[0001]
本发明属于资源环境技术领域，具体涉及一种含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置。
背景技术：
[0002]
毒性大、难降解的含酚废弃物处理问题成为焦化和煤气等行业急需解决的关键所在。其有毒有害物质主要为自身化学结构稳定、可生化性差的苯酚、氯酚和对硝基苯酚等酚及酚类衍生物，微生物法很难较好地降解转化，且毒性物质严重威胁微生物的生存环境，阻碍了资源大量投入后的成果体现。如何及时、快速的无害化处理与利用，是含酚废弃物治理的关键。若焦化废水不能及时、有效地无害化处理，会因含酚废弃物的氮、磷养分等释放而产生二次环境污染。目前，国内对含酚废弃物主要采用以生物法为核心的组合工艺进行处理，通过缩短消化时间来提高处理效率，但是微生物厌氧消化处理的方法本质上解决不了反应需要较长时间的关键问题。同时，含酚废弃物的高有毒有害物质导致微生物易死忙、消化池规模偏大、占地面积大等问题。
[0003]
水热利用含酚废弃物中不易脱除的水分，在高温高压条件下，形成介电常数小、粘度小、扩散系数大及溶解性强的反应媒介，能够有效溶解有机物及气体等，在均相中快速发生氧化分解反应，且截至水为无污染、可再生的绿色溶剂，符合现代绿色化工的需求。水热技术被认为是未来可替代焚烧技术的废弃物处置新技术。水热气化反应能够快速降解非酚类有机物气化产氢，水热氧化反应则能够充分氧化化学结构稳定的酚及酚类衍生物。若能实现由催化作用引导的非酚类有机物水热部分氧化促进产氢，再经过水热氧化反应充分分解酚及酚类衍生物，并抑制反应过程中酚类物质的生成，同步实现产氢优化和酚类控制，将含酚废弃物的无害化处理与资源化利用提供新方向与新思路。
技术实现要素：
[0004]
解决的技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种含酚废弃物通过水热催化氧化同步实现产氢优化和酚类控制的装置与方法，一方面解决由于含酚废弃物中高毒性及高含水率问题导致处理效率低下，增加脱水步骤由会导致工艺复杂化的技术问题，以提高含酚废弃物的无害化处理与资源化利用效率
[0005]
本发明的技术方案：
[0006]
本发明利用含酚废弃物中的高含水量，在高温、高压的作用下形成水热，催化氧化焦化废水中的有机物，并形成富含氢气的可燃性气体，提供一种含酚废弃物水热催化氧化同步实现产氢优化与酚类控制的方法，实现含酚废弃物的快速处理和能源再利用。
[0007]
含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置，包括催化剂定量供给装置1、调节池2、柱塞泵3、预热系统4、水热系统5、换热系统6、三相分离系统7、氧化剂柱塞泵8、氧化剂定量供给装置9、集气罐10；所述催化剂定量供给装置1连接调节池2，所述调节池2通过柱塞泵3连接预热系统4，预热系统4循环连接换热系统6，所述余热系统连接水热系统，所述水热系
统连接换热系统，所述换热系统连接三相分离系统7，所述三相分离系统7连接集气罐10，所述水热系统5通过氧化剂柱塞泵8连接氧化剂定量供给装置9。
[0008]
优选地，所述调节池2与柱塞泵3之间设有阀门，所述预热系统4和换热系统6之间设有阀门，所述换热系统6和三相分离系统7之间设有阀门，所述氧化剂柱塞泵8和氧化剂定量供给装置9之间设有阀门。
[0009]
优选地，所述水热系统为水热反应器，包括第一部分和第二部分。
[0010]
优选地，所述换热系统为热交换器。
[0011]
优选地，所述三相分离系统为气液分离器。
[0012]
本发明提供一种含酚废弃物水热催化氧化同步实现产氢优化与酚类控制的方法，具体步骤如下：
[0013]
步骤s1，将催化剂分散于含酚废弃物中得到待反应含酚废弃物，含酚废弃物的含水率为86%-96%，碱式催化剂的添加量为0.5-5.0 wt%；
[0014]
步骤s2，将步骤s1所得待反应含酚废弃物直接通过高压泵输送进入水热反应器第一部分中反应10-15分钟，反应压力22-25mpa，反应温度400-500℃；
[0015]
步骤s3，将步骤s2反应完成后产物通过热交换器的冷流体端流入，氧化剂的添加量为0.5-3.0；
[0016]
步骤s4，将步骤s3所得待反应产物经热交换器降温后进入水热反应器第二部分中反应10-15分钟，反应压力22-25mpa，反应温度300-400℃；
[0017]
步骤s5，将反应液冷却降压，经气液分离器分离，气相产品即为富氢气体。
[0018]
优选地，所述待反应含酚废弃物经热交换器预热后再进入水热反应器第一部分，反应后的产物经热交换器进行热量回收并用于水热反应器第二部分的含酚废弃物的氧化处理。
[0019]
优选地，所述反应装置为序批式运行方式，所述水热反应器是水热管式反应器。
[0020]
有益效果
[0021]
本发明的有益效果在于以下三点：
[0022]
