一种超临界水氧化处理含碳有机物的方法技术

本发明专利技术涉及一种超临界水氧化处理含碳有机物的方法，包括使含碳有机物在水的超临界状态下，在氧化剂作用下，进行氧化反应，得到氧化分解产物，所述含碳有机物经超临界水氧化处理释放的热量至少能够提供使所述含碳有机物升温至水的超临界状态所需要的热量，达到了稳定运行过程中，不需要外界提供能量，完全实现了反应能量的自供给；通过低温燃烧催化的冷启动方式，实现了反应的冷启动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种处理含碳有机物的方法，尤其涉及。
技术介绍
超临界水(SCW:3740C /22.1MPa以上)具有与常温常压水完全不同的物理化学性质，典型的如比热容大、传热系数高、扩散系数大、离子积高、粘度低、介电常数小、电离常数小、密度小且随压力改变、与有机物和气体完全互溶等。因此，SCW在环保、化工、煤气化、核电和火电、新材料合成等领域有广泛的应用前景。然而，目前SCW仅在火电工业中得到了成功应用，在其他领域的推广还处于尝试性阶段，缺乏工业化实践经验。超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation,简称SCW0)是一种近年来受到高度关注的废有机物的处理技术。与传统的有害物质处理方法相比，SCWO技术利用超临界水与有机物混溶的性质，具有多方面的优势:①反应速度非常快，氧化分解彻底，一般只需几秒至几分钟即可将废水中的有机物彻底氧化分解，并且去除率可达99%以上；②有机物和氧化剂(02、H2O2)在单一相中反应生成CO2和H 20，出现在有机物中的杂原子氯、硫、磷分别被转化为HC1、H2SO4, H3PO4,有机氮主要形成N2和少量N2O,因此SCWO过程无需尾气处理，不会造成二次污染反应器体积小、结构简单；④有机物在超临界水中氧化时放出大量的热，当有机物浓度达到一定量时，可利用反应放出的热维持过程的热平衡，实现自热反应。由于SCWO是放热反应，在一定的条件下反应放出的热量可以维持过程的热平衡，从而实现该工艺过程的能量自补偿。因此，当待处理的有害物质的浓度达到一定值时，反应便可实现能量自补偿。但如何合理利用SCWO反应热，如何实现能量自补偿工艺路线，提高SCWO工业应用的经济性却难以解决。为了解决超临界处理过程热量供给的难题，现有技术主要采用电加热、燃气炉等高耗能方式解决。CN102190362A公开了一种利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应系统，该超临界水氧化反应系统原料、氧化剂、辅助燃料分别进料，反应产物预热反应原料、氧化剂、辅助燃料、蒸发壁冷却水，然后进行气液分离。该专利通过辅助燃料的燃烧达到反应温度，降低了原始物料及氧化剂输入能量。但是CN102190362A公开的利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应系统中，辅助燃料与氧化剂仍然需要通过与高温产物换热或者电加热(第一电加热器)提供启动能量。在CN102190362A中，辅助燃料在反应器中明火点燃，释放热量提供启动能量，且在稳定运行过程中，超临界水氧化反应并 不一定能够完全自供给热量，有时还需要电加热来满足需要。因此如何开发一种能够完全自供给能量的超临界水氧化处理含碳有机物的方法，是本领域一个亟待解决的问题。所述方法在超临界水氧化处理含碳有机物的稳定运行过程中，无需外加热量，仅依靠超临界水氧化释放的热量就可以维持反应的进行；且应当尽可能实现冷启动，启动过程更加安全、简单易操作。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供。所述方法在超临界水氧化处理含碳有机物的稳定运行过程中，无需外加热量，仅依靠超临界水氧化释放的热量就可以维持反应的进行；且应当尽可能实现冷启动，启动过程更加安全、简单易操作。所述方法包括使含碳有机物在水的超临界状态下，在氧化剂作用下，进行氧化反应，得到氧化分解产物，所述含碳有机物经超临界水氧化处理释放的热量至少能够提供使所述含碳有机物升温至水的超临界状态所需要的热量，从而完全实现超临界水氧化反应的能量自供给。本专利技术所述的超临界水氧化处理或超临界水氧化反应是指含碳有机物的完全氧化或者部分氧化，本专利技术所述的气化反应是指部分氧化的情况。本专利技术所述的超临界水氧化处理含碳有机物的方法，是一种根据系统热量需求进行配比的方法，解决了现有工艺中系统能量供给的难题。本专利技术所述含碳有机物的热值应当≥0.90MJ/Kg,例如0.91-1.4MJ/Kg、1.1-5.0MJ/Kg、2.3-35MJ/Kg、0.9_50MJ/Kg、0.93MJ/Kg、l.3MJ/Kg、4.2MJ/Kg、9.8MJ/Kg、17.6MJ/Kg等。本领域技术人员可以通过对多种含碳有机物的混合来达到热值≥0.90MJ/Kg的目的。优选地，本专利技术所述含碳有机物选自污泥、生物质、褐煤中的任意I种或至少2种的组合，和/或污泥、生物质、褐煤中的任意I种或至少2种的组合和废水的混合。所述的含碳有机物典型但非限制性的实例有污泥、生物质、褐煤、废水/污泥、废水/生物质、废水/褐煤、生物质/污泥、污泥/生物质/褐煤、污泥/褐煤、废水/生物质/污泥、废水/污泥/生物质/褐煤、废水/污泥/褐煤等。含碳有机物(例如废水、污泥、废弃生物质、煤等)在原料储罐中混合，经过原料输送泵输送到高温换热器，并进一步进入反应器。氧化剂从氧化剂储罐经过氧化剂泵进行输送，氧化剂可以预热，也可以不预热，氧化剂和原料混合后进入反应器进行超临界反应；超临界反应的产物进入高温换热器，预热原料后进入低温换热器(低温换热器可对氧化剂进行预热)，降温后的产物在气液分离器中进行分离，气体从气液分离器顶部排出，渣水则进入渣水罐储存并进行进一步分离。