道相连通。
5.根据权利要求4所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述中间介质导热系统包括管道增压泵(13)，管道增压泵(13)的入口与预热器(5)的外管出口相连，出口与回热器(8)的外管入口相连;回热器(8)的外管出口通过加热器(14)与预热器(5)的外管入口相连通。
6.根据权利要求5所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述管道增压泵(13)与预热器(5)之间的管道上还设置有调压器(22)。
7.根据权利要求6所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，还包括除盐水箱(6)，除盐水箱(6)的出口分为两路，一路连接至预热器(5)与管道增压泵(13)之间的管道上，另一路连接至物料泵(4)的入口处。
8.根据权利要求4所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述降压器(9)出口依次连接气液分离器(10)和在线微过滤器(11)，在线微过滤器(11)的出口与系统出水外排管道相连通。
9.根据权利要求4所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述降压器(9)出口依次连接在线微过滤器(11)和气液分离器(10)，气液分离器(10)的出口与系统出水外排管道相连通。
10.根据权利要求4所述的有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，其特征在于，所述降压器(9)的出口连接三相分离器(12)，三相分离器(12)的液体出口与系统出水外排管道相连通。
说明书
有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统
【技术领域】
本实用新型属于超临界水处理有机废物领域，具体涉及一种有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统。
【背景技术】
超临界水(SupercriticalWater，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(SupercriticalWaterOxidation,SCWO)是利用超临界水独特的理化性质来实现有毒有害有机污染物的高效氧化降解。与普通的液态水相比，超临界水的各种理化性质发生了显著的变化：密度、黏度、离子积均明显下降，扩散系数较高;水分子间的氢键减弱;介电常数变得极小，25MPa下由室温下的80左右下降至温度大于或者等于400℃时的小于2，该值大致相当于标准状态下一般有机溶剂的介电常数。因此，在超临界水体系中，氧气、空气、过氧化氢、水及绝大多数有机物可以任意比例互溶，气液相界面消失，超临界水氧化体系成为均相反应体系，消除了相间的传质传热阻力，从而加快了反应速度，可在几秒至几分钟内将有机物彻底氧化降解为CO2、H2O、N2及其他一些有机小分子化合物，对大多数有机废物的去除率高达99.9%。此外，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。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。
超临界水氧化反应为高温高压反应，因而待处理物料的预热、反应出水的降温是超临界水氧化工艺中必不可少的环节。对于传统超临界水氧化工艺，通常借助换热器，待处理物料作为冷却介质对超临界水氧化反应出水进行降温，同时实现待处理物料的预热升温。预热升温后的待处理物料接着进入反应器，实现超临界水氧化系统的连续运行。由于320～410℃范围的临界点附近高密度水区，水的介电常数和无机盐的溶解度都很大，该温度段为腐蚀敏感区，为传统超临界水氧化工艺中，设备腐蚀最严重的工艺段，而该工艺段恰恰对应于上述换热器的冷、热流体侧，对该换热器的持久可靠运行构成了潜在威胁。
此外，各类有机废液及污泥等待处理物料中往往含有大量的强腐蚀性组分如氯根等，当待处理物料内有机污染物中还含有卤素、硫或者磷等杂原子，在超临界水氧化反应过程还会产生相应的无机酸。此外，为了保证有机污染物的氧化降解效果，氧化剂的供给往往是过量的，有时氧化系数(氧化剂的供给量与有机废物氧化对氧化剂的消耗量的比值)甚至可高达3以上，超临界水氧化反应出水中往往含有较高含量的残留氧化剂。因此，超临界水氧化反应出水的腐蚀性常常更强于待处理物料。对于上述换热器，其冷却介质为待处理物料，热流体为超临界水氧化反应出水。若采用耐压能力强的套管式换热器时，则内管的内外壁面、外管的内壁面皆面临着严重的腐蚀威胁。换热设备的内外管皆须采用高端耐蚀合金，其制造成本较高。此外相对于内管流程，外管流程的局部堵塞可能性较大，当外管流程中流体为无机盐或者不溶性固体含量较高的超临界水流体时，极易导致外管流程的堵塞事故。
