申请日2009.11.03
公开(公告)日2010.04.28
IPC分类号C02F1/72; C02F1/00
摘要
本发明属于环境保护领域，涉及利用超临界水作为反应介质对高浓度难生化降解的有机废水/城市污泥等废有机物液体进行无害化处理和资源化利用，公开了一种具有堵塞清理功能的超临界水处理系统及其堵塞清理方法。利用原有超临界水处理系统的主体设备，通过简单地添加辅助管路和阀门，就能够实现物料供应通路的正冲洗和反冲洗，达到清理堵塞物的目的。
权利要求书
1.一种具有防堵清理功能的超临界水处理系统，包括：
反应单元，包含垂直布置的混合器、内置蒸发壁的逆流罐式的反应器、脱盐除渣装置、贮盐池，所述混合器的物料出口端连通反应器的物料入口端，反应器底部的排盐出口端与脱盐除渣装置的入口端连通，脱盐除渣装置的底部出口端与贮盐池的入口端连通;所述反应器内设置有换热盘管;
供氧单元，包含液氧贮槽、液氧泵、液氧汽化器、用于预热氧气的第一换热器，并依次串联组成供氧通路，向混合器氧气入口端提供氧气;
供料单元，包含储料箱、第一高压计量泵、换热器组、第一电加热器，并依次串联组成物料通路，向混合器的物料入口端提供物料;
气体收集单元，包含高压汽液分离器，依次连通高压汽液分离器的顶部出口端的第一背压阀和氢气瓶，第一低压汽液分离器，设置在高压汽液分离器底部出口端与第一低压汽液分离器顶部入口端之间的第二背压阀，第二低压汽液分离器，分别连通第一、第二低压汽液分离器顶部出口端的二氧化碳干燥器，依次连通二氧化碳干燥器的二氧化碳增压泵和二氧化碳气瓶;
第一蒸发壁水供应单元，包含依次连通第一低压汽液分离器底部出口端的第一集液箱、第二高压计量泵、预热第一集液箱所提供的蒸发壁水的第三换热器、第二电加热器，第二电加热器的出口端分为三路，一路与混合器的蒸发壁水的入口端连通，另一路与反应器顶部的蒸发壁水入口端连通，第三路与反应器中部的蒸发壁水入口端连通;
第二蒸发壁水供应单元，包含依次连通第二低压汽液分离器底部出口端的第二集液箱、第三高压计量泵、预热第二集液箱所提供蒸发壁水的第二换热器;第二换热器的蒸发壁水出口端连通反应器的底部蒸发壁水入口端;
所述反应器的反应出口端连通第三换热器的热源入口端，所述第三换热器的热源出口端连通高压汽液分离器的入口端;所述脱盐除渣装置的上部出口端的流体作为热源依次流经第一换热器、第二换热器，并通过第三背压阀流入第二低压汽液分离器;
所述换热盘管的入口端依次连接有高压冷却水泵和冷却水箱，其出口端提供富余的蒸汽或热水;
其特征在于：
在第一高压计量泵入口和第一集液箱之间设置有连通的正冲洗辅助管路，在储料箱的出口端设置有第一辅助阀，在正冲洗辅助管路中设置有第二辅助阀;
在第一电加热器的物料出口端和高压冷却水泵的出口端连通有反冲洗辅助管路，反冲洗辅助管路中设置有第三辅助阀;
在换热器组的物料入口端、出口端以及第一电加热器的物料出口端分别连通有第一、第二、第三排放管，第一、第二、第三排放管上对应设置有第一、第二、第三排放阀;
在混合器的物料入口端设置有第四辅助阀。
2.根据权利要求1所述的一种具有防堵清理功能的超临界水处理系统，其特征在于，还包括：用于检测所述换热器组的物料入口端和出口端的压差变化的第一压差变送器，以及用于检测所述第一电加热器的物料入口端和出口端的压差变化的第二压差变送器。
3.根据权利要求1所述的具有防堵清理功能的超临界水处理系统的堵塞清理方法，其特征在于，包括以下步骤：
当换热器组和/或第一电加热器的物料管路需要清理堵塞物时，采用正冲洗方式和/或反冲洗方式;
正冲洗时，先关闭第一辅助阀，开启第二排放阀，关闭第一排放阀，开启第二辅助阀，开启第一高压计量泵，正冲洗换热器组;换热器组正冲洗完毕后，打开第三排放阀，关闭第二排放阀、第三辅助阀和第四辅助阀，正冲洗第一电加热器;
