一種用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保及化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界水氧化(Supercritical Water 0xidat1n，SCW0)技術(shù)是利用超臨界水(T>374.15°C，P>22.1MPa)介于液態(tài)和氣態(tài)間的特殊性質(zhì)，即介電常數(shù)近似于非極性有機(jī)溶劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度，可與大部分有機(jī)物、氧氣、二氧化碳等非極性分子完全互溶，使難降解有機(jī)物可在超臨界水中發(fā)生快速、徹底的均相氧化反應(yīng)，在美國國家關(guān)鍵技術(shù)所列的六大領(lǐng)域之一 “能源與環(huán)境”中被定義為最有前途的廢水處理技術(shù)。
[0003]超臨界水氧化反應(yīng)需要將物料加壓加溫到超臨界狀態(tài)，需要消耗大量的能量，而超臨界水氧化反應(yīng)本身又是放熱反應(yīng)，反應(yīng)后的流體溫度高于預(yù)熱溫度，因此，利用反應(yīng)后的流體來加熱物料能有效降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。然而，由于反應(yīng)前后的物料一般都具有較強(qiáng)的腐蝕性，直接換熱的換熱器需要采用昂貴的耐腐蝕材料并設(shè)計(jì)較厚的腐蝕裕量，導(dǎo)致?lián)Q熱器的投資極高，另外，反應(yīng)放熱波動及換熱器效率波動等問題，會導(dǎo)致物料預(yù)熱不足或過熱的情況，因此，需要構(gòu)建一種可以同時降低運(yùn)行成本及投資成本，且運(yùn)行可靠的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度的利用反應(yīng)后流體的熱量，降低運(yùn)行費(fèi)用。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明公開了一種用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，包括物料主回路及中間介質(zhì)回路；
[0007]由依次連接的物料栗、預(yù)熱器、噴水減溫器、反應(yīng)器及回?zé)崞鳂?gòu)成物料主回路；由依次連接的緩沖罐、循環(huán)栗、回?zé)崞?、預(yù)熱器、水冷器構(gòu)成中間介質(zhì)回路;預(yù)熱器與回?zé)崞骶鶠樘坠苁綋Q熱器；
[0008]物料栗與預(yù)熱器的外管入口相連，預(yù)熱器的外管出口與噴水減溫器相連，反應(yīng)器與回?zé)崞鞯耐夤苋肟谙噙B;緩沖栗通過循環(huán)栗與回?zé)崞鞯膬?nèi)管入口相連，回?zé)崞鞯膬?nèi)管出口與預(yù)熱器的內(nèi)管入口相連，預(yù)熱器的內(nèi)管出口通過水冷器與緩沖罐相連;在緩沖罐頂部設(shè)有背壓閥；
[0009]還包括補(bǔ)水支路，補(bǔ)水支路上設(shè)有減溫水栗，減溫水栗的出口分為兩條支路，一條與噴水減溫器相相連，另一條與緩沖罐相連。
[0010]中間介質(zhì)回路中還包括加熱器，加熱器設(shè)置在回?zé)崞髋c預(yù)熱器相連的管路上。
[0011 ] 加熱器的出口經(jīng)高溫分流支路與水冷器的入口相連;且在該高溫分流支路上設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥。
[0012]加熱器為電磁加熱器或電導(dǎo)加熱器。
[0013]減溫水栗與緩沖罐相連的管路上還設(shè)有第二調(diào)節(jié)閥。
[0014]預(yù)熱器與回?zé)崞鞯膬?nèi)管流體為待處理物料，外管流體為中間介質(zhì)。
[0015]中間介質(zhì)為水、導(dǎo)熱油或熔鹽;且當(dāng)中間介質(zhì)為水時，回?zé)崞鞯闹虚g內(nèi)管出口壓力高于外管進(jìn)口壓力。
[0016]預(yù)熱器與回?zé)崞鞯耐夤苡傻秃辖鸩讳P鋼制成，內(nèi)管由高溫鎳基合金制成，且能夠根據(jù)溫度區(qū)間細(xì)分選材。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0018]本發(fā)明公開的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，由依次連接的物料栗、預(yù)熱器、噴水減溫器、反應(yīng)器、回?zé)崞鳂?gòu)成物料主回路，由緩沖罐、循環(huán)栗、回?zé)崞?、預(yù)熱器、水冷器構(gòu)成中間介質(zhì)回路。