一种有机固废水热炭化液体氧化系统及方法

本发明涉及有机固废资源化处置，尤其涉及一种有机固废水热炭化液体氧化系统及方法。

背景技术：

1、水热炭化技术是一种高效的废弃生物质资源化技术，其以有机固废等资源为前驱体，采用环境友好型的水溶液作为反应溶剂，通过外部加热和反应过程中亚临界水的饱和蒸气压产生系统压力。水热炭化技术可以广泛利用各种生物质原料，如污水污泥、动物和农业废弃物等，且由于反应本身是在有水的情况下进行，故水热炭化技术不受原料高水分含量的影响，无需对原料进行任何干燥处理即可使用，能够有效解决污水污泥、动物和农业废弃物等处置问题。目前，采用不同的生物质原料实现水热炭制备已经有大量的研究，相比于热解炭，水热炭由于亚临界水的参与而呈现球形结构，具有结构均一、形貌规则等特点，且表面含有大量的含氧官能团，这赋予其较好的亲水性，在土壤修复等方面表现出巨大的潜力。此外，与热解不同的是，水热炭化不会产生大量有害气体，最重要的是水热炭的灰分含量显著降低。原料中的碱金属和碱土金属得以去除，消除了结垢和结渣的风险。

2、目前，水热炭化技术已发展成一种成熟的生物质热化学处理工艺，被广泛应用于将生物质转化成固体燃料、液体燃料、土壤改良剂、碳材料吸附剂、功能性纳米材料和新型碳催化材料等。生物质经水热炭化(htc)过程会产生两相主要产物，即固相产物水热炭和液相产物水热液。水热液通常含有大量的可溶性有机物，化学需氧量(cod)可达l0～40g/l。并且，水热液组成复杂，具体成分和原料、反应条件有关，通常含有挥发性脂肪酸(vfas)、醛类化合物、酚类化合物、酮类化合物、糠醛、5-羟甲基糠醛(5-hmf)、2-甲氧基苯酚和甲基苯并呋喃等，其中有些物质对水生生物有毒害作用，是一种典型的高浓度有机废水，目前主要通过微生物降解方式对其进行处理，所需时间长，占地规模大，因此必须开发行之有效的新工艺对其妥善处置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种有机固废水热炭化液体氧化系统及方法，本发明提供的系统能够在大幅减少能耗的基础上实现有机固废水热炭化液体的处置，有效降低cod。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种有机固废水热炭化液体氧化系统，包括全自动程序控制系统13以及顺次连接的进料系统、预热系统、一级氧化反应器、二级氧化反应器以及能量回用系统，且所述能量回用系统与所述预热系统连通，用于为所述预热系统提供能量；

4、所述一级氧化反应器包括反应器主体5、设置于所述反应器主体5内部的多级催化剂筛网6、设置于所述反应器主体5内部顶部的雾化装置4以及设置于所述反应器主体5内部底部的纳米气泡发生器7；

5、所述全自动程序控制系统13与所述预热系统、一级氧化反应器、二级氧化反应器以及能量回用系统信号连接，用于对所述预热系统、一级氧化反应器、二级氧化反应器以及能量回用系统的工作状态进行调控。

6、优选地，所述进料系统包括进料泵1；所述预热系统包括换热器2。

7、优选地，所述预热系统与一级氧化反应器之间设置有第一蠕动泵3。

8、优选地，所述一级氧化反应器与二级氧化反应器之间依次设置有第二蠕动泵8与进口保压阀9。

9、优选地，所述二级氧化反应器包括连续式管状反应器10。

10、优选地，所述二级氧化反应器与能量回用系统之间设置有出口保压阀11。

11、优选地，所述能量回用系统包括闪蒸罐12。

12、本发明提供了基于上述技术方案所述有机固废水热炭化液体氧化系统对有机固废水热炭化液体进行氧化处理的方法，包括以下步骤：

13、将有机固废水热炭化液体经进料系统输送至预热系统进行预热，得到预热液体；所述有机固废水热炭化液体由有机固废经水热炭化以及固液分离后得到；

14、所述预热液体进入反应器主体5中并经雾化装置4进行雾化，同时含氧气体进入反应器主体5中并经纳米气泡发生器7进行气泡纳米化，在碳基催化剂作用下进行一级氧化反应，得到一级氧化反应料液；所述碳基催化剂放置于所述催化剂筛网6上；

