一種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，該反應系統由分體式撬裝的氣體增壓系統、物料加壓分配系統、超臨界反應器系統及氣液分離采樣系統構成。采用分體撬裝式結構，方便移動和安裝，高壓氧氣部分和其他部分能夠分開放置，更加安全合理。本新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，不僅能夠用于小規模的污水污泥處理項目，而且為反應器以及關鍵部件噴嘴的設計和改進提供一套安裝方便、操作簡單、運行安全的試驗系統。
【專利說明】一種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及環保【技術領域】的超臨界污水處理反應器，特別是一種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統。
【背景技術】
[0002]水在超過臨界點(T = 374°C,P = 22.1MPa)的條件下，物理、化學性質均發生顯著變化，形成一種既不同于氣態也不同于液態或固態的流體態，稱為超臨界水。超臨界水能夠與氧氣和多種有機物質完全互溶。另外，無機組分與鹽類在超臨界水中溶解度很低，幾乎可以完全沉淀析出。
[0003]超臨界水氧化(SCWO)技術最早是在20世紀80年代中期由美國學者Modell提出的一項能完全地、徹底地將有機物結構破壞的深度氧化技術。美國國家關鍵技術所列的六大領域之一“能源與環境”中指出，最有前途的廢物處理技術是SCWO法。超臨界水氧化技術是在超過水的臨界點(T = 374°C, P = 22.1MPa)的高溫高壓條件下，以氧氣或其它氧化劑將有機物進行“燃燒”氧化的方法。與傳統的廢物處理方法相比，超臨界水氧化技術能夠實現廢物處理的無害化、減量化和資源化，具體優勢表現在:(I)反應速度快。超臨界條件下水的介電系數大大降低，氧氣和多種有機物質在水體系中形成均一相，消除傳質阻力，使本來發生在液相、固相、氣相之間的多相反應轉化為在SCW中的均相氧化反應，反應速率更快，停留時間短。(2)處理效率高。大多不需使用催化劑，氧化效率很高，99.9%以上的有機物都能夠迅速燃燒氧化。(3)選擇性好。通過調節溫度與壓力，可以改變水的密度、粘度、擴散系數、介電常數等物理化學特性，從而改變其對有機物的溶解性能，達到選擇性控制反應產物的目的。(4)無二次污染。SCWO反應是在封閉環境下進行，符合全封閉處理的要求，反應溫度遠低于焚燒，產物通常為H20、C02、N2，極少產生N0#P SO 2，不會產生二噁英、呋喃等二次污染物。(5)反應產物和能量能夠回收。超臨界水氧化技術中，有機物氧化分解后得到的無機鹽全部沉淀均可以析出，將無機鹽回收轉化為建筑材料循環利用；C02、H2O等無毒無害的終端產物可分離回收，同時氧化反應過程中會釋放出大量的可回收利用的熱能。
[0004]超臨界水氧化(SCWO)技術的處理領域廣泛，包括各種工業廢液、城市生物質廢物，其在常規方法難以處理的有毒有害廢水、垃圾滲濾液和軍工、航天、航海等領域的各類高濃度有機廢水處理上優勢明顯。超臨界水氧化(SCWO)技術對這些有機廢液、廢水能在較短的時間內達到99.9%以上的去除率。
[0005]超臨界水氧化(SCWO)技術在微型化技術成熟之后，還可用來進行如太空船、潛艇等高端科技產品上的人體廢物處理，達到再循環利用和能量回收。這一技術的實現，不僅會降低運輸水資源的費用，還會為人類探索未知世界提供更長的續航能力，在航空、航天以及核潛艇的生命保障系統中產生良好的前景。