反冲洗时，先关闭第三排放阀，打开第二排放阀、关闭第四辅助阀，开启第三辅助阀，开启高压冷却水泵，反冲洗第一电加热器;第一电加热器正冲洗完毕后，打开第一排放阀，关闭第二排放阀、第一辅助阀和第二辅助阀，正冲洗换热器组。
说明书
具有堵塞清理功能的超临界水处理系统及其堵塞清理方法
技术领域
本发明属于环境保护领域，涉及利用超临界水作为反应介质对高浓度难生化降解的有机废水/城市污泥等废有机物液体进行无害化处理和资源化利用，特别涉及一种具有堵塞清理功能的超临界水处理系统及其堵塞清理方法。
背景技术
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T=374.15℃，P=22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。在足够高的压力下，有机物、氧气能按任意比例与SCW互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质、传热的阻力，并且无机物特别是盐类在SCW中的溶解度极低，容易将其分离出来。
有机物超临界水处理技术包括超临界水氧化技术(简称SCWO)、超临界水部分氧化技术(简称SCWPO)和超临界水气化技术(简称SCWG)，SCWO是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物，SCWO是以有机物无害化处理为终极目标。SCWPO是利用超临界水的独特物理化学性质，在提供部分氧化剂的前提下，使有机物分解生成以氢气为主的一种可燃性气体。SCWG是利用超临界水独特的物理化学性质，在不加氧化剂的条件下，有机物在超临界水中发生水解、热解等反应，生成以氢气为主的一种可燃性气体。SCWPO和SCWG是以有机物转化产生氢气为终极目标。总之，超临界水处理技术是利用超临界水对有机物和氧化剂都是良好溶剂的特殊性质，在提供不同数量氧化剂的前提下有机物在超临界水环境中进行均相反应，迅速、完全、彻底地将有机物结构深度破坏，转化成无害的CO2、H2(SCWPO和SCWG)和H2O等无害化的小分子化合物。
但是，在废有机物超临界水处理过程(具体废有机物超临界水处理系统、操作方法、控制方法可参考申请人的在先中国专利申请，申请号分别为200910022342.2、200910022849.8、200910024282.8)中，废有机物需要在物料管路中被预热到一定温度后，进入超临界水处理反应器参与反应。在预热过程中，物料中的部分有机物会发生热解、水解等反应，生成部分木炭和焦油等物质。此外，物料中可能含有部分无机物，这些无机物在流经物料管路时会部分沉积。当物料流速较低、物料管路口径较小时，这些物质会导致废有机物超临界水处理系统中的物料管路堵塞，致使整个系统停机，需要进行清洁处理，才能进行启动。这大大降低了废有机物超临界水处理系统运行的可靠性，大大增加了系统的运行成本。目前，在防止废有机物超临界水处理系统物料管路堵塞的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有防堵清理功能的超临界水处理系统及其堵塞清理方法，通过添加辅助管路和阀门，能够方便地清理废有机物超临界水处理系统物料管路中的堵塞物，使超临界水处理系统能够长期可靠安全运行，降低其运行成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
(1)一种具有防堵清理功能的超临界水处理 系统，包括：
反应单元，包含垂直布置的混合器、内置蒸发壁的逆流罐式的反应器、脱盐除渣装置、贮盐池，所述混合器的物料出口端连通反应器的物料入口端，反应器底部的排盐出口端与脱盐除渣装置的入口端连通，脱盐除渣装置的底部出口端与贮盐池的入口端连通;所述反应器内设置有换热盘管;
