一种超临界水氧化能量综合利用系统及能量回收方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超临界水氧化能量综合利用系统，包括依次连接的有机废液储罐、废液增压泵、第二换热器、第二电加热器，所述废液增压泵连接至冷壁式反应器的进料口的废料进料系统；及依次连接的氧化剂储罐、氧化剂增压泵、第一换热器、第一电加热器，所述第一换热器连接至冷壁式反应器的进料口的氧化剂进料系统；还包括用于对有机废液储罐与氧化剂储罐进料的两股物料进行超临界水氧化反应的冷壁式反应器、用于对冷壁式反应器进行冷却降温的冷却系统；反应物料出口管路一端与冷壁式反应器的反应产物出口连接，另一端分别连接至第一换热器、第二换热器。本发明专利技术系统梯级循环利用自身产生的能量，降低系统能耗，降低了运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界水氧化能量综合利用系统及能量回收方法
本专利技术涉及超临界水氧化应用领域，特别涉及一种超临界水氧化能量综合利用系统及能量回收方法。
技术介绍
超临界水氧化是在超过水的临界点(Pc＝22.1MPa,Tc＝374℃)的条件下，利用氧化剂将有机物进行“燃烧”氧化的方法。该技术利用超临界水的独特性质(如密度、粘度、介电常数、离子积降低，氢键减弱，扩散性能、非极性特征显著增强等)，将有机污染物彻底氧化为CO2、H2O等无毒无害产物，具有反应速率快、降解彻底、无二次污染等独特优势，是目前最具潜力的有机废水处理技术之一。由于超临界水氧化技术的独特优势，国内外已陆续建成超临界水氧化小试、中试装置，但腐蚀、盐沉积以及运行成本过高等问题阻碍了超临界水氧化技术进一步工业化推广。超临界水氧化反应过程中形成的无机酸(如HCl、H2SO4等)以及高温、高压、高氧浓度的反应环境，大大加速了反应器的腐蚀；绝大多数无机盐在超临界水中溶解度很低，反应过程大量无机盐的析出会造成反应器出口及阀门堵塞，引起系统压力波动，最终导致超临界水氧化系统设备停机；在超临界水氧化运行过程中，需要将物料提升至高温高压(一般临界点以上)，该过程需要消耗大量电能，导致系统运行成本较高。有机废液中含有一定量的固体颗粒和无机盐，若将高温高压的反应流体直接用于发电则会损坏汽轮机。现有防腐蚀和盐沉积的水膜反应器，由于低温蒸发水的注入与反应流体混合，造成反应流体出口温度较低，能量利用品位降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超临界水氧化能量综合利用系统及其能量回收方法，通过特殊的结构设计，将冷壁式反应器内流出后的反应流体冷却至亚临界温度，避免了无机盐在反应器内壁沉积，蒸馏水通过反应器逆流换热变为过热蒸汽，进入透平膨胀机中做功发电，从而避免了直接将反应产物引入透平膨胀机造成的设备磨损现象，提高了发电效率，产生的电能可用于本系统的能量自补偿，降低系统能耗。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的超临界水氧化能量综合利用系统，包括废料进料系统、氧化剂进料系统、冷壁式反应器、冷却系统和反应物料出口管路；所述废料进料系统包括依次连接的有机废液储罐、废液增压泵、第二换热器、第二电加热器，所述废液增压泵连接至冷壁式反应器的进料口；所述氧化剂进料系统包括依次连接的氧化剂储罐、氧化剂增压泵、第一换热器、第一电加热器，所述第一换热器连接至冷壁式反应器的进料口；所述冷壁式反应器用于对有机废液储罐与氧化剂储罐进料的两股物料进行超临界氧化反应；所述冷却系统用于对冷壁式反应器进行冷却降温；所述反应物料出口管路一端与冷壁式反应器的反应产物出口连接，另一端分别连接至第一换热器、第二换热器。