[发明专利]一种超临界水氧化系统及其启动方法

说明书

本发明涉及资源与环境技术领域，具体公开了超临界水氧化系统及其启动方法。本发明的系统包括燃料支路、蒸发水支路、废液支路、氧气支路、水膜反应器和混合器；所述燃料支路、废液支路分别连接至混合器，所述混合器与水膜反应器的原料入口连接；蒸发水支路分别连接至水膜反应器的原料入口及侧避面所述氧气支路与水膜反应器的氧气入口连接。本发明采用燃料作为启动的模拟物料，实现模拟物料的超临界水氧化反应启动，进而达到暖炉的作用，之后再逐步用实际的废液替代燃料，实现废液无需预热即可直接注入反应器。

技术领域

本发明涉及资源与环境技术领域，具体涉及一种超临界水氧化系统及其启动方法。

背景技术

高浓度(化学需氧量COD2000mg/L)、有毒、难降解有机废水的处理是国内外公认的技术难题。传统的有机废水处理技术(如物化处理技术、生物处理技术、湿式氧化、焚烧等)存在成本高、降解率低、易衍生二次污染等问题。超临界水氧化(Supercritical WaterOxidation，SCWO)作为一种新型的处理有机废水的技术，是有效解决这一难题的方法之一。

超临界水氧化是在超过水的临界点(PC＝22.1MPa，TC＝374℃)的高温高压条件下，以空气或其他氧化剂，将有机物进行“燃烧”氧化的方法。水的极性是温度和压力的函数，超临界水是一种非极性溶剂。在超临界水的环境下，有机物和气体可完全互溶，气液两相的相界面消失，形成均一相体系，反应速度大大加快。在小于1分钟甚至几秒钟的停留时间内，99.9％以上的有机物迅速燃烧氧化成CO₂、H₂O和其他无毒无害的终端产物。反应温度一般在400–650℃，避免了SO₂、NOx、二恶英等二次污染物的产生。当前，腐蚀和盐沉积是超临界水氧化技术工业化推广面临的两大技术难题。腐蚀主要源于超临界水氧化反应过程中无机酸(如HCl、H₂SO₄等)的形成及高温、高压、高氧浓度的反应条件；而无机盐在超临界水中几乎不溶的特性会造成反应器和管路的堵塞。

目前，采用水膜反应器是综合解决腐蚀和盐沉积问题较为有效的方法。如申请号为200710113212.0的一种耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应器，申请号为201210376040.7的超临界水氧化反应装置和方法。这类反应器一般由承压外壳和多孔内壳组成，有机废液和氧化剂从反应器顶部注入，进行超临界水氧化反应，从而产生高温反应流体。低温蒸发水从反应器侧面注入到内壳与外壳之间的环隙；蒸发水可以平衡反应流体对多孔内壳的压力，使多孔内壳无需承压，同时避免承压外壳与反应流体接触；蒸发水通过多孔内壳渗入到反应器内并在多孔内壁形成一层亚临界水膜，该水膜能阻止无机酸与壁面的接触并能溶解在超临界温度反应区析出的无机盐，可有效解决反应器内的腐蚀和盐沉积问题。

水膜反应器虽然能很好地解决反应器内的腐蚀和盐沉积问题，但预热阶段的问题仍不可忽视。

有机废液及氧化剂进入反应器之前，需要被预热到一定温度(350～550℃)，以确保超临界水氧化反应能够顺利进行。因此物料在预热过程中，会发生初步的热解及氧化。对于一些含有黏度大、易热分解的有机物废水，物料在经过换热器或电加热器等加热元件时，有机物极易发生热解，生成焦炭及焦油等。物料在预热阶段热解结焦，必然大大降低换热器及电加热器的换热效率。此外，实际废水中一般会含有无机盐，无机盐也会在预热段发生盐沉积现象。因此在物料流速较低或管径较小的情况下，极易造成管路的堵塞，导致实验的中断，使得系统不能正常运行，需要停机进行清洗。此外，物料预热阶段需要消耗大量电能加热，而物料浓度越低，物料需要预热至的温度更高，以保证反应启动和反应稳定。但这会造成启动阶段高能耗高成本，同时存在预热管路的堵塞、超温等风险。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种超临界水氧化系统及其启动方法。本发明采用燃料作为启动的模拟物料，利用其成本低、热值大、热液点火温度低等优点，实现模拟物料的超临界水氧化反应启动，进而达到暖炉的作用。之后再逐步用实际的废液替代燃料，实现废液无需预热即可直接注入反应器并彻底反应。