CN111099780B - 一种能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统及方法,通过将超临界水氧化装置与超临界水热合成装置的有效耦合,利用超临界水热合成反应后流体的热量产蒸汽,为系统中其他需要生蒸汽的过程(产品后处理流程、蒸发浓缩流程以及MVR流程)提供生蒸汽,避免了外购蒸汽的成本,有效提升系统经济性。利用超临界水氧化反应放热,为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热。通过液力透平回收压能,推动高压泵的电机转动,从而有效利用了系统压能。本发明实现了超临界水热合成系统的热能、压能的综合利用,有效降低超临界水热合成系统的运行成本,提升系统经济性。

Description

一种能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统及方法
技术领域
本发明属于化工及环保技术领域,特别涉及一种能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统及方法。
背景技术
纳米技术在21世纪产业革命中具有重要战略地位,其迅猛发展几乎促使所有工业领域都产生了革命性变化,是21世纪最重要的、最具前景的前沿技术。与普通粉体相比,纳米材料具有优越的性能,如大的比表面积、界面效应、量子效应和量子隧道效应等,赋予了其独特性能以及特异的电学、热学、磁学、光学及力学性能,广泛应用于各个领域。传统的纳米粉体制备方法分为物理法和化学法两大类。但是传统方法工艺设备复杂,产量低,难以做到100nm以下,大规模生产难度较大;一般都要经过后续处理;同时有的制备方法会添加有机溶剂或剧毒的添加剂成分,在生产中造成严重污染。传统纳米制造方法所面临的诸多问题使得纳米材料的价格相当高,如50nm左右的纳米铜的价格为300~400万左右/吨,严重制约了纳米材料的规模化应用,同时也限制了相关产业的发展。
超临界水热合成技术是一种用于纳米金属粉体制备的绿色合成技术。超临界水热合成技术的基本原理为密闭高压容器中采用超临界水为反应介质,形成具有极小粒度的纳米金属或金属氧化物粉体。超临界水热合成过程中制备出来的颗粒具有粒度分布较为均匀,晶粒发育完整,纯度高,颗粒团聚较轻,可适用较为廉价的原料,运行成本相较于传统制备方法低,超临界水热合成制备纳米金属颗粒的技术优势主要包括以下几个方面:
1、成核率极高,有利于超细微粒(10nm-30nm)的形成。
2、反应速率极快,比常规方法提高几个数量级。
3、反应空间密闭,不带来二次污染,环境友好。
以制备纳米氧化铜为例介绍,参与超临界水热合成反应的物质包括以下几种:
①原料:一般采用目标金属阳离子与惰性酸根离子组成的无机盐作为原料,对于制备纳米铜,可以采用硫酸铜、甲酸铜等作为原料。
②有机配体:一般采用大分子有机物作为配体。配体与正在生长的晶体表面相互作用,抑制晶体的进一步生长。对于制备纳米铜,可采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为有机配体。
③中和剂:由于水热合成反应将金属盐中的金属离子水解、形核后,溶液体系水解形成酸,为了抑制酸腐蚀、同时促进水解反应的进行,需要加入中和剂。一般采用强碱作为中和剂。
④反应溶剂:一般采用超临界水作为反应溶剂,也可以采用超临界醇类(以甲醇、乙醇居多)或者超临界二氧化碳作为反应溶剂。
在超临界水热合成过程中,冷态的金属盐溶液与高温超临界水混合以及有机配体混合后迅速达到超临界状态,无机盐在低溶解度的超临界水中迅速形核、结晶、析出,形成纳米超细微粒。水解过程中形成的氢离子与中和剂反应,形成新的无机盐(如硫酸钠)。有机配体一般启到包裹作用,不直接参与反应,但是在高温下有可能会分解成多种小分子有机物。反应后的高温高压流体与大量冷水混合,迅速降温,避免纳米粉体在高温下继续团聚而造成粒径增大。到此为止,反应过程结束。反应后流体需要进行气液固三相分离,分离出的固相即纳米金属粉体;液相成分中主要含有无机盐、有机配体以及有机配体分解后的产物;气相为反应过程中有机配体分解产生的部分气体,一般可以直接排放。