具体地，所述冷壁式反应器包括外壳，所述外壳内部设有内壳，所述外壳顶部设有上法兰，底部设有下法兰；所述冷壁式反应器顶部设有第一入口、第二入口和蒸馏水出口，底部设有反应产物出口和蒸馏水入口。进一步的，还包括低温多效蒸馏系统，所述低温多效蒸馏系统用于与经第一换热器和/或第二换热器的反应物料出口管路进行换热；所述低温多效蒸馏系统包括低温多效蒸馏器、循环泵和第三换热器，所述循环泵经第三换热器连接至低温多效蒸馏器，完成换热工质循环。作为优选的，所述低温多效蒸馏器的蒸汽出口与蒸汽发电系统连接，低温多效蒸馏器产生蒸馏水用于补充蒸汽发电系统中的循环介质。进一步的，还包括第四换热器，所述第四换热器用于进一步回收与低温多效蒸馏器换热后的反应物料出口管路中物料的余热。进一步的，所述冷却系统包括与蒸馏水出口管路连接的透平膨胀机，所述透平膨胀机依次与冷凝器、给水泵及蒸馏水入口管路连接，形成循环。具体地，所述透平膨胀机还发电机连接，通过膨胀做功发电。本专利技术还提供一种超临界水氧化能量综合利用系统的能量方法，包括以下步骤：S1、一级热能回收：采用低温蒸馏水逆流间壁换热，将超临界水氧化反应过程释放的大量热能进行回收，反应产物换热降温后，获得亚临界反应流体；S2、二级热能回收：经S1换热降温后的亚临界反应流体，与反应原料进行热交换，对反应原料进行预热；经S1换热后的蒸馏水变为过热蒸汽，该过热蒸汽进入蒸汽发电系统中做功发电，产生电能用于超临界反应系统的电力设备；进一步的，还包括三级热能回收，所述三级热能回收为对经S2后的反应流体余热进行回收，用于加热低温多效蒸馏器中的热源水，换热后的反应流体变为低温反应流体；低温多效蒸馏器浓缩后产生浓缩液和蒸馏水，所得的蒸馏水用于蒸汽发电系统中作为循环工质的补充。进一步的，还包括四级热能回收，所述四级热能回收为对三级热能回收后的低温反应流体进行余热回收，即采用冷却水与低温反应流体进行热交换，冷却水吸收热能得到热水。本专利技术的技术效果和优点：1、新型冷壁式反应器通过特殊的结构设计，将冷壁式反应器内反应流体冷却至亚临界温度，避免了无机盐在反应器内壁沉积；2、与常规水膜反应器相比，该冷壁式反应器所需的冷却介质通过蒸馏水给水泵实现循环利用，无需外界持续不断地注入大量蒸馏水，降低了运行成本；3、蒸馏水通过反应器逆流换热变为过热蒸汽，进入透平膨胀机中做功发电，从而避免了直接将反应产物引入透平膨胀机造成的设备磨损现象，提高了发电效率，产生的电能可用于本系统的能量自补偿，降低系统能耗；4、从冷壁式反应器排出的反应产物余热通过梯级利用，预热有机废液和氧化剂，剩余热能作为加热低温多效蒸馏的热源水，自来水经低温多效蒸馏浓缩后产生浓缩液和蒸馏水，一部分蒸馏水用于蒸汽发电系统中循环工质的补充。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图。图2为本专利技术冷壁式反应器结构示意图。图3为本专利技术低温多效蒸馏器结构示意图。图中：1氧化剂储罐、2有机废液储罐、3氧化剂增压泵、4废液增压泵、5第一换热器、6第二换热器、7第一电加热器、8第二电加热器、9透平膨胀机、10发电机、11冷凝器、12给水泵、13除渣罐、14第一调节阀、15第二调节阀、16缓冲罐、17冷壁式反应器、18第三换热器、19第四换热器、20背压阀、21气液分离器、22循环泵、23低温多效蒸馏器、24外壳、25内壳、26上法兰、27下法兰、28第一入口、29第二入口、30蒸馏水出口、31反应产物出口、32蒸馏水入口、33冷凝蒸馏水出口、34自来水入口、35热源水入口、36浓缩液出口。