專利名稱：一種有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高濃度難降解有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)和方法，具體地說(shuō)，是首先采用超臨界水氧化技術(shù)對(duì)高濃度難降解有機(jī)廢水進(jìn)行深度治理，將廢水中的有害有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳及少量穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物等物質(zhì)，同時(shí)利用排放的超臨界水進(jìn)行超臨界發(fā)電生產(chǎn)電能，實(shí)現(xiàn)高濃度難降解有機(jī)廢水的深度處理與資源化利用的有機(jī)結(jié)合。
背景技術(shù)：
高濃度難降解有機(jī)廢水的處理，是目前國(guó)內(nèi)外污水處理界公認(rèn)的難題。對(duì)于這類廢水，如焦化廢水、制藥廢水(包括中藥廢水)、石化/油類廢水、紡織/印染廢水、化工廢水、油漆廢水等，由于廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物，如果直接排放，會(huì)造成嚴(yán)重污染。
所謂“高濃度”，是指廢水中的有機(jī)物濃度較高，一般COD (化學(xué)需氧量)均在 2000mg/L以上，有的甚至高達(dá)每升幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)毫克；所謂“難降解”是指廢水的可生化性較低，BOD5 (五日生化需氧量)/COD值一般均在0.3以下甚至更低，難以生物降解。所以， 業(yè)內(nèi)普遍將COD濃度大于2000mg/ L、B0D5/ COD值低于0. 3的有機(jī)廢水統(tǒng)一稱為高濃度難降解有機(jī)廢水?！案邼舛取?、“難降解”兩大特性的疊加，使得此類廢水的處理非常困難，而且運(yùn)行成本非常高。
對(duì)于高濃度難降解有機(jī)廢水，目前一般是先采用稀釋的方法，將廢水的COD濃度降低，使其可生化性增大后再進(jìn)行處理，因此處理流程長(zhǎng)，水耗和能耗均較大，效果也不十分理想。另外，上述這些方法都是以消耗大量外部能源或物質(zhì)去摧毀廢水中的含能物質(zhì) (C0D/B0D)或使其絮凝沉淀，最終結(jié)果實(shí)際上是一種污染的轉(zhuǎn)移，即在使廢水得到凈化的同時(shí)卻由于消耗大量的外部能源或物質(zhì)而產(chǎn)生新的污染物，這與可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略是相悖的。因此，在對(duì)高濃度難降解有機(jī)廢水進(jìn)行有效治理的同時(shí)，充分利用其中的含能物質(zhì)，減少外部能源或物質(zhì)的消耗，對(duì)于降低運(yùn)行成本、提高過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)再利用具有重要意義。
超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidation, SCW0)是一種新興的有機(jī)廢物和廢水處理技術(shù)。在超臨界條件下，水能與有機(jī)物、氧氣、空氣等以任意比例互溶，形成無(wú)相界面的單相體系，因此反應(yīng)過(guò)程為單相反應(yīng)，反應(yīng)不受相間傳質(zhì)速率的限制，具有很高的反應(yīng)速率，反應(yīng)時(shí)間一般只需幾分至十幾分鐘；SCWO可將難降解的有機(jī)物徹底轉(zhuǎn)化為CO2 和H2O,將氮轉(zhuǎn)化為隊(duì)或隊(duì)0等無(wú)害物質(zhì)，將磷、氯、硫等元素氧化，以無(wú)機(jī)鹽的形式從超臨界水中沉積下來(lái)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)有毒污染物的無(wú)害化，COD去除率可達(dá)99%以上。與此同時(shí)，由于高濃度難降解有機(jī)廢水中的含能物質(zhì)(COD)較多，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放出大時(shí)的熱量，從反應(yīng)器出來(lái)的經(jīng)處理后的超臨界水含有大量的熱能和壓力能，如果將其用于超臨界發(fā)電生產(chǎn)高品位的電能，即可實(shí)現(xiàn)高濃度難降解有機(jī)廢水的深度處理達(dá)標(biāo)排放或回用與資源化利用的有機(jī)結(jié)合，具有重大的社會(huì)效益、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。