CN104998597B - 一种水热解反应器 - Google Patents

Abstract

一种水热解反应器，在反应器罐体内腔下部设置分隔板，分隔反应器为上下两个腔体；在反应器罐体内腔上腔体内设置可旋转的间壁式换热搅拌器，间壁式换热搅拌器为中空筒体，在间壁式换热搅拌器器壁上设置传热部件，实现处理后的热浆类物料与冷浆类物料的全逆流换热，并使水热解反应器为连续工作、连续化处理浆类物料，工艺连贯，容易控制，高温的水热解后浆料与冷的原浆料逆流换热，最大化的回收热，降低热耗，连续化设备与序批式处理相比，简化了设备，也简化操作环节，降低了造价。

Description

一种水热解反应器

技术领域

本发明涉及一种用于环保、化工领域的浆类物料水热处理的水热解反应 器，主要用于污泥等浆类物料的水热处理。

背景技术

在污泥、化工浆类物料的水热解处理时，往往采用序批式处理方式， 使用反应釜，一次处理升温升压，完成处理后腾空反应釜，重新装入物料， 进行下一批次处理。

既有的水热解处理方式，除工艺特别需求、采用反应釜序批式处理是 必须的外，存在以下问题，一是非连续化处理，工艺不是最优的，工艺操 作环节多，费时费力，且存在有害气体排放等问题；二是热耗高，卸料因 为需要降压和降温，物料高温显热取不出来，只能降为常压蒸汽使用，热 品位降低，成为废热，致使生产中高位热耗过高；三是在序批式操作时， 需要的设备、容器多，设备复杂。

泥浆类物料流动性差，在管道或设备内流动易产生团聚和板结，为换 热效率提高和余热回收带来极大困难，热耗很高，连续化生产工艺问题很 多，一系列问题和缺点的产生均与物料特性有关。

综上所述，已有反应釜序批式水热解处理方式存在工艺操作环节多、 耗能高以及设备复杂等缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种水热解反应器，以解决现有技术存在工艺操作环 节多、耗能高以及设备复杂等缺点。

本发明的技术方案是：一种主要用于浆类物料水热处理的水热解反应器， 包括热源、泥浆泵、反应器罐体、料位传感器、驱动装置及相应的连接管道， 反应器罐体下部设置有进料口、出料口，反应器罐体上部设置有间壁式换热 器，换热器设置加热流体进口、出口，反应器罐体顶部设置有不凝气体排出 口、不凝气体冷却排放装置，还设有料位传感器，管道连接各口与相应装置 或设备，如下：

1)、反应器罐体内腔下部设置分隔板，分隔反应器为上下两个腔体；

2)、在反应器罐体内腔上腔体内设置可旋转的间壁式换热搅拌器，间壁 式换热搅拌器为中空筒体，在间壁式换热搅拌器器壁上设置传热部件，传热 部件为热管或导热性能好的材料；

3)、间壁式换热搅拌器中空筒体上部设置有孔，间壁式换热搅拌器中空 筒体下部轴为中空轴，中空轴穿过分隔板伸入反应器罐体内腔下腔体，中空 轴伸入反应器罐体内腔下腔体的位置设置有孔或开口，中空轴与分隔板之间 设置有动密封；

4)、间壁式换热搅拌器两端的轴定位于反应器罐体本体，并设置相应轴 承或轴瓦，间壁式换热搅拌器轴两端或一端伸出反应器罐体本体与驱动装置 联接，间壁式换热搅拌器轴与反应器罐体本体之间设置有动密封。

所述的水热解反应器，还包括泥浆泵，所述的泥浆泵为压力交换式活塞 泵，包括活塞、活塞缸体、驱动箱、驱动装置、三通阀及连接管道、三通阀 切换驱动装置，如下：

1)、活塞置于活塞缸体内，组成一个工作副，工作副偶数配置，以驱动 箱连接，驱动箱内置驱动装置，驱动装置以连杆驱动活塞；工作副可以对置、 V形设置、并排设置；

2)、偶数配置的工作副的每个活塞缸体端盖部分设置一个进出口，进出 口通过管道连接三通阀的一个接口，每个工作副对应一个三通阀；

3)、三通阀的另外两个接口，一个接入水热解反应器的供料口或出料口， 一个接入外部装置或设备。

所述的水热解反应器，还包括不凝气体冷却排放装置，所述的不凝气体 冷却排放装置包括冷却器、温度传感器、自动控制装置、自动控制阀门，不 凝气体排出口上部接冷却器，冷却器沿不凝气体侧管程布置多个温度传感器， 冷却器出口设置自动控制阀门，温度传感器接不凝气体排空自动控制装置， 不凝气体排空自动控制装置连接自动控制阀门。

