CN101569839B - 废有机物的超临界水处理用混合器 - Google Patents

Abstract

本发明属于废有机物的超临界水处理领域，涉及超临界水处理过程中的反应物料和氧化剂(氧化剂包括氧气、空气、过氧化氢溶液等)的混合装置，公开了一种废有机物的超临界水处理用混合器。它包括：筒体(1)，设置在筒体(1)顶部的物料入口(N1)，设置在筒体(1)顶部侧壁的溶氧混合管(2)，溶氧混合管(2)上设置有氧气入口(N3)和超临界水入口(N2)，连接筒体(1)的下封头(3)，设置在下封头(3)底部的混合物料出口(N5)，同轴设置在筒体(1)内的具有多孔蒸发壁的内筒(4)，以及设置在筒体(1)侧壁的蒸发壁水入口；所述筒体(1)的内壁和内筒(4)之间留有空隙。

Description

废有机物的超临界水处理用混合器

技术领域

本发明属于废有机物的超临界水处理领域，涉及超临界水处理过程中的反应物料和氧化剂(氧化剂包括氧气、空气、过氧化氢溶液等)的混合装置，特别涉及一种废有机物的超临界水处理用混合器。

背景技术

超临界状态的水相当于非极性溶剂，能与空气、氧气和有机物以任意比例混溶，从而形成均相。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。

近年来，超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)成为一种受到高度关注的废有机物的极具优势的处理技术。它在处理废有机物时有着独到之处，利用水在超临界状态下所具有的特殊性质(弱的氢键作用，介电常数近似于有机溶剂，高的扩散系数，低粘度等)，使废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。

超临界水氧化对于处理那些有毒、难降解的废有机物具有独特的效果。SCWO反应完全、彻底，最终产物为水、N₂、CO₂等小分子无机化合物，且符合全封闭的要求，产物清洁，不需要作进一步的处理。另外，由于无机盐在超临界水中的溶解度特别低，因此可以很容易地从中分离出来，处理后的废水可完全回收利用。SCWO反应过程是一个放热反应，当废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有机物来说，除一部分热量用于加热自身反应物料至反应温度以维持反应的进行外(即自热)，剩余部分的热量可通过换热器产生热能，从而实现废有机物的资源化利用。

近年来，各国都投入了大量的人力物力对该技术进行研究。超临界水氧化反应装置，目前国内外已有相关报道，但还存在着不少缺点。如目前的超临界水氧化装置，要么是物料(为流体状态的废有机物)与反应介质先混合后一起预热，要么只预热反应介质，而物料不预热。前一种情况下，如果预热温度达到超临界温度，则物料在预热管内就开始发生热解、裂解反应，会产生焦油、焦炭，堵塞管路，并且对最终的产物有很大的影响；如果预热温度低，则在进入反应器后，还需要继续加温达到超临界温度，势必会使反应器结构更复杂。后一种情况下，由于物料不预热，在进入反应器之前混合，导致整个流体的温度下降很多，使反应器需要设计更多的加热部分。

发明内容

本发明的目的在于一种废有机物的超临界水处理用混合器，用于氧气、物料的预热混合，连接于反应器的前端，能够向反应器提供预热效果良好的混合物料，简化反应器的结构和降低控制的复杂度。

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混合器，其特征在于，包括：筒体，设置在筒体顶部的物料入口，设置在筒体顶部侧壁的溶氧混合管，溶氧混合管上设置有氧气入口和超临界水入口，连接筒体的下封头，设置在下封头底部的混合物料出口，同轴设置在筒体内的具有多孔蒸发壁的内筒，以及设置在筒体侧壁的蒸发壁水入口；所述筒体的内壁和内筒之间留有空隙。

本发明的进一步特点和改进在于：

所述筒体的侧壁对称设置有四个蒸发壁水入口。

所述蒸发壁水入口连通有提供蒸发壁水的集箱。

所述蒸发壁水为亚临界水。

本发明中，利用氧气与超临界水互溶的特性，在溶氧混合管内先利用超临界水溶解氧气，再在筒体内与物料发生混合和预热后，迅速由混合物料出口流入下游的超临界水氧化反应器。一方面，可以保证反应物料与氧气的混合更加均匀；另一方面可以提高混合物料的温度，有利于下游的超临界水氧化反应的进行；同时混合物料的温度控制有比较简单，相应的反应器的功能相对单一，结构相对简单。