因此，针对各类有机废液及污泥超临界水氧化工艺的开发，需要降低预热-冷却阶段设备投资及其运行风险，以确保超临界水氧化装置的低投资和持久运行可靠性。
城市污泥和各类工业污泥产量巨大，其为超临界水氧化工艺的重点处理对象之一，因此超临界水氧化系统的待处理物料中往往含有一定量的不溶性固体，因此避免不溶性固体在超临界水氧化装置内的沉积堵塞、实现超临界水氧化反应出水的连续在线三相(液相、气相产物、不溶性固体)分离，对于提高超临界水氧化工艺的市场竞争力同样具有重要意义。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是针对背景技术中待处理物料与反应出水直接换热设备的投资高、腐蚀/堵塞风险大的问题，以及避免装置中不溶性固体沉积堵塞与实现反应出水连续稳定三相分离的紧迫性，提供一种有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种有机废液及污泥的间接换热型超临界水氧化系统，包括超临界水氧化反应物系统、物料预处理系统、氧气供应系统以及中间介质导热系统;反应物料由物料预处理系统进入超临界水氧化反应物系统，中间介质导热系统进行热交换;超临界水氧化反应物系统包括反应器以及设置于末端的三相分离子系统，反应完的物料经三相分离子系统外排;氧气供应系统用于向反应器中提供氧气。
本实用新型进一步的改进在于：
所述物料预处理系统包括物料缓冲罐，物料缓冲罐的出口与超临界水氧化反应物系统的入口相连通;物料缓冲罐的入口分别连接不溶物过滤器和储药箱;不溶物过滤器的入口连接物料输入管道，出口与物料缓冲罐之间的管路上设置研磨泵;储药箱与物料缓冲罐之间的管路上设置加药泵。
所述氧气供应系统包括液氧罐，液氧罐的出口依次连接液氧泵、液氧气化器、氧气缓冲罐以及氧气调压器，氧气调压器的出口与反应器的入口相连通。
所述超临界水氧化反应物系统包括物料泵，物料泵的入口与物料预处理系统的出口相连通，物料泵的出口连接预热器内管，预热器的内管出口与反应器的入口相连通，反应器的出口连接回热器内管，回热器的内管出口通过降压器与三相分离子系统的入口相连通，三相分离子系统的出口与系统出水外排管道相连通。
所述中间介质导热系统包括管道增压泵，管道增压泵的入口与预热器的外管出口相连，出口与回热器的外管入口相连;回热器的外管出口通过加热器与预热器的外管入口相连通。
所述管道增压泵与预热器之间的管道上还设置有调压器。
还包括除盐水箱，除盐水箱的出口分为两路，一路连接至预热器与管道增压泵之间的管道上，另一路连接至物料泵的入口处。
所述降压器出口依次连接气液分离器和在线微过滤器，在线微过滤器的出口与系统出水外排管道相连通。
所述降压器出口依次连接在线微过滤器和气液分离器，气液分离器的出口与系统出水外排管道相连通;
所述降压器的出口连接三相分离器，三相分离器的液体出口与系统出水外排管道相连通。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型通过设置中间介质导热系统，实现间接地将超临界水氧化反应出水的热量传递给后续待处理物料。相对于反应出水直接对待处理物料进行预热的换热设备，本实用新型预热器和回热器仅其内管需采用高端耐蚀合金、外管采用碳钢或者低合金钢即可，从而大大降低了超临界水氧化工艺中预热-冷却设备的投资成本。
进一步的，本实用新型不溶物过滤器和研磨泵，可以将超临界水氧化装置进口物料中不溶性固体颗粒的粒径控制到50微米以下，较小的不溶性固体颗粒尺寸，大大减小了其在超临界水氧化装置内沉积，堵塞设备的可能性，提高了装置的运行可靠性。
进一步的，本实用新型预热器和回热器的内管侧走腐蚀性流体(预热器内管为待处理物料、回热器内管为超临界水氧化反应出水)，外管侧为干净的除盐水，因此预热器与回热器仅其内管需采用高端耐蚀合金、外管采用碳钢或者低合金钢即可，从而大大降低了超临界水氧化工艺中预热-冷却设备的投资成本。此外，外管侧为干净的除盐水，避免了外管侧走脏流体(待处理物料或者反应出水)的堵塞风险。
进一步的，本实用新型三相分离子系统可实现超临界水氧化反应出水中液相、不溶性固相微颗粒以及气相产物等液、固、气三相的连续自动在线分离。
