CN206334638U - 超临界水反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超临界水反应系统，涉及废弃物处理技术领域，解决了现有技术后处理设备容易腐蚀的问题。本实用新型超临界水反应系统，包括：原料供应设备，提供需要进行超临界水反应的原料；燃料供应设备，提供超临界水反应需要的燃料；反应器，该反应器分别与所述原料供应设备和燃料供应设备连接，所述原料和所述燃料在该反应器中进行超临界水反应；后处理设备，该后处理设备与所述反应器连接，对反应器经过超临界水反应后输出的物质进行后处理；辅助加热设备，连接在所述燃料供应设备和反应器之间，对所述燃料进行预热，使燃料达到预设温度。

Description

超临界水反应系统

技术领域

本实用新型涉及废弃物处理技术领域，尤其涉及超临界水反应系统。

背景技术

超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度高于临界温度(Tc＝374.15℃)和压力高于临界压力(Pc＝22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水氧化技术是利用超临界水的低粘度、低介电常数、高扩散性等特殊性质，使完全溶解在其中的有机物与氧化剂发生快速、彻底的均相反应，有机物中的碳元素转化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素转化成相应的无机盐，氮元素绝大多数转化成氮气，实现有机废物的高效且无害化处理。此外，无机盐类在SCW中的溶解度极低，容易被分离出来，处理后的液体为洁净的水；当有机废物中有机物质量浓度超过2％时，可以依靠反应放热维持系统热量平衡，无需外界补充热量；超临界水反应系统的设备体积小、安全性好、符合封闭性要求。超临界水氧化技术在处理难降解、有毒有害有机物方面表现出了极大的技术优势。

超临界水氧化反应为高温高压反应，因而待处理物料的预热、反应出水的降温是超临界水氧化工艺中必不可少的环节。现有技术中超临界水氧化工艺在完成超临界水氧化反应的后处理中通常借助换热器，待处理物料作为冷却介质对超临界水氧化反应出水进行降温，同时实现待处理物料的预热升温。预热升温后的待处理物料接着进入反应器，实现超临界水反应系统的连续运行。超临界水氧化工艺中，320～410℃范围的临界点附近为高密度水区，水的介电常数和无机盐的溶解度都很大，该温度段为腐蚀敏感区，为传统超临界水氧化工艺中，设备腐蚀最严重的工艺段，而该工艺段恰恰对应于上述换热器的冷、热流体侧，对该换热器等后处理设备的持久可靠运行构成了潜在威胁，尤其是当待处理物料为含固体流体时，会对该换热器造成堵塞，影响换热器的正常运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超临界水反应系统，降低对进入反应器物质和进入后处理设备物质的温度要求。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种超临界水反应系统，包括：

原料供应设备，提供需要进行超临界水反应的原料；

燃料供应设备，提供超临界水反应需要的燃料；

反应器，该反应器分别与所述原料供应设备和所述燃料供应设备连接，所述原料和所述燃料在该反应器中进行超临界水反应；

后处理设备，该后处理设备与所述反应器连接，对所述反应器经过超临界水反应后输出的物质进行后处理；

辅助加热设备，连接在所述燃料供应设备和所述反应器之间，对所述燃料进行预热，使燃料达到预设温度。

所述原料供应设备包括原料制备装置和原料缓冲罐，所述原料制备装置将需要进行处理的原料和水混合制成溶液或浆状物质存储在所述原料缓冲罐中，所述原料缓冲罐与所述反应器连接。

