CN117209037A - 一种卧式超临界水氧化反应器及反应方法 - Google Patents
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Abstract
一种卧式超临界水氧化反应器及反应方法，包括承压壳体(2)，承压壳体(2的内部形成了反应器(20)，其中在承压壳体(2)左侧壁上设有反应物进口(1)，在承压壳体(2)右下底部设有反应物出口(12)，其特征在于，在承压壳体(2)上部壳体外设有电加热装置(3)，反应器(20)上部设有多个上侧折流板(6)，反应器(20)内的底部设有多个下侧折流板(8)，由多个下侧折流板(8)将反应器(20)内的下部空间分成多个次临界区；在所述的各反应区设有测试传感器；本发明通过在卧式反应器内部上侧增加折流板的方式保证了有机物在反应器中足够的反应时间和停留时间，并增加了有机物与氧化剂的接触面积，提高了有机物的转化率。
Description
技术领域
本发明是一种卧式超临界水氧化反应器及反应方法，涉及有机废液处理领域，具体为处理含有不同类型无机盐的高浓有机废液，并提供一种的卧式超临界水氧化反应器。
技术背景
超临界水是一种温度和压力均达到并超过水的超临界点(374.3℃、22.1MPa)的特殊状态的水，该类水具有密度、粘度低、扩散系数大、介电常数小等特点被得到广泛应用。由于超临界水较低的介电常数，使得超临界水的性质更接近于非极性溶剂，因此是各类有机物和气体(如空气、氧气、氮气等)的良好溶剂，消除了不同相态物质之间的相界面，加快了物质间的传质和传热。与此同时，较低的介电常数也使得无机盐在超临界水中溶解度急剧降低，使得无机盐可从超临界水中析出、沉降，进而达到分离的目的。
根据盐在水临界点附近溶解度的不同可将盐分成第一类盐和第二类盐，其中第一类盐在水临界点附近有较高的溶解度，而第二类盐在这一区域具有较低的溶解度。因此，对于不同类型的无机盐，可通过调整次临界区的温度实现对无机盐的分类收集和回收。
对于超临界水氧化反应器，绝大多数为立式反应器。当处理大流量、高浓度有机废液时，为了保证足够的反应时间，通常通过增加立式反应器的容积得以实现，这样不仅增加了设备投资，而且增加了加工和安装难度。另一方面，立式反应器通常只具有一个次临界区用于无机盐的二次溶解，难以实现对不同类型无机盐的分类收集。
发明内容
针对立式超临界水氧化反应器存在的不足，本发明提供了一种卧式超临界水氧化反应器及反应方法。
一种卧式超临界水氧化反应器，包括承压壳体2，承压壳体2的内部形成了反应器20，其中在承压壳体2左侧壁上设有反应物进口1，在承压壳体2右下底部设有反应物出口12，其特征在于，在承压壳体2上部壳体外设有电加热装置3，电加热装置3包裹在承压壳体2左右两侧壳体上部和顶部壳体外表面，反应器20上部设有多个上侧折流板6，在每个上侧折流板6上方连接的承压壳体2上都设有一个物料进口4，由承压壳体2左侧壳体、多个上侧折流板6及承压壳体2右侧壳体将反应器20内的上部空间分成多个反应区；在承压壳体2的右边上壁设有安全阀5；反应器20内的底部设有多个下侧折流板8，每个下侧折流板8下面承压壳体2上又设有一个水管电动调节阀10，水管电动调节阀10都与冷却水进口9连接；由多个下侧折流板8将反应器20内的下部空间分成多个次临界区；在所述的各反应区设有测试传感器；
工作时，反应物通过反应物进口1进入反应区Ⅰ，氧气通过各物料进口4进入各反应区，预热后的氧气通过物料进口4、上侧折流板6后进入反应区中，通过物料进口4上安装的物料进口电动调节阀调节进入不同反应区氧气的流量，来控制不同反应区氧化的程度；当反应器后半段温度较低时，则通过物料进口补充少量反应物或其他可燃物，以保证系统温度的稳定；当系统温度过高时，则通过物料进口进入冷却水，以实现在超温情况下对反应器的快速降温，保证反应器的安全和稳定运行；冷却水通过冷却水进口9、下侧折流板8入反应器20内的下部，并通过进水管路电动调节阀10调节不同次临界区的温度。
