CN108658212A - 防堵塞的超临界水氧化反应器及其防堵塞装置及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保及化工领域，具体涉及一种防堵塞的超临界水氧化反应器及其防堵塞装置及用途。所述超临界水氧化反应器，包括反应器腔体以及连接在反应器腔体下部的气液相管道，冲洗管道和排渣管道；所述气液相管道的一端通过反应器腔体侧壁伸入反应器腔体内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、冲洗管道和排渣管道分别通过管道连通；所述排渣管道的一端与反应器腔体底部连接，另一端用于排出渣；所述冲洗管道的一端通过反应器腔体侧壁连通反应器腔体内，另一端与气液相管道连通。本发明彻底解决了超临界水氧化反应器出口堵塞的问题。
Description
技术领域
本发明涉及环保及化工领域，具体涉及一种防堵塞的超临界水氧化反应器及其防堵塞装置及用途。
背景技术
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水氧化(Supercritical WaterOxidation，简称SCWO)技术是一种可实现对多种有机废物进行深度氧化处理的技术，利用超临界水独特的物理化学性质，使氧化剂和有机物完全溶解于超临界水中，以超临界水为反应介质，经过均相的氧化反应，将有机物快速、彻底地转化为清洁的CO2、H2O、N2和其它无害小分子，使S、P等转化为最高价盐类稳定化，重金属氧化稳定固相存在于灰分中。
利用超临界水氧化技术处理有机废物时，水在超临界状态下污水中的无机盐容易析出，加之进料中可能含有污泥、油泥等不溶性物质，容易造成反应器及出口管道的堵塞。传统的SCWO反应器中，这些不溶性介质在反应器的底部沉积下来，易产生板结，无法顺利从出口排出，如直接通过出口排出，也容易造成出口管道堵塞，造成反应器无法连续正常运行。因此，SCWO反应器的堵塞问题一直是该装备在产业化过程中急需解决的关键问题。
发明内容
为解决超临界水氧化反应器的堵塞问题，本发明提供一种防堵塞的超临界水氧化反应器及其防堵塞装置及用途，彻底地解决了现有的SCWO反应器出口堵塞问题，从而使含有油泥、无机盐等不溶性介质的SCWO反应器能够长时间的连续工作而不会发生堵塞。
一方面，本发明提供一种防堵塞的超临界水氧化反应器，其特征在于，包括反应器腔体以及连接在所述反应器腔体下部的气液相管道，冲洗管道和排渣管道；
所述反应器腔体靠近底部的侧壁上设有气液相出口和冲洗口，底部设有排渣口；所述气液相出口的位置高于所述冲洗口，所述冲洗口的位置高于所述排渣口；
所述气液相管道的一端通过所述气液相出口伸入所述反应器腔体内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道和所述排渣管道分别通过管道连通；所述气液相管道上设有第1阀门；
所述排渣管道的一端连接所述排渣口，另一端用于排出渣；所述排渣管道上设有第2阀门，并在所述第2阀门之后的位置与所述气液相管道连通，所述排渣管道与所述气液相管道之间的管道上设有第4阀门；
所述冲洗管道的一端连接所述冲洗口，另一端与所述气液相管道连通；所述冲洗管道上设有第3阀门；
所述气液相管道与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门。
本发明的超临界水氧化反应器，在反应器腔体侧壁上设置气液相出口，气液相管道通过气液相出口伸入反应器内部，用于导出反应后的气相和液相物质。由于气液相出口远高于排渣口，可使固体不溶性介质充分沉降后，再由气液相管道排出。所述气液相管道的开口朝下，反应后的液体和气体可通过气液相管道排出，而固体不溶性介质不会进入气液相管道。这种结构避免了沉降过程中不溶性性介质由气液相管道排出，从而有效防止了管道堵塞。所述冲洗口设置在固体不溶性介质沉降区所对应的反应器腔体侧壁上，位置高于排渣口。
所述气液相管道的末端分成三组管线，其中：一组接下一工艺单元；一组接排渣管道上，用于冲洗排渣管道，避免排渣管道堵塞；还有一组接冲洗管道，用于清除板结在反应器底部的沉积物。
当反应器正常工作，反应器内反应介质中含有的不溶性介质较少时，可以定期排渣。通过关闭第2阀门、第3阀门和第4阀门，打开第1阀门和第5阀门，可使气液相管道排出的反应后介质全部进入下一工艺单元。排渣时，打开第2阀门，关闭第1阀门、第3阀门、第4阀门和第5阀门，使不溶性性介质通过排渣管道排出。当打开第2阀门时，由于固体流动性较差，可同时打开第1阀门和第4阀门，用气液相管道排出的液体冲洗排渣管道，使排渣管道不易堵塞，起到防堵的作用。当反应器腔体底部沉积的固体不溶性物质发生板结时，打开第1阀门和第3阀门，关闭第2阀门、第4阀门和第5阀门，使气液相管道排出的液体进入冲洗管道并通过冲洗口进入反应器腔体内，对板结物质进行冲洗，使其分散后能够从排渣口排出。
优选地，所述反应器腔体包括上部的筒体和下部的倒锥体；所述气液相出口设置在所述筒体的筒壁上；所述冲洗口设置在所述倒锥体的锥体壁上；优选地，所述排渣口设置在所述倒锥体底部的最低点。
超临界水氧化反应器下部采用倒锥体结构，有利于固体不溶性介质快速从排渣口排出。此外，冲洗口设置在锥体壁上，流体以斜向上的角度冲洗板结物质，有利于冲散倒锥体内表面的沉积物。
优选地，所述气液相管道伸入所述反应器腔体内的部分具有长度和高度可调节功能。
优选地，在所述气液相管道、排渣管道以及冲洗管道上设置压力调节装置。
优选地，所述冲洗管道的一端伸入超临界水氧化反应器内部并且端部设有方向可调节的喷口。
优选地，还包括堵塞检测装置。
另一方面，本发明提供用于超临界水氧化反应器的防堵塞装置，其特征在于，包括气液相管道、冲洗管道和排渣管道；
所述气液相管道的一端用于通过反应器腔体侧壁伸入反应器腔体内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道和所述排渣管道分别通过管道连通；所述气液相管道上设有第1阀门；
所述排渣管道的一端用于与所述反应器腔体底部连接，另一端用于排出渣；所述排渣管道上设有第2阀门，并在所述第2阀门之后的位置与所述气液相管道连通；所述排渣管道与所述气液相管道之间的管道上设有第4阀门；
所述冲洗管道的一端用于通过反应器腔体侧壁连通反应器腔体内，另一端与所述气液相管道连通；所述冲洗管道上设有第3阀门；
所述气液相管道与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门。
还在另一方面，本发明提供一种防止超临界水氧化反应器堵塞的方法，其特征在于，
使超临界水氧化反应器在靠近底部的侧壁上具有气液相出口和冲洗口，在底部具有排渣口；所述气液相出口的位置高于所述冲洗口，所述冲洗口的位置高于所述排渣口；
在所述超临界水氧化反应器上安装所述的用于超临界水氧化反应器的防堵塞装置；所述气液相管道的一端通过所述气液相出口伸入反应器腔体内并且开口朝下；所述排渣管道的一端与所述排渣口连接；所述冲洗管道的一端与所述冲洗口连接；
通过控制第1阀门、第2阀门、第3阀门、第4阀门和第5阀门的开关来防止或清理堵塞。
优选地，
进行超临界水氧化反应时：关闭第2阀门，第3阀门和第4阀门，打开第1阀门和第5阀门；
排渣时：打开第2阀门，关闭第1阀门、第3阀门、第4阀门和第5阀门；
清理排渣管道内的堵塞时：打开第1阀门、第2阀门和第4阀门，关闭第3阀门和第5阀门；
当反应器底部固体物质板结时：打开第1阀门和第3阀门，关闭第2阀门、第4阀门和第5阀门。
还在另一方面，本发明提供任一所述的超临界水氧化反应器的制造方法，包括如下步骤：
在反应器腔体靠近底部的侧壁上设置气液相出口和冲洗口，在反应器腔体底部设置排渣口；所述气液相出口的位置高于所述冲洗口，所述冲洗口的位置高于所述排渣口；
在所述反应器腔体上安装气液相管道，冲洗管道和排渣管道，使得：
所述气液相管道的一端通过所述气液相出口伸入反应器腔体内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道和所述排渣管道分别通过管道连通；所述气液相管道上设有第1阀门；
所述排渣管道的一端连接所述排渣口，另一端用于排渣；所述排渣管道上设有第2阀门，并在所述第2阀门之后的位置与所述气液相管道连通，所述排渣管道与所述气液相管道之间的管道上设有第4阀门；
所述冲洗管道的一端连接所述冲洗口，另一端与所述气液相管道连通；所述冲洗管道上设有第3阀门；
所述气液相管道与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门。
综上，与现有的技术相比，本发明具有以下优点：
设计简约，操作简便易行：使用气液相管道、冲洗管道和排渣管道分别连接超临界水氧化反应器上的气液相出口、冲洗口和排渣口，通过控制管道上5个阀门的开关即可实现多个功能(气液相导出、排渣、冲洗排渣管道、冲洗反应器底部沉积物)，从而全面有效防止堵塞。
无需额外提供动力和水源：利用超临界水氧化反应后得到的气体和液体冲洗反应器底部或排渣管道内的固体不溶性性介质，不需要另外提供冲洗用液体；通过控制各个阀门的开关即可提供冲洗所需水压，不需要另外提供动力。
兼具防止和清除堵塞的功能：所述气液相出口远高于排渣口，可使固体不溶性性介质充分沉降后，再通过气液相管道排出；气液相管道的开口朝下，防止沉降过程中固体不溶性性介质进入气液相管道，这种结构可有效防止气液相管道堵塞。排渣时，可同时打开第1，2，4阀门，不溶性性介质在重力作用下从排渣口进入排渣管道，利用气液相管道导出的气体和液体冲洗排渣管道，提高管道内物质的流动性，防止排渣管道堵塞。当排渣管道堵塞时，可采用相同的操作方式清除堵塞。当反应器底部的沉积物发生板结时，利用气液相管道导出的气体和液体冲洗，防止板结物不断扩大后堵塞排渣口。
附图说明
图1.本发明典型实施例中的超临界水氧化反应器的结构示意图；
附图标记说明：1-反应器腔体，2-气液相出口，3-冲洗口，4-排渣口，5-气液相管道，6-冲洗管道，7-排渣管道，8-第1阀门，9-第2阀门，10-第3阀门，11-第4阀门，12-第5阀门。
具体实施方式
下面结合附图和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入本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明提供一种防堵塞的超临界水氧化反应器，包括反应器腔体1以及连接在所述反应器腔体1下部的气液相管道5，冲洗管道6和排渣管道7；
所述反应器腔体1靠近底部的侧壁上设有气液相出口2和冲洗口3，底部设有排渣口4；所述气液相出口2的位置高于所述冲洗口3，所述冲洗口3的位置高于所述排渣口4；
所述气液相管道5的一端通过所述气液相出口2伸入所述反应器腔体1内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道6和所述排渣管道7分别通过管道连通；所述气液相管道5上设有第1阀门8；
所述排渣管道7的一端连接所述排渣口4，另一端用于排出渣；所述排渣管道7上设有第2阀门9，并在所述第2阀门9之后的位置与所述气液相管道5连通，所述排渣管道7与所述气液相管道5之间的管道上设有第4阀门11；
所述冲洗管道6的一端连接所述冲洗口3，另一端与所述气液相管道5连通；所述冲洗管道6上设有第3阀门10；
所述气液相管道5与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门12。
超临界水氧化反应后的气体和液体主要进入下一工艺单元(具体指余热回收单元)，当需要排渣时可用于冲洗排渣管道，当反应器底部的沉积物板结时可用于冲散板结物。
在优选实施例中，所述反应器腔体1包括上部的筒体和下部的倒锥体；所述气液相出口2设置在所述筒体的筒壁上；所述冲洗口3设置在所述倒锥体的锥体壁上；优选地，所述排渣口4设置在所述倒锥体底部的最低点。
在一些实施例中，所述筒体为圆柱体，所述倒锥体为倒圆锥体。
在一些实施例中，所述气液相管道5伸入所述反应器腔体1内的部分具有长度和高度可调节功能。
在一些实施例中，在所述气液相管道5、排渣管道7以及冲洗管道6上设置压力调节装置。
在一些实施例中，所述冲洗管道6的一端伸入超临界水氧化反应器内部并且端部设有方向可调节的喷口。
在一些实施例中，还包括堵塞检测装置。
本发明的超临界水氧化反应器的使用方法，包括：
进行超临界水氧化反应时：关闭第2阀门9、第3阀门10和第4阀门11，打开第1阀门8和第5阀门12；
排渣时：打开第2阀门9，关闭第1阀门8、第3阀门10、第4阀门11和第5阀门12；
清理排渣管道内的堵塞时：打开第1阀门8、第2阀门9和第4阀门11，关闭第3阀门10和第5阀门12；
当反应器底部固体物质板结时：打开第1阀门8和第3阀门10，关闭第2阀门9、第4阀门11和第5阀门12。
本发明提供一种用于超临界水氧化反应器的防堵塞装置，包括气液相管道5、冲洗管道6和排渣管道7；
所述气液相管道5的一端用于通过反应器腔体侧壁伸入反应器腔体内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道6和所述排渣管道7分别通过管道连通；所述气液相管道5上设有第1阀门8；
所述排渣管道7的一端用于与所述反应器腔体底部连接，另一端用于排出渣；所述排渣管道7上设有第2阀门9，并在所述第2阀门9之后的位置与所述气液相管道5连通；所述排渣管道7与所述气液相管道5之间的管道上设有第4阀门11；
所述冲洗管道6的一端用于通过反应器腔体侧壁连通反应器腔体内，另一端与所述气液相管道5连通；所述冲洗管道6上设有第3阀门10；
所述气液相管道5与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门12。
本发明提供一种防止超临界水氧化反应器堵塞的方法，使超临界水氧化反应器在靠近底部的侧壁上具有气液相出口2和冲洗口3，在底部具有排渣口4；所述气液相出口2的位置高于所述冲洗口3，所述冲洗口3的位置高于所述排渣口4；
在所述超临界水氧化反应器上安装所述的用于超临界水氧化反应器的防堵塞装置；所述气液相管道5的一端通过所述气液相出口2伸入反应器腔体内并且开口朝下；所述排渣管道7的一端与所述排渣口4连接；所述冲洗管道6的一端与所述冲洗口3连接；
通过控制第1阀门8、第2阀门9、第3阀门10、第4阀门11和第5阀门12的开关来防止或清理堵塞。
在一些实施例中，
进行超临界水氧化反应时：关闭第2阀门9、第3阀门10和第4阀门11，打开第1阀门8和第5阀门12；
排渣时：打开第2阀门9，关闭第1阀门8、第3阀门10、第4阀门11和第5阀门12；
清理排渣管道内的堵塞时：打开第1阀门8、第2阀门9和第4阀门11，关闭第3阀门10和第5阀门12；
当反应器底部固体物质板结时：打开第1阀门8和第3阀门10，关闭第2阀门9、第4阀门11和第5阀门12。
本发明还提供任一所述的超临界水氧化反应器的制造方法，包括如下步骤：
在反应器腔体1靠近底部的侧壁上设置气液相出口2和冲洗口3，在反应器腔体1底部设置排渣口4；所述气液相出口2的位置高于所述冲洗口3，所述冲洗口3的位置高于所述排渣口4；
在所述反应器腔体1上安装气液相管道5，冲洗管道6和排渣管道7，使得：
所述气液相管道5的一端通过所述气液相出口2伸入反应器腔体1内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道6和所述排渣管道7分别通过管道连通；所述气液相管道5上设有第1阀门8；
所述排渣管道7的一端连接所述排渣口4，另一端用于排渣；所述排渣管道7上设有第2阀门9，并在所述第2阀门9之后的位置与所述气液相管道5连通，所述排渣管道7与所述气液相管道5之间的管道上设有第4阀门11；
所述冲洗管道6的一端连接所述冲洗口3，另一端与所述气液相管道5连通；所述冲洗管道6上设有第3阀门10；
所述气液相管道5与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门12。
Claims (10)
1.防堵塞的超临界水氧化反应器，其特征在于，包括反应器腔体(1)以及连接在所述反应器腔体(1)下部的气液相管道(5)，冲洗管道(6)和排渣管道(7)；
所述反应器腔体(1)靠近底部的侧壁上设有气液相出口(2)和冲洗口(3)，底部设有排渣口(4)；所述气液相出口(2)的位置高于所述冲洗口(3)，所述冲洗口(3)的位置高于所述排渣口(4)；
所述气液相管道(5)的一端通过所述气液相出口(2)伸入所述反应器腔体(1)内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道(6)和所述排渣管道(7)分别通过管道连通；所述气液相管道(5)上设有第1阀门(8)；
所述排渣管道(7)的一端连接所述排渣口(4)，另一端用于排出渣；所述排渣管道(7)上设有第2阀门(9)，并在所述第2阀门(9)之后的位置与所述气液相管道(5)连通，所述排渣管道(7)与所述气液相管道(5)之间的管道上设有第4阀门(11)；
所述冲洗管道(6)的一端连接所述冲洗口(3)，另一端与所述气液相管道(5)连通；所述冲洗管道(6)上设有第3阀门(10)；
所述气液相管道(5)与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门(12)。
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，所述反应器腔体(1)包括上部的筒体和下部的倒锥体；所述气液相出口(2)设置在所述筒体的筒壁上；所述冲洗口(3)设置在所述倒锥体的锥体壁上；优选地，所述排渣口(4)设置在所述倒锥体底部的最低点。
3.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述气液相管道(5)伸入所述反应器腔体(1)内的部分具有长度和高度可调节功能。
4.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，在所述气液相管道(5)、排渣管道(7)以及冲洗管道(6)上设置压力调节装置。
5.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述冲洗管道(6)的一端伸入超临界水氧化反应器内部并且端部设有方向可调节的喷口。
6.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，还包括堵塞检测装置。
7.用于超临界水氧化反应器的防堵塞装置，其特征在于，包括气液相管道(5)、冲洗管道(6)和排渣管道(7)；
所述气液相管道(5)的一端用于通过反应器腔体侧壁伸入反应器腔体内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道(6)和所述排渣管道(7)分别通过管道连通；所述气液相管道(5)上设有第1阀门(8)；
所述排渣管道(7)的一端用于与所述反应器腔体底部连接，另一端用于排出渣；所述排渣管道(7)上设有第2阀门(9)，并在所述第2阀门(9)之后的位置与所述气液相管道(5)连通；所述排渣管道(7)与所述气液相管道(5)之间的管道上设有第4阀门(11)；
所述冲洗管道(6)的一端用于通过反应器腔体侧壁连通反应器腔体内，另一端与所述气液相管道(5)连通；所述冲洗管道(6)上设有第3阀门(10)；
所述气液相管道(5)与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门(12)。
8.防止超临界水氧化反应器堵塞的方法，其特征在于，
使超临界水氧化反应器在靠近底部的侧壁上具有气液相出口(2)和冲洗口(3)，在底部具有排渣口(4)；所述气液相出口(2)的位置高于所述冲洗口(3)，所述冲洗口(3)的位置高于所述排渣口(4)；
在所述超临界水氧化反应器上安装权利要求7所述的用于超临界水氧化反应器的防堵塞装置；所述气液相管道(5)的一端通过所述气液相出口(2)伸入反应器腔体内并且开口朝下；所述排渣管道(7)的一端与所述排渣口(4)连接；所述冲洗管道(6)的一端与所述冲洗口(3)连接；
通过控制第1阀门(8)、第2阀门(9)、第3阀门(10)、第4阀门(11)和第5阀门(12)的开关来防止或清理堵塞。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
进行超临界水氧化反应时：关闭第2阀门(9)、第3阀门(10)和第4阀门(11)，打开第1阀门(8)和第5阀门(12)；
排渣时：打开第2阀门(9)，关闭第1阀门(8)、第3阀门(10)、第4阀门(11)和第5阀门(12)；
清理排渣管道内的堵塞时：打开第1阀门(8)、第2阀门(9)和第4阀门(11)，关闭第3阀门(10)和第5阀门(12)；
当反应器底部固体物质板结时：打开第1阀门(8)和第3阀门(10)，关闭第2阀门(9)、第4阀门(11)和第5阀门(12)。
10.权利要求1-6任一所述的超临界水氧化反应器的制造方法，包括如下步骤：
在反应器腔体(1)靠近底部的侧壁上设置气液相出口(2)和冲洗口(3)，在反应器腔体(1)底部设置排渣口(4)；所述气液相出口(2)的位置高于所述冲洗口(3)，所述冲洗口(3)的位置高于所述排渣口(4)；
在所述反应器腔体(1)上安装气液相管道(5)，冲洗管道(6)和排渣管道(7)，使得：
所述气液相管道(5)的一端通过所述气液相出口(2)伸入反应器腔体(1)内并且开口朝下，另一端与下一工艺单元、所述冲洗管道(6)和所述排渣管道(7)分别通过管道连通；所述气液相管道(5)上设有第1阀门(8)；
所述排渣管道(7)的一端连接所述排渣口(4)，另一端用于排渣；所述排渣管道(7)上设有第2阀门(9)，并在所述第2阀门(9)之后的位置与所述气液相管道(5)连通，所述排渣管道(7)与所述气液相管道(5)之间的管道上设有第4阀门(11)；
所述冲洗管道(6)的一端连接所述冲洗口(3)，另一端与所述气液相管道(5)连通；所述冲洗管道(6)上设有第3阀门(10)；
所述气液相管道(5)与下一工艺单元之间的管道上设有第5阀门(12)。
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