[0006]目前，國內現有的超臨界水氧化系統比較少，且功能不夠全面，結構設計不夠合理，笨重且無法移動，只適合實驗室的基礎理論研宄，不適合進行小規模污水污泥處理項目；且目前對超臨界水氧化反應器及噴嘴等部件經常需要根據不同需求進行重新設計，現有系統無法實現快速拆裝，靈活性差，操作不便，且安全性難以保障。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，該系統不僅能夠用于小規模的污水污泥處理項目，而且為反應器以及關鍵部件噴嘴的設計和改進提供一套安裝方便、操作簡單、運行安全的試驗系統。
[0008]本發明解決其技術問題是通過以下技術方案實現的:
[0009]—種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，其特征在于:該反應系統由分體式撬裝的氣體增壓系統、物料加壓分配系統、超臨界反應器系統及氣液分離采樣系統構成；其中，氣體增壓系統由氧化劑儲罐、氮氣儲罐、第一截止閥、第二截止閥、空氣壓縮機、增壓泵、高壓儲氣瓶及過濾器構成，氧化劑儲罐、氮氣儲罐分別通過第一截止閥、第二截止閥連接至增壓泵，空氣壓縮機驅動增壓泵對氧化劑、氮氣進行增壓，增壓泵出口連接過濾器，過濾器出口連接氧氣接口 A，增壓泵連接高壓儲氣瓶；
[0010]物料加壓分配系統包括脫鹽水儲罐、燃料儲罐、污水儲罐、第一、第二三通閥，第一、第二、第三、第四計量泵，污水儲罐通過第一三通閥與脫鹽水儲罐連接后經第一計量泵連接至污水/脫鹽水接口 B，燃料儲罐通過第二三通閥與脫鹽水儲罐連接后經第二計量泵連接至燃料/脫鹽水接口 C，脫鹽水儲罐分別通過第三計量泵、第四計量泵連接脫鹽水接口D及脫鹽水接口 E ；
[0011]超臨界反應器系統由第一、第二、第三、第四流量控制器，第一、第二、第三預熱器，反應器、匯流排、系統背壓閥構成；污水/脫鹽水接口 B通過第一流量控制器連接至反應器，氧氣接口 A —路通過第二流量控制器連接至反應器，氧氣接口 A另一路通過第三流量控制器、第一預熱器連接至反應器，燃料/脫鹽水接口 C通過第四流量控制器、第二預熱器連接至反應器，脫鹽水接口 E經第三預熱器、匯流排連接至反應器，脫鹽水接口 D連接至反應器，反應器通過系統背壓閥連接至接口 F ;
[0012]氣液分離米樣循環系統由氣液分離器、氣體米樣口、液體米樣口構成，接口 F連接至氣液分離器，氣液分離器的氣體出口連接氣體米樣口，氣液分離器的液體出口連接液體采樣口，氣體采樣口連接有氣體放出口，液體采樣口連接有液體放出口。
[0013]而且，所述的反應器為蒸發壁式反應器。
[0014]而且，所述的匯流排通過三路脫鹽水管道連接至反應器，匯流排將脫鹽水平均分為流量相同的三路水進入反應器的蒸發壁。
[0015]本發明的優點和有益效果為:
[0016]1、本發明的新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，由分體式撬裝的氣體增壓系統、物料加壓分配系統、超臨界反應器系統及氣液分離采樣系統構成，采用分體撬裝式結構，方便移動和安裝，高壓氧氣部分和其他部分能夠分開放置，更加安全合理。
[0017]2、本發明的新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，通過采用匯流排，減少了流量計的使用，降低了成本。
[0018]3、本發明的新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，反應器出口處通過脫鹽水的冷卻把溫度降低，減少了后續對材料造成的腐蝕。
[0019]4、本發明的新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，將四個分體撬裝部分可集中于一個數據采集與控制平臺，方便控制和操作。
