[发明专利]基于超临界水氧化的反应器、反应系统及含酚废水处理方法

说明书

一种基于超临界水氧化的反应器，该反应器包括内壳和外壳；内壳同轴设置于外壳中；内壳分为上部圆柱和下部圆锥两部分；圆柱包括上段无孔管(1411)和下段直筒多孔管(1404)，圆锥为锥形多孔壁(1407)；外壳包括上部连接法兰、中部直筒承压壁(1403)和下部锥形承压壁(1409)；内壳的圆柱部分与直筒承压壁(1403)、连接法兰之间形成第一环隙；锥形多孔壁(1407)与锥形承压壁(1409)之间形成第二环隙；在第一环隙和第二环隙间设置有分隔环(1405)；直筒承压壁(1403)的上部设置有高温蒸发水注入管(1402)；锥形承压壁(1409)的上部设置有低温蒸发水注入管(1406)；锥形承压壁(1409)的底部设置有出口管(1408)；连接法兰上同轴设置有喷嘴管(1401)，且喷嘴管(1401)穿过内壳顶部中心。还公开了一种基于超临界水氧化的反应系统及一种含酚废水处理方法。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种基于超临界水氧化的反应器、反应系统及含酚废水处理方法。

背景技术

酚类化合物是指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物，根据其分子所含的羟基数目可分为一元酚和多元酚。含酚废水是当今世界上危害大、污染范围广的工业废水之一，是环境中水污染的重要来源。在许多工业领域诸如煤气、焦化、炼油、冶金、机械制造、玻璃、石油化工、木材纤维、化学有机合成工业、塑料、医药、农药、油漆等工业排出的废水中均含有酚。这些废水若不经过处理，直接排放、灌溉农田则可污染大气、水、土壤和食品。随着环保要求的提高，酚类废水的排放标准日益提高，以苯酚废水为例，其排放标准要求低于0.5mg/L。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，难以满足废水处理的要求。

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。超临界水氧化技术为酚类废水的彻底降解处理提供了保证。

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。此外，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。而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。由于高温高压的反应工艺，物料需要预热加压至超临界状态，进而产生高能耗高成本的问题。

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。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，可有效缓解反应器内的腐蚀和盐沉积问题。但由于水膜反应器内的流场特性和蒸发水的注入方式，造成蒸发水分布不均而引起局部的腐蚀和盐沉积，以及反应器内局部过热(如喷嘴，反应器上部等)的问题。

发明内容