申请日 2020.09.17
公开（公告）日 2020.11.17
IPC分类号 C02F11/08
摘要
本发明提供了一种用于处理含油污泥的连续超临界水氧化系统，包括泥水混合进料系统、超临界氧化系统、能量回收系统。整个系统初始启动时，利用电热塞的热量点燃反应斜管中的燃料，无需使用燃料预热器，实现了有机废液的快速预热和高效降解，降低了设备的投资与能耗。通过调节第一电动球阀与第二电动球阀的开关，实现油泥与清水/有机废水的混合以及泥水的连续进料。泥水与未预热的高压氧化剂在反应斜管中进行反应，通过调节第三电动球阀与第四电动球阀的开关，可实现自动排盐，避免含盐污水的产生，有利于反应器的连续运行与零排放，满足工业化处理需求。
权利要求书
1.一种用于处理含油污泥的连续超临界水氧化系统，其特征在于，包括：泥水混合进料系统、超临界氧化系统、能量回收系统，
所述泥水混合进料系统由第一增压泵(1)、第一单向阀(2)、喷射混合器(3)、油泥罐(4)、第一电动球阀(5)、混合管(6)、第二电动球阀(7)、混合罐(8)、第二单向阀(9)组成，其中所述油泥罐(4)由油泥罐罐体(4-1)和排泥口(4-2)组成，所述混合罐(8)由混合罐罐体(8-1)、进水口(8-2)、排水口(8-3)、泥水排放口(8-4)组成，
所述第一增压泵(1)入口为清水或有机废水的入口，所述第一增压泵(1)出口经管道与第一单向阀(2)入口连接，所述第一单向阀(2)出口经管道喷射混合器(3)左端的工作流体进口连接，所述喷射混合器(3)右端的混合流体出口经管道与混合罐(8)的进水口(8-2)连接，所述油泥罐(4)的排泥口(4-2)经法兰与第一电动球阀(5)入口连接，所述第一电动球阀(5)出口经法兰与混合管(6)入口连接，所述混合管(6)出口经法兰与第二电动球阀(7)入口连接，所述第二电动球阀(7)出口经法兰与混合罐(8)的排水口(8-3)连接，所述混合罐(8)的泥水排放口(8-4)经管道与第二单向阀(9)入口连接；
所述超临界水氧化系统由点火区、反应区和分离区三部分组成，所述超临界水氧化系统的核心装置为超临界水氧化反应器(10)，所述超临界水氧化反应器(10)由斜管端盖(10-1)、进料口(10-2)、第一氧化剂进口(10-3)、反应斜管(10-4)、T型多孔内衬管(10-5)、斜管凸台(10-6)、第二氧化剂进口(10-7)、分离直管(10-8)、直管端盖(10-9)、排气口(10-10)、第三电动球阀(10-11)、排泥管(10-12)、第四电动球阀(10-13)组成，
其中所述点火区由第二增压泵(11)、第一截止阀(12)、第三单向阀(13)、斜管端盖(10-1)、进料口(10-2)、氧化剂增压装置(14)、第二截止阀(15)、第一氧化剂进口(10-3)、电热塞(16)组成，
所述第二增压泵(11)入口为燃料入口，所述第二增压泵(11)出口经管道与第一截止阀(12)入口连接，所述第一截止阀(12)出口经管道与第三单向阀(13)入口连接，所述斜管端盖(10-1)上端设有进料口(10-2)与第一氧化剂进口(10-3)，所述第三单向阀(13)出口经管道与进料口(10-2)连接，所述氧化剂增压装置(14)入口为氧化剂入口，所述氧化剂增压装置(14)出口与第二截止阀(15)入口连接，所述第二截止阀(15)出口经管道与第一氧化剂进口(10-3)连接，所述电热塞(16)通过螺纹连接在斜管端盖(10-1)中心处，
所述反应区由第二单向阀(9)、第三单向阀(13)、斜管端盖(10-1)、进料口(10-2)、氧化剂增压装置(14)、第二截止阀(15)、第一氧化剂进口(10-3)、反应斜管(10-4)、T型多孔内衬管(10-5)、斜管凸台(10-6)、第三截止阀(17)、第二氧化剂进口(10-7)组成，
所述第二单向阀(9)出口经管道与第三单向阀(13)出口并联后与进料口(10-2)连接，所述斜管端盖(10-1)设在反应斜管(10-4)上端，所述反应斜管(10-4)内设有T型多孔内衬管(10-5)，所述T型多孔内衬管(10-5)上端为凸起端，所述反应斜管(10-4)内侧设有斜管凸台(10-6)，用于固定T型多孔内衬管(10-5)，所述第三截止阀(17)入口经管道与第二截止阀(15)入口并联后与氧化剂增压装置(14)连接，所述第三截止阀(17)出口经管道与第二氧化剂进口(10-7)连接，
