一種用于超臨界水系統(tǒng)降壓的控制系統(tǒng)及方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)及化工領(lǐng)域，具體涉及一種用于超臨界水系統(tǒng)降壓的控制系統(tǒng)及方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超臨界水(Supercritical Water，SCW)是指溫度、壓力均在其臨界點(diǎn)(374.1°C、22.1MPa)以上的水。與普通的液態(tài)水相比，超臨界水的各種理化性質(zhì)發(fā)生了顯著的變化:水分子間的氫鍵減弱;密度、黏度、離子積均明顯下降，擴(kuò)散系數(shù)較高;介電常數(shù)變得極小，大致相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一般有機(jī)溶劑的介電常數(shù)。所以超臨界水對無機(jī)鹽的溶解性極小，而對02及絕大多數(shù)有機(jī)物具有極強(qiáng)的溶解能力，形成均相體系，相界面消失，使得傳熱傳質(zhì)性能好，是一種良好的反應(yīng)介質(zhì)。
[0003]超臨界水處理技術(shù)是利用超臨界水的特殊性質(zhì)，高效地實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物的無害化處理和資源化利用，與傳統(tǒng)有機(jī)廢物處理技術(shù)相比優(yōu)勢顯著。該技術(shù)主要包括超臨界水氧化技術(shù)、超臨界水氣化技術(shù)以及超臨界水熱合成技術(shù)。超臨界水氧化技術(shù)主要目的為實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物的徹底氧化降解，超臨界水氣化技術(shù)旨在使有機(jī)廢物氣化產(chǎn)生富氫可燃?xì)怏w，而超臨界水熱合成技術(shù)則以合成高純度的納米顆粒為主要目標(biāo)。超臨界水氧化技術(shù)是利用超臨界水的低粘度、低介電常數(shù)、高擴(kuò)散性等特殊性質(zhì)，使完全溶解在其中的有機(jī)物與氧化劑發(fā)生快速、徹底的均相反應(yīng)，有機(jī)物中的碳元素轉(zhuǎn)化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的無機(jī)鹽，氮元素絕大多數(shù)轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，?shí)現(xiàn)有機(jī)廢物的高效無害化處理。該技術(shù)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)。超臨界水氣化技術(shù)是利用超臨界水獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在不加或添加少量氧化劑的前提下，有機(jī)物在超臨界水中均相條件下發(fā)生水解、熱解等反應(yīng)，生成以氫氣為主的可燃性氣態(tài)產(chǎn)品。在超臨界水氣化過程中添加少量氧化劑，旨在進(jìn)一步提尚有機(jī)廢物的氣化率。超臨界水熱合成技術(shù)指在高壓反應(yīng)器中，以超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)，使金屬離子在水熱介質(zhì)中發(fā)生水解、脫水反應(yīng)，進(jìn)而成核、生長，最終形成具有一定粒度和結(jié)晶形態(tài)的納米金屬氧化物顆粒。通過過濾回收納米金屬氧化物，實(shí)現(xiàn)金屬離子的資源化利用，可以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]無論哪種超臨界水技術(shù)，進(jìn)入反應(yīng)器之前都需要將含水物料加溫加壓至水的臨界點(diǎn)以上，而完成反應(yīng)后必須降溫降壓才可排出系統(tǒng)。這就涉及到了物料的降溫降壓問題，反應(yīng)后物料的冷卻可通過換熱器來實(shí)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)降壓則需要一個節(jié)流部件，同時(shí)需保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定及調(diào)節(jié)需要?，F(xiàn)有的超臨界水系統(tǒng)多采用一個壓力調(diào)節(jié)閥來控制系統(tǒng)壓力及降壓，那么系統(tǒng)整個壓降在一個點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，這會導(dǎo)致此處非常高的物料流速，亦容易引發(fā)閥門出現(xiàn)故障，影響系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。此外，對于含有固體顆粒的超臨界水系統(tǒng)降壓過程中，惰性無機(jī)鹽的存在會導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥內(nèi)部元件出現(xiàn)嚴(yán)重的磨蝕或者堵塞，因此不建議一步實(shí)現(xiàn)流體的徹底降壓。毛細(xì)管降壓是通過流體流經(jīng)小管徑毛細(xì)管所產(chǎn)生的沿程阻力來實(shí)現(xiàn)物料壓降，并且可通過調(diào)節(jié)進(jìn)入毛細(xì)管的流體流量來實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管前壓力的精確控制。可以看出，相對于單個閥門降壓，毛細(xì)管中流體流程長，壓力損失速度平緩，因而可有效避免高速主流體對節(jié)流元件的磨損。另外，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入毛細(xì)管流體流量可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的精確控制，進(jìn)而保障系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