在超临界水热合成技术推广应用过程中,发现了如下缺陷:
上文已经介绍过,超临界水热合成反应的出水经三相分离后,液相中含有大量无机盐和大分子、小分子有机物,属于含盐有机废水,需要处理后才可以排放。
由于废水中含有大分子有机物,采用常规的生物处理技术难以处理,而且废水中含有大量无机盐,用常规的生物方法容易造成微生物失活。因此需要采用高级氧化技术实现,如焚烧、芬顿氧化、湿式氧化、超临界水氧化等,这样一来将显著增加系统的投资、运行费用。高级氧化技术的作用对象一般是高浓度、高含盐有机废水,因此需要对超临界水热合成出水进行额外的浓缩处理,又将加大系统的运行成本。总之,超临界水热合成技术的投资、运行成本由于后续废水处理装置的使用而大打折扣,严重削弱了技术经济性,不利于该技术的推广。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,尽最大可能降低系统的运行成本,同时实现废水的彻底处理、达标排放,本发明的目的在于提供一种能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统及方法,通过将超临界水氧化装置与超临界水热合成装置的有效耦合,实现系统热能、压能的综合利用,有效降低超临界水热合成系统的运行成本,提升系统经济性。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统,包括超临界水热合成装置和超临界水氧化装置,其中:
所述超临界水热合成装置包括反应器A,反应器A的出口连接蒸汽发生器的热源入口,蒸汽发生器利用反应器A中超临界水热合成反应后流体的热量产蒸汽,所述蒸汽发生器有三个蒸汽出口,分别通往产品后处理系统、蒸发浓缩装置以及MVR;
所述超临界水氧化装置包括反应器B,利用反应器B中超临界水氧化反应产生的热量,为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热,并通过液力透平回收压能,推动线路中高压泵的电机转动。
所述反应器A的入口与混合器的出口相连,所述混合器有两个入口,分别来自纯水管路和物料管路,所述物料管路包括物料储罐,物料储罐通过高压泵B连接混合器的一个入口,所述纯水管路包括纯水储罐,纯水管路包括纯水储罐,纯水储罐通过高压泵A连接换热器A的冷流体入口,换热器A的冷流体出口与换热器B的冷流体入口相连,换热器B的冷流体出口与混合器的另一个入口相连;所述蒸汽发生器的热源出口与换热器A的热流体入口相连,换热器A的热流体出口与液力透平A的入口相连,液力透平A的出口与三相分离器A的入口相连,三相分离器A的固相出口与产品后处理系统的入口相连,三相分离器A的液相出口与蒸发浓缩装置的入口相连,蒸发浓缩装置的浓水出口通过高压泵C与换热器C的冷流体入口相连,换热器C的冷流体出口与反应器B的入口相连,反应器B的出口与换热器B的热流体入口相连,换热器B的热流体出口与换热器C的热流体入口相连,换热器C的热流体出口与液力透平B的入口相连,液力透平B的出口与三相分离器B的入口相连,三相分离器的液相出口与MVR相连。
所述液力透平A用于回收压能,与高压泵C机械连接,通过叶轮旋转带动高压泵C的电机旋转,从而为高压泵C提供能量;所述液力透平B用于回收压能,与高压泵B机械连接,通过叶轮旋转带动高压泵B的电机旋转,从而为高压泵B提供能量。
所述换热器B的冷流体出口与混合器的另一个入口之间连接有加热器A;所述换热器C的冷流体出口与反应器B的入口之间连接有加热器B。
所述蒸发浓缩装置用于废水浓缩,其清水出口与纯水储罐的入口以及蒸汽发生器的水源入口连接,分离出的清水一部分通向蒸汽发生器,用于产生新的蒸汽,另一部分通向纯水储罐,用于整个系统的给水。
