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1、超临界水氧化处理含有机物污水或污泥的方法及其生产系统技术方案说明书超临界水氧化（Supercritical Water Oxidation 简称SCWO）技术是以水为介质，在超临界状态下（温度374.3；压力22.1MPa），液相与气相间界面消失，氧气能以任意比例溶入，不存在气液相界面之间的物质移动等问题而提供了理想的氧化反应环境，对悬浮或溶解在水中的有机物质进行氧化并加以去除的一种方法。SCWO法处理污水具有现有其它污水处理技术所无法比拟的优点，主要体现是：有害物质的清除率几乎达到100%，降解时间以秒计（取决于有机物的种类、温度和压力），几乎对所有有机有害物质均可处理，还可以实现能量自给。
2、同焚烧、湿式催化氧化相比，SCWO在全封闭状态，具有污染物完全氧化；最终产物为水、N2、CO2和无机小分子化合物，不需要作进一步处理；运行费用相对较低等优势。另外，由于无机盐在超临界水中溶解度特别低，因此可以很容易地从中分离出来，处理后所得洁净水可完全回收利用。目前的超临界水氧化和气化试验装置，国内外都存在共同的缺点：从物料和水的加热方式看，要么是物料与反应介质先混合后一起预热、要么只预热反应介质，而物料不预热。前一种情况，如果预热温度达到超临界温度，则物料在预热管内就开始发生热解、裂解反应，会产生焦油、焦炭堵塞管路。如果预热温度低，则在进入反应器后，还需要继续加温到超临界温度，势必会使反应器
3、结构更复杂。后一种情况，由于物料不预热，在进入反应器之前混合，导致整个流体的温度下降很多，使整个系统需要设计更多的加热部分。当前，国际上投入了越来越多的人力和物力致力于SCWO技术的发展，许多的科学研究和工程技术侧重于各种各样设计方式的超临界反应器的开发，以设法解决高温高压下设备材质的腐蚀问题，同时也有许多针对一些难降解、剧毒、爆炸性的特殊有机物料开发的SCWO降解工艺，但是在SCWO法污水处理工艺流程中，几乎所有的现有技术均将反应实现热量自给作为节能降耗的必备措施，这仿佛成为一种不假思索、必须遵守的原则。鉴于此，必须要添加大量的辅助燃料或对低浓度污水进行浓缩，根据各种有机物热值的不同，污水中
4、有机物的含量至少要达到2%5%以上，才能使反应实现热量自给，这相当于有机污水的COD值等于80000200000PPM（mg/l）以上，需要耗费大量的氧，处理一吨这样污水的耗氧量至少80200公斤。实际上大部分有机污水COD分布在几百至几万PPM之间，市政污水多在1000PPM以下，而严重污染环境的造纸厂高浓度有机污水也仅在50000PPM左右，用这样的技术思想处理绝大部分种类的污水，添加辅助燃料成为不争的事实。这不仅会增加污水的处理成本，同时也带来了其它一系列问题，如：添加油、醇等辅助燃料，会使处理成本提高，同时伴随而来的高耗氧量，无疑增大了投资成本和运行成本；如果用空气作为氧源，将需要昂贵
5、的大排气量空气压缩机，折算氧量必须过量100%，而且空气中78%的氮气不仅会阻碍超临界水中氧化反应的正常进行，而且会消耗一部分能量；用液氧将需要投资昂贵的空分设备与昂贵的具有良好保温设施的液氧储罐、液氧泵、汽化器等一系列设备；使用过氧化氢或硝酸不仅会大大提升成本，也会加大对设备材质的腐蚀；使用纯氧，会要求储氧罐具有较大体积，作为大体积的高压压力容器中，其制造成本是较高的。更为严重的是在高温高压的环境条件下，过高的氧浓度将加大设备氧腐蚀的严重程度。这也是为什么当前报道的有关这方面的种种技术方案由于采用了上述技术，造成投资或运行成本较高而没有真正获取市场的原因。污泥在污水处理过程中产量十分巨大，据