[0005]毛細(xì)管降壓方式相對于單個閥門降壓具有顯著的優(yōu)勢，但是在降壓的同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力精確控制的功能，這就需要有毛細(xì)管降壓器、閥門、栗等設(shè)備之間適當(dāng)?shù)倪B接方式及控制操作方法，目前超臨界水處理系統(tǒng)中毛細(xì)管降壓的控制方法還未見報(bào)道。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種用于超臨界水系統(tǒng)降壓的控制系統(tǒng)及方法。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種用于超臨界水系統(tǒng)降壓的控制系統(tǒng)，包括毛細(xì)管支路、阻力水支路以及與毛細(xì)管支路相并聯(lián)的背壓閥支路，超臨界水反應(yīng)器的流體出口與毛細(xì)管支路相連通，毛細(xì)管支路的出口為流體出口 ；阻力水支路的出口連接至毛細(xì)管支路入口前的管路上。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0010]所述阻力水支路包括阻力水儲罐，阻力水儲罐的出口依次連接阻力水栗和第一截止閥，第一截止閥的出口連接至毛細(xì)管支路的入口處。
[0011]所述毛細(xì)管支路包括依次串聯(lián)的第二截止閥；毛細(xì)管降壓器和調(diào)節(jié)閥；第二截止閥的入口與超臨界水反應(yīng)器的出口相連通;調(diào)節(jié)閥的出口為流體出口。
[0012]所述背壓閥支路包括依次串聯(lián)的第三截止閥和背壓閥，第三截止閥的入口連接至第二截止閥入口前的管路上，背壓閥的出口連接至調(diào)節(jié)閥出口后端的管路上。
[0013]所述超臨界水反應(yīng)器的出口處設(shè)置用于監(jiān)測超臨界水反應(yīng)器出口流體壓力的壓力表。
[0014]本發(fā)明還公開了一種用于超臨界水系統(tǒng)降壓的控制方法，包括以下步驟:
[0015]I)初始狀態(tài):第一截止閥、第二截止閥以及第三截止閥關(guān)閉，阻力水栗停機(jī)，背壓閥和調(diào)節(jié)閥全開；
[0016]2)系統(tǒng)啟動:系統(tǒng)需要升壓時(shí)，打開背壓閥支路上的第三截止閥，調(diào)節(jié)背壓閥開度，從大到小調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器后壓力逐級上升至壓力值I，穩(wěn)定運(yùn)行30min;切換背壓閥支路與毛細(xì)管支路，打開第二截止閥，關(guān)閉第三截止閥，打開第一截止閥，啟動阻力水栗，從栗30%負(fù)荷輸出開始，逐漸增加阻力水栗的輸出流量，使反應(yīng)器后壓力繼續(xù)逐漸增加，直至反應(yīng)壓力值Π，穩(wěn)定運(yùn)行30min，系統(tǒng)升壓完成；
[0017]3)正常運(yùn)行:
[0018]a、若反應(yīng)器后壓力降低，調(diào)節(jié)阻力水栗，增加阻力水流量，直至反應(yīng)器后壓力恢復(fù)正常;若反應(yīng)器后壓力急劇降低，調(diào)節(jié)阻力水栗，增加阻力水流量，若阻力水栗滿負(fù)荷運(yùn)行仍不能使反應(yīng)器后壓力上升至預(yù)期值，減小調(diào)節(jié)閥開度，使系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常；
[0019]b、若反應(yīng)器后壓力增加，調(diào)節(jié)阻力水栗，減小阻力水流量，直至反應(yīng)器后壓力恢復(fù)正常;若反應(yīng)器后壓力急劇增加，調(diào)節(jié)阻力水栗，減小阻力水流量，若阻力水栗負(fù)荷降低至30%，仍不能使反應(yīng)器后壓力降低至預(yù)期值，關(guān)閉阻力水栗，此時(shí)若反應(yīng)器后壓力低于正常值，則減小調(diào)節(jié)閥開度，使系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常；
[0020]4)系統(tǒng)停機(jī):系統(tǒng)降溫后需要降壓時(shí)，調(diào)節(jié)閥全開，逐漸減小阻力水栗水流量，降至30%負(fù)荷時(shí)，解除反應(yīng)器后壓力與調(diào)節(jié)閥及阻力水栗的聯(lián)鎖，停止阻力水栗，關(guān)閉第一截止閥；由毛細(xì)管降壓器支路切換至背壓閥支路，打開第三截止閥，關(guān)閉第二截止閥，投入反應(yīng)器出口壓力與背壓閥的聯(lián)鎖;逐漸減小背壓閥開度，使反應(yīng)器后壓力逐級降低至常壓。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明裝置主要有阻力水儲罐、阻力水栗、毛細(xì)管降壓器、背壓閥、調(diào)節(jié)閥及相關(guān)截止閥組成。本發(fā)明通過背壓閥支路及毛細(xì)管降壓器支路的切換分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動、停機(jī)及正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)。在有效防止含固體顆粒的物料降壓過程中存在的閥門內(nèi)部元件磨蝕及堵塞的問題的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的精確控制。此外，通過背壓閥支路可降低系統(tǒng)啟動、停機(jī)過程中的操作復(fù)雜性，提高了運(yùn)行可靠性。
【【附圖說明】】
[0023]圖1是本