申请日2013.11.06
公开(公告)日2015.12.02
IPC分类号C02F1/72; G05B19/418
摘要
本发明公开了一种SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制系统及方法，通过调节液氧流量，降低汽液分离器上部气体温度至10℃上下;将提纯塔的液位控制在中间，通过减压阀将提纯塔出口液体二氧化碳的压力降低到2MPa;将高压压缩机的流量与汽液分离器的液位进行联锁，将汽液分离器的液位控制在设定范围内;当高压压缩机的流量达到最大时，开启第二缓冲器上的排气阀缓慢排气，排气结束后，继续维持低温液氧泵的流量，完成排气的氧气损失量的补充时，再将液氧流量恢复到正常;利用背压阀将系统运行压力控制在一个误差较小的范围内波动从而维持系统工作压力的相对稳定。
权利要求书
1.一种SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制系统，其特征 在于，包括液氧贮槽，其出口端与低温液氧泵入口端连接，低温液氧泵出口 端通过一液氧流量调节阀与汽液分离器中冷却盘管的入口端连接，低温液氧 泵出口端、汽液分离器中冷却盘管的出口端同时与液氧汽化器入口端连通， 液氧汽化器出口端与第一缓冲器入口端连通，第一缓冲器出口端与混合器入 口端连通，混合器另一入口端连接难生化含氮浓有机废水的输运预热管路， 混合器出口端与反应器入口端连接，反应器出口端与蒸汽发生器管侧入口端 连通，蒸汽发生器管侧出口端与汽液分离器入口端连通，蒸汽发生器壳侧入 口端与软化水输运管路连通，蒸汽发生器出口端与蒸汽输出管路连通;汽液 分离器底部出口端通过背压与液体无污染排放管路连通;汽液分离器顶部气 体出口端与冷却器壳侧入口端连通，冷却器壳侧出口端与提纯塔入口端连通， 提纯塔底部液体出口端通过一液位调节阀，与减压阀入口端连通，减压阀出 口端与液体二氧化碳储罐入口端连通，液体二氧化碳储罐出口端与二氧化碳 罐装运走管路连通;提纯塔上部出口端与第二缓冲器入口端连接，第二缓冲 器的出口端与高压压缩机入口端连接，高压压缩机出口端与第一缓冲器入口 端连通，第二缓冲器连接有排气阀门。
2.一种SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制方法，采用权 利要求1所述的SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制系统实现， 其特征在于，包括下述步骤：
1)向汽液分离器中的冷却盘管引入液氧，通过调节液氧流量调节阀控制 液氧流入量，降低汽液分离器上部气体温度至10℃，以去除气体中的水分;
2)通过调节液位调节阀的开度将提纯塔的液位控制在中间，通过减压阀 将提纯塔出口液体二氧化碳的压力降低到2MPa，当液体二氧化碳储罐的液位 达到最高液位时，系统控制界面给出灌装运走提示;
3)高压压缩机的流量与汽液分离器的液位进行联锁，当汽液分离器的液 位高于设定液位范围时，减少高压压缩机上变频器的频率，进而降低其流量; 当汽液分离器的液位低于设定液位范围时，增大高压压缩机上变频器的频率， 进而增大其流量，从而将汽液分离器的液位控制在设定范围内;
4)当高压压缩机的流量达到其最大流量时，开启第二缓冲器上的排气阀 门进行缓慢排气，此时高压压缩机的流量维持在最大流量值，为额定流量的 120%，当系统压力降低到23MPa，排气结束，关闭排气阀门，高压压缩机的 流量恢复到初始最低流量，为额定流量的80%;
5)排气结束后，继续维持低温液氧泵的流量，完成第二缓冲器排气的氧 气损失量的补充时，再将低温液氧泵的流量恢复到正常流量;
