CN104445572A - 多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，主要由筒体、上端盖、下端盖、烧嘴及蒸发壁构成，筒体与上端盖、下端盖分别固定安装，在筒体内安装蒸发壁，下端盖制有反应物出口，其特征在于：所述烧嘴为多层烧嘴，该多层烧嘴由一个安装于端盖中心的中心烧嘴及至少一个位于第一烧嘴下部的下层烧嘴构成，中心烧嘴与下层烧嘴之间有环状狭隙，中心烧嘴制有燃料与氧气混合物入口，下层烧嘴制有与所述环状狭隙连通的污水与氧气混合物入口。本发明结构设计科学合理，有效克服预热器、反应器、管路堵塞及腐蚀，减少蒸发壁用纯净水量，并能使反应器体积减小，降低贵重合金用量的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器。

Description

多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器

技术领域

本发明涉及环保技术领域的超临界水氧化反应器，特别是一种多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器。

背景技术

目前，含有有机化合物水样的工业化处理采用的主要方法为氧化法、吸附过滤法、焚烧法等。其中氧化法、吸附过滤法处理后的水样中还是会残余有机物，而焚烧法的处理成本较高，并且会产生二噁英等物质，需要后续处理。

超临界水氧化(SCWO)技术最早是在20世纪80年代中期由美国学者Modell提出的一项能完全地、彻底地将有机物结构破坏的深度氧化技术。美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中指出，最有前途的废物处理技术是SCWO法。

超临界水(SCW)是指温度超过374.15℃，压力超过22.12Mpa的特殊状态的水，该条件下水的介电系数大大降低，氧气和多种有机物质在水体系中形成均一相，消除传质阻力，使本来发生在液相、固相、气相之间的多相反应转化为在SCW中的均相氧化反应，反应速率更快，停留时间更短。而且大多不需使用催化剂，氧化效率很高，大部分有机物的去除率可达99％以上。另外，无机组分与盐类在SCW中溶解度很低，几乎可以完全沉淀析出，使反应过程中盐的分离变得容易。当有机物浓度在1wt％～2wt％时，就可依靠反应过程中自身的氧化放热来维持反应所需的温度，不需要外界供热，多余的热能可以回收。由于反应在封闭的环境下进行，符合全封闭处理的要求。反应温度远低于焚烧，且无二次污染物的产生。

但是由于超临界水氧化反应的苛刻的条件374.15℃，22.12Mpa，很多工艺难以保持平稳的运行，很多工艺中对废水和氧化剂流体进行预热到超临界条件进入反应器，这样在预热阶段出现的盐类沉淀以及热解、裂解等反应带来的脱炭、焦化等引起的管路堵塞问题，反应器高温高压时材料选材问题，反应器蒸发壁需用纯净水量比较大的问题，反应后下层蒸发壁易堵问题，反应后产物对容器的腐蚀等问题大大制约了该技术的发展。

中国发明专利201110121463.X中公开了一种利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应器，其主要由釜体、端盖及多孔蒸发壁构成，在端盖上安装有燃料芯管，并制有热空气入口，釜体底部制有盐排出口，其利用辅助燃料补给反应所需热量，解决超临界水反应系统经济型问题。此种结构的反应器存在如下不足：1、其在端盖中心处制有一个燃料入口及一个氧气入口，存在辅助燃料需要量大，高温区集中的问题，且处理量小，难以工业放大；2、蒸发壁由于处于超临界状态，上层蒸发壁盐挂壁现象严重，需要大量纯净水进行冲刷，极易产生盐析出及挂壁现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效克服预热器、反应器、管路堵塞及腐蚀，减少蒸发壁用纯净水量，并能使反应器体积减小，降低贵重合金用量的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器。

本发明决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，主要由筒体、上端盖、下端盖、烧嘴及蒸发壁构成，筒体与上端盖、下端盖分别固定安装，在筒体内安装蒸发壁，下端盖制有反应物出口，其特征在于：所述烧嘴为多层烧嘴，该多层烧嘴由一个安装于端盖中心的中心烧嘴及至少一个位于第一烧嘴下部的下层烧嘴构成，中心烧嘴与下层烧嘴之间有环状狭隙，中心烧嘴制有燃料与氧气混合物入口，下层烧嘴制有与所述环状狭隙连通的污水与氧气混合物入口。

