一種利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，包括壓縮機、氧化劑存儲器、混合箱、超臨界水發(fā)生器及副產(chǎn)品回收器，所述壓縮機的氧化劑入口與氧化劑存儲器的出口相連通，混合箱的超臨界水入口及氣體入口分別與超臨界水發(fā)生器的出口及壓縮機的出口相連通，混合箱的出口與副產(chǎn)品回收器的入口相連通，相應的，本發(fā)明還公開了一種利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的方法。本發(fā)明可以快速處理高濃度的工業(yè)廢氣，處理效率高。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)廢氣處理領域，涉及一種連續(xù)處理廢氣的裝置及方法，具體涉及 一種利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置及方法。 一種利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置及方法

【背景技術】
[0002] 超臨界水氧化（Supercritical Water Oxidation，簡稱SCW0)技術是以超臨界水 (溫度> 374,壓力> 22. IMPa)為介質(zhì)，利用在超臨界條件下不存在氣液界面?zhèn)髻|(zhì)阻力來提 高反應速率，并與純氧在均相條件下使有機物徹底氧化的一種新興技術。同焚燒、濕式催化 氧化相比，超臨界水氧化具有污染物完全氧化、二次污染小、設備與運行費用相對較低等優(yōu) 勢。
[0003] 處于超臨界狀態(tài)下的水兼具液態(tài)和氣態(tài)水的性質(zhì)，其可連續(xù)變化的密度、低靜電 介質(zhì)常數(shù)、低粘滯度等特性使超臨界水成為一種具有高擴散能力、高溶解性的理想反應介 質(zhì)，可以利用溫度與壓力的變化來控制反應環(huán)境、協(xié)調(diào)反應速率與化學平衡、調(diào)節(jié)催化劑的 選擇活性等，也可以通過不同物質(zhì)溶解度對超臨界流體的依賴性，實現(xiàn)反應與分離在同一 反應器內(nèi)完成。針對企業(yè)廠區(qū)內(nèi)燃料燃燒和生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的各種排入空氣的含有污 染物氣體等，如：二氧化碳、二硫化碳、硫化氫、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氫、一氧化碳、硫 酸（霧）、揮發(fā)苯及芳烴、鈹化物、煙塵及生產(chǎn)性粉塵，如果排入大氣，會污染空氣，同時嚴重 的危害人的健康。采用超臨界水氧化處理，可有效去除工業(yè)廢氣中的有害物質(zhì)。
[0004] 目前對于工業(yè)廢氣的處理主要采取焚燒法（專利201210023570. 3)、活性炭吸附 (專利201310270874. 4)、濕式空氣氧化法(專利200710068312. 6)、光化學氧化及光催化氧 化（專利 201280006489. 2, 201280005310. 1)、電化學氧化（專利 201310071665. 7)等方法， 這些傳統(tǒng)的處理方法效率較低，尤其對于高濃度工業(yè)廢氣很難達到國家一級排放標準，有 些工藝處理后的殘留物仍為污染物或危險物，需做進一步處理才能排放，因此對工業(yè)廢氣 處理的新技術和新方法有待進一步研究開發(fā)。相關研究表明，超臨界水氧化是目前處理工 業(yè)廢氣的有效途徑。處于其臨界點（374°C，22. IMPa)以上的高溫、高壓狀態(tài)的水被稱為超 臨界水（SCW)，在此條件下的水既具有與氣體相當?shù)臄U散系數(shù)（比一般液體高10-100倍） 和較低的黏度，又具有與液體相近的密度和對物質(zhì)良好的溶解能力。SCW與非極性物質(zhì)如烴 類、戊烷、己烷、苯和甲苯等有機物可完全互溶，氧氣、氮氣、CO、C0 2等氣體也都能以任意比 例溶于超臨界水中。正是由于SCW的溶劑化特性，使其成為有機物氧化的理想介質(zhì)，以超臨 界水為載體，將有機廢物與空氣、氧氣等氧化劑在超臨界水中進行氧化反應而將其去除。