申请日2016.01.20
公开(公告)日2016.06.15
IPC分类号C02F9/10; C02F1/02; C02F1/72; C02F103/08
摘要
本发明涉及一种超临界水氧化废水预热纯化系统，含有污水泵、预热装置、纯化装置组成，在400℃以内，利用不同温度压力下的超临界状态分离不同物质，将废水中氯和钠分离出去，大大避免了对废水处理系统的设备腐蚀，提高材料的选择性，降低制造成本，分离出的物质高纯度回收利用，降低废水处理的成本。
权利要求书
1.一种超临界水氧化废水预热纯化系统，含有污水泵、1～6个预热装置、纯化装置组成，其特征在于：所述预热装置串联而成，预热温度呈阶梯状，温度范围为≤400℃，压力>8.26Mpa，该预热装置的温度升至100～250℃阶段，超临界分离废水中的含氯离子物质;预热装置升至250～400℃阶段，超临界分离废水中的含钠离子物质。
2.权利要求1所述预热装置，其特征在于1～3预热装置温度分别升至100℃、150℃、250℃，温度在150～250℃时，分离氯离子物质。
3.权利要求2所述预热系统，其特征在于所述氯离子物质为氯化氢。
4.权利要求1所述预热装置，其特征在于所选材料为不同材质的镍基金属。
5.权利要求1所述超临界预热纯化系统，其特征在于纯化装置纯化回收物质为高纯度氢氧化钠。
6.权利要求1所述预热纯化系统，在污水处理系统、海水淡化处理系统中的应用。
说明书
一种超临界水氧化废水预热纯化系统
技术领域：
本发明涉及一种废水的处理设备，特别涉及一种超临界水氧化废水预热纯化系统。
背景技术
超临界是指流体物质的一种特殊状态。当把处于汽液平衡的流体升温升压时，热膨胀引起液体密度减小，而压力的升高又使汽液两相的相界面消失，成为均相体系，这就是临界点。当流体的温度、压力分别高于临界温度和临界压力时就称为处于超临界状态。超临界流体具有类似气体的良好流动性，但密度又远大于气体，因此具有许多独特的理化性质。
水的临界点是温度374.3℃、压力22.064MPa，如果将水的温度、压力升高到临界点以上，即为超临界水，其密度、粘度、电导率、介电常数等基本性能均与普通水有很大差异，表现出类似于非极性有机化合物的性质。因此，超临界水能与非极性物质(如烃类)和其他有机物完全互溶，而无机物特别是盐类，在超临界水中的电离常数和溶解度却很低。同时，超临界水可以和空气、氧气、氮气和二氧化碳等气体完全互溶。
由于超临界水对有机物和氧气均是极好的溶剂，因此有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，反应不存在因需要相间转移而产生的限制。同时，400～600℃的高反应温度也使反应速度加快，可以在几秒的反应时间内，即可达到99%以上的破坏率。
超临界水氧化反应完全彻底：有机碳转化为CO2，氢转化为H20，卤素原子转化为卤离子，硫和磷分别转化为硫酸盐和磷酸盐，氮转化为硝酸根和亚硝酸根离子或氮气。而且超临界水氧化反应在某种程度上和简单的燃烧过程相似，在氧化过程中释放出大量的热量。由于超临界水氧化是在高温高压下进行的均相反应，反应速率快，停留时间短(可小于1min)，所以反应器结构简洁，体积小;适用范围广，可以适用于各种有毒物质、废水废物的处理;不形成二次污染，产物清洁不需要进一步处理，且无机盐可从水中分离出来，处理后的废水可完全回收利用;当有机物含量超过2%时，就可以依靠反应过程中自身氧化放热来维持反应所需的温度，不需要额外供给热量，如果浓度更高，则放出更多的氧化热，这部分热能可以回收。
目前，超临界水氧化法处理废水仍存在缺点，其高温高压的操作条件无疑对设备材质提出了严格的要求;另一方面，虽然已经在超临界水的性质和物质在其中的溶解度及超临界水化学反应的动力学和机理方面进行了一些研究，但是这些与开发、设计和控制超临界水氧化过程必需的知识和数据相比，还远不能满足要求;在实际进行工程设计时，除了考虑体系的反应动力学特性以外，还必须注意一些工程方面的因素，例如腐蚀、盐的沉淀、催化剂的使用、热量传递等。
在超临界水氧化环境中比通常条件下更易导致金属的腐蚀。高浓度的溶解氧、高温高压的条件、极端的pH值以及某些种类的无机离子均可使腐蚀加快。腐蚀会产生两个方面的问题，一是反应完毕后的流出液中含有某些金属离子(如铬等)，会影响处理的质量;二是过度的腐蚀会影响压力系统正常工作。在300～500℃、pH值2～9、氯化物浓度为400mg/L的条件下，对13种合金的腐蚀进行了实验研究。结果表明，在给定的温度范围内pH对腐蚀的影响不大。在300℃的亚临界状态下，由于水的介电常数和无机盐的溶解度均较大，主要以电化学腐蚀为主。当温度升至400℃以上时，水的介电常数和盐的溶解度迅速下降，这时以化学腐蚀为主。