15、将所述一级氧化反应料液于二级氧化反应器中进行二级氧化反应，得到二级氧化反应料液；

16、将所述二级氧化反应料液于能量回用系统中进行气液分离，将所得高温气体输送至所述预热系统为所述预热提供能量。

17、优选地，所述预热的温度为60～100℃。

18、优选地，所述一级氧化反应的温度为200～220℃，时间为20～40min；所述二级氧化反应的温度为220～240℃，时间为0.5～3h。

19、有益技术效果：本发明提供了一种有机固废水热炭化液体氧化系统，旨在解决目前有机固废水热炭化液体难以处置的问题，为有机固废的水热炭化技术发展以及水热炭化液体处置提供技术路径。具体的，本发明基于湿式催化氧化技术放热、反应温度较低的特点，将有机固废水热炭化液体中部分有机质氧化为co2和水放出大量的热量，不需要大量能量供给，能够在大幅减少能耗的基础上实现有机固废水热炭化液体的处置，有效降低cod。其中，本发明基于气泡纳米化和有机固废水热炭化液体雾化技术设计有机固废水热炭化液体氧化系统，同时通过构建多级催化剂筛网6，利用雾化装置4使有机固废水热炭化液体进行雾化同时利用纳米起泡发生器7使含氧气体进行气泡纳米化，从而使有机固废水热炭化液体和o2在催化剂活性位点界面充分接触，基于微纳界面反应实现有机物快速氧化，其中当纳米气泡破裂时，界面电位急剧变化，可能激发出高浓度的化学能，如羟基自由基，这些自由基具有极高的氧化还原电位，能够有效提高氧化反应效率，为实现有机固废水热炭化液体的处置提供了一条切实可行的技术路径。

技术特征：

1.一种有机固废水热炭化液体氧化系统，包括全自动程序控制系统(13)以及顺次连接的进料系统、预热系统、一级氧化反应器、二级氧化反应器以及能量回用系统，且所述能量回用系统与所述预热系统连通，用于为所述预热系统提供能量；

2.根据权利要求1所述的有机固废水热炭化液体氧化系统，其特征在于，所述进料系统包括进料泵(1)；所述预热系统包括换热器(2)。

3.根据权利要求1或2所述的有机固废水热炭化液体氧化系统，其特征在于，所述预热系统与一级氧化反应器之间设置有第一蠕动泵(3)。

4.根据权利要求1所述的有机固废水热炭化液体氧化系统，其特征在于，所述一级氧化反应器与二级氧化反应器之间依次设置有第二蠕动泵(8)与进口保压阀(9)。

5.根据权利要求1或4所述的有机固废水热炭化液体氧化系统，其特征在于，所述二级氧化反应器包括连续式管状反应器(10)。

6.根据权利要求1所述的有机固废水热炭化液体氧化系统，其特征在于，所述二级氧化反应器与能量回用系统之间设置有出口保压阀(11)。

7.根据权利要求1或6所述的有机固废水热炭化液体氧化系统，其特征在于，所述能量回用系统包括闪蒸罐(12)。

8.基于权利要求1～7任一项所述有机固废水热炭化液体氧化系统对有机固废水热炭化液体进行氧化处理的方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预热的温度为60～100℃。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述一级氧化反应的温度为200～220℃，时间为20～40min；所述二级氧化反应的温度为220～240℃，时间为0.5～3h。

技术总结本发明提供了一种有机固废水热炭化液体氧化系统及方法，属于有机固废资源化处置技术领域。本发明提供的有机固废水热炭化液体氧化系统包括全自动程序控制系统(13)以及顺次连接的进料系统、预热系统、一级氧化反应器、二级氧化反应器以及能量回用系统，且所述能量回用系统与所述预热系统连通，用于为所述预热系统提供能量；所述一级氧化反应器包括反应器主体(5)、设置于所述反应器主体(5)内部的多级催化剂筛网(6)、设置于所述反应器主体(5)内部顶部的雾化装置(4)以及设置于所述反应器主体(5)内部底部的纳米气泡发生器(7)。本发明提供的系统能够在大幅减少能耗的基础上实现有机固废水热炭化液体的处置，有效降低COD。技术研发人员：陈宝梁,刘蒋龙,饶泽鹏,刘淋,于文涛受保护的技术使用者：浙江大学长三角智慧绿洲创新中心技术研发日：技术公布日：2024/7/11