所述后处理设备包括换热器，所述换热器与所述原料制备装置连接，所述换热器将所述反应器中输出的物质与水进行换热，换热后的水输出到原料制备装置进行原料制备。

所述后处理设备上与所述反应器连接的进口处的温度维持在低于高密度水的温度。

所述后处理设备上与所述反应器连接的进口处的温度控制在200℃-270℃。

还包括降压器，所述降压器连接在所述反应器和所述后处理设备之间，所述降压器对所述反应器输出的物质降压。

所述后处理设备还包括分离器，所述分离器与所述降压器连接，并将降压后的物质进行气体分离。

所述辅助加热设备为电加热器或燃气炉。

还包括高压氧气供应罐，所述高压氧气供应罐与所述反应器连接。

所述燃料供应设备包括燃料储罐、水储罐和燃料制备装置，所述燃料制备装置分别与燃料储罐及水储罐连接，所述燃料制备装置将燃料储罐中的燃料与水储罐中的水混合成燃料。

本实用新型提供的超临界水反应系统中，通过辅助加热设备对燃料进行预加热，将其加热到燃料起燃温度，燃料进入到反应器与氧气混合后，发生氧化反应进行放热，为反应器蓄热，反应器中的温度达到超临界水的温度，从而实现冷态原料直接进入反应器进行超临界水反应，由于后处理设备并不需要对原料预热，故而就降低了对进入反应器物质和进入后处理设备物质的温度要求，方便设计人员将后处理设备处理物质的温度控制在低于高密度水的温度，如此一来就可以减少超临界水反应后的物质对后处理设备的腐蚀，从而提高了后处理设备的使用寿命，尤其是换热器等后处理设备的寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型超临界水氧化系统的框图。

附图标记：10-原料供应设备，11-原料制备装置，12-原料缓冲罐，20-燃料供应设备，21-燃料储罐，22-水储罐，23-燃料制备装置，30-反应器，40-后处理设备，41-换热器，42-分离器，50-辅助加热设备，60-降压器，70-高压氧气供应罐。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型实施例提供的超临界水氧化系统，下面结合说明书附图进行详细描述。

本实用新型提供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原料供应设备10、燃料供应设备20、反应器30、后处理设备40、辅助加热设备50。其中原料供应设备10提供需要进行超临界水反应的原料，这种原料一般是需要进行处理的有机污染物，并且一般将有机污染物与水混合后形成浆状物后作为原料；燃料供应设备20提供超临界水反应需要的燃料，反应器30分别与所述原料供应设备10和燃料供应设备20连接，所述原料和燃料在该反应器30中进行超临界水反应，也就是通过燃料的燃烧使得反应器中的温度达到超临界水的温度，从而实现超临界水反应；后处理设备40与所述反应器30连接，对反应器30经过超临界水反应后输出的物质进行后处理，一般的后处理主要包括热交换、降温降压、分离、收集、回收利用等等。本实用新型实施例超临界水氧化系统中的辅助加热设备50连接在所述燃料供应设备和反应器之间，对所述燃料进行预热，使燃料达到预设温度，这里的预设温度是指能够使得燃料进入到反应器后能够实现燃烧的温度，本实用新型实施例中所述辅助加热设备为电加热器或燃气炉。

由于燃料进行了预热并达到了预设温度，在进入到反应器与氧气混合后，就可以发生氧化反应从而释放出热量，能够为反应器蓄热，这样原料就可以采用冷态原料的方式直接进入反应器。

在反应器30中，原料与氧气在超临界水环境下进行氧化反应，将有机物质氧化为CO₂和H₂O，将原料中的氮转化为氮气，将硫、磷元素转化为稳态高价盐类，将氯元素转化为氯化盐。具体反应器一般包括：反应容器、排渣锁斗、高压水泵、高压原料泵、高压燃料泵。该区域的设备都配备安全阀，物料管线的安全阀和仪表前均设置高压隔膜垫片。反应容器与软水有接口，用于给反应容器和反应后的物料降温。

本实用新型通过辅助加热设备50预热燃料，能够为反应器蓄热，从而实现冷态原料直接进入反应器，由于后处理设备并不需要作为热源与原料进行换热，如此一来，在后处理设备没有对原料预热的需求后，可以降低对进入反应器物质和进入后处理设备物质的温度要求，方便设计人员将后处理设备处理物质的温度控制在低于高密度水的温度，如此一来就可以减少超临界水反应后的物质对后处理设备的腐蚀，从而提高了后处理设备的使用寿命，尤其是换热器等后处理设备的寿命。

为了更有效地降低对后处理设备的腐蚀，本实用新型将所述后处理设备上与反应器连接的进口处的温度维持在低于高密度水的温度，如此一来，进入到后处理设备的物质在经历降温降压的过程中完全不会经过高密度水的过程，从而减少对后处理设备的腐蚀。一般来讲，后处理设备上与反应器连接的进口处温度控制在200℃-270℃，例如200℃、220℃、240℃、260℃、270℃等等。

