基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统与方法，包括亚临界水解反应器、超临界水气化反应器、与亚临界水解反应器底部相连通的物料输送装置、氧化剂装置、排渣装置、物料换热器、回热装置、产物采集装置。通过亚临界水解反应将有机废弃物水解为小分子产物，降低后续气化反应条件要求，实现有机废弃物无害化；利用超临界水气化，将有机废弃物完全转化为H2等清洁能源，实现有机废弃物的可持续、高效的资源化利用目标；在超临界水反应过程中加入氧化剂，能为气化反应提供原位热源，能提高气化率、降低能耗；通过定向调控亚临界水解与超临界水气化的工艺参数，能以实现两步法的协同效应，大幅度提高有机废弃物的气化转化率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机废弃物的处理系统，特别是涉及一种采用水热方法对高浓度难以通过生化方法降解的有机固态废弃物、有机废水等进行无害化处理、资源化利用的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统与方法。
技术介绍
当前，餐厨垃圾、造纸污泥、造纸废水等有机废弃物处理的主流方法(饲料化、厌氧性消化技术、堆肥等)都具有处理周期长，反应过程对废弃物中复杂成份敏感(如餐厨垃圾的高油脂、高盐分等)，导致生化反应难以适应有机废弃物成分的时空差异性、使得反应过程不稳定等缺陷。为此，处理厂需对有机废弃物进行复杂而严格的预处理，并且处理过程会带来二次污染。超临界水(温度和压力均高于水的临界点，简称SCW)作为一种新的化学反应介质得到了人们的广泛关注，它具有常态下有机溶剂的性能，能在短时间(1min)内就将有机物质分解为水、二氧化碳和氢气等，分解率超过99％。并且无机盐类在超临界水中溶解度很低，使得物料中的无机盐类易于分离。超临界水技术在废弃物的处理方面的应用主要包括废弃物在超临界水中的分解和氧化。与焚烧、填埋、生化法等传统废弃物处理方法相比，超临界水技术具有无二次污染、效率高、适用范围广等优点。目前，国内外采用超临界水技术处理有机废弃物如餐厨垃圾逐渐成为国内外的研究热点，但超临界水技术仍存在若干需要解决的问题，具体表现在：1)虽然超临界水氧化在污染物的无害化处理方面较为有效，如专利CN102249461B、CN205076870U，美国哈灵根水厂采用超临界水氧化技术处理城市污水污泥，总处理量为132.5t/d，TOC的去除率能以达到99.9％。但超临界水氧化是在超临界水环境下将有机物完全转化为CO2和水，不能将垃圾中的有机物成分进行高效的资源化利用，造成了损失。2)超临界气化能以将有机废弃物转化为能燃气体，又能实现有机废弃物的无害化处理的目的。西安交通大学利用超临界水对草浆黑液进行了气化实验，当温度为600℃时黑液最高COD去除率能达88.69％。但在较低的气化温度下(250-400℃)，黑液中的有机物却很难完全气化。若要实现废弃物的高效转化，当前超临界水气化技术
的成本相对较高。3)超临界水气化技术中在低温反应过程中容易生成苯酚等难以气化转化的化学成分，而直接超临界水气化反应中又无法单独去调控液化反应产物，从而造成了中低温条件下高浓度难气化有机物的转化率较低。4)将超临界水与亚临界水的特性相结合进行产品的转化，将有利于提高产物的选择性和转化率。如专利CN 101886143B提出超/亚临界水两步水解生物质还原糖方法，还原糖回收率达到70％以上。专利CN 101892085B、CN101497820B提出先用亚临界或超临界水对煤粉进行初步气化，接着将第一步产物进行再次气化能以提高煤气化率。此外，由于亚临界水本身具有特殊性质，如离子积比常温水的离子积大三个数量级，自身具有酸碱催化的功能。因此，亚临界水能够在数分钟内对有机废弃物进行改性、除臭、脱毒、降污，专利CN104923552A采用亚临界水液化餐厨垃圾提高了餐厨垃圾的利用率。并且，亚临界水相对于超临界水来说，反应条件较温和，有利于反应条件的调控和各种催化剂的选择。因此，采用亚临界水与超临界水两步法处理有机废弃物具有诸多优势，能以解决当前针对生化反应难以处理的有机废弃物超临界水气化过程中转化率低，完全气化所需反应温度高、能耗高等问题。