CN101602558A - 废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置，包括：由直筒部(1)和上端部(2)组成的筒体，固定在筒体的直筒部(1)下端的球形封头(4)，固定在筒体的上端部(2)的端盖(3)，设置在筒体内并与筒体内壁留有间隙的蒸发壁(5)，设置在蒸发壁(5)内的换热盘管(6)，贯穿端盖(3)中央的物料进管(7)，设置在端盖(3)底部并连通物料进管(7)的中心导管(11)，贯穿端盖(3)设置在物料进管(7)旁边的反应出口管(8)，设置在筒体的直筒部(1)的蒸发壁水的中部进水管(12)，设置在球形封头(4)底部的排盐管(18)。
Description
技术领域
本发明属于废有机物处理领域，涉及利用超临界水氧化或气化法实现有机废水废物无害化处理和资源化利用的反应器，特别涉及一种废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置。
背景技术
超临界水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，有机物、氧气能按任意比例与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质、传热的阻力。而无机物特别是盐类在超临界水中的溶解度极低，容易将其分离出来。超临界水因具有可连续变化的密度、低静电介质常数、低粘滞度的特性，使其成为一种具有高扩散能力、高溶解性的理想反应介质，可以利用其温度与压力的变化来控制反应环境、协调反应速率与化学平衡、调节催化剂的选择性等。
有机物超临界水处理技术包括超临界水氧化技术(简称SCWO)、超临界水部分氧化技术(简称SCWPO)和超临界水气化技术(简称SCWG)，SCWO是以有机物无害化处理为终极目标，SCWPO和SCWG是以有机物转化产氢为终极目标。超临界水处理技术是利用超临界水对有机物和氧化剂都是良好的溶剂的特殊性质，在提供不同数量氧化剂的前提下，有机物在超临界水环境中进行均相反应，迅速、完全、彻底地将有机物结构深度破坏，转化成无害的CO2、H2和H2O等无害的小分子化合物。
虽然超临界水处理技术已经取得了很大进步，但是反应器中盐沉积引起的堵塞、高速率腐蚀、催化剂的装载等问题仍有待进一步解决和优化。
(1)在超临界水条件下，由于高温、高压、溶解氧，以及反应中产生的活性自由基、强酸或某些盐类物质都加快了反应器的腐蚀速率。对已有的主要耐腐蚀合金的试验表明：不锈钢、镍基合金、钛合金等高级耐腐蚀材料在超临界水处理系统，尤其是SCWO系统中均会遭受不同程度的腐蚀。腐蚀问题不仅严重影响了反应器的正常工作，导致其寿命下降，而且由于腐蚀产生的Cr6+等金属离子也影响了处理的最终效果。
(2)反应器进料中含有的无机盐类在超临界水中的溶解度极小，其中某些粘度大的盐类沉积下来，会引起反应器或其进出口管路的堵塞，造成反应系统的被迫停车，甚至会发生安全事故。盐沉积问题也会影响反应器器壁的传热性能以及加快反应器的腐蚀速率。
(3)尽管催化剂的使用可以明显提高有机物转化率和目标产物的选择性，缩短反应时间，降低反应温度和反应压力，优化反应途径。但是在进料含盐量大的情况下，催化剂存在使用寿命较短，容易中毒等问题，需要经常更换催化剂。目前，超临界水处理技术中所使用连续式的反应器，为了保证良好的密封性，结构上拆卸困难，难以方便装载和更换催化剂，同时也没有考虑从反应器结构上降低催化剂失活速率的办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置，它能够降低反应器的腐蚀速率，避免盐沉积引起的堵塞。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，包括：由直筒部和上端部组成的筒体，固定在筒体的直筒部下端的球形封头，固定在筒体的上端部的端盖，设置在筒体内并与筒体内壁留有间隙的蒸发壁，设置在蒸发壁内的换热盘管，贯穿端盖中央的物料进管，设置在端盖底部并连通物料进管的中心导管，贯穿端盖设置在物料进管旁边的反应出口管，设置在筒体的直筒部的蒸发壁水的中部进水管，设置在球形封头底部的排盐管；所述换热盘管的进、出管分别贯穿并伸出端盖，所述中心导管沿换热盘管轴线并伸出换热盘管。
本发明的进一步改进和特点在于：
所述中心导管的下端外壁固定有多孔状的催化剂箱，所述换热盘管伸入催化剂箱。
所述端盖底部中央设置有套筒，所述中心导管与套筒螺纹连接。
所述蒸发壁底部为倒喇叭状，所述球形封头设置有对应的蒸发壁水的底部进水管。
所述蒸发壁水的中部进水管沿筒体的直筒部轴向多层分布，每层沿直筒部周向分布。
所述反应出口管贯穿端盖伸入蒸发壁内侧，且反应出口管的内端设有过滤器。
所述中心导管的管径大于物料进口管的管径。
所述中心导管的下端出口为喇叭状。
所述蒸发壁由烧结金属网制作而成。
所述换热盘管为螺旋盘管。
本发明废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置中，筒体内设置有蒸发壁，并且蒸发壁和筒体内壁之间留有间隙，间隙内充注有洁净的蒸发壁水，在蒸发壁内侧形成一层保护性的常规水膜或超临界水膜，可以有效地避免蒸发壁与内部腐蚀性流体接触，从而延缓了蒸发壁的腐蚀速度。同时也避免了反应物料和筒体的接触，从而延缓了筒体的腐蚀速度。
本发明的废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置外形是罐体，结构紧凑，内径大，克服了管式反应器尺寸长，容易因盐沉积引起堵塞的缺点。反应器中设置有换热盘管，从上到下存在温度梯度可以高效地进行盐分离，同时本发明采用蒸发壁结构使析出的盐重新溶解在反应器下部蒸发壁内侧的水膜中或不接触蒸发壁，可以避免盐沉积在蒸发壁上，克服了盐分离过程中因垂直方向的扰动致使盐在壁面上产生沉积和结块问题。
本发明的端盖底部中央设置有套筒，中心导管与套筒螺纹连接；中心导管的下端外壁固定有多孔状的催化剂箱，所述换热盘管伸入催化剂箱。这种结构方便拆卸和更换催化剂。
附图说明
