CN105600912B - 一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置 - Google Patents

一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105600912B
CN105600912B CN201610136644.2A CN201610136644A CN105600912B CN 105600912 B CN105600912 B CN 105600912B CN 201610136644 A CN201610136644 A CN 201610136644A CN 105600912 B CN105600912 B CN 105600912B
Authority
CN
China
Prior art keywords
oxygen
tubular reactor
supercritical water
core pipe
multiple spot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610136644.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105600912A (zh
Inventor
王树众
杨健乔
王玉珍
张拓
王来升
王明
宋文瀚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201610136644.2A priority Critical patent/CN105600912B/zh
Publication of CN105600912A publication Critical patent/CN105600912A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105600912B publication Critical patent/CN105600912B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1812—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus

Abstract

本发明公开了一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，管式反应器包括若干反应主管，且反应主管上开设有主物料入口，在管式反应器的若干个反应主管上均设置一个氧气注入口，在每个氧气注入口处均设有能够伸入反应主管内的芯管，且在芯管上开设有若干组用于扩散氧气的小孔。该装置有效降低了每一区域的氧气浓度，降低局部反应程度，通过这种形式，可以做到氧气的均匀注入，减轻材料的腐蚀倾向，提高管式反应器的安全性和使用寿命。

Description

一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混 合装置
技术领域
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置。
背景技术
超临界水氧化(SCWO)是一种新型的用来处理高难度有机废水的技术。水在超临界点(374℃，22.1MPa)之上具有的诸多特殊性质，比如水的离子积常数和密度以及粘度急剧降低，扩散性提高，导致超临界水对有机物和气体具有极高的溶解度，有机物几乎可以在超临界水中完全溶解。因此，利用超临界水的这一特殊性质，可以将其作为有机物的氧化反应的反应介质。
超临界水氧化反应是一种理想的有机废水氧化处理技术，通过氧化反应，难降解的有机物分解为CO2和N2以及可溶性的盐，可以达标排放。该技术具有以下三个特点：
1、发生的是均相反应，反应速度极快，几乎在几秒到几十秒内即可完成整个反应；
2、反应彻底，而且不会产生二次污染物；
3、氧化反应为放热反应，在一定的条件下该反应可以实现自热，有效解决能源。
SCWO技术从19世纪80年代发展至今，已经完成了从小试到中试再到工业化应用的过程。目前世界上在运行的工业化超临界水氧化处理高浓有机废水的公司有美国的General Atomics、Foster Wheeler，韩国的Hanwha Chemical，日本的MODAR等，我国的第一套工业化装置也已经落成在江苏省张家港市，日处理高含盐有机废水100t。
反应器无疑是整个超临界水氧化装置的核心，由于工业化装置的日处理量大的特点以及氧化反应的特点，一般都采用管式结构的反应器。对于管式反应器，入口段存在物料和氧气混合的过程。传统的混合形式是在管式反应器的入口段设置一个混合器，主物料和氧气分别通过两个管道输送进混合器进行混合后再进入主管路。或者没有混合器，直接将物料和氧气直接通过两个管道输送进入管式反应器，通过湍流作用自行混合。
然而管式反应器的传统的混合方式应用在超临界水氧化反应上有一定的缺陷。首先，为了保证反应充分进行，一般取氧气过量系数为1.5-3，大量的氧气连续地注入反应器，造成在注入段的氧气浓度较高。根据腐蚀动力学，在含氧量较高的区域，材料的氧化倾向明显加剧，从而材料的腐蚀程度加剧。其次，氧化反应是剧烈的放热反应，在氧气浓度较高的入口段，有机物迅速被氧化，放出大量的热。因此在反应器的入口管段有局部超温的风险，对材料的持久性和稳定性有较大的影响。最后，在超临界水氧化反应过程中，有机物中的C、N元素转变成CO2、N2和NH3，含有的杂原子如S、Cl元素转变成相应的盐，这些盐在高温、高压的超临界水中几乎不溶解，盐沉积问题一直是困扰此技术发展的一大障碍。为了防止在管式反应器内的盐沉积，物料在管内的流速一般能达到每秒数米，在如此高的流速中如果氧气和物料混合不均匀，会造成反应没有充分发生的情况下物料就流出了反应器，造成氧气的浪费，降低系统的经济性。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，该装置能够防止反应器局部超温，有效缓解材料表面氧化，提高材料的使用寿命，同时能够提高反应效率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，管式反应器包括若干反应主管，且反应主管上开设有主物料入口，在管式反应器的若干个反应主管上均设置一个氧气注入口，在每个氧气注入口处均设有能够伸入反应主管内的芯管，且在芯管上开设有若干组用于扩散氧气的小孔。
