CN101570357A - 废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废有机物的超临界水处理领域，公开了一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置。它包括：由直筒部(2)和上端部(4)组成的筒体，设置在筒体的上端部(4)侧壁的出水管(10)，固定在筒体下端的球形封头(1)，设置在球形封头(1)底部的排盐管(11)，固定在筒体的上端部(4)的端盖(5)，设置在筒体内的换热盘管(3)，设置在筒体内并固定在端盖(5)底面的中心导管(8)，贯穿端盖(5)并连通中心导管(8)的进水管(9)；所述换热盘管(3)的进、出口分别伸出筒体，其中通入超临界水；所述中心导管(8)的出口伸出加热盘管(3)的底部。

Description

废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置
技术领域
本发明涉及废有机物的超临界水处理领域，特别涉及一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置。
背景技术
超临界状态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。
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是一种近年来受到高度关注的废有机物的处理技术。它在处理有机污染物时有着独到之处，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等小分子的无机物，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，无机盐在超临界水中的溶解度特别低，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。
超临界水气化技术(Supercritical Water Gasification，简称SCWG)是利用超临界水的独特物理化学性质，在不加氧化剂的条件下，有机物在超临界水中发生水解、热解等反应，生成以氢气为主的可燃性气态产品。与常规气化工艺比较，超临界水气化的反应条件温和，不需要消耗氧化剂，气化率高，气态产物中氢气含量高。
超临界水部分氧化技术(Supercritical Water Partial Oxidation，简称SWPO)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。SWPO利用超临界水的独特物理化学性质，在提供部分氧化剂的前提下，即反应中氧化剂的量小于反应物中有机物完全氧化时所需的氧化剂的量，利用少量的氧化剂攻击有机物中的C-H健。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。
在相关SCWO、SCWG、SWPO技术的超临界水处理装置中，无机盐等沉淀造成的设备及管道堵塞问题是影响超临界水处理技术工业化的最大障碍之一。常温常压下，大多数盐在水中的溶解度较大，一般在几十～100g/L左右。盐-水相平衡研究表明，在密度较低的超临界水中，无机盐在水中的溶解度显著降低，一般在(1～100)×10-6(质量分数)，因此，无机盐很容易从超临界水中析出。
目前，常用的超临界水反应器多为管式反应器。超临界水处理废有机物时，当温度、压力升至水的超临界点(水的临界温度Tc＝374.15℃，临界压力Pc＝22.05MPa)，原先溶解在水中的无机盐会结晶析出，造成反应器及相应管路的堵塞。无机盐等沉淀造成的堵塞不仅会影响换热设备的传热效果，严重时还使会流程无法进行，最终导致超临界水处理废有机物的过程无法正常进行。
发明内容
针对现有的超临界水处理系统在脱盐除渣方面存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置，该装置利用无机盐在超临界水中几乎不溶解的特性，用重力沉降的方法将析出的无机盐等沉淀物除去，防止无机盐沉淀造成的设备及管道堵塞。
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脱盐除渣装置，其特征在于，包括：由直筒部和上端部组成的筒体，设置在筒体的上端部侧壁的出水管，固定在筒体下端的球形封头，设置在球形封头底部的排盐管，固定在筒体的上端部的端盖，设置在筒体内的换热盘管，设置在筒体内并固定在端盖底面的中心导管，贯穿端盖并连通中心导管的进水管；所述换热盘管的进、出口分别伸出筒体，其中通入超临界水；所述中心导管的出口伸出加热盘管的底部。
本发明的进一步特点和改进在于：
所述进水管的管径小于中心导管。
所述中心导管的出口为喇叭状。
所述中心导管的出口设置有通过连接杆固定的锥状反射挡板，其锥尖指向中心导管。
所述端盖底面中心固定有套管，中心导管和套管螺纹连接。
所述筒体的直筒部侧壁设置有伸入筒体的温度传感器。
所述排盐管连接有排盐罐。
所述进水管上设置有第一阀门，出水管上设置有第二阀门；排盐罐的顶部入口设置有第三阀门，底部出口设置有第四阀门；排盐罐采用间歇式排渣。
在本发明中，将反应器底部含盐浓度高的亚临界水经进水管和中心导管流入筒体，换热盘管通入超临界水，把筒体的亚临界水加热到超临界以上(温度＞374.15℃、压力＞22.05MPa)，水中的无机盐等沉淀物析出，依靠重力沉降作用，实现超临界水与无机盐等沉淀物的分离。脱盐除渣后的超临界水经出水管流出，进入下游的流程；无机盐等沉淀物堆积在筒体的底部，间歇式的开启底部排盐管的阀门，排泄沉淀物。
本发明中，进水管的管径小于中心导管，有利于亚临界水的扩容和加热；中心导管的出口为喇叭状，有利于亚临界水的进一步扩容；中心导管的出口设置有通过连接杆固定锥状反射挡板，锥尖指向中心导管，可以防止亚临界水对筒体下部沉淀区的冲击，有利于无机盐的析出与沉淀；筒体的下端部侧壁设置有伸入筒体的温度传感器，便于检测筒体内水的温度；端盖底面中心固定有套管，中心导管和套管螺纹连接，便于中心导管的更换。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的脱盐除渣装置的结构示意图；
图2是具有排盐罐的脱盐除渣装置连接示意图；
其中：1、球形封头；2、筒体的直筒部；3、换热盘管；4、筒体的上端部；5、端盖；6、套管；7、八角垫；8、中心导管；9、进水管；10、出水管；11、排盐管；12、连接杆；13、反射挡板；14、温度传感器；15、排盐罐；16、第一阀门；17、第二阀门；18、第三阀门；19、第四阀门。
具体实施方式
参照图1，废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置，主要包括：由直筒部2和上端部4组成的筒体，设置在筒体的上端部4侧壁的出水管10，焊接固定在筒体下端的球形封头1，设置在球形封头1底部的排盐管11，通过螺栓固定在筒体上端部2的端盖5，设置在筒体内的换热盘管3，设置在筒体内并固定在端盖5底面的中心导管8，贯穿端盖5并连通中心导管8的进水管9。
换热盘管3螺旋盘绕，其进口和出口分别贯穿端盖5伸出筒体，换热盘管3内通入超临界水；中心导管8位于换热盘管3的螺旋轴线，并且其出口伸出换热盘管3的底部。经进水管9和中心导管8将反应器底部含盐浓度高的亚临界水流入筒体，换热盘管3通入热流体，该股热流体可以是反应器上部溢流的超临界水，也可以是外界提供的超临界水或熔融盐。换热盘管3用于加热流经中心导管8和筒体内的亚临界水，使亚临界水变为超临界水，无机盐再次析出后，经重力沉降作用沉淀在筒体的底部。
为了便于筒体的制造和保证筒体密封，将筒体分为焊接在一起的直筒部2和上端部4，筒体的上端部4和端盖5通过螺栓紧固，它们之间设置有八角垫7实现密封。
本实施例中，进水管9的管径小于中心导管8；中心导管8的出口为喇叭状；中心导管8的出口设置有通过连接杆12固定的锥状反射挡板13，其锥尖指向中心导管8。亚临界水由进水管9进入中心导管8，首先在中心导管8进口处扩容，亚临界水沿中心导管8的管壁流动，便于加热；在中心导管8的出口处，再次扩容，并借助反射挡板13的阻挡而向四周分布，沿筒体底部的沉降区断面缓慢垂直上升。在上升过程中，水由亚临界状态被加热到超临界状态，无机盐等从超临界水中析出，并向筒体底部沉降。沉降速度大于水速的颗粒下沉到筒体的底部，澄清的超临界水则经过出水管10流出。反射挡板13，一方面阻止进入中心导管8的亚临界水对脱盐除渣装置底部的直接冲刷，避免底部沉淀物再次被水流卷起，影响沉降效果；另一方面平均布水，使水流分布均匀。
本实施例的端盖5底面中心固定有套管6，中心导管8和套管6螺纹连接，便于中心导管8的更换。筒体的直筒部侧壁设置有伸入筒体的温度传感器14，便于检测筒体内水的温度，指导对进水管9的流量控制。
参照图2，脱盐除渣装置的排渣方式为高温高压条件下的间歇式排渣。筒体底部的排盐管11连接有排盐罐15，排盐罐15设置有底部出口。为了实现间歇式排渣，在进水管9上设置有第一阀门16，在出水管10上设置有第二阀门17，排盐罐15的顶部入口设置有第三阀门18，底部出口设置有第四阀门19；具体的间歇式排渣方式如下：正常运行时，第一、第二阀门16、17打开，第三、第四阀门18、19关闭；当脱盐除渣装置运行一段时间需要排渣时，关闭第一、第二阀门16、17，打开第三阀门18，排盐罐15被充满后，关闭第三阀门18，打开第一、第二阀门16、17；最后开启第四阀门19进行排盐罐15排渣，排放干净后关闭第四阀门19。如此过程反复进行，实现连续式超临界水处理系统的间歇式排渣。

