CN109912006A - 一种管簇式超临界水氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管簇式超临界水氧化反应器，包括包括反应器筒体、进料系统、设置在所述反应器筒体内的反应系统、在线温度检测系统、冷却系统和气液分离系统。本发明的管簇式超临界水氧化反应器通过对螺旋管式反应器的合理分布，未反应的冷物料管道与反应后的热流体交叉分布通过空气或者碳化硅颗粒等来实现间接换热，达到热量回收，减少运行成本的目的。
Description
(一)技术领域
本发明涉及超临界水氧化技术领域，具体而言，涉及一种超临界水氧化反应器。
(二)背景技术
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，SCWO)是20世纪80年代由美国学者提出的一种新型高级氧化技术。用超临界水氧化方法处理有机废水具有良好的社会和环境效益，与其他处理方法相比有着巨大的优势，是一项极具发展潜力的有机废水处理技术。然而，到目前为止，超临界水氧化技术还未能普遍地从实验室推广到工程应用，主要是因为材料的腐蚀、固体无机盐颗粒沉积对设备的堵塞、能量平衡及回收、成本高等问题。商业性的运行必须考虑系统热量的回收利用、设备的成本及损耗等问题，以降低污水的处理费用。
超临界水氧化工艺的主要能耗是将废水从室温预热至某一起始反应温度和升压至操作压力下。升压的能耗相对较小，主要的能耗是废水的升温。有机污染物在氧化降解过程中会放出大量的热能。研究表明，当废水中有机物浓度较低时，需要外部补充热量；当废水中有机物浓度较高时，可以实现热量自给(能量平衡)甚至有剩余的热量可回收。因此，在处理高浓度有机废水时，我们通过对工艺和设备的合理设计，利用甚至回收有机污染物氧化降解过程产生的热量，以降低其运行成本。
(三)发明内容
鉴于此，本发明设计了一种管簇式超临界水氧化反应器，旨在通过合理安排管式反应器的分布来实现节能设计甚至有剩余的热量可回收和提高反应器的耐压性能等，从而达到降低SCWO装置建设和运行成本的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种管簇式超临界水氧化反应器，其特征在于：包括反应器筒体、进料系统、设置在所述反应器筒体内的反应系统、在线温度检测系统、冷却系统和气液分离系统；
所述的反应器筒体由上筒体和下筒体构成，所述的上筒体和下筒体通过珐琅连接；所述的下筒体上设有进料口和出料口；
所述的进料系统包括进料管道和与所述的进料管道相连的管道式静态混合器，所述的进料管道包括第一进料管道和与所述第一进料管道并联的第二进料管道，所述的第一进料管道自管道入口至出口依次设有过滤器、第一柱塞泵和第一单项阀；所述的第二进料管道自管道入口至出口依次设有第二柱塞泵和第二单项阀；
所述的反应系统包括若干个相互并联的温控螺旋管式反应器和若干个相互并联的螺旋管式反应器，所述的温控螺旋管式反应器与所述的螺旋管式反应器个数相对应；所述的螺旋管式反应器由呈螺旋状盘绕的钢管组成；所述的温控螺旋管式反应器由呈螺旋状盘绕的钢管和固定在所述螺旋状盘绕的钢管中间的加热棒组成；所述的温控螺旋管式反应器的入口端通过第一圆环状连接管与所述的管道式静态混合器连通；所述的温控螺旋管式反应器的出口端通过圆盘状连接管与所述的螺旋管式反应器入口连通，所述的螺旋管式反应器出口与所述的第二圆环状连接管连通；
所述的在线温度检测系统包括测温装置、温度控制及测温显示器，所述的测温装置由若干个热电偶构成，所述的热电偶在平行于反应器筒体的横切面上和平行于所述反应器筒体的纵向中心轴上均匀分布于所述的反应器筒体内；
所述的冷却装置依次包括安全阀、套管式冷却管道；所述的第二圆环状连接管的出口通过所述的出料口与所述的套管式冷却管道连接，所述的第二圆环状连接管与所述的套管式冷却管道之间设有安全阀；
所述的气液分离系统包括气液分离器；所述的套管式冷却管道的出口与所述的气液分离器连接，所述的套管式冷却管道与所述的气液分离器之间设有第二压力阀，所述的的气体出口和液体出口分别设有第一背压阀、第二背压阀，所述的气液分离器上设有液位计。
