CN109574192B - 一种自除垢超临界水氧化装置及其自除垢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超临界水循环系统的除垢技术领域，具体公开一种自除垢超临界水氧化装置及其自除垢方法。所述自除垢超临界水氧化装置包括氧化系统和与该氧化系统连通的冲刷系统；所述氧化系统包括反应器以及分别与反应器连通的原料管线和高压氧气管线；所述冲刷系统包括冲刷液管线和冲刷软水管线，两道管线汇合后通过单向进料组件与所述氧化系统连通。本发明在不影响超临界水氧化装置的正常运行下，可简单快速的清理掉管线中的堵塞物和管壁结垢，且清理彻底、不会损伤超临界水氧化装置中的设备。

Description

一种自除垢超临界水氧化装置及其自除垢方法
技术领域
本发明涉及超临界水循环系统的除垢技术领域，尤其涉及一种自除垢超临界水氧化装置及其自除垢方法。
背景技术
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水氧化(Supercritical WaterOxidation，简称SCWO)技术是一种可实现对多种有机废物进行深度氧化处理的技术，利用超临界水独特的物理化学性质，使氧化剂和有机物完全溶解于超临界水中，以超临界水为反应介质，经过均相的氧化反应，将有机物快速、彻底地转化为清洁的CO2、H2O、N2和其它无害小分子，使S、P等转化为稳定的最高价盐类，重金属氧化稳定固相存在于灰分中。
利用超临界水氧化技术处理有机废物时，水在超临界状态下污水中的无机盐容易析出，这些无机盐包括有机废物中的无机盐、反应时的析出盐、中和酸性物质析出盐等，这些盐的黏度很大，析出后会牢固粘连在反应器出口、出口管道内部、降压设备内壁，逐步造成设备堵塞，需要定期的用酸进行清洗，进行酸清洗过程中需要将整个超临界水氧化装置停止运行，然后用酸代替原料进入超临界水氧化装置，实现清洗过程，耗时耗力，降低整个氧化进程；另一方面，酸清洗往往清洗不彻底，大部分的贴壁析出盐无法清洗掉，同时长期用酸清洗，会对超临界水循环装置中的大部分设备造成不同程度的损坏，降低超临界水循环装置使用寿命，增加氧化成本，还会对环境造成二次污染。
发明内容
针对现有超临界水氧化装置易堵塞、清洗时需中断氧化进程、清洗过程中易损坏设备且清洗不彻底等问题，本发明提供一种自除垢超临界水氧化装置及其自除垢方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种自除垢超临界水氧化装置，包括氧化系统和与该氧化系统连通的冲刷系统；
所述氧化系统包括反应器以及分别与反应器连通的原料管线和高压氧气管线；所述原料管线包括反应物管线和原料软水管线，两道管线汇合后通过第一单向进料组件与所述反应器连通；所述反应物管线上设有反应物管线切断阀，所述原料软水管线上设有原料软水管线切断阀；
所述冲刷系统包括冲刷液管线和冲刷软水管线，两道管线汇合后通过第二单向进料组件与所述氧化系统连通；所述冲刷液管线上设有冲刷液管线切断阀，所述冲刷软水管线上设有冲刷软水管线切断阀。
相对于现有技术，本发明提供的自除垢超临界水氧化装置，在氧化系统上设置冲刷系统，通过氧化系统上的流量计可以实时监测氧化系统管线内的流量大小，反应管线中是否有堵塞情况，若出现堵塞情况后，在不停止氧化系统运行的前提下，打开冲刷系统，将冲刷液泵入氧化系统的管线内，实现对管线堵塞物的冲刷，当堵塞物冲刷完毕后，关闭冲刷系统。整个冲刷过程中，完全不影响氧化系统的运行，实现整个超临界水氧化装置的自除垢功能。其中冲刷系统中冲刷软水管线的加入是为了避免冲刷液直接进入氧化系统，造成系统的温度、压力波动，可先由冲刷系统上的高压泵输送软水进入氧化系统，待氧化系统运行稳定后再将冲刷液泵入氧化系统，保证氧化系统的正常运行不会受到影响。
优选地，所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的第一单向进料组件和反应器之间。
优选地，所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的管线汇合点和第一单向进料组件之间。