6、不完全统计，以活性污泥法为主的污水处理工艺，其污泥产生量是污水处理量的0.30.5（以含水率97计），数量十分惊人。从污水处理厂排出的污泥一般是一种松散的，含水量在95%-99%的胶溶状膏体物，具有比重轻、体积庞大（是所含固体物体积的数十倍）、触变性强（不易脱水）、具有极易腐败恶臭的理化特点外，各类污水经过处理，使污水中的污染物几乎全部转移到污泥中，还富集了病原体和大量高浓度、持久性有机有毒有害污染物。目前采用的填埋与农用，已严重影响地表、地下水环境，造成严重的二次污染。在未来50年，就中国而言，大部分人口将集中到万人以上城镇，所产生的污水全部进行处理，每年将产生污泥2亿吨以上。这个数字还只是
7、城市污水处理厂的污泥。除此外，工厂企业的自备污水处理场（站）还产生环境危害性更大的工业污泥。因而污泥的处理已经成了刻不容缓的市政工程难题。通过焚烧来达到污泥减量是最彻底的办法，干化焚烧方法的优点是焚烧产生的剩余物少，且焚烧后的灰渣无异味；但是干化焚烧的专用处理设备投资庞大，能源消耗量大（污水处理厂产生的污泥即使通过机械脱水，含水率也在75%85%之间，根据实验和计算表明，要将含水率75%85%的污泥通过干化而需要的外加能源远大于污泥燃烧所产生的能量）。运转费用高昂，污泥干化焚烧的费用在400元/吨以上。而且焚烧过程中会有二恶英等有毒有害气体逸入大气。综上所述，SCWO技术在20世纪80年代中期
8、美国学者M.Modell首次提出至今二十多年而不能进入市场，其主要原因是局限于物料预热系统、超临界水介质加热系统、氧化剂（氧气）加热系统与反应釜的联系太复杂，设备材质要求很高，不仅设备建设与生产运行成本很高，而且也导致整个系统运行很不可靠。本技术方案目的是提出与以往不同的一种技术方法以及实现这种技术方法的一种生产系统，很容易达到SCWO法所需最充分的实现条件（温度374.3；压力22.1MPa）。其核心是物料预热系统、超临界水介质加热系统、氧化剂（空气或氧气）加热系统与反应釜一体化，使技术实现所需要的热能均在系统内部产生（可以方便地采取有效的保温措施而更加节能）。同时，由于物料给进高压泵至洁净
9、水第一级气液分离器间没有阀门阻碍，使整个系统快速通畅，在换热反应器中物料与氧气处于混合状态，在物料开始热解焦化前已经在换热反应器（系统超非临界过渡区）内发生超临界水氧化反应，就可以将低成本的煤粉掺入物料中助热而不会有物料焦化、堵塞管路问题，由此装置大大简化，建设与运行成本大幅地降低，且整个处理系统运行也变得极为可靠。这样不仅使有机有毒污水在超临界水环境里高效、快速地发生氧化反应而彻底降解，也能作为城市污水处理厂的配套设备，处置污水厂生化处理所产生的大量污泥。污泥含水97%以上，有机有害物质很高，而且也是流体物质，在解决了焦化、堵塞问题前提下，就完全可采用本技术进行无害化处置。本技术方案也极适用
10、于城市生活垃圾焚烧发电厂，城市生活垃圾含水率高达50%以上，有了本技术方案配套，可以先将垃圾压榨，挤出大部分水分，从而大大提高生活垃圾的发电效率。为了实现上述任务，采取以下技术解决方案：其特征在于含有机物污水经物料给进高压泵进入换热器后和空分压缩输送系统的氧化剂（氧气）一起在换热反应器混合进入反应炉，反应炉下部设盐、渣排出阀，经处理后的高温高压洁净水在反应炉中下部通过换热反应器和换热器至第一级分离器（氮、氧等气液分离器），分出气体经减压阀（或经微型汽轮机）排入大气；分出的液体为二氧化碳与水的混合液，混合液再减压（或经小型水轮机）至第二级分离器（二氧化碳气液分离器），分离出的二氧化碳气体再经压缩
11、成商品液体二氧化碳，分出的液体即为洁净水可作工业生产用水或直接排放。特征在于舍去了物料预热系统、氧化剂（空气或氧气等）预热系统及超临界水介质加热系统，三个系统的功能由反应炉与换热反应器（结构与普通换热器基本相同）替代。将以往技术方案中的外加热改为在生产系统内加热，由反应炉直接燃烧可燃气来对整个系统升温、升压，从而可以采取更好的保温措施得到更大的节能效果，同时可以将反应炉和换热反应器制作得尽可能厚实而大幅延长它们的使用寿命。特征在于含有机物污水自物料给进高压泵至进入反应炉过程中，煤粉颗粒在快速流动中对管道还有清扫作用，从而含有机物污水进入反应炉前不容易堵塞。超临界水氧化反应后的大量煤灰粉颗粒作为