进一步地，本发明所述进料系统，分别采用第一柱塞泵和第二分别输送废水和氧化剂；废水通过过滤器过滤掉杂质，然后均通过第一柱塞泵和第一单向阀打入反应器预热段，再通过管道静态混合器混合均匀后通入预热段管道中进行升温。
进一步地，本发明所述反应系统，具有换热和反应一体化功能。未反应的冷物料管道与反应后的热流体管道交叉分布在换热段内实现间接换热，以达到冷物料的加热和热流体的冷却以及能量回收的目的。
进一步地，在反应系统内，设有加热棒用于反应器启动阶段的加热和后续的温度维持，并通过温度控制器和热电偶测温及集中显示；采用套管式冷却的方法用于移热，以防止反应系统温度过高；并设有安全阀以防止压力过大。另外，各个螺旋反应器间采用空气或其他导热介质传热，且反应器筒体内设保温层，以减少热量损失。
进一步地，所述冷却系统，是用来冷却离开反应系统的热流体，以防其温度过高。冷却系统采用套管式冷却，热流体管道两侧通过外通冷水用于冷却反应系统出来的热流体。
本发明所述气液分离系统，是用来对反应过后的流体气体进行气液分离，流体通过下端排出，气体通过上端排出，并且在气体管道上设置背压阀用来控制体系的压力，另外设置液位计用来自动控制液位的变化及尾液的流出。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的管簇式超临界水氧化反应器通过对螺旋管式反应器的合理分布，未反应的冷物料管道与反应后的热流体交叉分布通过空气或者碳化硅颗粒等来实现间接换热，达到热量回收，减少运行成本的目的。
(四)附图说明
图1管簇式超临界水氧化反应器结构示意图；
1.过滤器；2-1.第一柱塞泵；2-2.第二柱塞泵；3-1.第一单向阀；3-2.第二单向阀；4.压力表；5.管道式静态混合器；6.第一圆环状连接管；7.第二圆环状连接管；8.螺旋管式反应器；9.加热棒；10.圆盘状连接管；11.保温层；12.上筒体；13.下筒体；14.安全阀；15.套管式冷却管道；16.压力表；17.气液分离器；18.第一背压阀；19.液位计；20.第二背压阀；21.温度控制及测温显示器；22热电偶；
图2管道式静态混合器局部示意图；
图3第一和第二圆环状管式反应器俯视图；
图4反应器筒体示意图。
(五)具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明装置示意图参见图1，图中给出了本实例提供的管簇式超临界水氧化反应器的结构及分布图。该实例是利用该反应器处理机油，反应器包括进料系统、反应系统、冷却系统和气液分离系统。
一种管簇式超临界水氧化反应器，其特征在于：包括反应器筒体、进料系统、设置在所述反应器筒体内的反应系统、在线温度检测系统、冷却系统和气液分离系统；
所述的反应器筒体由上筒体(12)和下筒体(13)构成，所述的上筒体(12)和下筒体(13)通过珐琅连接；所述的下筒体(13)上设有进料口和出料口；所述的反应器筒体内壁设有保温层(11)；
所述的进料系统包括进料管道和与所述的进料管道相连的管道式静态混合器(5)，所述的进料管道包括第一进料管道和与所述第一进料管道并联的第二进料管道，所述的第一进料管道自管道入口至出口依次设有过滤器(1)、第一柱塞泵(2-1)和第一单项阀(3-1)；所述的第二进料管道自管道入口至出口依次设有第二柱塞泵(2-2)和第二单项阀(3-2)；
所述的反应系统包括9个相互并联的温控螺旋管式反应器和若干个相互并联的螺旋管式反应器，所述的温控螺旋管式反应器与所述的螺旋管式反应器个数相对应；所述的螺旋管式反应器由呈螺旋状盘绕的钢管(8)组成；所述的温控螺旋管式反应器由呈螺旋状盘绕的钢管(8)和固定在所述螺旋状盘绕的钢管中间的加热棒(9)组成；所述的温控螺旋管式反应器的入口端通过第一圆环状连接管(6)与所述的管道式静态混合器(5)连通；所述的温控螺旋管式反应器的出口端通过圆盘状连接管(10)与所述的螺旋管式反应器入口连通，所述的螺旋管式反应器出口与所述的第二圆环状连接管(7)连通；
