[发明专利]超临界水氧化系统中过量氧回用及二氧化碳回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机废水处理的循环利用，特别涉及一种超临界水氧化系统中过量氧回用及二氧化碳回收方法。

背景技术

超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation)是一种新型高效的高浓度难降解有机废水处理技术。水在超临界条件下(T＞374.15℃，P＞22.12MPa)兼具气体和液体的性质，该状态下只有少量氢键存在，具有类似液体的密度、溶解能力和良好的流动性，是一种非极性有机溶剂，又具有类似气体的高的扩散系数和低的粘度。超临界水氧化技术即利用水在超临界条件下独特的物理化学性质，在氧的参与下，有机物发生以自由基为主导的氧化反应，使废水中含碳有机物迅速彻底的氧化为二氧化碳和水，具有反应迅速、彻底、清洁环保的优点。

商业化的超临界水氧化装置常用液氧做氧化剂，在超临界系统中氧化系数(氧化剂加入量与理论需氧量之比)和温度是影响有机物处理效率的两个重要因素，为使有机物更彻底的去除，通常需要提高温度或增大氧化系数。然而，当温度高于500℃时，对反应器的腐蚀较严重，所以，通常采用提高过氧系数的方法来提高有机物去除效率，一般控制氧化系数在1.5-4之间。但在超临界水氧化系统的总耗资中，氧气消耗约占70％以上，随着过氧量的增加，系统运行成本也显著增加，严重影响了过程经济性。反应后的流体中含有大量过剩的氧及有机物氧化产生的二氧化碳，若能有效实现氧的循环回用并回收二氧化碳可提高系统经济性。

在目前国内外超临界水氧化系统中，关于氧回用方法的报道很少。国内仅“一种提高超临界水氧化系统氧气利用率的方法”(公开号CN101830554A)通过高压气液分离器与水进行分离后，气体直接回用至反应器来实现氧的回用。但该方法中高压气液分离器上部气态流体中除氧外，还有大量二氧化碳存在。对于COD(化学需氧量)70000mg/L的废水，气相中的二氧化碳仍占到总二氧化碳的60％以上。若不对二氧化碳和氧进行有效的分离，二氧化碳量随运行时间而增大，导致系统压力不稳定，且积累的大量二氧化碳在对氧进行了稀释，影响有机物的去除效率。因此，二氧化碳与氧的有效分离是实现氧的高效回用保证系统安全稳定运行的关键。

发明内容

本发明针对超临界水氧化系统运行中氧成本高的问题，提出了一种在反应器外实现过量氧回用的同时回收二氧化碳的方法。该方法主要利用超临界反应器出水高压的条件，通过换热对氧和二氧化碳混合气体冷却，控制温度低于二氧化碳液化界温度，使二氧化碳液化并提纯来实现氧与二氧化碳分离。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

超临界水氧化系统中过量氧回用及二氧化碳回收方法，

一种超临界水氧化系统中过量氧回用及二氧化碳回收方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)超临界水氧化反应器出水经换热器换热后进入高压气液分离器，高压气液分离器上部流体作为热流体介质，依次进入提纯塔内的换热盘管、提纯塔外的冷凝器，使流体温度低于二氧化碳液化温度；

(2)冷凝器出口流体进入提纯塔，塔底液态二氧化碳通过换热盘管与高压气液分离器出口流体换热，实现二氧化碳纯化，塔底出口液体二氧化碳灌装回收；

(3)提纯塔顶部气相流体进入氧缓冲罐，与超临界水氧化系统所供氧混合后通过高压氧压缩机进入超临界水氧化反应器实现氧的回用。

上述方法中，所述超临界水氧化反应器反应温度为375-700℃、压力为23-30MPa。

所述超临界水氧化反应器出口流体经换热器换热后，温度低于相应压力下的水汽化温度。

所述冷凝器所需冷流体由冷冻机组提供，或者利用超临界水氧化系统中液氧冷能。

所述冷流体介质为水溶液，或者为乙二醇和水的混合溶液，或者为液氧。

本发明提出通过在反应器外实现氧的循环回用及二氧化碳回收，能有效降低超临界水氧化系统中的氧化系数，回收二氧化碳，显著提高系统运行的经济性，可广泛应用于超临界水氧化处理有机废液/废物处理系统中。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图1中：1、换热器；2、高压气液分离器；3、换热盘管；4、冷凝器；5、提纯塔；6、氧缓冲罐；7、高压氧压缩机；8、超临界水氧化反应器

具体实施方式

下面结合附图及发明人给出的一个具体实施例对本发明作进一步详细说明。