申請日2015.09.10
公開(公告)日2015.12.16
IPC分類號C02F11/06; B01J19/00; F22B1/02; F27D17/00
摘要
本發(fā)明公開一種超臨界反應(yīng)器、超臨界反應(yīng)系統(tǒng)及污泥的超臨界處理方法，涉及污泥的處理及其裝置技術(shù)領(lǐng)域，能提高含碳料漿中的水在預(yù)熱過程中由普通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)的速率。超臨界反應(yīng)器包括內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒環(huán)繞的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)，內(nèi)筒的底部與所述外筒之間形成的區(qū)域為激冷區(qū)，超臨界反應(yīng)器還包括換熱區(qū)，且換熱區(qū)分別與所述反應(yīng)區(qū)、所述激冷區(qū)連通，換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有換熱裝置。所述超臨界反應(yīng)系統(tǒng)包括上述技術(shù)方案提供的超臨界反應(yīng)器。所述污泥的超臨界處理方法采用上述超臨界反應(yīng)系統(tǒng)對污泥進(jìn)行處理。本發(fā)明提供的超臨界反應(yīng)器、超臨界反應(yīng)系統(tǒng)及污泥的超臨界處理方法用于污泥的凈化處理。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種超臨界反應(yīng)器，用于對含碳料漿進(jìn)行處理，其特征在于，包括內(nèi) 筒和外筒，所述內(nèi)筒環(huán)繞的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)，所述內(nèi)筒的底部與所述外筒之間 形成的區(qū)域為激冷區(qū)，所述超臨界反應(yīng)器還包括換熱區(qū)，所述換熱區(qū)分別與 所述反應(yīng)區(qū)、所述激冷區(qū)連通，所述換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有換熱裝置;
所述換熱裝置用于向所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)入所述含碳料漿;所述換熱區(qū)用于 從所述反應(yīng)區(qū)接收超臨界氧化反應(yīng)生成的一次產(chǎn)物，并通過所述一次產(chǎn)物含 有的熱能對所述換熱裝置內(nèi)的所述含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱區(qū)環(huán)繞 所述反應(yīng)區(qū)，且位于所述超臨界反應(yīng)器的外壁和所述反應(yīng)區(qū)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超臨界反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱裝 置為換熱盤管，所述換熱盤管環(huán)繞所述反應(yīng)區(qū)且所述換熱盤管的排布高度與 所述反應(yīng)區(qū)高度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超臨界反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱盤管的 排布間隙不超過所述換熱盤管外徑的1/4。
5.一種超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，用于對含碳料漿進(jìn)行處理，其特征在于，包括 權(quán)利要求1-4任一項所述的超臨界反應(yīng)器，所述超臨界反應(yīng)器包括反應(yīng)區(qū)、換 熱區(qū)和激冷區(qū)，所述換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有換熱裝置;其中，
