一种高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统及方法

1.本发明属于能源、化工及环保技术领域，具体涉及一种高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统及方法。


背景技术：

2.工业产生的高浓度难生化降解有机废水逐年增加，其中农药废水种类繁多、水质复杂。工业废水有机浓度高，cod可达10000mg/l以上，甚至几万至几十万mg/l；含盐量在3000mg/l以上；含有毒有害物质，其中以芳香族化合物和杂环化合物居多，还多含硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物等；强酸强碱性及高含盐等特性易造成反应器腐蚀和堵塞；此外，恶臭味对人的呼吸道和粘膜有较大刺激性。近年来，以超临界水氧化为代表的有机废水高温水热氧化处理技术因其诸多优点得到了大力发展。超临界水与有机物和气体完全互溶，能够形成无传质阻力的均匀混合物，可在数十秒内获得99.99％的有机物降解率，产生的nox、so2及其它二次污染物可忽略不计，且重金属固定在固相残渣中。但具有高含盐及强腐蚀特性的有机废水会严重腐蚀反应器，并且多数无机盐溶解度在高温时显著降低，从而析出、吸附在设备表面引起传热恶化和反应器堵塞。
3.因此，收集超临界条件下的沉淀无机盐颗粒对于探究超临界水氧化处理污水污泥过程中的盐沉积机理具有重要意义，然而现有的系统通常都是在反应釜完全冷却降压后再收集无机盐颗粒，会出现无机盐颗粒再次溶解在水中的情况，无法保障废水中无机盐颗粒的充分收集；同时，设备长期在高温高压条件下运行，只进行一次泄压处理会导致反应釜易变形损坏，服役寿命降低，造成经济损失。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统及方法，解决现有技术无法充分收集无机盐沉积颗粒的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开的一种高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统，包括无机盐供给单元、无机盐沉积单元、快速泄压单元和惰性气体保护单元；
7.所述无机盐沉积单元，包括反应釜，反应釜的进料端连接无机盐供给单元，在反应釜内壁面紧贴设有可拆卸盐沉积内壁，在反应釜内设有水平盐沉积圆柱体和竖直盐沉积圆柱，水平盐沉积圆柱体用于收集垂直于主流体方向上的沉积无机盐颗粒，竖直盐沉积圆柱体用于收集平行于主流体方向上的沉积无机盐颗粒，水平盐沉积圆柱体设置于竖直盐沉积圆柱体下方，在反应釜上还设有压力表和反应釜温度计；
8.所述快速泄压单元，包括用于一级泄压的背压阀以及用于二级和三级泄压的快速泄压阀，所述背压阀设置在反应釜的排气管路上，在背压阀前端设有背压阀前温度计，在该
排气管路上接有一支旁路，快速泄压阀设置在该旁路上；
9.所述惰性气体保护单元通过管路与反应釜相连，用于向反应釜通入惰性气体。
10.优选地，所述可拆卸盐沉积内壁由两个对称的半圆柱体组成，两个半圆柱体通过夹紧装置连接并紧贴反应釜内壁面。
11.优选地，所述可拆卸盐沉积内壁上端安装有银环，且可拆卸盐沉积内壁的壁面上还设有均匀分布的平衡孔。
12.优选地，所述反应釜上设有爆破阀，在伸入反应釜内的排气管路的进气端处设有烧结金属过滤器，在该排气管路上还依次连接有阀门六，冷却器和烧结金属过滤器二，且冷却器连接有恒温箱。
13.进一步优选地，所述无机盐供给单元，包括无机盐输送管路，在该无机盐输送管路上依次设有物料桶、阀门、物料泵和阀门五，阀门五的出料端连接能够通入反应釜内的探底进口管。
14.更进一步优选地，所述惰性气体保护单元包括依次相连的惰性氩气瓶、阀门三和气体压缩泵，所述气体压缩泵与探底进口管相连。
15.更进一步优选地，还包括纯水清洗单元，纯水清洗单元包括纯水箱、阀门二和阀门四，在阀门一和物料相连管路上设有一条旁路，纯水箱和阀门二串联设置在该旁路上；
16.在物料泵的出料端和阀门六的出气端之间设有一条冲洗管路，阀门四设置在该冲洗管路上。
17.优选地，所述背压阀的出口端设置流出物杯，快速泄压阀的出口端设置废液桶。
18.优选地，无机盐沉积单元设置有若干个，若干个无机盐沉积单元并联设置且内部结构相同，每个无机盐沉积单元设置有一个惰性气体保护单元，若干个无机盐沉积单元共用一个快速泄压单元和一个无机盐供给单元。
19.本发明还公开了根据上述的高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统收集无机盐沉积颗粒的方法，包括以下步骤：
