CN107892345B - 一种超临界反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界反应装置，包括压力容器、设置于压力容器内的至少一个反应器、压力温度传感器和压力控制系统，压力控制系统根据压力温度传感器采集的压力信号数据，控制压力容器和反应器中压力一致。本发明的装置采用内置反应器和外压保护装置，大大改善了内反应器的受力特性，使得采用非金属材料作为内置反应器成为可能，克服了现有超临界反应装置反应器的腐蚀问题，大大节约了设备成本。

Description

一种超临界反应装置

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种超临界反应装置。

背景技术

随着我国经济的发展，化工工业、皮革业、食品制药、造纸等行业高速发展，企业生产产生的高浓度有机废水体量非常大，现有的技术存在处理周期长、处理成本高、设备占地面积大、处理过程中常伴有二次污染、处理效果不佳、处理效率低等问题，给企业带来诸多困扰，制约了行业的发展。

高浓度有机废水指COD在2000mg/L以上的废水。有些工业废水COD达到几万甚至几十万mg/L，相对而言，BOD较低，很多废水的BOD与COD的比值小于0.3，这些废水往往有一定的酸碱性或有毒物质，这些条件使得生物法等传统工艺处理很难达到处理效果，超临界水氧化法（SCWO）主要利用超临界水（T=374℃，P=22.1MPa）为介质来氧化分解有机物，这是一种能彻底破坏有机物结构的深度氧化法。其对废水中一般有机物去除率可达99.9%以上。为使反应过程达到超临界状态，必须将混合液加热至380~700℃，对于处理量较大的情况，这将需要耐压高的反应器，以及功率非常大的加热器，实际中几乎无法实现。

现有的超临界反应装置，包括通过输送管道依次连接的高压柱塞泵、高压贮罐和反应器，在高压贮罐和反应器之间的管道上设有阀门，高压贮罐还设有加热器。该装置采用高压贮罐对废水进行静态加温加压后，输入反应器进行反应，处理过程时间长，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效超临界反应装置，对高浓度生物难降解有机废水实现快速高效低成本的处理。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超临界污水处理装置，其特征在于，包括压力容器、设置于压力容器内的至少一个反应器、压力温度传感器和压力控制系统；所述反应器上设有阀门控制的进水口和出水/气口，反应器内设有加热器；所述压力温度传感器包括设置于压力容器内的第一压力温度传感器和设置于反应器内的第二压力温度传感器；所述第一压力温度传感器和第二压力温度传感器连接压力控制系统；压力控制系统根据压力温度传感器采集的压力信号数据，控制压力容器和反应器中压力一致。

作为本发明的进一步改进，所述装置还包括减压缓冲装置，所述减压缓冲装置由活塞、气缸、活塞推杆和活塞控制电机组成，气缸上设有减压缓冲装置进水口、减压缓冲装置出水口和减压缓冲装置控制阀门，所述减压缓冲装置进水口连接反应器出水/气口，所述减压缓冲装置出水口连接预热装置；所述活塞控制电机控制活塞推杆推动活塞运动，控制气缸内压力，通过开关减压缓冲装置控制阀门进行负压加料和减压出料。设置减压缓冲装置时，反应器中的高温高压气/液体经阀门控制的反应器出水/气口进入减压缓冲装置，减压缓冲装置出水口可连接常规冷凝装置进行冷凝。减压缓冲装置可实现负压加料和减压出料，废水通过负压抽吸进入反应器进行反应，反应结束后，通过减压缓冲装置快速将内反应器中的反应产物排除，在排除过程中，压力容器中的液压压力随反应器的压力变化实时变化，保证反应器的安全。

作为本发明的进一步改进，还包括冷凝及热量回收装置和预热装置；冷凝及热量回收装置连接预热装置或为一体装置；所述冷凝及热量回收装置连接反应器出水/气口或减压缓冲装置出水口，所述预热装置连接待处理废液池和反应器进水口。反应器中的高温高压气/液体通过反应器出水/气口或减压缓冲装置出水口进入冷凝及热量回收装置，进行冷凝，同时冷凝及热量回收装置回收冷凝时释放出的热量，并输送至预热装置，废液池中的废水进入预热装置经回收的热量预热后，通过反应器进水口进入反应器反应。冷凝及热量回收装置和预热装置可为一体装置，更利于换热。

作为本发明的进一步改进，所述压力控制系统为液压伺服控制系统，所述压力容器内设有液压油。液压伺服系统可实现精准的内外压平衡控制，控制精度达到内外压差不超过两个大气压。

