CN104857897B - 一种催化湿式氧化装置反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化湿式氧化装置反应器，包括简体、设置在筒体两端的封头、设置在简体内的螺旋梯形架及加热器，封头与筒体的内壁经去污粗化处理，并喷涂打底层、等离子喷涂陶瓷层，并在表面进行微观孔隙封孔处理，螺旋梯形架上安装有用于放置催化剂的多孔格栅板。与现有技术相比，本发明反应器耐腐蚀、热利用效率高，催化剂与被处理高浓度污染液态物质或废水接触面积大，有效增大催化氧化反应机率，催化氧化反应效果明显提升。

Description

一种催化湿式氧化装置反应器
技术领域
本发明属于环保领域，尤其是涉及一种催化湿式氧化装置反应器。
背景技术
催化湿式氧化是环保行业处理高浓度污染液态物质或废水的有效方法，催化湿式氧化装置主要由反应器、热交换器、分离器、压气机、泵以及管道、阀门组成。其中反应器是催化湿式氧化装置的关键技术。通常反应器内置催化剂、外壁设电加热元件且四周均布，然后泵入待处理的液态物质或废水，在加热状态下通入压缩空气，其中氧气参与完成催化氧化过程，工作压力一般约8MPa，工作温度一般约240℃，所以反应器首先是压力容器而且耐腐蚀。但是，现有的304、316等不锈钢制作容器承受不了催化湿式氧化过程的耐腐蚀要求，选用钛材制作反应器应对使用，成本高，也不耐氢氟酸、磷酸和中等浓度碱溶液腐蚀。
其次，现有反应器采用外部加热方式，即反应器外壁表面圆周均布电热元件，出现被处理液态物质或废水径向和轴向受热不均匀现象，热效率低，一般只有60-70％。
第三，现有的催化剂放置在单层或垂直多层多孔格栅板上，与被处理液态物质或废水接触面积不够大，也不符合反应器内流体运动特性，制约催化氧化反应机率，从而影响催化氧化效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种催化湿式氧化装置反应器，可以降低成本、被处理液态物质或废水受热均匀、催化剂与被处理液态物质或废水接触表面增大、有效加大催化氧化机率，催化氧化效果明显提升。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种催化湿式氧化装置反应器，包括简体、设置在简体两端的封头、设置在筒体内含多孔隔栅板的螺旋梯形架及加热器。
简体和封头可用碳钢，例如20G钢按压力容器设计与制造规范制作，封头及筒体的内壁用丙酮或稀盐酸去除油污和氧化物，G14激冷钢喷砂或刚玉喷砂，基体表面出现均匀麻点及金属光泽后停喷以便涂层牢固结合。为了保证基体材料表面活性，防止表面再次污染氧化，喷砂3h内等离子喷涂陶瓷。
基于提高陶瓷涂层与基材的结合强度，缓解陶瓷涂层和基材间因热膨胀系数差异导致应力集中，应先设置NiAl、NiCrAl或TiCrAl打底层，打底层厚度50-80μm，基材预热130-160℃。Al2O3陶瓷化学稳定性好，耐腐蚀、耐磨、耐高温，TiO2熔点约1860℃，低于Al2O3的熔点，喷涂熔化较好，凝固时起粘接作用，填充Al2O3之间的孔隙，小部分TiO2渗入Al2O3晶格产生固溶体，提高涂层韧性和耐蚀性。大部分TiO2粘接在Al2O3颗粒之间，提高涂层韧性、耐腐蚀性、致密度和粘接强度。
等离子喷涂Al2O3+13～16wt％TiO2陶瓷层，粒径400目，纳米级粉末经滚动团聚和干燥处理后粒径为22-45μm，陶瓷涂层厚160-190μm。
同样还可以喷涂Cr2O3+16～19wt％TiO2陶瓷层或ZrO2+19～23wt％Y2O3陶瓷层，尽管TiO2或Y2O3添加，有效提高陶瓷涂层致密性，仍应进行微观孔隙封孔处理，采用耐腐蚀且综合性能优异的聚醚醚酮(PEEK)，熔点334℃，长期工作温度260℃，既韧兼刚，除浓硫酸，不溶于任何溶剂和强酸强碱，阻燃UL-94V-0级，耐疲劳居塑料第一、耐剥离、耐水解、耐辐照。
或采用聚四氟乙烯(PTFE)，-196～260℃长期使用，除熔融的碱金属外，在高温下也不与强酸、强碱和强氧化剂起作用，甚至在“王水”中煮沸也无变化。
或采用聚酰亚胺(PI)，在高分子聚合物中是综合性能最佳之一，耐温-195～250℃长期使用。
碳钢表面等离子喷涂陶瓷，并以耐温、耐蚀且综合性能最佳的高分子聚合物进行微观孔隙封孔处理，可以满足催化湿式氧化装置反应器的耐腐蚀技术要求，耐大多数酸、碱腐蚀性能优于钛反应器，其余持平，而成本降低。
采用内置加热方式，加热器为一端法兰圆筒状结构，与简体的内壁相匹配，加热器的外表面具有等同封头、筒体的耐腐蚀性能，加热器放在反应器被处理的液态物质或废水中，较之反应器外壁周向排列加热元件，热利用效率明显提高，可达85-95％，而且加热均匀，可以将被处理液态物质或废水加热至240℃以上，高效完成催化氧化过程。反应器外壁包扎保温层，即节能又保证操作人员安全。