本发明还提供了基于所述能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统的超临界水热合成方法,包括以下步骤:
(1)超临界水热合成过程:利用超临界水热合成反应后流体的热量产蒸汽,产生的蒸汽分别通往产品后处理系统、蒸发浓缩装置以及MVR;
(2)超临界水氧化过程:利用超临界水氧化反应产生的热量,为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热,并通过液力透平回收压能,推动线路中高压泵的电机转动。
所述超临界水热合成过程具体包括:
(1.1)原料升压、预热:原料包括两路,一路是纯水,经高压泵A升压后进行三级预热后进入混合器;第一级预热在换热器A中完成,热源为超临界水热合成反应后热流体的热量;第二级预热在换热器B中完成,热源为超临界水热合成反应后热流体的热量;第三级预热在加热器A中完成,热源有多种,包括电加热、电磁感应加热、燃气炉加热或者燃油炉加热;另一路原料为水热合成反应的物料,在物料储罐B中经高压泵B增压后进入混合器;
(1.2)物料混合、反应、降温、降压:混合器中,冷态物料与高温的超临界水混合后迅速升温到超临界状态,发生水热合成反应,然后进行两级冷却:首先通过蒸汽发生器,与冷水换热产生蒸汽,初步冷却后的反应后流体然后通过换热器A,与冷态物料换热,完成冷却后的反应后流体进入液力透平A进行泄压后达到常压,泄压过程中推动液力透平的叶轮转动;
(1.3)反应后流体分离、浓缩、后处理:经过降温降压后的反应后流体在三相分离器中进行三相分离,气相直排大气,固相进入后处理系统,液相进行蒸发浓缩;
所述超临界水氧化过程包括:
(2.1)超临界水氧化反应过程:经过蒸发浓缩后的浓水经高压泵C增压、换热器C加热、加热器B加热后进入反应器发生超临界水氧化反应,在将有机物氧化处理掉的同时放出大量的热量;
(2.2)超临界水氧化出水后降温、降压过程:反应器B的出水经过两级冷却,第一级的冷源为超临界水热合成系统的冷态给料,在换热器B中完成换热;第二级为超临界水氧化系统的冷态给料,在换热器C中完成;经降温后的反应后出水在液力透平B中实现降压到常压,泄压过程中推动液力透平的叶轮转动;
(2.3)超临界水氧化过程反应后流体分离、分盐过程:经过降温降压后的反应后流体在三相分离器中进行三相分离,气相直排大气,一般无固相产生,液相进入MVR进行分盐,通过蒸发结晶将出水中的无机盐分离出来,纯度达到产品级别的无机盐对外售卖,液相则直接达标排放。
所述产品后处理系统中,纳米颗粒产品后处理流程的烘干环节以生蒸汽作为热源,该部分生蒸汽由蒸汽发生器提供;所述蒸发浓缩流程的目的是控制废水中的有机物浓度,从而控制后续超临界水氧化反应的放热量,使得超临界水氧化反应的放热量足够为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热,蒸发浓缩过程以生蒸汽作为热源,该部分生蒸汽由蒸汽发生器提供;所述MVR为脱盐流程,该过程包括蒸发结晶流程,以生蒸汽提供热源,该部分生蒸汽由蒸汽发生器提供。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
(1)充分利用热量:超临界水热合成反应为还原反应,自身虽然不放热,但是其反应温度为400℃~600℃,反应后流体具有大量高品质热能。本系统利用这部分能量进行产蒸汽,为系统中其他需要生蒸汽的过程(产品后处理流程、蒸发浓缩流程以及MVR流程)提供生蒸汽,避免了外购蒸汽的成本,有效提升系统经济性。
(2)充分利用系统压能:通过液力透平回收压能,推动高压泵的电机转动,从而有效利用了系统压能。
(3)有效调节超临界水氧化反应放热量:超临界氧化反应自身为放热反应,而该放热量与有机物的浓度有直接关系。本系统通过蒸发浓缩装置调控超临界水氧化反应的原料浓度,从而控制反应放热量,使得超临界水氧化反应的放热量足够为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热。这样有目的性地对废水进行蒸发浓缩,可以有效避免过度浓缩导致的能量浪费,以及过低浓缩导致的反应放热量不足,无法维持系统的能量平衡。
