一種超臨界水系統(tǒng)的降壓裝置及方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)及化工領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界水系統(tǒng)的降壓裝置及方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidat1n，簡稱SCW0)作為一種新興的有機(jī)廢物處理技術(shù)，是利用水在超臨界狀態(tài)(Tc = 374°C，Pc = 22.1MPa)下所具有的特殊性質(zhì)，使有機(jī)物和氧化劑完全溶于超臨界水中，并迅速發(fā)生均相氧化反應(yīng)，迅速、徹底地將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成無害化的C02、N2、H20等小分子化合物。這是因?yàn)樵诩兯呐R界點(diǎn)附近或高于臨界點(diǎn)，水的熱物理性質(zhì)相對于常溫下的水發(fā)生了明顯改變。介電常數(shù)的顯著降低導(dǎo)致碳?xì)浠衔锖蜌怏w如02、N2及C02在超臨界水中的溶解度明顯增加，因而氧化反應(yīng)在均相環(huán)境中進(jìn)行，有效避免了相界面對傳質(zhì)和傳熱的相間阻力。另外，超臨界水的低粘度保證了反應(yīng)物在超臨界水中的高擴(kuò)散率，進(jìn)而促進(jìn)了快速有效的反應(yīng)。因此超臨界水為有機(jī)物的氧化降解提供了理想的反應(yīng)媒介。
[0003]與傳統(tǒng)有機(jī)廢物的處理技術(shù)相比，SCWO具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢:I)反應(yīng)徹底、處理效率高；2)反應(yīng)系統(tǒng)封閉，不會(huì)產(chǎn)生二次污染;3)反應(yīng)速率極高，有機(jī)物完全去除所需停留時(shí)間很短(I?5min)，因此反應(yīng)器的體積小，整個(gè)裝置的占地面積少;4)重金屬離子在SCWO過程中轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài)，可實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定化。5)當(dāng)有機(jī)物含量超過3^%時(shí)，可依靠反應(yīng)過程中自身釋放的熱量來維持系統(tǒng)熱量平衡，不需外界補(bǔ)充輔助能量，富裕能量還可以回收利用。因此，超臨界水氧化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水及污泥的無害化處理領(lǐng)域。
[0004]要實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物在超臨界水反應(yīng)器內(nèi)分解，就需要將含水物料加溫加壓至水的臨界點(diǎn)以上(Tc = 374°C，Pc = 22.1MPa)，在反應(yīng)器處理后物料就必須降溫降壓后，才可從系統(tǒng)中輸出。現(xiàn)有的超臨界水系統(tǒng)多采用一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥來控制系統(tǒng)壓力及降壓，那么系統(tǒng)整個(gè)壓降在一個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，這會(huì)導(dǎo)致此處非常高的物料流速，亦容易引發(fā)閥門出現(xiàn)故障，影響系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。此外，對于含有固體顆粒的超臨界水系統(tǒng)降壓過程中，惰性無機(jī)鹽的存在會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥內(nèi)部元件出現(xiàn)嚴(yán)重的磨蝕或者堵塞，因此不建議一步實(shí)現(xiàn)流體的徹底降壓。
