一种超临界水氧化处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超临界水氧化处理装置及方法。所述处理装置包括至少一个流化床反应器，所述流化床反应器包括：直筒段、扩大段以及两者之间的过渡段。直筒段的中下部设置有密相反应区，上部设有稀相反应区，密相反应区及稀相反应区间通过分布板隔开；扩大段内设置有折流板及伞状导流内件。本发明专利技术密相反应区提供盐类沉积的区域，稀相反应区提供脱杂质反应空间，密相反应区截留了高含盐类物质，净化了稀相反应区的进料，为催化剂活性发挥提供了前提条件。并避免盐类物质在器壁等处的附着沉积，有助于延长反应器等设备的长周期运转。有助于延长反应器等设备的长周期运转。有助于延长反应器等设备的长周期运转。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界水氧化处理装置及方法


[0001]本专利技术属于环保及化工领域，具体涉及一种脱除污染废水中高浓度有机物及无机盐的方法。

技术介绍

[0002]超临界水氧化技术(SCWO)是一种新型、高效的废物处理技术，是近二十多年来发展起来的极具潜力的有机废物处理方法。在超临界的条件下(温度大于374.2℃，压力大于22.1MPa)，有机物、氧气或空气能够与水互溶，有机物被迅速氧化成CO2、H2O等小分子化合物，在较短的停留时间内达到较高的去除效果，特别适用于难降解、排放标准要求高的工业废水，是一种极具前景的绿色水处理技术。
[0003]超临界水氧化技术(SCWO)是以超临界水为反应介质，在氧化剂(如氧气、空气或过氧化氢等)存在条件下，经过高温高压下的自由基反应，将有机物氧化分解为CO2、H2O、N2和其他无害化的小分子物质。SCWO处理有机废物的优点包括：有机污染物去除率高(通常大于99％)，且分解彻底；无机盐在超临界水中的溶解度极低，容易分离；氧化反应为均相反应，反应速度快，停留时间一般不超过1min，处理效率高；反应体系完全封闭，无二次污染；反应为放热反应，在含有较低有机物浓度情况下可以实现自热，节约能源。然而，这种技术的商业化受到反应器腐蚀和盐沉淀引起的堵塞这两大问题的限制。目前，世界上已有少量商业化SCWO装置正在运行，而中国国内大多还处在实验研究阶段，现有商业或中试装置处理对象多为低含盐量、低氯离子含量的有机废水。而针对高含盐有机废水，由于无机盐在超临界水中的溶解度极低，析出、结晶的无机盐固体不断沉积在反应器内表面上，增加反应器压降，恶化传热，导致反应器堵塞，最终迫使SCWO装置停工，影响SCWO装置运行的可靠性和经济性。
[0004]针对含盐废水在超临界状态下溶解度下降，盐类物质析出造成反应器堵塞的情况，业界开发了不同型式的反应器结构来解决这一问题，主要的反应器型式有以下几种：1)逆流釜式反应器，反应器在竖直方向上部是超临界区，下部是亚临界区。在超临界条件下析出的盐从反应器底部出口排出。但由于细颗粒盐的低沉降速度，加之反应器内垂直扰动，可能导致盐在反应器上部超临界区结块；2)蒸发壁式反应器，反应器由承压壁和多孔蒸发壁组成，通过向夹层泵入洁净的水在多孔蒸发壁内表面形成一层保护性水膜，冲刷、稀释或溶解超临界条件下析出的盐颗粒，避免盐沉积到反应器内壁面上，同时可以避免腐蚀性物质接触反应器内壁面，降低反应器的腐蚀速率。然而蒸发壁水的引入会降低反应流体的温度，稀释反应流体，对反应温度有显著的影响，降低反应器的处理能力，导致系统能量回收效率低；3)离心反应器。进料注入高速离心机中，高速旋转产生超临界压力，然后再被加热到超临界状态，氧化剂被注入后开始反应，通过离心作用分离反应生成的盐或进料中本来含有的盐。这种反应器不利于进料的快速均匀混合和反应，若各组分(水、物料、氧化剂、燃料)未被充分预热或单独预热后混合，浓度分布不均匀，进料很难在旋转的离心反应器中实现均匀混合，抑制了均相反应，造成氧化反应不彻底。
[0005]超临界水氧化技术是一项极具发展前景的水处理技术，但是盐类的沉积堵塞已成为影响此项技术发展的重要瓶颈，因此，必须从反应器型式等方面予以改进，从根本上对此问题予以解决，促进技术再发展。
[0006]专利CN108658212A介绍了一种防堵塞的超临界水氧化反应器及其防堵塞装置，在此专利技术中，反应器采取常规的反应器形式，反应物料采取上进料方式，在反应器底部设置气液相管道、冲洗管道及排渣管道，在超临界状态下析出的固体盐类在反应器底部锥段沉积，然后由排渣口排出，由于析出盐类浓度高，在下部的排渣管道内存在堵塞管道的风险。另外，由于反应器锥段部分还可能存在因固体盐类沉积而堵塞出口管道的风险。
[0007]专利CN108862698A介绍了一种针对高浓高含盐有机废水超临界水氧化流化床型反应系统。高浓高盐有机废水在流化床反应器内与空气、催化剂接触发生超临界水氧化反应，物流在超临界流体作用下形成流态化，然后借助高温旋风分离器、回料阀及水力旋流器的组合对反应后的流体进行气固及固液分离。该专利采用固体颗粒催化剂，固体颗粒催化剂发挥作用的关键是与反应物料要有充分的接触面积，未考虑到无机盐析出沉积在催化剂表面对反应的不良影响；此外，该专利能耗较高，该流化床技术类似于悬浮床技术，催化剂及无机盐需要随反应流体一起流出反应器，然后再经过一系列高能耗的操作过程实现分离再重新返回反应器内。