20.步骤1)，升压过程：通过无机盐供给单元将盐溶液输送至反应釜内，使反应釜内升至目标压力；
21.步骤2)，升温沉积过程：将反应釜内的盐溶液加热至目标温度，反应釜内流经的盐溶液在高温高压环境中析出无机盐颗粒，并沉积在可拆卸盐沉积内壁、水平盐沉积圆柱体和竖直盐沉积圆柱体上；
22.步骤3)，快速泄压过程：通过惰性气体保护单元向反应釜内通入惰性气体，通过背压进行一级泄压，观察压力表将反应釜内压力降低至背压阀前温度计为20～80℃的压力时，停止拧动背压阀，通过快速泄压阀进行二级泄压至压力降低为初始压力的1/3～3/4，待压力表示数稳定后通过快速泄压阀进行三级泄压至压力表示数降为零；
23.步骤4)，收集沉积无机盐颗粒：待反应釜内温度降至100℃以下时，关闭惰性气体保护单元，打开反应釜收集得到无机盐颗粒。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.本发明提出的高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统，一方面，通过在反应釜内设置可拆卸盐沉积内壁，水平盐沉积圆柱体以及竖直盐沉积圆柱体，能够充分收集到反应釜内壁各个方向上沉积的无机盐颗粒，从而有效提高无机盐沉积效率，增
大无机盐沉积量，并且可以用于研究无机盐在反应釜内与主流体和加热内壁面的沉积作用规律；另一方面，系统通过设置快速泄压单元，分三步进行快速泄压，首先使用背压阀对反应釜内的压力进行一级泄压，再通过快速泄压阀进行二级和三级泄压，可有效避免由于一次快速泄压对反应釜造成的变形和损坏，同时在三步快速泄压过程中通入惰性气体，将反应釜内的高温高压水蒸气等气体完全排出，防止泄压过程中盐沉积颗粒重新溶解于水中，确保能够收集到干燥的无机盐颗粒，且避免了冷却后部分无机盐颗粒会再次重新溶解于冷凝水中的情况，有效解决了现有技术无法充分收集无机盐沉积颗粒的技术问题。
26.进一步地，可拆卸盐沉积内壁由两个对称的半圆柱体组成，通过夹紧装置连接并紧靠反应釜内壁面，便于调节，且可防止高温高压带来造成的内壁变形和损坏。
27.进一步地，可拆卸盐沉积内壁上端安装有银环方便于反应后将可拆卸盐沉积内壁从反应釜内取出，可拆卸盐沉积内壁上还有均匀分布的平衡孔用于保证快速泄压时高温高压气体全部流出且能够保证可拆卸盐沉积内壁两侧压力平衡而紧贴于反应釜内壁面。
28.进一步地，在高温反应釜的出口设置有烧结金属过滤器一，用于防止沉积无机盐颗粒随气流流出反应釜时，造成管道和阀门堵塞的问题，在背压阀和快速卸压阀前设置有烧结金属过滤器二，用于过滤管道中杂质以保证背压阀和快速卸压阀能够安全工作，冷却器里面的热量用于预热无机盐溶液物料。
29.进一步地，通过纯水清洗可以冲刷和清洗阀门及管道中的残余无机盐颗粒，避免反应器被腐蚀。
30.进一步地，在现有反应釜的基础上，并联2-3个相同的反应釜，提高无机盐沉积效率。
31.本发明公开的高温高压水中收集无机盐沉积颗粒的方法，该方法包括升压过程，升温沉积过程，快速泄压过程和收集沉积无机盐颗粒过程，通过反应釜中设置不同方向的沉积位点，提高无机盐沉积量，通过三步进行快速泄压可有效避免由于一次快速泄压对反应釜造成的变形和损坏，且结合三步快速泄压和惰性氩气保护能够收集到干燥的无机盐颗粒，并且能够保证沉积无机盐颗粒不重新溶解于水中，从而有效保障了无机盐颗粒的充分收集。
附图说明
32.图1为本发明一种高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统的结构示意图；
33.图2为本发明的反应釜俯视放大示意图；
34.图3为本发明的反应釜纵切面放大示意图；
35.图4为本发明收集到的无机盐颗粒；
36.图5为本发明一种高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统连接纯水清洗单元后的结构示意图；
37.图6为本发明一种高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统设置有两个反应釜时的结构示意图。
38.其中：1-物料桶；2-纯水箱；3-阀门一；4-阀门二；5-物料泵；6-惰性气体瓶；7-阀门三；8-气体压缩泵；9-阀门四；10-阀门五；11-压力表；12-爆破阀；13-反应釜温度计；14-银