综上,本发明通过将超临界水氧化装置与超临界水热合成装置的有效耦合,实现系统热能、压能的综合利用,有效降低超临界水热合成系统的运行成本,提升系统经济性。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明通过将超临界水氧化装置与超临界水热合成装置的有效耦合,利用超临界水热合成反应后流体的热量产蒸汽,为系统中其他需要生蒸汽的过程(产品后处理流程、蒸发浓缩流程以及MVR流程)提供生蒸汽,避免了外购蒸汽的成本,有效提升系统经济性。利用超临界水氧化反应放热,为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热。通过液力透平回收压能,推动高压泵的电机转动,从而有效利用了系统压能。
具体如图1所示,提供了本发明的一种较优的实施例,其中的加热器、混合器、换热器等,可根据需要进行等效替换、增减,其原理不变。该系统包括混合器,混合器有两个入口,分别来自纯水管路和物料管路。物料管路包括物料储罐,物料储罐的出口与高压泵B的入口相连,高压泵B的出口与混合器的一个入口相连,混合器的另一个入口来自纯水管路,纯水管路包括纯水储罐,纯水储罐的出口与高压泵A的入口相连,高压泵A的出口与换热器A的冷流体入口相连,换热器A的冷流体出口与换热器B的冷流体入口相连,换热器B的冷流体出口与加热器A的入口相连,反应器A为用于发生超临界水热合成反应的反应器,其出口与混合器的另一个入口相连。混合器的出口与反应器A的入口相连,反应器A的出口与蒸汽发生器的热源入口相连,蒸汽发生器的热源出口与换热器A的热流体入口相连,蒸汽发生器有三个蒸汽出口,分别通往产品后处理系统、蒸发浓缩装置以及MVR,为这三个流程的相关环节提供生蒸汽。
换热器A的热流体出口与液力透平A的入口相连,液力透平A用于回收压能,与高压泵C机械连接,通过叶轮旋转带动高压泵C的电机旋转,从而为高压泵C提供能量。
液力透平A的出口与三相分离器A的入口相连,三相分离器A的固相出口与产品后处理系统的入口相连,三相分离器A的液相出口与蒸发浓缩装置的入口相连,蒸发浓缩装置用于废水浓缩,其清水出口与纯水储罐的入口以及蒸汽发生器的水源入口连接,蒸发浓缩装置分离出的清水一部分通向蒸汽发生器,用于产生新的蒸汽,另一部分通向纯水储罐,用于整个系统的给水。
蒸发浓缩装置的浓水出口与高压泵C的入口相连,高压泵C的出口与换热器C的冷流体入口相连,换热器C的冷流体出口与加热器B的入口相连,加热器B的出口与反应器B的入口相连,反应器B为用于发生超临界水氧化反应的反应器,出口与换热器B的热流体入口相连,换热器B的热流体出口与换热器C的热流体入口相连,换热器C的热流体出口与液力透平B的入口相连,液力透平B用于回收压能,与高压泵B机械连接,通过叶轮旋转带动高压泵B的电机旋转,从而为高压泵B提供能量。液力透平B的出口与三相分离器B的入口相连,三相分离器的液相出口与MVR相连。
根据以上结构,本发明进行纳米颗粒超临界水热合成制备系统实现能量综合利用的方法,包括以下步骤:
(1)超临界水热合成过程原料升压、预热:原料包括两路,一路是纯水,经高压泵A升压后进行三级预热后进入混合器。第一级预热在换热器A中完成,热源为超临界水热合成反应后热流体的热量;第二级预热在换热器B中完成,热源为超临界水热合成反应后热流体的热量;第三级预热在加热器A中完成,热源有多种,包括但不限于电加热、电磁感应加热、燃气炉加热或者燃油炉加热。另一路原料为水热合成反应的物料,在物料储罐B中经高压泵B增压后进入混合器。
(2)超临界水热合成过程物料混合、反应、降温、降压过程:混合器中,冷态物料与高温的超临界水混合后迅速升温到超临界状态,发生水热合成反应,然后进行两级冷却:首先通过蒸汽发生器,与冷水换热产生蒸汽,初步冷却后的反应后流体然后通过换热器A,与冷态物料换热。完成冷却后的反应后流体进入液力透平A进行泄压后达到常压,泄压过程中推动液力透平的叶轮转动。