CN 102531259 A發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高濃度難降解有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)和方法。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)，包括格柵、廢水螺桿泵、廢水壓力泵、預(yù)熱器、氧化劑壓力泵、超臨界水氧化反應(yīng)器、高壓旋液分離器和超臨界發(fā)電機(jī)組，格柵、廢水螺桿泵、廢水壓力泵和預(yù)熱器依次連接，預(yù)熱器的輸出口連接至超臨界水氧化反應(yīng)器輸入口，所述氧化劑壓力泵連接至超臨界水氧化反應(yīng)器的氧化劑輸入口，超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)裝有加熱器，超臨界水氧化反應(yīng)器超臨界水輸出口和高壓旋液分離器，高壓旋液分離器超臨界水輸出口和超臨界發(fā)電機(jī)組連接。
所述氧化劑壓力泵為高壓柱塞泵(對(duì)于液態(tài)氧化劑)或壓縮機(jī)(對(duì)于氣態(tài)氧化劑)。 所述的超臨界反應(yīng)器既可以是釜式反應(yīng)器，也可以是管式反應(yīng)器。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高壓旋液分離器超臨界水輸出口和超臨界發(fā)電機(jī)組輸入口之間設(shè)有加熱器，加熱器將高壓旋液分離器排出的超臨界水繼續(xù)加熱到580°C以上，維持壓力在^、0MPa，用于超臨界發(fā)電，使發(fā)電效率進(jìn)一步提高到44%左右，對(duì)節(jié)約能源減少污染具有重要意義。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的方法，包含以下步驟(1)利用格柵對(duì)待處理的高濃度難降解有機(jī)廢水進(jìn)行粗濾，除去其中的大塊及條狀雜物；(2)利用廢水螺桿泵將粗濾后的高濃度難降解有機(jī)廢水泵入系統(tǒng)；(3)關(guān)閉超臨界水氧化反應(yīng)器的出口閥，用廢水壓力泵對(duì)待處理的高濃度難降解有機(jī)廢水加壓，同時(shí)經(jīng)預(yù)熱器加熱后，輸入超臨界水氧化反應(yīng)器中；(4)待超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)充入一定量的待處理廢水后，關(guān)閉廢水壓力泵，停止注入廢水，同時(shí)啟動(dòng)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)置的加熱器，將其內(nèi)的待處理廢水靜態(tài)加熱至 400 0C ；(5)啟動(dòng)廢水壓力泵，控制廢水的流量，當(dāng)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)的壓力達(dá)到25 35 MPa，溫度達(dá)到30(T450 °C時(shí)，啟動(dòng)氧化劑壓力泵，將氧化劑輸入到超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)；(6)根據(jù)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)的壓力與溫度，調(diào)節(jié)泵入超臨界水氧化反應(yīng)器的待處理廢水及氧化劑的流量，使待處理廢水與氧化劑在超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間為 10(Tl000s，使其中所含的有機(jī)物、重金屬離子經(jīng)充分反應(yīng)生成為無(wú)機(jī)鹽、水和CO2 ；(7)反應(yīng)生成的無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極微，將會(huì)在超臨界水氧化反應(yīng)器中析出，因此采用高壓旋液分離器8將無(wú)機(jī)鹽分離并從底部排出；(8)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從高壓旋液分離器排出的超臨界水含有大量的熱能和壓力能， 將其輸入超臨界發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的電能供用戶使用或并入電網(wǎng)，發(fā)電后的背壓蒸汽用于供熱和制冷，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。
上述步驟(4)中的氧化劑可以是液氧、空氣、KC103、NaC10、KMnO4溶液或H202。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在上述步驟(8)中進(jìn)一步包括以下改進(jìn)步驟(8. 1)將高壓旋液分離器排出的超臨界水通過(guò)加熱器進(jìn)一步提升壓力和溫度，使其溫度達(dá)到580°C以上，壓力在^、0MPa，用于超臨界發(fā)電，提高發(fā)電效率。