所述的水热解反应器，间壁式换热搅拌器器壁上设置的传热部件为交叉 布置或螺旋布置。

所述的水热解反应器，间壁式换热搅拌器的旋转为正反交替旋转。

所述的水热解反应器，反应器罐体上部设置的间壁式换热器的工作介质 为水蒸气。

所述的水热解反应器，料位传感器与料位控制装置相连，料位控制装置 连接旁通泥浆泵。

所述的水热解反应器，间壁式换热器与反应器罐体结合，或设置间壁式 换热器于反应器罐体内腔上腔体内，间壁式换热器换热面与物料接触的面 设置强化换热的波纹、翅片或中空翅片、热管等结构。

所述的泥浆泵，驱动箱内充满液体。

所述的泥浆泵，三通阀切换同步，由一个三通阀切换驱动装置控制。

所述的不凝气体冷却排放装置，以温度沿冷却器不凝气体侧管程温度变 化确定不凝气体的蓄积量，不凝气体排空自动控制装置控制自动控制阀门 启闭，排出不凝气体。

本发明的有益效果是：

1、连续化处理，工艺连贯；

2、高温的水热解后浆料与冷的原浆料逆流换热，最大化的回收热，降 低热耗；

3、简化设备，简化操作环节。

附图说明

图1是本发明结构和系统示意图，图2是水热解反应器结构图，图2-1 是图2的A-A剖视图，图3是压力交换式活塞泵结构示意图，图4是不凝气 体冷却排放装置示意图。

具体实施方式

参见图1和图2、图2-1，包括热源1、活塞泥浆泵2、反应器罐体3、料 位传感器4、驱动装置5及相应的连接管道，反应器罐体3下部设置有进料口 35、出料口36，反应器罐体3上部设置有间壁式换热器34，换热器34设置 加热流体进口341、出口342，反应器罐体3顶部设置有不凝气体排出口37、 不凝气体冷却排放装置6，还设有料位传感器4，管道连接各口与相应装置或 设备；

1)、反应器罐体3内腔下部设置分隔板31，分隔反应器为上下两个腔体 32和33；

2)、在反应器罐体内腔上腔体32内设置可旋转的间壁式换热搅拌器7， 间壁式换热搅拌器7为中空筒体，在间壁式换热搅拌器7器壁上设置传热部 件71，传热部件71为热管或导热性能好的材料；

3)、间壁式换热搅拌器7中空筒体上部设置有孔72，间壁式换热搅拌器 7中空筒体下部轴为中空轴73，中空轴73穿过分隔板31伸入反应器罐体内 腔下腔体33，中空轴73伸入反应器罐体3内腔下腔体33的位置设置有孔74 或开口74，中空轴73与分隔板31之间设置有动密封75；

4)、间壁式换热搅拌器7两端的轴73和76定位于反应器罐体3本体， 并设置相应轴承或轴瓦34，间壁式换热搅拌器7轴两端或一端伸出反应器罐 体3本体与驱动装置5联接，间壁式换热搅拌器轴76与反应器罐体3本体之 间设置有动密封77。

参见图1和图3，包括活塞21、活塞缸体22、驱动箱23、驱动装置24、 三通阀25及连接管道251、三通阀切换驱动装置26，如下：

1)、活塞置21于活塞缸体22内，组成一个工作副，工作副偶数配置， 以驱动箱23连接，驱动箱内置驱动装置24，驱动装置24以连杆驱动活塞21； 工作副可以对置、V形设置、并排设置；

2)、偶数配置的工作副的每个活塞缸体22端盖部分设置一个进出口221 和222，进出口21、222通过管道连接三通阀25的一个接口，每个工作副对 应一个三通阀25；