(3)超临界水热合成过程反应后流体分离、浓缩、后处理过程:经过降温降压后的反应后流体在三相分离器中进行三相分离,气相直排大气,固相进入后处理系统,液相进行蒸发浓缩。
(4)超临界水氧化过程:经过蒸发浓缩后的浓水经高压泵C增压、换热器C加热、加热器B加热后进入反应器发生超临界水氧化反应,在将有机物氧化处理掉的同时放出大量的热量。
(5)超临界水氧化出水后降温、降压过程:反应器B的出水经过两级冷却,第一级的冷源为超临界水热合成系统的冷态给料,在换热器B中完成换热;第二级为超临界水氧化系统的冷态给料,在换热器C中完成。经降温后的反应后出水在液力透平B中实现降压到常压,泄压过程中推动液力透平的叶轮转动。
(6)超临界水氧化过程反应后流体分离、分盐过程:经过降温降压后的反应后流体在三相分离器中进行三相分离,气相直排大气,一般无固相产生,液相进入MVR进行分盐,通过蒸发结晶将出水中的无机盐分离出来,纯度达到产品级别的无机盐对外售卖,液相则直接达标排放。
本发明产品后处理系统的后处理过程包括有机溶剂清洗、粒径筛选、真空分离、烘干等环节。其中烘干环节需要生蒸汽作为热源,该部分生蒸汽由系统中的蒸汽发生器提供。
本发明蒸发浓缩流程的目的是控制废水中的有机物浓度,从而控制后续超临界水氧化反应的放热量,使得超临界水氧化反应的放热量足够为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热。蒸发浓缩过程需要生蒸汽作为热源,该部分生蒸汽由系统中的蒸汽发生器提供。
本发明MVR为脱盐流程,该过程包括蒸发结晶流程,需要生蒸汽提供热源。该部分生蒸汽由系统中的蒸汽发生器提供。
由此,本发明实现了超临界水热合成系统的热能、压能的综合利用,有效降低超临界水热合成系统的运行成本,提升系统经济性。

Claims (8)

1.一种能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统,包括超临界水热合成装置和超临界水氧化装置,其中:
所述超临界水热合成装置包括反应器A,反应器A的出口连接蒸汽发生器的热源入口,蒸汽发生器利用反应器A中超临界水热合成反应后流体的热量产蒸汽,所述蒸汽发生器有三个蒸汽出口,分别通往产品后处理系统、蒸发浓缩装置以及MVR;
所述超临界水氧化装置包括反应器B,利用反应器B中超临界水氧化反应产生的热量,为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热,并通过液力透平回收压能,推动线路中高压泵的电机转动;
其特征在于,所述反应器A的入口与混合器的出口相连,所述混合器有两个入口,分别来自纯水管路和物料管路,所述物料管路包括物料储罐,物料储罐通过高压泵B连接混合器的一个入口,所述纯水管路包括纯水储罐,纯水储罐通过高压泵A连接换热器A的冷流体入口,换热器A的冷流体出口与换热器B的冷流体入口相连,换热器B的冷流体出口与混合器的另一个入口相连;所述蒸汽发生器的热源出口与换热器A的热流体入口相连,换热器A的热流体出口与液力透平A的入口相连,液力透平A的出口与三相分离器A的入口相连,三相分离器A的固相出口与产品后处理系统的入口相连,三相分离器A的液相出口与蒸发浓缩装置的入口相连,蒸发浓缩装置的浓水出口通过高压泵C与换热器C的冷流体入口相连,换热器C的冷流体出口与反应器B的入口相连,反应器B的出口与换热器B的热流体入口相连,换热器B的热流体出口与换热器C的热流体入口相连,换热器C的热流体出口与液力透平B的入口相连,液力透平B的出口与三相分离器B的入口相连,三相分离器的液相出口与MVR相连。
2.根据权利要求1所述能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统,其特征在于,所述液力透平A用于回收压能,与高压泵C机械连接,通过叶轮旋转带动高压泵C的电机旋转,从而为高压泵C提供能量;所述液力透平B用于回收压能,与高压泵B机械连接,通过叶轮旋转带动高压泵B的电机旋转,从而为高压泵B提供能量。