超 臨界水氧化反應是在高溫、高壓下進行的均相反應，反應速率很快（可小于lmin)，處理徹 底，有機物被完全氧化成二氧化碳、水、氮氣以及鹽類等無毒的小分子化合物，不形成二次 污染，且無機鹽可從水中分離出來，處理效率可達99. 99%以上，完全能夠達到國家一級排 放標準，實現(xiàn)直接排放或回收利用。另外，當有機物質(zhì)量分數(shù)超過2%時，超臨界水氧化過程 可以形成自熱而不需額外供給熱量。這些特性使超臨界水氧化技術與生化處理法、濕式空 氣氧化法及燃燒法等傳統(tǒng)的廢水處理技術相比表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，使其成為一種具有很大 潛在優(yōu)勢的環(huán)保新技術。
[0005] 我國近年來也對醇類、酚類、苯類、含氮及含硫等有機廢水進行了超臨界水 氧化的研究并形成了 一些相關專利，如一種超臨界水氧化處理含碳有機物的方法 (201210592563. 5)，一種超臨界水氧化處理乙烯廢堿液的方法（201110285736. 4)等。這些 研究取得了滿意的效果，但大多處于小試規(guī)模，間歇式反應器居多，不能連續(xù)處理，中試裝 置及工業(yè)化運行也僅為雛形。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種利用超臨界水氧化技術 連續(xù)處理廢氣的裝置及方法，該裝置及方法快速處理高濃度的工業(yè)廢氣，處理效率高。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其 特征在于，包括壓縮機、氧化劑存儲器、混合箱、超臨界水發(fā)生器及副產(chǎn)品回收器，所述壓縮 機的氧化劑入口與氧化劑存儲器的出口相連通，混合箱的超臨界水入口及氣體入口分別與 超臨界水發(fā)生器的出口及壓縮機的出口相連通，混合箱的出口與副產(chǎn)品回收器的入口相連 通。
[0008] 所述混合箱的出口與副產(chǎn)品回收器的入口通過第一閥門相連通。
[0009] 所述壓縮機的出口與混合箱的氣體入口通過第二閥門相連通。
[0010] 所述混合箱的超臨界水入口與超臨界水發(fā)生器的出口通過第三閥門相連通。
[0011] 所述副產(chǎn)品回收器包括背壓閥、壓力報警器、冷凝器及氣液分離器，背壓閥的入口 與第一閥門的出口相連通，背壓閥的出口與冷凝器的入口及壓力報警器的氣體入口相連 通，冷凝器的出口與氣液分離器的入口相連通。
[0012] 本發(fā)明所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的方法包括以下步驟：
[0013] 工業(yè)廢氣及氧化劑存儲器輸出的氧化劑經(jīng)壓縮機壓縮處理后壓力升至5-8MPa，溫 度升至100-200°C，然后將經(jīng)壓縮機處理后的工業(yè)廢氣及氧化劑輸入到混合箱中，同時超臨 界水發(fā)生器產(chǎn)生超臨界水，并將所述超臨界水輸入到混合箱中，工業(yè)廢氣、氧化劑及超臨界 水在混合箱內(nèi)反應，待其反應完成后通入到副廣品回收器中，副廣品回收器回收對工業(yè)廢 氣、氧化劑及超臨界水反應的產(chǎn)物。
[0014] 所述混合箱內(nèi)氣體的溫度為380-500°C，氣壓為23-30MPa。
[0015] 所述氧化劑為〇2或〇3，氧化劑的摩爾質(zhì)量為工業(yè)廢氣完全氧化所需氧化劑的摩爾 質(zhì)量的2-6倍。
[0016] 所述工業(yè)廢氣、氧化劑及超臨界水在混合箱內(nèi)反應的反應時間為10-100秒。
[0017] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0018] 本發(fā)明所述的所述利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置及方法在對工業(yè) 廢氣處理的過程中，先通過壓縮機對氧化劑及工業(yè)廢氣進行升壓及升溫，然后將升壓及升 溫后的氧化劑及工業(yè)廢氣與超臨界水在混合箱中反應，最后再將反應后的產(chǎn)物通過副產(chǎn)品 回收器回收，從而實現(xiàn)對高濃度工業(yè)廢氣的快速處理，處理效率高。本發(fā)明可以實現(xiàn)對工業(yè) 廢氣中各項污染物的完全氧化，二次污染小，設備及運行費用降低，適用于處理垃圾焚燒發(fā) 電廠、化工廠、印染廠和制藥廠等排放的高濃度工業(yè)廢氣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0020] 其中，1為氧化劑存儲器、2為工業(yè)廢氣、3為壓縮機、4為混合箱、5為超臨界水發(fā)生 器、6為副產(chǎn)品回收器、7為第一閥門、8為第二閥門、9為第三閥門。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
