專利名稱：水熱氧化處理廢物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水熱氧化處理廢物的方法，尤其是但不僅僅是處理廢水中存在的有機物質(zhì)，并且涉及用于實施所述方法的設(shè)備。
水相中有機廢物的轉(zhuǎn)化方法是公知的。尤其是，已經(jīng)公知將水/有機廢物混合物置于一定溫度和壓力下，使水超過其臨界點，由此導(dǎo)致當(dāng)混合物中存在氧化性物質(zhì)時，廢物降解成CO2和H2O類型的簡單化學(xué)成分。
但是，當(dāng)已經(jīng)加入能氧化所有廢物量的氧化劑的水/有機廢物混合物被壓縮和加熱以至于水超過其臨界點時，發(fā)生的氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，這將影響反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng)器壁的完整性。當(dāng)在將氧化劑引入混合物之前壓縮并加熱水/有機廢物混合物時，同樣可以發(fā)現(xiàn)對反應(yīng)器壁的影響后果。另一方面，當(dāng)在開始壓縮并加熱混合物之前引入氧化劑時，反應(yīng)器中出現(xiàn)熱斑。后者基本上是由于氧化劑的溶解度和其熱容在混合物的溫度和壓力條件下并不恒定的緣故。因此，混合物中溶解的氧化劑濃度在反應(yīng)介質(zhì)中并不均勻，而且氧化反應(yīng)在氧化劑濃度高的區(qū)域?qū)a(chǎn)生更大的熱能。
除這些熱斑的出現(xiàn)能夠影響反應(yīng)器壁外，反應(yīng)介質(zhì)中氧化劑分布不均導(dǎo)致了有機廢物的降解反應(yīng)只有很平常的產(chǎn)率。
為了克服反應(yīng)器的局部過熱，理想的辦法是能同時并且沿著反應(yīng)器分散的方向注入氧氣和水，從而使氧氣氧化有機物質(zhì)，并且同時水可以降低反應(yīng)介質(zhì)的溫度。但是，這種方案并不能優(yōu)化有機物質(zhì)的降解，因為溫度的降低同時也降低了氧化速率。此外，反應(yīng)器的熱剖面在每次注射處表現(xiàn)出交替增加然后降低的曲線，這就降低了反應(yīng)器的總產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明，該目的的實現(xiàn)是由于本發(fā)明方法包含以下階段的事實-在初始壓力和溫度條件下將包含預(yù)定量有機物質(zhì)的所述廢水注入到帶有入口和出口的管狀體中，-將所述廢水置于至少對應(yīng)于所述廢水臨界壓力的壓力P1下，所述壓力P1大于初始壓力，-通過施加于所述管狀體區(qū)域的加熱裝置使所述廢水達(dá)到高于初始溫度的溫度T1下，以及在彼此相遠(yuǎn)隔的n個點處，向所述管狀體中注入n部分至少一種氧化組合物，其總和對應(yīng)于氧化所述預(yù)定量有機物質(zhì)所必需的氧化組合物量，使得根據(jù)在所述管狀體的所述區(qū)域和第n個注入點之間的升高曲線，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的一部分熱能使反應(yīng)混合物的溫度從所述溫度T1增加到T2＞T1，所述有機物質(zhì)由此被氧化，所述反應(yīng)混合物連續(xù)地從亞臨界液態(tài)進(jìn)入超臨界區(qū)。
因此，有機物質(zhì)氧化方法的特征之一是借助n個注入點，向流過管狀體的反應(yīng)介質(zhì)中逐步注入具體的氧化組合物。在此方式下，廢水中存在的有機物質(zhì)的氧化隨著反應(yīng)混合物流過管狀體而逐漸進(jìn)行，而且在每次注入氧化組合物時，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能將部分消散于注入過程之間，這就阻止了能量產(chǎn)生的過于強烈，從而避免了對管狀體內(nèi)壁的傷害。并且還不需要同時注入能在反應(yīng)期間冷卻反應(yīng)介質(zhì)的物質(zhì)。