作为本发明的进一步改进，所述反应器内加热器为陶瓷加热器。陶瓷加热器具有耐压和耐腐蚀性能。

作为本发明的进一步改进，所述反应器截面采用对称结构；优选为圆形或六边形。反应器选用陶瓷材料时，圆形或六边形截面的反应器可减小陶瓷材料的成型难问题。

作为本发明的进一步改进，所述反应器主体材料采用陶瓷材料、陶瓷喷涂材料（在其他材料上喷涂陶瓷）或陶瓷金属复合材料。其中陶瓷材料优选采用纳米陶瓷材料。

作为本发明的进一步改进，所述反应器外设有保护固定隔热层；所述保护固定隔热层材料选用橡胶材料或气溶胶材料。

作为本发明的进一步改进，所述反应器出水/气口的控制阀门的主体结构为陶瓷材料。出水/气口采用的阀门主体结构为陶瓷材料，避免阀门长期接触超临界水导致的腐蚀失效问题。

作为本发明的进一步改进，所述反应器为分离式单体结构或组合式整体结构。

本发明采用外压保护的内置反应器装置，内置反应器在内外压平衡情况下，受力特性良好，避免了陶瓷材料在高内压情况下可能出现的爆裂问题；相对于金属材料做陶瓷涂层的结构形式，由于两种材料的变形特性和热膨胀特性的不同，在高温高压下由于变形不协调导致涂层破损脱落，导致结构防腐失效；本发明中内置反应器可采用圆柱形或简单的六边形设计，大大减小了陶瓷材料的成型难问题，设备生产简单，成本低；本发明采用的压力容器为常规压力容器，对材料无特殊需求，满足压力容器设计规范即可；本发明在压力容器中布置多个内置反应器，实现了压力容器空间的高效利用，也避免了制造体型较大的内置陶瓷反应器成型难，加工成本高的问题；本发明中涉及的陶瓷加热器可有效的避免加热电路与超临界水的接触，避免加热电路被腐蚀的问题；本发明中在内置反应器中使用的压力温度传感器为陶瓷密封的压力温度传感器，避免传感器因超临界水腐蚀导致的损坏；本发明中出水/气口采用的阀门主体结构为陶瓷材料，避免阀门长期接触超临界水导致的腐蚀失效问题。本发明装置还可通过控制操作流程，实现对反应器的高温高压冲洗功能，避免了处理过程中产生的无机矿物质沉淀对设备运行效率的影响。

本发明为处理高浓度生物难降解废水的高效处理超临界反应装置，该装置可通过负压装料、快速加热升压、减压缓存器以及快速冷凝，实现污水的快速高效处理，设备采用内置反应器和外压保护装置，大大改善了内反应器的受力特性，使得采用非金属材料作为内置反应器成为可能，克服了现有超临界反应装置反应器的腐蚀问题，大大节约了设备成本。该设备可广泛应用与化工、皮革、食品药品等行业生产过程中产生的高浓度生物难降解废水处理。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明图1装置的陶瓷加热器局部放大结构示意图；

图3为本发明图1装置中外压保护的内置反应器整体横断面示意图；

其中：1.压力容器，2.反应器，3.加热器，4.进水口电磁控制阀，5.第二压力温度传感器，6.进水口管道，7.出水/气口电磁控制阀，8.出水/气管道，9.反应器保护固定隔热层，10.压力控制系统，11.活塞，12.气缸，13. 减压缓冲装置出水口，14.控制阀门，15.活塞推杆，16.活塞控制电机，17.冷凝及热量回收装置和预热一体装置，18.待处理废水池，19.一体装置连接管道，20.冷凝及热量回收装置出水口，21.陶瓷加热器陶瓷保护罩，22.陶瓷加热器陶瓷底座，23.陶瓷加热器加热电路。

具体实施方式

下面结合实施例和附图做进一步说明。

实施例1

如图1所示的装置，包括压力容器1、设置于压力容器内的至少一个反应器2、压力温度传感器和压力控制系统；所述反应器2上设有进水口电磁控制阀4控制的进水口和出水/气口电磁控制阀7控制的出水/气口，反应器2内设有加热器3；

所述压力温度传感器包括设置于压力容器内的第一压力温度传感器（图中未标出）和设置于反应器内的第二压力温度传感器5；

所述第一压力温度传感器和第二压力温度传感器5连接压力控制系统10；压力控制系统10根据压力温度传感器采集的压力信号数据，控制压力容器1和反应器2中压力一致。

本实施例中，压力控制系统10为液压伺服控制系统，所述压力容器1内设有液压油；反应器2内加热器3为陶瓷加热器，反应器2截面为圆形或六边形（如图3所示为圆形截面示意图）；反应器2主体材料采用陶瓷材料、陶瓷喷涂材料或陶瓷金属复合材料；反应器2出水/气口的控制阀门7的主体结构为陶瓷材料。

在本实施例中，待处理废液池18中的废水可直接经进水管道6进入反应器2反应，反应后的高温高压气/液体经出水/气管道8排出冷凝。

实施例2

如图1所示，本实施例与实施例1的不同之处仅在于，还包括减压缓冲装置，所述减压缓冲装置由活塞11、气缸12、活塞推杆15和活塞控制电机16组成，气缸12上设有减压缓冲装置进水口、减压缓冲装置出水口13和控制阀门14，所述减压缓冲装置进水口连接反应器出水/气口，所述减压缓冲装置出水口13连接常规冷凝装置；所述活塞控制电机16控制活塞推杆15推动活塞11运动，控制气缸12内压力，通过控制阀门14进行负压加料和减压出料。