[0022] 參考圖1，本發(fā)明所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置包括壓縮機 3、氧化劑存儲器1、混合箱4、超臨界水發(fā)生器5及副產(chǎn)品回收器6,所述壓縮機3的氧化劑 入口與氧化劑存儲器1的出口相連通，混合箱4的超臨界水入口及氣體入口分別與超臨界 水發(fā)生器5的出口及壓縮機3的出口相連通，混合箱4的出口與副產(chǎn)品回收器6的入口相 連通。
[0023] 需要說明的是，所述混合箱4的出口與副產(chǎn)品回收器6的入口通過第一閥門7相 連通，壓縮機3的出口與混合箱4的氣體入口通過第二閥門8相連通，混合箱4的超臨界水 入口與超臨界水發(fā)生器5的出口通過第三閥門9相連通，所述副產(chǎn)品回收器6包括背壓閥、 壓力報警器、冷凝器及氣液分離器，背壓閥的入口與第一閥門7的出口相連通，背壓閥的出 口與冷凝器的入口及壓力報警器的氣體入口相連通，冷凝器的出口與氣液分離器的入口相 連通。
[0024] 本發(fā)明所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的方法，包括以下步驟：
[0025] 工業(yè)廢氣2及氧化劑存儲器1輸出的氧化劑經(jīng)壓縮機3壓縮處理后壓力升至 5-8MPa，溫度升至100-200°C，然后將經(jīng)壓縮機3處理后的工業(yè)廢氣2及氧化劑輸入到混合 箱4中，同時超臨界水發(fā)生器5產(chǎn)生超臨界水，并將所述超臨界水輸入到混合箱4中，工業(yè) 廢氣2、氧化劑及超臨界水在混合箱4內(nèi)反應，待其反應完成后通入到副廣品回收器6中，副 產(chǎn)品回收器6回收對工業(yè)廢氣2、氧化劑及超臨界水反應的產(chǎn)物。
[0026] 所述混合箱4內(nèi)氣體的溫度為380_500°C，氣壓為23_30MPa。
[0027] 所述氧化劑為02或03，氧化劑的摩爾質(zhì)量為工業(yè)廢氣2完全氧化所需氧化劑的摩 爾質(zhì)量的2-6倍。
[0028] 所述工業(yè)廢氣2、氧化劑及超臨界水在混合箱4內(nèi)反應的反應時間為10-100秒。
[0029] 實施例一
[0030] 首先將包括多氯聯(lián)苯、NH3及C0的高濃度工業(yè)廢氣2經(jīng)壓縮機3升壓至5MPa，升 溫至120°C，其中，氧化劑存儲器1輸出的0 3摩爾質(zhì)量為工業(yè)廢氣2完全氧化所需氧化劑的 摩爾質(zhì)量的6倍，設置第二閥門8及第三閥門9每3分鐘開啟一次，開啟時間為10秒。
[0031] 預先開啟超臨界水發(fā)生器5,并設置參數(shù)為650°C /30MPa，將經(jīng)過第二閥門8與第 三閥門9的氣體同步排放至混合箱4中，并最終形成約400°C /25MPa的超臨界流體，并使其 在混合箱4中反應20秒，然后開啟第一閥門7,將反應后的產(chǎn)物輸入到副產(chǎn)品回收器6中回 收，其中，副產(chǎn)品回收器6分離出的無害氣體C0 2、N2等由分離器頂部直接排除，液態(tài)產(chǎn)物進 行回收利用。
[0032] 實施例二
[0033] 將垃圾焚燒電廠產(chǎn)生的包含多氯聯(lián)苯、NH3及S02的工業(yè)廢氣2及氧化劑存儲器1 輸出的氧化劑〇3經(jīng)壓縮機3加壓至5MPa，升溫至100°C，其中，03摩爾質(zhì)量為工業(yè)廢氣2完 全氧化所需氧化劑的摩爾質(zhì)量的5倍，設置第二閥門8(11)及第三閥門9每3分鐘開啟一 次，開啟時間為5秒。