而且，所述的下层烧嘴由2-5层下层烧嘴构成，各下层烧嘴之间均有环状狭隙，各下层烧嘴上均制有与环状狭隙连通的污水与氧气混合物入口。

而且，所述的蒸发壁的外壁与筒体的内壁之间形成狭隙，该狭隙由从上至下分隔开的多个狭隙构成，该多个狭隙至少包括一个高温蒸发壁狭隙，一个中温蒸发壁狭隙及一个低温蒸发壁狭隙，在筒体上制有分别与所述高温蒸发壁狭隙，中温蒸发壁狭隙及低温蒸发壁狭隙连通的高温蒸发壁水入口、中温蒸发壁水入口及低温蒸发壁水入口。

而且，所述的筒体上插装有多个与蒸发壁内多个狭隙逐个对应连通的温度计。

而且，所述的下端盖制有大倒角的锥形导流底面，该锥形导流底面的底端制有所述反应物出口。

而且，所述的筒体与上端盖、下端盖均采用耐高温紧固螺母固装，并在该耐高温紧固螺母上套装有耐高温套筒。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，设置多层烧嘴，最内的中心烧嘴为燃料烧嘴，通入加热的燃料进行加热，并在超临界水中氧化，放出的热量将加热第二层下层烧嘴喷出的污水，将污水直接加热到超临界状态，使之在超临界水中氧化，放出的热量将加热第三层下层烧嘴喷出的污水，以此类推，上一层烧嘴喷出的污水氧化产生的热量，直接加热下一层喷嘴的污水，使之达到超临界状态，以支持整体反应器的氧化反应。如此，污水预热器直接被烧嘴取代，能解决污水预热器因为加热温度过高而造成的脱碳焦化现象，因为是直接换热，换热效率要远大于预热器，并且因为是多层喷烧，可以根据单层的流体流量来控制最终火焰的形状，能有效的减少高温区的范围，极大的减小反应器的外形尺寸，降低耐高温耐高压合金的用量，可以根据需要做多层烧嘴，本实施例中为四层，每一层狭缝的流通面积是成几何级数增长的，故能很轻松的实现污水处理量的放大。

2、本发明的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，蒸发壁的外壁与筒体的内壁之间形成狭隙，该狭隙由从上至下分隔开的多个狭隙构成，可以将上层的蒸发壁纯净水的流量加大，而减少下层的蒸发壁纯净水的流量，这样既可以防止上层的蒸发壁因为处于超临界状态盐析出的挂壁现象，也能使得下层的纯净水用量减少很多，解决了以前反应器要么纯净水用量大，要么上层蒸发壁的盐挂壁现象严重的问题。

3、本发明的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，反应器下端盖制有大倒角的锥形导流底面，该锥形导流底面的底端制有所述反应物出口，这样可以最大限度的减少反应后产物对最下层蒸发壁的冲刷，能有效的防止蒸发壁的堵塞，并且减少亚临界水对下层蒸发壁的腐蚀。

4、本发明结构设计科学合理，有效克服预热器、反应器、管路堵塞及腐蚀，减少蒸发壁用纯净水量，并能使反应器体积减小，降低贵重合金用量的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，可以广泛应用于对高浓度、含盐、难生化降解的有机废水/市政污泥/人体排泄物等有机废物进行的无害化处理和资源化回收利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标记说明：

1-耐高温紧固螺母、2-耐高温套筒、3-下端盖、4-筒体、5-低温蒸发壁水入口、6-中温蒸发壁水入口、7-高温蒸发壁水入口、8-狭隙、9-污水与氧气混合物入口、10-上端盖、11-燃料与氧气混合物入口、12-中心烧嘴、13-第一下层烧嘴、14-第二下层烧嘴、15-第三下层烧嘴、16-蒸发壁、17-温度计、18-反应物出口。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，主要由筒体4、上端盖10、下端盖3、烧嘴及蒸发壁16构成，筒体与上端盖、下端盖分别固定安装，在筒体内安装蒸发壁，下端盖制有反应物出口18。

本反应器的创新之处在于：烧嘴为多层烧嘴，该多层烧嘴由一个安装于端盖中心的中心烧嘴12及位于第一烧嘴下部的第一下层烧嘴13、第二下层烧嘴14及第三下层烧嘴15构成，各下层烧嘴为筒形，并采用逐个套装的方式固装在端盖与筒体之间。中心烧嘴与第一下层烧嘴之间有环状狭隙，第一下层烧嘴与第二下层烧嘴之间及第二下层烧嘴与第三下层烧嘴之间均有环状狭隙。中心烧嘴制有燃料与氧气混合物入口11，各下层烧嘴均制有与所述环状狭隙连通的污水与氧气混合物入口9。各下层烧嘴采用填料式安装方式固装于上端盖与筒体之间，方便更换。

