Scwo處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制系統(tǒng)及方法,通過(guò)調(diào)節(jié)液氧流量,降低汽液分離器上部氣體溫度至10℃上下;將提純塔的液位控制在中間,通過(guò)減壓閥將提純塔出口液體二氧化碳的壓力降低到2MPa;將高壓壓縮機(jī)的流量與汽液分離器的液位進(jìn)行聯(lián)鎖,將汽液分離器的液位控制在設(shè)定范圍內(nèi);當(dāng)高壓壓縮機(jī)的流量達(dá)到最大時(shí),開(kāi)啟第二緩沖器上的排氣閥緩慢排氣,排氣結(jié)束后,繼續(xù)維持低溫液氧泵的流量,完成排氣的氧氣損失量的補(bǔ)充時(shí),再將液氧流量恢復(fù)到正常;利用背壓閥將系統(tǒng)運(yùn)行壓力控制在一個(gè)誤差較小的范圍內(nèi)波動(dòng)從而維持系統(tǒng)工作壓力的相對(duì)穩(wěn)定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用超臨界氧化技術(shù)SCWO對(duì)高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水(有機(jī)物質(zhì)量含量5wt%? 10wt% ;有機(jī)氮和氨氮含量在2000mg/L)進(jìn)行無(wú)害化處理的氧氣回收及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(diǎn)(Te=374.15 °C, P=22.12MPa)的特殊狀態(tài)的水。具有高擴(kuò)散系數(shù)、低粘度、低介電常等特性,類(lèi)似一種非極性有機(jī)溶劑,可以溶解氧氣、氮?dú)?、有機(jī)物等物質(zhì),而無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極低。超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidation,簡(jiǎn)稱(chēng)SCW0)是利用超臨界水的特殊性質(zhì),有機(jī)物在富氧的超臨界水環(huán)境中進(jìn)行均相反應(yīng),高效徹底地將有機(jī)污染物深度破壞,轉(zhuǎn)化成H20、CO2等無(wú)害化小分子化合物和無(wú)機(jī)鹽。SCWO主要適合用于高濃度難生化降解有機(jī)廢水的高效無(wú)害化處理,具有高效、無(wú)二次污染、能夠?qū)崿F(xiàn)自熱、能量回收優(yōu)化時(shí)運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì),在取代傳統(tǒng)的焚燒法方面具有優(yōu)越的應(yīng)用前景。因此,SCWO的發(fā)展在國(guó)內(nèi)外受到廣泛關(guān)注,國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)SCWO的商業(yè)化運(yùn)行。美國(guó)國(guó)防部和能源部利用SCWO來(lái)處理化學(xué)武器、火箭推進(jìn)劑、炸藥等高能廢物,取得了滿意的效果。
[0003]高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水(如農(nóng)藥廢水)含有大量的污染物,有機(jī)物質(zhì)量含量高達(dá)5wt%?10wt%,這些廢水中化學(xué)需氧量(COD)通常高于50000mg/L,含有相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)氮和氨氮,總氮含量可高達(dá)2000mg/L,且含有大量的生物抑制物和毒性物質(zhì),生化性特別差,難以利用傳統(tǒng)的生化方法進(jìn)行高效、低成本的處理。通常需要進(jìn)行多效蒸發(fā),蒸發(fā)冷凝液進(jìn)行稀釋后再生化處理,濃縮液進(jìn)行造粒焚燒,因此工藝復(fù)雜,運(yùn)行成本高,且產(chǎn)生的二次污染物需要再處理。而利用SCWO可以實(shí)現(xiàn)這類(lèi)高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水的高效、低成本無(wú)害化處理。在此過(guò)程中,通常使用過(guò)量的氧化系數(shù)(實(shí)際氧化劑添加量與理論氧化劑需用量之比),可以高達(dá)2.0?4.0,氧化劑的消耗成本成為決定SCWO運(yùn)行成本的最為關(guān)鍵的因素之一。因此,為了降低高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水SCWO處理時(shí)的運(yùn)行成本,特別需要充分回收過(guò)量的氧化劑(通常使用氧氣),且還應(yīng)充分回收反應(yīng)產(chǎn)生的熱量,回收產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物收益,這些成為保證高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水SCWO運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。
