申请日2019.02.28
公开(公告)日2019.05.14
IPC分类号C02F1/16
摘要
本发明公开了一种高温分解处理含酚废水的系统和方法，通过设置空气加湿塔和焚烧炉，空气加湿塔同时通入环境空气和利用加热器加热后的循环含酚废水，使得空气加湿塔不断产生含酚湿空气并通入焚烧炉，在焚烧炉中，含酚湿空气中的酚蒸气在高温下分解并与氧气反应生成CO2和H2O，焚烧炉产生的烟气中含有大量水蒸气，将烟气中的水蒸气的潜热回收后为加热器提供热源或者利用系统外的低品位热作为加热器的热源。本发明采用高温热分解的方法处理含酚废水，含酚废水蒸发所消耗的热仅需低品位热，低品位热可以来自含酚废水蒸发以后形成的水蒸气的潜热的回收，实现了低耗能或基本不消耗额外能量的含酚废水的高温热分解处理，降低含酚废水高温热处理成本。
权利要求书
1.一种高温分解处理含酚废水的系统，至少包括一空气加湿塔和一焚烧炉，其特征在于，
所述空气加湿塔的底部至少设置一空气进口、一含酚废水补液口和一循环含酚废水出口，所述空气进口用以向所述空气加湿塔通入环境空气，所述含酚废水补液口用以向所述空气加湿塔补充新的待处理的含酚废水，
所述空气加湿塔的顶部至少设置一循环含酚废水进口和一含酚湿空气出口，所述循环含酚废水出口通过管路至少经过一加热器后与所述循环含酚废水进口连通，所述含酚湿空气出口通过管路与所述焚烧炉的进气口连通，在所述焚烧炉中，含酚湿空气中的酚蒸气在高温下分解并与氧气反应生成CO2和H2O，所述加热器采用低品位热作为热源，所述低品位热可以是系统外的热水、低温烟气等，温度一般在150℃以下。
2.根据上述权利要求所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一烟气洗涤塔，所述烟气洗涤塔的底部设置一烟气进口、一循环水出口和一冷凝水排液口，顶部设置一排烟口和一循环水进口，所述焚烧炉的烟气出口与烟气洗涤塔底部的烟气进口连通，所述烟气洗涤塔底部的循环水出口通过管路经所述加热器的热侧后与所述烟气洗涤塔顶部的循环水进口连通，经循环水洗涤后的烟气从所述烟气洗涤塔顶部的排烟口排出，洗涤过程中从烟气中冷凝出的水经所述烟气洗涤塔底部的冷凝水排液口排出。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述烟气洗涤塔的循环水出口和/或循环水进口之间的连通管路上设有循环泵。
4.根据上述权利要求所述的系统，其特征在于，所述空气加湿塔的空气进口管路上设置有风机等增压设备。
5.根据上述权利要求所述的系统，其特征在于，所述空气加湿塔的空气进口管路上设置有空气预热器，所述空气预热器的热源为所述焚烧炉产生的高温烟气或高温热水。
6.根据上述权利要求所述的系统，其特征在于，所述含酚废水补液管路上设置有控制阀门，当所述循环含酚废水出口和/或循环含酚废水进口的含酚废水的浓度高于一设定值时，所述控制阀门开启，新的待处理含酚废水通过所述含酚废水补液口进入所述空气加湿塔中。
7.根据上述权利要求所述的系统，其特征在于，所述循环含酚废水出口与循环含酚废水进口之间的含酚废水循环管路上还设有循环泵。
8.根据上述权利要求所述的系统，其特征在于，所述加热器的热源也可以为如煤制油、煤制甲醇等煤化工过程或炼化等工业过程中存在的150℃以下的低品位热源。
9.一种高温分解处理含酚废水的方法，所述方法在实施时利用本发明的上述系统，其特征在于，
利用设置在所述空气加湿塔底部的空气进口向所述空气加湿塔通入环境空气;利用设置在所述空气加湿塔底部的循环含酚废水出口、顶部的循环含酚废水进口形成一含酚废水循环单元，并通过在所述循环含酚废水出口和循环含酚废水进口之间的连通管路上设置的加热器对循环含酚废水进行加热;并利用设置在所述空气加湿塔底部的含酚废水补液口向所述空气加湿塔补充新的待处理的含酚废水;
所述空气加湿塔产生的含酚湿空气通过其顶部的含酚湿空气出口通入所述焚烧炉，在所述焚烧炉中，含酚湿空气中的酚蒸气在高温下分解并与氧气反应生成CO2和H2O，所述加热器的热源为所述焚烧炉产生的高温烟气。