优选地，所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的反应器上。
优选地，所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的反应器出口管线上。
优选地，所述第一单向进料组件和第二单向进料组件均包括高压泵和单向阀。
优选地，所述原料管线和高压氧气管线通过反应器喷嘴与反应器连通。
优选地，所述高压氧气管线、反应物管线、原料软水管线、冲刷液管线和冲刷软水管线上均设有流量计和压力表。
进一步地，本发明还提供所述自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，至少包括以下步骤：
a、氧化系统运行过程中，打开冲刷系统中的第二单向进料组件，冲刷软水管线切断阀处于开启状态，冲刷2-5min；
b、开启冲刷液管线切断阀，关闭冲刷软水管线切断阀，使冲刷液进入氧化系统，冲刷10-30min；
c、关闭冲刷液管线切断阀，打开冲刷软水管线切断阀，冲刷2-5min，关闭冲刷系统中的高压泵，关闭冲刷软水管线切断阀。
相对于现有技术，本发明提供的自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法中，冲刷液采用软水与惰性颗粒的混合液，冲刷液通过冲刷系统进入自除垢超临界水氧化装置的氧化系统中，该冲刷液对氧化系统无腐蚀影响，且其中的惰性颗粒可以吸附超临界水氧化过程中析出的无机盐，惰性颗粒在氧化系统中的高速流动过程可与管线内壁发生碰撞进而清理掉贴附在管壁上的结晶盐，其操作过程简单、清理彻底、耗时短，且不会对氧化系统造成损伤，完全不影响超临界水氧化装置的氧化进程。
优选地，所述冲刷液由软水与惰性颗粒以(4-20)：1的质量比混合得到；和/或：
所述步骤b中，通过冲刷软水管线切断阀调节冲刷软水管线的流量为原料管线流量的5％-20％；和/或：
所述步骤c中，通过调节冲刷液管线切断阀调节冲刷液管线的流量为原料管线流量的5％-20％。
附图说明
图1是本发明的超临界水氧化装置的结构示意图；
其中，1、反应器，2、反应器喷嘴，3、反应物管线，4、高压氧气管线，5、原料软水管线，6、冲刷液管线，7、反应物管线切断阀，8、冲刷液管线切断阀，9、原料软水管线切断阀，10、冲刷软水管线切断阀，11、冲刷软水管线，12、反应器出口管线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种自除垢超临界水氧化装置，包括氧化系统和与该氧化系统连通的冲刷系统，所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的单向阀和反应器1之间。
氧化系统包括反应器1以及分别与反应器1连通的原料管线和高压氧气管线4；原料管线和高压氧气管线4通过反应器喷嘴2与反应器1连通；所述原料管线包括反应物管线3和原料软水管线5，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述反应器1连通；所述反应物管线3上设有反应物管线切断阀7，所述原料软水管线5上设有原料软水管线切断阀9。其中反应物管线3和原料软水管线5上均设有流量计和压力表。反应物管线切断阀7用来控制待氧化原料的流入，原料软水管线5为整个氧化系统提软水。
冲刷系统包括冲刷液管线6和冲刷软水管线11，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述氧化系统连通；所述冲刷液管线6上设有冲刷液管线切断阀8，所述冲刷软水管线11上设有冲刷软水管线切断阀10。其中冲刷液管线6和冲刷软水管线11上均设有流量计和压力表。其中冲刷软水管线11的加入是可以避免冲刷液直接进入超临界水氧化系统，造成系统的温度、压力波动，先由冲刷液管线6上的高压泵输送软水进入氧化系统，待氧化系统运行稳定后再将冲刷液泵入氧化系统，保证氧化系统的正常运行不会受到影响。高压氧气管线4上设有流量计和压力表，检测氧气的流量大小，高压氧气管线4为整个氧化系统的氧化反应提供氧气。