本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明中采用超臨界水氧化反應(yīng)和超臨界發(fā)電，將從超臨界水氧化反應(yīng)產(chǎn)生的含有大量的熱能和壓力能超臨界水，經(jīng)處理后用于超臨界發(fā)電。超臨界發(fā)電機(jī)組采用高參數(shù)的超臨界水進(jìn)行發(fā)電，具有發(fā)電效率高的優(yōu)點(diǎn)，能生產(chǎn)出高品位的電能，超臨界發(fā)電產(chǎn)生的電能輸入電網(wǎng)，發(fā)電后的背壓蒸汽輸出至供熱和制冷裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高濃度難降解有機(jī)廢水的深度處理達(dá)標(biāo)排放或回用與資源化利用的有機(jī)結(jié)合，具有重大的社會(huì)效益、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。


圖1和圖2為本發(fā)明實(shí)施例1有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)流程示意圖。
圖中1-格柵；2-廢水螺桿泵；3-廢水壓力泵；4-預(yù)熱器；5-超臨界水氧化反應(yīng)器；6-加熱器；7-氧化劑壓力泵；8-高壓旋液分離器；9-超臨界發(fā)電機(jī)組；12-加熱器； 13-超臨界發(fā)電機(jī)組；51-超臨界水氧化反應(yīng)器輸入口 ； 52-氧化劑輸入口 ；53-超臨界反應(yīng)器輸出口。
A-高濃度難降解有機(jī)廢水；B-氧化劑；C-無(wú)機(jī)鹽；D-電網(wǎng)；E-供熱；F-制冷。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1如圖ι所示，高濃度難降解有機(jī)廢水的超臨界水發(fā)電系統(tǒng)，包括格柵1、廢水螺桿泵2、 廢水壓力泵3、預(yù)熱器4、超臨界水氧化反應(yīng)器5、氧化劑壓力泵7、高壓旋液分離器8和超臨界發(fā)電機(jī)組9。格柵1、廢水螺桿泵2、廢水壓力泵3和預(yù)熱器4依次連接，預(yù)熱器4的輸出口連接至超臨界水氧化反應(yīng)器輸入口 51，氧化劑壓力泵7連接至超臨界水氧化反應(yīng)器的氧化劑輸入口 52，超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)裝有加熱器6。超臨界反應(yīng)器輸出口 53接高壓旋液分離器8的入口，高壓旋液分離器8的流體出口接超臨界發(fā)電機(jī)組8，氧化劑壓力泵7的輸出口接入超臨界反應(yīng)器5。
高濃度難降解有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的方法，包括以下步驟(1)利用格柵1對(duì)待處理廢水進(jìn)行粗濾，除去其中的大塊及條狀雜物；(2)利用廢水螺桿泵2將待處理廢水泵入系統(tǒng)；(3)關(guān)閉超臨界水氧化反應(yīng)器輸出口53的出口閥，采用廢水壓力泵3對(duì)待處理的高濃度難降解有機(jī)廢水加壓，同時(shí)經(jīng)預(yù)熱器4加熱后，輸入超臨界水氧化反應(yīng)器5中；(4)待超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)充入一定量的待處理廢水后，關(guān)閉廢水壓力泵3，停止注入廢水，同時(shí)啟動(dòng)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)置的加熱器6，將其內(nèi)的待處理廢水靜態(tài)加熱至 400 0C ；(5)啟動(dòng)廢水壓力泵3，控制廢水的流量，當(dāng)超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)的壓力達(dá)到25 35 MPa，溫度達(dá)到30(Γ450 ！時(shí)，啟動(dòng)氧化劑壓力泵7，將氧化劑輸入到超臨界水氧化反應(yīng)器5 內(nèi)；(6)根據(jù)超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)的壓力與溫度，調(diào)節(jié)泵入超臨界水氧化反應(yīng)器5的待處理廢水及氧化劑的流量，使待處理廢水與氧化劑在超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)的停留時(shí)間為10(T1000S，使其中所含的有機(jī)物、重金屬離子等經(jīng)充分反應(yīng)生成為無(wú)機(jī)鹽、水和(X)2等；(7)反應(yīng)生成的無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極微，將會(huì)在超臨界水氧化反應(yīng)器5中析出，因此采用高壓旋液分離器8將無(wú)機(jī)鹽分離并從底部排出；(8)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從高壓旋液分離器8排出的超臨界水含有大量的熱能，將其輸入超臨界發(fā)電機(jī)組9進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的電能供用戶使用或并入電網(wǎng)D，發(fā)電后的背壓蒸汽用于供熱E和制冷F，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。