但是，目前针对亚临界水和超临界水两步法处理有机废弃物的装置和方法还未见公开报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种能显著提高有机废弃物在超临界水气化系统中转化率，能够提高产物选择性降低反应条件的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理方法。为了解决上述第一个技术问题，本专利技术提供的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统，包括亚临界水解反应器、超临界水气化反应器和物料换热器；所述的亚临界水解反应器的底部和顶部分别设置反应物入口和产物出口，所述的超临界水气化反应器的顶部和底部分别设置有反应物入口和排渣出口，所述的超临界水气化反应器的侧面设置有产物出口，所述的亚临界水解反应器的反应物入口通过阀门和管道与所述的物料换热器的物料出口相通，所述的亚临界水解反应器的产物出口与所述的超临界水气化反应器的顶部反应物入口相通；所述的超临界水气化反应器的顶部物料入口与所述的氧化剂装置相通，所述的超临界水气化反应器的底部排渣出口与排渣装置相通，所述的超临界水气化反应器的侧面产物出口与所述的物料换热器的反应物入口相通；所述的物料换热器的物料入口与物料输送装置的出口相通，所述的物料换热器
的产物出口与回热装置的产物入口相通；所述的回热装置的产物出口与产物采集装置相通。所述的物料输送装置由有机废弃物预处理系统、储料搅拌罐、浆料泵和旁路水泵组成，有机废弃物预处理系统的浆料出口与所述的储料搅拌罐的物料入口相通，所述的储料搅拌罐的物料出口与所述的浆料泵的入口相通，所述的浆料泵的出口与所述的物料换热器的物料入口相通，所述的旁路水泵的出口与所述的浆料泵的出口相通，所述的旁路水泵的入口与水箱相通。所述的排渣装置由排渣锁斗和渣收集罐组成，所述的排渣锁斗的渣液入口通过电动开关阀与所述的超临界水气化反应器的底部排渣出口相通，所述的排渣锁斗的排渣出口通过电动开关阀与所述的渣收集罐相通，所述的排渣锁斗的侧面设置有充水入口。所述的氧化剂装置输送的氧化剂能以是氧气或H2O2，相应的输送设备包括压缩机或输送泵。所述的回热装置包括回热器和产物冷却器，所述的回热器的产物入口与所述的物料换热器的产物出口相通，所述的回热器的产物出口与所述的产物冷却器的产物入口相通；所述的回热器的水入口与第一水泵的出口相通，所述的回热器的蒸汽出口通往热用户；所述的产物冷却器的冷却水入口与第二水泵的出口相通，所述的产物冷却器的冷却水出口与冷却塔入口相通，所述的冷却塔13的冷却水出口与水箱相通；所述的第一水泵和所述的第二水泵的入口均与所述的水箱相通。所述的产物采集装置包括高压气液分离器、低压气液分离器、第一背压阀和第二背压阀，所述的高压气液分离器的产物入口与所述的回热装置的产物出口相通，所述的高压气液分离器的气体出口与所述的第一背压阀的入口相通，所述的高压气液分离器的液体出口与所述的第二背压阀的入口相通，所述的第二背压阀的出口与所述的低压气液分离器的入口相通，所述的低压气液分离器的出口包括气体出口和液体出口，所述的低压气液分离器的液体出口与水箱相通。产物采集装置能以实现H2与CO2的分离，并能以富集化处理CO2。为了解决上述第二个技术问题，本专利技术提供的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理方法，具体按以下方法进行：1)将有机废弃物进行预处理，进行预选分离，固液分离后，将有机废弃物制成具有一定流动性的有机废弃物浆液，并将浆液送入储料搅拌罐中；2)开启旁路水泵，调节第一背压阀和第二背压阀，使系统压力达到预设值；开启亚临界水解反应器和超临界水反应器中的启动加热装置，使亚临界水解反应器和超临界水气化反应器内的温度达到预设值；打开浆料泵并关闭旁路水泵，调节浆料流量使其达到预设值；3)浆料经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统，包括亚临界水解反应器(5)、超临界水气化反应器(6)和物料换热器(4)；所述的亚临界水解反应器(5)的底部和顶部分别设置反应物入口和产物出口，所述的超临界水气化反应器(6)的顶部和底部分别设置有反应物入口和排渣出口，所述的超临界水气化反应器(6)的