[0020]5、本發明設計科學合理，不僅能夠用于小規模的污水污泥處理項目，而且為反應器以及關鍵部件噴嘴的設計和改進提供一套安裝方便、操作簡單、運行安全的試驗系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的氣體增壓系統的方框原理圖；
[0022]圖2為本發明的物料加壓分配系統的方框原理圖；
[0023]圖3為本發明的超臨界反應器系統的方框原理圖；
[0024]圖4為本發明的氣液分離采樣系統的方框原理圖。
【具體實施方式】
[0025]下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。
[0026]—種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，該反應系統由分體式撬裝的氣體增壓系統、物料加壓分配系統、超臨界反應器系統及氣液分離采樣系統構成。其中，氣體增壓系統由氧化劑儲罐、氮氣儲罐、第一截止閥、第二截止閥、空氣壓縮機、增壓泵、高壓儲氣瓶及過濾器構成，氧化劑儲罐、氮氣儲罐分別通過第一截止閥、第二截止閥連接至增壓泵，空氣壓縮機驅動增壓泵對氧化劑、氮氣進行增壓，增壓泵出口連接過濾器，過濾器出口連接氧氣接口 A，增壓泵連接高壓儲氣瓶。氮氣用來對系統進行吹掃。出于安全問題的考慮，氣體增壓系統應與其他系統分開放置，保持一定的距離。氧化劑經過氣體增壓系統后壓力控制在 20-30MPa。
[0027]物料加壓分配系統包括脫鹽水儲罐、燃料儲罐、污水儲罐、第一、第二三通閥，第一、第二、第三、第四計量泵，污水儲罐通過第一三通閥與脫鹽水儲罐連接后經第一計量泵連接至污水/脫鹽水接口 B，燃料儲罐通過第二三通閥與脫鹽水儲罐連接后經第二計量泵連接至燃料/脫鹽水接口 C，脫鹽水儲罐分別通過第三計量泵、第四計量泵連接脫鹽水接口D及脫鹽水接口 E。污水和燃料分別通過第一三通球閥、第二三通球閥與脫鹽水進行切換。脫鹽水再分為兩路，一路用來作為反應器的蒸發壁水，另一路用于反應器出口處的冷卻水。
[0028]系統啟動后，先通過第二三通球閥切換到脫鹽水進行升溫增加，達到450-560 V、20-30MPa時切換到燃料，對燃料進行升溫加壓。燃料、污水和脫鹽水均通過計量泵進行流量監控。脫鹽水分為兩路，一路連接脫鹽水接口 E，其流量控制在6-12L/h，用于進入蒸發壁；另一路連接脫鹽水接口 D，其流量控制在220-280L/h，用于反應器出口處的冷卻。
[0029]超臨界反應器系統由第一、第二、第三、第四流量控制器，第一、第二、第三預熱器，反應器、匯流排、系統背壓閥構成；污水/脫鹽水接口 B通過第一流量控制器連接至反應器，氧氣接口 A —路通過第二流量控制器連接至反應器，氧氣接口 A另一路通過第三流量控制器、第一預熱器連接至反應器，燃料/脫鹽水接口 C通過第四流量控制器、第二預熱器連接至反應器。反應器為蒸發壁式反應器。脫鹽水接口 E經第三預熱器、匯流排連接至反應器，脫鹽水接口 D連接至反應器，反應器通過系統背壓閥連接至接口 F。
[0030]燃料、氧氣和污水的流量通過流量控制器(流量計來監控、調節閥)來調節，燃料流量控制在4-8L/h，氧氣流量控制在2-3Kg/h，氧氣分為兩路，一路進入反應器后與燃料進行混合，一路進入反應器后與污水進行混合。進入反應器之前的污水不需要加熱，在進入反應釜之前燃料和與燃料混合的氧氣要進行預熱，預熱到450-560°C。用來作為蒸發壁水的接口 E的脫鹽水先經過預熱器加熱到200-30(TC，然后經過一個匯流排將脫鹽水平均分為流量相同約為2-4L/h的三路水進入蒸發壁。接口 D流量控制在220-280L/h，將反應釜出口處的溫度降到50-90°C ο脫鹽水、燃料和污水各分路上的壓力通過反應器出口處的一個系統背壓閥和各分路上的泵來調控在20-30MPa。
