申请日2011.06.16
公开(公告)日2011.11.23
IPC分类号C02F9/04; C02F1/38; C02F1/72
摘要
本发明公开了一种高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统，通过第二换热器部分回收反应后流体的热量去预热进料，通过蒸汽发生器产生蒸汽回收反应器后流体的热量，有效降低系统投资和运行成本;通过设置水力旋流器、第一贮盐罐、第二贮盐罐、第一和第二管道过滤器、高压充水泵，可以保证处理系统的降压要求，降低第一管和第二管道过滤器的堵塞频率，能够连续脱出和排除非溶解性的盐，同时配合系统中流体流速控制在1～2m/s，进一步有效降低非溶解性的盐和超临界水条件下析出的溶解性无机盐的沉积和堵塞。此外，对系统中接触高含盐高含氯有机废水的设备和输运管路选用复合管制作，可以有效降低系统的腐蚀问题，同时降低设备投资成本。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统，其特征在于： 包括低温液氧泵，低温液氧泵的入口与低温液体贮槽相连，出口与汽化器壳 侧的入口端相连，汽化器壳侧的出口与缓冲罐的入口连通，缓冲罐的出口与 氧气预热器壳侧的入口相连，氧气预热器壳侧的出口连接混合器的一个入口; 该混合器的另一个入口连接第二加热炉的出口，第二加热炉的入口连接第一 换热器管侧的出口，第一换热器管侧的入口与高压物料泵的出口相连，高压 物料泵的入口与储料罐的出口相连，储料罐的入口与有机废水进料管路连接; 所述混合器的出口与管式反应器的入口相连，管式反应器的出口与氧气预热 器管侧的入口相连，氧气预热器管侧的出口与蒸汽发生器管侧的入口连接， 蒸汽发生器管侧的出口与水力旋流器的入口相连，水力旋流器底部的出口与 第二换热器管侧的入口相连，第二换热器管侧的出口分成两路，一路与第一 贮盐罐入口相连，另一路与第二贮盐罐入口相连;第一贮盐罐和第二贮盐罐 的入口均与高压充水泵的出口相连，第一贮盐罐和第二贮盐罐的顶部出口均 与第一管道过滤器的入口相连，第一管道过滤器的出口连接第一背压阀的入 口，第一背压阀的出口与集液箱的入口相连，集液箱底部的出口与高压充水 泵的入口相连，集液箱顶部的出口与无污染排放管道连接;所述水力旋流器 顶部的出口与第三换热器管侧的入口相连，第三换热器管侧的出口与第二管 道过滤器的入口相连，第二管道过滤器的出口与第二背压阀的入口端连接， 第二背压阀的出口与低压汽液分离器的入口连接，低压汽液分离器顶部的气 体出口连接气体收集管道，低压汽液分离器底部的液体出口与汽化器管侧的 入口相连，汽化器管侧的出口与集液箱的入口连接。
2.如权利要求1所述的高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统， 其特征在于：所述的第二加热炉的入口同时与一个第一加热炉的出口连接， 第一加热炉的入口与第一换热器管侧的出口相连。
3.如权利要求1所述的高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统， 其特征在于：所述储料罐的出口与一个低压循环泵的入口相连，低压循环泵 的出口与第二换热器壳侧的入口相连，第二换热器壳侧的出口连接储料罐的 入口。
4.如权利要求1所述的高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统， 其特征在于：所述的第一换热器壳侧入口与第三换热器壳侧的出口相连，第 一换热器壳侧的出口与一个导热油箱的入口连接，导热油箱出口与一个导热 油泵的入口连接，导热油泵的出口连接第三换热器壳侧的入口。
5.如权利要求1所述的高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统， 其特征在于：所述的蒸汽发生器壳侧的出口连接蒸汽输出管道，蒸汽发生器 的入口与一个清水泵的出口相连，清水泵的入口与一个清水储罐的出口相连， 清水储罐的入口连接自来水管道。
6.如权利要求1所述的高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统， 其特征在于：所述的管式反应器采用复合管制作，外层金属为TP347H或316， 内层金属为因康镍儿625或C276，管式反应器分节布置，节与节中间通过法 兰安装。
说明书 [支持框选翻译]
高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统
技术领域
本发明涉及一种利用超临界水作为反应介质对高含盐高含氯有机废水进 行无害化处理的系统。
背景技术
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)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。水在超临界状态下具有特 殊的性质，只含有少量的氢键，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系 数和低的粘度，是一种良好的反应介质。SCW能与有机物、氧气、氮气等完 全互溶，发生均相反应，消除了相界面间的传质阻力，加快了传质速率，大 大缩短了反应时间。此外，无机盐类在SCW中的溶解度极低，很容易被分离 出来。
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是利用水在 超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在SCW中迅速发生均相 氧化反应来彻底分解有机物，生成CO2、N2、H2O等无害化的小分子化合物 和无机盐。SCWO特点表现在：在几秒至几分钟内有机物的分解率可达99% 以上;无机盐类在SCW中的溶解度极低，容易被分离出来，处理后的液体为 洁净的水;当有机废水中有机物质量浓度超过2%时，可以依靠反应放热维持 系统热量平衡，无需外界补充热量;设备体积小、安全性好、符合封闭性要 求。
虽然超临界水氧化技术已经取得了很大进步，但是当处理对象为高含盐 高含氯有机废水水时(其中总盐量质量浓度高达6.5%，氯离子质量浓度高达 3000mg/L)，仍然存在几方面需要解决的问题，表现在：
1)SCWO中苛刻的反应条件(高反应温度、高反应压力、过量氧化剂、 高浓度盐量和氯离子等)加剧了系统材料的腐蚀，腐蚀特别发生在反应器、 换热器、加热炉等系统重要的设备中。目前，针对高含氯的有机废水，普通 奥式体不锈钢316作为设备材料会遭受严重的腐蚀问题，出现严重的斑蚀和 应力腐蚀裂纹，反应器制作材料选用不锈钢316时要求有机废水中氯离子浓 度不能高于300mg/L。系统中反应器等重要设备的腐蚀不仅会降低设备的使 用寿命，影响反应系统的安全可靠运行，而且腐蚀产物进入处理后的液体产 物，会影响SCWO最终处理效果。现有的研究表明：双相不锈钢用在300℃ 以下的亚临界条件下具有良好的耐氯离子腐蚀性能，钛合金用在300℃以上的 亚临界条件下具有良好的耐离子腐蚀性能，而镍基合金因康镍儿625、C276 贵金属铂等贵金属在超临界水条件下具有良好的耐氯离子腐蚀性能，但这些 材料价格相对昂贵。此外，现有的用于防腐蚀的蒸发壁式反应器结构和控制 较为复杂。因此，针对高含盐高含氯有机废水SCWO系统需要解决腐蚀问题， 并简化系统组成和反应器结构。
2)盐在SCW中的溶解度极低，通常小于100mg/L，盐在SCW中会析出、 沉积在反应器的内壁面上。当高含盐流体在低流速条件下析出大颗粒度盐时， 内径较小的管式反应器或过程输运管路特别容易堵塞。当由于盐沉积引起反 应器、输运管路等部位堵塞时，必须停止系统，进行清洗，然后再启动运行， 这将严重影响系统的可靠运行，增加了运行成本。此外，反应过程中生成或 团聚的不溶解性盐经过背压阀时会使背压阀磨损、堵塞，尽管在背压阀前设 置过滤器，但针对高含盐的有机废水，过滤器特别容易堵塞，进而影响系统 的可靠运行。此外，盐沉积也会加快反应器、输运管路等部位的腐蚀速率， 导致换热器中换热面的传热恶化。因此，有效避免盐沉积、脱除非溶解性的 盐，是高含盐高含氯有机废水SCWO系统的连续可靠运行的保证。受复杂的 进料特性和苛刻反应条件的限制，现有的除盐方法(电渗析、反渗透、离子 交换、电吸附等)难以用在高含盐高含氯有机废水SCWO系统中，高含盐高 含氯有机废水SCWO系统的可靠运行需要更为简单、高效、方便的除盐设备 和脱盐方法。
SCWO过程是一个放热反应，当进料中有机物的质量分数超过2%时就能 实现自热。但是进行高含盐高含氯有机废水超临界水氧化处理时，由于高温、 高压、高含盐、高含氯条件下系统中设备和管路的腐蚀较为严重，需要采用 价格昂贵的耐腐蚀材料，致使系统造价较高，且运行费用较高。因此，高含 盐高含氯有机废水SCWO系统在解决腐蚀问题的基础上需要优化系统结构， 有效降低系统的投资，并通过能量的回收及优化有效降低系统的运行成本。
因此，针对高含盐高含氯有机废水SCWO系统的开发，需要解决系统设 备和管路的腐蚀和堵塞问题，并有效降低系统投资和运行成本。
发明内容
本发明的目的是解决背景技术中高含盐高含氯有机废水SCWO系统所涉 及的设备和管路腐蚀及堵塞问题，提供一种适用于处理高含盐高含氯有机废 水的超临界水氧化系统，有效降低系统投资和运行成本。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统，其特征在于：包 括低温液氧泵，低温液氧泵的入口与低温液体贮槽相连，出口与汽化器壳侧 的入口端相连，汽化器壳侧的出口与缓冲罐的入口连通，缓冲罐的出口与氧 气预热器壳侧的入口相连，氧气预热器壳侧的出口连接混合器的一个入口; 该混合器的另一个入口连接第二加热炉的出口，第二加热炉的入口连接第一 换热器管侧的出口，第一换热器管侧的入口与高压物料泵的出口相连，高压 物料泵的入口与储料罐的出口相连，储料罐的入口与有机废水进料管路连接;
所述混合器的出口与管式反应器的入口相连，管式反应器的出口与氧气 预热器管侧的入口相连，氧气预热器管侧的出口与蒸汽发生器管侧的入口连 接，蒸汽发生器管侧的出口与水力旋流器的入口相连，水力旋流器底部的出 口与第二换热器管侧的入口端相连，第二换热器管侧的出口分成两路，一路 与第一贮盐罐入口相连，另一路与第二贮盐罐入口相连;
第一贮盐罐和第二贮盐罐的入口均与高压充水泵的出口相连，第一贮盐 罐和第二贮盐罐的顶部出口均与第一管道过滤器的入口相连，第一管道过滤 器的出口连接第一背压阀的入口，第一背压阀的出口与集液箱的入口相连， 集液箱底部的出口与高压充水泵的入口相连，集液箱顶部的出口与无污染排 放管道连接;
所述水力旋流器顶部的出口与第三换热器管侧的入口相连，第三换热器 管侧的出口与第二管道过滤器的入口相连，第二管道过滤器的出口与第二背 压阀的入口端连接，第二背压阀的出口与低压汽液分离器的入口连接，低压 汽液分离器顶部的气体出口连接气体收集管道，低压汽液分离器底部的液体 出口与汽化器管侧的入口相连，汽化器管侧的出口端与集液箱的入口端连接。
上述方案中，所述的第二加热炉的入口同时与一个第一加热炉的出口连 接，第一加热炉的入口与第一换热器管侧的出口相连。
所述储料罐的出口与低压循环泵的入口相连，低压循环泵的出口与第二 换热器壳侧的入口相连，第二换热器壳侧的出口连接储料罐的入口。
所述的第一换热器壳侧入口与第三换热器壳侧的出口相连，第一换热器 壳侧的出口与一个导热油箱的入口连接，导热油箱出口与一个导热油泵的入 口连接，导热油泵的出口连接第三换热器壳侧的入口。
所述的蒸汽发生器壳侧的出口连接蒸汽输出管道，蒸汽发生器的入口与 一个清水泵的出口相连，清水泵的入口与一个清水储罐的出口相连，清水储 罐的入口连接自来水管道。
所述的管式反应器采用复合管制作，外层金属为TP347H或316，内层金 属为因康镍儿625或C276，管式反应器分节布置，节与节中间通过法兰安装。
本发明系统的优点是：
1、系统中通过设置水力旋流器利用其离心分离作用可以将反应后流体中 的颗粒度5微米以上的大量固体盐颗粒分离出来，可以有效防止后续管道过 滤器的堵塞频率，满足后续背压阀的降压需求，同时将反应过程生成或团聚 的不溶解性盐在贮盐罐进行富集。从水力旋流器顶部流出的洁净流体进入第 三换热器管侧，可有效降低第三换热器结垢堵塞的风险，减少盐沉积对换热 器换热效率的影响，保证了系统长期运行的可靠性。从水力旋流器底部流出 的含有大量固体盐颗粒的浓盐水进入第二换热器的管层，然后再进入第一贮 盐罐或第二贮盐罐，通过设置第一贮盐罐、第二贮盐罐、高压充水泵、电动 截止阀可以实现系统在连续运行过程的除盐操作，可以利用集液箱中最终处 理后的液体稀释浓盐水，实现少量浓盐水的无害化排放。浓盐水在第一贮盐 罐或第二贮盐罐进行沉淀后，不含或含有极少量固体微小颗粒的浓盐水从贮 盐罐顶部出口流出进入第一管道过滤器，可以有效避免第一管道过滤器的堵 塞频率，有效避免系统堵塞的风险。此外，管式反应器、输运管道等部位的 流体流速设计为1～2m/s，通过高的流体流速可以携带和冲刷盐颗粒，有效避 免盐沉积问题，进而有效防止堵塞，提高系统运行的可靠性。
2、为降低高含盐高含氯有机废水超临界水氧化处理系统的投资和运行成 本，系统管式反应器、第二加热炉等设备和输运管道材料选用复合管。外层 金属采用价格低廉的耐压耐温材料，内层金属采用防氯离子腐蚀的耐腐蚀金 属材料。其次，设置两个加热炉，第一加热炉属于低温加热炉，只用在系统 启动时，由于加热温度低，第一加热炉里面的换热盘管材料要求低，造价低， 且系统正常运行时高含盐高含氯有机废水不经过第一加热炉，提高了系统运 行可靠性和设备投资。再次，为了降低相对高价格的双相不锈钢用量，通过 利用中间换热器介质导热油进行热量回收，设置导热油箱、导热油泵、第一 换热器和第三换热器，第一换热器和第三换热器管侧材料采用双相不锈钢， 壳侧材料可以选用价格低廉的15CrMo。这显著降低了利用一个材料全部为双 相不锈钢换热器的设备投资。此外，通过第二换热器回收水力旋流器底部流 体的热量去预热进料，通过蒸汽发生器回收系统反应热，产生179.14℃，1MPa， 干度0.5的饱和蒸汽，出售获得收益，从而有效降低系统的运行成本。