CN115414867A - 超临界水反应器的点火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种超临界水反应器的点火方法。该点火方法包括：对超临界水反应系统进行初次排气；向所述超临界水反应系统内的超临界水反应器内注入水或碱性水溶液，使所述超临界水反应器内的压力提升至工作压力；对所述超临界水反应器进行电加热，使所述超临界水反应器内达到起始温度；向所述超临界水反应器内注入氧气；当所述超临界水反应器内达到起始温度后，向所述超临界水反应器内注入内预热反应原料，所述内预热反应原料与达到起始温度的氧气以及水或碱性水溶液发生氧化反应并释放热量；直至所述超临界水反应器内的温度达到工作温度，向所述超临界水反应器内注入待处理有机废物。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及超临界水氧化技术领域，具体涉及一种超临界水反应器的点火方法。
背景技术
超临界水氧化技术是一种常见的有机废物处理技术，可以高效处理有毒的难以降解的有机废物。为保证待处理的有机废物能够被快速地完全降解，超临界水反应实现需要进行点火过程，即，对超临界水反应器进行预热，使超临界水反应达到工作所需的压力和温度之后，再向超临界水反应器内通入待处理的有机废物进行处理。
然而，超临界水反应器的点火过程一般是向反应内通入低热值有机溶剂和氧化剂进行反应预热，这一过程中反应的不稳定性，往往会导致超临界反应器内温度突变和压力剧烈波动，导致对设备和人员带来安全隐患。
发明内容
本发明的实施例提供了一种超临界水反应器的点火方法。该点火方法包括：对超临界水反应系统进行初次排气；向所述超临界水反应系统内的超临界水反应器内注入水或碱性水溶液，使所述超临界水反应器内的压力提升至工作压力；对所述超临界水反应器进行电加热，使所述超临界水反应器内达到起始温度；向所述超临界水反应器内注入氧气；当所述超临界水反应器内达到起始温度后，向所述超临界水反应器内注入内预热反应原料，所述内预热反应原料与达到起始温度的氧气以及水或碱性水溶液发生氧化反应并释放热量；直至所述超临界水反应器内的温度达到工作温度，向所述超临界水反应器内注入待处理有机废物。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是根据本发明一个实施例的超临界水反应系统的结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的点火方法的流程示意图。
图3是根据本发明另一个实施例的点火方法的流程示意图。
图4是根据本发明又一个实施例的点火方法的流程示意图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
附图标记说明：
10、超临界水反应器；20、反应原料箱；30、有机料箱；40、进料泵；50、氧气泵；60、液氧储存容器；70、水浴式汽化器；80、冷水机；91、排气系统；92、排放系统。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。
超临界水是指温度超过374℃且压力超过22Mpa的一种特殊状态的水。在超临界水状态下，放射性有机物和氧气在超临界水体系中完全混溶并迅速发生氧化反应，使放射性有机物氧化分解并转化为二氧化碳、水和无机盐。当超临界水的温度超过550℃时，无机盐在超临界水体系中的溶解度为零。利用超临界水的这一性能，可以实现放射性有机物中放射性元素的分离，例如，放射性元素(存在于无机盐中)和碳元素、氮元素等的分离。采用这种超临界水氧化技术分离放射性元素，具有反应速率快、氧化效率高、有机物氧化彻底、放射性元素分离完全、流出物可以直接排放以及反应器结构简单等优点，有利于实现工业化。