本发明中，利用具有多孔蒸发壁的内筒将筒体为两个区域：内筒和筒体内壁之间的狭小空隙为亚临界区，内筒内侧为超临界区域。蒸发壁水流入多孔蒸发壁以及筒体之间的狭小空间。蒸发壁水从这个狭小空间，流入内筒的多孔蒸发壁内表面，并在多孔蒸发壁的内表面形成一定厚度的均匀水膜。该水膜具有防腐蚀、防堵塞的作用：一方面，在超临界水中析出的盐可以再次溶解在水膜中，避免盐等沉淀物在内筒壁上结垢；另一方面，水膜的形成有效地阻止了酸与筒体的直接接触而造成的腐蚀。

综上所述，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，能够向反应器提供预热效果良好的混合物料，简化反应器的结构和降低控制的复杂度。

附图说明

图1为废有机物的超临界水处理用混合器的结构示意图；

图2为图1的A视向示意图；

图3为图1的B-B剖视示意图；

图4为具有集箱的混合器的结构示意图；

图5为图4的俯视示意图；

图中：1、筒体；2、溶氧混合管；3、下封头；4、内筒；5、八角垫；6、集箱；7、筋板；N1、物料入口；N2、超临界水入口；N3、氧气入口；N4、蒸发壁水入口，N4a～d分别代表四个不同位置的蒸发壁水入口；N5、混合物料出口；N6、集箱的排气口；N7、集箱的排净口，N8、集箱的进水口。

具体实施方式

参照图1、2、3，废有机物的超临界水处理用混合器，主要包括：筒体1，设置在筒体1顶部的物料入口N1，设置在筒体1顶部侧壁的溶氧混合管2，溶氧混合管2上设置有氧气入口N3和超临界水入口N2，连接筒体1的下封头3，设置在下封头3底部的混合物料出口N5，同轴设置在筒体1内的具有多孔蒸发壁的内筒4，以及设置在筒体1侧壁的蒸发壁水入口。

下封头3通过螺栓与筒体1底端以法兰形式固定连接，法兰之间通过八角垫5密封。筒体1的内壁和内筒4之间留有空隙，四个蒸发壁水入口N4a～d对称设置在筒体1侧壁，保证了进入筒体1的蒸发壁水(亚临界水)在径向上均匀分布在内筒4的多孔蒸发壁表面。

参照图4、5，与图1所示的废有机物的超临界水处理用混合器相比，增加了集箱6，集箱6通过筋板7固定在筒体1上，集箱6上设置有排空口N6和排净口N7。集箱6提供干净的亚临界状态的蒸发壁水，通过管道分别通入四个蒸发壁水入口N4a～d。工作过程中，经过预处理的蒸发壁水首先被预热，然后经集箱6进水口N8进入集箱6，再通过四个蒸发壁水入口N4a～d进入筒体1和内筒4之间的狭小空隙区域。

本发明的混合器，具有更好的混合效果，同时还能解决已有混合器存在的盐沉积和腐蚀等问题。

Claims (4)

1.一种废有机物的超临界水处理用混合器，其特征在于，包括：筒体(1)，设置在筒体(1)顶部的物料入口(N1)，设置在筒体(1)顶部侧壁的溶氧混合管(2)，溶氧混合管(2)上设置有氧气入口(N3)和超临界水入口(N2)，连接筒体(1)的下封头(3)，设置在下封头(3)底部的混合物料出口(N5)，同轴设置在筒体(1)内的具有多孔蒸发壁的内筒(4)，以及设置在筒体(1)侧壁的蒸发壁水入口；所述筒体(1)的内壁和内筒(4)之间留有空隙。

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混合器，其特征在于，所述筒体(1)的侧壁对称设置有四个蒸发壁水入口。

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混合器，其特征在于，所述蒸发壁水入口连通有提供蒸发壁水的集箱(6)。

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混合器，其特征在于，所述蒸发壁水为亚临界水。

Images