申请日2009.06.05
公开(公告)日2009.11.18
IPC分类号C02F9/10
摘要
本发明属于环境保护领域，涉及利用超临界水作为反应介质对高浓度难生化降解的有机废水/城市污泥等废有机物液体进行无害化处理和资源化利用，公开了一种废有机物的超临界水处理系统的操作方法。该操作方法包含准备阶段、预热阶段、运行阶段和停车阶段，通过加热、自热、模拟运行，快速平滑地实现废有机物的超临界水处理系统的投运与停车，节能高效，并避免了系统堵塞与腐蚀的问题。
权利要求书
1、一种废有机物的超临界水处理系统的操作方法，所述废有机物的超临 界水处理系统包括：
反应单元，包含垂直布置的混合器、内置蒸发壁的逆流罐式的反应器、 脱盐除渣装置、贮盐池，所述混合器的物料出口端连通反应器的物料入口端， 反应器底部的排盐出口端与脱盐除渣装置的入口端连通，脱盐除渣装置的底 部出口端与贮盐池的入口端连通;所述反应器内设置有换热盘管;
供氧单元，包含液氧贮槽、液氧泵、液氧汽化器、用于预热氧气的第一 换热器，并依次串联组成供氧通路，向混合器氧气入口端提供氧气;
供料单元，包含储料箱、第一高压计量泵、第一电加热器，并依次串联 组成物料通路，向混合器的物料入口端提供物料;
气体收集单元，包含高压汽液分离器，依次连通高压汽液分离器的顶部 出口端的第一背压阀和氢气瓶，第一低压汽液分离器，设置在高压汽液分离 器底部出口端与第一低压汽液分离器顶部入口端之间的第二背压阀，第二低 压汽液分离器，分别连通第一、第二低压汽液分离器顶部出口端的二氧化碳 干燥器，依次连通二氧化碳干燥器的二氧化碳增压泵和二氧化碳气瓶;
第一蒸发壁水供应单元，包含依次连通第一低压汽液分离器底部出口端 的第一集液箱、第二高压计量泵、预热第一集液箱所提供的蒸发壁水的第三 换热器、第二电加热器，第二电加热器的出口端分为三路，一路与混合器的 蒸发壁水的入口端连通，另一路与反应器顶部的蒸发壁水入口端连通，第三 路与反应器中部的蒸发壁水入口端连通;
第二蒸发壁水供应单元，包含依次连通第二低压汽液分离器底部出口端 的第二集液箱、第三高压计量泵、预热第二集液箱所提供蒸发壁水的第二换 热器;第二换热器的蒸发壁水出口端连通反应器的底部蒸发壁水入口端;
所述反应器的反应出口端连通第三换热器的热源入口端，所述第三换热 器的热源出口端连通高压汽液分离器的入口端;所述脱盐除渣装置的上部出 口端的流体作为热源依次流经第一换热器、第二换热器，并通过第三背压阀 流入第二低压汽液分离器;
其特征在于，所述操作方法包括以下步骤：
(1)设置辅助管路，在第三换热器的热源入口端与脱盐除渣装置的底部 出口端之间设置有连通的第一辅助管路;在第一高压计量泵入口和第一集液 箱之间设置有连通的第二辅助管路;
(2)准备阶段，向第一集液箱充注洁净水，开启第二辅助管路，依次启 动第一高压计量泵、第一电加热器，向反应器和排盐除渣装置充入有洁净水; 再启动第二高压计量泵、第二电加热器，向反应器内注入蒸发壁水;首先进 行系统排空，系统排空后，关闭反应器的顶部出口端，开启第第一辅助管路， 构成洁净水循环预热通路，并调节第一背压阀、第二背压阀，使反应器和排 盐除渣装置的压力稳定在设定的超临界水压力;待反应器和脱盐除渣装置中 的洁净水温度预热到超临界水温度后，打开反应器的顶部出口端，关闭第一 辅助管路和第二辅助管路;
(3)升温阶段，首先启动液氧泵、液氧汽化器和第一换热器，通过液氧 汽化器汽化液氧为氧气，通入第一换热器预热后再进入混合器;同时，在储 料箱中加入有机溶液，向混合器的物料入口端提供有机溶液;然后依次投入 气体收集单元、第二蒸发壁水供应单元以及第二换热器;有机溶液在反应器 内反应分解，放出热量来加热反应器顶部的流体，并控制第一电加热器和第 二电加热器，使反应器顶部流体加热到设定反应温度;
(4)运行阶段，将待处理物料加入储料箱，正常运行废有机物的超临界 水处理系统;
