申请日2006.06.05
公开(公告)日2006.11.29
IPC分类号C02F1/04; C02F1/72
摘要
本发明公开了一种废弃有机废液无污染排放和资源利用的超临界水处理系统，该系统包括氧化剂、临界水和物料三路分开气体预热器、液体预热器和物料预热器，分别为气体氧化剂、液体氧化剂(或反应介质)和物料进行预热，可以很好地抑制焦油、焦炭的产生，以防止堵塞管路，同时使反应器的设计简化。这种系统氧化和气化可同时进行，与单一的污染物处理系统相比，具有更好的处理效果，同时还能对有机废弃物中的能量进行回收利用。本发明的系统制备简单、有效、易行。
权利要求书
1.一种废弃有机废液无污染排放和资源利用的超临界水处理系统，该 系统包括氧化剂、临界水和物料三路分开的预热器，其特征在于，所述的三 路分开的预热器为气体预热器(1)、液体预热器(2)和物料预热器(3)， 其中：
气体预热器(1)的进口端通过管路与换热器(9)相连通，该换热器(9) 通过第一阀门(4)和空气压缩机(13)相连，气体预热器(1)的出口端与 液体预热器(2)连通;
液体预热器(2)的进口端通过管路与换热器(9)相连通，该换热器(9) 通过第九阀门(20)连接有高压柱塞泵(19)，高压柱塞泵(19)通过第八 阀门(18)连接有水箱(17);
物料预热器(3)的进口端通过管路与换热器(9)相连通，该换热器(9) 通过第二阀门(5)连接有高压物料泵(16)，该高压物料泵(16)还通过第 七阀门(15)连接有物料罐(14);
气体预热器(1)和液体预热器(2)的出口端通过第三阀门(6)与反 应器(8)连通，物料预热器(3)的出口端通过第四阀门(7)与反应器(8) 连通，该反应器(8)与换热器(9)相连通;该换热器(9)与气液分离器 (10)相连;气液分离器(10)的两端还有第六阀门(12)和第五阀门(11)。
2.如权利要求1所述的废弃有机废液无污染排放和资源利用的超临界 水处理系统，其特征在于，所述的换热器(9)的内部上方还有余热利用回 路(21)。
说明书
废弃有机废液无污染排放和资源利用的超临界水处理系统
技术领域
本发明属于有机物处理领域，涉及一种废弃有机废液的水处理系统，特 别涉及利用超临界水作为反应介质对废弃有机物进行无害化处理和制取富 氢气体的超临界水处理系统。
背景技术
超临界状态的水相当于非极性溶剂，能与空气、氧气和有机物以任意比 例混溶，从而形成均一相。气液相界面消失了，也就消除了相间的传质阻力， 溶于其中的物质的反应速度不再受传质的影响。同时，高的反应温度(约 400～650℃)也使反应速度加快。
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是 一种近年来受到高度关注的有机污染物和污水的极具优势的技术。它在处理 有机污染物时有着独到之处。该技术是利用水在超临界状态下所具有的特殊 性质(弱的氢键作用，介电常数近似于极性有机溶剂，高的扩散系数，低粘 度等)，使有机污染物和氧化剂在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解 有机物。
超临界水氧化对于处理那些有毒、难降解的有机废物具有独特的效果， 近年来，各国都投入了大量的人力物力对该技术进行研究。SCWO反应完全、 彻底，最终产物为水、N2、CO2和无机小分子化合物，且符合全封闭的要求， 产物清洁，不需要作进一步的处理。另外，由于无机盐在超临界水中的溶解 度特别低，因此可以很容易地从中分离出来，处理后的废水可完全回收利用。
SCWO过程是一个放热反应，当有机物的质量分数达到1～2%时就能实 现自热。对于有机物含量较高的有机废弃物来说，除一部分热量用于加热自 身反应物料至反应温度以维持反应的进行外(即自热)，剩余部分的热量可 通过换热器产生热能，从而实现废弃物的资源化利用。