超临界水氧化技术一般通过超临界水反应系统来实现。在超临界水反应系统处理有机废物前，需要通过点火处理，使系统中的超临界水反应器达到有机废物进行超临界水氧化反应所需的温度和压力。
本发明的实施例提供了一种超临界水反应器的点火方法。参见图2，本实施例中的点火方法具体包括以下步骤。
步骤S20，对超临界水反应系统进行初次排气。
步骤S30，向超临界水反应系统内的超临界水反应器内注入水或碱性水溶液，使超临界水反应器内的压力提升至工作压力。
步骤S40，对超临界水反应器进行电加热，使超临界水反应器内的达到起始温度。
步骤S60，向超临界水反应器内注入氧气。
步骤S70，当超临界水反应器内达到起始温度后，向超临界水反应器内注入内预热反应原料，所述内预热反应原料与达到起始温度的水和氧气发生氧化反应并释放热量，以对超临界水反应器进行内部预加热。
步骤S80，直至超临界水反应器内的温度达到工作温度，向超临界水反应器内注入待处理有机废物。
本实施例通过在对超临界水反应器内加压前进行排气处理，来保证超临界水反应器内无气体残留，防止气体影响后续内预热反应原料的氧化反应。同时，进行排气处理，还可以检验超临界水反应器的运行状态是否良好，在确保超临界水反应器运行状态良好的前提下进行有机物超临界水氧化反应。
并且，本实施例通过向超临界水反应器内按顺序依次注入水、氧气和内预热反应原料，相比于传统的同时向超临界水反应器内注入氧气和内预热反应原料，本实施例中的点火方法可以控制超临界水氧化反应，进而防止点火过程中超临界水反应器内温度突变而导致安全隐患。
本发明实施例中所述的待处理有机废物可以为有机溶剂蒸残液，其主要成分为磷酸三丁酯溶液(TBP料液)，对其进行超临界水氧化处理，可以分离有机溶剂蒸残液中的放射性元素。
在一些实施例中，如图1所示，超临界水反应系统包括超临界水反应器10以及与超临界水反应器连接的水罐(图中未示出)、反应原料箱20和有机料箱30。其中，水罐用于储存水，超临界水反应器与水罐之间设置有水泵和蠕动泵，蠕动泵可以控制水的流量。反应原料箱20用于储存内预热反应原料，有机料箱30用于储存待处理有机废物。
可选的，本实施例中的内预热反应原料可以通过有机物输送系统注入超临界水反应器内。其中，反应原料箱20通过输送管与反应原料蠕动泵连接，反应原料蠕动泵用于控制内预热反应原料的流量。有机料箱30通过另一输送管与有机料液蠕动泵连接，有机料液蠕动泵用于输送待处理有机废物。同时，超临界水反应器10通过进料管与进料泵40的出口连接，且进料泵40的入口通过两根输送管分别与反应原料蠕动泵、有机料液蠕动泵相连接，从而通过进料泵40来输送内预热反应原料或者待处理有机废物。
在本实施例中，采用外设蠕动泵的方式，可以精准控制内预热反应原料和待处理有机废物的流量，从而实现对内预热反应原料和氧气的氧化反应的控制。
在步骤S20中，可以通过向超临界水反应系统内注水或碱性水溶液以进行排气。
具体地，可以向超临界水反应器内注满水，以对超临界水反应器进行排气处理。其中，超临界水反应器的顶部设置有排空阀，在超临界水反应器启动时，打开排空阀，向超临界水反应系统内持续注入水或碱性水溶液，当超临界水反应器顶部的排空阀无气体排出且保持该无气体排出状态一段时间后，确定超临界水反应器内注满液体，确保了超临界水反应器内的气体排空，此时可以关闭排空阀。
此外，可以向水泵、蠕动泵、进料泵、反应原料蠕动泵、进料管以及输送管内注满水或碱性水溶液，以对其进行排气处理。启动上述各泵，将水泵、蠕动泵、进料泵、反应原料蠕动泵、进料管以及输送管内的气体排空。