本实用新型实施例中后处理设备40包括换热器41，所述换热器41与所述原料制备装置连接，换热器41将反应器30中输出的物质与水进行换热，换热后的水输出到原料制备装置进行原料制备，如此一来可以实现对反应后能量的回收利用，减少资源浪费。

为了进一步降低后处理设备的腐蚀和堵塞风险，本实用新型实施例超临界水氧化系统还包括降压器60，该降压器60连接在反应器30和后处理设备40之间，所述降压器对反应器出口输出的物质降压，使得进入后处理设备的物质是经过在反应器中降温、在降压器中降压后的物质，减少对后处理设备的腐蚀。

本实用新型实施例中后处理设备40还包括分离器42，所述分离器42与所述降压器60连接，并将降压后的物质进行气体分离，上述的换热器41可以与分离器42输出液体和固体的接口连接，从而对液体和固体进行换热。

当然，本发明实施例中的后处理设备还可以包括净化装置、压滤装置，从而实现对后处理的净化和过滤处理。

本实用新型实施例中的超临界水氧化系统还包括高压氧气供应罐70，所述高压氧气供应罐与所述反应器连接，以便向反应器供应燃料的同时能够向反应器中供应氧气，使其内部具有发生氧化反应所需要的氧气。

本实用新型实施例中的燃料供应设备20可包括燃料储罐21、水储罐22和燃料制备装置23，所述燃料制备装置23分别与燃料储罐21及水储罐22连接，所述燃料制备装置23将燃料储罐21中的燃料与水储罐22中的水混合成燃料。

为了产生高压氧气，一般需要通过高压氧气产生设备将液氧高压气化成高压氧气稳定输送到高压氧气供应罐，由高压氧气供应罐通过氧气管线喷嘴的输入到反应器。高压氧气产生设备包括：液氧储罐、液氧泵、汽化器等。

本实用新型实施例中的原料供应设备10包括原料制备装置11和原料缓冲罐12，所述原料制备装置将需要进行处理的废弃物和水混合制成浆状物质存储在原料缓冲罐中，所述原料缓冲罐与反应器连接并为反应器提供所述原料，其中的水可以是经过换热器换热后提供的水，使得原料具有一定的初始温度，并且原料供应设备还可以包括原料输送泵和过滤器，通过原料输送泵将原料输送到反应器，在原料输送泵前面可以设置过滤器。如果待处理原料为含固原料时，可以利用调节pH值(碱性环境)、升温(热水制浆)和强剪切手段(高速搅拌)来降低含固原料的粘度，进而提高含固原料的流动性。

本实用新型实施例中超临界水氧化系统的运行方式大致如下：首先，将水输入到反应器中，并将反应器内水升压至P1后打开辅助加热设备开始加热；其次，当反应器中的温度升至T1且反应器内压力升至P2时，向反应器中输入燃料和高压氧气并开始点火，这里的燃料是需要经过辅助加热设备预热之后的；点火成功后，反应器中温度进一步升高至T2，压力升高至P3后将反应原料输入到反应器，同时增加氧气量，并逐渐降低辅助燃料液流量和辅助加热设备的加热功率。

本实用新型提供一种超临界水氧化系统，包括原料供应设备10、燃料供应设备20、反应器30、后处理设备40、辅助加热设备50。通过辅助加热设备，为反应器蓄热，从而实现冷态原料直接进入反应器。避免了冷态原料通过换热器与超临界水氧化反应出水进行换热，从而避开了腐蚀敏感区，降低后处理设备的腐蚀/堵塞风险。解决了传统超临界水氧化工艺中待处理原料与反应出水直接换热设备的腐蚀/堵塞风险大的问题。