[0004]鑒于高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水SCWO為高溫高壓的操作條件,且反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的CO2,因此要回收富余的氧氣,需要將先CO2分離出來(lái)。此外,高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水SCWO過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生N2,隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的增加,N2在系統(tǒng)中的累積量不斷增大,會(huì)緩慢增加系統(tǒng)工作壓力,稀釋所回收氧氣的純度,且N2在系統(tǒng)中循環(huán)會(huì)增大高壓壓縮機(jī)的能耗,對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生不利影響,因此需要定期排出N2。但是,排氣時(shí)必須保證整個(gè)SCffO系統(tǒng)的穩(wěn)定工作,保證系統(tǒng)壓力相對(duì)穩(wěn)定,保證穩(wěn)定的氧氣系數(shù),從而滿足高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)中富余氧氣的穩(wěn)定回收和反應(yīng)器富氧條件的穩(wěn)定供應(yīng)。因此,對(duì)高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)中富余氧氣回收和控制提出了嚴(yán)格要求。雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)了少量高濃度難生化降解有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng),但尚未有效解決氧氣高效、連續(xù)、穩(wěn)定地回收利用問(wèn)題,特別是未見(jiàn)有用于高濃度難生化含氮有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)中氧氣回收控制方法的報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水超臨界水氧化處理過(guò)程中氧氣回收及控制方法,可滿足SCWO系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)富余氧氣的連續(xù)穩(wěn)定的回收利用,從而降低裝置運(yùn)行成本,保證高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)能夠連續(xù)可靠經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
[0006]為達(dá)到以上目的,本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制系統(tǒng),其特征在于,包括液氧貯槽,其出口端與低溫液氧泵入口端連接,低溫液氧泵出口端通過(guò)一液氧流量調(diào)節(jié)閥Vl與汽液分離器中冷卻盤(pán)管的入口端連接,低溫液氧泵出口端、汽液分離器中冷卻盤(pán)管的出口端同時(shí)與液氧汽化器入口端連通,液氧汽化器出口與第一緩沖器入口端連通,第一緩沖器出口端與混合器入口端連通,混合器另一入口端連接難生化含氮濃有機(jī)廢水的輸運(yùn)預(yù)熱管路,混合器出口端與反應(yīng)器入口端連接,反應(yīng)器出口端與蒸汽發(fā)生器管側(cè)入口端連通,蒸汽發(fā)生器管側(cè)出口端與汽液分離器入口端連通,蒸汽發(fā)生器殼側(cè)入口端與軟化水輸運(yùn)管路連通,蒸汽發(fā)生器出口端與蒸汽輸出管路連通;汽液分離器底部出口端通過(guò)背壓與液體無(wú)污染排放管路連通;汽液分離器頂部氣體出口端與冷卻器殼側(cè)入口端連通,冷卻器殼側(cè)出口端與提純塔入口端連通,提純塔底部液體出口端通過(guò)一液位調(diào)節(jié)閥V3,與減壓閥入口端連通,減壓閥出口端與液體二氧化碳儲(chǔ)罐入口端連通,液體二氧化碳儲(chǔ)罐出口端與二氧化碳罐裝運(yùn)走管路連通;提純塔上部出口端與第二緩沖器入口端連接,第二緩沖器的出口端與高壓壓縮機(jī)入口端連接,高壓壓縮機(jī)出口端與第一緩沖器入口端連通,第二緩沖器連接有排氣閥門(mén)。
