CN109851129B - 用于分离多态相混合物的分离设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于分离多态相混合物的分离设备，包括蒸发池，用于接收多态相混合物，其中，蒸发池内设置有第一冷却盘管和排渣口，第一冷却盘管用于在多态相混合物流入蒸发池之后，将蒸发池中溶液的温度稳定在目标温度范围内，排渣口用于排出多态相混合物中的固态物质；冷却内桶，包括第二冷却盘管和冷凝水池，第二冷却盘管用于冷却蒸发池中蒸发的蒸汽，冷凝水池用于接收第二冷却盘管冷却蒸汽后得到的液态物质，冷凝水池设置有排液口，用于排出液态物质；其中，蒸发池与冷却内桶封装在一壳体内，蒸发池设置在冷却内桶下方。

Description

用于分离多态相混合物的分离设备

技术领域

本公开涉及一种用于分离多态相混合物的分离设备。

背景技术

超临界水氧化法是一种新型的湿法氧化技术。通过利用有机废物、水、氧气在超临界水体系中完全混溶的特点，将有机物氧化分解为水、二氧化碳、氮气等气体，所含放射性核素转变为无机盐，从而完成对有机溶剂蒸残液的处理。一般地，超临界水是指温度超过374℃、压力超过22Mpa的一种特殊状态的水。在超临界水状态下有机废物和氧气在超临界水体系中完全混溶，当超临界水温度超过550℃，无机盐在其中的溶解度为零。利用超临界水的这种性能，可以将有机物转化为二氧化碳、水和无机盐，利用无机盐在550℃以上溶解度为零的特点实现放射性元素的分离。

由于水是一种常见的溶剂，各种污染物本身一般都含有水。超临界水氧化技术可以应用于环保、化工、煤气化、核电和火电、新材料合成等多种领域中，用于处理污水、污泥等污染物。

目前，美、法、俄、日等国相关核研究单位近年来积极开展有机废物超临界水处理技术研究，建立了实验装置，部分工作已达到中试规模。研究认为，超临界水氧化法分解效率高、处理周期短、无明火、二次废物少、环境友好，适合处理多种有机废物，是一种极具潜力的处理技术。

但是发明人在实现本发明的过程中发现，在相关技术中，通过超临界水氧化反应器将有机物转化为二氧化碳、水和无机盐之后，将二氧化碳、水和无机盐分离的过程复杂，所需设备多。例如，一般需要经过冷却设备、气液分离设备、液体冷却设备、气体冷却设备等等，不仅处理流程长，设备多，而且成本高。

发明内容

本公开的一个方面提供了一种用于分离多态相混合物的分离设备，包括蒸发池，用于接收上述多态相混合物，其中，上述蒸发池内设置有第一冷却盘管和排渣口，上述第一冷却盘管用于在上述多态相混合物流入上述蒸发池之后，将上述蒸发池中溶液的温度稳定在目标温度范围内，上述排渣口用于排出上述多态相混合物中的固态物质；冷却内桶，包括第二冷却盘管和冷凝水池，上述第二冷却盘管用于冷却上述蒸发池中蒸发的蒸汽，上述冷凝水池用于接收上述第二冷却盘管冷却上述蒸汽后得到的液态物质，上述冷凝水池设置有排液口，用于排出上述液态物质；其中，上述蒸发池与上述冷却内桶封装在一壳体内，上述蒸发池设置在上述冷却内桶下方。

根据本公开的实施例，上述冷却内桶的桶壁上设置有多个孔道，用于供上述蒸发池中蒸发的蒸汽进入上述冷却内桶。

根据本公开的实施例，上述蒸发池内设置有用于接收上述多态相混合物的套管，上述套管的管壁上分布有多个小孔，上述多态相混合物通过上述多个小孔分散排入上述蒸发池内。

根据本公开的实施例，用于分离多态相混合物的分离设备还包括背压阀，其中，上述背压阀一端通过管道与上述套管连接，上述背压阀另一端用于通过管道与超临界水氧化反应器的出料口连接。