氧化組合物很明顯地可以包含不對反應(yīng)介質(zhì)起特定作用的其它化合物。
氧化所有有機物質(zhì)所產(chǎn)生的總熱能的一部分將給予反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)介質(zhì)的壓力P1高于廢水臨界壓力，這就允許廢水在液相的亞臨界狀態(tài)逐漸進(jìn)入超臨界區(qū)，而不用經(jīng)過氣相。當(dāng)反應(yīng)混合物處于超臨界區(qū)時，相的概念消失，注入氧化組合物之間沒有被氧化的有機物質(zhì)在這一區(qū)域氧化。
有利地，所述廢水的壓力P1高于23MPa，并且所述廢水的溫度T1在370到520°K之間。在該溫度和壓力區(qū)，含有有機物質(zhì)的廢水處于亞臨界的液相，其中一部分物質(zhì)被氧化。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能部分使所述反應(yīng)混合物的溫度增加到低于800°K的溫度T2。因此，盡管反應(yīng)混合物的溫度在第n個注入點后可以高于800°K，但是由于第n部分氧化組合物與殘余有機物質(zhì)反應(yīng)，該部分能量不足以損害管狀體的內(nèi)壁。因此，有機物質(zhì)的主要部分在反應(yīng)混合物達(dá)到溫度T2之前已被氧化，由于被最后部分氧化組合物氧化的最終部分是少的，所以反應(yīng)混合物的溫度將只是略微高于T2。此外，水的熱容在溫度為650°K到700°K之間時是最大的，這就可能在反應(yīng)介質(zhì)通過的溫度范圍內(nèi)，明顯地吸收氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能。因此，反應(yīng)器壁將相應(yīng)地受到更低的影響。
根據(jù)本發(fā)明另一個具體的實施方案，在彼此遠(yuǎn)隔的三個點處，向所述管狀體中注入三部分氧化組合物。第一部分在廢水溫度達(dá)到T1溫度時注入，注入第二部分使廢水達(dá)到溫度T2，當(dāng)廢水已經(jīng)達(dá)到該溫度時，注入第三部分。
有利地，第一部分氧化組合物在所述廢水已經(jīng)達(dá)到溫度T1時注入，從而使有機物質(zhì)的氧化反應(yīng)僅在應(yīng)用所述加熱裝置的所述管狀體的所述區(qū)域的下游開始。
根據(jù)本發(fā)明另一個具體的實施方案，所述管狀體具有多個不同尺寸的橫截面部分。這種配置有可能交替地插入其中注入氧化組合物的較狹窄的管狀體部分以及發(fā)生氧化反應(yīng)的較寬的部分。這樣，較寬部分中氧化混合物的停留時間較長，就可能增加反應(yīng)的時間并且因此增加每次注入氧化性組分間的反應(yīng)產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的有利配置，為了使廢水達(dá)到所述溫度T1，在初始壓力和溫度下將所述氧化反應(yīng)產(chǎn)生的部分熱能給予所述廢水。在該方式下，不需要額外的加熱裝置來將所述廢水從初始溫度加熱到溫度T1，這改善了本發(fā)明方法總的能量平衡。僅需要低強度的初始加熱裝置。
優(yōu)選地，注入管狀體的氧化組合物是氧氣，這有可能以有利的成本來轉(zhuǎn)化有機物質(zhì)。但是，在特定的場合中，不僅要求供應(yīng)的成本是有利的，而且當(dāng)實施本發(fā)明方法的條件需要在水中具有更大溶解度的氧化組合物時，可以使用過氧化氫。
根據(jù)本發(fā)明特別有利的配置，至少一部分氧化組合物由性質(zhì)上不同于其它部分的氧化組合物組成。這樣，例如有可能在反應(yīng)器的第一部分從過氧化氫的技術(shù)優(yōu)點中獲益，而且在反應(yīng)器的第二部分從氧氣的優(yōu)點中獲益。