实施例3

如图1所示，本实施例与实施例2的不同之处仅在于，还包括冷凝及热量回收装置和预热装置，本实施例中冷凝及热量回收装置和预热装置采用一体装置17；一体结构更利于冷凝及热量回收装置部分与预热装置部分的热量交换，减少热量流失。冷凝及热量回收装置部分连接减压缓冲装置出水口，所述预热装置部分连接待处理废液池18和反应器2进水口。

本实施例的装置具体使用流程和工作原理如下：

步骤一、关闭减压缓冲装置控制阀门14，通过减压缓冲装置活塞控制电机16驱动减压缓冲装置活塞推杆15，使得减压缓冲装置活塞11向下运动，同时打开进水口电磁控制阀4和出水/气口电磁控制阀门7，使得内置反应器2中形成负压，推动待处理废水池18中的废水依次通过一体装置连接管道19、一体装置17以及进水口管道6进入内置反应器2，完成负压加料过程，同时关闭进水口电磁控制阀4和出水/气口电磁控制阀门7，打开减压缓冲装置控制阀门14，通过减压缓冲装置活塞控制电机16驱动减压缓冲装置活塞推杆15，使得减压缓冲装置活塞11向上运动至减压缓冲装置气缸12的顶部；

步骤二、启动加热器3，对内置的反应器2中废水进行加热，使得反应器2中废水达到超临界反应的条件（压力22.05MPa，温度374℃），在反应器2的升压过程中，通过压力控制系统10接受到的压力温度传感器的压力信号，压力容器1进行加压，保持施加压力与反应器2中一致，反应器2中废水达到超临界状态后开始反应至反应结束；

步骤三、内置反应器2中废水超临界反应结束后，打开出水/气口电磁控制阀门7，使得内置反应器2的高温高压气/液体通过出水/气管道8进入减压缓冲装置气缸12，气体推动减压缓冲装置活塞11向下运动，在此过程中，高温高压气/液体不断的降温降压，当减压缓冲装置活塞11到达减压缓冲装置气缸12底部时，气体通过减压缓冲装置出水口13进入一体装置17，将高温水蒸气快速冷凝并将热量回收，对待处理废水进行预热，冷凝水通过冷凝及热量回收装置出水口20排出，打开减压缓冲装置控制阀门14，通过减压缓冲装置活塞控制电机16驱动减压缓冲装置活塞推杆15，使得减压缓冲装置活塞11向上运动至减压缓冲装置气缸12的顶部，关闭减压缓冲装置控制阀门14，为第二次反应做准备。

实施例4

本实施例与前述实施例的不同之处仅在于，所述反应器2外还设有保护固定隔热层9；所述保护固定隔热层9材料选用橡胶材料或气溶胶材料。

实施例5

本实施例具体提供了一种陶瓷加热器3的可选结构，如图2所示的陶瓷加热器3，结构包括陶瓷加热器陶瓷保护罩21，陶瓷加热器陶瓷底座22，陶瓷加热器加热电路23，底座22和保护罩21将加热电路23封闭，可避免腐蚀，这样的陶瓷加热器3结构具有良好的耐压和耐腐蚀性能。

以上所述为本发明的优选实施实例，并不用于限制不发明，对于本领域技术人员，可以参照本发明详细说明，对前述各功能部件的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超临界污水处理装置，其特征在于，包括压力容器、设置于压力容器内的至少一个反应器、压力温度传感器和压力控制系统；所述反应器上设有阀门控制的进水口和出水/气口，反应器内设有加热器；

所述压力温度传感器包括设置于压力容器内的第一压力温度传感器和设置于反应器内的第二压力温度传感器；

所述第一压力温度传感器和第二压力温度传感器连接压力控制系统；压力控制系统根据压力温度传感器采集的压力信号数据，控制压力容器和反应器中压力一致；

所述装置还包括减压缓冲装置，所述减压缓冲装置由活塞、气缸、活塞推杆和活塞控制电机组成，气缸上设有减压缓冲装置进水口、减压缓冲装置出水口和减压缓冲装置控制阀门，所述减压缓冲装置进水口连接反应器出水/气口；所述活塞控制电机控制活塞推杆推动活塞运动，控制气缸内压力，通过开关减压缓冲装置控制阀门进行反应器负压加料和反应器减压出料。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括冷凝及热量回收装置和预热装置；冷凝及热量回收装置连接预热装置或两者为一体装置；所述冷凝及热量回收装置连接反应器出水/气口或减压缓冲装置出水口，所述预热装置连接待处理废液池和反应器进水口。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力控制系统为液压伺服控制系统，所述压力容器内设有液压油。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器内加热器为陶瓷加热器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器截面采用对称结构。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述反应器截面为圆形或六边形。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器主体材料采用陶瓷材料、陶瓷喷涂材料或陶瓷金属复合材料。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器出水/气口的控制阀门的主体结构为陶瓷材料。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器外设有保护固定隔热层；所述保护固定隔热层材料选用橡胶材料或气溶胶材料。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器为分离式单体结构或组合式整体结构。

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