根据本公开的实施例，上述壳体的顶部设置有排气口，用于排放上述多态相混合物中的气态物质。

根据本公开的实施例，上述排气口处设置有挥发性有机物在线监测器。

根据本公开的实施例，上述蒸发池和/或上述冷却内桶内配备有温度计，用于监测上述蒸发池中溶液的温度和/或上述冷却内桶内的温度。

根据本公开的实施例，上述蒸发池的体积为上述多态相混合物的处理流量的2至3倍。

根据本公开的实施例，上述蒸发池内配备有液位计，并且/或者，上述蒸发池配备有pH计，用于监测上述蒸发池中溶液的pH值。

根据本公开的实施例，上述分离设备配备有化学需氧量在线监测器。

在相关技术中，通过超临界水氧化反应器将有机物转化为二氧化碳、水和无机盐之后，一般需要经过冷却设备、气液分离设备、液体冷却设备、气体冷却设备等多个设备处理，才能将二氧化碳、水和无机盐分离。这种处理方式不仅处理流程长，设备多，而且成本高。通过本公开的实施例，利用分离设备处理多态相混合物，使得多态相混合物中的固态物质在蒸发池底部蒸发浓缩，例如以无机盐渣的形式分离出来；使得多态相混合物中的液态物质在蒸发池中蒸发，经过冷却内桶冷却，可以从冷凝水池的排液口中排出；使得多态相混合物中的气态物质直接可以从分离设备的顶部排出。通过本公开的分离设备，可以同时实现多态相混合物的分离，处理流程不仅短，而且达到了有效降低设备一次性投资和设备运行费用，实现了多态相混合物最大限度减容。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的用于分离多态相混合物的分离设备的示意图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的冷却内桶的示意图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的套管的示意图；以及

图4示意性示出了根据本公开另一实施例的用于分离多态相混合物的分离设备的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本公开的实施例提供了一种用于分离多态相混合物的分离设备，包括蒸发池，用于接收多态相混合物，其中，蒸发池内设置有第一冷却盘管和排渣口，第一冷却盘管用于在多态相混合物流入蒸发池之后，将蒸发池中溶液的温度稳定在目标温度范围内，排渣口用于排出多态相混合物中的固态物质；冷却内桶，包括第二冷却盘管和冷凝水池，第二冷却盘管用于冷却蒸发池中蒸发的蒸汽，冷凝水池用于接收第二冷却盘管冷却蒸汽后得到的液态物质，冷凝水池设置有排液口，用于排出液态物质；其中，蒸发池与冷却内桶封装在一壳体内，蒸发池设置在冷却内桶下方。

图1示意性示出了根据本公开实施例的用于分离多态相混合物的分离设备的示意图。

需要注意的是，图1所示仅为可以应用本公开实施例的用于分离多态相混合物的分离设备的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开的用于分离多态相混合物的分离设备不可以是其它构造方式。

如图1所示，用于分离多态相混合物的分离设备100包括蒸发池101和冷却内桶102。

根据本公开的实施例，蒸发池101用于接收多态相混合物，其中，蒸发池101内设置有第一冷却盘管1011和排渣口1012，第一冷却盘管1011用于在多态相混合物流入蒸发池101之后，将蒸发池101中溶液的温度稳定在目标温度范围内，排渣口1012用于排出多态相混合物中的固态物质。

根据本公开的实施例，蒸发池101可以接收超临界水反应器的流出物，流出物可以是多态相混合物，蒸发池101可以将流出物进行蒸发浓缩，然后回收固态物质，蒸汽上升到冷却内桶102中。

根据本公开的实施例，由于超临界水反应器的流出物可能是高温高压流体，例如反应的流出物本身的温度为150～300℃，压强为25MPa，为了能使高温高压流体平稳蒸发，可以在蒸发池101中设置冷却盘管，使得流出物可以始终处于沸腾状态。即第一冷却盘管1011将蒸发池101中溶液的温度稳定在目标温度范围内，例如，可以是在100℃左右，使得溶液可以在蒸发池101中稳定沸腾。蒸发的蒸汽可以上升到冷却内桶102中，反应流出物中所包含的例如放射性金属元素可以以无机盐的形式从排渣口1012流出并回收。

根据本公开的实施例，蒸发池的体积可以根据多态相混合物的处理流量进行确定，可选地，蒸发池的体积为多态相混合物的处理流量的2至3倍。

具体地，蒸发池101体积可以是100L到5000L。根据本公开的实施例，可以使得蒸发池101一直处于沸腾状态，如温度维持在100℃左右。假设蒸发速率认为等于多态相混合物的产量，考虑到100℃的水的蒸发速率与其体积的比例关系为2～3倍，如果多态相混合物的产量为150kg/h，则蒸发池101体积可以是300L。

根据本公开的实施例，多态相混合物可以是包含固态物质、液体物质和气态物质中的两种以上物质。例如，多态相混合物同时包含固态物质和气态物质，或者同时包含固态物质、液体物质和气态物质。