将催化剂放在多孔格栅板上，格栅板置于螺旋梯形架上，符合反应器内流体运动特性，螺旋梯形架和多孔格栅板的外表面具有等同封头、简体的耐腐蚀性能，这样被处理液态物质或废水与催化剂接触面积增大，有效加大催化氧化反应机率，由此达到较好的催化氧化效果，较之同样容积的催化剂置放圆形多孔格栅板反应器，提高25-35％。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A向的结构示意图。
图中，1为封头、2为简体、3为保温层、4为多孔格栅板、5为螺旋梯形架、6为加热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种催化湿式氧化装置反应器，其结构如图1-2所示，包括筒体2、设置在简体2两端的封头1、设置在简体2内的螺旋梯形架5及加热器6，在筒体2和封头1外壁还包扎有保温层3，在螺旋梯形架5上安装用于放置催化剂的多孔格栅板4。给定工作压力和温度，按压力容器设计和制造规范，制作20G钢封头1及简体2，内壁清洁去除油污并喷砂粗化。预热130-160℃，喷涂NiAl打底层，厚度为50-80μm，再等离子喷涂Al2O3+13wt％TiO2陶瓷层，厚度为160-190μm，聚醚醚酮进行微观孔隙封孔处理。
内置加热器6，加热器元件外表面耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，简体2外壁包扎保温层3，安装螺旋梯形架5及多孔格栅板4，其表面进行耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，催化剂放在多孔格栅板4上。
实用表明，反应器耐大多数酸、碱腐蚀优于钛反应器，其余持平。热利用效率高达90％，催化剂与被处理液态物质或废水接触面积增大，催化氧化反应机率加大，催化氧化反应效果良好，较之原同样容积的催化剂置放圆形多孔格栅板反应器提高25-35％。
实施例2
一种催化湿式氧化装置反应器，其结构如图1-2所示，包括简体2、设置在简体2两端的封头1、设置在简体2内的螺旋梯形架5及加热器6，在简体2和封头1外壁还包扎有保温层3，在螺旋梯形架5上安装用于放置催化剂的多孔格栅板4。给定工作压力和温度，按压力容器设计和制造规范，制作20G钢封头1及筒体2，内壁清洁去除油污并喷砂粗化。预热130-160℃，喷涂NiCrAl打底层，厚度为50-80μm，再等离子喷涂Cr2O3+16wt％TiO2陶瓷层，厚度为160-190μm，聚四氟乙烯进行微观孔隙封孔处理。
内置加热器6，加热元件外表面耐腐蚀处理，性能等同封头1、筒体2的内壁，筒体2外壁包扎保温层3，安装螺旋梯形架5及多孔格栅板4，其表面进行耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，催化剂放在多孔格栅板4上。
实用表明，反应器耐大多数酸、碱腐蚀优于钛反应器，其余持平。热利用效率高达90％，催化剂与被处理液态物质或废水接触面积增大，催化氧化反应机率加大，催化氧化反应效果良好，较之原同样容积的催化剂置放圆形多孔格栅板反应器提高25-35％。
实施例3
一种催化湿式氧化装置反应器，其结构如图1-2所示，包括筒体2、设置在简体2两端的封头1、设置在简体2内的螺旋梯形架5及加热器6，在筒体2和封头1外壁还包扎有保温层3，在螺旋梯形架5上安装用于放置催化剂的多孔格栅板4。
给定工作压力和温度，按压力容器设计和制造规范，制作20碳钢封头1及简体2，内壁清洁去除油污并喷砂粗化。预热130-160℃，喷涂TiCrAl打底层，厚度为50-80μm，再等离子喷涂ZrO2+19wt％Y2O3陶瓷层，厚度为160-190μm，聚酰亚胺进行微观孔隙封孔处理。
内置加热器6，加热元件外表面耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，简体2外壁包扎保温层3，安装螺旋梯形架5及多孔格栅板4，其表面进行耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，催化剂放在多孔格栅板4上。
实用表明，反应器耐大多数酸、碱腐蚀优于钛反应器，其余持平。热利用效率高达90％，催化剂与被处理液态物质或废水接触面积增大，催化氧化反应机率加大，催化氧化反应效果良好，较之原同样容积的催化剂置放圆形多孔格栅板反应器提高25-35％。
实施例4
一种催化湿式氧化装置反应器，其结构如图1-2所示，包括筒体2、设置在简体2两端的封头1、设置在简体2内的螺旋梯形架5及加热器6，在筒体2和封头1外壁还包扎有保温层3，在螺旋梯形架5上安装用于放置催化剂的多孔格栅板4。给定工作压力和温度，按压力容器设计和制造规范，制作20G钢封头1及筒体2，内壁清洁去除油污并喷砂粗化。预热130-160℃，喷涂NiAl打底层，厚度为50-80μm，再等离子喷涂Al2O3+16wt％TiO2陶瓷层，厚度为160-190μm，聚醚醚酮进行微观孔隙封孔处理。