3.根据权利要求1所述能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统,其特征在于,所述换热器B的冷流体出口与混合器的另一个入口之间连接有加热器A;所述换热器C的冷流体出口与反应器B的入口之间连接有加热器B。
4.根据权利要求1所述能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统,其特征在于,所述蒸发浓缩装置用于废水浓缩,其清水出口与纯水储罐的入口以及蒸汽发生器的水源入口连接,分离出的清水一部分通向蒸汽发生器,用于产生新的蒸汽,另一部分通向纯水储罐,用于整个系统的给水。
5.基于权利要求1~4中任意一项所述能量综合利用的纳米颗粒超临界水热合成系统的超临界水热合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)超临界水热合成过程:利用超临界水热合成反应后流体的热量产蒸汽,产生的蒸汽分别通往产品后处理系统、蒸发浓缩装置以及MVR;
(2)超临界水氧化过程:利用超临界水氧化反应产生的热量,为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热,并通过液力透平回收压能,推动线路中高压泵的电机转动。
6.根据权利要求5所述超临界水热合成方法,其特征在于,所述超临界水热合成过程包括:
(1.1)原料升压、预热;
(1.2)物料混合、反应、降温、降压;
(1.3)反应后流体分离、浓缩、后处理;
所述超临界水氧化过程包括:
(2.1)超临界水氧化反应过程;
(2.2)超临界水氧化出水后降温、降压过程;
(2.3)超临界水氧化过程反应后流体分离、分盐过程。
7.根据权利要求6所述超临界水热合成方法,其特征在于:
所述(1.1)中,步骤如下:原料包括两路,一路是纯水,经高压泵A升压后进行三级预热后进入混合器;第一级预热在换热器A中完成,热源为超临界水热合成反应后热流体的热量;第二级预热在换热器B中完成,热源为超临界水氧化反应后热流体的热量;第三级预热在加热器A中完成,热源有多种,包括电加热、电磁感应加热、燃气炉加热或者燃油炉加热;另一路原料为水热合成反应的物料,在物料储罐B中经高压泵B增压后进入混合器;
所述(1.2)中,步骤如下:混合器中,冷态物料与高温的超临界水混合后迅速升温到超临界状态,发生水热合成反应,然后进行两级冷却:首先通过蒸汽发生器,与冷水换热产生蒸汽,初步冷却后的反应后流体然后通过换热器A,与冷态物料换热,完成冷却后的反应后流体进入液力透平A进行泄压后达到常压,泄压过程中推动液力透平的叶轮转动;
所述(1.3)中,步骤如下:经过降温降压后的反应后流体在三相分离器中进行三相分离,气相直排大气,固相进入后处理系统,液相进行蒸发浓缩;
所述(2.1)中,步骤如下:经过蒸发浓缩后的浓水经高压泵C增压、换热器C加热、加热器B加热后进入反应器发生超临界水氧化反应,在将有机物氧化处理掉的同时放出大量的热量;
所述(2.2)中,步骤如下:反应器B的出水经过两级冷却,第一级的冷源为超临界水热合成系统的冷态给料,在换热器B中完成换热;第二级为超临界水氧化系统的冷态给料,在换热器C中完成;经降温后的反应后出水在液力透平B中实现降压到常压,泄压过程中推动液力透平的叶轮转动;
所述(2.3)中,步骤如下:经过降温降压后的反应后流体在三相分离器中进行三相分离,气相直排大气,无固相产生,液相进入MVR进行分盐,通过蒸发结晶将出水中的无机盐分离出来,纯度达到产品级别的无机盐对外售卖,液相则直接达标排放。
