CN106745660A - 超临界水氧化法‑催化湿式氧化法联用反应器 - Google Patents

超临界水氧化法‑催化湿式氧化法联用反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超临界水氧化法‑催化湿式氧化法联用反应器，主反应管竖置于外壳中，盖板法兰在外壳的上开口处将主反应管固定，并封闭上开口，框式筛板在外壳的内部环置于外壳与主反应管之间固定，框式筛板中放置催化剂，主反应管上方设有废水进口、氧气进口，外壳的壁面上设有分别位于框式筛板的上下两侧的清水出口、清水进口，清水出口向清水进口方向依次连入换热器、循环泵，外壳的底部设有盐水出口。本发明反应器实现了超临界水氧化法‑催化湿式氧化法分别或同时联用，主反应管内是超临界氧化，主反应管外是湿式催化氧化，具有比较大的操作弹性，为不同领域、不同浓度、不同处理要求的废水处理提供了优化选择的可能性，结构强度好、制造成本低、布置方便，有效的解决了超临界水氧化反应器因高温腐蚀和盐析产生的结垢堵塞问题。

Description

超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器
技术领域
本发明涉及环保及化工领域，特别是一种通过超临界水氧化法、催化湿式氧化法对含有机物废水进行处理的反应器。
背景技术
超临界水氧化法(Supercritical Water Oxidation，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，将水中有机物彻底氧化成CO2和H2O等的过程。
SCWO利用超临界水的独特性能，将有机物转化为对环境无害的产物。它的优点表现在以下几方面：①去除率高，在超临界条件下，有机物被氧化成二氧化碳、水、氮气类等无害物质，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5min)，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。
国外在超临界水氧化技术上的研究对象主要是有毒废物，包括核废物、放射物、推进剂、烟气等。在欧洲，关于SCWO技术研究主要是在德国，主要成果是膜冷双区反应器(利用冷却水冲刷多孔内壁来避免盐积)和用于处理卤代烃的双管反应器(内管用氧化铝制成)。在瑞典，AB公司已经建成了处理量为250kg/h的中试装置，主要应用于纸浆和造纸污泥及其他废物的处理，并且还将计划建立一个处理电子垃圾SCWO装置。
催化湿式氧化法(Catalytic Wet Air Oxidation，简称CWAO)处理废水技术是国际上广受关注的另一种高效处理废水的技术。该技术需要借助催化剂，能够在相对不是很高的压力温度条件下，对难降解的有机物实现比较彻底地氧化分解。这一技术的核心问题是要筛选、制备得到合适的催化剂，其次，对设备及材质也有比较高的要求。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种将超临界水氧化法、催化湿式氧化法在同一设备上实现分别或同时联用的反应器，同时能够减缓设备腐蚀和堵塞的问题。
技术方案：一种超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，包括外壳、主反应管、框式筛板、盖板法兰、循环泵、换热器，所述主反应管竖置于所述外壳中，所述盖板法兰在所述外壳的上开口处将所述主反应管固定，并封闭所述上开口，所述框式筛板在所述外壳的内部环置于所述外壳与所述主反应管之间固定，所述框式筛板中放置催化剂，所述主反应管上方设有废水进口、氧气进口，所述外壳的壁面上设有清水进口、清水出口，所述清水出口、所述清水进口分别位于所述框式筛板的上下两侧，所述清水出口向所述清水进口方向依次连入换热器、循环泵，所述外壳的底部设有盐水出口。
进一步的，所述主反应管的下出口处设置有减压装置，用于降低主反应管下出口处流体的压力，造成主反应管内外有显著的压差。
进一步的，所述主反应管为变径管道，上部直径大于下部直径，可以使流体流速加快，冲刷主反应管内壁，防止盐沉积。
最佳的，所述循环泵为无泄漏磁力循环泵。
最佳的，所述外壳为奥氏体不锈钢材质，所述主反应管为抗氧化腐蚀的哈氏合金材质，解决超临界水氧化反应条件下的腐蚀问题，延长反应器的使用寿命。
所述框式筛板中放置的是催化湿式氧化法反应的催化剂。
最佳的，所述清水进口位于所述主反应管的下出口的下侧，有利于清水迅速溶解在外壳底部的盐，从盐水出口排出。
本发明结构原理是：含有机物的废水和氧气从主反应管上方分别进入，在超临界状态下，有机物和氧气在主反应管内进行氧化反应，生成二氧化碳和水，主反应管内外具有压差，废水中所含的盐分以固态析出，随同反应后的水一起排入外壳底部，清水从外壳下部进入，与反应后的水混合冷却至亚临界状态，再流经框式筛板中的催化剂进一步发生氧化反应，从而将废水中的有机物彻底除去，然后从外壳上部清水出口排出反应器，在外壳底部的盐被水迅速溶解，含盐水从外壳底部出口排出，实现超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用对废水进行处理。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
1、该反应器实现了超临界水氧化法-催化湿式氧化法分别或同时联用，主反应管内是超临界氧化，主反应管外是湿式催化氧化，具有比较大的操作弹性，为不同领域、不同浓度、不同处理要求的废水处理提供了优化选择的可能性；
2、该反应器结构强度好、制造成本低、布置方便，有效的解决了超临界水氧化反应器因高温腐蚀和盐析产生的结垢堵塞问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，如附图1所示，主要包括外壳1、主反应管2、框式筛板3、盖板法兰4、循环泵5、换热器6、减压装置14。
外壳1上方设有上开口7，底部设有盐水出口13。主反应管2为变径管道，上部直径大于下部直径，竖置于外壳1中，主反应管2上方设有废水进口8、氧气进口9，主反应管2底部设有下出口12，减压装置14安装在下出口12处，通过盖板法兰4在上开口7处将主反应管2固定，并封闭上开口7。框式筛板3在外壳1的内部环置于外壳1与主反应管2之间固定，框式筛板3中放置有催化湿式氧化法反应的催化剂。
外壳1的壁面上设有清水进口10、清水出口11，清水出口11、清水进口10分别位于框式筛板3的上下两侧，且清水进口10位于主反应管2的下出口12的下侧。清水出口11向清水进口10方向通过管道依次连入换热器6、循环泵5。循环泵5采用无泄漏磁力循环泵。
本发明反应器在主反应管内是超临界氧化，主反应管外是湿式催化氧化，实现超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用，对有机废水进行处理。含有机物的废水和氧气从主反应管的废水进口、氧气进口分别进入，在超临界状态下，有机物和氧气在主反应管内进行氧化反应，生成二氧化碳和水。由于无机盐在超临界条件下溶解度低，因此废水中所含的盐分以固态析出，随同反应后的水一起排入外壳底部，变径主反应管可以使流体流速加快，冲刷主反应管内壁，防止盐沉积，减压装置可以降低下出口处的流体压力，从而使主反应管内外形成显著的压差。在循环泵的作用下，清水从清水进口进入，与反应后的水混合冷却至亚临界状态，再流经框式筛板中的催化剂进一步发生氧化反应，从而将废水中的有机物彻底除去，然后从外壳上部清水出口排出反应器，从清水进口进入的清水同时迅速溶解在外壳底部的盐，含盐水从盐水出口排出，从而解决了超临界含盐废水氧化反应中的结垢堵塞问题。
外壳为承压部件，采用普通抗腐蚀抗氧化合金钢制成，例如奥氏体不锈钢。主反应管内的反应条件相对更苛刻一些，但是相对体积小，故可以采用耐蚀性能更好的高等级抗氧化腐蚀合金钢，例如哈氏合金，大大降低了反应器的制造成本，解决超临界水氧化反应条件下腐蚀问题，有效延长了反应器的使用寿命，有利于实现该反应器的工业化应用。
主反应管变径内径相对比较小，直径大小可根据不同的化学反应条件进行改变。
本发明也可根据实际需要，只选择超临界水氧化法或催化湿式氧化法的其中一种反应方式。如仅采用催化湿式氧化法对有机废水进行处理，则取出主反应管，反应后的流体由于循环泵的作用，流经框式筛板，在催化剂的作用下进行湿式催化反应，从而确保有机废水被进一步氧化分解。如仅采用超临界水氧化法对有机废水进行处理，则取出可拆卸式的框式筛板。