[0005]毛細(xì)管的降壓原理為通過流體流經(jīng)小管徑毛細(xì)管(ID.1?10mm)所產(chǎn)生的沿程阻力來實(shí)現(xiàn)物料壓降，并且可通過調(diào)節(jié)進(jìn)入毛細(xì)管的流體流量來實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管前壓力的精確控制。將毛細(xì)管降壓器應(yīng)用于超臨界水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料壓降，可有效避免采用單個(gè)閥門降壓時(shí)管內(nèi)流速過高和閥門磨蝕損壞的問題，另外通過控制進(jìn)入毛細(xì)管的物料流量可實(shí)現(xiàn)超臨界水系統(tǒng)壓力的精確控制，進(jìn)而保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的是克服超臨界水處理系統(tǒng)的降壓不可靠的問題，提供一種一種超臨界水系統(tǒng)的降壓裝置及方法，不僅可有效避免單個(gè)閥門降壓存在的磨蝕、堵塞及不可靠的問題，還可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的精確控制。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0008]—種超臨界水系統(tǒng)的降壓系統(tǒng)，包括降壓支路、啟動(dòng)停機(jī)支路和阻力水支路，高壓流體自降壓支路的入口流入，降壓后由降壓支路的出口流出；啟動(dòng)停機(jī)支路并聯(lián)在降壓支路兩端;阻力水支路的出口連接到降壓支路的入口處;高壓流體通過反應(yīng)后液體管流入第二截止閥，且反應(yīng)后液體管上還設(shè)置有用于監(jiān)測超臨界水氧化反應(yīng)系統(tǒng)壓力的壓力表。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0010]所述阻力水支路包括阻力水儲(chǔ)罐，阻力水儲(chǔ)罐的出口依次連接阻力水栗和第一截止閥，第一截止閥的出口與阻力水接管相連通，阻力水接管的出口連接至降壓支路的入口處。
[0011]所述降壓支路包括依次串聯(lián)的第二截止閥和毛細(xì)管降壓器，第二截止閥的入口為降壓支路的高壓流體入口，毛細(xì)管降壓器的出口為降壓后的流體出口。
[0012]采用毛細(xì)管替換毛細(xì)管降壓器，毛細(xì)管的出口串接第二調(diào)節(jié)閥，第二調(diào)節(jié)閥的出口為降壓后的流體出口，啟動(dòng)停機(jī)支路的出口連接至第二調(diào)節(jié)閥出口后端的管路上。
[0013]所述毛細(xì)管降壓器的管道內(nèi)徑為I?10mm。
[0014]所述啟動(dòng)停機(jī)支路包括依次串聯(lián)第三截止閥和第一調(diào)節(jié)閥，第三截止閥的入口連接至第二截止閥入口前端的管路上，第一調(diào)節(jié)閥的出口連接至毛細(xì)管降壓器出口后端的管路上O
[0015]采用背壓調(diào)節(jié)閥替換第一調(diào)節(jié)閥。
[0016]所述啟動(dòng)停機(jī)支路包括四組并聯(lián)的毛細(xì)管降壓器，這四組毛細(xì)管降壓器的長度依次減小，且均小于降壓支路中的毛細(xì)管降壓器的長度；啟動(dòng)停機(jī)支路的每個(gè)毛細(xì)管降壓器的入口分別串接一個(gè)截止閥，四個(gè)截止閥的入口均連接至第二截止閥入口前端的管路上，四個(gè)毛細(xì)管降壓器的出口均連接至降壓支路中的毛細(xì)管降壓器出口后端的管路上。
[0017]采用毛細(xì)管替換毛細(xì)管降壓器;第一調(diào)節(jié)閥的出口與毛細(xì)管的出口匯合后與第二調(diào)節(jié)閥的入口相連通，第二調(diào)節(jié)閥的出口為降壓后的流體出口。
[0018]本發(fā)明還公開了一種超臨界水系統(tǒng)的降壓方法，包括以下步驟:
[0019]I)系統(tǒng)啟動(dòng)階段，阻力水支路的阻力水栗未啟動(dòng)，關(guān)閉降壓支路的截止閥，打開啟動(dòng)停機(jī)支路的截止閥；隨著系統(tǒng)充水，逐漸調(diào)節(jié)啟動(dòng)停機(jī)支路的調(diào)節(jié)閥的開度，使系統(tǒng)壓力逐漸上升至設(shè)定操作壓力;打開降壓支路的截止閥，關(guān)閉啟動(dòng)停機(jī)支路的截止閥，同時(shí)開啟阻力水支路的阻力水栗，使阻力水流過降壓支路的毛細(xì)管，逐漸增加阻力水栗流量直至系統(tǒng)壓力上升至設(shè)定工作壓力；
[0020]2)系統(tǒng)運(yùn)行階段，通過調(diào)節(jié)阻力水栗的流量控制超臨界水氧化反應(yīng)反應(yīng)器后的壓力在24?26MPa;