在步骤S30中，当超临界水反应系统内的气体排空后，可以对超临界水反应器进行加压。具体地，在排气处理中启动水泵、蠕动泵、进料泵、反应原料蠕动泵后，可以将上述各泵的流量分别设置为预定目标值，以向超临界水反应器内注入液体(水或碱性水溶液)。接着调节超临界水反应器的出口管道上的背压阀，从而在未加热的状态下将超临界水反应器内的压力提升至所需的工作压力，满足待处理有机废物在超临界水反应器内进行氧化反应所需的压力条件。
在本实施例中，超临界水反应器的工作压力可以为20MPa。在这一工作压力下，注入氧气和待处理有机废物(例如，有机溶剂蒸残液)，可以使氧气和待处理有机废物在超临界水体系中快速完成氧化反应。
在本实施例中，排气处理和加压时所使用的碱性水溶液可以为氢氧化钠溶液，以使超临界水反应器内处于碱性条件，以在后续通入TBP料液等待处理有机废物时，可以防止对设备造成腐蚀。
在步骤S40中，当超临界水反应器内达到工作压力后，对超临界水反应器进行电加热，使超临界水反应器内的水或碱性水溶液达到起始温度，在该起始温度下，后续注入的氧气和内预热反应原料可以发生氧化反应。
在一些实施例中，在超临界水反应器外部设置有电加热器，启动该电加热器可以对超临界水反应器的外壁进行电加热，从而使超临界水反应器内部温度达到起始温度。
在步骤S60中，当对超临界水反应器进行电加热后，可以向超临界水反应器内注入氧气。
具体地，超临界水反应器通过输氧管道与氧气泵50连接，氧气泵50与液氧储存容器60连接，水浴式汽化器70连接于氧气泵50和液氧储存容器60之间。开启氧气泵50，即可使氧气通过输氧管道不断注入到超临界水反应器内。此外，输氧管道上还设置有计量泵，在注入氧气的过程中，可以通过变频调节计量泵，来调节氧气的流量。此外，在调节氧气流量时，可以根据预设流量参数，来调节计量泵。
如图3所示，在超临界水反应系统达到工作压力后，向超临界水反应器内注入氧气之前，还包括步骤S50。在步骤S50中，可以对超临界水反应系统再次进行排气，从而再次确保超临界水反应器运行情况良好。
在一些实施例中，可以采用初次排气时所使用的方法对超临界水反应器进行再次排气处理。
在一些实施例中，超临界水反应器的顶部设置有排空阀，并且输氧管道上也设置有排空阀。在进行再次排气时，可以开启超临界水反应器顶部的排空阀和输氧管道上的排空阀，进而确保超临界水反应器、水浴式汽化器70以及输氧管道内充满液体(水或碱性水溶液)，即，气体已经排空。具体地，当排空阀保持无气体排出状态时，即可确定气体已经排空。
本发明的实施例通过在注水前进行初次排气以及在进氧前进行二次排气，可以确保超临界水反应系统运行状态良好，保证系统中无气体存在，从而使得后续的氧化反应可控。
在本实施例中，可以向超临界水反应器内注入相对于内预热反应原料过量的氧气，保证在后续的内预热反应原料与氧气的氧化反应过程中，氧气一直是过量的。
在保证向超临界水反应内通入过量氧气的基础上，可以通过调节内预热反应原料的输入量，来控制氧化反应速率，从而实现对氧化反应的速率控制，防止氧化反应过快，导致超临界水反应器内升温过快。具体地，可以通过减小内预热反应原料的输入量，来减缓氧化反应的速率，以减缓超临界水反应器内的升温速率。通过增加内预热反应原料的输入量，来加快氧化反应的速率，使超临界水反应器内快速升温。
进一步地，当使用超临界水反应系统对主要成分为TBP的有机溶剂蒸残液进行处理时，由于有机溶剂蒸残液具有较高的热值，因此在处理有机溶剂蒸残液之前，需要对超临界水反应器内部进行预加热。在本实施例中，使用内预热反应原料这一替代性溶液进行超临界水反应器内部的预加热，通过内预热反应原料与氧气在超临界水体系中的氧化反应放热，来实现内部预加热，从而验证超临界水反应器的运行状态和安全性。