[0008]一種SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制方法,采用前述SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),其特征在于,包括下述步驟:
[0009]I)向汽液分離器中的冷卻盤(pán)管引入液氧,通過(guò)調(diào)節(jié)液氧流量調(diào)節(jié)閥控制液氧流入量,降低汽液分離器上部氣體溫度至10°C上下,以去除氣體中的水分,實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離;
[0010]2)通過(guò)調(diào)節(jié)液位調(diào)節(jié)閥V3的開(kāi)度將提純塔的液位控制在中間,通過(guò)減壓閥將提純塔出口液體二氧化碳的壓力降低到2MPa,當(dāng)液體二氧化碳儲(chǔ)罐的液位達(dá)到最高液位時(shí),系統(tǒng)控制界面給出灌裝運(yùn)走提示;
[0011]3)高壓壓縮機(jī)的流量與汽液分離器的液位進(jìn)行聯(lián)鎖,當(dāng)汽液分離器的液位高于設(shè)定液位范圍時(shí),減少高壓壓縮機(jī)上變頻器的頻率,進(jìn)而降低其流量;當(dāng)汽液分離器的液位低于設(shè)定液位范圍時(shí),增大高壓壓縮機(jī)上變頻器的頻率,進(jìn)而增大其流量,從而將汽液分離器的液位控制在設(shè)定范圍內(nèi);
[0012]4)當(dāng)高壓壓縮機(jī)的流量達(dá)到其最大流量時(shí),開(kāi)啟第二緩沖器上的排氣閥門(mén)進(jìn)行緩慢排氣,此時(shí)高壓壓縮機(jī)的流量維持在最大流量值,為額定流量的120%,當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到23MPa,排氣結(jié)束,關(guān)閉排氣閥組,高壓壓縮機(jī)的流量恢復(fù)到初始最低流量,為額定流量的80% ;
[0013]5)排氣結(jié)束后,繼續(xù)維持低溫液氧泵的流量,完成第二緩沖器排氣的氧氣損失量的補(bǔ)充時(shí),再將低溫液氧泵的流量恢復(fù)到正常流量;
[0014]6)將系統(tǒng)運(yùn)行壓力控制在一個(gè)誤差較小的范圍內(nèi)波動(dòng),當(dāng)超過(guò)此范圍時(shí)利用背壓閥進(jìn)行系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié),從而維持系統(tǒng)工作壓力的相對(duì)穩(wěn)定。
[0015]上述方法中,所述系統(tǒng)運(yùn)行壓力控制在24.5±1.5Mpa的范圍內(nèi)波動(dòng)。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是,通過(guò)以上系統(tǒng)及方法能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)中富余氧氣的穩(wěn)定回收和反應(yīng)器富氧條件的穩(wěn)定連續(xù)供應(yīng),保證連續(xù)穩(wěn)定的氧氣系數(shù),并可以實(shí)現(xiàn)液體CO2的連續(xù)收集,實(shí)現(xiàn)氮?dú)庾詣?dòng)排放,且系統(tǒng)的工作壓力相對(duì)穩(wěn)定。從而滿足高濃度難生化降解含氮有機(jī)廢水超臨界水氧化處理系統(tǒng)中富余氧氣的穩(wěn)定回收利用所需的復(fù)雜控制要求,提高整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1為液氧貯槽,2為低溫液氧泵,3為液氧汽化器,4為第一緩沖器,5為混合器,6為反應(yīng)器,7為蒸汽發(fā)生器,8為汽液分離器,9為背壓閥,10為冷卻器,11為冷卻機(jī)組,12為提純塔,13為減壓閥,14為液體二氧化碳儲(chǔ)罐,15為第二緩沖器,16為高壓壓縮機(jī),Vl~V4為流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,V5為電動(dòng)截止閥。
[0020]圖1中的圖例和儀表代碼含義見(jiàn)表1。
