一種超臨界水系統(tǒng)的降壓裝置及方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護及化工領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界水系統(tǒng)的降壓裝置及方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidat1n，簡稱SCW0)作為一種新興的有機廢物處理技術(shù)，是利用水在超臨界狀態(tài)(Tc = 374°C，Pc = 22.1MPa)下所具有的特殊性質(zhì)，使有機物和氧化劑完全溶于超臨界水中，并迅速發(fā)生均相氧化反應(yīng)，迅速、徹底地將有機物轉(zhuǎn)化成無害化的C02、N2、H20等小分子化合物。這是因為在純水的臨界點附近或高于臨界點，水的熱物理性質(zhì)相對于常溫下的水發(fā)生了明顯改變。介電常數(shù)的顯著降低導(dǎo)致碳氫化合物和氣體如02、N2及C02在超臨界水中的溶解度明顯增加，因而氧化反應(yīng)在均相環(huán)境中進行，有效避免了相界面對傳質(zhì)和傳熱的相間阻力。另外，超臨界水的低粘度保證了反應(yīng)物在超臨界水中的高擴散率，進而促進了快速有效的反應(yīng)。因此超臨界水為有機物的氧化降解提供了理想的反應(yīng)媒介。
[0003]與傳統(tǒng)有機廢物的處理技術(shù)相比，SCWO具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢:I)反應(yīng)徹底、處理效率高；2)反應(yīng)系統(tǒng)封閉，不會產(chǎn)生二次污染;3)反應(yīng)速率極高，有機物完全去除所需停留時間很短(I?5min)，因此反應(yīng)器的體積小，整個裝置的占地面積少;4)重金屬離子在SCWO過程中轉(zhuǎn)化為殘渣態(tài)，可實現(xiàn)高效穩(wěn)定化。5)當(dāng)有機物含量超過3^%時，可依靠反應(yīng)過程中自身釋放的熱量來維持系統(tǒng)熱量平衡，不需外界補充輔助能量，富裕能量還可以回收利用。因此，超臨界水氧化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于有機廢水及污泥的無害化處理領(lǐng)域。
[0004]要實現(xiàn)有機污染物在超臨界水反應(yīng)器內(nèi)分解，就需要將含水物料加溫加壓至水的臨界點以上(Tc = 374°C，Pc = 22.1MPa)，在反應(yīng)器處理后物料就必須降溫降壓后，才可從系統(tǒng)中輸出?，F(xiàn)有的超臨界水系統(tǒng)多采用一個壓力調(diào)節(jié)閥來控制系統(tǒng)壓力及降壓，那么系統(tǒng)整個壓降在一個點實現(xiàn)，這會導(dǎo)致此處非常高的物料流速，亦容易引發(fā)閥門出現(xiàn)故障，影響系統(tǒng)的運行可靠性。此外，對于含有固體顆粒的超臨界水系統(tǒng)降壓過程中，惰性無機鹽的存在會導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥內(nèi)部元件出現(xiàn)嚴(yán)重的磨蝕或者堵塞，因此不建議一步實現(xiàn)流體的徹底降壓。
[0005]毛細管的降壓原理為通過流體流經(jīng)小管徑毛細管(ID.1?10mm)所產(chǎn)生的沿程阻力來實現(xiàn)物料壓降，并且可通過調(diào)節(jié)進入毛細管的流體流量來實現(xiàn)毛細管前壓力的精確控制。將毛細管降壓器應(yīng)用于超臨界水系統(tǒng)實現(xiàn)物料壓降，可有效避免采用單個閥門降壓時管內(nèi)流速過高和閥門磨蝕損壞的問題，另外通過控制進入毛細管的物料流量可實現(xiàn)超臨界水系統(tǒng)壓力的精確控制，進而保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的是克服超臨界水處理系統(tǒng)的降壓不可靠的問題，提供一種一種超臨界水系統(tǒng)的降壓裝置及方法，不僅可有效避免單個閥門降壓存在的磨蝕、堵塞及不可靠的問題，還可實現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的精確控制。
[0007]為達到以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0008]—種超臨界水系統(tǒng)的降壓系統(tǒng)，包括降壓支路、啟動停機支路和阻力水支路，高壓流體自降壓支路的入口流入，降壓后由降壓支路的出口流出；啟動停機支路并聯(lián)在降壓支路兩端;阻力水支路的出口連接到降壓支路的入口處;高壓流體通過反應(yīng)后液體管流入第二截止閥，且反應(yīng)后液體管上還設(shè)置有用于監(jiān)測超臨界水氧化反應(yīng)系統(tǒng)壓力的壓力表。
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于:
[0010]所述阻力水支路包括阻力水儲罐，阻力水儲罐的出口依次連接阻力水栗和第一截止閥，第一截止閥的出口與阻力水接管相連通，阻力水接管的出口連接至降壓支路的入口處。
[0011]所述降壓支路包括依次串聯(lián)的第二截止閥和毛細管降壓器，第二截止閥的入口為降壓支路的高壓流體入口，毛細管降壓器的出口為降壓后的流體出口。
[0012]采用毛細管替換毛細管降壓器，毛細管的出口串接第二調(diào)節(jié)閥，第二調(diào)節(jié)閥的出口為降壓后的流體出口，啟動停機支路的出口連接至第二調(diào)節(jié)閥出口后端的管路上。
[0013]所述毛細管降壓器的管道內(nèi)徑為I?10mm。
[0014]所述啟動停機支路包括依次串聯(lián)第三截止閥和第一調(diào)節(jié)閥，第三截止閥的入口連接至第二截止閥入口前端的管路上，第一調(diào)節(jié)閥的出口連接至毛細管降壓器出口后端的管路上O
