[发明专利]一种用于处理大浓度差有机废液的超临界水氧化系统和方法

权利要求书

1.一种用于处理大浓度差有机废液的超临界水氧化系统，包括进料系统、进氧系统、预热系统、反应系统、冷凝系统、背压系统、排盐系统以及气液分离系统；其特征在于，进料系统包括低COD废液箱（1）、高COD废液箱（2）、助燃溶剂箱（3）、进料泵Ⅰ（4-1）和进料泵Ⅱ（4-2）；进氧系统包括氧化剂瓶（12）、气体压缩机（13）和加热器（14）；预热系统主要包括预热器（5）；冷凝系统主要包括冷凝器Ⅰ（8-1）和浓盐水冷凝器Ⅱ（8-2）；

低COD废液箱（1）通过进料泵Ⅰ（4-1）与预热器（5）壳程中段连接；高COD废液箱（2）通过进料泵Ⅱ（4-2）与预热器（5）壳程下段连接；预热器（5）壳程出口端与调节阀Ⅲ（15-3）连接，调节阀Ⅲ（15-3）又与超临界水氧化反应器Ⅰ（6）顶端连接；超临界水氧化反应器Ⅰ（6）侧壁上段与单向阀（16）连接，单向阀（16）出口又与超临界水氧化反应器Ⅱ（7）连接；超临界水氧化反应器Ⅱ（7）侧壁上端分别与调节阀Ⅳ（15-4）和调节阀Ⅴ（15-5）连接；调节阀Ⅳ（15-4）出口与预热器（5）管程上端连接；调节阀Ⅴ（15-5）出口与预热器（5）管程下端管路连接，调节阀Ⅴ（15-5）又与冷凝器Ⅰ（8-1）壳程进口端连接；冷凝器Ⅰ（8-1）出口端与背压阀（9）连接，背压阀（9）的出口与气液分离器Ⅰ（10-1）中段连接；气液分离器Ⅰ（10-1）经过气液分离器后，气体从气液分离器Ⅰ（10-1）顶端排出，液体从气液分离器Ⅰ（10-1）底端排出；

助燃溶剂箱（3）出口与进料泵Ⅲ（4-3）连接，进料泵Ⅲ（4-3）出口与调节阀Ⅵ（15-6）和调节阀Ⅶ（15-7）的进口连接，调节阀Ⅵ（15-6）和调节阀Ⅶ（15-7）的出口分别与超临界水氧化反应器Ⅰ（6）侧壁下段和超临界水氧化反应器II（7）侧壁下段连接；

氧化剂瓶（12）的出口与气体压缩机（13）的进口连接，气体压缩机（13）的出口与气体加热器（14）连接，气体加热器（14）的出口分别与调节阀Ⅰ（15-1）和调节阀Ⅱ（15-2）连接，调节阀Ⅰ（15-1）和调节阀Ⅱ（15-2）的出口分别与超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）顶端连接；

反应系统的超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）底端管路汇总后与冷凝器Ⅱ（8-2）壳程连接，冷凝器Ⅱ（8-2）壳程出口与排盐阀（11）连接，排盐阀（11）出口与气液分离器Ⅱ（10-2）中段连接，经过气液分离器后，气体从气液分离器Ⅱ（10-2）顶端排出，液体从气液分离器Ⅱ（10-2）底端排出。

2.根据权利要求1所述的一种用于处理大浓度差有机废液的超临界水氧化系统，其特征在于，冷凝器Ⅰ（8-1）为气体冷凝器。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于处理大浓度差有机废液的超临界水氧化系统，其特征在于，氧化剂瓶（12）是气体氧化剂瓶或液体氧化剂瓶。

4.利用权利要求1所述的一种用于处理大浓度差有机废液的超临界水氧化系统的大浓度差有机废液的超临界水氧化方法，具体步骤如下：

步骤一、将低COD废液注入低COD废液箱（1）中，低COD废液通过进料泵Ⅰ（4-1）注入预热器（5）壳程中，通过进料泵Ⅰ（4-1）的流量控制低COD废液的体积，低COD废液至预热器（5）壳程体积的3/4时停止进料；

步骤二、将助燃溶剂注入助燃溶剂箱（3）中，打开调节阀Ⅵ（15-6），并保持调节阀Ⅶ（15-7）处于关闭状态，通过进料泵Ⅲ（4-3）将助燃溶剂注入超临界水氧化反应器Ⅰ（6）中，并通过进料泵Ⅲ（4-3）的流量控制助燃溶剂为超临界水氧化反应器Ⅰ（6）体积的1/3；

