一種超臨界水氧化處理低揮發(fā)性有機廢水的系統(tǒng)與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能源與環(huán)境技術領域，特別涉及一種超臨界水氧化處理低揮發(fā)性有機廢水的系統(tǒng)與方法。
【背景技術】
[0002]高濃度(化學需氧量C0D>2000mg/L)、有毒、難降解有機廢水的處理是國內外公認的技術難題。傳統(tǒng)的有機廢水處理技術(如物化處理技術、生物處理技術、濕式氧化、焚燒等)存在成本高、降解率低、易衍生二次污染等問題。超臨界水氧化(Supercritical WaterOxidat1n，SCffO)作為一種新型的處理有機廢水的技術，是有效解決這一難題的方法之一。
[0003]超臨界水氧化是在超過水的臨界點(PC = 22.1MPa, TC = 374°C )的高溫高壓條件下，以空氣或其他氧化劑，將有機物進行“燃燒”氧化的方法。水的極性是溫度和壓力的函數，超臨界水是一種非極性溶劑。在超臨界水的環(huán)境下，有機物和氣體可完全互溶，氣液兩相的相界面消失，形成均一相體系，反應速度大大加快。在小于I分鐘甚至幾秒鐘的停留時間內，99.9%以上的有機物迅速燃燒氧化成C02、H20和其他無毒無害的終端產物。反應溫度一般在400 - 650°C，避免了 S02、N0x、二惡英等二次污染物的產生。
[0004]當前，腐蝕和鹽沉積是超臨界水氧化技術工業(yè)化推廣面臨的兩大技術難題。腐蝕主要源于超臨界水氧化反應過程中無機酸(如此1、!12504等)的形成及高溫、高壓、高氧濃度的反應條件；而無機鹽在超臨界水中幾乎不溶的特性會造成反應器和管路的堵塞。
[0005]目前，采用水膜反應器是綜合解決腐蝕和鹽沉積問題較為有效的方法。如申請?zhí)枮?00710113212.0的一種耐腐蝕防堵塞的超臨界水氧化反應器，申請?zhí)枮?01210376040.7的超臨界水氧化反應裝置和方法。這類反應器一般由承壓外殼和多孔內殼組成，有機廢液和氧化劑從反應器頂部注入，進行超臨界水氧化反應，從而產生高溫反應流體。低溫蒸發(fā)水從反應器側面注入到內殼與外殼之間的環(huán)隙；蒸發(fā)水可以平衡反應流體對多孔內殼的壓力，使多孔內殼無需承壓，同時避免承壓外殼與反應流體接觸；蒸發(fā)水通過多孔內殼滲入到反應器內并在多孔內壁形成一層亞臨界水膜，該水膜能阻止無機酸與壁面的接觸并能溶解在超臨界溫度反應區(qū)析出的無機鹽，可有效解決反應器內的腐蝕和鹽沉積問題。
[0006]水膜反應器雖然能很好地解決反應器內的腐蝕和鹽沉積問題，但是需要從反應器側面注入大量的蒸發(fā)水來保護多孔壁，并將反應流體冷卻至亞臨界溫度排出反應器。蒸發(fā)水的水質要求高，需要達到去離子水或蒸餾水的標準才能實現(xiàn)較好的水膜保護作用，這無疑增加了系統(tǒng)的運行成本；而在一些淡水資源緊缺的地區(qū)，該問題會更加嚴重。
[0007]為了保證超臨界水氧化反應初始化及系統(tǒng)穩(wěn)定運行，有機廢水需要預熱至超臨界溫度才能注入反應器。有機廢水在預熱段會發(fā)生熱解結焦，降低換熱設備的效率，甚至堵塞管路。當有機廢水含有無機鹽時，無機鹽極易在預熱段沉積，從而造成管路堵塞。

【發(fā)明內容】

[0008]有鑒于此，有必要針對上述問題，提供一種超臨界水氧化處理低揮發(fā)性有機廢水的系統(tǒng)。本發(fā)明為解決超臨界水氧化系統(tǒng)處理低揮發(fā)性含鹽有機廢水過程中的腐蝕和鹽沉積問題，并有利于降低系統(tǒng)的運行成本。
[0009]本發(fā)明采用的技術方案為:
[0010]本發(fā)明的超臨界水氧化處理低揮發(fā)性有機廢水的系統(tǒng)，包括低溫蒸餾系統(tǒng)，水膜反應系統(tǒng)，氣液分尚系統(tǒng)，電加熱器，供氧系統(tǒng)；
[0011]所述低溫蒸餾系統(tǒng)包括:低溫多效蒸餾器，含鹽有機廢水管道，冷卻回流系統(tǒng)，加熱循環(huán)系統(tǒng)，抽真空系統(tǒng)；
[0012]所述水膜反應系統(tǒng)包括水膜反應器；
[0013]所述氣液分離系統(tǒng)包括氣液分離器；
[0014]所述冷卻回流系統(tǒng)包括第一換熱器；冷卻水依次注入低溫多效蒸餾器和所述第一換熱器，產生的被加熱的冷卻水形成熱水對外輸出；
[0015]所述低溫多效蒸餾器頂端設有廢水進口通道與抽氣口，所述廢水進口通道用于連接含鹽有機廢水管道，所述抽氣口用于連接抽真空系統(tǒng)；所述低溫多效蒸餾器底部設有濃縮廢液出口通道與蒸餾水出口通道，所述濃縮廢液出口通道與所述蒸餾水出口通道均與水膜反應器相連通；