根据本公开的实施例，多态相混合物可以是有机溶剂蒸残液采用超临界水氧化技术处理后得到的混合物，例如，可以是采用超临界水氧化反应器处理有机溶剂蒸残液后得到的流出物，一般超临界水氧化液体流出物为含盐废水，或者为放射性废水，或者为无机盐水。

有机溶剂蒸残液是商业后处理大厂萃取剂再生复用过程中产生的放射性有机废物。来自后处理主工艺厂房中的污溶剂一部分经过急骤蒸馏、萃取剂配制后返回使用。急骤蒸馏后产生的蒸残液含有TBP/煤油的辐解产物(DBP、MBP、丁醇、长链烷基磷酸酯、有机硝基化合物、有机亚硝基化合物、硝酸酯、高沸点聚合物等)，组成复杂，部分辐解产物对铀、钚及裂变产物络合能力强，蒸残液放射性强，几乎集中了污溶剂中的全部放射性。

根据本公开的实施例，有机物中的非C、H、O(或者放射性元素、或者重金属、或者极性非金属如卤素、S、P等)经过该分离设备处理后，在其蒸发池101底部蒸发浓缩为盐渣，以无机盐渣的形式分离出来，有效实现有机物最大限度减容，为无机盐渣的处理和再利用奠定了基础。

根据本公开的实施例，冷却内桶102包括第二冷却盘管1021和冷凝水池1022，第二冷却盘管1021用于冷却蒸发池101中蒸发的蒸汽，冷凝水池1022用于接收第二冷却盘管1021冷却蒸汽后得到的液态物质，冷凝水池1022设置有排液口1023，用于排出液态物质；其中，蒸发池101与冷却内桶102封装在一壳体内，蒸发池101设置在冷却内桶102下方。

根据本公开的实施例，液态物质可以是水，第二冷却盘管1021冷却蒸汽后得到蒸馏水，可以实现水资源的回收利用。

根据本公开的实施例，第一冷却盘管1011和第二冷却盘管1021的种类不做限定。例如，可以是螺旋式冷却管。第一冷却盘管1011和第二冷却盘管1021的设置方式不做限定，只要能够实现其对应的功能即可。

根据本发明的实施例，分离设备100的壳体的顶部设置有排气口103，用于排放多态相混合物中的气态物质。

根据本公开的实施例，通过将蒸发池101与冷却内桶102封装在一壳体内，实现了固液气多态物质在一体机内分离，省去了冷却设备、气液分离设备、液体冷却设备、气体冷却设备，简化了处理流程。

在相关技术中，通过超临界水氧化反应器将有机物转化为二氧化碳、水和无机盐之后，一般需要经过冷却设备、气液分离设备、液体冷却设备、气体冷却设备等多个设备处理，才能将二氧化碳、水和无机盐分离。这种处理方式不仅处理流程长，设备多，而且成本高。

通过本公开的实施例，利用分离设备处理多态相混合物，使得多态相混合物中的固态物质在蒸发池底部蒸发浓缩，例如以无机盐渣的形式分离出来；使得多态相混合物中的液态物质在蒸发池中蒸发，经过冷却内桶冷却，可以从冷凝水池的排液口中排出；使得多态相混合物中的气态物质直接可以从分离设备的顶部排出。通过本公开的分离设备，可以同时实现多态相混合物的分离，处理流程不仅短，而且达到了有效降低设备一次性投资和设备运行费用，实现了多态相混合物最大限度减容。

下面参考图2～图4，结合具体实施例对图1所示的分离设备做进一步说明。

图2示意性示出了根据本公开实施例的冷却内桶的示意图。

如图2所示，冷却内桶201的桶壁上设置有多个孔道2011，用于供蒸发池中蒸发的蒸汽进入冷却内桶201。

需要说明的是，本公开实施例中的冷却内桶201可以参考本公开对图1的描述，为了描述的简洁起见，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，可以向冷却内桶201中的第二冷却盘管2012中充入冷却水，使得冷却内桶201中的温度相对于蒸发池中的温度低，第二冷却盘管2012充水后可以降低蒸汽的温度。

根据本公开的实施例，例如，蒸发池中蒸发的水蒸汽、氧气和二氧化碳可以从桶壁上设置的多个孔道2011进入冷却内桶201，如图2中箭头所示的向上流动方向。蒸汽遇到冷空气后，冷凝生成水珠并落入冷凝水池2013中，然后从排液口2014排出。而氧气和二氧化碳可以从顶部的排气口2015排出。

