本發(fā)明涉及一種用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備。

背景技術(shù)：

已知使用超臨界條件來處理基于水的液體或液化物質(zhì)中的有機(jī)廢物，以便分離出固體且提取可燃?xì)怏w(特別地，甲烷)。這種過程典型地在超臨界條件下使用氧化劑來氧化有機(jī)材料，例如，如us4822497，us5543057和jp2004131560中所描述的那樣。已知過程的一個已知問題是，無機(jī)鹽沉積在加壓室(超臨界條件存在于其中)的內(nèi)表面中。如us5543057中所描述的那樣，在一方面通過促進(jìn)鹽沉積在流化床的顆粒上并且在另一方面通過顆粒對反應(yīng)器的內(nèi)壁的研磨效果，流化床的使用有助于減少反應(yīng)室的內(nèi)壁上的沉積。

在us5543057中，如在需要氧化反應(yīng)的其它過程中那樣，有助于從亞臨界轉(zhuǎn)變到超臨界條件的熱能的一部分由氧化反應(yīng)提供。由于濕生物質(zhì)的成分可以顯著地變化，這個過程的控制可能不總是最佳的，并且因此從亞臨界到超臨界溫度的轉(zhuǎn)變的控制也可能不被良好地控制。這可能導(dǎo)致反應(yīng)器的若干部分中的不合希望的沉積。此外，存在一些過程，在該過程中，由于成本原因，或者因?yàn)橐惶幚淼幕谒娜芤旱幕瘜W(xué)性質(zhì)，不希望具有氧化劑。

在用于流化床反應(yīng)室中的固體的析出的過程中，盡管存在具有研磨效果以減小在壁中形成在反應(yīng)室上的沉積的流化床，但反應(yīng)室中的某些部分可能不被最佳地循環(huán)，因此允許鹽沉積在壁上，例如，在反應(yīng)室的入口處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備，該設(shè)備是高效而又經(jīng)濟(jì)的，尤其是，該設(shè)備能夠以具有高度的經(jīng)濟(jì)性而且容易控制的過程，減少反應(yīng)器室壁中的沉積的形成。

有利的是，提供這樣一種在超臨界條件中用于鹽分離的設(shè)備：該設(shè)備可以在連續(xù)通流過程中高效地起作用，并且該設(shè)備的維護(hù)停工時間短。

有利的是，提供這樣一種在超臨界條件中用于鹽分離的設(shè)備：該設(shè)備可以根據(jù)要被處理的基于水的液體的體積容易地按比例放大。

有利的是，提供這樣一種用于鹽分離的設(shè)備：該設(shè)備可以與很多種基于水的液體一起使用。

有利的是，提供這樣一種用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備：該設(shè)備是緊湊的。

有利的是，提供這樣一種用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備：該設(shè)備是制造起來經(jīng)濟(jì)的。

有利的是，提供這樣一種用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備：該設(shè)備是堅固而又可靠的。

本發(fā)明的各個目標(biāo)已經(jīng)通過提供根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備而實(shí)現(xiàn)。

這里公開的是這樣一種用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備：該設(shè)備包括熱交換器和流化床反應(yīng)器，該流化床反應(yīng)器包括：超臨界水壓力包含壁，該超臨界水壓力包含壁在其中限定流化床室，該流化床室在其一個端部連接到入口系統(tǒng)；以及出口系統(tǒng)，該出口系統(tǒng)被構(gòu)造用來在其另一端部從超臨界流體分離固體。流化床室在其中容納流化床，并且被構(gòu)造用來通過入口系統(tǒng)將用于處理的液化含水物質(zhì)接納到流化床室中。入口系統(tǒng)包括入口室和流化板，該流化板被布置在入口室和流化床室之間。流化床室在入口系統(tǒng)和出口系統(tǒng)之間延伸并且限定鄰近入口系統(tǒng)的進(jìn)入部分，鄰近出口系統(tǒng)的出口部分，和在進(jìn)入部分和出口部分之間延伸的中間部分，其中，該熱交換器被構(gòu)造用來產(chǎn)生在流化床室中從出口部分到進(jìn)入部分的遞減的溫度梯度，該溫度梯度在出口部分和中間部分中對于含水物質(zhì)是超臨界的并且至少在鄰近流化板的進(jìn)入部分的第一部分中對于含水物質(zhì)是亞臨界的。