3)、三通阀25的另外两个接口，一个接入水热解反应器的供料口34或 出料口35，一个接入外部装置9或设备10，

外部装置9或设备10可以是浆类原料储罐下步工序设备。

参见图1和图4，水热解反应器还包括不凝气体冷却排放装置6，包括冷 却器61、温度传感器611、自动控制装置62、自动控制阀门63，不凝气体排 出口37上部接冷却器61，冷却器61沿不凝气体侧管程布置多个温度传感器 611，冷却器61出口设置自动控制阀门63，温度传感器611接不凝气体排空 自动控制装置62，不凝气体排空自动控制装置62连接自动控制阀门63，管 道631通入热源1的炉膛。

参见图1和图2、图2-1，间壁式换热搅拌器7器壁上设置的传热部件 71为交叉布置或螺旋布置。

参见图1和图2、图2-1，间壁式换热搅拌器7的旋转为正反交替旋转。

参见图1和图2、图2-1，反应器罐体3上部设置的间壁式换热器34 的工作介质为水蒸气。

参见图1和图2、图2-1，料位传感器4与料位控制装置41相连，料位 控制装置41连接旁通泥浆泵42，旁通管道上设置止回阀43。

参见图1和图2、图2-1，间壁式换热器34与反应器罐体3结合，或设 置间壁式换热器34于反应器罐体3内腔上腔体32内，间壁式换热器34换 热面与物料接触的面设置强化换热的波纹、翅片或中空翅片、热管343等 结构。

参见图1和图3，所述的泥浆泵2，驱动箱23内充满液体。

参见图1和图3，三通阀25切换同步，由一个三通阀切换驱动装置26 控制。

参见图1和图4，以温度沿冷却器61不凝气体侧管程布置的温度传感 器611的温度变化确定不凝气体的蓄积量，不凝气体排空自动控制装置62 控制自动控制阀门63启闭，排出不凝气体。

工艺过程：

系统各部分加电启动，料位传感器4检测料位，料位控制装置41控制 旁通泥浆泵42为水热解反应器加料，旁通管道上设置止回阀43防止浆类 原料返流；达到工作料位时，热源1开启，通过管道供热给间壁式换热器 34，间壁式换热器34与浆类原料接触加热浆类原料，通过温度检测或工艺 时间设定，加热浆类原料达到温度，启动泥浆泵2给反应器供给浆类原料； 浆类原料通过进料口35进入水热解反应器，沿间壁式换热搅拌器7与反应 器罐体3之间的空间上升，间壁式换热搅拌器7的传热部件71给冷的浆类 原料加热，浆类原料的进入抬高料位，热浆类原料通过孔72进入间壁式换 热搅拌器7的内腔，给传热部件71传热，实现冷、热浆类原料的换热，同 时为了均匀浆类原料防止换热不均、浆类原料结块，以及强化换热效果， 驱动装置5驱动间壁式换热搅拌器7正反旋转搅拌浆类原料；

泥浆泵2往水热解反应器泵送浆类原料的过程中，三通阀25在三通阀 切换驱动装置26驱动下，连通水热解反应器的进料口35和出料口36，活 塞21在驱动装置24的带动下，压缩活塞腔通过活塞缸体22的进出口221、 管道251与三通阀25、进料口35为水热解反应器加料，同时释放活塞21 另一侧的空间，处理过的浆类原料通过出料口36、三通阀25与管道251、 活塞缸体22的进出口222进入另一侧活塞腔，平衡两侧压力和平衡浆类原 料在水热解反应器的量，活塞21行程终了，完成加料工序，三通阀25在 三通阀切换驱动装置26驱动下，关闭与进料口35和出料口36的连通，同 时连通外部装置9或设备10如浆类原料储罐下步工序设备，活塞21在驱 动装置24的带动下，压缩活塞腔通过活塞缸体22的进出口222、管道251 与三通阀25、卸料进入通外部装置10，同时释放活塞21另一侧的空间， 通外部装置9的浆类原料通过三通阀25与管道251、活塞缸体22的进出 口221进入另一侧活塞腔，活塞21行程终了，完成卸料工序，循环往复， 进行加卸料。

水热解反应器在水热处理浆类原料时，不可避免的出现物料的分解而逸 出不凝气体，不凝气体的积聚可使水热解反应器超压、有效容积缩减等问 题；混合有高压水蒸气的不凝气体通过不凝气体排出口37上部排出到冷却 器61，沿程进入冷却器61的管程，逐渐被冷却，不凝气体所含水蒸气冷 凝为液态，回流到水热解反应器，随水蒸气的的体积比例降低，不凝气体 温度逐渐降低，被沿不凝气体侧管程布置多个温度传感器611检测并输出到不凝气体排空自动控制装置62，根据温度变化确定不凝气体的蓄积量， 不凝气体排空自动控制装置62控制自动控制阀门63开启，排出不凝气体 通入热源1的炉膛，参与燃烧，使不凝气体的有害成分和气味无害化。

