一种带有内部换热的超临界流体土壤修复系统

技术领域

本申请涉及环境与能源技术领域，尤其涉及一种带有内部换热的超临界流体土壤修复系统。

背景技术

由于工业活动中对有毒有害物质处理不当，产生了严重的土壤污染问题。很多污染物可以在土壤中长期存在，通过植物和动物富集进入人类食物链，或转移至地下水、地表水以及空气中，对人类日常生活产生不良影响，甚至危及人类生存，由此催生的土壤修复技术是解决上述问题的必要手段。

土壤修复是指利用一定的手段转移、吸收或转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受的水平。土壤修复分为物理修复、化学修复和生物修复等几种方式，具体包括蒸汽提取、冲洗、焚烧热解、萃取、氧化还原、填埋、原位生物修复等。然而，上述技术由于经济性、处理规模、处理时效、处理污染物或污染土壤类型过于单一等原因，产业化发展受到诸多限制。

超临界流体土壤修复是随着超临界流体而发展起来的土壤修复技术，由于超临界流体所拥有的密度接近液体、扩散系数及粘度接近气体、溶解性强和传质效率高等一系列优异性质，此外，微小的温度和压力变化即可引起超临界流体密度、粘度、扩散系数、溶剂化能力等性质的显著变化，进而实现良好的分离特性，因此，超临界流体具备解决传统土壤修复技术诸多缺点的潜力，成为近年来的研究热点。

现有超临界流体土壤修复系统多采用泵进行超临界流体的输送，在系统循环过程中需要反复的将超临界流体降温液化和加热气化，此外，在超临界流体对污染物的萃取和分离过程中，也需要对超临界流体进行交替加热和冷却，由于系统设计不合理或热量不匹配，造成了大量的能量浪费，导致系统能耗较高，阻碍了其大规模推广应用。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种带有内部换热的超临界流体土壤修复系统，至少部分解决现有技术中存在的问题。

本申请实施例提供一种带有内部换热的超临界流体土壤修复系统，包括超临界流体储罐、超临界流体泵、内部换热模块、温度调节器A、夹带剂混入模块、土壤修复模块、过滤器、压力温度调节模块、污染物分离器和冷却器，其中，

所述内部换热模块内设有热流体通道和冷流体通道，所述冷流体通道设有第一进口和第一出口，所述热流体通道设有第二进口和第二出口；所述第一进口与所述超临界流体泵的出口连接，所述第一出口与所述温度调节器A的进口连接；所述第二进口与所述污染物分离器的出口连接，所述第二出口与所述冷却器的进口连接；

所述超临界流体储罐的出口、所述超临界流体泵、所述冷流体通道、所述温度调节器A、所述夹带剂混入模块、所述土壤修复模块、所述过滤器、所述压力温度调节模块、所述污染物分离器、所述热流体通道、所述冷却器和所述超临界流体储罐的第一进口通过管道顺次连接，形成闭合的回路系统。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述系统还设有超临界流体充注口和超临界流体充注阀，所述超临界流体充注口、所述超临界流体充注阀与超临界流体储罐的第二进口通过管道顺次连接，当所述超临界流体储罐中的压力或液位低于设定值后，打开所述超临界流体充注阀，经所述超临界流体充注口进行超临界流体充注，直至满足所述系统所需要的超临界流体储罐压力或液位。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述超临界流体储罐的出口、所述超临界流体泵、所述内部换热模块的冷流体通道、所述温度调节器A、所述夹带剂混入模块、所述土壤修复模块通过管道顺次连接，形成超临界流体土壤修复萃取环节。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述土壤修复模块、所述过滤器、所述压力温度调节模块和所述污染物分离器通过管路顺次连接，形成超临界流体与污染物分离环节。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述污染物分离器的下方通过管道连接有污染物收集器。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述压力温度调节模块包括通过管道相连的减压阀和温度调节器B，所述减压阀与所述过滤器的出口连接，所述温度调节器B与所述污染物分离器的进口连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述内部换热模块为回热器、热管和热泵中的一种或多种。

有益效果

本申请实施例中的带有内部换热的超临界流体土壤修复系统，在常规超临界流体土壤修复技术的基础上，引入内部回热系统，充分回收利用在超临界流体循环过程中加热/冷却环节的热量/冷量，在保证系统稳定运行的同时，降低循环过程交替加热/冷却的能耗，对于提高超临界流体土壤修复系统能效和经济性，进而推动其产业化应用，具有重要的现实意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为根据本发明一实施例的带有内部换热的超临界流体土壤修复系统的结构图。

图中：1、超临界流体充注口；2、超临界流体充注阀；3、超临界流体储罐；4、超临界流体泵；5、内部换热模块；6、温度调节器A；7、夹带剂混入模块；8、土壤修复模块；9、过滤器；10、减压阀；11、温度调节器B；12、污染物分离器；13、污染物收集器；14、冷却器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请针对现有的超临界流体土壤修复系统内循环加热/冷却过程中能量不能充分利用的问题，提出了一种改进方案。下面将参照图1的超临界流体土壤修复系统的结构示意图进行详细描述。

本申请实施例提供了一种带有内部换热的超临界流体土壤修复系统，具体包括超临界流体储罐3、超临界流体泵4、内部换热模块5、温度调节器A6、夹带剂混入模块7、土壤修复模块8、过滤器9、压力温度调节模块、污染物分离器12和冷却器14。