该实施例可实现对氧化系统中单向阀的下游管线和后续设备的冲刷和清洗功能。
实施例2
一种自除垢超临界水氧化装置，包括氧化系统和与该氧化系统连通的冲刷系统，所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的管线汇合点和高压泵之间。
氧化系统包括反应器1以及分别与反应器1连通的原料管线和高压氧气管线4；原料管线和高压氧气管线4通过反应器喷嘴2与反应器1连通；所述原料管线包括反应物管线3和原料软水管线5，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述反应器1连通；所述反应物管线3上设有反应物管线切断阀7，所述原料软水管线5上设有原料软水管线切断阀9。其中反应物管线3和原料软水管线5上均设有流量计和压力表。反应物管线切断阀7用来控制待氧化原料的流入，原料软水管线5为整个氧化系统提软水。
冲刷系统包括冲刷液管线6和冲刷软水管线11，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述氧化系统连通；所述冲刷液管线6上设有冲刷液管线切断阀8，所述冲刷软水管线11上设有冲刷软水管线切断阀10。其中冲刷液管线6和冲刷软水管线11上均设有流量计和压力表。其中冲刷软水管线11的加入是可以避免冲刷液直接进入超临界水氧化系统，造成系统的温度、压力波动，先由冲刷液管线6上的高压泵输送软水进入氧化系统，待氧化系统运行稳定后再将冲刷液泵入氧化系统，保证氧化系统的正常运行不会受到影响。
高压氧气管线4上设有流量计和压力表，检测氧气的流量大小，高压氧气管线4为整个氧化系统的氧化反应提供氧气。
该实施例可实现对氧化系统中的管线汇合点的下游管线和后续设备的冲刷和清洗功能。
实施例3
一种自除垢超临界水氧化装置，包括氧化系统和与该氧化系统连通的冲刷系统，所述冲刷系统连接在在所述氧化系统中的反应器1上。
氧化系统包括反应器1以及分别与反应器1连通的原料管线和高压氧气管线4；原料管线和高压氧气管线4通过反应器喷嘴2与反应器1连通；所述原料管线包括反应物管线3和原料软水管线5，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述反应器1连通；所述反应物管线3上设有反应物管线切断阀7，所述原料软水管线5上设有原料软水管线切断阀9。其中反应物管线3和原料软水管线5上均设有流量计和压力表。反应物管线切断阀7用来控制待氧化原料的流入，原料软水管线5为整个氧化系统提软水。
冲刷系统包括冲刷液管线6和冲刷软水管线11，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述氧化系统连通；所述冲刷液管线6上设有冲刷液管线切断阀8，所述冲刷软水管线11上设有冲刷软水管线切断阀10。其中冲刷液管线6和冲刷软水管线11上均设有流量计和压力表。其中冲刷软水管线11的加入是可以避免冲刷液直接进入超临界水氧化系统，造成系统的温度、压力波动，先由冲刷液管线6上的高压泵输送软水进入氧化系统，待氧化系统运行稳定后再将冲刷液泵入氧化系统，保证氧化系统的正常运行不会受到影响。高压氧气管线4上设有流量计和压力表，检测氧气的流量大小，高压氧气管线4为整个氧化系统的氧化反应提供氧气。
该实施例可实现对氧化系统中的反应器1以及反应器1的下游管线和后续设备的冲刷和清洗功能。
实施例4
一种自除垢超临界水氧化装置，包括氧化系统和与该氧化系统连通的冲刷系统，所述冲刷系统连接在在所述氧化系统中的反应器出口管线12上。
氧化系统包括反应器1以及分别与反应器1连通的原料管线和高压氧气管线4；原料管线和高压氧气管线4通过反应器喷嘴2与反应器1连通；所述原料管线包括反应物管线3和原料软水管线5，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述反应器1连通；所述反应物管线3上设有反应物管线切断阀7，所述原料软水管线5上设有原料软水管线切断阀9。其中反应物管线3和原料软水管线5上均设有流量计和压力表。反应物管线切断阀7用来控制待氧化原料的流入，原料软水管线5为整个氧化系统提软水。
冲刷系统包括冲刷液管线6和冲刷软水管线11，两道管线汇合后通过高压泵和单向阀与所述氧化系统连通；所述冲刷液管线6上设有冲刷液管线切断阀8，所述冲刷软水管线11上设有冲刷软水管线切断阀10。其中冲刷液管线6和冲刷软水管线11上均设有流量计和压力表。其中冲刷软水管线11的加入是可以避免冲刷液直接进入超临界水氧化系统，造成系统的温度、压力波动，先由冲刷液管线6上的高压泵输送软水进入氧化系统，待氧化系统运行稳定后再将冲刷液泵入氧化系统，保证氧化系统的正常运行不会受到影响。高压氧气管线4上设有流量计和压力表，检测氧气的流量大小，高压氧气管线4为整个氧化系统的氧化反应提供氧气。
该实施例可实现对氧化系统中反应器出口管线12及后续设备的冲刷和清洗功能。
实施例1-4的自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法相同，具体步骤为：
a、氧化系统运行过程中，打开冲刷系统中的高压泵和冲刷软水管线切断阀10，冲刷2-5min；
b、打开冲刷液管线切断阀8，关闭冲刷软水管线切断阀10，使冲刷液进入氧化系统，冲刷10-30min；所述冲刷液由软水与惰性颗粒以(4-20)：1的比例混合得到。
c、关闭冲刷液管线切断阀8，打开冲刷软水管线切断阀10，冲刷2-5min，关闭冲刷系统中的高压泵，关闭冲刷软水管线切断阀10。
实施例5
实施例1中的自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，具体包括以下步骤：
a、检测超临界水氧化装置的结垢情况，原料管线流量低于正常流量70％，高压氧气流量低于正常流量90％，说明超临界水氧化装置中的管线有结垢和堵塞现象。在氧化系统继续运行的过程中，打开冲刷系统中的高压泵和冲刷软水管线切断阀10，输送高压软水进入氧化系统，软水流量为冲刷液流量的50％，冲刷5min。
b、待氧化系统运行稳定后，打开冲刷液管线切换阀8，关闭冲刷软水管线切断阀10，使冲刷液进入氧化系统，冲刷液管线6流量为原料管线3流量的10％，冲刷20min，可以避免冲刷液直接进入超临界水氧化系统，造成系统的温度、压力波动，对氧化过程造成影响。其中的冲刷液由软水与陶瓷颗粒以10：1的比例混合得到。
c、冲刷过程结束后，关闭冲刷液管线切断阀8，打开冲刷软水管线切断阀10，待冲刷液管线6内的介质由冲刷液逐步切换为软水后，关闭冲刷系统中的高压泵，关闭冲刷软水管线切断阀10，结束对超临界水氧化装置的清洗和除垢过程，避免了氧化过程中出现堵塞的情况。
实施例6
实施例1中的自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，包括以下步骤：
a、检测超临界水氧化装置的结垢情况，原料管线流量低于正常流量80％说明超临界水氧化装置中的管线有结垢和堵塞现象。在氧化系统继续运行的过程中，打开冲刷系统中的高压泵和冲刷软水管线切断阀10，输送高压软水进入氧化系统，软水流量为冲刷液流量的40％，冲刷2min。
b、待氧化系统运行稳定后，打开冲刷液管线切断阀8，关闭冲刷软水管线切断阀10，使冲刷液进入氧化系统，冲刷液管线6流量为原料管线3流量的5％，冲刷10min，可以避免冲刷液直接进入超临界水氧化系统，造成系统的温度、压力波动，对氧化过程造成影响。其中的冲刷液由软水与陶瓷颗粒以4：1的比例混合得到。
c、冲刷过程结束后，关闭冲刷液管线切断阀8，打开冲刷软水管线切断阀10，待冲刷液管线6内的介质由冲刷液逐步切换为软水后，关闭冲刷系统中的高压泵，关闭冲刷软水管线切断阀10，结束对超临界水氧化装置的清洗和除垢过程，避免了氧化过程中出现堵塞的情况。
实施例7
实施例1中的自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，包括以下步骤：
a、检测超临界水氧化装置的结垢情况，高压氧气流量低于正常流量70％，说明超临界水氧化装置中的管线有结垢和堵塞现象。在氧化系统继续运行的过程中，打开冲刷系统中的高压泵和冲刷软水管线切断阀10，输送高压软水进入氧化系统，软水流量为冲刷液流量的70％，冲刷3min。
b、待氧化系统运行稳定后，打开冲刷液管线切断阀8，关闭冲刷软水管线切断阀10，使冲刷液进入氧化系统，冲刷液管线6流量为原料管线3流量的20％，冲刷30min，可以避免冲刷液直接进入超临界水氧化系统，造成系统的温度、压力波动，对氧化过程造成影响。其中的冲刷液由软水与陶瓷颗粒以20：1的比例混合得到。
c、冲刷过程结束后，关闭冲刷液管线切断阀8，打开冲刷软水管线切断阀10，待冲刷管线6内的介质由冲刷液逐步切换为软水后，关闭冲刷液管线6上的高压泵，关闭冲刷软水管线切断阀10，结束对超临界水氧化装置的清洗和除垢过程，避免了氧化过程中出现堵塞的情况。
对比例1
实施例5的步骤b中用pH为4的盐酸溶液作为冲刷液，其他冲刷方法与实施例5相同。
用实施例5-7和对比例1的方法对超临界水氧化装置进行冲刷，对冲刷后的装置的堵塞情况进行检测，检测结果如下表：
Figure BDA0001929123670000101
上述检测结果说明，该超临界水氧化装置中的冲刷系统配合软水与惰性颗粒组成冲刷液的作用下，可以彻底去除超临界水氧化装置管线中析出的无机盐和管壁上的结垢。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述自除垢超临界水氧化装置包括氧化系统和与该氧化系统连通的冲刷系统；
所述氧化系统包括反应器以及分别与反应器连通的原料管线和高压氧气管线；所述原料管线包括反应物管线和原料软水管线，两道管线汇合后通过第一单向进料组件与所述反应器连通；所述反应物管线上设有反应物管线切断阀，所述原料软水管线上设有原料软水管线切断阀；
所述冲刷系统包括冲刷液管线和冲刷软水管线，两道管线汇合后通过第二单向进料组件与所述氧化系统连通；所述冲刷液管线上设有冲刷液管线切断阀，所述冲刷软水管线上设有冲刷软水管线切断阀；
所述自除垢方法，包括以下步骤：
a、氧化系统运行过程中，打开冲刷系统中的第二单向进料组件，冲刷软水管线切断阀处于开启状态，冲刷2-5min；
b、开启冲刷液管线切断阀，关闭冲刷软水管线切断阀，使冲刷液进入氧化系统，冲刷10-30min；所述冲刷液由软水与惰性颗粒以(4-20)：1的质量比混合得到；通过冲刷软水管线切断阀调节冲刷软水管线的流量为原料管线流量的5％-20％；
c、关闭冲刷液管线切断阀，打开冲刷软水管线切断阀，冲刷2-5min，关闭冲刷系统中的高压泵，关闭冲刷软水管线切断阀；通过调节冲刷液管线切断阀调节冲刷液管线的流量为原料管线流量的5％-20％。
2.如权利要求1所述的一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的第一单向进料组件和反应器之间。
3.如权利要求2所述的一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的管线汇合点和第一单向进料组件之间。
4.如权利要求1所述的一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的反应器上。
5.如权利要求1所述的一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述冲刷系统连接在所述氧化系统中的反应器出口管线上。
6.如权利要求1所述的一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述第一单向进料组件和第二单向进料组件均包括高压泵和单向阀。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述原料管线和高压氧气管线通过反应器喷嘴与反应器连通。
8.如权利要求1～6任一项所述的一种自除垢超临界水氧化装置的自除垢方法，其特征在于：所述高压氧气管线、反应物管线、原料软水管线、冲刷液管线和冲刷软水管线上均设有流量计和压力表。
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