步骤三、关闭调节阀Ⅵ（15-6），并打开调节阀Ⅶ（15-7），通过进料泵Ⅲ（4-3）将助燃溶剂注入超临界水氧化反应器II（7）中，并通过进料泵Ⅲ（4-3）的流量控制助燃溶剂为超临界水氧化反应器II（7）体积的1/3；

步骤四、关闭调节阀Ⅶ1（5-7），并使调节阀Ⅳ（15-4）处于开启状态，调节阀Ⅴ（15-5）处于关闭状态；

步骤五、打开调节阀Ⅰ（15-1）和调节阀Ⅱ（15-2），打开气体压缩机（13），使氧气加压，并在加热器（14）处加热后，进入超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）中，通过调整调节阀Ⅰ（15-1）和调节阀Ⅱ（15-2）的开度，实现超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）中气体氧化剂量的调配；

步骤六、在超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）中，助燃溶剂与氧化剂发生氧化反应，生成CO₂和H₂O，并放出大量的热，调节调节阀Ⅵ（15-6）和调节阀Ⅶ（15-7）的开度，使助燃溶剂不断进入超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）中，并与氧气混合发生氧化反应，使反应器超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）的温度和压力逐渐升高；

步骤七、超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）中的反应过程中产生的高温蒸汽和高温二氧化碳气体混合物，进入预热器（5）的管程，通过预热器（5）中换热盘管，逐渐加热预热器（5）中预置的低COD溶液，使预热器（5）的壳程温度和压力逐渐升高；若加热时间过长，通过预热器（5）外部的电加热器辅助加热，直至预热器（5）中温度和压力均达到并超过水的超临界点，使预热器（5）壳程处于完全超临界态；

步骤八、启动进料泵Ⅰ（4-1）和进料泵Ⅱ（4-2），并设定进料泵Ⅰ（4-1）和进料泵Ⅱ（4-2）二者流量比为10:1，使两种不同COD浓度的废液在预热器（5）的壳程超临界水中充分混合均匀，缓慢开启调节阀Ⅲ（15-3），使混合均匀的反应物料进入超临界水氧化反应器Ⅰ（6）中，设定时间后关闭进料泵Ⅲ（4-3），并关闭调节阀Ⅵ（15-6）和调节阀Ⅶ（15-7）；

步骤九、监测超临界水氧化反应器Ⅰ（6）的温度和压力的变化，并根据变化情况调整进料泵Ⅰ（4-1）和进料泵Ⅱ（4-2）的流量比例，使预热器（5）壳程中物料均匀后COD浓度有所变化，以适应超临界水氧化反应器Ⅰ（6）的温度、压力变化情况；若超临界水氧化反应器Ⅰ（6）内温较高，则增加进料泵Ⅰ（4-1）的流量，若超临界水氧化反应器Ⅰ（6）内温较低，则增加进料泵Ⅱ（4-2）的流量；

步骤十、稳定运行阶段，两种不同浓度的废液首先进入预热器（5）壳程中，在壳程超临界水的作用下完全混合均匀，形成COD浓度较为均匀的处理废液；通过调节阀Ⅲ（15-3）的开度变化保证两种物料在预热器（5）中的停留时间；随后进入超临界水氧化反应器Ⅰ（6）中发生氧化反应，当绝大部分有机物在此发生氧化转化后，少部分有机物继续进入超临界水氧化反应器II（7）中发生进一步氧化反应，进而保证废水中的有机物在两级氧化反应器中转化率达到99.99%；

步骤十一、随着反应的进行，两级反应器生成的热量能远超过预热器（5）所需要的能量，此时需及时停止预热器（5）的电加热器，如果热量仍偏高，通过调节阀Ⅴ（15-5）的开度，使反应生成的部分气体不经过预热器（5）管程，直接通过调节阀Ⅴ（15-5）进入冷凝器Ⅰ（8-1）中；

步骤十二、超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和反应生成的气相产物经预热器（5）余热回收后进入冷凝器Ⅰ（8-1）冷却降温，然后通过背压阀（9）泄压，然后进入气液分离器Ⅰ（10-1），经分离的气体产物从气液分离器Ⅰ（10-1）顶端排出，液体产物从气液分离器Ⅰ（10-1）底端排出；

步骤十三、反应生成的无机盐逐渐从超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）超临界水中析出、沉降，在超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）底部沉积，并二次溶解与超临界水氧化反应器Ⅰ（6）和超临界水氧化反应器II（7）底部次临界水中，形成浓盐水，经过冷凝器Ⅱ（8-2）冷却降温，然后通过排盐阀（11）和气液分离器Ⅱ（10-2）气液分离后排出，气体从气液分离器Ⅱ（10-2）顶部排出，浓盐水从气液分离器Ⅱ（10-2）底部排出。