[发明专利]一种用于超临界水热合成纳米粉体的热循环系统及方法

说明书

一种用于超临界水热合成纳米粉体的热循环系统，包括：物料输送单元、热循环利用单元和反应后处理单元，本发明还提供了基于该系统的热循环方法，能够让反应器中流出的高温高压流体充分热循环，经过三级换热为未反应的流体和干燥纳米颗粒提供热量，实现热量的回收和梯级利用，在热能的利用过程中尽可能做到能级匹配，并最大限度地利用低品位热能，降低系统能耗和运行成本，提高系统经济性和稳定性，实现系统无害化和资源化处理。

技术领域

本发明属于能源化工、合成材料及环保等技术领域，特别涉及一种用于超临界水热合成纳米粉体的热循环系统及方法。

背景技术

纳米材料具有独特的电学、热学、磁学、光学及力学性能，其在电子信息、高端制造、新能源、绿色化工、生命医学、军工科技等领域的应用，引发了所在领域的革命性技术突破，具有极其光明的应用前景。

纳米材料的制备是纳米技术的基础和核心，目前纳米材料的合成方式如共沉淀法、醇类水解沉淀法、水解沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂蒸发法、水热法等存在纯度不够、工艺复杂、成本高、反应时间长等问题，因此亟需一种高效彻底、环保经济的合成技术。

超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是一种高于临界状态(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)下特殊存在形式的水。在这种形式下，水的密度变小，粘度降低，扩散率变大，离子积增加几个数量级，氢键数量大量增加，成为良好的反应媒介。超临界水热合成技术(Supercritical Hydrothermal Synthesis，简称SCHS)可通过金属化合物为原料在秒级或毫秒级发生水解、脱水等一系列物理化学反应析出粒径小(5～10nm)、纯度高、分散性好的纳米颗粒，具有绿色、高效、低成本等诸多优势，是制备纳米材料的理想技术。

连续式超临界水热合成的工艺流程主要由加料/预热系统、混合/反应系统及冷却/物料回收系统3个部分构成。在加料/预热系统中，含水物料被加温加压至水的临界点以上后进入混合/反应系统，物料进行充分反应，在冷却/物料回收系统中，完成反应的出口产物必须降温降压才可排出系统，这就涉及到能量回收和热循环的问题。

而目前超临界水热合成系统中的热循环系统一般是物料在反应器反应后的高温高压产物通过一个简单的换热器将热量直接传递给物料或中间换热物质，从而将热量利用。这种方式虽然也是循环利用，但一般只进行一级换热，不符合能量梯级利用的标准，能源利用率较低，系统的经济性和稳定性较差。

因此亟需一种用于超临界水热合成纳米粉体领域的能够实现能量梯级利用的热循环系统及方法，在热能的利用过程中尽可能做到能级匹配，并最大限度地利用低品位热能，提高系统热效率、节约能源。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，合理利用系统热能，优化热循环方案，本发明的目的在于提供一种用于超临界水热合成纳米粉体的热循环系统及方法，能够让反应器中流出的高温高压流体充分热循环，经过三级换热为未反应的流体和干燥纳米颗粒提供热量，实现热量的回收和梯级利用，在热能的利用过程中尽可能做到能级匹配，并最大限度地利用低品位热能，降低系统能耗和运行成本，提高系统经济性和稳定性，此外，由于废气循环燃烧直到达标排放，实现系统无害化和资源化处理，绿色经济且高效。整个系统的设计为大规模批量生产纳米材料提供了一定条件，加快了超临界水热合成技术的工业化进程。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于超临界水热合成纳米粉体的热循环系统，包括：

物料输送单元，包括带有物料储罐1与高压泵一2的物料输送线路和带有还原剂储罐3与高压泵二4的还原剂输送线路，所述高压泵二4的出口分为两个支路；