芯管上还套设有若干具有搅拌和支撑作用的螺旋部件。
螺旋部件顶端与反应主管内壁贴合。
螺旋部件由316不锈钢制成。
每组小孔在芯管圆周上对称分布6个或8个。
小孔的开孔方向为与竖直方向夹角60°斜向前。
在每个氧气注入口的管路上还设有流量调节阀、压力监测表和流量监测表。
芯管伸入反应主管内的末端封堵，芯管通过法兰连接内套于反应主管中，芯管由镍基合金制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明为了保证氧气在管道内不会持续冲击某一单独区域，保证氧气与物料充分混合，氧气分多路从管式反应器的前几个管段进入，采用内部套管的方法，在反应主管内部设置芯管，且芯管上开孔，氧气进入形式是通过芯管上开设的小孔注入，因此能够有效降低管道局部的氧气浓度，从而降低了局部反应程度，有效防止反应器局部超温。降低了局部氧浓度还可以有效缓解材料表面的氧化，提高材料的使用寿命，通过这种设置，可以做到氧气的均匀注入，减轻材料的腐蚀倾向，提高管式反应器的安全性和使用寿命。
进一步地，考虑有些情况下，芯管的长度会设计的较长，套在反应主管内部无法固定，因此在芯管上还设置了同时具有固定和混合作用的螺旋部件。该螺旋部件具有类似SK型静态混合器的螺旋结构，中心部分不连续，做成一个圆环结构套在芯管的外部，螺旋部件的顶端刚好与反应主管的内壁贴合，有支撑芯管的作用。芯管上的小孔和螺旋部件的设计有助于氧气的均匀扩散和充分混合，保证氧气和物料充分、均匀地混合。
进一步地，在每个氧气注入口处还设有流量调节阀、压力监测装置和流量监测装置，可以实现远程控制，因此注入的氧气流量由阀门控制，保证每个注氧管路的氧气浓度是可调节的，从而可以通过理论分析和实验的方法优化每个管路的氧气注入量，优化反应路线，提高反应效率。
进一步地，在芯管的长直管段上开几组小孔，每一组小孔在圆周上对称开6个或8个小孔，使得氧气从这些小孔在多个方向扩散进入外管空间。小孔的数量和面积是通过计算使得氧气流速满足国家标准而得到的。
附图说明
图1为本发明的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置的结构示意图；图中，1是主物料入口，2是氧气注入口，3是螺旋部件，4是芯管，5是小孔；
图2为采用本发明装置的超临界水氧化反应管式反应器的结构示意图；图中，N1是有机废水的入口，N2-N5为氧气注入口。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明公开的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，管式反应器包括若干反应主管，且反应主管上开设有主物料入口1，在管式反应器的若干个反应主管上均设置一个氧气注入口2，在每个氧气注入口2处均设有能够伸入反应主管内的芯管4，且在芯管4上开设有若干组用于扩散氧气的小孔5。芯管4上还套设有若干具有搅拌和支撑作用的螺旋部件3。螺旋部件3中心部分不连续，做成一个圆环结构套在芯管的外部，螺旋部件3的顶端刚好与反应主管的内壁贴合。
芯管4是通过法兰连接的形式内套在反应主管中的。芯管4末端封死，其上开有多组小孔5，每组在一个管截面上对称分布6个或8个小孔，小孔5的开孔方向为与竖直方向夹角60°斜向前。由于芯管4的内外壁都是高压流体，因此芯管4基本不承压，设计壁厚可以取得相对较小，节省内部空间，芯管4由镍基合金制成。
每个氧气管路入口处都设有流量调节阀、压力监测装置和流量监测装置。作用是监测并控制每个入口的氧气流量。保证每个注氧管路的氧气浓度是可调节的，从而可以通过理论分析和实验的方法优化每个管路的氧气注入量，优化反应路线，提高反应效率。
举例说明氧气的进入过程：
如图2所示，含水率93％的石化污泥经过加压、预热后从N1进入管式反应器，氧气从N2-N5入口进入管式反应器。氧气从氧气注入口2进入芯管4，芯管4上开有三组小孔，每组6个，每个小孔的尺寸为4×15mm，开孔方向为倾斜角60°。氧气进入芯管4后，从小孔5向外扩散到主管路，被高速流动的含水污泥携带输运，经过螺旋部件3进行搅拌，充分混合并发生氧化反应。经过多点注氧和分段混合，氧气在注氧点的局部浓度过高的问题得到了解决。根据理论分析和实验测试，石化污泥的入口温度为445℃时，如果使用单点注氧，反应器局部最高温度可达580℃，而使用多点注氧、分段混合的结构后，测量的局部最高温度为530℃。
综上所述，本发明以管式反应器的反应主管为物料入口，在管式反应器的前几个管段的侧面设有氧气注入口，氧气经并联管分流后从侧面氧气注入口进入反应器。每个氧气注入口上连接一根弯管套在主管路内部，在此称为“芯管”，芯管上开有小孔，氧气从小孔扩散进入主管路，被物料携带输运，经过一个螺旋结构进行更充分地搅拌，从而完成氧气与物料的混合过程。该装置有效降低了每一区域的氧气浓度，降低局部反应程度，通过这种形式，可以做到氧气的均匀注入，减轻材料的腐蚀倾向，提高管式反应器的安全性和使用寿命。

Claims (8)