环；15-夹紧装置；16-可拆卸盐沉积内壁；17-平衡孔；18-反应釜；19-探底进口管；20-水平盐沉积圆柱体；21-竖直盐沉积圆柱体；22-烧结金属过滤器一；23-阀门六；24-冷却器；25-恒温箱；26-背压阀前温度计；27-烧结金属过滤器二；28-快速卸压阀；29-背压阀；30-流出物杯；31-废液桶。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
40.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
42.实施例1
43.参见图1本发明公开的高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统，包括：无机盐沉积单元、惰性气体保护单元和快速泄压单元。
44.无机盐沉积单元，包括反应釜18、可拆卸盐沉积内壁16、水平盐沉积圆柱体20和竖直盐沉积圆柱体21。
45.优选地，参见图2本发明的反应釜俯视放大示意图，所述反应釜18内设置的可拆卸盐沉积内壁16用于收集反应釜加热内壁面的沉积无机盐，可拆卸盐沉积内壁16由两个对称的半圆柱体组成，安装时利用夹紧装置15连接并紧靠反应釜18内壁面，可拆卸盐沉积内壁16上端安装有银环14方便于反应后将可拆卸盐沉积内壁16从反应釜18内取出。
46.优选地，参见图3本发明的反应釜纵切面放大示意图，可拆卸盐沉积内壁16上还有均匀分布的平衡孔17用于保证快速泄压时高温高压气体全部流出且能够保证可拆卸盐沉积内壁16两侧压力平衡而紧贴于反应釜18内壁面；所述水平盐沉积圆柱体20轴向方向与反应釜18轴向方向垂直安装，用于收集垂直主流体方向上的沉积无机盐颗粒；所述竖直盐沉积圆柱体21轴向方向与反应釜18轴向方向平行安装，用于收集平行于主流体方向上的沉积无机盐颗粒。
47.快速泄压单元，包括用于一级泄压的背压阀29以及用于二级和三级泄压的快速泄压阀28。无机盐颗粒在反应釜18内沉积结束后，分三步进行快速泄压，包括使用背压阀29对反应釜18内的压力进行一级泄压，通过观察压力表11将反应釜内压力降低至背压阀前温度计26示数约为20～80℃时的压力，然后通过快速泄压阀28进行二级泄压将压力降低至约1/3～3/4，待压力表示数稳定后即刻通过快速泄压阀28进行三级泄压至压力表11示数为零，
快速泄压方法相比冷却降压方法收集无机盐颗粒能够避免无机盐颗粒重新溶解于水中，并且三步快速泄压法可有效避免由于一次快速泄压而造成的反应釜变形和损坏。
48.惰性气体保护单元通过管路与反应釜18相连，用于向反应釜18通入惰性气体。
49.优选地，惰性气体保护单元，包括惰性气体瓶6、阀门三7和气体压缩泵8。在进行快速泄压的同时打开阀门三7和气体压缩泵8通入惰性气体，从而将反应釜18内的高温高压气体完全排出，以防止泄压过程中盐沉积颗粒重新溶解于水中，并且能够收集到干燥的无机盐颗粒。
50.优选地，本系统在反应釜18上设有爆破阀12，在伸入反应釜18内的排气管路的进气端处设有烧结金属过滤器一22，在该排气管路上还依次连接有阀门六23，冷却器24和烧结金属过滤器二27，且冷却器24连接有恒温箱25，冷却器里面的热量用于预热无机盐溶液物料，烧结金属过滤器一22用于防止沉积无机盐颗粒随气流流出反应釜而堵塞管道和阀门，在背压阀29和快速卸压阀28前设置有烧结金属过滤器二27，用于过滤管道中杂质以保证背压阀29和快速卸压阀28能够安全工作。同时，冷却器24用于为背压阀29降温，恒温箱25用于调节冷却器24的温度，在此处收集的反应余热可以回收利用，如用于反应釜加热或者通过管道输送至其他生产管线，充分利用回收余热。
51.基于上述高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统，本发明的高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的方法包括以下步骤：
52.步骤1)，升压过程：关闭阀门二4、阀门四9、阀门三7和快速泄压阀28后，将物料桶1中的盐溶液经物料泵5依次通过阀门一3、阀门五10后经反应釜18的探底进口管19泵入反应釜18内，同时拧动背压阀29且观察压力表11示数使反应釜18内的压力升至目标压力；
53.步骤2)，升温沉积过程：开启反应系统加热装置和恒温箱25，通过观察反应釜温度计13示数将反应釜18内的盐溶液加热至目标温度，反应釜18内流经的盐溶液在高温高压环境中析出并沉积在可拆卸盐沉积内壁16、水平盐沉积圆柱体20和竖直盐沉积圆柱体21上，然后无机盐颗粒在烧结金属过滤器一22的过滤作用下剩余饱和盐溶液流出反应釜18(剩余饱和盐溶液从反应釜18的烧结金属过滤器流出(刚流出时是气态，流到冷却器24冷却后变成了液体)，经阀门六23、冷却器24、烧结金属过滤器二27和背压阀29后流入流出物杯30中；