从另一方面看，各种有机废弃物是以油脂、蛋白质、纤维素和糖类等碳 水化合物为主，成分与湿生物质相似。让它们在超临界水中发生气化反应将 产生氢气、甲烷、乙烯、氮气、氨气和油类等物质，CO2的排放量将会减少。 有文献进行了污泥超临界水气化(600℃、34.5MPa)实验，结果污泥在超 临界水热分解工艺中产生的气体组分及体积含量为：H246%，CH439%，CO2 10%，N24%，CO1%，生成气的热值为2337.9KJ/mol，其能量有效利用率 达64.8%(已扣除了加热自身至水热分解温度所需的热量)。
超临界水部分氧化技术是指反应中氧化剂的量小于反应物中有机物完 全氧化时所需的氧化剂的量。通过控制加入的氧化剂的量来控制氧化反应和 水解反应。氧化剂的加入使得原来在气化中难以分解的苯类物质可以分解， 提高气化率，同时，氧化剂也可以使焦油的产生得到抑制，减少反应器的堵 塞现象。经过试验研究，由于氧化剂的加入，液相产物的COD也大为降低， 同时达到了资源化利用和无害化处理的要求。
超临界水氧化和超临界水气化试验装置，目前国内已有相关报道，但还 存在着不少缺点：
目前的超临界水氧化或气化系统，从物料和水的加热方式看，要么是物 料与反应介质先混合后一起预热，要么只预热反应介质，而物料不预热。前 一种情况，如果预热温度达到超临界温度，则物料在预热管内就开始发生热 解，裂解反应，会产生焦油、焦炭，堵塞管路，并且对最终的产物有很大的 影响;如果预热温度低，则在进入反应器后，还需要继续加温达到超临界温 度，势必会使反应器结构更复杂。后一种情况，由于物料不预热，在进入反 应器之前混合后，导致整个流体的温度下降很多，使反应器需要设计更多的 加热部分。
此外，目前还没有一种系统可以同时完成超临界水氧化、超临界水气化 和超临界水部分氧化这三个功能。
发明内容
针对现有的超临界水处理系统存在的缺陷或不足，本发明的目的在于， 提供一种废弃有机废液无污染排放和资源利用的超临界水处理系统，该系统 利用超临界水作为介质，能够在对有机废液进行处理的同时，达到无污染排 放和能量的资源化利用。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种废弃有机废液无污染排放和资源利用的超临界水处理系统，该系统 包括氧化剂、临界水和物料三路分开的预热器，其特征在于，所述的三路分 开的预热器为气体预热器、液体预热器和物料预热器，其中：
气体预热器的进口端通过管路与换热器相连通，该换热器通过第一阀门 和空气压缩机相连，气体预热器的出口端与液体预热器连通;
液体预热器的进口端通过管路与换热器相连通，该换热器通过第七阀门 连接有高压物料泵，高压物料泵通过第八阀门连接有水箱;
物料预热器的进口端通过管路与换热器相连通，该换热器通过第二阀门 连接有高压柱塞泵，该高压柱塞泵还通过第七阀门连接有物料罐;
气体预热器和液体预热器的出口端通过第三阀门与反应器连通，物料预 热器的出口端通过第四阀门与反应器连通，该反应器与换热器相连通;该换 热器与气液分离器相连;气液分离器的两端还有第六阀门和第五阀门。
本发明的系统采用气体氧化剂、液体氧化剂(或反应介质)各支路分开 的预热方式既可以实现物料的快速预热，又可以有效防止焦油、焦炭，堵塞 管路，使得对有机污染物的处理既可以达到无害化，又可以实现资源化利用 的目的。
由于各支路分开预热方式互不影响，进入反应器后才混合，所以，本系 统可以实现多功能。当只开启氧化剂和物料支路的时候，可以实现超临界水 氧化处理有机废弃物的功能。开启液体氧化剂支路和物料支路的时候，可以 实现超临界水气化制取富氢燃料的功能。当三个回路同时开启的时候，则可 以实现超临界水气化-氧化的功能。氧化剂的加入，可使物料发生部分氧化， 从而变成无害的无机物，同时由于超临界水的大量存在，作为反应介质，可 以使氧化的中间产物发生气化反应，从而得到富氢的气体，作为一种能源。
本发明的系统可以在造纸厂、印染厂、屠宰场等大量产生有机废弃物的 工厂，或者居民小区集中水处理站使用。经本系统处理后，废弃有机物的排 放可以达到国家的规定标准，同时可燃气体可以作为工厂的一种热源，从而 节约燃料开支。