在水热解反应器工作时，料位传感器4检测物料料位，因不可避免的料 位下降，料位控制装置41控制旁通泥浆泵42启动，补充浆类物料至水热 解反应器。

间壁式换热器34的工作介质为水蒸汽，可以通过压力控制水蒸气饱和 温度，控制精确，水蒸气的载热量高，也可以减少工作介质循环量。

Claims (9)

1.一种水热解反应器，包括热源、泥浆泵、反应器罐体、料位传感器、驱动装置及相应的连接管道，反应器罐体下部设置有进料口、出料口，反应器罐体上部设置有间壁式换热器，间壁式换热器设置加热流体进口、出口，反应器罐体顶部设置有不凝气体排出口、不凝气体冷却排放装置，还设有料位传感器，管道连接各口与相应装置或设备；泥浆泵为压力交换式活塞泵，包括活塞、活塞缸体、驱动箱、驱动装置、三通阀及连接管道、三通阀切换驱动装置；其特征是：

1)、反应器罐体内腔下部设置分隔板，分隔反应器为上下两个腔体；

2)、在反应器罐体内腔上腔体内设置可旋转的间壁式换热搅拌器，间壁式换热搅拌器为中空筒体，在间壁式换热搅拌器器壁上设置传热部件，传热部件为热管或导热性能好的材料；

3)、间壁式换热搅拌器中空筒体上部设置有孔，间壁式换热搅拌器中空筒体下部轴为中空轴，中空轴穿过分隔板伸入反应器罐体内腔下腔体，中空轴伸入反应器罐体内腔下腔体的位置设置有孔或开口，中空轴与分隔板之间设置有动密封；

4)、间壁式换热搅拌器两端的轴定位于反应器罐体本体，并设置相应轴承或轴瓦，间壁式换热搅拌器轴两端或一端伸出反应器罐体本体与驱动装置联接，间壁式换热搅拌器轴与反应器罐体本体之间设置有动密封；

5)、活塞置于活塞缸体内，组成一个工作副，工作副偶数配置，以驱动箱连接，驱动箱内置驱动装置，驱动装置以连杆驱动活塞；工作副对置、V形设置、并排设置；

6)、偶数配置的工作副的每个活塞缸体端盖部分设置一个进出口，进出口通过管道连接三通阀的一个接口，每个工作副对应一个三通阀；

7)、三通阀的另外两个接口，一个接入水热解反应器的供料口或出料口，一个接入外部装置或设备。

2.根据权利要求1所述的水热解反应器，还包括不凝气体冷却排放装置，所述的不凝气体冷却排放装置包括冷却器、温度传感器、自动控制装置、自动控制阀门，其特征是：不凝气体排出口上部接冷却器，冷却器沿不凝气体侧管程布置多个温度传感器，冷却器出口设置自动控制阀门，温度传感器接不凝气体排空自动控制装置，不凝气体排空自动控制装置连接自动控制阀门。

3.根据权利要求1所述的水热解反应器，其特征是：间壁式换热搅拌器器壁上设置的传热部件为交叉布置或螺旋布置。

4.根据权利要求1所述的水热解反应器，其特征是：间壁式换热搅拌器的旋转为正反交替旋转。

5.根据权利要求1所述的水热解反应器，其特征是：反应器罐体上部设置的间壁式换热器的工作介质为水蒸气。

6.根据权利要求1所述的水热解反应器，其特征是：料位传感器与料位控制装置相连，料位控制装置连接旁通泥浆泵。

7.根据权利要求1所述的水热解反应器，其特征是：间壁式换热器与反应器罐体结合，或设置间壁式换热器于反应器罐体内腔上腔体内，间壁式换热器换热面与物料接触的面可设置强化换热的波纹、翅片或中空翅片、热管结构。

8.根据权利要求1所述的水热解反应器，其特征是：泥浆泵中的驱动箱内充满液体。

9.根据权利要求1所述的水热解反应器，其特征是：泥浆泵偶数配置的三通阀切换同步，每对三通阀由一个三通阀切换驱动装置控制。