Claims (7)

1.一种超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，其特征在于：包括外壳(1)、主反应管(2)、框式筛板(3)、盖板法兰(4)、循环泵(5)、换热器(6)，所述主反应管(2)竖置于所述外壳(1)中，所述盖板法兰(4)在所述外壳(1)的上开口(7)处将所述主反应管(2)固定，并封闭所述上开口(7)，所述框式筛板(3)在所述外壳(1)的内部环置于所述外壳(1)与所述主反应管(2)之间固定，所述框式筛板(3)中放置催化剂，所述主反应管(2)上方设有废水进口(8)、氧气进口(9)，所述外壳(1)的壁面上设有清水进口(10)、清水出口(11)，所述清水出口(11)、所述清水进口(10)分别位于所述框式筛板(3)的上下两侧，所述清水出口(11)向所述清水进口(10)方向依次连入换热器(6)、循环泵(5)，所述外壳(1)的底部设有盐水出口(13)。
2.根据权利要求1所述的超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，其特征在于：所述主反应管(2)的下出口(12)处设置有减压装置(14)。
3.根据权利要求1所述的超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，其特征在于：所述主反应管(2)为变径管道，上部直径大于下部直径。
4.根据权利要求1所述的超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，其特征在于：所述循环泵(5)为无泄漏磁力循环泵。
5.根据权利要求1所述的超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，其特征在于：所述外壳(1)为奥氏体不锈钢材质，所述主反应管(2)为抗氧化腐蚀的哈氏合金材质。
6.根据权利要求1所述的超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，其特征在于：所述框式筛板(3)中放置的是催化湿式氧化法反应的催化剂。
7.根据权利要求1所述的超临界水氧化法-催化湿式氧化法联用反应器，其特征在于：所述清水进口(10)位于所述主反应管(2)的下出口(12)的下侧。
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