一種超臨界水系統的降壓裝置及方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境保護及化工領域，具體涉及一種超臨界水系統的降壓裝置及方法。
【【背景技術】】
[0002]超臨界水氧化技術(Supercritical Water Oxidat1n，簡稱SCW0)作為一種新興的有機廢物處理技術，是利用水在超臨界狀態(Tc = 374°C，Pc = 22.1MPa)下所具有的特殊性質，使有機物和氧化劑完全溶于超臨界水中，并迅速發生均相氧化反應，迅速、徹底地將有機物轉化成無害化的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，水的熱物理性質相對于常溫下的水發生了明顯改變。介電常數的顯著降低導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，因而氧化反應在均相環境中進行，有效避免了相界面對傳質和傳熱的相間阻力。另外，超臨界水的低粘度保證了反應物在超臨界水中的高擴散率，進而促進了快速有效的反應。因此超臨界水為有機物的氧化降解提供了理想的反應媒介。
[0003]與傳統有機廢物的處理技術相比，SCWO具有明顯的技術優勢:I)反應徹底、處理效率高；2)反應系統封閉，不會產生二次污染;3)反應速率極高，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過程中轉化為殘渣態，可實現高效穩定化。5)當有機物含量超過3^%時，可依靠反應過程中自身釋放的熱量來維持系統熱量平衡，不需外界補充輔助能量，富裕能量還可以回收利用。因此，超臨界水氧化技術被廣泛應用于有機廢水及污泥的無害化處理領域。
[0004]要實現有機污染物在超臨界水反應器內分解，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)，在反應器處理后物料就必須降溫降壓后，才可從系統中輸出。現有的超臨界水系統多采用一個壓力調節閥來控制系統壓力及降壓，那么系統整個壓降在一個點實現，這會導致此處非常高的物料流速，亦容易引發閥門出現故障，影響系統的運行可靠性。此外，對于含有固體顆粒的超臨界水系統降壓過程中，惰性無機鹽的存在會導致調節閥內部元件出現嚴重的磨蝕或者堵塞，因此不建議一步實現流體的徹底降壓。
[0005]毛細管的降壓原理為通過流體流經小管徑毛細管(ID.1?10mm)所產生的沿程阻力來實現物料壓降，并且可通過調節進入毛細管的流體流量來實現毛細管前壓力的精確控制。將毛細管降壓器應用于超臨界水系統實現物料壓降，可有效避免采用單個閥門降壓時管內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超臨界水系統壓力的精確控制，進而保證系統穩定可靠的運行。
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【發明內容】
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[0006]本發明的目的是克服超臨界水處理系統的降壓不可靠的問題，提供一種一種超臨界水系統的降壓裝置及方法，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，還可實現對系統壓力的精確控制。
[0007]為達到以上目的，本發明采用以下技術方案予以實現:
[0008]—種超臨界水系統的降壓系統，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;高壓流體通過反應后液體管流入第二截止閥，且反應后液體管上還設置有用于監測超臨界水氧化反應系統壓力的壓力表。
[0009]本發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節閥，第二調節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節閥出口后端的管路上。
[0013]所述毛細管降壓器的管道內徑為I?10mm。
[0014]所述啟動停機支路包括依次串聯第三截止閥和第一調節閥，第三截止閥的入口連接至第二截止閥入口前端的管路上，第一調節閥的出口連接至毛細管降壓器出口后端的管路上O
[0015]采用背壓調節閥替換第一調節閥。
[0016]所述啟動停機支路包括四組并聯的毛細管降壓器，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;第一調節閥的出口與毛細管的出口匯合后與第二調節閥的入口相連通，第二調節閥的出口為降壓后的流體出口。
[0018]本發明還公開了一種超臨界水系統的降壓方法，包括以下步驟:
[0019]I)系統啟動階段，阻力水支路的阻力水栗未啟動，關閉降壓支路的截止閥，打開啟動停機支路的截止閥；隨著系統充水，逐漸調節啟動停機支路的調節閥的開度，使系統壓力逐漸上升至設定操作壓力;打開降壓支路的截止閥，關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壓力上升至設定工作壓力；
[0020]2)系統運行階段，通過調節阻力水栗的流量控制超臨界水氧化反應反應器后的壓力在24?26MPa;
[0021]3)系統停機階段，關閉阻力水栗，打開啟動停機支路的截止閥，關閉降壓支路的截止閥，逐漸調節啟動停機支路的調節閥的開度，使系統壓力逐漸降低至設定操作壓力。
[0022]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0023]首先，本發明高壓流體流經一定長度的毛細管，通過流體的沿程阻力實現其壓力的穩步降低;其次毛細管作為降壓部件，流體流經其流速可控制在一定的范圍內，有效避免了通過單個閥門降壓時流體流速過高而導致的閥門故障問題。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，進而保障整個系統的安全、可靠、穩定的運彳丁 ；最后，通過控制流入毛細管的流體流量，可以實現超臨界水系統壓力的精確調
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【【附圖說明】】
[0024]圖1是本發明實施例1的整體結構示意圖；
[0025]圖2是本發明實施例2的整體結構示意圖；
[0026]圖3是本發明實施例3的整體結構示意圖；
[0027]圖4是本發明實施例4的整體結構示意圖；
[0028]圖5是本發明實施例5的整體結構示意圖。
[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-調節閥;9-反應后液體管；10-阻力水接管。
【【具體實施方式】】
[0030]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述:
[0031]實施例1:
[0032]如圖1所示，降壓系統包括降壓支路、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，其管道內徑在I?1mm范圍內，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節閥8，第一調節閥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。超臨界水氧化反應后高壓流體流入反應后液體管9，反應后液體管9出口連接于降壓支路。阻力水接管10連接于反應后液體管9。通過壓力表4監測超臨界水氧化反應系統壓力。
[0033]降壓過程如下:
[0034]系統啟動階段，阻力水栗2未啟動，關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。隨著系統充水，逐漸調節第一調節閥8開度，使系統壓力逐漸上升至設定操作壓力。打開降壓支路第二截止閥5，關閉第三截止閥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壓力上升至設定工作壓力。正常運行階段，通過調節阻力水栗2的流量控制超臨界水氧化反應系統壓力。系統停機階段，關閉阻力水栗2，打開啟動停機支路第二截止閥5，關閉降壓支路的第三截止閥6。逐漸調節第一調節閥8開度，使系統壓力逐漸降低至設定操作壓力。
[0035]實施例2:
[0036]如圖2所示，將實施例1中的第一調節閥8替換為背壓調節閥11。通過調節背壓閥來實現