[发明专利]一种超临界水氧化装置的安全保障系统及方法

说明书

本发明公开了一种超临界水氧化装置的安全保障系统及方法，通过设置多个冷却组件、取热组件，在实现反应器内部有机废水及掺混水预热升温的同时，有效控制反应后流体温度及壁面温度；设置的事故紧急处理单元能够有效应对反应器内部的意外压力突升，二次保障装置安全运行；能够广泛适用于有机废水的超临界水氧化领域。

技术领域

本发明属于有机废物处理设备技术领域，具体涉及一种超临界水氧化装置的安全保障系统及方法。

背景技术

超临界水具有包括氢键数目少、介电常数低、粘度低、扩散系数高及与有机物及氧化剂互溶等优异的物理化学性质，相比于其他有机溶剂，更有利于实现绿色环保的化学过程。超临界水氧化技术是指有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生均相氧化反应，有机物被彻底转化为H₂O和CO₂等无害化小分子的过程。在400～650℃和24～30MPa反应条件下，有机物的去除率可在几分钟内达到99％以上。

相比于芬顿氧化法、电化学氧化法、湿式空气氧化法等高级氧化技术，超临界水氧化技术具有以下优点：

1)不存在相间传质传热阻力，反应速率极快，反应时间短。然而芬顿氧化法和电化学氧化法的反应时间通常需要数个小时乃至十小时以上，湿式空气氧化法往往也需要半个小时以上的反应时间。

2)降解效率高，对有机物的去除率可达到99％以上；超临界水氧化反应为放热反应，当有机物质量分数大于2％～5％时，反应放热即可维持系统能量自给。同传统焚烧法相比，超临界水氧化技术可直接处理高含水率的物料，无需进行预脱水操作。

3)此外，超临界水氧化反应温度一般低于650℃且系统封闭运行，有效避免了飞灰及NO_x、SO_x、二噁英等二次污染物的生成。美国国家关键技术指出超临界水氧化技术是21世纪最有前途的废物处理技术。中国工信部也于2017年将超临界水氧化技术列为重点发展的技术方向。

对于传统的超临界水氧化处理有机废物装置，其往往需要配备物料预热器、反应后超临界水流体降温-回热器等，导致装置整体体积庞大且造价较高。对于新开发的紧凑式超临界水氧化装置，其在反应器内部同时实现了有机物降解、物料预热、反流后流体降温，大幅减小了装置体积及降低了系统造价。然而，紧凑式超临界水氧化装备在实现高效、低成本快速降解的同时，由于较高的紧凑度、核心反应温度，反应器面临着潜在的壁面超温、反应腔内部超压等风险，可能导致反应器寿命缩短及工艺安全隐患。因此，开发面向紧凑式超临界水氧化处理装置的安全保障工艺及调控方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超临界水氧化装置的安全保障系统及方法，解决反应器内部有机物降解、物料预热、反流后流体降温的低成本紧凑式超临界水氧化装置所面临的潜在超温、超压等安全风险。

本发明采用以下技术方案：

一种超临界水氧化装置的安全保障系统，包括反应器，反应器的一端与反应器壁面安全保障模块连接，另一端与冷却器连接；反应器壁面安全保障模块包括安全保障水供给单元，安全保障水供给单元分三路分别与反应器连接，第一路和第二路分别通过管道经反应器和冷却器返回至安全保障水供给单元，第三路经反应器内设置的紧急取热模块与冷却器连接；反应器和冷却器均连接紧急泄放安全模块。

具体的，反应器包括筒体，筒体的上部设置有上端组件，上端组件的内壁设置有端盖水冷壁，筒体的内壁覆有侧面水冷壁。

进一步的，安全保障水供给单元的第一路经第一支路阀门与端盖水冷壁的端盖冷壁水入口连接，端盖水冷壁的端盖冷壁水出口与冷却器内设置的第一换热面入口连接，第一支路阀门与上端组件上设置的端盖温度计联锁设置。