根據(jù)本發(fā)明特別有利的配置，本發(fā)明方法另外包括以下階段其中存在的所述廢水和鹽類在所述管狀體的出口處回收，所述廢水的壓力從所述壓力P1降低到壓力P0，介于大氣壓和所述壓力P1之間，從而降低所述廢水的壓力，使所有鹽類轉(zhuǎn)化成固態(tài)，而所述廢水轉(zhuǎn)化成汽態(tài)；回收固態(tài)鹽類；以及回收汽態(tài)所述廢水，由此其中存在的所述廢水和鹽類被物理分離。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種打算用于實施廢水中有機物質(zhì)氧化方法的設(shè)備。該設(shè)備包括-用于在初始壓力和溫度條件下向帶有入口和出口的管狀體中注入含有預(yù)定量有機物質(zhì)的所述廢水的裝置；-用于使所述廢水達(dá)到高于初始壓力的壓力P1的裝置；-在所述管狀體的區(qū)域加熱的裝置，用于使所述廢水達(dá)到高于初始溫度的溫度T1；-用于在彼此相遠(yuǎn)隔的n個點處向所述管狀體中注入n部分氧化組合物的裝置，注入量對應(yīng)于氧化所述預(yù)定量有機物質(zhì)所必需的氧化劑的量，其中所述廢水至少處于壓力P1下，以便根據(jù)在所述管狀體的所述區(qū)域和第n個注入點之間的升高曲線，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的一部分熱能使反應(yīng)混合物的溫度從所述溫度T1增加到溫度T2＞T1，所述有機物質(zhì)由此被氧化，所述反應(yīng)混合物連續(xù)地從亞臨界相態(tài)進(jìn)入超臨界相態(tài)。
管狀體有利地由帶有進(jìn)料口和出料口的管子組成，所述廢水從進(jìn)料口注入，所述氧化的有機物質(zhì)從出料口逸出。當(dāng)本發(fā)明的方法可以在短的管狀體中實施時，所述管子可以是直的，但是，它還可以配置成螺旋狀的，從而降低反應(yīng)器的總尺寸。
優(yōu)選地，注入所述廢水的裝置包括能將所述廢水壓縮到高于23MPa壓力的泵，所述泵與所述進(jìn)料口相連。這樣，也包含在壓力下廢水進(jìn)入口和注射口的泵就可以將所述廢水注入管狀體中。管狀體中廢水的壓力相對恒定，并且至少在發(fā)生氧化反應(yīng)的部分高于23MPa。
應(yīng)用于所述管狀體所述區(qū)域的所述加熱裝置有利地包括與所述管狀體成一體的熱力發(fā)電機。這樣，附加于管狀體的熱力發(fā)電機就可以預(yù)加熱要注入的廢水。
應(yīng)用于所述管狀體所述區(qū)域的所述加熱裝置優(yōu)選地包括與所述管狀體成一體的熱交換器，熱源由所述氧化反應(yīng)產(chǎn)生的部分熱能提供。這是因為氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能，至少一部分能增加反應(yīng)介質(zhì)的溫度，而且一部分可以回收并用于將廢水加熱到溫度T1。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，向所述管狀體中注入部分氧化劑的裝置包括在所述管狀體中出現(xiàn)的可變流速注射器，所述注射器中氧化劑的壓力高于P1。注射器可以借助泵或者儲罐來供給氧化組合物，其中泵能夠?qū)⒀趸M合物壓縮至高于P1的壓力，而儲罐含有壓力也高于P1的組合物。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，向所述管狀體中注入氧化劑的裝置包括三個相互遠(yuǎn)隔且在所述管狀體中出現(xiàn)的注射器。
注射氧化組合物的第一個點有利地位于所述管狀體的所述出料口和所述管狀體的所述區(qū)域之間，其中臨近于該區(qū)域處使用加熱裝置。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，氧化設(shè)備還包括在所述管狀體的所述出口處回收其中存在的所述廢水和鹽類的裝置；將所述廢水從壓力P1降至處于大氣壓和所述壓力P1之間的壓力P0以降低所述廢水的壓力，使所有鹽類轉(zhuǎn)化成固態(tài)而所述廢水轉(zhuǎn)化成汽態(tài)的裝置；回收固態(tài)鹽類的裝置；以及回收汽態(tài)所述廢水的裝置，從而使其中存在的所述廢水和鹽類物理分離。