具体的，内部换热模块5内设有热流体通道和冷流体通道，冷流体通道设有第一进口和第一出口，热流体通道设有第二进口和第二出口；第一进口与超临界流体泵4的出口连接，第一出口与温度调节器A6的进口连接；第二进口与污染物分离器12的出口连接，第二出口与冷却器14的进口连接。也就是说，内部换热模块5为封闭的结构，热流体通道内有高温超临界流体经过，冷流体通道内有低温超临界流体经过，由于高温超临界流体需要进入冷却器14进行降温液化，将其热量散失掉，低温超临界流体通常为超临界压力下的液态，需要加热到超临界状态，因此，可以利用高温超临界流体的热量和低温超临界流体的冷量进行热量交换，即流经内部换热模块5内部的高温/低温的超临界流体的能量在此进行换热，进而充分利用系统内的能量。

进一步的，内部换热模块5可以但不限于回热器、热管和热泵中的一种或多种，内部换热模块5主要用于使流经其内部的超临界流体的能量交换。

超临界流体储罐3的出口、超临界流体泵4、冷流体通道、温度调节器A6、夹带剂混入模块7、土壤修复模块8、过滤器9、压力温度调节模块、污染物分离器12、热流体通道、冷却器14和超临界流体储罐3的第一进口通过管道顺次连接，形成闭合的回路系统。

进一步的，污染物分离器12的下方通过管道连接有污染物收集器13，带有污染物的超临界流体流经污染物分离器12时，将污染物留在污染物收集器13的下部，通过污染物收集器13进行污染物的收集。无污染物的超临界流体流出污染物分离器12进入内部换热模块5和冷却器14进行降温，并重新流回至超临界流体储罐3中进行下一步的循环。

在一个实施例中，超临界流体储罐3的出口、超临界流体泵4、内部换热模块5的冷流体通道、温度调节器A6、夹带剂混入模块7、土壤修复模块8通过管道顺次连接，形成超临界流体土壤修复萃取环节，用于调整污染物萃取所需要的温度、压力和夹带剂浓度，并实现污染物的萃取。

在上述实施例中，土壤修复模块8、过滤器9、压力温度调节模块和污染物分离器12通过管路顺次连接，形成超临界流体与污染物分离环节，用于调整超临界流体与污染物分离所需要的温度和压力，并实现超临界流体与污染物的分离。

进一步的，超临界流体土壤修复系统还设有超临界流体充注阀2和超临界流体充注口1，超临界流体充注口1、超临界流体充注阀2与超临界流体储罐3的第二进口通过管道顺次连接。在系统运行过程中，可能存在泄漏等问题，超临界流体储罐3中的压力会随着超临界流体的减少而降低，当超临界流体储罐3中的压力或液位低于设定值后，则打开超临界流体充注阀2，经所述超临界流体充注口1进行超临界流体的充注，直至满足本系统所需要的超临界流体储罐3的压力或液位，再关闭超临界流体充注阀2，完成系统内的压力调整。

在另一个实施例中，压力温度调节模块包括减压阀10和温度调节器B11，减压阀10与过滤器9的出口连接，温度调节器B11与污染物分离器12的进口连接。流经过滤器9的超临界流体中已滤除一些较大的污染物，但仍有细小的污染物未被滤除，需经过减压阀10和温度调节器B11进行压力和温度的调整，以便于进入污染物分离器12中进行有效分离。

在本系统中，超临界流体土壤修复的工作原理为：超临界流体储罐3用来存储超临界流体，超临界流体用于萃取溶解在土壤里的污染物；超临界流体泵4将储存在超临界流体储罐3中的超临界流体引出，并加压至所需要的压力，超临界流体依次经过内部换热模块5的冷流体通道和温度调节器A6将超临界流体调整至所需要的温度；增压升温后的超临界流体进入夹带剂混入模块7，混入一定比例的夹带剂，混入夹带剂后的超临界流体进入土壤修复模块8，与其中的被污染土壤接触，将其中的污染物萃取溶解在超临界流体中；溶解了污染物的超临界流体经过滤器9过滤后，先经过减压阀10降压至所需要的分离压力，再经温度调节器B11调节至所需要的分离温度；具备污染物分离条件的超临界流体进入污染物分离器12，其中液相/固相污染物留在污染物分离器12底部，然后进入污染物收集器13；分离污染物后的超临界流体依次流经内部换热模块5的热流体通道和冷却器14，再经过超临界流体储罐3的第一进口返回至超临界流体储罐3，完成超临界流体土壤修复循环。

引入内部换热模块5后，流经热流体通道的超临界流体的温度高于流经冷流体通道的超临界流体温度，因此可以利用流入热流体通道的和冷流体通道的超临界流体之间进行热量传递，使流经冷流体通道的超临界流体在进入温度调节器A6之前已获得一部分热量进行加热，使流经热流体通道的超临界流体在进入冷却器14之前已获得一部分冷量进行冷却，因此，在系统的循环过程中可以充分利用能量，降低循环过程中的能耗。

本发明提供的实施例，针对现有超临界流体土壤修复系统存在大量的能量浪费，系统能耗较高的问题，发明了一种带有内部换热的超临界流体土壤修复系统，引入内部回热系统即内部换热模块，充分回收利用在超临界流体循环过程中加热/冷却环节的热量/冷量，在保证系统稳定运行的同时，降低循环过程交替加热/冷却的能耗，对于提高超临界流体土壤修复系统能效和经济性，进而推动其产业化应用，具有重要的现实意义。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。