在一個實(shí)施例中，熱交換器可以包括多個熱交換元件，所述多個熱交換元件以分布的方式布置在流化床室內(nèi)，熱交換器元件被構(gòu)造用來在其中容納熱交換流體并且連接到熱交換流體入口，該熱交換流體入口被布置在流化床反應(yīng)器的出口系統(tǒng)的水平，該熱交換系統(tǒng)包括熱交換流體出口，該熱交換流體出口在流化床反應(yīng)器的入口系統(tǒng)的水平。

在一個實(shí)施例中，熱交換元件可以包括多個管狀元件，所述多個管狀元件以間隔開且分布的方式被布置并且從熱交換流體入口延伸到熱交換流體出口。

在一個實(shí)施例中，熱交換器包括至少第一和第二熱交換元件，所述第一熱交換元件被布置在流化床室的進(jìn)入部分中并且被構(gòu)造用來以在流化板附近維持亞臨界的溫度而加熱流化床室中的液化含水物質(zhì)，所述至少第二加熱元件被布置在至少該中間部分中并且被構(gòu)造用來以超臨界溫度而加熱液化含水物質(zhì)。

另外的加熱元件可以被布置在流化床室的至少出口部分中，其被構(gòu)造用來將含水物質(zhì)維持在超臨界溫度。

在一個實(shí)施例中，流化床反應(yīng)器可以包括多個反應(yīng)器元件，每一個反應(yīng)器元件包含一個流化床室，該流化床室被超臨界水壓力包含壁包圍，具有流化床室的多個反應(yīng)器元件以分布間隔開的方式被布置并且浸沒在熱交換器室中，該熱交換器室被構(gòu)造用來在其中容納熱交換流體。

在一個實(shí)施例中，熱交換室可以包括：熱交換流體入口，該熱交換流體入口被布置在流化床反應(yīng)器的出口系統(tǒng)的水平；以及熱交換流體出口，該熱交換流體出口在流化床反應(yīng)器的入口系統(tǒng)的水平。

在一個實(shí)施例中，熱交換室可以包括一個或更多個擋板，所述一個或更多個擋板被構(gòu)造用來使熱交換流體跨越多個流化床室元件而橫向流動。

在一個實(shí)施例中，流化床反應(yīng)器被布置成使得入口系統(tǒng)在豎向方向上低于出口系統(tǒng)，使得流化床的顆粒上的重力逆著流化床室中的流體的流動向著流化板對顆粒施加拉力。

根據(jù)本發(fā)明的用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備有利地通過使用外部加熱介質(zhì)的集成式熱交換器提供用以分離的熱。根據(jù)本發(fā)明的用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備有利地在流化床中組合亞臨界和超臨界條件，以便避免預(yù)加熱熱交換器裝置中的沉積。在有機(jī)物質(zhì)氧化的熱含量不足以供應(yīng)足夠的熱量以便達(dá)到超臨界條件的情況中，通過集成式熱交換器從外部源供應(yīng)熱是有利的。這消除了在反應(yīng)器中使用氧化劑流或另外的燃料(除了已經(jīng)存在于亞臨界流體流化合物中的氧外)的需要。避免氧化劑的使用，允許在對反應(yīng)器材料來說不太腐蝕性的環(huán)境中操作。

根據(jù)權(quán)利要求，并且根據(jù)以下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的另外目標(biāo)和有利方面將更為顯明。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，附圖通過例子的方式示出本發(fā)明的一些實(shí)施例，并且其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備的示意圖；

圖3a是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于在超臨界水條件下進(jìn)行鹽分離的設(shè)備的示意圖；