圖2是反應(yīng)介質(zhì)作為對應(yīng)于

圖1示意圖中氧化組合物注射點的函數(shù)的熱剖面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明具體實施方案打算用于實施本發(fā)明方法的設(shè)備的示意圖，其中管狀體包括三個注射點。
圖4是反應(yīng)介質(zhì)作為對應(yīng)于圖3所示設(shè)備示意圖中注射點的函數(shù)的熱剖面圖。
包含待轉(zhuǎn)化的有機物質(zhì)的廢水被儲備在實施本發(fā)明方法設(shè)備上游的儲罐10中。廢水一般由工業(yè)或城市污泥或者源自工業(yè)加工的水溶液組成。
泵12的進(jìn)入口14通過管16與儲罐10的下端相連，它能泵入廢水并且在其進(jìn)料口20處將廢水加壓注入管狀體18中。泵12能夠在高于22MPa的壓力下將廢水注入管狀體18中，該壓力基本上對應(yīng)于水的臨界壓力。
管狀體18裝備有熱力發(fā)電機22，該熱力發(fā)電機至少部分地圍繞著與注入廢水的進(jìn)料口20臨近的管狀體的外壁。熱力發(fā)電機22由熱電阻組成，該熱電阻能夠產(chǎn)生足夠的熱量以升高流過管狀體18的廢水的溫度。
不用說，可以使用任何其它的能夠產(chǎn)生熱能的裝置，尤其是用氣體或其它燃料運行的裝置。
向廢水供給能量對開始有機物質(zhì)的氧化反應(yīng)是必需的，反應(yīng)在第一部分氧化組合物在注入點24注入時發(fā)生。該注入點24位于熱力發(fā)電機22下游的管狀體中。在具體實施方案中，第一部分氧化組合物在位于管狀體入口后的加熱裝置的上游注入，從而在初始溫度下，使廢水中一部分氧化組合物得以溶解。
在注入點24處，注射器(未示出)穿過管狀體18的壁并在后者的端口中露出。注射器通過管28與泵26或者儲罐(沒有表示出)相連。泵26或儲罐可以在高于管狀體18中流動廢水壓力的壓力下傳送一部分氧化組合物。這是因為該條件對氧化劑注入管狀體18中是必需的。
氧化組合物可以由任何能夠從有機物質(zhì)中吸引電子的物質(zhì)組成。最便宜的氧化劑是氧氣，并且它很容易通過注射器來注入?？梢允褂闷渌难趸瘎┤邕^氧化氫或者硝酸，它們有利于分解氧化氮并產(chǎn)生水和氮氣。
注射氧化組合物的第二個點30位于接近于第一個注射點24的下游，這就可能注入第二部分氧化組合物。用于注射氧化組合物的裝置與用于在第一點24處實施注射的裝置相同。
待注入管狀體18中的氧化組合物的分步數(shù)量可以作為廢水中有機物質(zhì)的濃度和氧化所有有機物質(zhì)所必需氧化劑量的函數(shù)而變化，而且可以作為管狀體幾何形狀的函數(shù)而變化。本發(fā)明具體實施方案中的設(shè)備包括三個注射氧化組合物的點，該方案將在說明書的下文中更詳細(xì)地描述。
根據(jù)本發(fā)明有利的配置，當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)的溫度在注入第一部分氧化劑后增加時，可以使用至少兩種氧化組合物。首先注入過氧化氫，因為其氧化性強，然后在其它注射點注入氧氣部分。反應(yīng)開始，氧氣能以優(yōu)化方式反應(yīng)。根據(jù)該實施方案，反應(yīng)器的成本平衡由比過氧化氫便宜的氧氣所改善。
根據(jù)圖1，本發(fā)明設(shè)備包括稱作第n個注射點的最后一個注射氧化組合物的點32。
為了基本上完成氧化反應(yīng)，也就是說所有的有機物質(zhì)都已經(jīng)被氧化，注入廢水中所需氧化劑的量至少等于對應(yīng)于有機物質(zhì)氧化反應(yīng)化學(xué)計量的氧化劑量。因此，注入管狀體18中的氧化組合物的總量至少等于用于給定量廢水氧化反應(yīng)的氧化劑的化學(xué)計量量。很明顯，氧化過程連續(xù)發(fā)生，而且用于給定量的推理可以通過使用流速測量來轉(zhuǎn)化為連續(xù)操作。