供氧单元，包含液氧贮槽、液氧泵、液氧汽化器、用于预热氧气的第一换热器，并依次串联组成供氧通路，向混合器氧气入口端提供氧气;
供料单元，包含储料箱、第一高压计量泵、换热器组、第一电加热器，并依次串联组成物料通路，向混合器的物料入口端提供物料;
气体收集单元，包含高压汽液分离器，依次连通高压汽液分离器的顶部出口端的第一背压阀和氢气瓶，第一低压汽液分离器，设置在高压汽液分离器底部出口端与第一低压汽液分离器顶部入口端之间的第二背压阀，第二低压汽液分离器，分别连通第一、第二低压汽液分离器顶部出口端的二氧化碳干燥器，依次连通二氧化碳干燥器的二氧化碳增压泵和二氧化碳气瓶;
第一蒸发壁水供应单元，包含依次连通第一低压汽液分离器底部出口端的第一集液箱、第二高压计量泵、预热第一集液箱所提供的蒸发壁水的第三换热器、第二电加热器，第二电加热器的出口端分为三路，一路与混合器的蒸发壁水的入口端连通，另一路与反应器顶部的蒸发壁水入口端连通，第三路与反应器中部的蒸发壁水入口端连通;
第二蒸发壁水供应单元，包含依次连通第二低压汽液分离器底部出口端的第二集液箱、第三高压计量泵、预热第二集液箱所提供蒸发壁水的第二换热器;第二换热器的蒸发壁水出口端连通反应器的底部蒸发壁水入口端;
所述反应器的反应出口端连通第三换热器的热源入口端，所述第三换热器的热源出口端连通高压汽液分离器的入口端;所述脱盐除渣装置的上部出口端的流体作为热源依次流经第一换热器、第二换热器，并通过第三背压阀流入第二低压汽液分离器;
所述换热盘管的入口端依次连接有高压冷却水泵和冷却水箱，其出口端提供富余的蒸汽或热水;
其特征在于：
在第一高压计量泵入口和第一集液箱之间设置有连通的正冲洗辅助管路，在储料箱的出口端设置有第一辅助阀，在正冲洗辅助管路中设置有第二辅助阀;
在第一电加热器的物料出口端和高压冷却水泵的出口端连通有反冲洗辅助管路，反冲洗辅助管路中设置有第三辅助阀;
在换热器组的物料入口端、出口端以及第一电加热器的物料出口端分别连通有第一、第二、第三排放管，第一、第二、第三排放管上对应设置有第一、第二、第三排放阀;
在混合器的物料入口端设置有第四辅助阀。
上述技术方案的进一步改进在于，还包括：用于检测所述换热器组的物料入口端和出口端的压差变化的第一压差变送器，以及用于检测所述第一电加热器的物料入口端和出口端的压差变化的第二压差变送器。
(2)基于上述具有堵塞清理功能的超临界水处理系统，其堵塞清理方法，包括以下步骤：
当换热器组和/或第一电加热器的物料管路需要清理堵塞物时，采用正冲洗方式和/或反冲洗方式;
正冲洗时，先关闭第一辅助阀，开启第二排放阀，关闭第一排放阀，开启第二辅助阀，开启第一高压计量泵，正冲洗换热器组;换热器组正冲洗完毕后，打开第三排放阀，关闭第二排放阀、第三辅助阀和第四辅助阀，正冲洗第一电加热器;
反冲洗时，先关闭第三排放阀，打开第二排放阀，关闭第四辅助阀，开启第三辅助阀，开启高压冷却水泵，反冲洗第一电加热器;第一电加热器正冲洗完毕后，打开第一排放阀，关闭第二排放阀、第一辅助阀和第二辅助阀，正冲洗换热器组。
本发明通过在原有的超临界水处理系统中，利用原有的主体设备，通过简单地添加辅助管路和阀门，就能够实现物料供应通路的正冲洗和反冲洗，达到清理堵塞物的目的;此外，本发明的具有堵塞清理功能的超临界水处理系统还包括用于检测所述换热器组的物料入口端和出口端的压力变化的第一压差变送器，以及用于检测所述第一电加热器的物料入口端和出口端压力变化的第二压差变送器，可以通过压差变化判定物料通路的堵塞情况，以及适宜地决策是否需要进行清理堵塞物，以保证超临界水处理系统能够长期可靠安全运行，并降低其运行成本。