在超临界水氧化中，往往在进料中加入碱中和过程中产生的酸和生成的盐，因超临界条件下无机物的溶解度很小，过程中会有盐的沉淀。某些盐的粘度较大，有可能会引起反应器或管路的堵塞。通过反应器形式的优化和适当的操作方式可予以部分地改善。对于某些高含盐体系可能需要预处理。
所以，超临界水氧化在处理有机废物方面越来越受到重视，其存在的现有技术中的缺陷亟待解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种超临界水氧化废水处理体系中的预热纯化体系，避免设备承受多种酸、碱和无机盐的综合腐蚀，解决处理系统的材料选择的局限性，设备可以根据的变化温度、腐蚀介质的情况来选择某种适应分离材料，根据分温度分段除去的酸碱选取相应的材料可以大大的降低制造成本;提取出的物质可以回收再利用，减少了运行的成本。
该超临界水氧化废水的预热纯化系统，含有污水泵、1～6个预热装置、纯化装置组成;
该超临界水氧化的预热纯化体系，是由两个及以上的预热装置串联组成，该预热体系的温度由进水端开始呈现阶梯状升温，温度范围为≤400℃，压力>8.26Mpa;
进一步，该超临界水氧化的预热体系，是由污水泵、1～6个预热装置、纯化装置组成，该预热装置的温度升至100～250℃阶段，超临界分离废水中的含氯离子物质;预热装置升至250～400℃阶段，超临界分离废水中的含钠离子物质;
进一步，预热装置的温度升至150～250℃阶段，超临界水氧化分离含氯离子物质;所述氯离子物质为氯化氢。
进一步，预热体系的特征还在于预热装置随着温度的升高采用了不同的镍基金属材料，以适应该体系分离提取出钠和氯元素;
进一步，预热装置与纯化装置和进一步的超临界水氧化有机废水装置相连，纯化装置主要纯化回收的分离出来的高纯度氢氧化钠。
由于传统的超临界水氧化工艺把废水中所有的产物都随着水进入预热阶段的容器和反应釜，这样就造成金属材料选择的一大难题，目前现有技术没有能够同时在高温、高压、高氧、含氯离子、含钠的复杂情况下采用同一金属来解决。
以上，本发明的预热体系提取出一些对金属材料不利的氯离子和盐(主要是一些氯离子和钠离子成分)，提取后的废水以纯度很高的、不含氯和盐的有机成分进入反应釜，这样就对整个工艺上的所有金属材料得到了飞跃性的改变;也使超临界水氧化设备制作在材料选择上有很大的余地，制作的成本也有很大的降低。
废水中的成分复杂，但是常见废水中对材料的腐蚀的酸类有盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、有机酸等。碱类有氢氧化钠、次氯酸钠、硝酸钠、氯化钠等。由于钠盐中常见的不同钠盐中都含氯这就意味着该水中酸，在300～500℃、pH值2～9、氯化物浓度为400mg/L的条件下，对多种合金的腐蚀进行了实验研究。结果表明，在给定的温度范围内pH对腐蚀的影响不大。在300℃的亚临界状态下，由于水的介电常数和无机盐的溶解度均较大，主要以电化学腐蚀为主。当温度升至400℃以上时，水的介电常数和盐的溶解度迅速下降，这时以化学腐蚀为主，由于该特性该专利主要是在400℃一下来完成分离。由于温度对无机盐的的影响很大，所以在近临界点或临界点附近的温度可以完成分离，但是取决温度，温度的变化影响无机盐的纯度，如果温度相差很大会形成很大的变化，如废水中含无极盐成份不是单一成分，那样分离出的无机盐的成就会产生复合成分。然而稍加提高温度后，无机盐的成分就发生了很大的变化由复合成分变为单一成分即：氢氧化钠。由废水中提取出来氢氧化钠后，对超临界水氧化设备整体运行成本是有效的节约。这样就形成废物回收利用的循环经济，也促进了工业生产着处理废水的热情。
以上，该发明不仅可以应用于废水处理系统中除去对设备的腐蚀性物质，还可以应用于海水淡化处理系统中除去氯化钠，对工业有着广泛应用前景。
以上，本发明相对于现有技术的突出优点在于：在400℃以内的预热体系中超临界分离纯化废水的氯和钠，大大减少了废水对超临界水氧化体系装置的腐蚀;预热体系分离纯化回收高纯度的氯化氢和氢氧化钠，避免了二次污染，减少污水处理的成本，降低了运行成本;同时，增加了超临界水氧化体系装置的材料选择性，和制造成本。