6)将系统运行压力控制在24.5±1.5Mpa的范围内波动，当超过此范围时 利用背压阀进行系统压力调节，从而维持系统工作压力的相对稳定。
说明书
SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种利用超临界氧化技术SCWO对高浓度难生化降解含氮有 机废水(有机物质量含量5wt%～10wt%;有机氮和氨氮含量在2000mg/L)进 行无害化处理的氧气回收及控制方法。
背景技术
超临界水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。具有高扩散系数、低粘度、低介电常等特性，类似一种非 极性有机溶剂，可以溶解氧气、氮气、有机物等物质，而无机盐在超临界水 中的溶解度极低。超临界水氧化技术(SupercriticalWaterOxidation，简 称SCWO)是利用超临界水的特殊性质，有机物在富氧的超临界水环境中进行 均相反应，高效彻底地将有机污染物深度破坏，转化成H2O、CO2等无害化小分 子化合物和无机盐。SCWO主要适合用于高浓度难生化降解有机废水的高效无 害化处理，具有高效、无二次污染、能够实现自热、能量回收优化时运行成 本低等优势，在取代传统的焚烧法方面具有优越的应用前景。因此，SCWO的 发展在国内外受到广泛关注，国外已经实现SCWO的商业化运行。美国国防部 和能源部利用SCWO来处理化学武器、火箭推进剂、炸药等高能废物，取得了 满意的效果。
高浓度难生化降解含氮有机废水(如农药废水)含有大量的污染物，有 机物质量含量高达5wt%～10wt%，这些废水中化学需氧量(COD)通常高于 50000mg/L，含有相当数量的有机氮和氨氮，总氮含量可高达2000mg/L，且 含有大量的生物抑制物和毒性物质，生化性特别差，难以利用传统的生化方 法进行高效、低成本的处理。通常需要进行多效蒸发，蒸发冷凝液进行稀释 后再生化处理，浓缩液进行造粒焚烧，因此工艺复杂，运行成本高，且产生 的二次污染物需要再处理。而利用SCWO可以实现这类高浓度难生化降解含氮 有机废水的高效、低成本无害化处理。在此过程中，通常使用过量的氧化系 数(实际氧化剂添加量与理论氧化剂需用量之比)，可以高达2.0～4.0，氧化 剂的消耗成本成为决定SCWO运行成本的最为关键的因素之一。因此，为了降 低高浓度难生化降解含氮有机废水SCWO处理时的运行成本，特别需要充分回 收过量的氧化剂(通常使用氧气)，且还应充分回收反应产生的热量，回收 产生的气体产物收益，这些成为保证高浓度难生化降解含氮有机废水SCWO运 行经济性的关键。
鉴于高浓度难生化降解含氮有机废水SCWO为高温高压的操作条件，且反 应过程会产生大量的CO2，因此要回收富余的氧气，需要将先CO2分离出来。 此外，高浓度难生化降解含氮有机废水SCWO过程中还会产生N2，随着装置运 行时间的增加，N2在系统中的累积量不断增大，会缓慢增加系统工作压力，稀 释所回收氧气的纯度，且N2在系统中循环会增大高压压缩机的能耗，对反应 产生不利影响，因此需要定期排出N2。但是，排气时必须保证整个SCWO系统 的稳定工作，保证系统压力相对稳定，保证稳定的氧气系数，从而满足高浓 度难生化降解含氮有机废水超临界水氧化处理系统中富余氧气的稳定回收和 反应器富氧条件的稳定供应。因此，对高浓度难生化降解含氮有机废水超临 界水氧化处理系统中富余氧气回收和控制提出了严格要求。虽然目前已经出 现了少量高浓度难生化降解有机废水超临界水氧化处理系统，但尚未有效解 决氧气高效、连续、稳定地回收利用问题，特别是未见有用于高浓度难生化 含氮有机废水超临界水氧化处理系统中氧气回收控制方法的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种高浓度难生化降解含氮有机废水超临界水氧化 处理过程中氧气回收及控制方法，可满足SCWO系统能够实现富余氧气的连续 稳定的回收利用，从而降低装置运行成本，保证高浓度难生化降解含氮有机 废水超临界水氧化处理系统能够连续可靠经济的运行。