圖3b是根據(jù)圖3a的設(shè)備的一部分的示意性詳細(xì)視圖；

圖4是用于圖1的設(shè)備的根據(jù)一個實(shí)施例的流化板的示意圖；

圖5是用于圖3的設(shè)備的根據(jù)一個實(shí)施例的流化板的示意圖。

具體實(shí)施方式

參考附圖，用來在超臨界水條件下從基于水的液體或液化物質(zhì)進(jìn)行鹽分離的設(shè)備包括熱交換器4和流化床反應(yīng)器6。

流化床反應(yīng)器6包括一個或更多個超臨界水壓力包含壁8，所述超臨界水壓力包含壁在其中包圍流化床室10，在流化床室中容納流化床12和用于處理的基于水的液體或液化物質(zhì)14。取決于要被實(shí)現(xiàn)的處理(根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的設(shè)備用于該處理)，用于處理的液體物質(zhì)可以是鹽水或海水、工業(yè)或生活廢水，諸如水稀釋的糞便或下水道污泥的濕生物質(zhì)和其它液化生物質(zhì)。關(guān)于濕生物質(zhì)，許多形式的有機(jī)廢物可以由根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備處理，由此該生物質(zhì)可以被研磨且/或過濾且/或用水進(jìn)一步稀釋以產(chǎn)生充分液態(tài)的物質(zhì)，該充分液態(tài)的物質(zhì)可以以液體流被注射到流化床反應(yīng)器中。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，液化物質(zhì)的粘度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地小于100cps(厘泊)。

在固體顆粒大于流化板22的孔口的情況中，在亞臨界流體入口15之前或中可以添加重力或離心分離裝置(未示出)。在這種情況中，進(jìn)入流可以分成兩個不同的流：高固體含量流和低固體含量流。如圖1中所示，高固體含量流可以通過連接到流化板下游的反應(yīng)器的下游入口部分15b被注射，并且低固體含量流通過連接到流化板上游的反應(yīng)器的上游入口部分14a被注射，以便用作流化流。

流化床可以包括固體材料的顆粒，根據(jù)要被實(shí)現(xiàn)的對液體物質(zhì)的處理，該顆粒具有各種成分和尺寸。流化床顆?？梢园ň哂谢驔]有催化涂層的以下材料：天然沙、人工沙、陶瓷、玻璃球、金屬球、純催化劑。

處理過程的例子包括生物質(zhì)鹽分離、氣化、甲烷化和脫鹽。

流化床反應(yīng)器6還包括：入口系統(tǒng)16，通過該入口系統(tǒng)，用于處理的液化含水物質(zhì)14被注射到一個或多個流化床室10中；以及出口系統(tǒng)18，該出口系統(tǒng)用來提取析出的鹽和超臨界流體。入口系統(tǒng)16上游的泵送系統(tǒng)(未示出)被構(gòu)造用來以超過超臨界水條件所必要的壓力的壓力，即以大于22.1mpa的壓力，而供應(yīng)用于處理的液化含水物質(zhì)14。入口系統(tǒng)16上游的預(yù)加熱系統(tǒng)也被設(shè)置以便將用于處理的液化含水物質(zhì)14預(yù)加熱到300℃以上的溫度，優(yōu)選地預(yù)加熱到350℃以上的溫度，但低于超臨界水條件所需的溫度，使得液化物質(zhì)以亞臨界水溫度條件進(jìn)入入口系統(tǒng)。

入口系統(tǒng)16包括入口室20，該入口室借助于流化板22而與流化床室10或多個室(根據(jù)實(shí)施例的不同而不同)分離。在一個實(shí)施例中，流化板22包括多個流化孔口23，所述多個流化孔口被構(gòu)造用來允許用于處理的液化含水物質(zhì)14穿過那里但將流化床顆粒保持在流化床室中。在這點(diǎn)上，可以注意到，流化板22中的流化孔口23具有的直徑并非必須小于流化床的顆粒的直徑，并且在某些變化方式中，流化板相反可以具有大于最大顆粒尺寸的孔口以便允許流化床的顆粒與通過入口系統(tǒng)16注射的用于處理的液化含水物質(zhì)相混合。通過出口的流化床顆粒的損失可以通過在反應(yīng)器中以補(bǔ)償量注射流化床材料被補(bǔ)償，例如通過如圖1中示出的與入口系統(tǒng)16分離的流化床反應(yīng)器6的入口37，且/或在亞臨界流體入口15之前混合到用于處理的液化含水物質(zhì)14中。流化板中的多個孔口被構(gòu)造用來將液體的多個射流注射到流化床室中以產(chǎn)生湍流，在該室內(nèi)混合流化床和液體。流化板22可以呈現(xiàn)為具有多個分布的流化孔口23的板的形式，或者可以包括在該技術(shù)領(lǐng)域中可能自身已知的各種構(gòu)造的各種噴嘴插入件，從而以湍流方式引導(dǎo)被注射到流化床室中的流體以獲得最佳混合效果，該效果包括流化床顆粒摩擦室10中的內(nèi)表面。根據(jù)圖1的實(shí)施例，如在圖4中最佳地見到的流化板22還包括孔口35以便熱交換元件34穿過那里。

