CN105692863A - 一种防堵塞的超临界水氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防堵塞的超临界水氧化反应器，包括：反应器筒体，以及覆盖于反应器筒体上方的反应器筒盖，其中，反应器筒盖上设有进料口，反应器筒体的底部上设有反应产物出口，还包括：在所述反应器筒体的内部水平延伸的至少一块隔板，在反应器筒体内部，至少一块隔板以上的区域为超临界水氧化区，至少一块隔板以下的区域为亚临界区，超临界水氧化区的筒体外侧设有加热套，亚临界区的筒体外侧直接与空气接触，隔板上设有用于连通超临界水氧化区和亚临界区的孔口。本发明创造性地采用隔板将反应器内部划分为超临界水氧化区和亚临界区，解决了沉积盐对流出管道的堵塞问题，提供了一种新型的防堵塞的超临界水氧化反应器。

Description

一种防堵塞的超临界水氧化反应器

技术领域

本发明涉及环境保护及化工领域，更具体地涉及一种防堵塞的超临界水氧化反应器。

背景技术

超临界水氧化法(SupercriticalWaterOxidation，简称SCWO)是指在温度和压力高于水的临界温度(374.3℃)和压力(22.1MPa)之上的反应条件下，以超临界水为反应介质，以空气或氧气等为氧化剂，将水中有机污染物彻底氧化成CO₂和H₂O等的过程。

SCWO使用超临界水的独特性能，将有机废物转化为环境无害的产物。它的优点表现在以下几方面：①去除率高，在超临界条件下，有机物等废物能完全被氧化成二氧化碳、水、氮气类等无害物质，有毒物质的去除率达99.9％以上，处理彻底，不形成二次污染；②反应在均相中进行，速度快，停留时问短(一般小于1min)，反应器结构简单，体积小，设备占地面积小，易于操作；③反应为放热反应，当反应相中有机物含量达2％时，便可实现自热，无需额外的能量供给；④SCWO技术可处理各种有毒有害的有机废液、危险废物等，适用范围广。

然而，由于无机盐在超临界水中的溶解度极低，当处理高含盐的有机废液时，无机盐易析出、结晶并不断沉积，从而导致反应器堵塞，严重影响了SCWO装置运行的可靠性和安全性，这也是制约超临界水氧化技术发展的瓶颈问题之一。此外，进料口有机物的脱碳、焦化等亦会引起进料口的堵塞。虽然目前为止亦有一些新式反应器的设计，用于解决盐沉积堵塞问题，但大多内部结构复杂，鉴于超临界水苛刻的环境，及反应器所选材料难加工的特殊性，难于应用于实际的工业化生产。

具体说来，实际生产、实验中使用的反应器均为一体化封闭式设计，即为简单的能够承受高温、高压的反应釜，该设计简单易加工，被广泛采用。而此设计的缺点很多，比如，基本无防堵塞功能，无法实现反应长时间连续、稳定的运行，存在很大的安全隐患。为防止堵塞，迄今为止也有一些新式反应器的设计，该反应器主要由内筒、外筒和内筒固定板组成，并在内筒装填了吸附材料，对反应过程中产生的无机盐进行吸附脱盐，减少无机盐在反应器内壁的析出和附着，避免了无机盐沉积引起的管道堵塞。但是，该反应器没有考虑到超临界水导致的苛刻环境，吸附材料在SCWO的环境下极易导致成份降解、结构变化，丧失原有的吸附功能，况且SCWO下产生的沉积盐不仅仅只产生于反应器壁，而是产生于整个反应腔内，实际运气情况下，该设计无法实现其设想的吸附功能。此外，还有一些防堵塞的反应器设计，采用反应器内部设置滤网或沉积盐收集器等试图减缓或消除沉积盐对反应器出口的堵塞，滤网的材料、结构等受SCWO苛刻环境的影响，难于选择，且其受SCWO下盐沉积、迁移等的影响，处于滤网下方的无机盐离子可能会重新团聚引起堵塞，此外，还要考虑滤网自身的堵塞。对于沉积盐收集器类型的反应器设计，由于盐沉积过程发生在整个反应器腔内，局部设置的沉积盐收集器无法完成其收集沉积盐的功能。况且，此类反应器也仅仅处于概念设计程度，无法实现应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种防堵塞的超临界水氧化反应器，从而解决现有技术中的超临界水氧化反应器极易发生堵塞，进而导致稳定性差、安全性能低的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用技术方案：

提供一种防堵塞的超临界水氧化反应器，包括：反应器筒体，以及覆盖于所述反应器筒体上方的反应器筒盖，其中，所述反应器筒盖上设有进料口，反应器筒体的底部上设有反应产物出口，还包括：在所述反应器筒体的内部水平延伸的至少一块隔板，在所述反应器筒体内部，所述至少一块隔板以上的区域为超临界水氧化区，所述至少一块隔板以下的区域为亚临界区，所述超临界水氧化区的筒体外侧设有加热套，所述亚临界区的筒体外侧直接与空气接触，所述隔板上设有用于连通所述超临界水氧化区和亚临界区的孔口。

