申请日2015.09.10
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号C02F11/06; B01J19/00; F22B1/02; F27D17/00
摘要
本发明公开一种超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超临界处理方法，涉及污泥的处理及其装置技术领域，能提高含碳料浆中的水在预热过程中由普通状态转变为超临界状态的速率。超临界反应器包括内筒和外筒，内筒环绕的区域为反应区，内筒的底部与所述外筒之间形成的区域为激冷区，超临界反应器还包括换热区，且换热区分别与所述反应区、所述激冷区连通，换热区内设有换热装置。所述超临界反应系统包括上述技术方案提供的超临界反应器。所述污泥的超临界处理方法采用上述超临界反应系统对污泥进行处理。本发明提供的超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超临界处理方法用于污泥的净化处理。
摘要附图
权利要求书
1.一种超临界反应器，用于对含碳料浆进行处理，其特征在于，包括内 筒和外筒，所述内筒环绕的区域为反应区，所述内筒的底部与所述外筒之间 形成的区域为激冷区，所述超临界反应器还包括换热区，所述换热区分别与 所述反应区、所述激冷区连通，所述换热区内设有换热装置;
所述换热装置用于向所述反应区内导入所述含碳料浆;所述换热区用于 从所述反应区接收超临界氧化反应生成的一次产物，并通过所述一次产物含 有的热能对所述换热装置内的所述含碳料浆进行预热。
2.根据权利要求1所述的超临界反应器，其特征在于，所述换热区环绕 所述反应区，且位于所述超临界反应器的外壁和所述反应区之间。
3.根据权利要求1或2所述的超临界反应器，其特征在于，所述换热装 置为换热盘管，所述换热盘管环绕所述反应区且所述换热盘管的排布高度与 所述反应区高度一致。
4.根据权利要求3所述的超临界反应器，其特征在于，所述换热盘管的 排布间隙不超过所述换热盘管外径的1/4。
5.一种超临界反应系统，用于对含碳料浆进行处理，其特征在于，包括 权利要求1-4任一项所述的超临界反应器，所述超临界反应器包括反应区、换 热区和激冷区，所述换热区内设有换热装置;其中，
所述换热装置用于向所述反应区内导入含碳料浆;所述反应区用于使所 述含碳料浆进行超临界氧化反应，以生成一次产物;所述换热区用于从所述 反应区接收所述一次产物，并通过所述一次产物含有的热能对所述换热装置 内的含碳料浆进行预热;所述激冷区用于从所述反应区和所述换热区接收所 述一次产物，并对所述一次产物进行冷却，以生成二次产物。
6.根据权利要求5所述的超临界反应系统，其特征在于，所述超临界反 应系统还包括原料储罐及液氧罐，其中，所述原料储罐通过所述换热区中的 换热装置与所述反应区连通，用于储存所述含碳料浆;所述液氧罐与所述反 应区连通，用于储存液氧。
7.根据权利要求5或6所述的超临界反应系统，其特征在于，所述超临 界反应系统还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过 蒸汽换热管连通，部分所述蒸汽换热管位于所述激冷区中;其中
所述第一水罐用于向所述蒸汽换热管提供蒸发液，所述蒸汽换热管用于 使所述激冷区中的所述一次产物和所述蒸汽换热管中的所述蒸发液换热，使 得所述蒸发液变为蒸汽，所述蒸汽透平用于从所述蒸汽换热管接收所述蒸汽， 并将所述蒸汽中含有的热能转化为机械能。
8.根据权利要求7所述的超临界反应系统，其特征在于，所述超临界反 应系统还包括蒸汽换热器、第一分离器及第二分离器;所述蒸汽换热器包括 换热腔体和所述换热腔体内的部分所述蒸汽换热管，且所述换热腔体内的部 分所述蒸汽换热管位于所述激冷区中的部分所述蒸汽换热管和所述第一水罐 之间;其中，