[0031]氣液分離米樣循環系統由氣液分離器、氣體米樣口、液體米樣口構成，接口 F連接至氣液分離器，氣液分離器的氣體出口連接氣體米樣口，氣液分離器的液體出口連接液體采樣口。
[0032]氣體采樣口和液體采樣口分別留有氣體放出口和液體放出口，從反應器出來的物質進入氣液分離器，經過氣液分離后，可通過采樣口和進行氣體和液體采樣來監測反應，反應氣體和液體通過氣體放出口和液體防出口放出。
[0033]氣體增壓系統、物料加壓分配系統、超臨界反應器系統、氣液分離采樣系統四個部分是分體的，之間通過管件進行連接；這四個部分均采用撬裝形式，方便移動；四個部分的信號集成于一個數據采集與控制平臺。分體撬裝式超臨界水氧化反應系統中，對反應器通過攝像頭進行監控，能夠及時發現反應過程中出現的問題。
[0034]盡管為說明目的公開了本發明的實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發明及所附權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發明的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內容。
【權利要求】
1.一種新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，其特征在于:該反應系統由分體式撬裝的氣體增壓系統、物料加壓分配系統、超臨界反應器系統及氣液分離采樣系統構成；其中，氣體增壓系統由氧化劑儲罐、氮氣儲罐、第一截止閥、第二截止閥、空氣壓縮機、增壓泵、高壓儲氣瓶及過濾器構成，氧化劑儲罐、氮氣儲罐分別通過第一截止閥、第二截止閥連接至增壓泵，空氣壓縮機驅動增壓泵對氧化劑、氮氣進行增壓，增壓泵出口連接過濾器，過濾器出口連接氧氣接口 A，增壓泵連接高壓儲氣瓶； 物料加壓分配系統包括脫鹽水儲罐、燃料儲罐、污水儲罐、第一、第二三通閥，第一、第二、第三、第四計量泵，污水儲罐通過第一三通閥與脫鹽水儲罐連接后經第一計量泵連接至污水/脫鹽水接口 B，燃料儲罐通過第二三通閥與脫鹽水儲罐連接后經第二計量泵連接至燃料/脫鹽水接口 C，脫鹽水儲罐分別通過第三計量泵、第四計量泵連接脫鹽水接口 D及脫鹽水接口 E ； 超臨界反應器系統由第一、第二、第三、第四流量控制器，第一、第二、第三預熱器，反應器、匯流排、系統背壓閥構成；污水/脫鹽水接口 B通過第一流量控制器連接至反應器，氧氣接口 A—路通過第二流量控制器連接至反應器，氧氣接口 A另一路通過第三流量控制器、第一預熱器連接至反應器，燃料/脫鹽水接口 C通過第四流量控制器、第二預熱器連接至反應器，脫鹽水接口 E經第三預熱器、匯流排連接至反應器，脫鹽水接口 D連接至反應器，反應器通過系統背壓閥連接至接口 F ; 氣液分離米樣循環系統由氣液分離器、氣體米樣口、液體米樣口構成，接口 F連接至氣液分離器，氣液分離器的氣體出口連接氣體米樣口，氣液分離器的液體出口連接液體米樣口，氣體采樣口連接有氣體放出口，液體采樣口連接有液體放出口。
2.根據權利要求1所述的新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，其特征在于:所述的反應器為蒸發壁式反應器。
3.根據權利要求1所述的新型分體撬裝式超臨界水氧化反應系統，其特征在于:所述的匯流排通過三路脫鹽水管道連接至反應器，匯流排將脫鹽水平均分為流量相同的三路水進入反應器的蒸發壁。
【文檔編號】C02F1/72GK104445574SQ201410734665
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】王冰, 馬英霞, 趙志花 申請人:內蒙古天一環境技術有限公司