當(dāng)反應(yīng)完成并且有機物質(zhì)僅包含基于碳和氧的化合物時，氧化產(chǎn)物由二氧化碳和水組成。這些氧化產(chǎn)物從管狀體18末端的出口34處釋放。
本發(fā)明的方法可以將廢水中的有機污染物負(fù)荷轉(zhuǎn)化為無機化合物，例如產(chǎn)生水和二氧化碳。在這種情況下，反應(yīng)產(chǎn)物當(dāng)然可釋放入大氣而不會危害環(huán)境，或者如果二氧化碳含量足夠高時，可回收產(chǎn)物用作反應(yīng)物。
例如，如果有機物質(zhì)氧化反應(yīng)的產(chǎn)物包含從硝酸分解氧化氮產(chǎn)生的氮氣時，它也可以被釋放到大氣中。另一方面，如果有機物質(zhì)包括氯時，反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫應(yīng)該通過化學(xué)轉(zhuǎn)換而被回收。
如同在本說明書下文中更詳細(xì)描述的一樣，在位于第n個注射點后的區(qū)域中，在最高溫度下管狀體是先驗的。因此，就可以通過位于溫度最高的所述區(qū)域中的第一交換器36來回收熱能，從而能通過第二個交換器38將熱能轉(zhuǎn)入管狀體的上游。這種在接近管狀體18的進(jìn)料口20處傳遞的熱能可以補充或替代預(yù)加熱廢水所需的熱力發(fā)電機。這種配置具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，因為它降低了實施本發(fā)明方法所必需的能量。
在參照圖1描述了實行本發(fā)明方法所需設(shè)備的組成組分后，廢水中有機物質(zhì)的氧化過程和反應(yīng)介質(zhì)的熱剖面將參照圖2來描述。為了使反應(yīng)介質(zhì)的熱剖面對應(yīng)于管狀反應(yīng)器18的不同部分，該圖正直地位于圖1裝置的下面。
在高于22MPa的壓力下將廢水注入管狀體18的進(jìn)料口20之前，廢水首先通過泵12被壓縮。壓縮可以升高廢水的溫度，并且如果設(shè)備處于正常操作條件下，可以由第二個熱交換器38補充，或者如果設(shè)備處于過渡狀態(tài)時，可以由熱力發(fā)電機22所補充。這樣，根據(jù)圖2的熱剖面，沿著斜坡40將初始溫度為Ti的反應(yīng)介質(zhì)加熱到溫度T1。
溫度T1介于370和520°K之間，而反應(yīng)介質(zhì)的壓力保持恒定，這就可能使反應(yīng)介質(zhì)維持在液相。對于對應(yīng)于平臺42的過渡期，反應(yīng)介質(zhì)保持恒溫T1。
隨后，在第一個注射點24處注入第一部分氧化組合物，并且反應(yīng)介質(zhì)的溫度根據(jù)斜坡44增加到溫度T11。這是因為氧化組合物對有機物質(zhì)的氧化是放熱的，而且因此將能量轉(zhuǎn)給反應(yīng)介質(zhì)。
在第二個注射點30處注入第二部分氧化組合物，產(chǎn)生的能量能夠根據(jù)斜坡46使溫度增加到T12值。
可以按需要重復(fù)相同操作許多次，注意通過控制氧化組合物的注入來限制反應(yīng)介質(zhì)的溫度。
在注射點32處向管狀體18中注入第n部分氧化組合物之前，反應(yīng)介質(zhì)的溫度不能高于溫度T2，T2為低于800°K，這是因為在相反情況下，損害管狀體18內(nèi)壁的危險是很大的，因為第n次和最后一次的注入將進(jìn)一步根據(jù)斜坡48增加反應(yīng)介質(zhì)的溫度。
最后注入氧化組合物可以分解廢水中在先前階段沒有被分解的有機物質(zhì)。為了確保氧化反應(yīng)的最大產(chǎn)率，n部分氧化組合物的總和基本上高于所需化學(xué)計量量。很明顯，當(dāng)過程繼續(xù)時，對于管狀體18中廢水的流速，氧化組合物部分的流速總和對應(yīng)于的化學(xué)計量比更高。