在本实施例中，注入超临界水反应器内的内预热反应原料，在超临界水反应器内与达到初始温度的水、氧气发生氧化反应，利用内预热反应原料的氧化反应释放的热量，将超临界水反应器内的整体温度提升至超临界水反应器所需的工作温度，满足待处理有机废物在超临界水反应器内进行氧化反应所需的温度条件。
在超临界水反应器内达到工作压力和起始温度后，可以控制待处理有机废物开始注入超临界水反应器内，并逐渐加大待处理有机废物的流量，直至待处理有机废物达到预期流量。
在一些实施例中，所使用的内预热反应原料可以为蔗糖溶液。使用蔗糖溶液作为内预热反应原料，氧化反应安全可控，能够在可控制的条件下验证超临界水反应器的运行状态和安全性，且反应物和产物均易溶于水，此外蔗糖溶液价格低廉，成本较低。
进一步地，本实施例中超临界水反应器的工作温度为500～550℃，起始温度在280℃以上。在该起始温度下，通过内预热反应原料和氧气的氧化反应释放的热量，能够快速将超临界水反应器内温度提升至500～550℃的工作温度。
在本实施例中，可以根据实际需要选择合适浓度的蔗糖溶液。通过调节蔗糖溶液的浓度以及蔗糖溶液的流量，可以控制超临界水反应器的升温速率。示例地，超临界水反应器在满足起始温度280℃以上的条件下，蔗糖溶液的浓度为50wt％，流量超过8L/h时，能够实现快速、稳定将超临界水反应器的整体温度提高到500-550℃。
如图1所示，本实施例中的超临界反应系统还包括冷水机80，其可以产生冷水，产生的冷水可以在换热器中与超临界水反应器10内内预热反应原料或者待处理有机废物发生氧化反应后的反应产物进行换热，从而对反应产物进行降温。此外，超临界水反应器10的顶部还与排气系统91连接，底部与排放系统92连接，从而对超临界水反应系统内的气体和液体进行排放。
如图4所示，在一些实施例中，点火方法还包括步骤S10。在步骤S10中，在对超临界水反应器进行初次排气之前，清洗超临界水反应器内部以及管道内部，从而确保超临界水反应器内以及管道内没有有机物残留，以避免点火过程中出现预期外的氧化反应。
具体地，可以向超临界水反应器和管道内注入除盐水，以清洗超临界水反应器以及管道内残留的有机物。在清洗完毕后，将超临界水反应器和管道内的除盐水排出，使得残留的有机物随着除盐水流出。
在本实施例中，除盐水可以为去离子水，使用去离子水不仅可以清洗超临界水反应器和管道内残留的有机物，还不会向超临界水反应器和管道内引入多余杂质，可以防止设备腐蚀。
其中，超临界水反应器和管道内残留的有机物包括超临界水反应系统上一次运行时残留在其中的内预热反应原料和待处理有机废物中的有机废物。
为了清洗残留的内预热反应原料，可以向水罐和反应原料箱内注满除盐水，使水泵、蠕动泵泵体、反应原料蠕动泵以及水罐、反应原料箱与超临界水反应器之间的管道内充满除盐水，同时可以通过除盐水进行排气。启动蠕动泵、水泵以反应原料蠕动泵，使除盐水注入超临界水反应器内以进行清洗，从而确保超临界水反应器以及管道内没有内预热反应原料残留。
为了清洗残留的有机废物，可以向有机料箱内注满除盐水，使有机料箱和超临界水反应器之间的管道内充满除盐水并排气。启动进料泵，使有机料箱内的除盐水进入超临界水反应器内，从而确保超临界水反应器以及管道内无有机废物残留。
在本实施例中，当超临界水反应器清洗完毕后，停止进料泵并保持水泵运行，接着缓慢开启超临界水反应器的出口管道上的背压阀，利用超临界水反应器内与出口管道下游的压力差，将超临界水反应器内的除盐水排出到超临界水反应系统外，直至全部除盐水均排出后，停止水泵。其中，在除盐水的排出期间，超临界水反应器内处于逐步降压的过程。