所述反应物进口1开口方向朝下，以降低物料进入时对折流板的冲击。
当待处理反应物有机物浓度较高或粘度较大时，反应物进口1管路末端需增加喷注器，以增加反应物的分散程度。
所述的承压壳体2为卧式圆柱形壳体，壳体材料为耐高温、耐高压、耐腐蚀材料的625镍基合金或哈氏合金的镍基材料。
所述承压壳体2外部包覆有电加热装置3，电加热装置3为加热丝或加热棒，电加热装置3分为多个部分，每个部分独立控温，以实现对不同区域温度的调控；电加热装置3覆盖承压壳体2顶部和侧面壳体的上侧，电加热装置3覆盖承压壳体2侧面壳体上侧的面积大于整个侧面壳体的2/3。
所述的上侧折流板6包括两片侧板和一个底板构成，上侧折流板6两侧板上设置均布的小孔，保证进入物质均匀分散。
所述的下侧折流板8，将反应器20下部分为多个区域；所述下侧折流板8靠近反应物进口的一侧板设置均布的小孔，一方面保证进入的冷却水均匀分散，另一方面防止次临界区溶解的无机盐附着在折流板上；所述的多个下侧折流板8，其高度沿反应物流动方向依次降低。
所述的多个上侧折流板6共有3个，其为第一上侧折流板6-1、第二上侧折流板6-2和第三上侧折流板6-3；将反应器20上部分成了四个反应区，即反应区Ⅰ、反应区Ⅱ、反应区Ⅲ和反应区Ⅳ；相应的三个物料进口4为第一物料进口4-1、第二物料进口4-2和第三物料进口4-3；所述的多个下侧折流板8为4个，分别为第一下侧折流板8-1、第二下侧折流板8-2、第三下侧折流板8-3和第四下侧折流板8-4；第一下侧折流板8-1、第二下侧折流板8-2、第三下侧折流板8-3和第四下侧折流板8-4将反应器20下部分成了三个次临界区，即次临界区Ⅰ、次临界区Ⅱ和次临界区Ⅲ；在每个反应区和每个次临界区都设有温度传感器7。
利用权利要求1所述的一种卧式超临界水氧化反应器进行对反应物进行反应的方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一、通过反应器20上侧电加热装置3将反应器20温度升高至水的超临界温度以上，同时使反应器20内压力升高至水的超临界压力以上；
步骤二、将预热后的反应器20通过反应物进口1进入反应器20的反应区Ⅰ处，所述反应物为有机物浓度较高且含有不同类型无机盐的反应物料；
步骤三、将预热后的氧气通过物料进口4、上侧折流板6及其板上小孔进入反应器20中，通过物料进口4管路上安装的物料电动调节阀调节进入不同反应区域氧气的流量，通常情况下，第一物料进口4-1氧气流量最大，第一物料进口4-2和第三物料进口4-3依次递减；
步骤四、反应物与氧气首先在反应区Ⅰ发生氧化反应，随后通过上侧折流板6折流后依次进入反应区Ⅱ、反应区Ⅲ和反应区Ⅳ，进一步发生氧化反应，使得反应物彻底氧化分解，通过反应物出口12排出反应器20；
步骤五、在反应器20底部设置有多上不同高度的下侧折流板8，进而将反应器20底部分隔成不同温度梯度的次临界区；
步骤六、冷却水通过冷却水进口9、下侧折流板8以及下侧折流板8的单侧小孔进入反应器，并通过进水管路电动调节阀10调节不同次临界区温度；
步骤七、原料中及反应中生成的不同类型的无机盐在超临界反应区中逐渐析出、沉降至反应器20底部，在不同温度梯度次临界区中二次溶解，形成浓盐水，经次临界区底部出口11排出。
所述的输入氧气的物料进口4也能够输入反应物或可燃物，具体的，当反应器20后半段的反应区温度较低时，通过物料进口4补充少量反应物或其他可燃物，以保证系统温度的稳定；当反应器20后半段的反应区温度较高时，通过物料进口4加入冷却水，以实现在超温情况下对反应器20的快速降温，保证反应器的安全和稳定运行。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下优势：