10.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述焚烧炉产生的烟气通入所述烟气洗涤塔的底部，所述烟气洗涤塔底部的循环水出口通过管路经所述加热器的热侧后与所述烟气洗涤塔顶部的循环水进口连通，从而对所述加热器冷侧的循环含酚废水进行加热，经循环水洗涤后的烟气从所述烟气洗涤塔顶部的排烟口排出，洗涤过程中从烟气中冷凝出的水经所述烟气洗涤塔底部的冷凝水排液口排出。
说明书
一种高温分解处理含酚废水的系统和方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别是一种含酚废水的高温分解处理系统和方法，用于煤热解、煤气化的过程所产的含酚废水的处理。
背景技术
我国有大量工业涉及煤气化、煤热解过程，如采用固定床煤气化的煤制工业燃气，采用固定床气化煤制天然气、煤基合成油，煤热解制兰炭等。这些煤气化过程所产的气体中含有大量的酚类物质，在煤制气净化洗涤的过程中，这些酚类物质进入水中，形成含酚废水。含酚废水必须经过处理，不能直接排放到环境中。处理含酚废水的方法有很多中，包括蒸汽化学脱酚法、蒸汽脱酚法、焚烧法、溶剂萃取脱酚法、生化法等等。但是由于投资、运行费用以及适用范围等问题，目前尚没有一种含酚废水处理方法得到大规模的应用。在众多含酚废水处理方法中，焚烧法将含酚废水喷入焚烧炉，使酚类物质在1100℃高温下发生氧化反应，最终生成CO2和H2O排放，该方法工艺简单，对含酚废水处理彻底，但是该方法含酚废水蒸发所需的大量潜热需要直接消耗燃料，造成运行成本高。为此，本发明提出一种低能耗的含酚废水高温处理系统和方法，可以显著降低焚烧法处理含酚废水的运行成本。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的是提供一种低能耗高温分解处理含酚废水的系统，通过设置空气加湿塔和焚烧炉，同时向空气加湿塔通入环境空气和加热后的循环含酚废水，使得空气加湿塔不断产生含酚湿空气并通入焚烧炉，在焚烧炉中，含酚湿空气中的酚蒸气在高温下分解并与氧气反应生成CO2和H2O，焚烧炉产生的高温烟气用以为加热器提供热源或者用以预热进入空气加湿塔中的环境空气，在处理含酚废水的过程中，含酚废水蒸发所消耗的热仅需低品位热，低品位热可以来自含酚废水蒸发以后形成的水蒸气的潜热的回收，实现了低耗能或基本不消耗额外能量的含酚废水的高温热分解处理，大幅度降低含酚废水高温热处理的运行成本。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种高温分解处理含酚废水的系统，至少包括一空气加湿塔和一焚烧炉，其特征在于，
所述空气加湿塔的底部至少设置一空气进口、一含酚废水补液口和一循环含酚废水出口，所述空气进口用以向所述空气加湿塔通入环境空气，所述含酚废水补液口用以向所述空气加湿塔补充新的待处理的含酚废水，
所述空气加湿塔的顶部至少设置一循环含酚废水进口和一含酚湿空气出口，所述循环含酚废水出口通过管路至少经过一加热器后与所述循环含酚废水进口连通，所述含酚湿空气出口通过管路与所述焚烧炉的进气口连通，在所述焚烧炉中，含酚湿空气中的酚蒸气在高温下分解并与氧气反应生成CO2和H2O，所述加热器的热源为低品位余热，所述低品位余热可以是来自于系统外来的中低温热水或者烟气等，也可以是来自于焚烧炉尾部烟气的低温热。
优选地，所述系统还包括一烟气洗涤塔，所述烟气洗涤塔的底部设置一烟气进口、一循环水出口和一冷凝水排液口，顶部设置一排烟口和一循环水进口，所述焚烧炉的烟气出口与烟气洗涤塔底部的烟气进口连通，所述烟气洗涤塔底部的循环水出口通过管路经所述加热器的热侧后与所述烟气洗涤塔顶部的循环水进口连通，经循环水洗涤后的烟气从所述烟气洗涤塔顶部的排烟口排出，洗涤过程中从烟气中冷凝出的水经所述烟气洗涤塔底部的冷凝水排液口排出。
优选地，所述空气加湿塔的空气进口管路上设置有风机等增压设备。
优选地，所述空气加湿塔的空气进口管路上设置有空气预热器，所述空气预热器的热源为所述焚烧炉产生的高温烟气或高温热水。
优选地，所述含酚废水补液管路上设置有控制阀门，当所述循环含酚废水出口和/或循环含酚废水进口的含酚废水的浓度高于一设定值时，所述控制阀门开启，新的待处理含酚废水通过所述含酚废水补液口进入所述空气加湿塔中。