Claims (8)

1、一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置，其特征在于，包括：由直筒部(2)和上端部(4)组成的筒体，设置在筒体的上端部(4)侧壁的出水管(10)，固定在筒体下端的球形封头(1)，设置在球形封头(1)底部的排盐管(11)，固定在筒体的上端部(4)的端盖(5)，设置在筒体内的换热盘管(3)，设置在筒体内并固定在端盖(5)底面的中心导管(8)，贯穿端盖(5)并连通中心导管(8)的进水管(9)；所述换热盘管(3)的进、出口分别伸出筒体，其中通入超临界水；所述中心导管(8)的出口伸出加热盘管(3)的底部。
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脱盐除渣装置，其特征在于，所述进水管(9)的管径小于中心导管(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脱盐除渣装置，其特征在于，所述中心导管(8)的出口为喇叭状。
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脱盐除渣装置，其特征在于，所述中心导管(8)的出口设置有通过连接杆(12)固定的锥状反射挡板(13)，其锥尖指向中心导管(8)。
5、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置，其特征在于，所述端盖(5)底面中心固定有套管(6)，中心导管(8)和套管(6)螺纹连接。
6、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置，其特征在于，所述筒体的直筒部(2)侧壁设置有伸入筒体的温度传感器(14)。
7、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置，其特征在于，所述排盐管(11)连接有排盐罐(15)。
8、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用脱盐除渣装置，其特征在于，所述进水管(9)上设置有第一阀门(16)，出水管(10)上设置有第二阀门(17)；排盐罐(15)的顶部入口设置有第三阀门(18)，底部出口设置有第四阀门(19)；排盐罐(15)采用间歇式排渣。
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PB01 Publication
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Assignee: ECOWA ENVIRONMENTAL AND ENERGY TECHNOLOGIES (ZHANGJIAGANG) CO., LTD.

Assignor: Zhangjiagang Jiangnan boiler pressure vessel Co., Ltd.|Xi'an Jiao Tong University

Contract record no.: 2011610000008

Denomination of invention: Desalting and deslagging device for supercritical water treatment of waste organic substances

License type: Exclusive License

Open date: 20091104

Record date: 20110309

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Granted publication date: 20110921

Termination date: 20190505

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