所述第一分离器通过所述换热腔体与所述激冷区连通，所述第一分离器 用于接收并分离所述二次产物，生成三次气体产物和三次液体产物;所述第 二分离器与所述第一分离器连通，用于接收并分离所述三次液体产物，生成 二氧化碳气体和第一渣水;所述蒸汽换热器用于使所述蒸汽换热管内的蒸发 液与所述换热腔体内的二次产物换热。
9.根据权利要求5或6所述的超临界反应系统，其特征在于，所述超临 界反应系统还包括排渣锁斗，以及与所述排渣锁斗分别连通的液氮罐、第二 水罐;
所述排渣锁斗与所述超临界反应器中的所述激冷区连通，用于从所述激 冷区接收固体残渣;所述液氮罐用于在排渣锁斗从激冷区接收所述固体残渣 时，向所述排渣锁斗充入氮气，以使所述排渣锁斗内的气压与所述激冷区内 的气压相等。
10.根据权利要求9所述的超临界反应系统，其特征在于，所述第二水 罐还和所述激冷区连通，用于在所述超临界氧化反应器运行时，向所述激冷 区提供冷却液，且所述第二水罐还用于在对所述激冷区进行清洗时，向所述 激冷区及所述排渣锁斗提供清洗液。
11.根据权利要求9所述的超临界反应系统，其特征在于，所述液氮罐 还与所述反应区连通，用于所述超临界反应器停止工作时，向所述反应区内 充入氮气。
12.一种污泥的超临界处理方法，其特征在于，采用权利要求5-11任一 项所述的超临界反应系统，所述污泥的超临界处理方法包括：
通过换热装置，向反应区内导入含碳料浆;
使所述含碳料浆在所述反应区内进行超临界氧化反应，以生成一次产物;
换热区从所述反应区接收所述一次产物，并通过所述一次产物含有的热 能对所述换热装置内的所述含碳料浆进行预热;
激冷区从所述反应区和所述换热区接收所述一次产物，并对所述一次产 物进行冷却，以生成二次产物。
13.根据权利要求12所述的污泥的超临界处理方法，其特征在于，所述 超临界反应系统还包括蒸汽透平及第一水罐，所述蒸汽透平和所述第一水罐 通过蒸汽换热管连通，所述污泥的超临界处理方法还包括：
所述第一水罐向所述蒸汽换热管提供蒸发液;
所述蒸汽换热管使所述激冷区中的所述一次产物与所述蒸汽换热管中的 所述蒸发液换热，使得所述蒸发液变为蒸汽;
所述蒸汽透平从所述蒸汽换热管接收所述蒸汽，并将所述蒸汽中含有的 热能转化为机械能。
说明书
超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超临界处理方法
技术领域
本发明涉及污泥的处理及其装置技术领域，尤其涉及一种超临界反应器、 超临界反应系统及污泥的超临界处理方法。
背景技术
目前，随着水资源短缺的问题日益严峻，如何实现水资源的循环利用成 为当今社会发展的一个重点问题。实现水资源的循环利用需要对污水进行净 化处理，而在该净化处理过程中将会产生大量污泥，从而需要进一步对这些 污泥进行处理，由于这些污泥中含有大量的有机污染物(污泥总质量与污泥 中水分的质量之差称为干基质量，则有机污染物的质量通常占干基质量的30% 以上)，因此，常规的填埋或焚烧的处理方法将对土地或空气造成二次污染， 严重影响人类的生存环境。而与之相对地，超临界氧化技术则能够在短时间 内将污泥中的有机污染物质完全氧化，不存在二次污染问题。因此，污泥的 超临界处理方法日益受到人们的关注。
在现有技术中，污泥的超临界处理一般在超临界反应器内进行，具体为： 按一定比例将污泥与水混合，制成含碳料浆，并将含碳料浆加热加压至临界 点温度及临界点压强以上(通常，临界点温度为374.3℃，临界点压强为 22.1MPa)，使得含碳料浆中的水转化为超临界水，进而通过超临界氧化反应 对污泥中的有机污染物进行氧化并加以去除。
在超临界氧化反应中，反应体系温度为临界点温度以上时，超临界氧化 反应能够通过自身放热维持反应的持续进行。由于污泥的热值(即单位质量 的污泥氧化后所产生的热量)较小，且将含碳料浆的温度由常温升高至临界 点温度以上需要吸收大量的热量，因此直接将常温的含碳料浆导入超临界反 应器中将造成反应体系的温度降低，致使超临界氧化反应无法自发进行。因 此，现有技术通常在将含碳料浆通入超临界反应器前，利用超临界反应器输 出的产物将含碳料浆预热至接近临界点温度，以维持超临界反应器中的超临 界氧化反应的持续进行。
