[发明专利]一种超临界水热合成反应系统的热量回收及余热利用系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种反应系统的热量回收及余热利用系统，特别涉及一种超临界水热合成反应系统的热量回收及余热利用系统。

【背景技术】

纳米微粒具有大的比表面积、表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量和隧道效应等特点。这些特性导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于正常粒子，这使得其具有重要的应用价值。传统的制备纳米微粒的方法有如，喷雾热解法、气相反应法、液相反应法、乳液法以及机械粉碎法等。这些方法均存在缺陷，如机械研磨工艺的生产电耗均较高、生产效率低且生产周期较长。而化学液相法需采用大量的有机溶剂或剧毒的添加剂成分，会造成严重污染。因此，探索以绿色、高效的纳米颗粒制备技术具有重要意义。

超临界水（Supercritical water，简称SCW）是指温度和压力均高于其临界点（T=374.15℃，P=22.12MPa）的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度，该状态下的水中只有少量的氢键存在。超临界水热合成法制备纳米微粒材料是一种新兴技术，有着广阔的发展前景，该合成反应是指在密闭的高压反应器中，以超临界水作为反应介质，使金属盐在水热介质中发生水解、脱水反应，进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的纳米金属氧化物的反应。超临界水热合成法制备纳米微粒的反应过程：加热金属盐的水溶液，达到超临界水的条件后，获得金属氧化物纳米颗粒。这一反应过程可分2步反应机理：

第一步，水解反应：ML_x+xOH^-→M(OH)_x+xL^-        (1)

第二步，脱水反应：M(OH)_x→MO_x/2+x/2H₂O         (2)

在超临界水的环境中，反应速率快，金属氧化物溶解度低，从而成核速率快，因此有利于纳米颗粒的形成。与其他超细微粒制备方法相比，超临界水热合成技术具有许多优点，如：可通过控制反应参数调节产品微粒的粒径，且微粒粒径分布范围较窄；制备方法简单，工艺条件易实现；整个过程绿色，环保。

超临界水热合成反应系统为高温高压系统，其系统涉及热量回收和余热利用，优化回收利用方案能大大降低热量的损失，降低系统运行成本，提高系统的经济性，还有助于该技术的推广应用。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有的超临界水热合成反应系统热量回收利用存在的缺陷和不足，提供了一种超临界水热合成反应系统的热量回收及余热利用系统，其可以广泛应用于超临界水热合成反应系统的热量回收及余热利用，有效地防止了热量的损失，提高了整个系统的热量利用效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种超临界水热合成反应系统的热量回收及余热利用系统，包括盐溶液调制池、纯水储罐、碱液储罐、脱盐单元、第一混合器、第二混合器、有机朗肯发电系统、超临界水热合成反应器、加热炉、第一换热器、第二换热器、盐溶液泵、纯水泵和碱液泵；

其中，盐溶液调制池的出口连接盐溶液泵的入口，盐溶液泵的出口连接第一混合器的盐溶液入口，碱液储罐的出口连接碱液泵的入口，碱液泵的出口连接第一混合器的碱液入口，第一混合器的出口连接第二混合器的混合液入口；

纯水储罐的出口连接纯水泵的入口，纯水泵的出口连接加热炉的低温段入口，加热炉的低温段出口连接第一换热器的冷流体入口，第一换热器的冷流体出口连接加热炉的高温段入口，加热炉的高温段出口连接第二混合器的高温水入口，第二混合器的出口连接超临界水热合成反应器的入口，超临界水热合成反应器的出口连接脱盐单元的入口，脱盐单元的出口连接第一换热器的高温流体入口，第一换热器的高温流体出口分为两股，一股与盐溶液调制池中的换热盘管的入口连接，一股与换热盘管的出口合并后再与第二换热器的高温流体入口连接，降温后的低温流体经第二换热器上的高温流体出口流出，有机朗肯发电系统连接在第二换热器的低温流体出入口两端。

本发明进一步改进在于，加热炉的顶端通过第一电动调节阀设有一个入口。

本发明进一步改进在于，纯水泵的出口设有旁路，其通过第二电动调节阀与加热炉的高温段出口合并。