所述換熱裝置用于向所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)入含碳料漿;所述反應(yīng)區(qū)用于使所 述含碳料漿進(jìn)行超臨界氧化反應(yīng)，以生成一次產(chǎn)物;所述換熱區(qū)用于從所述 反應(yīng)區(qū)接收所述一次產(chǎn)物，并通過所述一次產(chǎn)物含有的熱能對所述換熱裝置 內(nèi)的含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱;所述激冷區(qū)用于從所述反應(yīng)區(qū)和所述換熱區(qū)接收所 述一次產(chǎn)物，并對所述一次產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，以生成二次產(chǎn)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述超臨界反 應(yīng)系統(tǒng)還包括原料儲罐及液氧罐，其中，所述原料儲罐通過所述換熱區(qū)中的 換熱裝置與所述反應(yīng)區(qū)連通，用于儲存所述含碳料漿;所述液氧罐與所述反 應(yīng)區(qū)連通，用于儲存液氧。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述超臨 界反應(yīng)系統(tǒng)還包括蒸汽透平及第一水罐，所述蒸汽透平和所述第一水罐通過 蒸汽換熱管連通，部分所述蒸汽換熱管位于所述激冷區(qū)中;其中
所述第一水罐用于向所述蒸汽換熱管提供蒸發(fā)液，所述蒸汽換熱管用于 使所述激冷區(qū)中的所述一次產(chǎn)物和所述蒸汽換熱管中的所述蒸發(fā)液換熱，使 得所述蒸發(fā)液變?yōu)檎羝�，所述蒸汽透平用于從所述蒸汽換熱管接收所述蒸汽， 并將所述蒸汽中含有的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述超臨界反 應(yīng)系統(tǒng)還包括蒸汽換熱器、第一分離器及第二分離器;所述蒸汽換熱器包括 換熱腔體和所述換熱腔體內(nèi)的部分所述蒸汽換熱管，且所述換熱腔體內(nèi)的部 分所述蒸汽換熱管位于所述激冷區(qū)中的部分所述蒸汽換熱管和所述第一水罐 之間;其中，
所述第一分離器通過所述換熱腔體與所述激冷區(qū)連通，所述第一分離器 用于接收并分離所述二次產(chǎn)物，生成三次氣體產(chǎn)物和三次液體產(chǎn)物;所述第 二分離器與所述第一分離器連通，用于接收并分離所述三次液體產(chǎn)物，生成 二氧化碳?xì)怏w和第一渣水;所述蒸汽換熱器用于使所述蒸汽換熱管內(nèi)的蒸發(fā) 液與所述換熱腔體內(nèi)的二次產(chǎn)物換熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述超臨 界反應(yīng)系統(tǒng)還包括排渣鎖斗，以及與所述排渣鎖斗分別連通的液氮罐、第二 水罐;
所述排渣鎖斗與所述超臨界反應(yīng)器中的所述激冷區(qū)連通，用于從所述激 冷區(qū)接收固體殘渣;所述液氮罐用于在排渣鎖斗從激冷區(qū)接收所述固體殘渣 時，向所述排渣鎖斗充入氮?dú)�，以使所述排渣鎖斗內(nèi)的氣壓與所述激冷區(qū)內(nèi) 的氣壓相等。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二水 罐還和所述激冷區(qū)連通，用于在所述超臨界氧化反應(yīng)器運(yùn)行時，向所述激冷 區(qū)提供冷卻液，且所述第二水罐還用于在對所述激冷區(qū)進(jìn)行清洗時，向所述 激冷區(qū)及所述排渣鎖斗提供清洗液。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述液氮罐 還與所述反應(yīng)區(qū)連通，用于所述超臨界反應(yīng)器停止工作時，向所述反應(yīng)區(qū)內(nèi) 充入氮?dú)狻?/P>
12.一種污泥的超臨界處理方法，其特征在于，采用權(quán)利要求5-11任一 項所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，所述污泥的超臨界處理方法包括：
通過換熱裝置，向反應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)入含碳料漿;
使所述含碳料漿在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行超臨界氧化反應(yīng)，以生成一次產(chǎn)物;
換熱區(qū)從所述反應(yīng)區(qū)接收所述一次產(chǎn)物，并通過所述一次產(chǎn)物含有的熱 能對所述換熱裝置內(nèi)的所述含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱;
激冷區(qū)從所述反應(yīng)區(qū)和所述換熱區(qū)接收所述一次產(chǎn)物，并對所述一次產(chǎn) 物進(jìn)行冷卻，以生成二次產(chǎn)物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的污泥的超臨界處理方法，其特征在于，所述 超臨界反應(yīng)系統(tǒng)還包括蒸汽透平及第一水罐，所述蒸汽透平和所述第一水罐 通過蒸汽換熱管連通，所述污泥的超臨界處理方法還包括：
所述第一水罐向所述蒸汽換熱管提供蒸發(fā)液;
所述蒸汽換熱管使所述激冷區(qū)中的所述一次產(chǎn)物與所述蒸汽換熱管中的 所述蒸發(fā)液換熱，使得所述蒸發(fā)液變?yōu)檎羝?