[〇〇34] 預先開啟超臨界水發(fā)生器5,并設置參數(shù)為700°C /30MPa，將經(jīng)過閥第二閥門 8(11)與第三閥門9(22)的氣體同步排放至混合箱4(25)中，并最終形成約420°C/26MPa 的超臨界流體，反應50秒后，開啟第一閥門7,然后將反應后的產(chǎn)物通過副產(chǎn)品回收器6回 收，其中，副產(chǎn)品回收器6分離出的無害氣體C0 2、N2等由分離器頂部直接排除，液態(tài)S和C1 產(chǎn)物進行回收利用。
【權利要求】
1. 一種利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于，包括壓縮機（3)、氧 化劑存儲器（1)、混合箱（4)、超臨界水發(fā)生器（5)及副產(chǎn)品回收器（6)，所述壓縮機（3)的 氧化劑入口與氧化劑存儲器（1)的出口相連通，混合箱（4)的超臨界水入口及氣體入口分 別與超臨界水發(fā)生器（5)的出口及壓縮機（3)的出口相連通，混合箱（4)的出口與副產(chǎn)品 回收器（6)的入口相連通。
2. 根據(jù)權利要求1所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于， 所述混合箱（4)的出口與副產(chǎn)品回收器（6)的入口通過第一閥門（7)相連通。
3. 根據(jù)權利要求2所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于， 所述壓縮機（3)的出口與混合箱（4)的氣體入口通過第二閥門（8)相連通。
4. 根據(jù)權利要求3所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于， 所述混合箱（4)的超臨界水入口與超臨界水發(fā)生器（5)的出口通過第三閥門（9)相連通。
5. 根據(jù)權利要求2所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于， 所述副產(chǎn)品回收器（6)包括背壓閥、壓力報警器、冷凝器及氣液分離器，背壓閥的入口與第 一閥門（7)的出口相連通，背壓閥的出口與冷凝器的入口及壓力報警器的氣體入口相連 通，冷凝器的出口與氣液分離器的入口相連通。
6. -種利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的方法，基于權利要求1所述的利用超臨 界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于，包括以下步驟： 工業(yè)廢氣（2)及氧化劑存儲器（1)輸出的氧化劑經(jīng)壓縮機（3)壓縮處理后壓力升至 5-8MPa，溫度升至100-200°C，然后將經(jīng)壓縮機（3)處理后的工業(yè)廢氣（2)及氧化劑輸入到 混合箱（4)中，同時超臨界水發(fā)生器（5)產(chǎn)生超臨界水，并將所述超臨界水輸入到混合箱 (4)中，工業(yè)廢氣（2)、氧化劑及超臨界水在混合箱（4)內(nèi)反應，待其反應完成后通入到副產(chǎn) 品回收器（6)中，副產(chǎn)品回收器（6)回收對工業(yè)廢氣（2)、氧化劑及超臨界水反應的產(chǎn)物。
7. 根據(jù)權利要求6所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的方法，其特征在于， 所述混合箱（4)內(nèi)氣體的溫度為380-500°C，氣壓為23-30MPa。
8. 根據(jù)權利要求6所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于， 所述氧化劑為〇2或〇 3，氧化劑的摩爾質(zhì)量為工業(yè)廢氣（2)完全氧化所需氧化劑的摩爾質(zhì)量 的2-6倍。
9. 根據(jù)權利要求6所述的利用超臨界水氧化技術連續(xù)處理廢氣的裝置，其特征在于， 所述工業(yè)廢氣（2)、氧化劑及超臨界水在混合箱（4)內(nèi)反應的反應時間為10-100秒。
【文檔編號】B01D53/74GK104107624SQ201410320171
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權日:2014年7月7日
【發(fā)明者】魯金濤, 谷月峰 申請人:西安熱工研究院有限公司