中間介質(zhì)將超臨界水氧化反應(yīng)后流體的熱量傳遞給反應(yīng)前的物料，利用超臨界水氧化反應(yīng)后流體的熱量來對物料進(jìn)行預(yù)熱，中間介質(zhì)的壓力由緩沖罐上設(shè)置的背壓閥及補(bǔ)水支路設(shè)置的減溫水栗來維持，能夠最大限度的利用反應(yīng)后流體的熱量。本發(fā)明的換熱裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠最大化地降低系統(tǒng)的投資成本，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0019]進(jìn)一步地，在中間介質(zhì)回路上設(shè)置加熱器，用于啟動時的加熱和正常運(yùn)行時的補(bǔ)熱，相對于直接加熱物料的方式，加熱效率高，安全可靠性好，調(diào)節(jié)靈敏性好。
[0020]進(jìn)一步地，采用電磁式或電導(dǎo)式加熱器，用于啟動時的升溫以及正常運(yùn)行時的補(bǔ)熱，相對于燃?xì)鉅t加熱方式，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈敏，系統(tǒng)波動小，穩(wěn)定性高。
[0021]進(jìn)一步地，套管式換熱器外管流體為中間介質(zhì)，可以選用高壓水，外管材料采用相對廉價的低合金不銹鋼，相對于直接換熱方式，可將換熱器投資費(fèi)用降低40 %左右。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1、物料栗;2、緩沖罐;3、預(yù)熱器;4、反應(yīng)器;5、噴水減溫器;6、減溫水栗;7、加熱器;8、回?zé)崞?9、第一調(diào)節(jié)閥；10、水冷器;11、背壓閥；12、循環(huán)栗；13、第二調(diào)節(jié)閥。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0025]參見圖1，本發(fā)明公開的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，包括物料栗
1、緩沖罐2、預(yù)熱器3、反應(yīng)器4、噴水減溫器5、減溫水栗6、加熱器7、回?zé)崞?、第一調(diào)節(jié)閥9、水冷器10、背壓閥11、循環(huán)栗12、第二調(diào)節(jié)閥13。物料栗1、預(yù)熱器3、噴水減溫器5、反應(yīng)器4、回?zé)崞?依次連接構(gòu)成物料主回路;緩沖罐2、循環(huán)栗12、回?zé)崞?、預(yù)熱器3、水冷器10構(gòu)成中間介質(zhì)回路;加熱器7出口經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥9支路與水冷器10入口連接;緩沖罐2頂部設(shè)置背壓閥11;減溫水栗6出口連接噴水減溫器5，同時經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥13與緩沖罐2連接。物料栗I與預(yù)熱器3的外管入口相連，預(yù)熱器3的外管出口與噴水減溫器5相連，反應(yīng)器4與回?zé)崞?的外管入口相連;緩沖栗2通過循環(huán)栗12與回?zé)崞?的內(nèi)管入口相連，回?zé)崞?的內(nèi)管出口與預(yù)熱器3的內(nèi)管入口相連，預(yù)熱器3的內(nèi)管出口通過水冷器10與緩沖罐2相連。
[0026]其中，預(yù)熱器3與回?zé)崞?是套管式換熱器，內(nèi)管流體為調(diào)配好的待處理物料，外管流體為中間介質(zhì)高壓水;外管材料選用低合金不銹鋼，內(nèi)管材料選用高溫鎳基合金材質(zhì)，且根據(jù)溫度區(qū)間細(xì)分選材。水冷器10的冷源為外接冷卻水，水冷器10的進(jìn)口與加熱器7出口的高溫分流支路相連接;加熱器7的形式為電磁加熱或電導(dǎo)加熱。緩沖罐2頂部設(shè)置背壓閥11，緩沖罐2經(jīng)調(diào)節(jié)閥13與減溫水栗6的進(jìn)口相連接。
[0027]為了對本發(fā)明進(jìn)一步了解，現(xiàn)對其工作原理做一說明。
[0028]在具體實(shí)施中，調(diào)配好的物料經(jīng)物料栗I進(jìn)入預(yù)熱器3中被預(yù)熱到反應(yīng)所需的預(yù)熱溫度，進(jìn)入反應(yīng)器4進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)放出一定的熱量，反應(yīng)后流體進(jìn)入回?zé)崞?將熱量傳遞給中間介質(zhì)，同時被冷卻下來進(jìn)入后續(xù)工藝。中間介質(zhì)從緩沖罐2開始，在循環(huán)栗12的作用下，先經(jīng)過回?zé)崞?吸收反應(yīng)后流體的熱量，再流經(jīng)加熱器7，必要時加熱器開啟，使中間介質(zhì)的溫度進(jìn)一步提升，再進(jìn)入預(yù)熱器3，將熱量傳遞給物料。