另外，因為水的熱容在基本上等于670°K時是最大的，大部分氧化組合物被在包含溫度670°K的反應(yīng)介質(zhì)溫度范圍內(nèi)有利地注入。這是因為既然水的熱容在該溫度值下是最大的，那么就能更好地吸收氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能，限制了反應(yīng)介質(zhì)溫度的升高，從而降低了對管狀體18內(nèi)壁的傷害。
此外，對所有注射來說，當(dāng)氧化組合物是氧氣時，其溶解在廢水的液相中。這種有利的特征有可能在管狀體中避免熱斑。這是因為氧氣在反應(yīng)介質(zhì)中的完全溶解使氧化劑均勻且即時的分布成為可能，從而由于反應(yīng)基本上是同時開始的，而使整個反應(yīng)器的溫度上升。相反地，氧化劑溶解性不好會導(dǎo)致反應(yīng)介質(zhì)中的局部反應(yīng)，因此出現(xiàn)熱斑。
下面將參照圖3和圖4來描述包含用于注射三部分氧化組合物的三個注射點的具體實施方案。
本發(fā)明的設(shè)備和與其相關(guān)的熱剖面表示于圖3和圖4中。廢水通過進(jìn)料口20被加壓注入。預(yù)加熱裝置和在注射點24處的第一部分氧化組合物的注入使反應(yīng)介質(zhì)達(dá)到對應(yīng)于平臺50過渡期的溫度T1。在注射點30處的第二部分氧化組合物的注入使溫度增加到對應(yīng)于平臺52的T2值。隨后最后的注入使還沒有反應(yīng)的有機物質(zhì)發(fā)生氧化，從而使反應(yīng)介質(zhì)的溫度上升到基本上高于T2的溫度。很明顯，T1和T2的值在本實施例中與圖1中所述的T1和T2的值相同。
根據(jù)未示出的另一個具體實施方案，維持上面所描述的三部分氧化組合物注入的原理，在管狀體中位于接近管狀體進(jìn)料口的預(yù)加熱裝置上游的注射點處進(jìn)行第一次注入。這樣，氧化組合物由溫度基本上等于廢水初始溫度的反應(yīng)介質(zhì)組成，而廢水含有機物質(zhì)。預(yù)熱裝置允許氧化反應(yīng)從反應(yīng)介質(zhì)溫度的第一次上升時開始，溫度的上升由反應(yīng)本身產(chǎn)生。
根據(jù)未示出的進(jìn)一步的實施方案，只注入兩部分氧化組合物。這種配置在廢水中有機物質(zhì)濃度較低時是有利的。
實施本發(fā)明的一個具體的實施例以說明的方式在下面的說明書中給出。
反應(yīng)器或管狀體包括四個注射點和將廢水溫度帶到425°K溫度的預(yù)熱器。
待處理的廢水由3.9％重量的葡萄糖和4.9％重量的甲醇的水相混合物組成。為了完全氧化該混合物，所需氧氣的量為88.9克/升。該量被稱為“化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand)”，或者更通常地稱COD。本實施例中注入量對應(yīng)于1∶1的化學(xué)計量。
反應(yīng)器中廢水的流速在壓力為25MPa下是1千克/小時。
下表包括單位為米的反應(yīng)器長度的測量，基本上是廢水注入點的點0、氧氣部分的注入位置和反應(yīng)器的相應(yīng)溫度。

上面的實施例決沒有限制并且沒有背離本發(fā)明的范圍，可以用不同的氧化劑并且通過含有不同數(shù)量注射點的設(shè)備來處理任何其它的廢水組合物。
根據(jù)另一個方面，氧化設(shè)備含有未示出的用于回收廢水中鹽類的裝置。
因此，管狀體在其出口處被第二個管狀體延伸，廢水和鹽類在750到900°K的溫度之間如在820°K時流入第二個管狀體中。第二個管狀體包括一個進(jìn)料管口，向其注入水使廢水冷卻到700到800°K之間的溫度，例如750°K。
第二個管狀體通過降壓管口在形成料斗的容器中出現(xiàn)。容器的內(nèi)壓力在大氣壓和所述壓力P1之間如1MPa。在這種方式下，降低含鹽廢水的壓力，所有鹽被轉(zhuǎn)化成固態(tài)并且廢水被轉(zhuǎn)化成汽態(tài)。這樣，就可以在500到600°K的溫度間，例如在550°K下，在料斗的下端回收鹽類，而在用于此目的插入的另一個出口處回收蒸汽。