所述至少一块隔板为彼此平行间隔设置的两块隔板，所述两块隔板通过在所述隔板之间设置的支撑件间隔。

所述支撑件为周向延伸的圆筒形支撑壁，所述圆筒形支撑壁的上缘与上层隔板的外周边连接，所述圆筒形支撑壁的下缘与下层隔板的外周边连接。

所述反应器筒体的筒壁上设有与所述下层隔板的底部形状配合的止挡部。

所述孔口在所述隔板上靠近所述反应器筒体的筒壁设置。

所述两块隔板上的孔口在径向上对置。

所述超临界水氧化区和亚临界区分别设有温度传感器。

所述超临界水氧化区的温度传感器与所述加热套信号连接。

所述进料口包括采用同心套管设计的有机物进料口和氧化剂进料口，所述氧化剂进料口围绕所述有机物进料口的外部设置。

所述反应器筒体的底部为弧面，所述反应产物出口设置于所述弧面的最低处。

首先，根据本发明提供防堵塞的超临界水氧化反应器，创造性地采用隔板将反应器内部划分为超临界水氧化区和亚临界区，而目前为止，现有技术从未公开过类似区域的划分。隔板上方为超临界水氧化区，隔板下方为亚临界区，隔板上设有连通这两个区域的孔口，超临界区反应后的产物由此处进入亚临界区，经亚临界区最下端的出口流出反应器。亚临界区反应器壁裸露，直接与空气接触，通过反应器壁与外界空气的换热，使得进入亚临界区的产物迅速降至亚临界状态，由超临界区析出的盐在此区域重新溶解，从而解决了沉积盐对流出管道的堵塞问题。

其次，通过将隔板孔口靠近反应器筒体的筒壁设置，有效地防止了超临界反应时析出的盐直接进入亚临界区，同时隔板优选为多层设计，各隔板上的孔口位置径向对置，由此最大程度地延长反应产物的流出路径，提高沉积盐的溶解程度，防止沉积盐重力作用直接落入反应产物出口，减缓两区的能量物质交换。

再次，根据本发明提供的防堵塞的超临界水氧化反应器，超临界水氧化区的温度传感器与加热套信号连接，由此通过信号反馈在控制面板上即能实现对温度的控制，调节加热套的加热效率，从而控制超临界水氧化区的反应温度。

此外，根据本发明提供的防堵塞的超临界水氧化反应器，氧化剂进料口和有机物进料口采用同心圆套管工艺，既减少了筒盖开口数量，简化了制造工艺，另外，采取内管为有机物进料，外管为氧化剂进料，如此可以有效的隔离有机物进料管与高温的直接接触，减少了有机物因高温碳化对进料口的堵塞，从而解决了进料口堵塞问题。

总之，本发明提供了一种相对现有技术均具有显著优越性的防堵塞的超临界水氧化反应器。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的超临界水氧化反应器的剖视图；

图2是如图1所示的隔板的放大示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

如图1所示，是根据本发明的一个优选实施例的超临界水氧化反应器，该超临界水氧化反应器主要包括：反应器筒体1，反应器筒盖2，有机物进料口3，氧化剂进料口4，进水口5，反应产物出口6，以及设置在所述反应器筒体1的内部水平延伸的两块隔板7、8，加热套9。其中，反应器筒体1和反应器筒盖2通过紧固螺栓14固定构成密闭容器，有机物进料口3、氧化剂进料口4、进水口5均设置于反应器筒盖2上，反应产物出口6设置于反应器筒体1的底部。

作为举例而非限制地，该隔板7、8示出为彼此平行间隔设置的上层隔板7和下层隔板8。通过该隔板7、8的设置，大致将反应器筒体1内部划分为两个区域。其中，隔板7以上的区域为超临界水氧化区A，隔板8以下的区域为亚临界区B。超临界水氧化区A的筒体外侧设有加热套9，为超临界水氧化区A提供必要的能量，维持其温度，亚临界区B的筒体外侧直接与空气接触，通过反应器筒体1的筒壁11与外界空气的换热，使得进入亚临界区B的产物迅速降至亚临界状态，由超临界区析出的盐在此区域重新溶解，从而解决了沉积盐对流出管道的堵塞问题。

具体参见图2，隔板7、8通过在所述隔板之间设置的支撑件间隔，所述支撑件为周向延伸的圆筒形支撑壁10，圆筒形支撑壁10的上缘10a与上层隔板7的外周边7a连接，圆筒形支撑壁10的下缘10b与下层隔板的外周边8a连接。

隔板7、8上分别设有第一孔口7b和第二孔口8b，用于连通超临界水氧化区A和亚临界区B，在超临界水氧化区A中反应后的产物由此处进入亚临界区B，然后经亚临界区B最下端的反应产物出口6流出反应器。