1、本发明提供的以含酚废弃物为原料通过水热催化氧化进行产氢优化和酚类控制的方法不仅大大提高了氢气的产出效率，还大大提高了酚类物质的降解率；
[0023]
2、本发明整个反应过程无需二次脱水机额外添加水分，直接进行水热催化氧化处理而同步实现产氢优化和酚类控制，工艺简单，大大缩短了反应时间，实现含酚废弃物的高效、快速处理；
[0024]
3、处理过程中添加了催化剂和氧化剂，达到产氢优化和酚类控制的双重目的，相比水热气化和单独催化或单独氧化大大提高了处理效果，降低了反应能耗。由此实现焦化废水简单快速高效的处理方法，同时制得氢气实现能源转化再利用。
附图说明
[0025]
图1 含酚废弃物直接水热催化氧化工艺流程图。
[0026]
其中：催化剂定量供给装置1、调节池2、柱塞泵3、预热系统4、水热系统5、换热系统6、三相分离系统7、氧化剂柱塞泵8、氧化剂定量供给装置9、集气罐10。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0028]
实施方式1
[0029]
步骤s1，将催化剂分散于含酚废弃物中得到待反应含酚废弃物，含酚废弃物的含水率为86%，碱式催化剂的添加量为3.0 wt%；
[0030]
步骤s2，将步骤s1所得待反应含酚废弃物直接通过高压泵输送进入水热反应器第一部分中反应10分钟，反应压力23mpa，反应温度400℃；
[0031]
步骤s3，将步骤s2反应完成后产物通过热交换器的冷流体端流入，氧化剂的添加量为1.0；
[0032]
步骤s4，将步骤s3所得待反应产物经热交换器降温后进入水热反应器第二部分中反应10分钟，反应压力23mpa，反应温度300℃；
[0033]
步骤s5，将反应液冷却降压，经气液分离器分离，气相产物成分表如表1所示，液相产物中酚含量如表2所示。
[0034]
实施方式2
[0035]
步骤s1，将催化剂分散于含酚废弃物中得到待反应含酚废弃物，含酚废弃物的含水率为96%，碱式催化剂的添加量为5.0 wt%；
[0036]
步骤s2，将步骤s1所得待反应含酚废弃物直接通过高压泵输送进入水热反应器第一部分中反应15分钟，反应压力25mpa，反应温度400℃；
[0037]
步骤s3，将步骤s2反应完成后产物通过热交换器的冷流体端流入，氧化剂的添加量为3.0；
[0038]
步骤s4，将步骤s3所得待反应产物经热交换器降温后进入水热反应器第二部分中反应15分钟，反应压力25mpa，反应温度300℃；
[0039]
步骤s5，将反应液冷却降压，经气液分离器分离，气相产物成分表如表1所示，液相产物中酚含量如表2所示。
[0040]
实施方式3
[0041]
步骤s1，将催化剂分散于含酚废弃物中得到待反应含酚废弃物，含酚废弃物的含水率为86%，碱式催化剂的添加量为3.0 wt%；
[0042]
步骤s2，将步骤s1所得待反应含酚废弃物直接通过高压泵输送进入水热反应器第一部分中反应10分钟，反应压力23mpa，反应温度450℃；
[0043]
步骤s3，将步骤s2反应完成后产物通过热交换器的冷流体端流入，氧化剂的添加量为1.0；
[0044]
步骤s4，将步骤s3所得待反应产物经热交换器降温后进入水热反应器第二部分中反应10分钟，反应压力23mpa，反应温度350℃；
[0045]
步骤s5，将反应液冷却降压，经气液分离器分离，气相产物成分表如表1所示，液相产物中酚含量如表2所示。
[0046]
实施方式4
[0047]
步骤s1，将催化剂分散于含酚废弃物中得到待反应含酚废弃物，含酚废弃物的含水率为96%，碱式催化剂的添加量为5.0 wt%；
[0048]
步骤s2，将步骤s1所得待反应含酚废弃物直接通过高压泵输送进入水热反应器第一部分中反应15分钟，反应压力25mpa，反应温度450℃；
[0049]
步骤s3，将步骤s2反应完成后产物通过热交换器的冷流体端流入，氧化剂的添加量为3.0；
[0050]
步骤s4，将步骤s3所得待反应产物经热交换器降温后进入水热反应器第二部分中反应15分钟，反应压力25mpa，反应温度350℃；
[0051]
步骤s5，将反应液冷却降压，经气液分离器分离，气相产物成分表如表1所示，液相产物中酚含量如表2所示。
[0052]
实施方式5
[0053]
步骤s1，将催化剂分散于含酚废弃物中得到待反应含酚废弃物，含酚废弃物的含水率为86%，碱式催化剂的添加量为3.0 wt%；
[0054]
步骤s2，将步骤s1所得待反应含酚废弃物直接通过高压泵输送进入水热反应器第一部分中反应10分钟，反应压力23mpa，反应温度500℃；
[0055]
步骤s3，将步骤s2反应完成后产物通过热交换器的冷流体端流入，氧化剂的添加量为1.0；
[0056]
步骤s4，将步骤s3所得待反应产物经热交换器降温后进入水热反应器第二部分中反应10分钟，反应压力23mpa，反应温度400℃；
[0057]
