CN101560033A - 废有机物的超临界水处理用反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机物处理领域，涉及废有机物的超临界水处理，公开了一种废有机物的超临界水处理用反应器。它包括：承压腔室(2)，设置在承压腔室(2)内的由蒸发壁组成的内腔室(1)，分别贯穿承压腔室(2)的顶部并伸入内腔室(1)的物料进管(4)、溢流管(5)，贯穿承压腔室(2)底部并伸入内腔室(1)的出盐管(6)，所述内腔室(1)和承压腔室(2)之间留有空隙，所述承压腔室(1)上设置有蒸发壁水的进水管(7)。
Description
技术领域
本发明属于有机物处理领域，涉及废有机物的超临界水处理，特别涉及一种废有机物的超临界水处理用反应器。
背景技术
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，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于极性有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。在足够高的压力下，SCW能与空气、氧气和有机物以任意比例混溶，从而形成均一相。此时，气液相界面消失了，也就消除了相间的传质阻力，溶于其中的物质的反应速度不再受传质的影响。同时，高的反应温度(约400～650℃)也使反应速度加快。
超临界水气化技术(Supercritical Water Gasification，简称SCWG)，利用超临界水强大的溶解能力，将有机物溶解，生成高密度、低粘度的液体，然后在高温、高压的反应条件下，生成富含氢气的可燃性气体。发明人进行了污泥超临界水气化(600℃、34.5MPa)实验，结果污泥在超临界水热分解工艺中产生的气体组分及体积含量为：H2 46％，CH4 39％，CO2 10％，N2 4％，CO 1％，生成气的热值为2337.9KJ/mol，其能量有效利用率达64.8％(已扣除了加热自身至水热分解温度所需的热量)。
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)，利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物。超临界水氧化技术对于处理那些工业部门难销毁的有毒有害物质(如染料废物、制药废物、润滑剂废物、含PCBs的绝缘油、放射性混合废物、多氯联苯、易挥发性酸等)、高浓度难降解的有机废物(污泥、造纸厂料浆等)、军用毒害物质(化学武器，火箭推进剂，炸药等)具有独特的效果。
超临界水部分氧化技术(Supercritical Water Partial Oxidation，简称SCWPO)是一种结合了SCWO在污染物处理和SCWG在制取富氢气体两方面优势的一种新型制氢技术。该技术不仅大大减少了完全气化反应中焦油的产生量，而且改变了气体产物分布，提高了氢气和二氧化碳的纯度等级，同时实现了有机污染物的无害化处理和资源化利用。
关于应用超临界水技术的废有机物处理的试验装置和商业装置，目前国内外已有相关报道，但还存在着不少缺点：
(1)材料腐蚀问题。由于废有机物的超临界水处理反应器处于高温高压条件下，尤其是废有机物中含有卤素、硫或磷，在超临界水中分解后会产生酸，引起设备的强烈腐蚀；即使具有较好耐蚀性的镍基材料，在超临界水中，特别是在亚临界水中，仍遭受了严重的腐蚀。
(2)盐沉积问题。常温下水对大多数盐来说是一种良溶剂，溶解度较大。而大部分盐在低密度的超临界水中溶解度很低(典型为1～100mg/L)。当亚临界溶液被迅速加热到超临界温度时，由于盐的溶解度大幅度降低，有大量沉淀析出，沉积的盐会引起反应器堵塞，这不仅影响了反应器的正常运行，还会带来潜在的危险。
(3)温度控制问题。SCWO过程是一个放热反应，当有机物的质量分数达到1～2％时就能实现自热。对于有机物含量较高的废弃物来说，SCWO过程放热过多容易引起反应器温度无法控制，造成反应条件恶化和反应器器壁应力减小等后果。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种废有机物的超临界水处理用反应器，它能够有效地延缓反应器的腐蚀速度，防止盐沉积，方便控制反应器的壁温，使反应器的处理能力更强，使用寿命更长。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种废有机物的超临界水处理用反应器，其特征在于，包括：承压腔室，设置在承压腔室内的由蒸发壁组成的内腔室，分别贯穿承压腔室的顶部并伸入内腔室的物料进管、溢流管，贯穿承压腔室底部并伸入内腔室的出盐管，所述内腔室和承压腔室之间留有空隙，所述承压腔室上设置有蒸发壁水的进水管。
本发明的进一步特点在于：
所述承压腔室上设置有冷却水管；所述冷却水管设置在承压腔室的下部。
所述蒸发壁由多孔材料制作而成，所述多孔材料包括多孔烧结金属、多孔耐酸陶瓷、多孔分流板或多层金属复合网。
本发明在承压腔室内部设置有由蒸发壁组成的内腔室，超临界水反应在内腔室内进行，承压腔室与反应物进行了隔绝，延缓了承压腔室的腐蚀速度。同时在承压腔室和内腔室之间留有空隙，并承压腔室上分布有蒸发壁水的进水管，蒸发壁水的一部分会在内腔室内壁形成均匀的水膜，隔离反应物与内腔室的接触，延缓内腔室的腐蚀速度，并防止了盐的沉积；蒸发壁水的另一部分会充斥在承压腔室和内腔室之间留有空隙中，合理控制蒸发壁水的温度，可以达到控制承压腔室和内腔室壁温的目的。极端的情况下，还可以在述承压腔室上分布冷却水管，可以达到控制承压腔室和内腔室壁温的目的。冷却水管设置在承压腔室的下部，有利于内腔室底部温度降低和盐分的溶解与排出。