所述蒸汽透平從所述蒸汽換熱管接收所述蒸汽，并將所述蒸汽中含有的 熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
說明書
超臨界反應(yīng)器、超臨界反應(yīng)系統(tǒng)及污泥的超臨界處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及污泥的處理及其裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超臨界反應(yīng)器、 超臨界反應(yīng)系統(tǒng)及污泥的超臨界處理方法。
背景技術(shù)
目前，隨著水資源短缺的問題日益嚴(yán)峻，如何實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用成 為當(dāng)今社會發(fā)展的一個重點(diǎn)問題。實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用需要對污水進(jìn)行凈 化處理，而在該凈化處理過程中將會產(chǎn)生大量污泥，從而需要進(jìn)一步對這些 污泥進(jìn)行處理，由于這些污泥中含有大量的有機(jī)污染物(污泥總質(zhì)量與污泥 中水分的質(zhì)量之差稱為干基質(zhì)量，則有機(jī)污染物的質(zhì)量通常占干基質(zhì)量的30% 以上)，因此，常規(guī)的填埋或焚燒的處理方法將對土地或空氣造成二次污染， 嚴(yán)重影響人類的生存環(huán)境。而與之相對地，超臨界氧化技術(shù)則能夠在短時間 內(nèi)將污泥中的有機(jī)污染物質(zhì)完全氧化，不存在二次污染問題。因此，污泥的 超臨界處理方法日益受到人們的關(guān)注。
在現(xiàn)有技術(shù)中，污泥的超臨界處理一般在超臨界反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，具體為： 按一定比例將污泥與水混合，制成含碳料漿，并將含碳料漿加熱加壓至臨界 點(diǎn)溫度及臨界點(diǎn)壓強(qiáng)以上(通常，臨界點(diǎn)溫度為374.3℃，臨界點(diǎn)壓強(qiáng)為 22.1MPa)，使得含碳料漿中的水轉(zhuǎn)化為超臨界水，進(jìn)而通過超臨界氧化反應(yīng) 對污泥中的有機(jī)污染物進(jìn)行氧化并加以去除。
在超臨界氧化反應(yīng)中，反應(yīng)體系溫度為臨界點(diǎn)溫度以上時，超臨界氧化 反應(yīng)能夠通過自身放熱維持反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。由于污泥的熱值(即單位質(zhì)量 的污泥氧化后所產(chǎn)生的熱量)較小，且將含碳料漿的溫度由常溫升高至臨界 點(diǎn)溫度以上需要吸收大量的熱量，因此直接將常溫的含碳料漿導(dǎo)入超臨界反 應(yīng)器中將造成反應(yīng)體系的溫度降低，致使超臨界氧化反應(yīng)無法自發(fā)進(jìn)行。因 此，現(xiàn)有技術(shù)通常在將含碳料漿通入超臨界反應(yīng)器前，利用超臨界反應(yīng)器輸 出的產(chǎn)物將含碳料漿預(yù)熱至接近臨界點(diǎn)溫度，以維持超臨界反應(yīng)器中的超臨 界氧化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。
然而，超臨界反應(yīng)器輸出的反應(yīng)產(chǎn)物的溫度通常低于上述臨界點(diǎn)溫度， 因此，通常情況下，在含碳料漿的預(yù)熱過程中，含碳料漿的溫度越接近臨界 點(diǎn)溫度，上述反應(yīng)產(chǎn)物的溫度和含碳料漿的溫差就越小，兩者之間的換熱就 越難以進(jìn)行，從而導(dǎo)致含碳料漿中的水在預(yù)熱過程中由普通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R 界狀態(tài)的速率較慢，致使污泥的超臨界處理的效率較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界反應(yīng)器、超臨界反應(yīng)系統(tǒng)及污泥的超 臨界處理方法，以提高含碳料漿中的水在預(yù)熱過程中由普通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R 界狀態(tài)的速率，進(jìn)而提高污泥的超臨界處理的效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
第一方面，本發(fā)明提供了一種超臨界反應(yīng)器，用于對含碳料漿進(jìn)行處理， 包括內(nèi)筒和外筒，所述內(nèi)筒環(huán)繞的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)，所述內(nèi)筒的底部與所述外 筒之間形成的區(qū)域為激冷區(qū)，所述超臨界反應(yīng)器還包括換熱區(qū)，所述換熱區(qū) 分別與所述反應(yīng)區(qū)、所述激冷區(qū)連通，所述換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有換熱裝置;
所述換熱裝置用于向所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)入所述含碳料漿;所述換熱區(qū)用于 從所述反應(yīng)區(qū)接收超臨界氧化反應(yīng)生成的一次產(chǎn)物，并通過所述一次產(chǎn)物含 有的熱能對所述換熱裝置內(nèi)的所述含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱。