根据本发明的实施例，冷凝水池2013的体积不做限定。例如，冷凝水池2013的体积可以是50L～500L，冷凝水池2013中可以通过多根辐射管道与外部的环形管道连接，导水能力可以是200kg/h～2000kg/h。冷却盘管2012可以是水平缠绕螺旋冷却管，尺寸大小不做限定。

根据本发明的实施例，桶壁上留有多个孔道2011供气体穿过，冷凝内桶201能够使得100℃水蒸汽冷凝为60℃～90℃的水，冷凝能力可以是200kg/h～2000kg/h。冷却盘管区的体积不做限定，例如体积可以1000L，冷凝水大部分返回超临界水氧化反应器供水箱中复用，少量可以排放。

通过本公开的分离设备，可以同时实现多态相混合物的分离，不仅处理流程短，而且达到了有效降低设备一次性投资和设备运行费用，实现了多态相混合物最大限度减容。

图3示意性示出了根据本公开实施例的套管的示意图。

需要说明的是，本公开实施例中的蒸发池301可以参考本公开对图1～图2的描述，为了描述的简洁起见，在此不再赘述。

如图3所示，蒸发池301内设置有用于接收多态相混合物的套管3011，套管3011的管壁上分布有多个小孔3012，多态相混合物通过多个小孔3012分散排入蒸发池301内。

根据本公开的实施例，套管3011的尺寸不做限定。例如，套管3011直径可以φ42～φ50mm，壁厚可以是4～6mm。小孔3012大小不做限定，例如，小孔直径可以是2～3mm，其作用主要是将高速流体通过出口管上的小孔3012得到消解与分散。

根据本公开的实施例，套管3011的种类不做限定。例如，套管3011可以是直管，也可以是螺旋管。

根据本公开的实施例，如图3所示，分离设备还可以包括背压阀3013。背压阀3013一端通过管道与套管3011连接，背压阀3013另一端用于通过管道与超临界水氧化反应器的出料口连接。

根据本公开的实施例，超临界水氧化反应器的流出物温度比传统流出物温度提高很多。一般地，超临界水氧化反应器的流出物，即氧化产物从出料口排出时，氧化产物从出料口排出时的温度为可以是150℃至300℃之间，而传统流出物温度一般是100℃。采用本公开的分离设备分离氧化产物时，可以使得超临界水反应器排出的氧化产物温度较高，减轻了超临界水反应器降温的负担。在提高超临界水氧化反应器流出物的温度后，为后面的流出物分离设备创造了自发蒸发的必要条件。

根据本公开的实施例，以放射性有机废料为例，氧化产物从超临界水氧化反应器的出料口排出后首先进入蒸发池，在蒸发池内氧化产物依靠自身温度达到蒸发的目的。经过蒸发后，流出物可以分为三部分：放射性金属盐渣、蒸馏水、净化气体。

根据本公开的实施例，流出物中放射性元素以金属盐的形式作为盐渣间歇排出，蒸发池蒸出的蒸汽在蒸发池上方被冷却以蒸馏水的形式被回收利用，流出物中的氧气与二氧化碳则经过蒸发池水洗、蒸汽冷凝水洗后得到净化。

具体地，以放射性铯和锶为例，放射性铯经过蒸发池蒸发后，去污因子可以达到10⁵，水蒸气中的铯不到蒸发池水中铯浓度的十万分之一，蒸发对锶的去污因子可以达到10⁹，因此蒸汽可以得到深度净化。

图4示意性示出了根据本公开另一实施例的用于分离多态相混合物的分离设备的示意图。

如图4所示，用于分离多态相混合物的分离设备400包括蒸发池401和冷却内桶402。

根据本公开的实施例，蒸发池401用于接收多态相混合物，其中，蒸发池401内设置有第一冷却盘管4011和排渣口4012，第一冷却盘管4011用于在多态相混合物流入蒸发池401之后，将蒸发池401中溶液的温度稳定在目标温度范围内，排渣口4012用于排出多态相混合物中的固态物质。

根据本公开的实施例，蒸发池401可以接收超临界水反应器的流出物，流出物可以是多态相混合物，蒸发池401可以将流出物进行蒸发浓缩，然后回收盐渣，蒸汽上升到冷却内桶402中。冷却内桶402可以包括第二冷却盘管4021和冷凝水池4022。

根据本公开的实施例，分离设备400还可以包括背压阀4013。

需要说明的是，本公开实施例中的蒸发池401，冷却内桶402，第一冷却盘管4011，排渣口4012，第二冷却盘管4021，冷凝水池4022等可以参考本公开对图1～图3中的描述，为了描述的简洁起见，在此不再赘述。