技术实现思路

[0008]针对目前超临界水氧化技术处理含盐污水、尤其是高浓含盐污水时存在的固体盐类浓度高，容易在反应器器壁或者排出管道内堵塞，导致装置被迫频繁停工的现状，本专利技术提供了一种全新的超临界水氧化处理装置及方法。以进一步避免盐类物质在反应器器壁上沉积堵塞，并促进盐类物质的回收。
[0009]本专利技术第一方面在于提供一种超临界水氧化处理装置，包括至少一个流化床反应器，所述流化床反应器具体包括：
[0010]直筒段，直筒段的中下部设置有密相反应区，上部设有稀相反应区，密相反应区及稀相反应区间通过分布板隔开；
[0011]扩大段，位于直筒段上方，扩大段内设置有折流板及伞状导流内件，折流板与扩大段的内壁平行设置，折流板与扩大段内壁所限制出来的空间为导流段；伞状导流内件非接触式设置在折流板上方；
[0012]联接直筒段与扩大段的过渡段。
[0013]进一步地，上述技术方案中，折流板优选为筒状设计，形成内套筒；直筒段、扩大段、内套筒及伞状导流内件的内径分别记为D1、D4、D2及D3，其中D4＝1.5D1～1.6D1，D2＝1.2D1～1.3D1，D3＝1.3D1～1.4D1。
[0014]进一步地，上述技术方案中，所述密相反应区占直筒段的比例为60％～80％，其余为稀相反应区。
[0015]进一步地，上述技术方案中，所述过渡段外壁与水平线间的夹角为30～60
°
，过渡段的垂直高度占直筒段总高度的5％～8％。
[0016]进一步地，上述技术方案中，所述直筒段高度与扩大段高度比为8:1～10:1。
[0017]进一步地，上述技术方案中，在密相反应区下部设置有第一气液分布器，稀相反应
区下部设置有第二气液分布器。气液分布器通过诸如气液再分布板进行固定。气液分布器具有止逆功能，一方面可以保证稀相区催化剂不会掉落至密相区，另一方面还可以实现气液再分配。
[0018]所述伞状导流内件在截留催化剂确保催化剂不外带的同时，引导反应流体在反应器内循环。
[0019]进一步地，上述技术方案中，反应器底部设有原料入口及氧化剂入口，顶部设有气相抽出口及液相抽出口。
[0020]进一步地，上述技术方案中，流化床反应器扩大段顶部设置有新鲜催化剂加入口、稀相区下部设置有失活催化剂卸出口；第二气液分布器下部设置有新鲜吸附剂加入口，流化床反应器底部设置有饱和吸附剂卸出口。当流化床反应器内吸附剂饱和或催化剂失活后，通过卸出口将饱和后吸附剂或失活催化剂卸出，然后净化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界水氧化处理装置，其特征在于，所述处理装置包括至少一个流化床反应器，所述流化床反应器具体包括：直筒段，直筒段的中下部设置有密相反应区，上部设有稀相反应区，密相反应区及稀相反应区间通过分布板隔开；扩大段，位于直筒段上方，扩大段内设置有折流板及伞状导流内件，折流板与扩大段的内壁平行设置，折流板与扩大段内壁所限制出来的空间为导流段；伞状导流内件非接触式设置在折流板上方；联接直筒段与扩大段的过渡段。2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述折流板为筒状设计，形成内套筒；直筒段、扩大段、内套筒及伞状导流内件的内径分别记为D1、D4、D2及D3，其中D4＝1.5D1～1.6D1，D2＝1.2D1～1.3D1，D3＝1.3D1～1.4D1。3.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述密相反应区占直筒段的比例为60％～80％，其余为稀相反应区。4.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述过渡段外壁与水平线间的夹角为30～60
°
，过渡段的垂直高度占直筒段总高度的5％～8％。5.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述直筒段高度与扩大段高度比为8:1～10:1。6.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，在密相反应区下部设置有第一气液分布器，稀相反应区下部设置有第二气液分布器。7.一种超临界水氧化处理方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
6任一所述的处理装置，该方法包括如下步骤：(1)将原料含盐废水与氧化剂由反应器底部进入流化床反应器；(2)反应原料首先进入密相反应区，在超临界工况下，含盐废水对盐类的溶解度急剧下降，盐类在密相反应区被脱除；(3)脱盐后的有机废水经分布板后进入稀相反应区，在催化剂存在情况下进行脱杂质反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玲，孟兆会，杨涛，葛海龙，张文芳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：