此外，在一種特別有利的方式下，管狀體和/或第二個管狀體的出口包括超聲清洗裝置，當(dāng)用于管狀體外壁時，它可以清除沉淀在管狀體內(nèi)壁的鹽類，并且在氧化過程期間避免了阻塞管狀體的危險。
權(quán)利要求
1.一種氧化廢水中有機物質(zhì)的方法，所述廢水中可以包含鹽類，該方法的特征在于包括以下階段—在初始壓力和溫度條件下將包括預(yù)定量的有機物質(zhì)的所述廢水注入到帶有入口和出口的管狀體(18)中，—使所述廢水達(dá)到至少對應(yīng)于所述廢水臨界壓力的壓力P1，所述壓力P1大于初始壓力，—通過在所述管狀體區(qū)應(yīng)用的加熱裝置(38，22)使所述廢水達(dá)到高于初始溫度的溫度T1，并且在彼此相遠(yuǎn)隔的n個點(24、30、32)處，向管狀體中注入n部分至少一種氧化組合物，其總和對應(yīng)于氧化所述預(yù)定量有機物質(zhì)所需氧化組合物的量，使得根據(jù)在所述管狀體的所述區(qū)域和第n個注入點之間的升溫曲線(44，46)，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的一部分熱能使反應(yīng)混合物的溫度從所述溫度T1增加到溫度T2＞T1，所述有機物質(zhì)由此被氧化，所述反應(yīng)混合物連續(xù)地從亞臨界液態(tài)進(jìn)入超臨界區(qū)。
2.如權(quán)利要求1的氧化方法，其特征在于所述廢水的壓力P1高于23MPa，并且所述廢水的溫度T1介于370到520°K之間。
3.如權(quán)利要求1或2描述的氧化方法，其特征在于所述氧化反應(yīng)產(chǎn)生的部分熱能將反應(yīng)混合物的溫度升高至低于800°K的溫度T2。
4.如權(quán)利要求1-3任何之一的氧化方法，其特征在于在相互遠(yuǎn)隔的三個注射點(24，30，32)處向所述管狀體(18)中注入三部分氧化組合物。
5.如權(quán)利要求1-4任何之一的氧化方法，其特征在于第一部分氧化組合物在所述廢水已經(jīng)達(dá)到溫度T1后注入。
6.如權(quán)利要求1-5任何之一的氧化方法，其特征在于所述管狀體(18)具有多個不同尺寸的橫截面部分。
7.如權(quán)利要求1-6任何之一的氧化方法，其特征在于所述氧化反應(yīng)產(chǎn)生的一部分熱能被給予處于初始壓力和溫度條件下的所述廢水，從而使其達(dá)到所述溫度T1。
8.如權(quán)利要求1-7任何之一的氧化方法，其特征在于所述氧化組合物是氧氣。
9.如權(quán)利要求1-7任何之一的氧化方法，其特征在于所述氧化組合物是過氧化氫。
10.如權(quán)利要求1-7任何之一的氧化方法，其特征在于至少一部分所述氧化組合物由性質(zhì)上不同于其它部分的氧化組合物組成。
11.如權(quán)利要求1-10任何之一的氧化方法，其特征在于該方法另外包括以下階段-在所述管狀體的所述出口處回收其中存在的所述廢水和鹽類；-將所述廢水的壓力由所述壓力P1降至介于大氣壓和所述壓力P1之間的壓力P0，以便降低所述廢水的壓力，使所有鹽類轉(zhuǎn)化成固態(tài)且所述廢水轉(zhuǎn)化成汽態(tài)；-回收固態(tài)鹽類；以及-回收汽態(tài)所述廢水，從而使其中存在的所述廢水和鹽類物理分離。
12.一種氧化廢水中有機物質(zhì)的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括-用于在初始壓力和溫度條件下向帶有入口和出口的管狀體中注入含有預(yù)定量有機物質(zhì)的所述廢水的裝置(12、20)，-用于使所述廢水達(dá)到高于初始壓力的壓力P1的裝置(12)，-應(yīng)用于所述管狀體區(qū)域的加熱裝置(38、22)，用于使所述廢水達(dá)到高于初始溫度的溫度T1，以及-用于在彼此相遠(yuǎn)隔的n個點(24、30、32)處，向所述管狀體中注入