侧面设置有产物出口，其特征在于：所述的亚临界水解反应器(5)的反应物入口通过阀门和管道与所述的物料换热器(4)的物料出口相通，所述的亚临界水解反应器(5)的产物出口与所述的超临界水气化反应器(6)的顶部反应物入口相通；所述的超临界水气化反应器(6)的顶部物料入口与所述的氧化剂装置相通，所述的超临界水气化反应器(6)的底部排渣出口与排渣装置相通，所述的超临界水气化反应器(6)的侧面产物出口与所述的物料换热器(4)的反应物入口相通；所述的物料换热器(4)的物料入口与物料输送装置的出口相通，所述的物料换热器(4)的产物出口与回热装置的产物入口相通；所述的回热装置的产物出口与产物采集装置相通。

【技术特征摘要】
1.一种基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统，包括亚临界水解反应器(5)、超临界水气化反应器(6)和物料换热器(4)；所述的亚临界水解反应器(5)的底部和顶部分别设置反应物入口和产物出口，所述的超临界水气化反应器(6)的顶部和底部分别设置有反应物入口和排渣出口，所述的超临界水气化反应器(6)的侧面设置有产物出口，其特征在于：所述的亚临界水解反应器(5)的反应物入口通过阀门和管道与所述的物料换热器(4)的物料出口相通，所述的亚临界水解反应器(5)的产物出口与所述的超临界水气化反应器(6)的顶部反应物入口相通；所述的超临界水气化反应器(6)的顶部物料入口与所述的氧化剂装置相通，所述的超临界水气化反应器(6)的底部排渣出口与排渣装置相通，所述的超临界水气化反应器(6)的侧面产物出口与所述的物料换热器(4)的反应物入口相通；所述的物料换热器(4)的物料入口与物料输送装置的出口相通，所述的物料换热器(4)的产物出口与回热装置的产物入口相通；所述的回热装置的产物出口与产物采集装置相通。2.根据权利要求1所述的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统，其特征在于：所述的物料输送装置由有机废弃物预处理系统、储料搅拌罐(1)、浆料泵(2)和旁路水泵(3)组成，有机废弃物预处理系统的浆料出口与所述的储料搅拌罐(1)的物料入口相通，所述的储料搅拌罐(1)的物料出口与所述的浆料泵(2)的入口相通，所述的浆料泵(2)的出口与所述的物料换热器(4)的物料入口相通，所述的旁路水泵(3)的出口与所述的浆料泵(2)的出口相通，所述的旁路水泵(3)的入口与水箱(19)相通。3.根据权利要求1或2所述的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统，其特征在于：所述的排渣装置由排渣锁斗(8)和渣收集罐(9)组成，所述的排渣锁斗(8)的渣液入口通过电动开关阀与所述的超临界水气化反应器(6)的底部排渣出口相通，所述的排渣锁斗(8)的排渣出口通过电动开关阀与所述的渣收集罐(9)相通，所述的排渣锁斗(8)的侧面设置有充水入口。4.根据权利要求1或2所述的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统，其特征在于：所述的氧化剂装置包括压缩机或输送泵(7)。5.根据权利要求1或2所述的基于超/亚临界水工艺的有机废弃物两步处理系统，其特征在于：所述的回热装置包括回热器(10)和产物冷却器(12)，所述的回热器(10)的产物入口与所述的物料换热器(4)的产物出口相通，所述的回热器(10)的产物出口与所述的产物冷却器(12)的产物入口相通；所述的回热器(10)的水入口与第一水泵(11)的出口相通，所述的回热器(10)的蒸汽出口通往热用户；所述的产物冷却器(12)的冷却水入口与第二水泵(14)的出口相通，所述的产物冷却器(12)的冷却水出口与冷却塔(13)入口相通，所述的冷却塔
\t(13)的冷却水出口与水箱(19)相通；所述的第一水泵(11)和所述的第二水泵(14)的入口均与所述的水箱(19)相通。6.根据权利要求1或2所述的基于超/亚临...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敬炜，鄂加强，王宇峰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43