印染污泥的超临界水氧化处理系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种印染污泥的超临界水氧化处理系统及工艺，通过污泥加热器预加热污泥来降低污泥粘度，进而提高污泥流动性；通过甲醇辅热作为启动阶段的系统预热热源，避免物料直接加热而导致的管道结焦堵塞问题；通过控制流体流速来防止固体颗粒在系统输运管道中的沉积和堵塞，提高系统运行的安全可靠性。通过毛细管结合调节阀的方式来实现系统降压，克服了大压降条件下固体颗粒对降压阀门的磨蚀或堵塞，并且可以实现系统压力的精确控制。通过预热污泥和产生蒸汽的方式回收有机物的氧化放热，进行能量梯级利用，实现能量利用率最大化，提升系统经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护及化工领域，特别涉及一种超临界水处理系统及工艺。
技术介绍
纺织印染业的废水水量大、色度高、水质变化大、可生化性差。2013年，我国纺织印染业的废水排放量达到了21.5亿吨，占本年度工业废水排放量的11.2％。其中印染废水占纺织印染业废水的80％，是一种难处理的有机工业废水。对印染废水的传统处理方法主要有物化法与生物处理法。但是传统处理方法的主要问题在于处理过程中会产生二次污染物印染污泥，每处理1000吨印染废水将产生10～30吨湿污泥(含水率97％)。并且印染污泥中含有染料、浆料、助剂等，成分非常复杂，其中染料的结构具有硝基和氨基化合物及铜、铬、锌、砷等重金属元素，具有较大的生物毒性，对环境的污染很强，属于危险废物。印染污泥已经成为我国一个严重的环境问题。目前，对印染污泥的处置方法包括填埋法、焚烧法、土地利用法、厌氧消化法、湿式氧化法等。但是填埋法处置印染污泥侵占土地严重，并且会污染地下水。焚烧法要消耗大量的能源，处理成本高，并且过程中会产生二次污染无NOx、SOx、二噁英等。土地利用法的堆肥效率低，污染物还可能通过食物链进入人体。厌氧消化法的工艺复杂，一次性投资大，运行有难度，最终仍需要卫生填埋。湿式氧化法的反应速度慢，处理不彻底(去除率70～90％)，还需要后续处理。因此需要开发一种工艺简单、处理效果好、占地面积小、设备投资和运行费用低，具有应用前景的印染污泥新型处理工艺。超临界水氧化技术(SupercriticalWaterOxidation，简称SCWO)是利用水在超临界状态(Tc＝374℃,Pc＝22.1MPa)下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂完全溶于超临界水中，并迅速发生均相氧化反应，迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO2、N2、H2O等小分子化合物。和传统有机废物的处理技术相比具有明显的技术优势：1)反应彻底、处理效率高；2)反应系统封闭，不会产生二次污染。3)反应速率极高，有机物完全去除所需停留时间很短，因此反应器的体积小，整个装置的占地面积少；4)当有机物含量超过3wt％时，可依靠反应过程中自身释放的热量来维持系统热量平衡，不需外界添加辅助热量，富裕热量还可以回收利用。SCWO技术在美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中被定义为最有前途的废物处理技术。目前，超临界水氧化处理技术已经成功应用于对城市污泥的处置领域中。2002年瑞典ChematurEngineeringAB公司开发了168m3/d的城市污泥超临界水氧化处理装置。2013年美国SuperWaterSolutions公司建成处理量约100t/d的城市污泥超临界水氧化处理装置，污染物去除率达到99％以上，充分证明了超临界水氧化技术处置有机污泥的可行性。虽然超临界水氧化技术已经取得了很大的进步，但是在系统可靠性方面仍存在一系列的问题：(1)通过超临界水氧化反应降解有机污染物，就要将物料加温加压至水的临界点以上。除了系统正常运行过程中有机污染物自身放热可满足反应器物料预热需求外，在系统启动阶段仍需要大量的燃料供应。现有的超临界水氧化装置一般采用燃气炉直接加热有机物物料的方式，但是污染物中一般含有高分子难降解有机物，在加热过程中容易发生结焦积碳反应，所产生的焦油或焦炭粘附在管道壁面，会引起管道传热恶化，还可能造成燃气炉管道堵塞，严重影响了燃气炉的安全可靠运行。(2)水的离子积和介电常数在超临界区附近显著降低，使超临界条件的水变为非极性溶剂。