在一個實(shí)施例中，流化床室10的取向?yàn)檠刎Q向取向，用于處理的液化含水物質(zhì)的流從底端部向著頂端部被引導(dǎo)，使得流化床顆粒通過作用于液化物質(zhì)的流的重力而留在該室中。熱交換器4被構(gòu)造用來從流化板22到出口系統(tǒng)18將液化含水物質(zhì)從亞臨界溫度漸進(jìn)地加熱到超臨界溫度，由此在流化板22和出口系統(tǒng)18之間的中間部分10b中，獲得超臨界水條件。優(yōu)選地，流化板22處的液化物質(zhì)的溫度是亞臨界的，并且優(yōu)選地，代表流化板22和出口系統(tǒng)18之間的總距離的至少5％的進(jìn)入部分10a維持低于臨界溫度，使得由于超臨界條件的鹽的析出不會發(fā)生在流化板22處。在流化床室10的中間部分10b中，獲得超臨界條件，并且鹽的析出(主要地在流化床的顆粒周圍)發(fā)生。在中間部分10a和出口端部部分10c之間的流化床室的一部分中，形成在流化床顆粒上的鹽晶體，借助于這些顆粒以湍流方式相互撞擊和撞擊室的壁表面和/或熱交換器壁，而從顆粒脫離，使得晶體脫開并且由超臨界流體的流帶到出口系統(tǒng)18中。

在一個實(shí)施例中，流化床顆粒具有一定尺寸和密度，使得它們的表面重量比低于所形成且脫離的鹽晶體，使得超臨界含水物質(zhì)的流通過出口系統(tǒng)18帶出鹽晶體而不帶出流化床顆粒。在這一點(diǎn)上，超臨界流體的流率被配置成足以帶出鹽顆粒但不足以將流化床顆粒帶出該出口，流化床顆粒通過重力逆著超臨界流體的流回落。因此可以實(shí)現(xiàn)基本上連續(xù)的過程而不再循環(huán)流化床顆粒。然而，在一些實(shí)施例中，小部分流化床顆粒可以隨著液化物質(zhì)被供給到反應(yīng)器中，以取代可能被超臨界流體的流帶出的流化床顆粒。

出口系統(tǒng)18可以包括分離系統(tǒng)，該分離系統(tǒng)用來通過旋風(fēng)裝置或其它這種分離裝置，從固體顆粒(特別地鹽晶體)分離超臨界流體，該旋風(fēng)裝置或其它類似分離裝置在本技術(shù)領(lǐng)域中是自身已知的，無需在此描述。

為了保證流化床室10內(nèi)的良好控制的溫度梯度，多個熱交換器元件34以分布間隔開的方式被布置在流化床室10內(nèi)，從而在一方面保證在該室10的中間部分10b中，全部流體處于超臨界條件，并且同時，在鄰近流化板的部分內(nèi)，用于處理的全部物質(zhì)保持在亞臨界溫度。

在圖1和2的實(shí)施例中，熱交換元件被布置在流化床室10內(nèi)。替代地，如圖3a、3b中示出的實(shí)施例中所示，熱交換器包括熱交換流體，該熱交換流體包圍且直接接觸形成多個流化床室10的多個超臨界水壓力包含壁8。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，每單位長度每體積超臨界流體的熱交換流體的體積比優(yōu)選地在20％到150％的范圍中，更優(yōu)選地在20％到80％的范圍中。

更具體地參考圖1中示出的第一實(shí)施例，熱交換器4包括在流化床室10的出口端部處的入口30和在流化床室10的入口端部處的出口32。在這個實(shí)施例中，熱交換器包括多個元件34，所述多個元件彼此分離并且跨越流化床室10的整個橫截面以間隔開的方式分布，使得在熱交換元件的壁和熱交換元件浸沒在其中的要被處理的含水物質(zhì)之間的熱交換被最佳地且高效地執(zhí)行。熱交換器4被供給有流體，該流體的溫度高于通過入口30的水的臨界溫度。熱交換流體的入口溫度和潛熱容量被配置成使得，在流化床室中損失到含水物質(zhì)的熱的量到它達(dá)到流化床反應(yīng)器6的入口系統(tǒng)16時，將熱交換液體冷卻到亞臨界溫度。