优选地，所述循环含酚废水出口与循环含酚废水进口之间的含酚废水循环管路上还设有循环泵。
优选地，所述加热器的热源也可以为如煤制油、煤制甲醇等煤化工过程或炼化等工业过程中存在的150℃以下的低品位热源。
本发明的高温分解处理含酚废水的系统中，焚烧炉的空气在进入焚烧炉前先进入空气加湿塔，在空气加湿塔中，空气与被加热的含酚废水直接接触，含酚废水部分蒸发而浓缩，空气被加热加湿，同时含酚废水中的部分酚蒸发后也进入到空气中。空气被加热加湿以后送入焚烧炉，同时被带入焚烧炉的还有被蒸发出来的酚蒸气。被加热的含酚废水与空气接触以后降温排出，温度降低以后的含酚废水再通过热源加热升温，经泵升压以后回到空气加湿塔，构成循环。随着含酚废水与空气接触蒸发浓缩，新的含酚废水补充到空气加湿塔中。
随湿空气带入焚烧炉的酚蒸气在炉中被高温分解，焚烧炉中燃料与空气反应释放的热量用于产生蒸汽以及预热空气。焚烧炉的排烟中含有大量的水蒸气，将烟气中的大部分潜热回收后作为热源加热含酚废水。
根据本发明的第二个发明目的，还提供了一种高温分解处理含酚废水的方法，所述方法在实施时利用本发明的上述系统，其特征在于，
利用设置在所述空气加湿塔底部的空气进口向所述空气加湿塔通入环境空气;利用设置在所述空气加湿塔底部的循环含酚废水出口、顶部的循环含酚废水进口形成一含酚废水循环单元，并通过在所述循环含酚废水出口和循环含酚废水进口之间的连通管路上设置的加热器对循环含酚废水进行加热;并利用设置在所述空气加湿塔底部的含酚废水补液口向所述空气加湿塔补充新的待处理的含酚废水;
所述空气加湿塔产生的含酚湿空气通过其顶部的含酚湿空气出口通入所述焚烧炉，在所述焚烧炉中，含酚湿空气中的酚蒸气在高温下分解并与氧气反应生成CO2和H2O，所述加热器的热源为低品位余热，所述低品位余热可以是来自于系统外来的中低温热水或者烟气等，也可以是来自于焚烧炉尾部烟气的低温热。
进一步地，所述焚烧炉产生的烟气通入所述烟气洗涤塔的底部，所述烟气洗涤塔底部的循环水出口通过管路经所述加热器的热侧后与所述烟气洗涤塔顶部的循环水进口连通，从而对所述加热器冷侧的循环含酚废水进行加热，经循环水洗涤后的烟气从所述烟气洗涤塔顶部的排烟口排出，洗涤过程中从烟气中冷凝出的水经所述烟气洗涤塔底部的冷凝水排液口排出。
本发明的原理是：
本发明处理含酚废水的原理是将含酚废水蒸发以后，成为蒸汽和气态的酚，蒸汽和气态酚在高温下(一般1100℃以上)停留后，酚被分解，从而实现含酚废水的处理。为了将含酚废水蒸发，本发明采用了含酚废水与空气直接接触蒸发的方法，当热的含酚废水与空气接触后，含酚废水表面的水蒸气压力以及酚蒸气的压力均高于其在空气中的分压力，所以水和酚会蒸发到空气中，蒸发所吸收的热来自于含酚废水的显热，该蒸发方式所需的热温度低，且含酚废水与空气接触的蒸发过程属于变温蒸发过程，仅需100℃以下的热就可以将含酚废水蒸发。空气与燃料燃烧产生的烟气中所含的水蒸气来自于两部分，一部分是湿空气带入焚烧炉，另一部分是燃料中的氢元素与空气中的氧反应生成的水蒸气，这使得焚烧炉的排烟中的水蒸气量大于进入焚烧炉的空气中的水蒸气量，即焚烧炉排烟中的潜热量大于含酚废水蒸发所吸收的潜热量，而且一般来讲，烟气的露点温度也高于进入焚烧炉的湿空气的露点温度，可以将排烟中水蒸气的潜热回收作为加热含酚废水的热源。因此，含酚废水蒸发并未直接消耗燃料燃烧产生的高温热，含酚废水蒸发所消耗的热主要来自于燃烧产生的水蒸气和含酚废水蒸发的水蒸气冷凝释放的潜热。基于上述原理，实现了低耗能或基本不消耗额外能量的含酚废水的高温热分解处理，大幅度降低含酚废水高温热处理的运行成本。
同现有技术相比，本发明的特点在于：
1)含酚废水蒸发所消耗的热仅需低品位热，该低品位热可以来自于各种工业过程中难以利用的热水等低温热源;
2)含酚废水蒸发所消耗的低温热也可以来自于含酚废水蒸发以后形成的水蒸气的潜热的回收;
3)本发明采用高温热分解的方法处理含酚废水，但是无需消耗高品位的燃料热，从而大幅度降低含酚废水处理的运行成本;
4)本发明含酚废水处理方法可以与现有的燃煤锅炉、燃气锅炉、窑炉、加热炉等结合，对其进行改造，实现含酚废水的低成本处理;
5)本发明不仅可以处理含酚废水，也能处理含其他可通过高温分解物质的废水的处理。