申请日2014.04.29
公开(公告)日2014.07.30
IPC分类号F01K25/10; C02F1/02
摘要
本发明公开了一种基于超临界水热反应的含酚废水处理系统及方法，其特征在于，该系统包括超临界水热反应器、浓缩塔、换热器、蒸发器、冷凝器、透平机和发电机等。处理方法是：关闭浓缩塔顶部气相出口，将自来水输入浓缩塔、经高压泵进入超临界水热氧化反应器，系统启动;输送燃料和氧进入超临界水热氧化反应器，该反应器出口流体经第二换热器与待处理含酚废水换热后进入蒸发器与有机工质再换热，达标后排放，换热后的有机工质经透平机驱动发电机发电，后进入冷凝器，冷凝后循环进入蒸发器;经第二换热器预热后的含酚废水取代自来水进入浓缩塔，系统进入正常运行阶段。
权利要求书
1.一种基于超临界水热反应的含酚废水处理系统，其特征在于，包括一 个超临界水热反应器、一个浓缩塔、两个换热器、一个蒸发器、一个冷凝器、 一个透平机和一个发电机，所述浓缩塔底部进口连通第二换热器的壳侧出口， 第二换热器壳侧进口连通待处理含酚废水，浓缩塔顶部气相出口连通第一换 热器的管侧进口，第一换热器管侧出口为排放口;浓缩塔下部液相出口通过 高压泵连通超临界水热反应器顶部进口，超临界水热反应器顶部的另一进口 通过压缩机连通氧，超临界水热反应器上部的一个进口通过输送泵连通燃料; 超临界水热反应器中部的热流体出口连通第二换热器的管侧进口，第二换热 器的管侧出口通过背压阀连通蒸发器中部的热流体进口，蒸发器下部设热流 体排放出口，蒸发器顶部的冷流体出口连通透平机的进口，透平机的透平轴 连接发电机;透平机出口连通冷凝器顶部的热流体进口，冷凝器底部的热流 体出口通过有机工质泵连通蒸发器底部的冷流体进口，有机工质泵的进口连 通有机工质。
2.如权利要求1所述的基于超临界水热反应的含酚废水处理系统，其特 征在于，所述超临界水热反应器上部的一个进口与输送泵的连接管道上串联 一个预热器。
3.如权利要求1所述的基于超临界水热反应的含酚废水处理系统，其特 征在于，所述冷凝器和第一换热器中的冷流体介质为循环冷却水。
4.一种基于超临界水热反应的含酚废水处理方法，采用权利要求1所述 系统完成，其特征在于，包括下述步骤：
(1)关闭浓缩塔顶部气相出口，将自来水输入浓缩塔、经高压泵进入超 临界水热氧化反应器，系统启动;
(2)燃料经输送泵进入超临界水热氧化反应器，同时氧经压缩机进入超 临界水热反应器;
(3)超临界水热反应器出口流体经第二换热器与待处理含酚废水换热， 换热后的流体经背压阀进入蒸发器与有机工质换热，达标后排放，换热后的 有机工质经透平机驱动发电机发电，后进入冷凝器，冷凝后的有机工质经有 机工质泵进入蒸发器;
(4)经第二换热器预热后的含酚废水取代自来水进入浓缩塔，打开浓缩 塔顶部气相出口，气体经第一换热器冷凝后直接排放，底部液体经高压泵进 入超临界水热反应器，此后过程重复步骤(2)～(3)，系统进入正常运行阶 段。
5.如权利要求4所述的基于超临界水热反应的含酚废水处理方法，其特 征在于，在系统启动阶段，浓缩塔内为常温常压;在进入正常运行阶段，浓 缩塔内压力控制在40～100KPa，温度为60～105℃。
6.如权利要求4所述的基于超临界水热反应的含酚废水处理方法，其特 征在于，超临界水热反应器中的温度控制在375-800℃，压力控制在22-32MPa。
7.如权利要求4所述的基于超临界水热反应的含酚废水处理方法，其特 征在于，所述燃料经输送泵进入超临界水热氧化反应器前通过预热器预热。
说明书
基于超临界水热反应的含酚废水处理系统及方法
技术领域
本发明涉及有机废液资源化利用技术，特别涉及一种处理含酚废水并利 用余热发电的系统和方法。
背景技术
含酚废水主要来自煤化工厂、石油化工厂、炼油厂、树脂厂、和焦化厂 等化工企业。第一次全国污染普查公报数据显示工业废水产生量约738.33亿 吨，化学需氧量3145.35万吨，挥发酚12.38万吨。其中挥发酚排放量居前几 位的行业：煤化工及石油加工业5110.68吨、化学原料及化学制品制造业861.82 吨、黑色金属冶炼及压延加工业717.72吨、造纸及纸制品业346.04吨、电力 燃气及水的生产和供应业194.41吨。上述5个行业挥发酚排放量合计占工业 废水厂区排放口挥发酚排放量的96.5%，其中煤化工及石油加工业占了总挥发 酚排放量的68%。
含酚废水排放量大，以年产40亿Nm3天然气的煤气化站为例，排放的含 酚废水约770t/h。根据亚化咨询的统计，目前国内煤制天然气项目有近10个， 合计产能接近200亿Nm3/年，废水排放量约3850t/h，年排放量达3372万吨。 十二五期间，我国规划煤制天然气产能达600亿Nm3/年，据此核算，废水排 放量将增至11550t/h，年排放量约10116万吨。