在圖2中示出的實(shí)施例中，熱交換器4包括多個熱交換元件34a、34b、34c，至少第一熱交換元件34a被布置在流化床室10的進(jìn)入部分10a中，并且至少第二熱交換元件34b至少被布置在室10的中間部分10b中。在第一變化方式中，至少第三熱交換元件34c被布置在流化床室10的出口部分10c中，雖然在另一變化方式中，第二熱交換元件也可以延伸到出口部分。布置在流化床室的中間和出口部分10b、10c中的熱交換元件以高于臨界溫度供應(yīng)熱。所述至少第一熱交換元件34a以低于臨界溫度為基于水的物質(zhì)供應(yīng)熱，至少在接近流化板22的其下部部分中。在這種構(gòu)造中，熱交換元件可以聯(lián)接到外部熱交換器4’或多個外部熱交換器，該外部熱交換器被構(gòu)造用來分別以要求的亞臨界、超臨界溫度而加熱各個元件34a、34b、34c。

現(xiàn)在參考圖3a和3b，本發(fā)明的第三實(shí)施例包括形成多個反應(yīng)器元件11的多個超臨界水壓力包含壁8，每一個反應(yīng)器元件包含在流化板22和出口系統(tǒng)18之間延伸的流化床室10中，該壓力包含壁8被浸沒在熱交換器室36中。熱交換器室36可以設(shè)置有：入口30，該入口被布置在流化床室的出口系統(tǒng)18的水平；以及出口32，該出口基本上被布置在流化床反應(yīng)器的入口系統(tǒng)16的水平。在這個實(shí)施例中，流化板22包括用于每一個流化床室10的一個或多個孔口。為了提高熱交換的速率和跨越具有流化床室10的多個反應(yīng)器元件11的熱交換的均勻性，熱交換器室36可以設(shè)置有一個或更多個橫向擋板38，保證熱交換流體的橫向流橫穿反應(yīng)器元件11。擋板可以被構(gòu)造用來形成例如蜿蜒型流動路徑，以保證在流化床室10的出口和中間部分10b、10c中，以均勻的方式獲得超臨界條件，而在進(jìn)入部分10a中，溫度維持亞臨界。

在圖3a、3b的實(shí)施例中，提供多個單獨(dú)流化室元件11的優(yōu)點(diǎn)是能夠具有模塊化構(gòu)造，由此流化室元件的數(shù)量根據(jù)要被處理的物質(zhì)的每單位時間體積增加或減小。單獨(dú)反應(yīng)室元件可以被優(yōu)化用于限定速率的流體流動，因此保證每一個單獨(dú)室中的鹽分離過程的最佳效率，而不需要除了增加或減小主動使用的流化床室的數(shù)量外進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變單元尺寸。在一個變化方式中，為了適合具有一定數(shù)量的流化床室元件的構(gòu)造中的較小流率，流化板可以是可交換的，以便減小或增大要被處理的含水物質(zhì)流過的流化床室的數(shù)量。替代地，被布置在流化板上的閥或其它裝置可以被布置用來關(guān)閉或打開單獨(dú)流體床室。

除了鹽的析出外，根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例的設(shè)備也可以用于與鹽分離同時地氣化存在于要被處理的流體中的有機(jī)物質(zhì)。流化介質(zhì)也可以包括催化劑，該催化劑例如用來引起流體混合物的有機(jī)含量轉(zhuǎn)化為甲烷和富氫氣體。

附圖中的附圖標(biāo)記的清單：

用于鹽分離的設(shè)備2

熱交換器4

熱交換元件34

熱交換器室36

擋板38

入口30

出口32

流化床反應(yīng)器6

超臨界水壓力包含壁8

反應(yīng)器元件11

流化床室10

進(jìn)入部分10a

中間部分10b

出口部分10c

出口系統(tǒng)18

分離裝置

入口系統(tǒng)16

入口15

(流化板的)下游的入口部分15b

(流化板的)上游的入口部分15b

入口室20

流化板22

流化孔口23

用于熱交換元件的通過的孔口35

流化床12

顆粒

用于處理的液化含水物質(zhì)14