1.一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，管式反应器包括若干反应主管，且反应主管上开设有主物料入口(1)，其特征在于，在管式反应器的若干个反应主管上均设置一个氧气注入口(2)，在每个氧气注入口(2)处均设有能够伸入反应主管内的芯管(4)，且在芯管(4)上开设有若干组用于扩散氧气的小孔(5)，芯管(4)上还套设有若干具有搅拌和支撑作用的螺旋部件(3)；在每个氧气注入口(2)设有流量调节阀、压力监测装置和流量监测装置。
2.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，其特征在于，螺旋部件(3)顶端与反应主管内壁贴合。
3.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，其特征在于，螺旋部件(3)由316不锈钢制成。
4.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，其特征在于，每组小孔(5)在芯管(4)圆周上对称分布6个或8个。
5.根据权利要求1或4所述的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，其特征在于，小孔(5)的开孔方向为与竖直方向夹角60°斜向前。
6.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，其特征在于，芯管(4)伸入反应主管内的末端被封堵。
7.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，其特征在于，芯管(4)通过法兰连接内套于反应主管中。
8.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，其特征在于，芯管(4)由镍基合金制成。
CN201610136644.2A 2016-03-10 2016-03-10 一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置 Active CN105600912B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610136644.2A CN105600912B (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610136644.2A CN105600912B (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105600912A CN105600912A (zh) 2016-05-25
CN105600912B true CN105600912B (zh) 2018-06-26

Family

ID=55981344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610136644.2A Active CN105600912B (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105600912B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109305722B (zh) * 2018-10-26 2020-10-27 西安交通大学 一种分级注氧的超临界水氧化系统及基于该系统的废水和/或污泥处理方法
CN112299546A (zh) * 2019-07-31 2021-02-02 中广核研究院有限公司 一种超临界水氧化反应器和超临界水氧化系统
CN113354226A (zh) * 2021-06-30 2021-09-07 中国石油化工股份有限公司 一种处理含油污泥的超临界水氧化反应器及其操作方法
CN114797739B (zh) * 2022-05-27 2023-10-13 浙江海蓝化工集团有限公司 一种管道反应器及其合成物料的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101148412A (zh) * 2007-09-29 2008-03-26 吴兆立 乙醇胺生产中的多点进eo工艺
CN102642947A (zh) * 2012-04-23 2012-08-22 西安交通大学 高含盐有机废水的超临界水氧化处理系统
CN102642965A (zh) * 2012-04-23 2012-08-22 西安交通大学 有机废水超临界水氧化处理装置及温度控制方法
CN205710039U (zh) * 2016-03-10 2016-11-23 西安交通大学 用于超临界水氧化管式反应器的多点注氧、分段混合装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2814967B1 (fr) * 2000-10-10 2003-11-14 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif pour l'oxydation en eau supercritique de matieres

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101148412A (zh) * 2007-09-29 2008-03-26 吴兆立 乙醇胺生产中的多点进eo工艺
CN102642947A (zh) * 2012-04-23 2012-08-22 西安交通大学 高含盐有机废水的超临界水氧化处理系统
CN102642965A (zh) * 2012-04-23 2012-08-22 西安交通大学 有机废水超临界水氧化处理装置及温度控制方法
CN205710039U (zh) * 2016-03-10 2016-11-23 西安交通大学 用于超临界水氧化管式反应器的多点注氧、分段混合装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105600912A (zh) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105600912B (zh) 一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置
CN205710039U (zh) 用于超临界水氧化管式反应器的多点注氧、分段混合装置
CN204142465U (zh) 一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置
US11565956B2 (en) Multifunctional continuous hydrothermal oxidation experiment system and use method therefor
Ozkan et al. Experimental investigations of air and liquid injection by venturi tubes
CN102253232B (zh) 水中溶解性总磷的自动分析仪及其分析方法
CN208948922U (zh) 一种水处理循环反应罐装置
CN202362242U (zh) 一种挥发酚测定系统
CN105136555B (zh) 一种重金属在线监测的前处理装置及前处理方法
CN103395858B (zh) 一种检测水中总有机碳含量的紫外线催化器
JP7052878B2 (ja) 気液混合ノズル
RU2382813C1 (ru) Способ дозирования реагента и устройство для его осуществления
CN208927926U (zh) 一种高效稀释计量装置
CN210775129U (zh) 一种测定原位注入修复技术实际水力影响半径的装置
Lee et al. Field experiments of chlorine demand in disinfection of treated primary effluent
CN209242841U (zh) 基于微通道反应器连续处理有机废水的系统
CN209809957U (zh) 一种用于配制稀硫酸的配酸装置
CN206550128U (zh) 土壤及地下水浅层搅拌原位化学氧化修复的双液配药系统
CN206682444U (zh) 一种制备匀质气液混合物的气液混输装置
CN205995289U (zh) 一种双向喷射的文丘里混合器
CN206951135U (zh) 一种管道式溶液稀释加热装置
CN201681068U (zh) 用于污染物处理系统的pH值测量装置
EP2758162B1 (en) Device and method for making a dilute aqueous solution of peroxomonosulphuric acid
CN214422328U (zh) 一种组合式曝气装置
CN103871535B (zh) 一种用于核电站废液处理系统的反渗透硼浓缩装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant