CN205187966U - 一种超临界水氧化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超临界水氧化系统，涉及超临界水氧化技术领域，能够提高超临界水氧化系统的能源利用率。该超临界水氧化系统包括氧化剂供应单元、原料供应单元、反应单元和产物收集单元，所述氧化剂供应单元的出气口与所述反应单元的进气口连接，所述原料供应单元的出料口与所述反应单元的进料口连接，所述超临界水氧化系统还包括能量回收单元，所述能量回收单元连接于所述反应单元的出料口和所述产物收集单元的进料口之间，所述能量回收单元用于回收反应产物的能量以便再利用。本实用新型应用于对含碳料浆进行超临界水氧化处理。

Description

一种超临界水氧化系统

技术领域

本实用新型涉及超临界水氧化技术领域，尤其涉及一种超临界水氧化系统。

背景技术

超临界水氧化处理技术是一种利用超临界水作为介质，在高温高压条件下，将物料(如废水或污水)中所含的有机物用氧化剂分解成水、二氧化碳等简单无毒的小分子化合物的处理技术。由于超临界水氧化处理技术对物料中所含的有机物的清除率几乎达到100％，且在全封闭状态进行，无二次污染，因此，超临界水氧化处理技术日益受到人们的重视。

本申请的发明人发现，在现有技术中，超临界水氧化处理所得的产物经过降压分离后，所得的高温高压气体直接排放，导致超临界水氧化系统的能源利用率较低，经济性不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超临界水氧化系统，用于提高超临界水氧化系统的能源利用率。

为达到上述目的，本实用新型提供的超临界水氧化系统采用如下技术方案：

一种超临界水氧化系统包括氧化剂供应单元、原料供应单元、反应单元和产物收集单元，所述氧化剂供应单元的出气口与所述反应单元的进气口连接，所述原料供应单元的出料口与所述反应单元的进料口连接，所述超临界水氧化系统还包括能量回收单元，所述能量回收单元连接于所述反应单元的出料口和所述产物收集单元的进料口之间，所述能量回收单元用于回收反应产物的能量以便再利用。

本实用新型提供一种如上所述的超临界水氧化系统，由于该超临界水氧化系统包括用于回收反应产物的能量以便再利用的能量回收单元，从而能够在收集产物之前，先将产物携带的能量(例如压力能和热能)回收，以使其再利用，可以有效避免超临界水氧化系统的能量的浪费，有助于提高超临界水氧化系统的能源利用率，达到提高超临界水氧化系统的经济性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中的超临界水氧化系统的示意图。

附图标记说明：

1—氧化剂供应单元；2—原料供应单元；3—反应单元；

4—产物收集单元；5—能量回收单元；6—气体检测单元；

7—控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种超临界水氧化系统，如图1所示，该超临界水氧化系统包括氧化剂供应单元1、原料供应单元2、反应单元3、产物收集单元4和能量回收单元5，其中，氧化剂供应单元1的出气口与反应单元3的进气口连接，原料供应单元2的出料口与反应单元3的进料口连接，能量回收单元5连接于反应单元3的出料口和产物收集单元4的进料口之间，能量回收单元5用于回收反应产物的能量以便再利用，从而使得上述超临界水氧化系统能够在收集产物之前，先将产物携带的能量(例如压力能和热能)回收，以使其再利用，可以有效避免超临界水氧化系统的能量的浪费，有助于提高超临界水氧化系统的能源利用率，达到提高超临界水氧化系统的经济性的目的。

由于通常对原料(如含碳料浆)进行超临界水氧化处理后，所得的产物为由液体、固体和高温高压气体组成的混合物，产物的能量主要为气体的压力能和热能，因此，本实用新型实施例中的能量回收单元5包括压力能回收装置和/或热能回收装置，顾名思义，压力能回收装置用于回收气体的压力能，热能回收装置用于回收气体的热能。下面本实用新型实施例对压力能回收装置和热能回收装置的具体结构进行描述：

可选地，上述压力能回收装置包括汽轮机和/或膨胀机，汽轮机和膨胀机用于将气体的压力能转化为机械能，将汽轮机和膨胀机的输出端与超临界水氧化系统中的需要提供动力的装置连接，即可使用汽轮机和膨胀机产生的机械能驱动上述装置，进而能够有效降低超临界水氧化系统的能耗；或者，上述压力能回收装置包括透平发电机，透平发电机用于将气体的压力能转化为电能，将透平发电机的输出端与超临界水氧化系统中的需要提供电力的装置连接，即可使用透平发电机产生的电能驱动上述装置，进而能够有效降低超临界水氧化系统的能耗。其中，上述汽轮机、膨胀机和透平发电机的具体结构与现有技术相同，此处不再进行赘述。

可选地，上述热能回收装置包括换热器，换热器用于将气体的热能传递给待加热物质。示例性地，当待加热物质为水时，水在换热器中吸收了产物的热量后温度升高，进而可以直接作为制备原料时使用的热水或者厂区的热水使用。

需要说明的是，本实用新型实施例中的能量回收单元5还可以包括其他用以回收产物的能量的装置，此处不再一一进行赘述。另外，能量回收单元5包括的压力能回收装置和热能回收装置的具体结构也不局限于以上几种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

此外，如图1所示，本实用新型实施例中的超临界水氧化系统还包括与产物收集单元4连接的气体检测单元6，气体检测单元6用于检测反应产物中的气体组成，以准确判断反应单元3中的反应条件是否合适，反应单元3中的原料是否反应充分。示例性地，对原料进行超临界水氧化处理后，若气体检测单元6检测出气体中含有一氧化碳和烃类气体(如甲烷)，说明反应单元3中的氧气的量较小，原料反应不充分，则应该适当增加反应单元3中的氧气的量(例如增大气体流量调节阀的开度)。

进一步地，本实用新型实施例中的气体检测单元6还可以用于对气体中各气体组成的量进行检测，以便更加准确的对反应单元3中的反应条件进行调节。示例性地，若气体中只含有二氧化碳、氧气和氮气，且氧气的量超过设定值时，则可以适当减小反应单元3中的氧气的量(例如，减小气体流量调节阀的开度)，以减轻对氧气的浪费，节约生产成本，若气体中的氧气的量未超过设定值时，则无需对反应单元3中的氧气的量进行调节。

需要说明的是，根据气体检测单元6检测处的气体组成对反应单元3中的反应条件的调节方式不局限于以上所述，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

进一步地，为了便于本领域技术人员根据气体检测单元6检测到的气体组成对反应单元3中的反应条件进行调节，如图1所示，本实用新型实施例中的超临界水氧化系统还包括控制器7，其中，控制器7分别与气体检测单元6、氧化剂供应单元1信号连接，气体检测单元6完成对气体组成的检测后，气体检测单元6会根据其检测到的气体组成向控制器7发送反馈信息，控制器7会根据气体检测单元6检测到的气体的组成信息，通过控制氧化剂供应单元1来调节反应单元3中的反应条件。示例性地，上述控制器7为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)。

另外，在现有技术中的超临界水氧化处理过程中，通常使用纯氧作为氧化剂，但是本申请的发明人发现，由于纯氧中氧气的浓度较高，从而使得使用纯氧作为氧化剂时，对氧化剂输送管道的要求很高，使得超临界水氧化系统的成本高，且容易引发安全隐患，导致超临界水氧化系统的安全性低，因此，本实用新型实施例中选择氧化剂供应单元1为富氧气体供应单元，富氧气体供应单元的出气口与反应单元3的进气口连接，用于向反应单元3中通入富氧气体，由于富氧气体中氧气的浓度比纯氧中氧气的浓度低，因此，富氧气体在输送过程中对氧化剂输送管道的要求较低，降低了超临界水氧化系统的成本，而且能够避免安全隐患的出现，有效提高了超临界水氧化系统的安全性。

需要说明的是，由于富氧气体中的氧气的浓度很高，适当调节富氧气体的流量或者富氧气体中氧气的浓度，即可对反应单元3中氧气的量进行调节，以使其符合设定值，因此，通过富氧气体供应单元向反应单元3中通入富氧气体不会影响超临界水氧化处理过程的顺利进行。

示例性地，上述富氧气体供应单元包括依次连接的富氧气体制备装置、富氧气体增压装置和富氧气体流量调节装置，其中，富氧气体制备装置、富氧气体增压装置和反应单元3的进气口通过管道依次连接，富氧气体流量调节装置连接于富氧气体增压装置和反应单元3的进气口之间的管道上。

可选地，富氧气体制备装置为变压吸附制氧装置或者膜分离制氧装置，富氧气体增压装置为气体压缩机，富氧气体流量调节装置为气体流量调节阀。具体地，变压吸附制氧装置或者膜分离制氧装置的出气口通过管道连接气体压缩机的进气口，气体压缩机的出气口通过管道连接反应单元3的进气口，气体流量调节阀连接于气体压缩机的出气口和反应单元3的进气口之间的管道上。当然，富氧气体制备装置、富氧气体增压装置和富氧气体流量调节装置的具体结构不局限于以上所述，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不再一一赘述。

进一步地，上述富氧气体供应单元还包括用于检测富氧气体流量的流量计，该流量计连接于气体流量调节阀与反应单元3的进气口之间的管道上，从而使得通过该流量计能够准确测出富氧气体的流量，从而能够更准确的对反应单元3中的氧气的量进行调节。示例性地，若流量计测出的富氧气体的流量高于其设定值，则适当减小气体流量调节阀的开度，若流量计测出的富氧气体的流量低于其设定值，则适当增大气体流量调节阀的开度，以保证反应单元3中具有合适的氧气的量。