12、晶核生成大量小颗粒盐结晶，就不会在反应炉底部形成大块盐晶，也不会堵塞换热器。特征在于设计了脉冲火焰系统来点燃反应炉，由程序控制可燃气输送系统发射脉冲可燃气流，在氧气流中经高压电火花引燃而生成温度2000的脉冲火焰经过火管道射入反应炉，与反应炉中可燃气喷嘴喷出的可燃气相遇而点燃反应炉。在反应炉点火过程中，通过设定参数（压力、流量、脉冲周期等）与脉冲火焰间存在连续氧气流的冷却作用，能控制过火管道温度500，确保过火管道上阀门有持久良好密封性能。特征在于将脉冲火焰点火系统设置在反应炉外部，使反应炉与换热反应器均可用一种材质（耐高温高压、耐磨与抗氧化合金）制成，解决了不同材质组合制作的设备因膨胀系数不
13、同而造成的安全密封难题。特征在于通过空分系统得到的氧气经氧气压缩机压缩至15MPa后再经升压装置升压至生产系统所需工作压力25MPa进换热反应器，该升压装置主要由四个氧气贮罐与二台高压泵构成，可向生产系统连续提供25MPa的氧气。本技术方案虽不能替代现城市污水处理厂日处理量以万吨计的生化工艺，但生化工艺所产生的污泥处置难题可用本技术方案解决。附图说明图1是超临界水氧化处理含有机物污水或污泥的方法及其生产系统流程图其中的标号分别表示：1、反应炉；2、换热反应器；3、换热器；4、物料给进高压泵；5、氧化剂（氧气）供应系统；6、第一级气液分离器；7、第二级气液分离器；8二氧化碳液化系统；、9、可燃气
14、输送系统；10、脉冲火焰点火系统；11、微型汽轮机；12、小型水轮机组； 13、物料给进高压泵出口阀；14、氧化剂（氧气）供应系统出口阀；15、可燃气输送系统向反应炉输出阀；16、脉冲火焰点火系统与反应炉连接管路阀；17、反应炉底部排盐、排渣阀； 18、第一级气液分离器排气阀； 19、第一级气液分离器排水阀；20、第二级气液分离器排气阀；21、第二级气液分离器排水阀；22、运行自动化控制系统。图2是超临界水氧化反应炉结构示意图其中的标号分别表示：1a、反应炉物料进口；1b、反应炉物料出口；1c、反应炉排盐、渣出口；1e、脉冲火焰射入口；1d、反应炉可燃气输入口。10a、脉冲火焰点火系统氧气喷口
15、；10b、脉冲火焰点火系统可燃气喷嘴；10c、振荡高电压发生装置电极。图3是氧气供应系统升压装置示意图其中的标号分别表示：5.1、高压泵；5.2.1、5.2.2、氧气贮罐；5.3、清洁水补充罐；5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、阀门；5.10、5.11、止回控制阀；5.12、5.13、限压止回阀。实施方式参见附图说明对本技术方案实施方式进行详细描述：首先作氧气供应系统升压装置工作原理描述（如图3所示）：经空分系统和氧气压缩机升压至15MPa的氧气进入已装了一半清洁水的氧气贮罐，开启阀门5.4、5.6和高压泵5.1，15MPa的氧气继续进入氧气贮罐5.2.1，清水从氧气贮罐5.2.
16、1压入氧气贮罐5.2.2，氧气贮罐5.2.2内的氧气就被压缩，当压力达到25MPa时，限压止回阀5.13自动打开向生产系统提供25MPa的氧气，当氧气贮罐5.2.2内几乎充满清洁水而氧气贮罐5.2.1内几乎充满15MPa的氧气时，关闭高压泵5.1和阀门5.4、5.6；接下去开启阀门5.5、5.7和高压泵5.1，15MPa的氧气开始进入氧气贮罐5.2.2，清水则从氧气贮罐5.2.2压入氧气贮罐5.2.1，氧气贮罐5.2.1内的氧气就被压缩，当压力达到25MPa时，限压止回阀5.12自动打开向生产系统提供25MPa的氧气，这样二套装置协同就可以向生产系统连续提供25MPa的氧气了。在生产过程中装置内的清洁水蒸发减少，可由清洁水补充罐5.3或高压清水泵向装置进行补充。第一步骤（启动前准备程序，如图1所示）：开启阀门（13、19、21），由物料给进高压泵4向整个系统开始注入洁净水（自来水），洁净水的流程为：经换热器3