污泥中不仅含有不溶性惰性固体，另外可溶性无机盐在超临界水中溶解度明显降低，进而从水中析出以固体颗粒的形态存在。这些固体颗粒在系统中流动会导致输运管道或设备堵塞，严重影响系统的安全、可靠运行。此外，不溶性惰性固体仍存在于降温后的反应后流体中，流经背压阀降压时，系统全部压降在一个点实现，因而背压阀处流体流速非常高。此时流体中的惰性无机盐会对背压阀造成严重的磨蚀或堵塞现象，进而影响系统的可靠运行。因此，针对印染污泥的SCWO系统的开发，需要解决系统启动阶段预热单元的结焦堵塞和惰性固体对降压设备的磨蚀堵塞问题，进而提高系统的可靠性和安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种印染污泥的超临界水氧化处理系统及工艺，克服印染污泥超临界水氧化系统设计时所面临的预热阶段结焦、固体颗粒堵塞系统管道、设备以及系统降压不可靠的问题；本专利技术可以实现印染污泥的高效、清洁、低成本无害化处理。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案：印染污泥的超临界水氧化处理系统，包括：污泥预处理部分、物料预热部分、混合反应部分；污泥预处理部分包含污泥储池，污泥储池的出口与螺杆泵进口连通，螺杆泵出口与污泥加热器壳侧入口相连，污泥加热器壳侧出口连接均质乳化泵进口，均质乳化泵出口与高压污泥隔膜泵进口连通；物料预热部分包含甲醇启动电加热器和污泥预热器Ⅲ，甲醇启动电加热器进口与高压甲醇输送泵出口相连，高压甲醇输送泵进口连接甲醇溶液储罐出口；污泥预热器Ⅲ的入口与污泥预热器Ⅱ外管出口相连，污泥预热器Ⅱ外管进口与污泥预热器Ⅰ外管出口相连；污泥预热器Ⅰ外管进口与高压污泥隔膜泵出口连通；混合反应部分包含超临界水氧化反应器，超临界水氧化反应器的氧气入口与缓冲器出口相连，缓冲器进口连接液氧气化器出口，超临界水氧化反应器的甲醇溶液进口连接于甲醇启动电加热器的出口，超临界水氧化反应器的污泥进口与污泥预热器Ⅲ的出口连通；液氧储槽提供低温液氧泵连接液氧气化器入口。本专利技术进一步的改进在于：还包括热量回收部分；热量回收部分包含污泥加热器和低压软化水泵，污泥加热器管侧进口与污泥预热器Ⅰ内管出口连通，污泥预热器Ⅰ内管进口与软化水加热器内管出口相连，软化水加热器内管进口与污泥预热器Ⅱ内管出口相连，污泥预热器Ⅱ内管进口与蒸汽发生器管侧出口连通，蒸汽发生器管侧进口连接于超临界水氧化反应器出口；低压软化水泵进口与软化水箱出口相连，低压软化水泵出口连接软化水加热器外管进口，软化水加热器外管出口与蒸汽发生器壳侧进口相连，产生的饱和蒸汽从蒸汽发生器壳侧出口输出。本专利技术进一步的改进在于：还包括降压部分；降压部分包含压力调节阀，压力调节阀进口连接毛细管出口，毛细管进口与污泥加热器管侧出口相连，压力调节阀出口与管道过滤器进口连通，管道过滤器出口连接集液箱。印染污泥的超临界水氧化处理工艺，包括：1)系统启动时，甲醇与软化水进入甲醇溶液储罐，配制成浓度为15wt％的甲醇水溶液，甲醇水溶液被甲醇输送泵加压至28MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
印染污泥的超临界水氧化处理系统，其特征在于，包括：污泥预处理部分、物料预热部分、混合反应部分；污泥预处理部分包含污泥储池(1)，污泥储池(1)的出口与螺杆泵(2)进口连通，螺杆泵(2)出口与污泥加热器(3)壳侧入口相连，污泥加热器(3)壳侧出口连接均质乳化泵(4)进口，均质乳化泵(4)出口与高压污泥隔膜泵(5)进口连通；物料预热部分包含甲醇启动电加热器(12)和污泥预热器Ⅲ(8)，甲醇启动电加热器(12)进口与高压甲醇输送泵(11)出口相连，高压甲醇输送泵(11)进口连接甲醇溶液储罐(10)出口；污泥预热器Ⅲ(8)的入口与污泥预热器Ⅱ(7)外管出口相连，污泥预热器Ⅱ(7)外管进口与污泥预热器Ⅰ(6)外管出口相连；污泥预热器Ⅰ(6)外管进口与高压污泥隔膜泵(5)出口连通；混合反应部分包含超临界水氧化反应器(9)，超临界水氧化反应器(9)的氧气入口与缓冲器(16)出口相连，缓冲器(16)进口连接液氧气化器(15)出口，超临界水氧化反应器(9)的甲醇溶液进口连接于甲醇启动电加热器(12)的出口，超临界水氧化反应器(9)的污泥进口与污泥预热器Ⅲ(8)的出口连通；液氧储槽(13)提供低温液氧泵(14)连接液氧气化器(15)入口。...