步骤s5，将反应液冷却降压，经气液分离器分离，气相产物成分表如表1所示，液相产物中酚含量如表2所示。
[0058]
实施方式6
[0059]
步骤s1，将催化剂分散于含酚废弃物中得到待反应含酚废弃物，含酚废弃物的含水率为96%，碱式催化剂的添加量为5.0 wt%；
[0060]
步骤s2，将步骤s1所得待反应含酚废弃物直接通过高压泵输送进入水热反应器第一部分中反应15分钟，反应压力25mpa，反应温度500℃；
[0061]
步骤s3，将步骤s2反应完成后产物通过热交换器的冷流体端流入，氧化剂的添加量为3.0；
[0062]
步骤s4，将步骤s3所得待反应产物经热交换器降温后进入水热反应器第二部分中反应15分钟，反应压力25mpa，反应温度400℃；
[0063]
步骤s5，将反应液冷却降压，经气液分离器分离，气相产物成分表如表1所示，液相产物中酚含量如表2所示。
[0064][0065][0066]
实施方式7
[0067]
为实现实施方式1-6中任一项所述的含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置进行产氢优化和酚类控制的方法，所述反应装置为序批式运行方式，所述水热反应器是水热管式反应器。
[0068]
实施方式8
[0069]
如图1所示，上述实施例采用的设备为含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置，包括催化剂定量供给装置1、调节池2、柱塞泵3、预热系统4、水热系统5、换热系统6、三相分离系统7、氧化剂柱塞泵8、氧化剂定量供给装置9、集气罐10；所述催化剂定量供给装置1连接调节池2，所述调节池2通过柱塞泵3连接预热系统4，预热系统4循环连接换热系统6，所述余热系统连接水热系统，所述水热系统连接换热系统，所述换热系统连接三相分离系统7，所述三相分离系统7连接集气罐10，所述水热系统5通过氧化剂柱塞泵8连接氧化剂定量供给装置9。
[0070]
所述调节池2与柱塞泵3之间设有阀门，所述预热系统4和换热系统6之间设有阀
门，所述换热系统6和三相分离系统7之间设有阀门，所述氧化剂柱塞泵8和氧化剂定量供给装置9之间设有阀门。
[0071]
所述水热系统为水热反应器，包括第一部分和第二部分。
[0072]
所述换热系统为热交换器。
[0073]
所述三相分离系统为气液分离器。固相残留从气液分离器的底部排出，液相残留从中部排出，富氢气体从集气罐收集后排出。
[0074]
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置，其特征在于：包括催化剂定量供给装置、调节池、柱塞泵、预热系统、水热系统、换热系统、三相分离系统、氧化剂柱塞泵、氧化剂定量供给装置、集气罐；所述催化剂定量供给装置连接调节池，所述调节池通过柱塞泵（3）连接预热系统，预热系统循环连接换热系统，所述余热系统连接水热系统，所述水热系统连接换热系统，所述换热系统连接三相分离系统，所述三相分离系统连接集气罐（10），所述水热系统通过氧化剂柱塞泵连接氧化剂定量供给装置。2.根据权利要求1所述的含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置，其特征在于：所述调节池与柱塞泵之间设有阀门，所述预热系统和换热系统之间设有阀门，所述换热系统和三相分离系统之间设有阀门，所述氧化剂柱塞泵和氧化剂定量供给装置之间设有阀门。3.根据权利要求1所述的含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置，其特征在于：所述水热系统为水热反应器，包括第一部分和第二部分。4.根据权利要求1所述的含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置，其特征在于：所述换热系统为热交换器。5.根据权利要求1所述的含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置，其特征在于：所述三相分离系统为气液分离器。
技术总结
本发明公开了一种含酚废弃物直接水热催化氧化反应的装置。该两段式水热气化反应器包括水热反应系统、换热系统、预热系统、催化剂定量供给装置、氧化剂定量供给装置、三相分离系统等。含酚废弃物进料预热后进入两段式水热气化反应器的水热系统，在碱式催化剂的作用下产生高品质的富氢气体，后经换热系统降低反应温度进入氧化阶段，在氧化剂的作用下，抑制酚类物质的生成。产物分离后将获得可能源化利用的气相产物和无害的液固相产物，同时有机物在气化段的催化水气转化为富氢气体，极大程度上降低了氧化剂的使用量。本发明装置和方法可以用于含酚废弃物的处理，既实现含酚废弃物的无害化处理，且同步实现高效的资源化利用。且同步实现高效的资源化利用。且同步实现高效的资源化利用。
技术开发人、权利持有人：杜跃嵩 张会文 杨勇 刘玉东 孙淑雲 柳春花 肖航