8.根据权利要求7所述超临界水热合成方法,其特征在于,所述产品后处理系统中,纳米颗粒产品后处理流程的烘干环节以生蒸汽作为热源,该部分生蒸汽由蒸汽发生器提供;所述蒸发浓缩流程的目的是控制废水中的有机物浓度,从而控制后续超临界水氧化反应的放热量,使得超临界水氧化反应的放热量足够为超临界水热合成反应和超临界水氧化反应的冷态物料提供预热,蒸发浓缩过程以生蒸汽作为热源,该部分生蒸汽由蒸汽发生器提供;所述MVR为脱盐流程,该过程包括蒸发结晶流程,以生蒸汽提供热源,该部分生蒸汽由蒸汽发生器提供。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114682187A (zh) * 2022-04-07 2022-07-01 西安交通大学 一种绿色节能的纳米材料合成系统及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111632568B (zh) * 2020-05-24 2021-07-06 西安交通大学 一种用于超临界水热合成技术制备纳米粉体的可控加热-回热器
CN111774581B (zh) * 2020-07-06 2021-07-09 西安交通大学 一种用于超临界水热合成纳米粉体的热循环系统及方法
CN112209549B (zh) * 2020-09-18 2021-11-09 西安交通大学 一种医疗废水能源化利用的医院综合能源系统
CN112537811B (zh) * 2020-11-25 2021-11-09 西安交通大学 一种有机医疗废水降解及其能量回用系统与工艺
CN115180707B (zh) * 2022-07-06 2023-07-21 深圳市华尔信环保科技有限公司 一种快速启动的超临界水氧化系统及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7640745B2 (en) * 2007-01-15 2010-01-05 Concepts Eti, Inc. High-pressure fluid compression system utilizing cascading effluent energy recovery
GB0812669D0 (en) * 2008-07-11 2008-08-20 Kinney John Method and apparatus for generating power from biomass
CN102249461B (zh) * 2011-06-16 2012-09-05 西安交通大学 高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统
CN103949653B (zh) * 2014-04-02 2015-10-28 西安交通大学 一种超临界水热合成系统的产物分离及有机配体回收系统
CN103935962B (zh) * 2014-04-02 2015-08-26 西安交通大学 一种纳米金属氧化物的超临界水热合成制备系统
CN103949654B (zh) * 2014-04-02 2015-12-02 西安交通大学 一种纳米颗粒的超临界水热合成制备系统
CN103951004B (zh) * 2014-04-29 2015-04-29 西安交通大学 基于超临界水热反应的含酚废水处理系统及方法
CN104445573B (zh) * 2014-12-05 2016-06-08 王冰 一种新型超临界水氧化综合处理系统及处理方法
CN108911107A (zh) * 2018-08-10 2018-11-30 大连亿斯德制冷设备有限公司 一种有机废水超临界水氧化处理装置及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114682187A (zh) * 2022-04-07 2022-07-01 西安交通大学 一种绿色节能的纳米材料合成系统及方法

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