此外，本发明实施例中的超临界水反应系统还包括蒸发池，本实施例中的点火方法还包括对蒸发池进行清洗。具体地，可以将除盐水注入蒸发池内，利用除盐水对蒸发池进行冲洗，冲洗完毕后将除盐水排出超临界水反应系统。在一些实施例中，蒸发池的底部设置有冲洗管路，冲洗管道上设置有阀门，开启冲洗管路上的阀门，即可将除盐水注入蒸发池内。在一些实施例中，蒸发池的出口管路上还设置有截止阀，冲洗完毕后开启截止阀，即可将除盐水排出。
在一些实施例中，在对超临界水反应器进行初次排气之前，还需要对超临界水反应系统中的各个管道以及仪器仪表的状态进行检查，从而保证超临界水反应系统能够正常运行。
本实施例中的点火方法可以控制氧化反应速率，进而可以保障超临界水反应器的点火过程平稳顺利，使超临界水反应器达到待处理有机废物进行超临界水氧化反应所需的压力和温度，避免了由于反应物热值突变而引起的安全隐患。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种超临界水反应器的点火方法，其特征在于，包括：
对超临界水反应系统进行初次排气；
向所述超临界水反应系统内的超临界水反应器内注入水或碱性水溶液，使所述超临界水反应器内的压力提升至工作压力；
对所述超临界水反应器进行电加热，使所述超临界水反应器内的达到起始温度；
向所述超临界水反应器内注入氧气；
当所述超临界水反应器内达到起始温度后，向所述超临界水反应器内注入内预热反应原料，所述内预热反应原料与达到起始温度的氧气以及水或碱性水溶液发生氧化反应并释放热量；
直至所述超临界水反应器内的温度达到工作温度，向所述超临界水反应器内注入待处理有机废物。
2.根据权利要求1所述的点火方法，其特征在于，还包括：在向所述超临界水反应器内注入氧气之前，对所述超临界水反应系统再次进行排气。
3.根据权利要求1或2所述的点火方法，其特征在于，向所述超临界水反应系统内注满水或碱性水溶液以进行排气。
4.根据权利要求3所述的点火方法，其特征在于，所述碱性水溶液为氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的点火方法，其特征在于，向所述超临界水反应器内注入相对于所述内预热反应原料过量的氧气。
6.根据权利要求5所述的点火方法，其特征在于，调节内预热反应原料的输入量，以控制所述氧化反应速率。
7.根据权利要求1所述的点火方法，其特征在于，所述内预热反应原料为蔗糖溶液。
8.根据权利要求1所述的点火方法，其特征在于，在对超临界水反应器进行初次排气之前，清洗所述超临界水反应器内部以及管道内部。
9.根据权利要求8所述的点火方法，其特征在于，所述清洗所述超临界水反应器内部以及管道内部，包括：
向所述超临界水反应器内和管道内注入除盐水，清洗所述超临界水反应器内以及管道内残留的有机物；
清洗完毕后，将所述超临界水反应器和管道内的除盐水排出。
10.根据权利要求9所述的点火方法，其特征在于，所述超临界水反应系统还包括：水罐、反应原料箱、设置在所述水罐、反应原料箱与所述超临界水反应器之间的管道以及管道上的水泵、蠕动泵和反应原料蠕动泵；所述方法还包括：
向所述水罐和反应原料箱内注满所述除盐水，启动所述蠕动泵、水泵和反应原料蠕动泵，以清洗所述超临界水反应器和管道内残留的反应原料。
11.根据权利要求9所述的点火方法，其特征在于，所述超临界水反应系统还包括有机料箱以及设置于所述有机料箱和所述超临界水反应器之间的管道和进料泵；所述方法还包括：
向所述有机物料箱中注满所述除盐水，启动所述进料泵，以清洗所述超临界水反应器和管道内残留的有机废物。
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