内置加热器6，加热器元件外表面耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，简体2外壁包扎保温层3，安装螺旋梯形架5及多孔格栅板4，其表面进行耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，催化剂放在多孔格栅板4上。
实施例5
一种催化湿式氧化装置反应器，其结构如图1-2所示，包括筒体2、设置在简体2两端的封头1、设置在筒体2内的螺旋梯形架5及加热器6，在筒体2和封头1外壁还包扎有保温层3，在螺旋梯形架5上安装用于放置催化剂的多孔格栅板4。给定工作压力和温度，按压力容器设计和制造规范，制作20G钢封头1及简体2，内壁清洁去除油污并喷砂粗化。预热130-160℃，喷涂NiAl打底层，厚度为50-80μm，再等离子喷涂Cr2O3+19wt％TiO2陶瓷层，厚度为160-190μm，聚醚醚酮进行微观孔隙封孔处理。
内置加热器6，加热器元件外表面耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，简体2外壁包扎保温层3，安装螺旋梯形架5及多孔格栅板4，其表面进行耐腐蚀处理，性能等同封头1、筒体2的内壁，催化剂放在多孔格栅板4上。
实施例6
一种催化湿式氧化装置反应器，其结构如图1-2所示，包括筒体2、设置在简体2两端的封头1、设置在简体2内的螺旋梯形架5及加热器6，在筒体2和封头1外壁还包扎有保温层3，在螺旋梯形架5上安装用于放置催化剂的多孔格栅板4。给定工作压力和温度,按压力容器设计和制造规范，制作20G钢封头1及简体2，内壁清洁去除油污并喷砂粗化。预热130-160℃，喷涂NiAl打底层，厚度为50-80μm，再等离子喷涂ZrO2+23wt％Y2O3陶瓷层陶瓷层，厚度为160-190μm，聚醚醚酮进行微观孔隙封孔处理。
内置加热器6，加热器元件外表面耐腐蚀处理，性能等同封头1、筒体2的内壁，简体2外壁包扎保温层3，安装螺旋梯形架5及多孔格栅板4，其表面进行耐腐蚀处理，性能等同封头1、简体2的内壁，催化剂放在多孔格栅板4上。

Claims (9)

1.一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，
该反应器包括筒体、设置在筒体两端的封头、设置在筒体内含多孔隔栅板的螺旋梯形架及加热器，
所述的封头及筒体的内壁经去污粗化处理，喷涂打底层、等离子喷涂陶瓷层并在表面进行微观孔隙封孔处理，
所述的螺旋梯形架上安装有用于放置催化剂的多孔格栅板。
2.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的封头及筒体的内壁经去污粗化处理后，喷涂NiAl打底层，再等离子喷涂Al2O3+13～16wt％TiO2陶瓷层，最后利用聚醚醚酮进行微观孔隙封孔处理。
3.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的封头及筒体的内壁经去污粗化处理后，喷涂NiCrAl打底层，再等离子喷涂Cr2O3+16～19wt％TiO2陶瓷层，最后利用聚四氟乙烯进行微观孔隙封孔处理。
4.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的封头及筒体的内壁经去污粗化处理后，喷涂TiCrAl打底层，再等离子喷涂ZrO2+19～23wt％Y2O3陶瓷层，最后利用聚酰亚胺进行微观孔隙封孔处理。
5.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的筒体与封头的外壁设有保温层。
6.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的加热器为一端法兰的圆筒状结构，与筒体的内壁相匹配。
7.根据权利要求1或6所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的加热器的外表面具有等同封头、筒体内壁的耐腐蚀性能。
8.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的螺旋梯形架的外表面具有等同封头、筒体内壁的耐腐蚀性能。
9.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化装置反应器，其特征在于，所述的多孔格栅板的外表面具有等同封头、筒体内壁的耐腐蚀性能。
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