所述分离区由分离直管(10-8)、直管端盖(10-9)、排气口(10-10)、第三电动球阀(10-11)、排泥管(10-12)、第四电动球阀(10-13)、背压阀(18)、闪蒸罐(19)组成，
所述分离直管(10-8)上端设有直管端盖(10-9)，所述直管端盖(10-9)中心处设有排气口(10-10)，所述分离直管(10-8)下端经法兰与第三电动球阀(10-11)入口连接，所述第三电动球阀(10-11)出口经法兰与排泥管(10-12)入口连接，所述排泥管(10-12)出口经法兰与第四电动球阀(10-13)入口连接，所述第四电动球阀(10-13)出口经管道与背压阀(18)入口连接，所述背压阀(18)出口经管道与闪蒸罐(19)入口连接，所述闪蒸罐(19)顶端为气相排放口，所述闪蒸罐(19)底部为固相排放口。
所述反应斜管(10-4)与分离直管(10-8)呈一定倾角焊接，所述分离直管(10-8)中部设有供T型多孔内衬管(10-5)插入的开口，保证反应斜管(10-4)中的产物流入分离直管(10-8)；
所述能量回收系统由换热器(20)、气液分离器(21)、缓冲罐(22)、膨胀机(23)、发电机(24)、第四单向阀(25)、喷射混合器(3)组成，所述换热器(20)的管程入口经管道与超临界水氧化系统的排气口(10-10)连接，所述换热器(20)的管程出口经管道与气液分离器(21)入口连接，所述换热器(20)的壳程流体为冷却水，用于产出高温蒸汽，所述气液分离器(21)的气相出口经管道与缓冲罐(22)入口连接，所述缓冲罐(22)出口经管道与膨胀机(23)入口连接，所述膨胀机(23)经传动轴与发电机(24)连接，所述膨胀机(23)的出口为乏汽排放口，所述气液分离器(21)的液相出口经管道与第四单向阀(25)入口连接，所述第四单向阀(25)出口经管道与喷射混合器(3)下端的引射流体入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理含油污泥的超临界水氧化系统，其特征在于：
所述超临界水氧化系统的点火区、反应区与分离区中各组件的最高工作压力均为30MPa，其中反应区中T型多孔内衬管(9-5)的最高工作温度为1200℃，反应区与分离区中其余组件的最高工作温度为700℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于处理含油污泥的超临界水氧化系统，其特征在于：
所述氧化剂增压装置(14)为柱塞泵或压缩机。
4.根据权利要求1所述的一种用于处理含油污泥的超临界水氧化系统，其特征在于：
所述T型多孔内衬管(10-5)材料采用氧化锆、氧化铝、碳化硅中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于处理含油污泥的超临界水氧化系统，其特征在于：
所述氧化剂选择空气、氧气、双氧水、KClO3溶液、KMnO4溶液中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种用于处理含油污泥的超临界水氧化系统，其特征在于：
所述燃料选择汽油、煤油、甲醇、乙醇中的一种。
说明书
一种用于处理含油污泥的连续超临界水氧化系统
技术领域
本发明涉及超临界水氧化领域，尤其涉及一种用于处理含油污泥的连续超临界水氧化系统。
背景技术
含油污泥主要产生于油田和炼油厂，以石油勘探开发业为例，其产生量为原油产量的0.5％～1％。按照我国目前原油产量估算，每年将有近百万吨的油泥、油砂产生，若加上石油化工产生的“三泥”，总量还要大得多。含油污泥进入地表土壤和水体将会造成严重的污染问题，因此在排放前需进行有效处理。
目前对于油泥的处理，文献报道较少，主要采用的方法仍然是焚烧法，但是焚烧时需配备除尘和气体回收装置，否则会产生严重的大气污染。此外还有低温热解法、溶解洗涤法以及微生物处理法，但是前两种方法工艺方法都较为复杂，且均会对环境产生二次污染，而微生物对油品具有一定的选择性，应用条件较为苛刻，目前尚不成熟。