n部分氧化組合物的裝置(26、28)，其中所述廢水至少處于壓力P1下，注入總量對應(yīng)于氧化所述預(yù)定量有機物質(zhì)所必需的氧化劑的量，使得根據(jù)在所述管狀體的所述區(qū)域和第n個注入點之間的升溫曲線，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的一部分熱能使反應(yīng)混合物的溫度從所述溫度T1增加到溫度T2＞T1，所述有機物質(zhì)由此被氧化，所述反應(yīng)混合物連續(xù)地從亞臨界相態(tài)進(jìn)入超臨界相態(tài)。
13.如權(quán)利要求12的氧化設(shè)備，其特征在于所述管狀體(18)由帶有進(jìn)料口(20)和出料口(34)的管子組成，所述廢水注入進(jìn)料口，所述被氧化的有機物質(zhì)從出料口逸出。
14.如權(quán)利要求12或13的氧化設(shè)備，其特征在于所述注入廢水的裝置包括能夠壓縮所述廢水至高于23MPa壓力的泵(12)，其中所述泵與所述進(jìn)料口(20)相連。
15.如權(quán)利要求12-14任何之一的氧化設(shè)備，其特征在于應(yīng)用于所述管狀體之所述區(qū)域的所述加熱裝置(38，22)包括與所述管狀體成一體的熱力發(fā)電機(22)。
16.如權(quán)利要求12-15任何之一的氧化設(shè)備，其特征在于應(yīng)用于所述管狀體(18)之所述區(qū)域的所述加熱裝置(38，22)包括與所述管狀體(18)成一體的熱交換器(38)，其熱源由所述氧化反應(yīng)產(chǎn)生的一部分熱能提供。
17.如權(quán)利要求12-16任何之一的氧化設(shè)備，其特征在于向所述管狀體中注入一部分氧化劑的裝置(26，28)包括通入所述管狀體(18)中的可變流速注射器，所述注射器中氧化劑的壓力高于P1。
18.如權(quán)利要求12-17任何之一的氧化設(shè)備，其特征在于向所述管狀體中注射氧化劑的裝置包括至少兩個相互遠(yuǎn)離并且通入所述管狀體中的注射器。
19.如權(quán)利要求12-18任何之一的氧化設(shè)備，其特征在于氧化組合物的第一個注射點(24)位于所述管狀體(18)的出料口(34)與所述管狀體的所述區(qū)域之間，其中在接近這個區(qū)域應(yīng)用所述加熱裝置。
20.如權(quán)利要求12-19任何之一的氧化設(shè)備，其特征在于該設(shè)備另外包括-在所述管狀體的所述出口處回收其中存在的所述廢水和鹽類的裝置，-將所述廢水的壓力由所述壓力P1降至介于大氣壓和所述壓力P1之間的壓力P0，以便降低所述廢水的壓力，使所有鹽類轉(zhuǎn)化成固態(tài)而所述廢水轉(zhuǎn)化成汽態(tài)的裝置；-回收固態(tài)鹽類的裝置；以及-回收汽態(tài)所述廢水，從而使其中存在的所述廢水和鹽類物理分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化廢水中包含的有機物質(zhì)的方法以及實施此方法的設(shè)備。所述方法包括以下步驟向管狀體中注入所述廢水；使所述廢水升壓至對應(yīng)于所述廢水臨界壓力的壓力P1，使所述廢水溫度為T1；在彼此相遠(yuǎn)隔的n個點處向所述廢水中注入n部分至少一種氧化組合物，以便氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱能使反應(yīng)混合物的溫度根據(jù)上升曲線由所述溫度T1升至T2＞T1，由此使所述有機物氧化，所述反應(yīng)混合物持續(xù)由亞臨界液態(tài)進(jìn)入超臨界區(qū)。
文檔編號B01J3/04GK1452597SQ01815350
公開日2003年10月29日 申請日期2001年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月7日
發(fā)明者弗朗索瓦·康塞爾 申請人:國立科學(xué)研究中心