在实际应用中，蒸发壁内侧的反应空间为超临界状态，温度经常达到400-500℃，甚至会达到上千摄氏度，这时盐的溶解度十分的小，有可能沉积在蒸发壁壁面上。蒸发壁水通过蒸发壁上的微孔，由外侧流向内侧，在蒸发壁的内表面形成一定厚度的水膜，不仅可以溶解已经沉积在蒸发壁内表面上的盐，而且也可以起到冲刷壁面的作用。在超临界水氧化反应过程中，酸的产生是不可以避免的，在高温高压下酸对金属材料的腐蚀又十分的严重，只有尽量减少酸与金属的接触才能有效的降低金属腐蚀量。蒸发壁内侧的贴壁水膜能够很好的降低酸与蒸发壁之间的接触，并且把承压腔室接触酸的可能性降到了最低。并且由于蒸发壁的隔离和蒸发壁水的温度控制作用，可以使反应器的承压腔室的壁温保持在较低温度上，这样反应器的承压腔室就可以采用成本较低的金属材料。
附图说明
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的废有机物的超临界水处理用反应器的结构示意图，
其中：1、内腔室；2、承压腔室；3、支架；4、物料进口管；5、溢流管；6、排盐管；7、蒸发壁水的进水管；8、冷却水的进水管。
具体实施方式
参见图1，本发明的废有机物的超临界水处理用反应器，包括：承压腔室2和由蒸发壁组成的内腔室1。在反应器的内腔室1由支架3固定在承压腔室2中，承压腔室2和内腔室1之间预留有空隙。物料进管4位于反应器的最上端，并且在穿过承压腔室2顶部之后，伸入内腔室1内部。溢流管5位于反应器的上部，并穿过承压腔室2顶部，伸入内腔室1内部，用于反应后物料的流出。蒸发壁水的进水管7位于承压腔室2侧壁的偏上部，伸入承压腔室2和内腔室1之间的空隙，向内腔室1的蒸发壁提供蒸发壁水，以便在蒸发壁的内壁形成水膜，调节蒸发壁两侧的压力，可以控制蒸发壁表面水膜的厚度；冷却水管8位于承压腔室2侧壁的偏下部，伸入承压腔室2和内腔室1之间的空隙，其冷却水为温度较低的蒸发壁水。排盐管6位于反应器的最下面，它在穿过承压腔室2之后，穿过蒸发壁并伸入内腔室1内部，用于排除沉积在内腔室1底部的浓盐水和废渣。
本发明所述的蒸发壁由多孔材料制作而成。例如：以粉末冶金形式制成的各种材质的多孔烧结金属(不锈钢、钛合金以及耐腐蚀合金)；广泛用于化学工业的多孔耐酸陶瓷；利用数层多孔板拼合而成的多孔分流板；利用多层金属网烧结而成多层金属复合网。它们拥有各自的优点：多孔烧结金属韧性高、耐高压能力较高，再生能力较好；多孔陶瓷热导率低、耐高温能力较高；多孔分流板耐腐蚀能力较强；多层金属复合网的成型能力较强。
由废有机物以及氧化剂组成的物料经过预热以及混合后，由物料进管4喷入内腔室1的中上部，使得废有机物能够在最短的时间内达到反应所需要的温度，并能够在预定的反应空间内得到充分的反应。当反应物达到反应温度后，处在超临界状态下，形成一个稳定的超临界反应区。在超临界状态下，盐在水中的溶解度极低，在反应物下降的过程中，由于重力甩脱的作用，固体颗粒状态下的盐直接坠入内腔室1的下部。而反应后的物料返回到反应器的内腔室1上部，从溢流管5流出。在反应器的下部冷却水(温度较低的蒸发壁水)经过冷却水管8进入承压腔室2和内腔室1之间的狭小空隙，并且通过蒸发壁上的微孔，进入到内腔室1的底部，用来重新溶解沉积盐为浓盐水。浓盐水和废渣(硅酸盐非反应物质等)从排盐管排除。
Claims (4)
1、一种废有机物的超临界水处理用反应器，其特征在于，包括：承压腔室(2)，设置在承压腔室(2)内的由蒸发壁组成的内腔室(1)，分别贯穿承压腔室(2)的顶部并伸入内腔室(1)的物料进管(4)、溢流管(5)，贯穿承压腔室(2)底部并伸入内腔室(1)的出盐管(6)，所述内腔室(1)和承压腔室(2)之间留有空隙，所述承压腔室(1)上设置有蒸发壁水的进水管(7)。
2、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用反应器，其特征在于，所述承压腔室(1)上设置有冷却水管(8)。
3、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用反应器，其特征在于，所述冷却水管(8)设置在承压腔室(1)的下部。
4、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用反应器，其特征在于，所述蒸发壁由多孔材料制作而成，所述多孔材料包括多孔烧结金属、多孔耐酸陶瓷、多孔分流板或多层金属复合网。
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Assignee: ECOWA ENVIRONMENTAL AND ENERGY TECHNOLOGIES (ZHANGJIAGANG) CO., LTD. Assignor: Xi'an Jiaotong University Contract record no.: 2011610000009 Denomination of invention: Reactor for treating supercritical water of waste organism License type: Exclusive License Open date: 20091021 Record date: 20110309 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091021 |