下面本实用新型实施例对原料供应单元2、反应单元3和产物收集单元4进行详细的描述：

可选地，为了保证超临界水氧化处理的顺利进行，原料供应单元2在将原料提供给反应单元3之前，需要对原料进行预处理，上述预处理包括PH值调节、热值调节和粘度调节。具体地，通过将弱酸或者弱碱添加至原料中的方式对原料的PH值进行调节；通过根据原料的热值分析结果，将原料稀释或注入甲醇溶液的方式对原料的热值进行调节，以使其达到自热要求。进一步地，经过预处理后的原料先通过泵输送到换热器进行预热后再通入反应单元3的反应器中。上述换热器优选为能量回收单元5中的换热器，进而能够有效减小原料预热过程中的能耗。

可选地，反应单元3包括反应器、位于反应器顶部的喷嘴、以及位于反应器内的温度测量装置和压力测量装置，其中，超临界水氧化处理过程在反应器内进行，喷嘴上的两个不同通道分别作为反应单元3的进料口和进气口。示例性地，温度测量装置为多点热电偶，压力测量装置为压力变送器。本领域技术人员可以根据温度测量装置和压力测量装置测量所得的数据，对超临界水氧化系统进行合理的调节，此处不再进行赘述。

可选地，产物收集单元4分为两个部分，第一部分用于将气体和液固混合物分离，以实现气体的收集，第二部分用于将液固混合物进行分离，分离所得的液态水可以用作超临界水氧化系统的循环水或者供给原料供应单元2中，用于原料制备，分离所得的固体渣料可以用于制砖或其它建筑材料。示例性地，产物收集单元4的第一部分包括分离罐，第二部分包括压力机。

本实用新型实施例提供了一种如上所述的超临界水氧化系统，由于该超临界水氧化系统包括用于回收产物的能量以便再利用的能量回收单元，从而能够在收集产物之前，先将产物携带的能量(例如压力能和热能)回收，以使其再利用，可以有效避免超临界水氧化系统的能量的浪费，有助于提高超临界水氧化系统的能源利用率，达到提高超临界水氧化系统的经济性的目的。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超临界水氧化系统，包括氧化剂供应单元、原料供应单元、反应单元和产物收集单元，所述氧化剂供应单元的出气口与所述反应单元的进气口连接，所述原料供应单元的出料口与所述反应单元的进料口连接，其特征在于，所述超临界水氧化系统还包括能量回收单元，所述能量回收单元连接于所述反应单元的出料口和所述产物收集单元的进料口之间，所述能量回收单元用于回收反应产物中气体的能量以便再利用。

2.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述能量回收单元包括压力能回收装置，所述压力能回收装置包括汽轮机和/或膨胀机。

3.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述能量回收单元包括压力能回收装置，所述压力能回收装置包括透平发电机。

4.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述能量回收单元包括热能回收装置，所述热能回收装置包括换热器。

5.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述超临界水氧化系统还包括用于检测反应产物中气体组成的气体检测单元。

6.根据权利要求5所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述超临界水氧化系统还包括控制器，所述控制器分别与所述气体检测单元、所述氧化剂供应单元信号连接，所述控制器根据所述气体检测单元检测到的所述气体的组成信息，通过控制所述氧化剂供应单元来调节所述反应单元中的反应条件。

7.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述氧化剂供应单元为富氧气体供应单元，所述富氧气体供应单元的出气口与所述反应单元的进气口连接，用于向所述反应单元中通入富氧气体。

8.根据权利要求7所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述富氧气体供应单元包括富氧气体制备装置、富氧气体增压装置和富氧气体流量调节装置，其中，所述富氧气体制备装置、所述富氧气体增压装置和所述反应单元的进气口通过管道依次连接，所述富氧气体流量调节装置连接于所述富氧气体增压装置和所述反应单元的进气口之间的管道上。

9.根据权利要求8所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述富氧气体制备装置为变压吸附制氧装置或者膜分离制氧装置，所述富氧气体增压装置为气体压缩机，所述富氧气体流量调节装置为气体流量调节阀，其中，所述变压吸附制氧装置或者所述膜分离制氧装置的出气口通过管道连接所述气体压缩机的进气口，所述气体压缩机的出气口通过管道连接所述反应单元的进气口，所述气体流量调节阀连接于所述气体压缩机的出气口和所述反应单元的进气口之间的管道上。

10.根据权利要求9所述的超临界水氧化系统，其特征在于，所述富氧气体供应单元还包括用于检测富氧气体流量的流量计，所述流量计连接于所述气体流量调节阀与所述反应单元的进气口之间的管道上。