[0021]3)系統(tǒng)停機(jī)階段，關(guān)閉阻力水栗，打開啟動(dòng)停機(jī)支路的截止閥，關(guān)閉降壓支路的截止閥，逐漸調(diào)節(jié)啟動(dòng)停機(jī)支路的調(diào)節(jié)閥的開度，使系統(tǒng)壓力逐漸降低至設(shè)定操作壓力。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]首先，本發(fā)明高壓流體流經(jīng)一定長度的毛細(xì)管，通過流體的沿程阻力實(shí)現(xiàn)其壓力的穩(wěn)步降低;其次毛細(xì)管作為降壓部件，流體流經(jīng)其流速可控制在一定的范圍內(nèi)，有效避免了通過單個(gè)閥門降壓時(shí)流體流速過高而導(dǎo)致的閥門故障問題。對于含有固體顆粒的物料，毛細(xì)管降壓方式可防止降壓單元的磨蝕及堵塞問題，進(jìn)而保障整個(gè)系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)彳丁 ；最后，通過控制流入毛細(xì)管的流體流量，可以實(shí)現(xiàn)超臨界水系統(tǒng)壓力的精確調(diào)
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【【附圖說明】】
[0024]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明實(shí)施例5的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中:1-阻力水儲(chǔ)罐;2-阻力水栗;3-截止閥；4-壓力表;5-截止閥；6-截止閥；7-毛細(xì)管降壓器;8-調(diào)節(jié)閥;9-反應(yīng)后液體管；10-阻力水接管。
【【具體實(shí)施方式】】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0031]實(shí)施例1:
[0032]如圖1所示，降壓系統(tǒng)包括降壓支路、啟動(dòng)停機(jī)支路和阻力水支路。降壓支路包括毛細(xì)管降壓器7，其管道內(nèi)徑在I?1mm范圍內(nèi)，毛細(xì)管降壓器7連接于第二截止閥5。啟動(dòng)停機(jī)支路包括第一調(diào)節(jié)閥8，第一調(diào)節(jié)閥8連接于第三截止閥6。降壓支路與啟動(dòng)停機(jī)支路之間并聯(lián)連接。阻力水支路包括阻力水儲(chǔ)罐I，儲(chǔ)罐I出口連接于阻力水栗2進(jìn)口，阻力水栗2出口與第一截止閥3連通，第一截止閥3連接于阻力水接管10。超臨界水氧化反應(yīng)后高壓流體流入反應(yīng)后液體管9，反應(yīng)后液體管9出口連接于降壓支路。阻力水接管10連接于反應(yīng)后液體管9。通過壓力表4監(jiān)測超臨界水氧化反應(yīng)系統(tǒng)壓力。
[0033]降壓過程如下:
[0034]系統(tǒng)啟動(dòng)階段，阻力水栗2未啟動(dòng)，關(guān)閉降壓支路的第二截止閥5，打開啟動(dòng)停機(jī)支路第三截止閥6。隨著系統(tǒng)充水，逐漸調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)閥8開度，使系統(tǒng)壓力逐漸上升至設(shè)定操作壓力。打開降壓支路第二截止閥5，關(guān)閉第三截止閥6，同時(shí)開啟阻力水栗2，使阻力水流過毛細(xì)管7，逐漸增加水栗流量直至系統(tǒng)壓力上升至設(shè)定工作壓力。正常運(yùn)行階段，通過調(diào)節(jié)阻力水栗2的流量控制超臨界水氧化反應(yīng)系統(tǒng)壓力。系統(tǒng)停機(jī)階段，關(guān)閉阻力水栗2，打開啟動(dòng)停機(jī)支路第二截止閥5，關(guān)閉降壓支路的第三截止閥6。逐漸調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)閥8開度，使系統(tǒng)壓力逐漸降低至設(shè)定操作壓力。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]如圖2所示，將實(shí)施例1中的第一調(diào)節(jié)閥8替換為背壓調(diào)節(jié)閥11。通過調(diào)節(jié)背壓閥來實(shí)現(xiàn)