超临界水氧化(SCWO)技术是指在23～30MPa、400～600℃的条件下，以超临界水为反应介质，以空气、O2或H2O2为氧化剂，将有机物降解为无害的CO2、N2和H2O等小分子的高级氧化技术，其中Cl、P和S通常被转化为相应的酸或以无机盐析出，SCWO技术被美国认定为能源与环境领域中最有前途的废物处理关键技术，尽管应用基础已经形成，国内外也已经有一些SCWO工业装置，但是反应器的腐蚀、盐沉积以及高运行成本问题阻碍了该技术的工业化推广。
专利号为CN104291546A的超临界水氧化装置，可用于城市污泥的处理，主体由倾斜放置的斜管反应器和垂直放置的直管分离器组成，预热至200℃的废料同氧化剂以及500～600℃的超临界水混合后进入斜管反应，斜管内设有多孔内衬管，边界流体在内衬管内表面形成保护膜，避免固体颗粒在反应器内壁沉积，减小反应产物对斜管的腐蚀与盐沉积，并降低反应斜管(10-4)内壁温度，确保设备的安全运行，降低设备的材质要求。产物在分离器中通过重力沉降实现固液分离，冷却水对其进行中和与降温，同时将分离器底部的固体颗粒溶解排出。但随着反应的进行，装置需不断通入500～600℃超临界水，存在高运行成本问题，而且固体颗粒溶解排出后会产生二次污染，无法实现零排放，不利于装置的连续运行。
目前为解决物料的预热问题，专利号为CN102190363A利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应器，提出了燃料加热的方法，利用辅助燃料补给反应所需热量，通过不同方向的射流使物料、燃料以及氧化剂(空气或氧气)进行高效混合以提高其氧化效率。但该装置燃料点火困难，在与氧化剂一同进入反应器之前需使用预热器，仍存在高运行成本问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于处理含油污泥的连续超临界水氧化系统，解决了系统物料预热时存在的高运行成本问题以及反应器排盐时产生的二次污染问题。
本发明的技术方案：
一种用于处理含油污泥的连续超临界水氧化系统，包括泥水混合进料系统、超临界氧化系统、能量回收系统，
所述泥水混合进料系统由第一增压泵(1)、第一单向阀(2)、喷射混合器(3)、油泥罐(4)、第一电动球阀(5)、混合管(6)、第二电动球阀(7)、混合罐(8)、第二单向阀(9)组成，其中所述油泥罐(4)由油泥罐罐体(4-1)和排泥口(4-2)组成，所述混合罐(8)由混合罐罐体(8-1)、进水口(8-2)、排水口(8-3)、泥水排放口(8-4)组成，
所述第一增压泵(1)入口为清水或有机废水的入口，所述第一增压泵(1)出口经管道与第一单向阀(2)入口连接，所述第一单向阀(2)出口经管道喷射混合器(3)左端的工作流体进口连接，所述喷射混合器(3)右端的混合流体出口经管道与混合罐(8)的进水口(8-2)连接，所述油泥罐(4)的排泥口(4-2)经法兰与第一电动球阀(5)入口连接，所述第一电动球阀(5)出口经法兰与混合管(6)入口连接，所述混合管(6)出口经法兰与第二电动球阀(7)入口连接，所述第二电动球阀(7)出口经法兰与混合罐(8)的排水口(8-3)连接，所述混合罐(8)的泥水排放口(8-4)经管道与第二单向阀(9)入口连接；
所述超临界水氧化系统由点火区、反应区和分离区三部分组成，所述超临界水氧化系统的核心装置为超临界水氧化反应器(10)，所述超临界水氧化反应器(10)由斜管端盖(10-1)、进料口(10-2)、第一氧化剂进口(10-3)、反应斜管(10-4)、T型多孔内衬管(10-5)、斜管凸台(10-6)、第二氧化剂进口(10-7)、分离直管(10-8)、直管端盖(10-9)、排气口(10-10)、第三电动球阀(10-11)、排泥管(10-12)、第四电动球阀(10-13)组成，
其中所述点火区由第二增压泵(11)、第一截止阀(12)、第三单向阀(13)、斜管端盖(10-1)、进料口(10-2)、氧化剂增压装置(14)、第二截止阀(15)、第一氧化剂进口(10-3)、电热塞(16)组成，
所述第二增压泵(11)入口为燃料入口，所述第二增压泵(11)出口经管道与第一截止阀(12)入口连接，所述第一截止阀(12)出口经管道与第三单向阀(13)入口连接，所述斜管端盖(10-1)上端设有进料口(10-2)与第一氧化剂进口(10-3)，所述第三单向阀(13)出口经管道与进料口(10-2)连接，所述氧化剂增压装置(14)入口为氧化剂入口，所述氧化剂增压装置(14)出口与第二截止阀(15)入口连接，所述第二截止阀(15)出口经管道与第一氧化剂进口(10-3)连接，所述电热塞(16)通过螺纹连接在斜管端盖(10-1)中心处，