[0015]采用背壓調(diào)節(jié)閥替換第一調(diào)節(jié)閥。
[0016]所述啟動停機支路包括四組并聯(lián)的毛細管降壓器，這四組毛細管降壓器的長度依次減小，且均小于降壓支路中的毛細管降壓器的長度；啟動停機支路的每個毛細管降壓器的入口分別串接一個截止閥，四個截止閥的入口均連接至第二截止閥入口前端的管路上，四個毛細管降壓器的出口均連接至降壓支路中的毛細管降壓器出口后端的管路上。
[0017]采用毛細管替換毛細管降壓器;第一調(diào)節(jié)閥的出口與毛細管的出口匯合后與第二調(diào)節(jié)閥的入口相連通，第二調(diào)節(jié)閥的出口為降壓后的流體出口。
[0018]本發(fā)明還公開了一種超臨界水系統(tǒng)的降壓方法，包括以下步驟:
[0019]I)系統(tǒng)啟動階段，阻力水支路的阻力水栗未啟動，關(guān)閉降壓支路的截止閥，打開啟動停機支路的截止閥；隨著系統(tǒng)充水，逐漸調(diào)節(jié)啟動停機支路的調(diào)節(jié)閥的開度，使系統(tǒng)壓力逐漸上升至設(shè)定操作壓力;打開降壓支路的截止閥，關(guān)閉啟動停機支路的截止閥，同時開啟阻力水支路的阻力水栗，使阻力水流過降壓支路的毛細管，逐漸增加阻力水栗流量直至系統(tǒng)壓力上升至設(shè)定工作壓力；
[0020]2)系統(tǒng)運行階段，通過調(diào)節(jié)阻力水栗的流量控制超臨界水氧化反應(yīng)反應(yīng)器后的壓力在24?26MPa;
[0021]3)系統(tǒng)停機階段，關(guān)閉阻力水栗，打開啟動停機支路的截止閥，關(guān)閉降壓支路的截止閥，逐漸調(diào)節(jié)啟動停機支路的調(diào)節(jié)閥的開度，使系統(tǒng)壓力逐漸降低至設(shè)定操作壓力。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]首先，本發(fā)明高壓流體流經(jīng)一定長度的毛細管，通過流體的沿程阻力實現(xiàn)其壓力的穩(wěn)步降低;其次毛細管作為降壓部件，流體流經(jīng)其流速可控制在一定的范圍內(nèi)，有效避免了通過單個閥門降壓時流體流速過高而導(dǎo)致的閥門故障問題。對于含有固體顆粒的物料，毛細管降壓方式可防止降壓單元的磨蝕及堵塞問題，進而保障整個系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定的運彳丁 ；最后，通過控制流入毛細管的流體流量，可以實現(xiàn)超臨界水系統(tǒng)壓力的精確調(diào)
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【【附圖說明】】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實施例2的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明實施例3的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明實施例4的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明實施例5的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中:1-阻力水儲罐;2-阻力水栗;3-截止閥；4-壓力表;5-截止閥；6-截止閥；7-毛細管降壓器;8-調(diào)節(jié)閥;9-反應(yīng)后液體管；10-阻力水接管。
【【具體實施方式】】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0031]實施例1:
[0032]如圖1所示，降壓系統(tǒng)包括降壓支路、啟動停機支路和阻力水支路。降壓支路包括毛細管降壓器7，其管道內(nèi)徑在I?1mm范圍內(nèi)，毛細管降壓器7連接于第二截止閥5。啟動停機支路包括第一調(diào)節(jié)閥8，第一調(diào)節(jié)閥8連接于第三截止閥6。降壓支路與啟動停機支路之間并聯(lián)連接。阻力水支路包括阻力水儲罐I，儲罐I出口連接于阻力水栗2進口，阻力水栗2出口與第一截止閥3連通，第一截止閥3連接于阻力水接管10。超臨界水氧化反應(yīng)后高壓流體流入反應(yīng)后液體管9，反應(yīng)后液體管9出口連接于降壓支路。阻力水接管10連接于反應(yīng)后液體管9。通過壓力表4監(jiān)測超臨界水氧化反應(yīng)系統(tǒng)壓力。
[0033]降壓過程如下:
[0034]系統(tǒng)啟動階段，阻力水栗2未啟動，關(guān)閉降壓支路的第二截止閥5，打開啟動停機支路第三截止閥6。隨著系統(tǒng)充水，逐漸調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)閥8開度，使系統(tǒng)壓力逐漸上升至設(shè)定操作壓力。打開降壓支路第二截止閥5，關(guān)閉第三截止閥6，同時開啟阻力水栗2，使阻力水流過毛細管7，逐漸增加水栗流量直至系統(tǒng)壓力上升至設(shè)定工作壓力。正常運行階段，通過調(diào)節(jié)阻力水栗2的流量控制超臨界水氧化反應(yīng)系統(tǒng)壓力。系統(tǒng)停機階段，關(guān)閉阻力水栗2，打開啟動停機支路第二截止閥5，關(guān)閉降壓支路的第三截止閥6。逐漸調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)閥8開度，使系統(tǒng)壓力逐漸降低至設(shè)定操作壓力。
[0035]實施例2:
[0036]如圖2所示，將實施例1中的第一調(diào)節(jié)閥8替換為背壓調(diào)節(jié)閥11。通過調(diào)節(jié)背壓閥來實現(xiàn)