另外反应后物料无有机质，粘度低，为换热器设计和加工降低难度。

下面以甲醇溶液为燃料为例说明反应过程：

启动阶段：

(1)将甲醇储罐中的甲醇和水储罐中的水通过计量泵输送到辅助燃料制液罐，调配成12wt％甲醇水溶液。

(2)将需要处理的污泥原料和水在原料制备装置中混合配制成具有流动性的污泥浆，通过污泥输送泵输送至原料缓冲罐待用。

(3)水储罐中的软水通过软水泵输送到高压水泵入口并进入反应器内，由高压水泵加压，当反应器内压力达到16MPa左右后，打开辅助加热设备进行升温，当反应器内温度被加热至300℃左右，切换12wt％甲醇水溶液输入到反应器内。

(4)甲醇水溶液被甲醇溶液泵输送到高压原料泵入口，加压至20MPa左右，通过辅助加热设备将甲醇水溶液加热至400℃左右，然后进入超临界水氧化反应器喷嘴的物料通道。

(5)液氧储罐中的液氧由低温液氧泵加压至30MPa左右后，经气化器被气化后，通过缓冲罐缓冲之后进入超临界水氧化反应器喷嘴的氧化剂进口；在超临界水氧化反应器中，加热后的甲醇溶液与氧气氧化放热，反应器升温直至500-550℃，此时切换高压原料泵的进口物料，将原料缓冲罐中原料输入到反应器中，同时增加氧气流量。

正常运行阶段：

反应器内温度维持在550-650℃之间，压力维持在22-25MPa，出水温度控制在200-270℃，反应器壁温维持在<300℃。反应器出口与降压器件连接，降压后的物料(105-150℃，1-0.2MPa)经过分离器将气体分离后，液固进入换热器壳程入口，换热器管程进口为软水，换热器壳程出口连接压滤机，换热器管程出口获得50-90℃高温水，用于原料制备装置的制浆。换热器壳程出口35℃-45℃物料送往压滤装置。反应器底部大颗粒物料和浓盐水通过锁斗排渣进行收集。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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)

1.一种超临界水反应系统，其特征在于，包括：

原料供应设备，提供需要进行超临界水反应的原料；

燃料供应设备，提供超临界水反应需要的燃料；

反应器，该反应器分别与所述原料供应设备和所述燃料供应设备连接，所述原料和所述燃料在该反应器中进行超临界水反应；

后处理设备，该后处理设备与所述反应器连接，对所述反应器经过超临界水反应后输出的物质进行后处理；

辅助加热设备，连接在所述燃料供应设备和所述反应器之间，对所述燃料进行预热，使燃料达到预设温度。

2.根据权利要求1所述的超临界水反应系统，其特征在于，所述原料供应设备包括原料制备装置和原料缓冲罐，所述原料制备装置将需要进行处理的原料和水混合制成溶液或浆状物质存储在所述原料缓冲罐中，所述原料缓冲罐与所述反应器连接。

3.根据权利要求2所述的超临界水反应系统，其特征在于，所述后处理设备包括换热器，所述换热器与所述原料制备装置连接，所述换热器将所述反应器中输出的物质与水进行换热，换热后的水输出到原料制备装置进行原料制备。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的超临界水反应系统，其特征在于，所述后处理设备上与所述反应器连接的进口处的温度维持在低于高密度水的温度。

5.根据权利要求4所述的超临界水反应系统，其特征在于，所述后处理设备上与所述反应器连接的进口处的温度控制在200℃-270℃。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的超临界水反应系统，其特征在于，还包括降压器，所述降压器连接在所述反应器和所述后处理设备之间，所述降压器对所述反应器输出的物质降压。

7.根据权利要求6所述的超临界水反应系统，其特征在于，所述后处理设备还包括分离器，所述分离器与所述降压器连接，并将降压后的物质进行气体分离。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的超临界水反应系统，其特征在于，所述辅助加热设备为电加热器或燃气炉。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的超临界水反应系统，其特征在于，还包括高压氧气供应罐，所述高压氧气供应罐与所述反应器连接。

10.根据权利要求1-3中任意一项所述的超临界水反应系统，其特征在于，所述燃料供应设备包括燃料储罐、水储罐和燃料制备装置，所述燃料制备装置分别与燃料储罐及水储罐连接，所述燃料制备装置将燃料储罐中的燃料与水储罐中的水混合成燃料。