含酚废水采用常规的处理方法较难降解，主要表现在以下几个方面：1) 污染物浓度高，难生化降解。一般含酚废水的化学需氧量(COD)浓度约 10000～50000mg/L，属于高浓度有机废水。其中酚类物质占COD总浓度的80% 以上，由于酚类的稳定性及生物毒性，废水生化性较差(BOD5/COD<0.2)， 难生化降解。2)成分复杂。除酚外，还含有大量的杂环类和多环芳烃等，这 些物质均属于结构稳定，难降解物质。
含酚废水的防治已引起世界各国的普遍重视。在美国，酚类化合物被列 为129种优先控制污染物黑名单中的一种，美国环保局(EPA)规定的废水中 的酚浓度不得超过1mg/L。在我国，含酚废水在水污染控制中被列为重点解 决的有害废水之一。目前，含酚废水的处理主要采用以生化法为核心的“预 处理-生化-深度处理”三级处理工艺，但该工艺存在工艺复杂、处理不彻底、 产生二次污染等问题。近年来，利用超临界水氧化(SCWO)技术对含酚废水 进行处理的报道逐渐增多。超临界水氧化技术是利用水在超临界条件下 (T>374.15℃，P>22.12MPa)独特的化学性质，在加过量氧条件下，有机物 在超临界水均相条件下发生氧化反应，生成以CO2、H2O为主的产品。但该 技术在产业化推广过程中遇到了两大瓶颈：其一，系统安全稳定性较差，主 要原因在于传统超临界水氧化系统中需要加热炉进行加热，而加热炉中废水 中的盐很容易堵塞管道，影响其安全稳定运行;其二，经济成本高，一方面， 废水中有机物浓度相对较低，系统不能实现自热，另一方面，超临界水氧化 反应器出口流体具有大量的热能及压能，如能有效利用将显著提高系统经济 性。
发明内容
本发明针对含酚废水难处理，SCWO技术投资大等问题，提供了一种超 临界水热燃烧处理含酚废水并利用余热发电的系统和方法。
为达到以上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种基于超临界水热反应的含酚废水处理系统，其特征在于，包括一个 超临界水热反应器、一个浓缩塔、两个换热器、一个蒸发器、一个冷凝器、 一个透平机和一个发电机，所述浓缩塔底部进口连通第二换热器的壳侧出口， 第二换热器壳侧进口连通待处理含酚废水，浓缩塔顶部气相出口连通第一换 热器的管侧进口，第一换热器管侧出口为排放口;浓缩塔下部液相出口通过 高压泵连通超临界水热反应器顶部进口，超临界水热反应器顶部的另一进口 通过压缩机连通氧，超临界水热反应器上部的一个进口通过输送泵连通燃料; 超临界水热反应器中部的热流体出口连通第二换热器的管侧进口，第二换热 器的管侧出口通过背压阀连通蒸发器中部的热流体进口，蒸发器下部设热流 体排放出口，蒸发器顶部的冷流体出口连通透平机的进口，透平机的透平轴 连接发电机;透平机出口连通冷凝器顶部的热流体进口，冷凝器底部的热流 体出口通过有机工质泵连通蒸发器底部的冷流体进口，有机工质泵的进口连 通有机工质。
上述方案中，所述超临界水热反应器上部的一个进口与输送泵的连接管 道上串联一个预热器。
所述冷凝器和第一换热器中的冷流体介质为循环冷却水。
一种采用前述系统的基于超临界水热反应的含酚废水处理方法，其特征 在于，包括下述步骤：
(1)关闭浓缩塔顶部气相出口，将自来水输入浓缩塔、经高压泵进入超 临界水热氧化反应器，系统启动;
(2)燃料经输送泵进入超临界水热氧化反应器，同时氧经压缩机进入超 临界水热反应器;
(3)超临界水热反应器出口流体经第二换热器与待处理含酚废水换热， 换热后的流体经背压阀进入蒸发器与有机工质换热，达标后排放，换热后的 有机工质经透平机驱动发电机发电，后进入冷凝器，冷凝后的有机工质经有 机工质泵进入蒸发器;
(4)经第二换热器预热后的含酚废水取代自来水进入浓缩塔，打开浓缩 塔顶部气相出口，气体经第一换热器冷凝后直接排放，底部液体经高压泵进 入超临界水热反应器，此后过程重复步骤(2)～(3)，系统进入正常运行阶 段。
上述方法中，在系统启动阶段，浓缩塔内为常温常压;在进入正常运行 阶段，浓缩塔内压力控制在40～100KPa，温度为60～105℃。
所述超临界水热反应器中的温度控制在375-800℃，压力控制在22-32MPa。
所述燃料经输送泵进入超临界水热氧化反应器前通过预热器预热。
按照本发明方法，在系统进入正常运行后，燃料可以不进入水热燃烧反 应器，具体依浓缩后含酚废水有机质浓度确定，如果废水中有机物放热可使 水热反应器内废水温度升高至反应温度，则不需要补充燃料，从而可降低处 理成本。
本发明的优点是，利用浓缩塔对含酚废水中有机物浓度进行浓缩，在系 统正常运行后，浓缩后的含酚废水在超临界水热反应器内可以实现自热，无 需利用外热源加热，大大提升了系统经济性;此外，在系统启动过程中，利 用辅助燃料在超临界水热反应器内燃烧放热的方式来对废水进行加热，可以 避免传统超临界水技术中采用加热炉直接对废水加热所导致的炉内结垢，管 道堵塞等问题，有效提高了系统安全稳定性。
