一種超臨界水氧化系統(tǒng)熱能的回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界水氧化系統(tǒng)熱能的回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高濃度(化學(xué)需氧量C0D>2000mg/L)、有毒、難降解有機(jī)廢水的處理是國內(nèi)外公認(rèn)的技術(shù)難題。傳統(tǒng)的有機(jī)廢水處理技術(shù)(如物化處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、濕式氧化、焚燒等)存在成本高、降解率低、易衍生二次污染等問題。超臨界水氧化(Supercritical WaterOxidat1n，SCffO)作為一種新型的處理有機(jī)廢水技術(shù)，是有效解決這一難題的方法之一。
[0003]超臨界水氧化是在超過水的臨界點(diǎn)(PC = 22.1MPa, TC = 374°C )的高溫高壓條件下，以空氣或其他氧化劑，將有機(jī)物進(jìn)行“燃燒”氧化的方法。水的極性是溫度和壓力的函數(shù)，超臨界水是一種非極性溶劑。在超臨界水的環(huán)境下，有機(jī)物和氣體可完全互溶，氣液兩相的相界面消失，形成均一相體系，反應(yīng)速度大大加快。在小于I分鐘甚至幾秒鐘的停留時間內(nèi)，99.9%以上的有機(jī)物迅速燃燒氧化成C02、H20和其他無毒無害的終端產(chǎn)物。反應(yīng)溫度一般在400 - 650°C，避免了 S02、N0x、二惡英等二次污染物的產(chǎn)生。整個燃燒氧化過程產(chǎn)生大量的熱，具有較大的熱量回收潛力。但是，要實(shí)現(xiàn)超臨界水氧化的高溫高壓反應(yīng)條件需要耗費(fèi)巨大的熱量。因此，如何有效回收反應(yīng)流體的熱量，降低系統(tǒng)能耗，甚至實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱量自給，是該技術(shù)應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，有必要針對上述問題，提供一種超臨界水氧化系統(tǒng)熱能的回收方法。本發(fā)明通過逐級回收超臨界水氧化反應(yīng)熱能，對所回收的熱能進(jìn)行梯級利用，大大降低系統(tǒng)的能耗。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]本發(fā)明的一種超臨界水氧化系統(tǒng)熱能的回收方法，包括一級回收系統(tǒng)，二級回收系統(tǒng)，三級回收系統(tǒng)；
[0007]所述一級回收系統(tǒng)回收的熱量，首先用于預(yù)熱從低溫多效蒸餾器排出的濃縮液和上支路蒸發(fā)水，然后與二級回收系統(tǒng)進(jìn)行熱能交換，所述二級回收系統(tǒng)回收經(jīng)所述一級回收系統(tǒng)回收后的剩余熱量，用于加熱熱源水；所述三級回收系統(tǒng)與二級回收系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換，所述三級回收系統(tǒng)用于回收經(jīng)二級回收系統(tǒng)回收后剩余的熱量，同時回收由低溫多效蒸餾器底部產(chǎn)生的熱量；
[0008]所述一級回收系統(tǒng)包括水膜反應(yīng)器，第五換熱器，第四換熱器；所述第五換熱器、第四換熱器的進(jìn)口通道均與水膜反應(yīng)器的反應(yīng)流體出口通道相連接，出口通道聯(lián)通二級回收系統(tǒng)；
[0009]所述二級回收系統(tǒng)包括低溫多效蒸餾器，第二換熱器，第三換熱器，循環(huán)栗；所述第三換熱器的熱源水出口依次連接循環(huán)栗、低溫多效蒸餾器、第二換熱器、最后與第三換熱器的熱源水入口連接；
[0010]所述三級回收系統(tǒng)包括第一換熱器；低溫多效蒸餾器的冷卻水出口與第一換熱器連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述一級回收系統(tǒng)回收熱量的過程為:水膜反應(yīng)器中的濃縮廢液反應(yīng)后變成反應(yīng)流體排出反應(yīng)器，所述反應(yīng)流體排出水膜反應(yīng)器時溫度為300-350°C ;隨后反應(yīng)流體分為三條支路:
[0012]第一支路經(jīng)第三調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，進(jìn)入第四換熱器進(jìn)行換熱，對濃縮廢液進(jìn)行預(yù)熱，將所述濃縮廢液預(yù)熱后溫度控制在常溫至250°C ;