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制系统，其特征在 于，包括液氧贮槽，其出口端与低温液氧泵入口端连接，低温液氧泵出口端 通过一液氧流量调节阀V1与汽液分离器中冷却盘管的入口端连接，低温液氧 泵出口端、汽液分离器中冷却盘管的出口端同时与液氧汽化器入口端连通， 液氧汽化器出口与第一缓冲器入口端连通，第一缓冲器出口端与混合器入口 端连通，混合器另一入口端连接难生化含氮浓有机废水的输运预热管路，混 合器出口端与反应器入口端连接，反应器出口端与蒸汽发生器管侧入口端连 通，蒸汽发生器管侧出口端与汽液分离器入口端连通，蒸汽发生器壳侧入口 端与软化水输运管路连通，蒸汽发生器出口端与蒸汽输出管路连通;汽液分 离器底部出口端通过背压与液体无污染排放管路连通;汽液分离器顶部气体 出口端与冷却器壳侧入口端连通，冷却器壳侧出口端与提纯塔入口端连通， 提纯塔底部液体出口端通过一液位调节阀V3，与减压阀入口端连通，减压阀 出口端与液体二氧化碳储罐入口端连通，液体二氧化碳储罐出口端与二氧化 碳罐装运走管路连通;提纯塔上部出口端与第二缓冲器入口端连接，第二缓 冲器的出口端与高压压缩机入口端连接，高压压缩机出口端与第一缓冲器入 口端连通，第二缓冲器连接有排气阀门。
一种SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制方法，采用前述 SCWO处理难生化含氮浓有机废水的氧气回收控制系统实现，其特征在于， 包括下述步骤：
1)向汽液分离器中的冷却盘管引入液氧，通过调节液氧流量调节阀控制 液氧流入量，降低汽液分离器上部气体温度至10℃上下，以去除气体中的水 分，实现反应产物气液分离;
2)通过调节液位调节阀V3的开度将提纯塔的液位控制在中间，通过减 压阀将提纯塔出口液体二氧化碳的压力降低到2MPa，当液体二氧化碳储罐的 液位达到最高液位时，系统控制界面给出灌装运走提示;
3)高压压缩机的流量与汽液分离器的液位进行联锁，当汽液分离器的液 位高于设定液位范围时，减少高压压缩机上变频器的频率，进而降低其流量; 当汽液分离器的液位低于设定液位范围时，增大高压压缩机上变频器的频率， 进而增大其流量，从而将汽液分离器的液位控制在设定范围内;
4)当高压压缩机的流量达到其最大流量时，开启第二缓冲器上的排气阀 门进行缓慢排气，此时高压压缩机的流量维持在最大流量值，为额定流量的 120%，当系统压力降低到23MPa，排气结束，关闭排气阀组，高压压缩机的 流量恢复到初始最低流量，为额定流量的80%;
5)排气结束后，继续维持低温液氧泵的流量，完成第二缓冲器排气的氧 气损失量的补充时，再将低温液氧泵的流量恢复到正常流量;
6)将系统运行压力控制在一个误差较小的范围内波动，当超过此范围时 利用背压阀进行系统压力调节，从而维持系统工作压力的相对稳定。
上述方法中，所述系统运行压力控制在24.5±1.5Mpa的范围内波动。
本发明的优点是，通过以上系统及方法能够实现高浓度难生化降解含氮 有机废水超临界水氧化处理系统中富余氧气的稳定回收和反应器富氧条件的 稳定连续供应，保证连续稳定的氧气系数，并可以实现液体CO2的连续收集， 实现氮气自动排放，且系统的工作压力相对稳定。从而满足高浓度难生化降 解含氮有机废水超临界水氧化处理系统中富余氧气的稳定回收利用所需的复 杂控制要求，提高整个系统的自动化水平。