所述反应区由第二单向阀(9)、第三单向阀(13)、斜管端盖(10-1)、进料口(10-2)、氧化剂增压装置(14)、第二截止阀(15)、第一氧化剂进口(10-3)、反应斜管(10-4)、T型多孔内衬管(10-5)、斜管凸台(10-6)、第三截止阀(17)、第二氧化剂进口(10-7)组成，
所述第二单向阀(9)出口经管道与第三单向阀(13)出口并联后与进料口(10-2)连接，所述斜管端盖(10-1)设在反应斜管(10-4)上端，所述反应斜管(10-4)内设有T型多孔内衬管(10-5)，所述T型多孔内衬管(10-5)上端为凸起端，所述反应斜管(10-4)内侧设有斜管凸台(10-6)，用于固定T型多孔内衬管(10-5)，所述第三截止阀(17)入口经管道与第二截止阀(15)入口并联后与氧化剂增压装置(14)连接，所述第三截止阀(17)出口经管道与第二氧化剂进口(10-7)连接，
所述分离区由分离直管(10-8)、直管端盖(10-9)、排气口(10-10)、第三电动球阀(10-11)、排泥管(10-12)、第四电动球阀(10-13)、背压阀(18)、闪蒸罐(19)组成，
所述分离直管(10-8)上端设有直管端盖(10-9)，所述直管端盖(10-9)中心处设有排气口(10-10)，所述分离直管(10-8)下端经法兰与第三电动球阀(10-11)入口连接，所述第三电动球阀(10-11)出口经法兰与排泥管(10-12)入口连接，所述排泥管(10-12)出口经法兰与第四电动球阀(10-13)入口连接，所述第四电动球阀(10-13)出口经管道与背压阀(18)入口连接，所述背压阀(18)出口经管道与闪蒸罐(19)入口连接，所述闪蒸罐(19)顶端为气相排放口，所述闪蒸罐(19)底部为固相排放口。
所述反应斜管(10-4)与分离直管(10-8)呈一定倾角焊接，所述分离直管(10-8)中部设有供T型多孔内衬管(10-5)插入的开口，保证反应斜管(10-4)中的产物流入分离直管(10-8)；
所述能量回收系统由换热器(20)、气液分离器(21)、缓冲罐(22)、膨胀机(23)、发电机(24)、第四单向阀(25)、喷射混合器(3)组成，所述换热器(20)的管程入口经管道与超临界水氧化系统的排气口(10-10)连接，所述换热器(20)的管程出口经管道与气液分离器(21)入口连接，所述换热器(20)的壳程流体为冷却水，用于产出高温蒸汽，所述气液分离器(21)的气相出口经管道与缓冲罐(22)入口连接，所述缓冲罐(22)出口经管道与膨胀机(23)入口连接，所述膨胀机(23)经传动轴与发电机(24)连接，所述膨胀机(23)的出口为乏汽排放口，所述气液分离器(21)的液相出口经管道与第四单向阀(25)入口连接，所述第四单向阀(25)出口经管道与喷射混合器(3)下端的引射流体入口连接。
所述超临界水氧化系统的点火区、反应区与分离区中各组件的最高工作压力均为30MPa，其中反应区中T型多孔内衬管(10-5)的最高工作温度为1200℃，反应区与分离区中其余组件的最高工作温度为700℃。
所述氧化剂增压装置(14)为柱塞泵或压缩机。
所述T型多孔内衬管(10-5)材料采用氧化锆、氧化铝、碳化硅中的一种。
所述氧化剂选择空气、氧气、双氧水、KClO3溶液、KMnO4溶液中的一种。
所述燃料选择汽油、煤油、甲醇、乙醇中的一种。
本发明的优点在于：
1.本发明利用电热塞加热芯的热量点燃反应斜管中的燃料，使得反应区内温度迅速达到反应要求，实现了泥水的快速预热和泥水中有机物的高效降解；
2.整个加热过程中燃料无需高温预热，降低设备的投资与能耗；
3.通过调节油泥罐下端第一电动球阀、第二电动球阀的开关，实现油泥与清水/有机废水的连续混合，同时降低油泥罐的材质要求；
4.通过调节分离直管下端第三电动球阀、第四电动球阀的开关，可实现反应器的自动泥水，避免采用冷却水降温时产生污水，实现零排放，有利于反应器的连续运行，满足工业化处理需求；
5.充分利用反应产物的能量，将反应产物的热能用于预热泥水，压力能用于膨胀机做功发电，产生的电量可供给第一增压泵、第二增压泵、氧化剂增压装置的运行，降低系统运行成本。（发明人 胡德栋；杨桑宇；韩俊杰；谭富庭）