【技术特征摘要】
1.印染污泥的超临界水氧化处理系统，其特征在于，包括：污泥预处理部分、物料预热
部分、混合反应部分；
污泥预处理部分包含污泥储池(1)，污泥储池(1)的出口与螺杆泵(2)进口连通，螺
杆泵(2)出口与污泥加热器(3)壳侧入口相连，污泥加热器(3)壳侧出口连接均质乳化泵
(4)进口，均质乳化泵(4)出口与高压污泥隔膜泵(5)进口连通；
物料预热部分包含甲醇启动电加热器(12)和污泥预热器Ⅲ(8)，甲醇启动电加热器(12)
进口与高压甲醇输送泵(11)出口相连，高压甲醇输送泵(11)进口连接甲醇溶液储罐(10)
出口；污泥预热器Ⅲ(8)的入口与污泥预热器Ⅱ(7)外管出口相连，污泥预热器Ⅱ(7)外
管进口与污泥预热器Ⅰ(6)外管出口相连；污泥预热器Ⅰ(6)外管进口与高压污泥隔膜泵(5)
出口连通；
混合反应部分包含超临界水氧化反应器(9)，超临界水氧化反应器(9)的氧气入口与缓
冲器(16)出口相连，缓冲器(16)进口连接液氧气化器(15)出口，超临界水氧化反应器(9)
的甲醇溶液进口连接于甲醇启动电加热器(12)的出口，超临界水氧化反应器(9)的污泥进
口与污泥预热器Ⅲ(8)的出口连通；液氧储槽(13)提供低温液氧泵(14)连接液氧气化器
(15)入口。
2.根据权利要求1所述的印染污泥的超临界水氧化处理系统，其特征在于，还包括热量
回收部分；热量回收部分包含污泥加热器(3)和低压软化水泵(18)，污泥加热器(3)管侧
进口与污泥预热器Ⅰ(6)内管出口连通，污泥预热器Ⅰ(6)内管进口与软化水加热器(19)
内管出口相连，软化水加热器(19)内管进口与污泥预热器Ⅱ(7)内管出口相连，污泥预热
器Ⅱ(7)内管进口与蒸汽发生器(20)管侧出口连通，蒸汽发生器(20)管侧进口连接于超
临界水氧化反应器(9)出口；低压软化水泵(18)进口与软化水箱(17)出口相连，低压软
化水泵(18)出口连接软化水加热器(19)外管进口，软化水加热器(19)外管出口与蒸汽发

\t生器(20)壳侧进口相连，产生的饱和蒸汽从蒸汽发生器(20)壳侧出口输出。
3.根据权利要求2所述的印染污泥的超临界水氧化处理系统，其特征在于，还包括降压
部分；降压部分包含压力调节阀(22)，压力调节阀(22)进口连接毛细管(21)出口，毛细
管(21)进口与污泥加热器(3)管侧出口相连，压力调节阀(22)出口与管道过滤器(23)
进口连通，管道过滤器(23)出口连接集液箱(24)。
4.印染污泥的超临界水氧化处理工艺，其特征在于，基于权利要求3所述的印染污泥的
超临界水氧化处理系统，包括：
1)系统启动时，甲醇与软化水进入甲醇溶液储罐(10)，配制成浓度为15wt％的甲醇水溶
液，甲醇水溶液被甲醇输送泵(11)加压至28MPa后，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，张洁，唐兴颖，钱黎黎，李艳辉，孙盼盼，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61