蒸发壁的外壁与筒体的内壁之间形成狭隙8，该狭隙由从上至下分隔开的五个狭隙构成，该五个狭隙包括两个高温蒸发壁狭隙，两个中温蒸发壁狭隙及一个低温蒸发壁狭隙，在筒体上制有分别与所述高温蒸发壁狭隙，中温蒸发壁狭隙及低温蒸发壁狭隙连通的高温蒸发壁水入口7、中温蒸发壁水入口6及低温蒸发壁水入口5。筒体上插装有多个与蒸发壁内多个狭隙逐个对应连通的温度计17。

下端盖制有大倒角的锥形导流底面，该锥形导流底面的底端制有所述反应物出口。筒体与上端盖、下端盖均采用耐高温紧固螺母1固装，并在该耐高温紧固螺母上套装有耐高温套筒2，耐高温套筒能够在高温下保证螺母的锁紧。

本反应器的工作原理为：

本反应器设置多层烧嘴，最内的中心烧嘴为燃料烧嘴，通入预热的燃料及进行加热并在超临界水中氧化，放出的热量将加热第一下层烧嘴喷出的污水，将污水直接加热到超临界状态，使之在超临界水中氧化，放出的热量将加热下一层烧嘴喷出的污水，以此类推，上一层烧嘴喷出的污水氧化产生的热量，直接加热下一层喷嘴的污水，使之达到超临界状态，以支持整体反应器的氧化反应。中心烧嘴可以从上盖抽出，方便更换。各下层烧嘴采用填料式安装方式固装于上端盖与筒体之间，方便更换。

在筒体内设置多孔材料制作的蒸发壁，筒体与蒸发壁之间形成五个密封的狭隙空间，密封狭隙空间内为亚临界水，亚临界水在压差的作用下，流入蒸发壁内表面，在其上形成一层厚度均匀的水膜，溶解了在超临界反应过程中产生的无机盐，阻止了无机盐在内壁上的结垢，同时防止了腐蚀性物质与内筒壁接触从而造成的腐蚀。脱盐后的反应流体从底部流出，提高了装置的安全性，蒸发壁的使用降低了对反应釜筒体材料的选择难度。

该反应器下端盖出口处设计成大倒角的锥形导流底面结构，这样可以最大限度的减少反应后产物对最下层蒸发壁的冲刷，能有效的防止蒸发壁的堵塞，并且减少亚临界水对下层蒸发壁的腐蚀。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，主要由筒体、上端盖、下端盖、烧嘴及蒸发壁构成，筒体与上端盖、下端盖分别固定安装，在筒体内安装蒸发壁，下端盖制有反应物出口，其特征在于：所述烧嘴为多层烧嘴，该多层烧嘴由一个安装于端盖中心的中心烧嘴及至少一个位于第一烧嘴下部的下层烧嘴构成，中心烧嘴与下层烧嘴之间有环状狭隙，中心烧嘴制有燃料与氧气混合物入口，下层烧嘴制有与所述环状狭隙连通的污水与氧气混合物入口。

2.根据权利要求1所述的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，其特征在于：所述的下层烧嘴由2-5层下层烧嘴构成，各下层烧嘴之间均有环状狭隙，各下层烧嘴上均制有与环状狭隙连通的污水与氧气混合物入口。

3.根据权利要求1所述的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，其特征在于：所述的蒸发壁的外壁与筒体的内壁之间形成狭隙，该狭隙由从上至下分隔开的多个狭隙构成，该多个狭隙至少包括一个高温蒸发壁狭隙，一个中温蒸发壁狭隙及一个低温蒸发壁狭隙，在筒体上制有分别与所述高温蒸发壁狭隙，中温蒸发壁狭隙及低温蒸发壁狭隙连通的高温蒸发壁水入口、中温蒸发壁水入口及低温蒸发壁水入口。

4.根据权利要求3所述的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，其特征在于：所述的筒体上插装有多个与蒸发壁内多个狭隙逐个对应连通的温度计。

5.根据权利要求1所述的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，其特征在于：所述的下端盖制有大倒角的锥形导流底面，该锥形导流底面的底端制有所述反应物出口。

6.根据权利要求1所述的多层喷烧的蒸发壁式超临界水氧化反应器，其特征在于：所述的筒体与上端盖、下端盖均采用耐高温紧固螺母固装，并在该耐高温紧固螺母上套装有耐高温套筒。