本發(fā)明提供的超臨界反應(yīng)器中反應(yīng)區(qū)與換熱區(qū)連通，換熱區(qū)中設(shè)有換熱 裝置，通過換熱裝置將需要預(yù)熱的含碳料漿導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)。通過上述設(shè)置，超 臨界氧化反應(yīng)所得的一次產(chǎn)物能夠直接從反應(yīng)區(qū)進(jìn)入換熱區(qū)，該一次產(chǎn)物所 含有的熱能由換熱裝置的管壁傳導(dǎo)至換熱裝置內(nèi)，進(jìn)而對換熱裝置內(nèi)的含碳 料漿進(jìn)行預(yù)熱。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中超臨界氧化反應(yīng)的產(chǎn)物在經(jīng)過冷卻后輸 出超臨界反應(yīng)器，然而對含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱相比，在本發(fā)明中，一次產(chǎn)物不 必經(jīng)過冷卻即可在換熱區(qū)內(nèi)直接對含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱，此時一次產(chǎn)物的溫度 遠(yuǎn)高于含碳料漿的溫度，從而即使通過該一次產(chǎn)物對含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱，一 次產(chǎn)物的溫度也不會降至接近臨界點(diǎn)溫度。因此，在對含碳料漿預(yù)熱的過程 中，本發(fā)明的含碳料漿和超臨界氧化反應(yīng)所生成一次產(chǎn)物的溫差較大，從而 使得含碳料漿中的水由普通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)的速率得以提高，進(jìn)而提 高污泥的超臨界處理的效率。
此外，由于上述超臨界氧化反應(yīng)的一次產(chǎn)物并非在經(jīng)過冷卻并輸出超臨 界反應(yīng)器后對含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱，而是直接在超臨界反應(yīng)器中對含碳料漿進(jìn) 行預(yù)熱，因此能夠?qū)⒂沙R界氧化反應(yīng)生成的熱能中的較多熱能應(yīng)用在對含 碳料漿的預(yù)熱上，因此，本發(fā)明提供的超臨界反應(yīng)器還能夠減輕超臨界氧化 反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能的浪費(fèi)。
第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，用于對含碳料 漿進(jìn)行處理，包括上述技術(shù)方案所述的超臨界反應(yīng)器，所述超臨界反應(yīng)器包 括反應(yīng)區(qū)、換熱區(qū)和激冷區(qū)，所述換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有換熱裝置;其中，
所述換熱裝置用于向所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)入含碳料漿;所述反應(yīng)區(qū)用于使所 述含碳料漿進(jìn)行超臨界氧化反應(yīng)，以生成一次產(chǎn)物;所述換熱區(qū)用于從所述 反應(yīng)區(qū)接收所述一次產(chǎn)物，并通過所述一次產(chǎn)物含有的熱能對所述換熱裝置 內(nèi)的含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱;所述激冷區(qū)用于從所述反應(yīng)區(qū)和所述換熱區(qū)接收所 述一次產(chǎn)物，并對所述一次產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，以生成二次產(chǎn)物。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的超臨界處理系統(tǒng)具有的優(yōu)勢與上述超臨 界反應(yīng)器相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。
第三方面，本發(fā)明還提供了一種污泥的超臨界處理方法，采用上述技術(shù) 方案所述的超臨界反應(yīng)系統(tǒng)，所述污泥的超臨界處理方法包括：
通過換熱裝置，向反應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)入所述含碳料漿;
使所述含碳料漿在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行超臨界氧化反應(yīng)，以生成一次產(chǎn)物;
換熱區(qū)從所述反應(yīng)區(qū)接收所述一次產(chǎn)物，并通過所述一次產(chǎn)物含有的熱 能對所述換熱裝置內(nèi)的所述含碳料漿進(jìn)行預(yù)熱;
激冷區(qū)從所述反應(yīng)區(qū)和所述換熱區(qū)接收所述一次產(chǎn)物，并對所述一次產(chǎn) 物進(jìn)行冷卻，以生成二次產(chǎn)物。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的污泥的超臨界處理方法具有的優(yōu)勢與上 述超臨界反應(yīng)系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。
