[發明專利]耐腐蝕防堵塞的有機污染物超臨界水氧化系統

有效

• 申請號: 201210473659.X
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102989371A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 徐愿堅;王光偉;陳忠;陳鴻珍;殷逢俊
• 申請（專利權）人: 重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B01J3/00
• 分類號: B01J3/00;B01J19/00;C02F1/72;C02F11/08;B09B3/00;C02F101/30
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 周維鋒

技術領域

本發明涉及環境保護及化工技術領域，特別涉及利用超臨界水作為反應介質，對高濃度難生化降解的有機廢水和難處理的有毒固體廢棄物等污染物進行無害化處理及資源化利用的一種超臨界水氧化系統。

背景技術

溫度和壓力高于其臨界點溫度和壓力(T＝374.2℃，P＝22.1MPa)的水被稱之為超臨界水(SCW)。處于超臨界狀態下，水的密度、粘度、介電常數、離子積降低，氫鍵減弱，擴散性能、非極性特征增強。超臨界水氧化技術(SupercriticalWater?Oxidation，簡稱SCWO)即是利用超臨界水作為反應介質，將有機污染物迅速、完全、徹底深度氧化降解為二氧化碳、水、氮氣等無機物質的新型環境治理方法。SCWO技術由于具有反應速度快、氧化分解徹底，無二次污染等明顯優勢，特別適合于處理那些工業部門難銷毀的有毒有害物質(如染料廢水、醫藥廢水、潤滑劑廢液、含PCBs的絕緣油、放射性混合廢棄物、多氯聯苯、易揮發性有機污染物等)、高濃度難降解的有機廢物(城市污泥、含油污泥、造紙廠料漿等)、軍用毒害物質(化學武器，火箭推進劑，炸藥等)等污染物。

與傳統的有毒有害物質處理方法相比，SCWO技術具有以下優勢：①降解過程屬于均相反應，速度非常快，氧化徹底，一般只需要幾秒至幾分鐘即可將廢棄物中的有機物徹底、深度氧化破壞，去除率可達99％以上；②SCWO過程無需尾氣處理，不會造成二次污染。有機污染物中的碳、氫被轉化為二氧化碳和水，雜原子(如氯、硫、磷等)分別被轉化為其對應的礦物酸(如鹽酸、硫酸、磷酸等)，有機氮主要形成氮氣和少量一氧化二氮。③反應裝置體積小，結構簡單，占地面積小，廢物處理量大；④有機物氧化降解屬于放熱反應，當污染物中有機物含量達到一定程度時，可利用反應放出的熱維持過程的熱平衡，實現自熱反應。⑤降解過程可通過溫度、壓力、催化劑等進行控制和調節，可以非常方便地實現污染物的部分氧化為某一/些中間產物，再行資源化利用。

SCWO技術由于其高氧化率和不受處理對象的限制，所以自從被人們認識以來一直受到相關領域科研工作者的廣泛關注和重視。然而，隨著人們針對于有機污染物降解效率、反應過程、設備裝置、成本效益等方面研究的深入，問題也隨之產生。概括起來，目前，制約該技術工業化規模應用的關鍵技術問題主要有兩類：其一是超臨界水極性減弱導致的無機鹽溶解度降低并大量沉積于設備管線內壁，進而引起的設備傳熱/質效率降低和管線堵塞問題；其二是設備材料長時間運行于該高溫高壓、強氧化性、以及成份復雜的苛刻腐蝕環境條件下，極易遭受嚴重的腐蝕并失效。

針對于上述SCWO技術出現的兩大技術關鍵問題，已有大量學者、專家開展了相關研究。如EP0708058直接將超臨界水引入氧化反應器，一方面對污染物進行預熱，使其達到超臨界水氧化條件；另外一方面，作為液封材料，以減小設備材料的腐蝕，同時降低無機鹽在管壁的沉積。然而，該方法涉及大量超臨界水的使用，能耗較高。US5461648通過在有機污染物超臨界水氧化反應器內壁涂覆抗腐蝕薄膜的方式對設備材料進行保護，但是其缺點在于制造過程繁瑣，涂覆的陶瓷等抗腐蝕材料和金屬反應器壁結合力較差。中國專利CN101164912公開了一種耐腐蝕防堵塞的超臨界水氧化反應器，該反應器通過在內筒內表面形成保護性水膜以降低設備材料的腐蝕，同時采用將超臨界流體轉變為亞臨界流體的方法以增加無機鹽溶解度，減少由于鹽沉積造成的設備傳熱和傳質性能下降以及管路堵塞；CN102190363公開了一種利用輔助燃料補給熱量的超臨界水氧化反應器裝置，該反應器采用蒸發壁和罐式回流結合的結構，以解決有機污染物超臨界水氧化系統所出現的鹽沉積和設備腐蝕問題；CN102295366公開了一種超臨界水氧化處理廢水工藝及其反應設備，該專利通過引入中和試劑以中和有機污染物超臨界水氧化降解過程中所產生的酸性物質，進而降低設備材料的腐蝕。然而上述三種反應器裝置均存在需要耗用大量的工藝水、出口液體中鹽分含量較高、工藝水加熱需要消耗大量的熱量等不足。

針對上述不足，需對現有的超臨界水氧化系統進行改進，降低其在對有機污染物降解后形成的物料中固體的含量，以防止固體沉積引起設備傳熱/質效率降低及堵塞管線，另外，也提高設備的防腐性能，以延長設備的使用壽命。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種耐腐蝕防堵塞的有機污染物超臨界水氧化系統，該系統通過對氧化降解裝置進行改進，有效解決現有氧化降解設備中有機污染物自身攜帶的固體及其在超臨界水氧化降解過程中所產生的無機鹽容易沉積造成設備傳熱、質效率降低以及管線堵塞的技術問題。