[0029]由于超臨界水氧化系統(tǒng)中，反應(yīng)前后的物料均為超臨界壓力的流體，在臨界點(diǎn)附近存在大比熱區(qū)，為了匹配超臨界流體的焓溫變化特性，中間介質(zhì)的壓力應(yīng)高于反應(yīng)后流體的壓力，中間介質(zhì)回路的壓力靠緩沖罐上的背壓閥和減溫水栗接向緩沖罐的補(bǔ)水支路維持。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，包括物料主回路及中間介質(zhì)回路； 由依次連接的物料栗(I)、預(yù)熱器(3)、噴水減溫器(5)、反應(yīng)器(4)及回?zé)崞?8)構(gòu)成物料主回路；由依次連接的緩沖罐(2)、循環(huán)栗(12)、回?zé)崞?8)、預(yù)熱器(3)、水冷器(10)構(gòu)成中間介質(zhì)回路； 物料栗(I)與預(yù)熱器(3)的外管入口相連，預(yù)熱器(3)的外管出口與噴水減溫器(5)相連，反應(yīng)器(4)與回?zé)崞?8)的外管入口相連;緩沖栗(2)通過循環(huán)栗(12)與回?zé)崞?8)的內(nèi)管入口相連，回?zé)崞?8)的內(nèi)管出口與預(yù)熱器(3)的內(nèi)管入口相連，預(yù)熱器(3)的內(nèi)管出口通過水冷器(10)與緩沖罐(2)相連;在緩沖罐(2)頂部設(shè)有背壓閥(11); 還包括補(bǔ)水支路，補(bǔ)水支路上設(shè)有減溫水栗(6)，減溫水栗(6)的出口分為兩條支路，一條與噴水減溫器相(5)相連，另一條與緩沖罐(2)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，中間介質(zhì)回路中還包括加熱器(7)，加熱器(7)設(shè)置在回?zé)崞?8)與預(yù)熱器(3)相連的管路上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，加熱器(7)的出口經(jīng)高溫分流支路與水冷器(10)的入口相連;且在該高溫分流支路上設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥(9)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，加熱器(7)為電磁加熱器或電導(dǎo)加熱器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，減溫水栗(6)與緩沖罐(2)相連的管路上還設(shè)有第二調(diào)節(jié)閥(13)。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，預(yù)熱器(3)與回?zé)崞?8)均為套管式換熱器，預(yù)熱器(3)與回?zé)崞?8)的內(nèi)管流體為待處理物料，外管流體為中間介質(zhì)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，中間介質(zhì)為水、導(dǎo)熱油或熔鹽;且當(dāng)中間介質(zhì)為水時，回?zé)崞?8)的中間內(nèi)管出口壓力高于外管進(jìn)口壓力。8.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，其特征在于，預(yù)熱器(3)與回?zé)崞?8)的外管由低合金不銹鋼制成，內(nèi)管由高溫鎳基合金制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于超臨界水氧化系統(tǒng)的中間介質(zhì)換熱裝置，屬于環(huán)保及化工技術(shù)領(lǐng)域，包括物料主回路及中間介質(zhì)回路；由依次連接的物料泵、預(yù)熱器、噴水減溫器、反應(yīng)器及回?zé)崞鳂?gòu)成物料主回路；由依次連接的緩沖罐、循環(huán)泵、回?zé)崞?、預(yù)熱器、水冷器構(gòu)成中間介質(zhì)回路；在緩沖罐頂部設(shè)有背壓閥；還包括補(bǔ)水支路，補(bǔ)水支路上設(shè)有減溫水泵，減溫水泵的出口分為兩條支路，一條與噴水減溫器相相連，另一條與緩沖罐相連。本發(fā)明的換熱裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠最大化地降低系統(tǒng)的投資成本，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
【IPC分類】F28F21/08, F28D7/16, F28F27/00
【公開號】CN105627814
【申請?zhí)枴緾N201610136694
【發(fā)明人】王樹眾, 任萌萌, 唐興穎, 張潔, 王玉珍, 李艷輝
【申請人】西安交通大學(xué), 陜西萬豐能源環(huán)保科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月10日