根据本公开的实施例，如图4所示，排气口4023处设置有挥发性有机物在线监测器403(VOC)。

根据本公开的实施例，蒸发池401和/或冷却内桶402内配备有温度计(图4未示出)，用于监测蒸发池401中溶液的温度和/或冷却内桶402内的温度。

根据本公开的实施例，蒸发池401内配备有液位计(图4未示出)，并且/或者，蒸发池401配备有pH计405，用于监测蒸发池401中溶液的pH值。pH计405可以设置在蒸发池401内，也可以设置在蒸发池401外，如设置在与排渣口4012相连的管道上。

根据本公开的实施例，如图4所示，分离设备配备有化学需氧量在线监测器404(COD)，用于检测冷凝水池4022中排出的冷凝水的化学需氧量。

根据本公开的实施例，超临界水氧化反应器的流出物通过管道流经背压阀，打开背压阀后，流出物通过套管经过蒸发池时可以以螺旋形式绕行于蒸发池内，将其中的热量传递给处于100℃的水中。之后还可以通过管道从冷却内桶中穿出并与背压阀门相连接，经过减压后又返回到蒸发池内，将其中的气水混合物喷入蒸发池内(100℃，常压)。

冷却内桶可以设置螺旋冷却管，将二次蒸发的蒸汽冷凝为液态水，液态水的温度65℃即可，大部分可以重新作为供水的来源利用，反应流出物中多余的氧气(如50％过量)被排出，蒸发池中的蒸发地物主要为金属放射性元素的盐类，通过排渣管路排出而被收集，这样便实现了有机物中放射性元素的回收、有机物无机化的目标。

通过本公开的实施例，利用分离设备处理多态相混合物，使得多态相混合物中的固态物质在蒸发池底部蒸发浓缩，例如以无机盐渣的形式分离出来；使得多态相混合物中的液态物质在蒸发池中蒸发，经过冷却内桶冷却，可以从冷凝水池的排液口中排出；使得多态相混合物中的气态物质直接可以从分离设备的顶部排出。可以同时实现多态相混合物的分离，处理流程不仅短，而且达到了有效降低设备一次性投资和设备运行费用，实现了多态相混合物最大限度减容。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (10)

1.一种用于分离多态相混合物的分离设备，包括：

蒸发池，用于接收所述多态相混合物，其中，所述蒸发池内设置有第一冷却盘管和排渣口，所述第一冷却盘管用于在所述多态相混合物流入所述蒸发池之后，将所述蒸发池中溶液的温度稳定在目标温度范围内，所述排渣口用于排出所述多态相混合物中的固态物质；

冷却内桶，包括第二冷却盘管和冷凝水池，所述第二冷却盘管用于冷却所述蒸发池中蒸发的蒸汽，所述冷凝水池用于接收所述第二冷却盘管冷却所述蒸汽后得到的液态物质，所述冷凝水池设置有排液口，用于排出所述液态物质；

其中，所述蒸发池与所述冷却内桶封装在一壳体内，所述蒸发池设置在所述冷却内桶下方。

2.根据权利要求1所述的分离设备，其中，所述冷却内桶的桶壁上设置有多个孔道，用于供所述蒸发池中蒸发的蒸汽进入所述冷却内桶。

3.根据权利要求1所述的分离设备，其中，所述蒸发池内设置有用于接收所述多态相混合物的套管，所述套管的管壁上分布有多个小孔，所述多态相混合物通过所述多个小孔分散排入所述蒸发池内。

4.根据权利要求3所述的分离设备，还包括背压阀，其中，所述背压阀一端通过管道与所述套管连接，所述背压阀另一端用于通过管道与超临界水氧化反应器的出料口连接。

5.根据权利要求1所述的分离设备，其中，所述壳体的顶部设置有排气口，用于排放所述多态相混合物中的气态物质。

6.根据权利要求5所述的分离设备，其中，所述排气口处设置有挥发性有机物在线监测器。

7.根据权利要求1所述的分离设备，其中，所述蒸发池和/或所述冷却内桶内配备有温度计，用于监测所述蒸发池中溶液的温度和/或所述冷却内桶内的温度。

8.根据权利要求1所述的分离设备，其中，所述蒸发池的体积为所述多态相混合物的处理流量的2至3倍。

9.根据权利要求1所述的分离设备，其中，所述蒸发池内配备有液位计，并且/或者，所述蒸发池配备有pH计，用于监测所述蒸发池中溶液的pH值。

10.根据权利要求1所述的分离设备，其中，所述分离设备配备有化学需氧量在线监测器。

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