[0016]進一步的，所述蒸餾水出口通道連接蒸餾水增壓栗，然后分為上下兩條支路與水膜反應器側面相連接；上支路先經第五換熱器，再經電加熱器后連接水膜反應器上側壁；下支路經過第二調節(jié)閥后直接與水膜反應器下側壁相連接；
[0017]所述冷卻回流系統(tǒng)連接于所述低溫多效蒸餾器的冷卻水通道；所述加熱循環(huán)系統(tǒng)連接于所述低溫多效蒸餾器的熱源水通道；
[0018]所述抽真空系統(tǒng)包括真空栗；所述真空栗與所述低溫多效蒸餾器頂端的抽氣口連接;
[0019]進一步的，所述含鹽有機廢水管道經第二換熱器后，與低溫多效蒸餾器連接；
[0020]進一步的，所述加熱循環(huán)系統(tǒng)包括:循環(huán)栗，第二換熱器，第三換熱器；所述循環(huán)栗出口依次連接低溫多效蒸餾器、第二換熱器、第三換熱器連接，形成一個循環(huán)回路；
[0021]進一步的，所述真空栗用于抽除低溫多效蒸餾器內部的不凝性氣體；
[0022]進一步的，所述濃縮廢液出口通道依次經過廢液增壓栗增壓、第四換熱器后與水膜反應器連接；
[0023]所述供氧系統(tǒng)包括氧氣罐和與所述氧氣管連接的氧氣增壓栗，所述氧氣罐經過所述氧氣增壓栗后與所述水膜反應器連接；
[0024]所述水膜反應器頂端設置有兩個進口通道，其中一個進口為濃縮液進口通道，接入低溫多效蒸餾器中的濃縮廢液，另一個為氧氣進口通道，連接供氧系統(tǒng)；所述水膜反應器底端設置有反應流體出口通道，所述反應流體出口通道與氣液分離器相連接；
[0025]進一步的，所述水膜反應器中產生的反應流體由底端的反應流體出口通道流出后分為三條支路，第一支路經第三調節(jié)閥與第四換熱器連接；第二支路經第四調節(jié)閥與第五換熱器連接；第三支路連接第五調節(jié)閥；所述三條支路匯聚后，經第三換熱器、第一換熱器換熱后，與氣液分咼器連接；
[0026]所述氣液分離器與所述第一換熱器之間設置有背壓閥，所述背壓閥將經降溫后的反應流體降至常壓。
[0027]本發(fā)明的超臨界水氧化處理低揮發(fā)性有機廢水的方法，包括下述步驟:
[0028](I)廢水通過經預熱，然后進入低溫多效蒸餾器進行負壓多效蒸發(fā)；
[0029](2)抽真空系統(tǒng)將低溫多效蒸餾器內部的不凝性氣體抽出，實現(xiàn)其負壓工作條件；
[0030](3)低溫多效蒸餾器底部液體分離形成濃縮廢液與蒸餾水，所述濃縮廢液從低溫多效蒸餾器底部濃縮廢液出口通道排出，經增壓后進行初步預熱；經預熱后的濃縮廢液從水膜反應器的頂部濃縮液進口通道注入到反應器中；氧氣罐中的氧氣輸出經增壓后，由反應器頂部氧氣進口通道注入到反應器中；
[0031](4)濃縮廢液中的有機物和氧氣在水膜反應器中進行超臨界水氧化反應；低溫多效蒸餾器底部產生的蒸餾水從蒸餾水出口通道排出，作為水膜反應器的蒸發(fā)水進行利用，蒸發(fā)水先增壓，然后分為上下兩條支路從水膜反應器側面注入:上支路蒸發(fā)水先經預熱，再經電加熱器加熱后進入水膜反應器上側壁；下支路經過調節(jié)閥后直接進入水膜反應器下側壁；
[0032](5)在水膜反應器反應后的濃縮廢液變成反應流體排出反應器，所述反應流體排出水膜反應器后分為三條支路:第一支路反應流體經熱器換熱，對濃縮廢液進行預熱；第二支路反應流體流經熱器換熱，對上支路蒸發(fā)水進行預熱；第三支路為反應流體多余熱量，通過調節(jié)閥調節(jié)后從直流通路流出；
[0033](6)隨后三條支路的反應流體重新匯流，于換熱器中對加熱循環(huán)系統(tǒng)的熱源水進行加熱，隨后反應流體進一步于換熱器中與冷卻水進行換熱，回收反應流體余熱；降至常溫的反應流體降至常壓后進入氣液分離器，達標的氣體和液體直接排放。
[0034]本發(fā)明的有益效果為:
[0035]本發(fā)明首先通過低溫多效蒸餾濃縮含鹽有機廢水，廢水蒸餾過程中，水蒸發(fā)而有機物和無機鹽幾乎不蒸發(fā)，濃縮液中有機物濃度成倍甚至數倍增加，同時低溫蒸餾過程(<70°C )避免濃縮過程無機鹽的結垢問題；隨后濃縮液注入水膜反應器進行超臨界水氧化反應，高濃度的反應條件下可形成熱液火焰，從而實現(xiàn)含鹽有機廢水低溫甚至常溫注入反應器，并保證超臨界水氧化反應的穩(wěn)定，解決含鹽有機廢水在預熱段的堵塞問題；蒸餾過程產生的蒸餾水，其含鹽量極低(〈lOppm)，可直接作為水膜反應器的蒸發(fā)水，蒸發(fā)水在水膜反應器內形成水膜，從而保護反應器，降低系統(tǒng)運行成本。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明超臨界水氧化處理低揮發(fā)性有機廢水的系統(tǒng)的結構示意圖。
[0037]圖1中標記:
[0038]第二換熱器I;低溫多效蒸餾器2;真空栗3;廢液增壓栗4;
[0039]第一調節(jié)閥5;第四換熱器6;氧氣罐7;氧氣增壓栗8