[0013]第二支路經(jīng)第四調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，進(jìn)入第五換熱器進(jìn)行換熱，對上支路蒸發(fā)水進(jìn)行預(yù)熱，將所述蒸發(fā)水預(yù)熱至200-340°C ;
[0014]第三條路為反應(yīng)流體多余熱量，通過第五調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后通入直流通路；
[0015]隨后三條支路的反應(yīng)流體重新匯流后進(jìn)入第三換熱器，與熱源水進(jìn)行換熱。
[0016]進(jìn)一步的，所述二級回收系統(tǒng)回收熱量的過程為:熱源水與反應(yīng)流體于第三換熱器中進(jìn)行熱交換，回收超臨界水氧化反應(yīng)流體余熱，所述熱源水被加熱至70-90°C，隨后所述熱源水流經(jīng)循環(huán)栗升壓后，進(jìn)入低溫多效蒸餾器，進(jìn)而加熱廢水；然后熱源水從低溫多效蒸餾器流出進(jìn)入第二換熱器，利用剩余熱量對廢水進(jìn)行預(yù)熱；最后流回第三換熱器完成循環(huán)。
[0017]進(jìn)一步的，所述三級回收系統(tǒng)回收熱量的過程為:冷卻水首先注入低溫多效蒸餾器，將低溫多效蒸餾器底部產(chǎn)生的蒸汽冷凝為蒸餾水，同時，冷卻水被初步加熱；隨后被初步加熱冷卻水通入第一換熱器，與經(jīng)第三換熱器換熱后流出的反應(yīng)流體進(jìn)行換熱，所述冷卻水在所述第一換熱器換熱后溫度變?yōu)?0-60°C熱水，產(chǎn)生熱水對外輸出。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019]本發(fā)明通過對超臨界水氧化系統(tǒng)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱熱量進(jìn)行逐級回收利用，高溫段熱能用于超臨界水氧化物料如蒸發(fā)水、廢液的預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)系統(tǒng)的熱能平衡；中溫段熱能作為低溫多效蒸餾系統(tǒng)的驅(qū)動熱源，實(shí)現(xiàn)廢水濃縮；低溫段熱能用于產(chǎn)生熱水，對外輸出實(shí)現(xiàn)收益。整體熱量回收系統(tǒng)符合溫度對口，梯級利用原則，從而大大降低系統(tǒng)的能耗，甚至實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱量自給。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)超臨界水氧化系統(tǒng)熱能的回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖1中標(biāo)記:
[0022]第二換熱器I;低溫多效蒸餾器2;真空栗3;廢液增壓栗4;
[0023]第一調(diào)節(jié)閥5;第四換熱器6;氧氣罐7;氧氣增壓栗8;
[0024]第三調(diào)節(jié)閥9;水膜反應(yīng)器10;電加熱器11;第四調(diào)節(jié)閥12;
[0025]第五調(diào)節(jié)閥13;第二調(diào)節(jié)閥14;第五換熱器15;蒸餾水增壓栗16 ;
[0026]循環(huán)栗17;第三換熱器18;第一換熱器19;背壓閥20;
[0027]氣液分離器21。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0029]一級回收系統(tǒng)回收熱量過程:超臨界水氧化系統(tǒng)熱能的回收系統(tǒng)中，低溫多效蒸餾器2產(chǎn)生的濃縮廢液經(jīng)廢液增壓栗4增壓，從進(jìn)口通道6-1進(jìn)入第四換熱器6進(jìn)行初步預(yù)熱后，從水膜反應(yīng)器10的頂部進(jìn)口通道10-2注入；氧氣罐7中的氧氣經(jīng)氧氣增壓栗8增壓后，從水膜反應(yīng)器10的頂部進(jìn)口通道10-1注入，濃縮廢液中的有機(jī)物和氧氣在水膜反應(yīng)器10中進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)。蒸餾水利用蒸餾水增壓栗16增壓后分為上下兩條支路，上支路蒸發(fā)水經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥5調(diào)節(jié)流量，從進(jìn)口通道15