54.步骤3)，快速泄压过程：待实验结束后，关闭阀门一3、物料泵5、阀门五10，同时开启阀门三7和气体压缩泵8，通过背压阀29对反应釜18内的压力进行一级泄压，观察压力表11将反应釜内压力降低至背压阀前温度计26约为20～80℃时的压力时停止拧动背压阀29，然后通过快速泄压阀28进行二级泄压将压力降低至约1/3～3/4，待压力表11示数稳定后即刻通过快速泄压阀28进行三级泄压至压力表11示数为零；
55.步骤4)，收集沉积无机盐颗粒：待反应釜18内温度降至100℃以下时，关闭阀门三7和气体压缩泵8，打开反应釜盖收集无机盐颗粒(如图4所示为在25mpa和500℃的条件下收集的na2so4盐颗粒)。
56.实施例2
57.参见图5，与实施例1不同的是，在本发明公开的高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统连接有纯水清洗单元，纯水清洗单元包括依次相连的纯水箱2、阀门二4、物料泵5、阀门四9、冷却器24、烧结金属过滤器二27、快速泄压阀28、背压阀29和流出物杯30和废液桶31。待实验结束后，通过物料泵5将纯水依次泵入阀门二4、物料泵5、阀门四9、
冷却器24、烧结金属过滤器二27、快速泄压阀28和背压阀29以冲刷和清洗阀门及管道中的残余无机盐颗粒。
58.基于上述高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统，本发明的高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的方法包括以下步骤：
59.步骤1)，升压过程：关闭阀门二4、阀门四9、阀门三7和快速泄压阀28后，将物料桶1中的盐溶液经物料泵5依次通过阀门一3、阀门五10后经反应釜18的探底进口管19泵入反应釜18内，同时拧动背压阀29且观察压力表11示数使反应釜18内的压力升至目标压力；
60.步骤2)，升温沉积过程：开启反应系统加热装置，通过观察反应釜温度计13示数将反应釜18内的盐溶液加热至目标温度，反应釜18内流经的盐溶液在高温高压环境中析出并沉积在可拆卸盐沉积内壁16、水平盐沉积圆柱体20和竖直盐沉积圆柱体21上，然后无机盐颗粒在烧结金属过滤器一22的过滤作用下剩余饱和盐溶液流出反应釜18，经阀门六23、冷却器24、烧结金属过滤器二27和背压阀29后流入流出物杯30中；
61.步骤3)，快速泄压过程：待实验结束后，关闭阀门一3、物料泵5、阀门五10，同时开启阀门三7和气体压缩泵8，通过背压阀29对反应釜18内的压力进行一级泄压，观察压力表11将反应釜内压力降低至背压阀前温度计26约为20～80℃时的压力时停止拧动背压阀29，然后通过快速泄压阀28进行二级泄压将压力降低至约1/3～3/4，待压力表11示数稳定后即刻通过快速泄压阀28进行三级泄压至压力表11示数为零；
62.步骤4)，收集沉积无机盐颗粒和清洗系统管道：待反应釜18内温度降至100℃以下时，关闭阀门三7和气体压缩泵8，打开反应釜盖收集无机盐颗粒(如图4所示为在25mpa和500℃的条件下收集的na2so4盐颗粒)，同时打开阀门二4、阀门四9、快速泄压阀28和背压阀29，通过物料泵5将纯水箱2中的常温纯水通入系统中冲刷和清洗管道阀门中的残余无机盐颗粒。
63.实施例3
64.参见图6，与实施例1，2不同的是，本发明公开的高温高压水中收集水溶性无机盐沉积颗粒的连续式系统可以将原有无机盐沉积单元设置若干个，若干个无机盐沉积单元并联设置且内部结构相同，每个无机盐沉积单元设置有一个惰性气体保护单元，若干个无机盐沉积单元共用一个快速泄压单元和一个无机盐供给单元。
65.综上所述，本发明在反应釜内设置有紧靠反应釜加热内壁面的可拆卸盐沉积内壁、水平盐沉积圆柱体、竖直盐沉积圆柱体，可用于收集反应釜内不同位置处的无机盐颗粒，并且可以研究无机盐在反应釜内与主流体和加热内壁面的沉积相互作用规律。结合三步快速泄压和惰性气体保护能够收集到干燥的无机盐颗粒，并且能够保证沉积无机盐颗粒不重新溶解于水中。此外，本发明分三步进行快速泄压，包括使用背压阀对反应釜内的压力进行一级泄压，以及通过快速泄压阀进行二级和三级泄压，可有效避免由于一次快速泄压对反应釜造成的变形和损坏，更进一步地可拆卸盐沉积内壁由两个对称的半圆柱体组成，通过夹紧装置连接并紧靠反应釜内壁面，便于调节，且可防止高温高压带来造成的内壁变形和损坏。
66.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。