(5)停车阶段，待处理物料处理完成后，开启第二辅助管路，关闭反应 器出口端，继续通入氧气氧化滞留在反应器中的有机物;0.2～0.8小时后， 关闭液氧泵，停止供应氧气，关闭第一电加热器、第二电加热器，并调节第 二背压阀，逐步降压冷却。
2、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理系统的操作方法， 其特征在于，所述有机溶液为乙醇或丙醇水溶液。
说明书
废有机物的超临界水处理系统的操作方法
技术领域
本发明属于环境保护领域，涉及利用超临界水作为反应介质对高浓度难 生化降解的有机废水/城市污泥等废有机物液体进行无害化处理和资源化利 用，特别涉及一种废有机物的超临界水处理系统的操作方法。
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(T=374.15℃，P=22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气 态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具 有高的扩散系数和低的粘度。在足够高的压力下，有机物、氧气能按任意比 例与SCW互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质、传热的 阻力，并且无机物特别是盐类在SCW中的溶解度极低，容易将其分离出来。
有机物超临界水处理技术包括超临界水氧化技术(简称SCWO)、超临界水 部分氧化技术(简称SCWPO)和超临界水气化技术(简称SCWG)，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超临界水中迅速发生 氧化反应来彻底分解有机物，SCWO是以有机物无害化处理为终极目标。 SCWPO是利用超临界水的独特物理化学性质，在提供部分氧化剂的前提下， 使有机物分解生成以氢气为主的一种可燃性气体。SCWG是利用超临界水独特 的物理化学性质，在不加氧化剂的条件下，有机物在超临界水中发生水解、 热解等反应，生成以氢气为主的一种可燃性气体。SCWPO和SCWG是以有机 物转化产生氢气为终极目标。总之，超临界水处理技术是利用超临界水对有 机物和氧化剂都是良好溶剂的特殊性质，在提供不同数量氧化剂的前提下有 机物在超临界水环境中进行均相反应，迅速、完全、彻底地将有机物结构深 度破坏，转化成无害的CO2、H2(SCWPO和SCWG)和H2O等无害化的小分子 化合物。
但是，高温高压的运行条件对超临界水处理系统的操作方法提出了严格 的要求，目前主要存在的问题有：启动能耗大，启动速度慢;启动时进料中 的盐分难以被脱除，容易发生堵塞;且启动过程中有酸生成，容易引发设备 腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废有机物的超临界水处理系统的操作方法， 能够减少反应器和管路的盐沉积、堵塞、腐蚀，而且启动快、能耗低。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种废有机物的超临界水处理系统的操作方法，所述废有机物的超临界 水处理系统包括：
反应单元，包含垂直布置的混合器、内置蒸发壁的逆流罐式的反应器、 脱盐除渣装置、贮盐池，所述混合器的物料出口端连通反应器的物料入口端， 反应器底部的排盐出口端与脱盐除渣装置的入口端连通，脱盐除渣装置的底 部出口端与贮盐池的入口端连通;所述反应器内设置有换热盘管;
供氧单元，包含液氧贮槽、液氧泵、液氧汽化器、用于预热氧气的第一 换热器，并依次串联组成供氧通路，向混合器氧气入口端提供氧气;
供料单元，包含储料箱、第一高压计量泵、第一电加热器，并依次串联 组成物料通路，向混合器的物料入口端提供物料;