优选地，该第一孔口7b和第二孔口8b均靠近所述反应器筒体1的筒壁设置，从而有效防止在超临界状态下沉积的盐因重力作用而直接落入反应产物出口6，引起反应产物出口6管道堵塞。

特别优选地是，第一孔口7b和第二孔口8b在径向上对置，如图2所示，从而最大程度地延长反应产物的流出路径，提高沉积盐的溶解程度。

其中，所述反应器筒体1的筒壁11上设有与所述下层隔板8的底部8c形状配合的止挡部11a，如图1所示，该止挡部11a示出为锥形面，下层隔板8的底部8c具有与该锥形面配合的倒锥形面，从而将下层隔板8固定在该位置。具有该结构设计的反应器结构简单，极易加工制造、安装以及拆卸。

根据本实施例，超临界水氧化区A和亚临界区B分别设有温度传感器12、13，用于分别控制这两个区域的温度，其中，温度传感器12从反应器筒盖2伸入超临界水氧化区A内部，温度传感器13从反应器筒体1的底部伸入亚临界区B内部。

其中，优选地，超临界水氧化区A的温度传感器12与加热套9信号连接，由此通过信号反馈在控制面板上即能实现对温度的控制，调节加热套9的加热效率，从而控制超临界水氧化区A的反应温度。

其中，有机物进料口3和氧化剂进料口4采用同心套管设计，氧化剂进料口4围绕有机物进料口3的外部设置。该同心套管设计的优点在于：既减少了筒盖开口数量，简化了制造工艺，另外，内管为有机物进料，外管为氧化剂进料，如此可以有效地隔离有机物进料口与高温的直接接触，减少了有机物因高温碳化对有机物进料口3的堵塞。

反应器筒体1的底部为弧面，所述反应产物出口6设置于该弧面的最低处，便于反应产物完全流出。

根据本发明，超临界水氧化区A和亚临界区B的实现是通过隔板7、8与加热套9共同实现的，加热套9为超临界水氧化区A提供必要的能量，维持其温度，隔板的作用如下：1)实现反应分区；2)防止沉积盐重力作用直接落入反应产物出口6而堵塞该出口；3)增大沉积盐的溶解路径；4)减缓超临界水氧化区A和亚临界区B的能量、物质交换。

应当理解，根据本发明，平行间隔延伸的两块隔板仅为本发明的一个优选实施方式，实际上，也可以是仅仅一块隔板，或者两块以上的隔板，因为一块隔板也能实现对超临界水氧化区A和亚临界区B的划分。其区别在于，隔板数量越多，越能增大沉积盐的溶解路径，以及减缓超临界水氧化区A和亚临界区B的能量、物质交换。

还应当理解，根据本发明，反应器筒体1的筒壁11上所设置的与下层隔板8的底部8c形状配合的止挡部11a也可以不具有锥形面，而是水平突出的凸台，用于从下方支撑下层隔板8即可，或者具有其他任何可以实现对下层隔板8的止挡作用的形状或结构均可。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种防堵塞的超临界水氧化反应器，包括：反应器筒体，以及覆盖于所述反应器筒体上方的反应器筒盖，其中，所述反应器筒盖上设有进料口，反应器筒体的底部上设有反应产物出口，其特征在于，还包括：在所述反应器筒体的内部水平延伸的至少一块隔板，在所述反应器筒体内部，所述至少一块隔板以上的区域为超临界水氧化区，所述至少一块隔板以下的区域为亚临界区，所述超临界水氧化区的筒体外侧设有加热套，所述亚临界区的筒体外侧直接与空气接触，所述隔板上设有用于连通所述超临界水氧化区和亚临界区的孔口。

2.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述至少一块隔板为彼此平行间隔设置的两块隔板，所述两块隔板通过在所述隔板之间设置的支撑件间隔。

3.根据权利要求2所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述支撑件为周向延伸的圆筒形支撑壁，所述圆筒形支撑壁的上缘与上层隔板的外周边连接，所述圆筒形支撑壁的下缘与下层隔板的外周边连接。

4.根据权利要求3所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述反应器筒体的筒壁上设有与所述下层隔板的底部形状配合的止挡部。

5.根据权利要求2所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述孔口在所述隔板上靠近所述反应器筒体的筒壁设置。

6.根据权利要求5所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述两块隔板上的孔口在径向上对置。

7.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述超临界水氧化区和亚临界区分别设有温度传感器。

8.根据权利要求7所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述超临界水氧化区的温度传感器与所述加热套信号连接。

9.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述进料口包括采用同心套管设计的有机物进料口和氧化剂进料口，所述氧化剂进料口围绕所述有机物进料口的外部设置。

10.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述反应器筒体的底部为弧面，所述反应产物出口设置于所述弧面的最低处。