實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1區(qū)別在于，高壓旋液分離器8排出的超臨界水不是直接進(jìn)行超臨界發(fā)電，而是通過(guò)加熱器12繼續(xù)加熱，使其溫度達(dá)到580°C以上，壓力在 ^、0MPa，然后用于超超臨界發(fā)電，從而使發(fā)電效率進(jìn)一步提高，發(fā)電后的背壓蒸汽用于供熱或制冷。
高濃度難降解有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的方法，包括以下步驟(1)利用格柵1對(duì)待處理廢水進(jìn)行粗濾，除去其中的大塊及條狀雜物；(2)利用廢水螺桿泵2將待處理廢水泵入系統(tǒng)；(3)關(guān)閉超臨界水氧化反應(yīng)器5的出口閥，采用廢水壓力泵3對(duì)待處理的高濃度難降解有機(jī)廢水加壓，同時(shí)經(jīng)預(yù)熱器4加熱后，輸入超臨界水氧化反應(yīng)器5中；(4)待超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)充入一定量的待處理廢水后，關(guān)閉廢水壓力泵3，停止注入廢水，同時(shí)啟動(dòng)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)置的加熱器6，將其內(nèi)的待處理廢水靜態(tài)加熱至 400 0C ；(5)啟動(dòng)廢水壓力泵3，控制廢水的流量，當(dāng)超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)的壓力達(dá)到25飛0 MPa，溫度達(dá)到40(Γ700 ！時(shí)，啟動(dòng)氧化劑壓力泵7，將氧化劑輸入到超臨界水氧化反應(yīng)器5 內(nèi)；(6)根據(jù)超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)的壓力與溫度，調(diào)節(jié)泵入超臨界水氧化反應(yīng)器5的待處理廢水及氧化劑的流量，使待處理廢水與氧化劑在超臨界水氧化反應(yīng)器5內(nèi)的停留時(shí)間為10(T1000S，使其中所含的有機(jī)物、重金屬離子等經(jīng)充分反應(yīng)生成為無(wú)機(jī)鹽、水和(X)2等；(7)反應(yīng)生成的無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極微，將會(huì)在超臨界水氧化反應(yīng)器5中析出，因此采用高壓旋液分離器8將無(wú)機(jī)鹽分離并從底部排出；(8)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從高壓旋液分離器8排出的超臨界水含有大量的熱能，將其經(jīng)過(guò)加熱器12繼續(xù)加熱，使其溫度達(dá)到580°C以上，壓力在^、0MPa，然后進(jìn)入超超臨界發(fā)電機(jī)組13，產(chǎn)生的電能供用戶使用或并入電網(wǎng)D，發(fā)電后的背壓蒸汽用于供熱E和制冷F，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括格柵、廢水螺桿泵、廢水壓力泵、預(yù)熱器、氧化劑壓力泵、超臨界水氧化反應(yīng)器、高壓旋液分離器和超臨界發(fā)電機(jī)組，格柵、廢水螺桿泵、廢水壓力泵和預(yù)熱器依次連接，預(yù)熱器的輸出口連接至超臨界水氧化反應(yīng)器輸入口，所述氧化劑壓力泵連接至超臨界水氧化反應(yīng)器的氧化劑輸入口，超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)裝有加熱器，超臨界水氧化反應(yīng)器超臨界水輸出口和高壓旋液分離器，高壓旋液分離器超臨界水輸出口和超臨界發(fā)電機(jī)組連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)，其特征是，所述氧化劑壓力泵為高壓柱塞泵或壓縮機(jī)；所述的超臨界反應(yīng)器既釜式反應(yīng)器或是管式反應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)，其特征是，所述高壓旋液分離器超臨界水輸出口和超臨界發(fā)電機(jī)組輸入口之間設(shè)有加熱器。
4.一種有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的方法，其特征是，該方法包含以下步驟(1)利用格柵對(duì)待處理的高濃度難降解有機(jī)廢水進(jìn)行粗濾，除去其中的大塊及條狀雜物；(2)利用廢水螺桿泵將粗濾后的高濃度難降解有機(jī)廢水泵入系統(tǒng)；(3)關(guān)閉超臨界水氧化反應(yīng)器的出口閥，用廢水壓力泵對(duì)待處理的高濃度難降解有機(jī)廢水加壓，同時(shí)經(jīng)預(yù)熱器加熱后，輸入超臨界水氧化反應(yīng)器中；(4)待超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)充入一定量的待處理廢水后，關(guān)閉廢水壓力泵，停止注入廢水，同時(shí)啟動(dòng)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)置的加熱器，將其內(nèi)的待處理廢水靜態(tài)加熱至 400 0C ；(5)啟動(dòng)廢水壓力泵，控制廢水的流量，當(dāng)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)的壓力達(dá)到25 35 MPa，溫度達(dá)到30(T450 °C時(shí)，啟動(dòng)氧化劑壓力泵，將氧化劑輸入到超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)；(6)根據(jù)超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)的壓力與溫度，調(diào)節(jié)泵入超臨界水氧化反應(yīng)器的待處理廢水及氧化劑的流量，使待處理廢水與氧化劑在超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間為 10(Tl000s，使其中所含的有機(jī)物、重金屬離子經(jīng)充分反應(yīng)生成為無(wú)機(jī)鹽、水和(X)2 ；(7)反應(yīng)生成的無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極微，將會(huì)在超臨界水氧化反應(yīng)器中析出，因此采用高壓旋液分離器8將無(wú)機(jī)鹽分離并從底部排出；(8)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從高壓旋液分離器排出的超臨界水含有大量的熱能和壓力能， 將其輸入超臨界發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的電能供用戶使用或并入電網(wǎng)，發(fā)電后的背壓蒸汽用于供熱和制冷，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的方法，其特征是，上述步驟(4)中的氧化劑是液氧、空氣、KC103、NaCIO、KMnO4溶液或H202。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的方法，其特征是，上述步驟(8)中進(jìn)一步包括以下改進(jìn)步驟(8. 1)將高壓旋液分離器排出的超臨界水通過(guò)加熱器進(jìn)一步提升壓力和溫度，使其溫度達(dá)到580°C以上，壓力在^、0MPa，將其輸入超臨界發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的電能供用戶使用或并入電網(wǎng)，發(fā)電后的背壓蒸汽用于供熱和制冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)和方法。一種有機(jī)廢水超臨界發(fā)電的系統(tǒng)，包括格柵、廢水螺桿泵、廢水壓力泵、預(yù)熱器、氧化劑壓力泵、超臨界水氧化反應(yīng)器、高壓旋液分離器和超臨界發(fā)電機(jī)組，格柵、廢水螺桿泵、廢水壓力泵和預(yù)熱器依次連接，預(yù)熱器的輸出口連接至超臨界水氧化反應(yīng)器輸入口，所述氧化劑壓力泵連接至超臨界水氧化反應(yīng)器的氧化劑輸入口，超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)裝有加熱器，超臨界水氧化反應(yīng)器超臨界水輸出口和高壓旋液分離器，高壓旋液分離器超臨界水輸出口和超臨界發(fā)電機(jī)組連接。
文檔編號(hào)C02F9/10GK102531259SQ20111043962
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者廖傳華, 張闊, 朱躍釗, 楊麗, 武一鳴, 郭丹丹, 陳海軍 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)