气体收集单元，包含高压汽液分离器，依次连通高压汽液分离器的顶部 出口端的第一背压阀和氢气瓶，第一低压汽液分离器，设置在高压汽液分离 器底部出口端与第一低压汽液分离器顶部入口端之间的第二背压阀，第二低 压汽液分离器，分别连通第一、第二低压汽液分离器顶部出口端的二氧化碳 干燥器，依次连通二氧化碳干燥器的二氧化碳增压泵和二氧化碳气瓶;
第一蒸发壁水供应单元，包含依次连通第一低压汽液分离器底部出口端 的第一集液箱、第二高压计量泵、预热第一集液箱所提供的蒸发壁水的第三 换热器、第二电加热器，第二电加热器的出口端分为三路，一路与混合器的 蒸发壁水的入口端连通，另一路与反应器顶部的蒸发壁水入口端连通，第三 路与反应器中部的蒸发壁水入口端连通;
第二蒸发壁水供应单元，包含依次连通第二低压汽液分离器底部出口端 的第二集液箱、第三高压计量泵、预热第二集液箱所提供蒸发壁水的第二换 热器;第二换热器的蒸发壁水出口端连通反应器的底部蒸发壁水入口端;
所述反应器的反应出口端连通第三换热器的热源入口端，所述第三换热 器的热源出口端连通高压汽液分离器的入口端;所述脱盐除渣装置的上部出 口端的流体作为热源依次流经第一换热器、第二换热器，并通过第三背压阀 流入第二低压汽液分离器;
其特征在于，所述操作方法包括以下步骤：
(1)设置辅助管路，在第三换热器的热源入口端与脱盐除渣装置的底部 出口端之间设置有连通的第一辅助管路;在第一高压计量泵入口和第一集液 箱之间设置有连通的第二辅助管路;
(2)准备阶段，向第一集液箱充注洁净水，开启第二辅助管路，依次启 动第一高压计量泵、第一电加热器，向反应器和排盐除渣装置充入有洁净水; 再启动第二高压计量泵、第二电加热器，向反应器内注入蒸发壁水;首先进 行系统排空，系统排空后，关闭反应器的顶部出口端，开启第第一辅助管路， 构成洁净水循环预热通路，并调节第一背压阀、第二背压阀，使反应器和排 盐除渣装置的压力稳定在设定的超临界水压力;待反应器和脱盐除渣装置中 的洁净水温度预热到超临界水温度后，打开反应器的顶部出口端，关闭第一 辅助管路和第二辅助管路;
(3)升温阶段，首先启动液氧泵、液氧汽化器和第一换热器，通过液氧 汽化器汽化液氧为氧气，通入第一换热器预热后再进入混合器;同时，在储 料箱中加入有机溶液，向混合器的物料入口端提供有机溶液;然后依次投入 气体收集单元、第二蒸发壁水供应单元以及第二换热器;有机溶液在反应器 内反应分解，放出热量来加热反应器顶部的流体，并控制第一电加热器和第 二电加热器，使反应器顶部流体加热到设定反应温度;
(4)运行阶段，将待处理物料加入储料箱，正常运行废有机物的超临界 水处理系统;
(5)停车阶段，待处理物料处理完成后，开启第二辅助管路，关闭反应 器出口端，继续通入氧气氧化滞留在反应器中的有机物;0.2～0.8小时后， 关闭液氧泵，停止供应氧气，关闭第一电加热器、第二电加热器，并调节第 二背压阀，逐步降压冷却。
本发明的进一步改进在于：所述有机溶液为乙醇或丙醇水溶液。
本发明的操作方法中，首先开启在第一高压计量泵入口和第一集液箱之 间设置的第一辅助管道，构成洁净水循环通路，通入洁净水，保证系统的管 路预先安全达到反应器工作时的超临界压力;开启第一电加热器、第二电加 热器使反应器和脱盐除渣装置中的流体温度达到设定超临界水温度;防止了 反应器和管路的堵塞和腐蚀问题;其次，通入有机溶液，其热值等于待处理 的真实物料，通过有机溶液的完全分解，自热反应器的中心流体，满足真实 废有机物反应条件，使系统启动能耗降低到最少;第三，投入真实废有机物 物料，使系统平滑进入正常运行阶段;最后，在停车阶段，开启在第一高压 计量泵入口和第一集液箱之间设置的第二辅助管道，并持续通入氧气氧化滞 留在反应器中的有机物，达到清洗系统、方便系统的重复开启、减小系统运 行故障率的目的。
本发明的操作方法在准备阶段，充分利用加热能量，能耗低;在升温阶 段，利用有机溶液加强升温，价格低廉，升温快，不含盐分不堵塞系统，不 产生酸性物质不腐蚀系统，而且模拟了反应过程，检验了反应系统的安全性。 综上所述，本发明的操作方法具有突出的特点和显著的效果。