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1参见图1-3，本专利技术的超临界水氧化能量综合利用系统，包括废料进料系统、氧化剂进料系统、冷壁式反应器17、冷却系统和反应物料出口管路；所述废料进料系统包括依次连接的有机废液储罐2、废液增压泵4、第二换热器6、第二电加热器8，所述废液增压泵4连接至冷壁式反应器17的进料口；所述氧化剂进料系统包括依次连接的氧化剂储罐1、氧化剂增压泵3、第一换热器5、第一电加热器7，所述第一换热器5连接至冷壁式反应器17的进料口；所述冷壁式反应器17用于对有机废液储罐2与氧化剂储罐1进料的两股物料进行超临界水氧化反应；所述冷却系统用于对冷壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界水氧化能量综合利用系统，其特征在于，包括废料进料系统、氧化剂进料系统、冷壁式反应器(17)、冷却系统和反应物料出口管路；所述废料进料系统包括依次连接的有机废液储罐(2)、废液增压泵(4)、第二换热器(6)、第二电加热器(8)，所述废液增压泵(4)连接至冷壁式反应器(17)的进料口；所述氧化剂进料系统包括依次连接的氧化剂储罐(1)、氧化剂增压泵(3)、第一换热器(5)、第一电加热器(7)，所述第一换热器(5)连接至冷壁式反应器(17)的进料口；所述冷壁式反应器(17)用于对有机废液储罐(2)与氧化剂储罐(1)进料的两股物料进行超临界水氧化反应；所述冷却系统用于对冷壁式反应器(17)进行冷却降温；所述反应物料出口管路一端与冷壁式反应器(17)的反应产物出口连接，另一端分别连接至第一换热器(5)、第二换热器(6)。

【技术特征摘要】
1.一种超临界水氧化能量综合利用系统，其特征在于，包括废料进料系统、氧化剂进料系统、冷壁式反应器(17)、冷却系统和反应物料出口管路；所述废料进料系统包括依次连接的有机废液储罐(2)、废液增压泵(4)、第二换热器(6)、第二电加热器(8)，所述废液增压泵(4)连接至冷壁式反应器(17)的进料口；所述氧化剂进料系统包括依次连接的氧化剂储罐(1)、氧化剂增压泵(3)、第一换热器(5)、第一电加热器(7)，所述第一换热器(5)连接至冷壁式反应器(17)的进料口；所述冷壁式反应器(17)用于对有机废液储罐(2)与氧化剂储罐(1)进料的两股物料进行超临界水氧化反应；所述冷却系统用于对冷壁式反应器(17)进行冷却降温；所述反应物料出口管路一端与冷壁式反应器(17)的反应产物出口连接，另一端分别连接至第一换热器(5)、第二换热器(6)。2.根据权利要求1所述的超临界水氧化能量综合利用系统，其特征在于，所述冷壁式反应器(17)包括外壳(24)，所述外壳(24)内部设有内壳(25)，所述外壳(24)顶部设有上法兰(26)，底部设有下法兰(27)；所述冷壁式反应器(17)顶部设有第一入口(28)、第二入口(29)和蒸馏水出口(30)，底部设有反应产物出口(31)和蒸馏水入口(32)。3.根据权利要求1所述的超临界水氧化能量综合利用系统，其特征在于，还包括低温多效蒸馏系统，所述低温多效蒸馏系统用于与经第一换热器(5)和/或第二换热器(6)的反应物料出口管路进行换热；所述低温多效蒸馏系统包括低温多效蒸馏器(23)、循环泵(22)和第三换热器(18)，所述循环泵(22)经第三换热器(18)连接至低温多效蒸馏器(23)，完成换热工质循环。4.根据权利要求3所述的超临界水氧化能量综合利用系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏器(23)的蒸汽出口与蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤鸣，陈久林，苏闯建，陈顺权，陈智宇，莫明，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44