含碳有机物(例如废水、污泥、废弃生物质、煤等)需要两种或多种混合的目的是使混合原料完全燃烧的热量能够为反应提供反应热，并能保障高温产物携带的热量可以将原料预热到一定温度范围。本专利技术所述的超临界水氧化反应的热量计算方法为:Σ Q 原料 _ 八 Qt2-ti+ Σ Q 产物Δ QT2_T3= Δ Qn_T0其中，Ttl-原料温度； T1-原料预热后温度；T2-反应温度；T3-产物预热原料后温度。含碳有机物的热值等工业分析指标，本领域技术人员可以通过实验获得，典型但非限制性的:废水的COD 含量为 32400mg/L，热值为 0.77MJ/kg ；污泥的M (水分)为5.59%，A (灰分)为66.64%，V (挥发份)为25.33%，Fe (固定碳)为12.7%，干基热值为15.23MJ/kg ;污泥原料的含水量为80% ；玉米秸杆的M 为 4.86%，A 为 9.53%，V 为 79.69%, Fe 为 5.92%，热值为 16.97MJ/kg ；玉米芯的M 为 8.88%, A 为 3.53%，V 为 72.57%, Fe 为 15.02%，热值为 15.58MJ/kg ；褐煤的M 为 44.31%, A 为 9.15%, V 为 25.6%, Fe 为 20.94%,热值为 20.92MJ/kg。 优选地，所述超临界水氧化处理释放的热量通过热交换将含碳有机物加热，加热后的含碳有机物的温度为320-500 V，例如322 V、325 °C、331 °C、338 V、352 V、360 V、382 °C >395 °C >404 °C >415 °C >423 °C >435 °C >457 °C >471 °C >485 °C >493 °C >498 V 等，优选400-450。。。优选地，所述氧化剂选含氧气或者可以产生氧气的物质中的任意I种或至少2种的组合，自氧气、空气和双氧水等物质中的任意I种或至少2种的组合。所述的可以产生氧气的物质典型但非限制性的实例有双氧水、过氧化钠、氯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界水氧化处理含碳有机物的方法，包括使含碳有机物在水的超临界状态下，在氧化剂作用下，进行氧化反应，得到氧化分解产物，其特征在于，所述含碳有机物经超临界水氧化处理释放的热量至少能够提供使所述含碳有机物升温至水的超临界状态所需要的热量。

【技术特征摘要】
1.一种超临界水氧化处理含碳有机物的方法，包括使含碳有机物在水的超临界状态下，在氧化剂作用下，进行氧化反应，得到氧化分解产物，其特征在于，所述含碳有机物经超临界水氧化处理释放的热量至少能够提供使所述含碳有机物升温至水的超临界状态所需要的热量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳有机物的热值达到0.90MJ/kg以上； 优选地，所述含碳有机物选自污泥、生物质、褐煤中的任意I种或至少2种的组合，和/或污泥、生物质、褐煤中的任意I种或至少2种的组合和废水的混合。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超临界水氧化处理释放的热量通过热交换将含碳有机物加热，加热后的含碳有机物的温度为320-500°C，优选400-450°C ； 优选地，所述氧化剂为含氧气或可以产生氧气的物质； 优选地,所述氧化剂选自氧气、空气和双氧水中的任意I种或至少2种的组合。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氧化剂用量为原料中含碳废弃物COD的100-150%，优选 110-130% ； 或，所述氧化剂用量为原料中含碳废弃物COD的3-15%，优选5-10% ； 优选地，所述氧化剂的温度为20-250°C，优选25-250°C，进一步优选150_220°C ； 优选地，所述含碳有机物和水的压力独立地选自22.l-35MPa ； 优选地，所述氧化剂的压力为23-40MPa。5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述超临界水氧化反应的启动能量由辅助燃料燃烧后释放的热量提供，以将包含所述含碳有机物的氧化反应原料加热到320-5000C ;所述辅助燃料的燃烧在低温燃烧催化室中进行； 优选地，所述辅助燃料在低温燃烧催化剂存在的条件下，与氧化剂进行氧化燃烧反应； 优选地，所述辅助燃料的压力为22.5-38MPa ； 优选地，所述氧化剂的压力为23-40MPa ； 优选地，所述辅助燃料经氧化燃烧反应后，温度为650-800°C。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述辅助燃料的用量为含碳有机物质量的5-80wt%,优选 30-40wt% ； 优选地，辅助燃料燃烧过程中，氧化剂的用量为辅助燃料完全燃烧需氧量的100-200%，优选 130-150% ； 优选地，所述低温燃烧催化剂选自Pt、Pd、PtO、PdO、Rh、Au中的任意I种或至少2种的组合，优选Pt、Pd、PtO、PdO中的任意I种或至少2种的组合； 优选地，所述低温燃烧催化剂负载在A1203、SlTiOyZrC^CexZrhO中的任意I种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青，程乐明，刘扬，张玉宝，宋成才，高志远，曹雅琴，宋庆峰，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：