然而，超临界反应器输出的反应产物的温度通常低于上述临界点温度， 因此，通常情况下，在含碳料浆的预热过程中，含碳料浆的温度越接近临界 点温度，上述反应产物的温度和含碳料浆的温差就越小，两者之间的换热就 越难以进行，从而导致含碳料浆中的水在预热过程中由普通状态转变为超临 界状态的速率较慢，致使污泥的超临界处理的效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超 临界处理方法，以提高含碳料浆中的水在预热过程中由普通状态转变为超临 界状态的速率，进而提高污泥的超临界处理的效率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种超临界反应器，用于对含碳料浆进行处理， 包括内筒和外筒，所述内筒环绕的区域为反应区，所述内筒的底部与所述外 筒之间形成的区域为激冷区，所述超临界反应器还包括换热区，所述换热区 分别与所述反应区、所述激冷区连通，所述换热区内设有换热装置;
所述换热装置用于向所述反应区内导入所述含碳料浆;所述换热区用于 从所述反应区接收超临界氧化反应生成的一次产物，并通过所述一次产物含 有的热能对所述换热装置内的所述含碳料浆进行预热。
本发明提供的超临界反应器中反应区与换热区连通，换热区中设有换热 装置，通过换热装置将需要预热的含碳料浆导入反应区。通过上述设置，超 临界氧化反应所得的一次产物能够直接从反应区进入换热区，该一次产物所 含有的热能由换热装置的管壁传导至换热装置内，进而对换热装置内的含碳 料浆进行预热。因此，与现有技术中超临界氧化反应的产物在经过冷却后输 出超临界反应器，然而对含碳料浆进行预热相比，在本发明中，一次产物不 必经过冷却即可在换热区内直接对含碳料浆进行预热，此时一次产物的温度 远高于含碳料浆的温度，从而即使通过该一次产物对含碳料浆进行预热，一 次产物的温度也不会降至接近临界点温度。因此，在对含碳料浆预热的过程 中，本发明的含碳料浆和超临界氧化反应所生成一次产物的温差较大，从而 使得含碳料浆中的水由普通状态转变为超临界状态的速率得以提高，进而提 高污泥的超临界处理的效率。
此外，由于上述超临界氧化反应的一次产物并非在经过冷却并输出超临 界反应器后对含碳料浆进行预热，而是直接在超临界反应器中对含碳料浆进 行预热，因此能够将由超临界氧化反应生成的热能中的较多热能应用在对含 碳料浆的预热上，因此，本发明提供的超临界反应器还能够减轻超临界氧化 反应所产生的热能的浪费。
第二方面，本发明实施例还提供了一种超临界反应系统，用于对含碳料 浆进行处理，包括上述技术方案所述的超临界反应器，所述超临界反应器包 括反应区、换热区和激冷区，所述换热区内设有换热装置;其中，
所述换热装置用于向所述反应区内导入含碳料浆;所述反应区用于使所 述含碳料浆进行超临界氧化反应，以生成一次产物;所述换热区用于从所述 反应区接收所述一次产物，并通过所述一次产物含有的热能对所述换热装置 内的含碳料浆进行预热;所述激冷区用于从所述反应区和所述换热区接收所 述一次产物，并对所述一次产物进行冷却，以生成二次产物。
相对于现有技术，本发明提供的超临界处理系统具有的优势与上述超临 界反应器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
第三方面，本发明还提供了一种污泥的超临界处理方法，采用上述技术 方案所述的超临界反应系统，所述污泥的超临界处理方法包括：
通过换热装置，向反应区内导入所述含碳料浆;
使所述含碳料浆在所述反应区内进行超临界氧化反应，以生成一次产物;
换热区从所述反应区接收所述一次产物，并通过所述一次产物含有的热 能对所述换热装置内的所述含碳料浆进行预热;
激冷区从所述反应区和所述换热区接收所述一次产物，并对所述一次产 物进行冷却，以生成二次产物。
相对于现有技术，本发明提供的污泥的超临界处理方法具有的优势与上 述超临界反应系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