所述的在线温度检测系统包括测温装置、温度控制及测温显示器(21)，所述的测温装置由若干个热电偶(22)构成，所述的热电偶在平行于反应器筒体的横切面上和平行于所述反应器筒体的纵向中心轴上均匀分布于所述的反应器筒体内；
所述的冷却装置依次包括安全阀(14)、套管式冷却管道(15)；所述的第二圆环状连接管(7)的出口通过所述的出料口与所述的套管式冷却管道(15)连接，所述的第二圆环状连接管(7)与所述的套管式冷却管道(15)之间设有安全阀(14)；
所述的气液分离系统包括气液分离器(17)；所述的套管式冷却管道(15)的出口与所述的气液分离器(17)连接，所述的套管式冷却管道(15)与所述的气液分离器(17)之间设有第二压力阀(16)，所述的的气体出口和液体出口分别设有第一背压阀(18)、第二背压阀(20)；所述的气液分离器(17)上设有液位计(19)。
实验时，按如下步骤进行：
首先检查各仪器是否正常，检查完毕后打开第二柱塞泵(2-2)和第二单项阀(3-2)通水；接着打开9个加热棒对温控螺旋管式反应器进行升温预热；待温度升至350℃后，将管路中的水切换成双氧水；待温度升至500℃、压力升至23MPa后，关闭4根加热棒，打开第一柱塞泵(2-1)和第一单项阀(3-1)通入待处理含油废水开始反应，反应后的流体和气体经冷却后进入气液分离器中进行分离；待反应稳定一小时后，取尾液进行TOC检测分析。
Claims (3)
1.一种管簇式超临界水氧化反应器，其特征在于：包括反应器筒体、进料系统、设置在所述反应器筒体内的反应系统、在线温度检测系统、冷却系统和气液分离系统；
所述的反应器筒体由上筒体(12)和下筒体(13)构成，所述的上筒体(12)和下筒体(13)通过珐琅连接；所述的下筒体(13)上设有进料口和出料口；
所述的进料系统包括进料管道和与所述的进料管道相连的管道式静态混合器(5)，所述的进料管道包括第一进料管道和与所述第一进料管道并联的第二进料管道，所述的第一进料管道自管道入口至出口依次设有过滤器(1)、第一柱塞泵(2-1)和第一单项阀(3-1)；所述的第二进料管道自管道入口至出口依次设有第二柱塞泵(2-2)和第二单项阀(3-2)；
所述的反应系统包括若干个相互并联的温控螺旋管式反应器和若干个相互并联的螺旋管式反应器，所述的温控螺旋管式反应器与所述的螺旋管式反应器个数相对应；所述的螺旋管式反应器由呈螺旋状盘绕的钢管(8)组成；所述的温控螺旋管式反应器由呈螺旋状盘绕的钢管(8)和固定在所述螺旋状盘绕的钢管中间的加热棒(9)组成；所述的温控螺旋管式反应器的入口端通过第一圆环状连接管(6)与所述的管道式静态混合器(5)连通；所述的温控螺旋管式反应器的出口端通过圆盘状连接管(10)与所述的螺旋管式反应器入口连通，所述的螺旋管式反应器出口与所述的第二圆环状连接管(7)连通；所述的在线温度检测系统包括测温装置、温度控制及测温显示器(21)，所述的测温装置由若干个热电偶(22)构成，所述的热电偶在平行于反应器筒体的横切面上和平行于所述反应器筒体的纵向中心轴上均匀分布于所述的反应器筒体内；
所述的冷却装置依次包括安全阀(14)、套管式冷却管道(15)；所述的第二圆环状连接管(7)的出口通过所述的出料口与所述的套管式冷却管道(15)连接，所述的第二圆环状连接管(7)与所述的套管式冷却管道(15)之间设有安全阀(14)；
所述的气液分离系统包括气液分离器(17)；所述的套管式冷却管道(15)的出口与所述的气液分离器(17)连接，所述的套管式冷却管道(15)与所述的气液分离器(17)之间设有第二压力阀(16)，所述的的气体出口和液体出口分别设有第一背压阀(18)、第二背压阀(20)。
2.如权利要求1所述的管簇式超临界水氧化反应器，其特征在于：所述的反应器筒体内壁设有保温层(11)。
3.如权利要求1所述的管簇式超临界水氧化反应器，其特征在于：所述的气液分离器(17)上设有液位计(19)。
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