图1为本发明的废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置，主要包括：筒体1，端盖3，球形封头4，蒸发壁5，换热盘管6，物料进管7，设置在端盖底部的中心导管11，反应出口管8，蒸发壁水的进水管12、14，排盐管18，催化剂箱16以及相关温度、压力传感器等。
筒体由直筒部1和上端部2焊接组成，球形封头3焊接在筒体的直筒部1下端，筒体的上端部2与端盖3之间设置有八角垫密封，通过双头螺栓固定。蒸发壁5由烧结金属网制作而成，其设置在筒体内并与筒体内壁留有间隙，并位于端盖3和球形封头4之间；蒸发壁5分为直筒段和倒喇叭段，对应于蒸发壁5的直筒段，在筒体的直筒部1上，沿其轴向布置有三层蒸发壁水的中部进水管12，每层4个中部进水管12沿直筒部1周向分布，各层之间的中部进水管12在周向相互错开；在筒体的直筒部的外侧面固定集箱13，所有中部进水管12与集箱13连通；蒸发壁5的倒喇叭段位于球形封头4底部，球形封头4设置有对称的2个蒸发壁水的底部进水管14。
物料进管7贯穿端盖3中央，端盖3的底面固定套筒9，套筒9通过螺纹连接中心导管11，中心导管11的直径大于物料进管7，并且其下端出口为喇叭状，物料进入时逐步扩容，有利物料的输送和预热。反应出口管8贯穿端盖3伸入蒸发壁5内侧，且其内端设有过滤器。反应出口管8用于反应后洁净流体的排放；排盐管18位于球形封头4的底部，用于沉积盐和反应沉渣的排放。
换热盘管6为螺旋盘管，位于蒸发壁5内侧，其进、出管601、602分别贯穿并伸出端盖3，螺旋盘管的中心轴线与中心导管11的中心轴线重合，其最低端靠近筒体的直筒部1高度的1/4处，中心导管11伸出螺旋盘管底部。
催化剂箱16的外形为环槽，内外槽壁开设有密集的圆孔。中心导管11的下端外壁固定有托架17，催化剂箱16的内环孔从中心导管11的上端套入到托架17上，环槽口朝上，然后将中心导管11的上端旋入设置在端盖4底部中央的套筒9上，换热盘管6伸入多孔状的催化剂箱16内。
本实施例中，在端盖3设置有测量反应器顶部流体温度的温度传感器T1，在筒体的上端部2设置有测量其壁温的温度传感器T2和测量此处蒸发壁壁温的温度传感器T3，在筒体的直筒部1设置有测量其壁温的温度传感器T4和测量此处蒸发壁壁温的温度传感器T5，在球形封头4底部设置有测量中心导管11出口反应流体温度的温度传感器T6和测量球形封头4底部浓盐水温度的温度传感器T7。在筒体直筒部1上端设置有测量蒸发壁水压力的测量口P1，在球形封头4底部设置有测量中心导管出口处压力的测量口P2。
Claims (10)
1、一种废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置，其特征在于，包括：由直筒部(1)和上端部(2)组成的筒体，固定在筒体的直筒部(1)下端的球形封头(4)，固定在筒体的上端部(2)的端盖(3)，设置在筒体内并与筒体内壁留有间隙的蒸发壁(5)，设置在蒸发壁(5)内的换热盘管(6)，贯穿端盖(3)中央的物料进管(7)，设置在端盖(3)底部并连通物料进管(7)的中心导管(11)，贯穿端盖(3)设置在物料进管(7)旁边的反应出口管(8)，设置在筒体的直筒部(1)的蒸发壁水的中部进水管(12)，设置在球形封头(4)底部的排盐管(18)；所述换热盘管(6)的进、出管(601、602)分别贯穿并伸出端盖(3)，所述中心导管(11)沿换热盘管(6)轴线并伸出换热盘管(6)。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，所述中心导管(11)的下端外壁固定有多孔状的催化剂箱(16)，所述换热盘管(6)伸入催化剂箱(16)。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，所述端盖(3)底部中央设置有套筒(9)，所述中心导管(11)与套筒(9)螺纹连接。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，所述蒸发壁(5)底部为倒喇叭状，所述球形封头(4)设置有对应的蒸发壁水的底部进水管(14)。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，所述蒸发壁水的中部进水管(12)为沿筒体的直筒部(1)轴向多层分布，每层沿直筒部(1)周向分布。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，所述反应出口管(8)贯穿端盖(3)伸入蒸发壁(5)内侧，且反应出口管(8)的内端设有过滤器(10)。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，所述中心导管(11)的管径大于物料进口管(7)的管径。
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逆流罐式反应装置，其特征在于，所述中心导管(11)的下端出口为喇叭状。
9、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置，其特征在于，所述蒸发壁(5)由烧结金属网制作而成。
10、根据权利要求1所述的一种废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置，其特征在于，所述换热盘管(6)为螺旋盘管。
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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: Countercurrent pot-type reaction device for supercritical water treatment of waste organic matter License type: Exclusive License Open date: 20091216 Record date: 20110309 |
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