[0021]表1
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制系統(tǒng),其特征在于,包括液氧貯槽,其出口端與低溫液氧泵入口端連接,低溫液氧泵出口端通過(guò)一液氧流量調(diào)節(jié)閥Vl與汽液分離器中冷卻盤(pán)管的入口端連接,低溫液氧泵出口端、汽液分離器中冷卻盤(pán)管的出口端同時(shí)與液氧汽化器入口端連通,液氧汽化器出口與第一緩沖器入口端連通,第一緩沖器出口端與混合器入口端連通,混合器另一入口端連接難生化含氮濃有機(jī)廢水的輸運(yùn)預(yù)熱管路,混合器出口端與反應(yīng)器入口端連接,反應(yīng)器出口端與蒸汽發(fā)生器管側(cè)入口端連通,蒸汽發(fā)生器管側(cè)出口端與汽液分離器入口端連通,蒸汽發(fā)生器殼側(cè)入口端與軟化水輸運(yùn)管路連通,蒸汽發(fā)生器出口端與蒸汽輸出管路連通;汽液分離器底部出口端通過(guò)背壓與液體無(wú)污染排放管路連通;汽液分離器頂部氣體出口端與冷卻器殼側(cè)入口端連通,冷卻器殼側(cè)出口端與提純塔入口端連通,提純塔底部液體出口端通過(guò)一液位調(diào)節(jié)閥V3,與減壓閥入口端連通,減壓閥出口端與液體二氧化碳儲(chǔ)罐入口端連通,液體二氧化碳儲(chǔ)罐出口端與二氧化碳罐裝運(yùn)走管路連通;提純塔上部出口端與第二緩沖器入口端連接,第二緩沖器的出口端與高壓壓縮機(jī)入口端連接,高壓壓縮機(jī)出口端與第一緩沖器入口端連通,第二緩沖器連接有排氣閥門(mén)。
2.—種SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制方法,采用權(quán)利要求1所述的SCffO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),其特征在于,包括下述步驟: 1)向汽液分離器中的冷卻盤(pán)管引入液氧,通過(guò)調(diào)節(jié)液氧流量調(diào)節(jié)閥控制液氧流入量,降低汽液分離器上部氣體溫度至10°C上下,以去除氣體中的水分; 2)通過(guò)調(diào)節(jié)液位調(diào)節(jié)閥V3的開(kāi)度將提純塔的液位控制在中間,通過(guò)減壓閥將提純塔出口液體二氧化碳的壓力降低到2MPa,當(dāng)液體二氧化碳儲(chǔ)罐的液位達(dá)到最高液位時(shí),系統(tǒng)控制界面給出灌裝運(yùn)走提示; 3)高壓壓縮機(jī)的流量與汽液分離器的液位進(jìn)行聯(lián)鎖,當(dāng)汽液分離器的液位高于設(shè)定液位范圍時(shí),減少高壓壓縮機(jī)上變頻器的頻率,進(jìn)而降低其流量;當(dāng)汽液分離器的液位低于設(shè)定液位范圍時(shí),增大高壓壓縮機(jī)上變頻器的頻率,進(jìn)而增大其流量,從而將汽液分離器的液位控制在設(shè)定范圍內(nèi); 4)當(dāng)高壓壓縮機(jī)的流量達(dá)到其最大流量時(shí),開(kāi)啟第二緩沖器上的排氣閥門(mén)進(jìn)行緩慢排氣,此時(shí)高壓壓縮機(jī)的流量維持在最大流量值,為額定流量的120%,當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到23MPa,排氣結(jié)束,關(guān)閉排氣閥組,高壓壓縮機(jī)的流量恢復(fù)到初始最低流量,為額定流量的80% ; 5)排氣結(jié)束后,繼續(xù)維持低溫液氧泵的流量,完成第二緩沖器排氣的氧氣損失量的補(bǔ)充時(shí),再將低溫液氧泵的流量恢復(fù)到正常流量; 6)將系統(tǒng)運(yùn)行壓力控制在一個(gè)誤差較小的范圍內(nèi)波動(dòng),當(dāng)超過(guò)此范圍時(shí)利用背壓閥進(jìn)行系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié),從而維持系統(tǒng)工作壓力的相對(duì)穩(wěn)定。
3.如權(quán)利要求2所述的SCWO處理難生化含氮濃有機(jī)廢水的氧氣回收控制方法,其特征在于,所述系統(tǒng)運(yùn)行壓力控制在24.5±1.5Mpa的范圍內(nèi)波動(dòng)。
【文檔編號(hào)】C02F1/72GK103616858SQ201310548530
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】王樹(shù)眾, 徐東海, 黃傳寶, 張潔, 唐興穎, 錢(qián)黎黎 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)