(1)本发明提供了一种新型卧式超临界水氧化反应器，通过在卧式反应器内部上侧增加折流板的方式保证了有机物在反应器中足够的反应时间和停留时间，并增加了有机物与氧化剂的接触面积，提高了有机物的转化率。
(2)本发明提供的卧式超临界水氧化反应器，通过在反应器内部下侧增加折流板的方式将次临界区分隔成多个区域，通过设置不同高度折流板的方式保证了不同区域次临界区温度的梯级变化，以实现对不同类型无机盐的分类收集和回收。
附图说明
图1、是本发明反应器20结构示意图；
图2、是本发明实施例中反应器20结构示意图。
其中，1为反应物进口，2为承压壳体，3为电加热装置，4为物料进口，5为安全阀，6为上侧折流板，7为温度传感器，8为下侧折流板，9为冷却水进口，10为电动调节阀，11为排盐口，12为反应物出口，20为反应器；
4-1为第一物料进口，4-2为第二物料进口，4-3为第三物料进口，6-1为第一上侧折流板，6-2为第二上侧折流板，6-3为第三上侧折流板，8-1为第一下侧折流板，8-2为第二下侧折流板，8-3为第三下侧折流板，8-4为第四下侧折流板。10-1为第一水管路电动调节阀，10-2为第二水管路电动调节阀，10-3为第三水管路电动调节阀，10-4为第四水管路电动调节阀，11-1为第一排盐口，11-2为第二排盐口，11-3为第三排盐口。
具体实施方式：
通过在卧式反应器内部上侧增加折流板的方式保证了有机物在反应器中足够的反应时间和停留时间，并增加了有机物与氧化剂的接触面积，提高了有机物的转化率。另一方面，通过在卧式反应器内部下侧增加不同高度折流板的方式保证了反应器底部形成不同温度梯度的次临界区，以实现对不同类型无机盐的分类收集和回收。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型卧式超临界水氧化反应器，其主要包括反应物进口1、承压壳体2、电加热装置3、物料进口4、安全阀5、上侧折流板6、温度传感器7、下侧折流板8、冷却水进口9、电动调节阀10、排盐口11、反应物出口12。
优选地，所述反应物进口开口方向朝下，以降低物料进入时对折流板的冲击。
优选地，当待处理反应物有机物浓度较高或粘度较大时，反应物进口管路末端需增加喷注器，以增加反应物的分散程度。
优选地，所述承压壳体为卧式圆柱形壳体，壳体材料为耐高温、耐高压、耐腐蚀材料，优选625镍基合金或哈氏合金等镍基材料。
优选地，所述承压壳体外部包覆有电加热装置，电加热装置可以为加热丝或加热棒，电加热装置可独立控温，以实现对不同区域温度的调控。电加热装置覆盖承压壳体上侧2/3。
优选地，所述物料进口为多个独立进口，每个进口管路上安装有电动调节阀，进口管路与上侧折流板相连通。
优选地，所述物料进口在通常情况下进入氧气，为系统提供氧化剂。当反应器后半段温度较低时，可通过物料进口补充少量反应物或其他可燃物，以保证系统温度的稳定。当系统温度过高时，也可通过物料进口进入冷却水，以实现在系统超温情况下对反应器的快速降温，保证反应器的安全和稳定运行。
优选地，所述上侧折流板，可增加反应物在反应器的停留时间，保证反应物的有效分解。
优选地，所述上侧折流板，折流板两侧设置小孔，保证进入物质均匀分散。
优选地，所述下侧折流板，可将反应器下侧分为多个区域，通过调整不同区域的进水量，进而形成不同温度梯度的次临界区。
优选地，所述下侧折流板，折流板单侧设置小孔，一方面保证进入的冷却水均匀分散，另一方面防止次临界区溶解的无机盐附着在折流板上。
优选地，所述下侧折流板，折流板单侧设置小孔，可保证冷却水向单一方向流动，以有效调节各次临界区温度。
优选地，所述下侧折流板，其开孔方向与反应物流向相反。
优选地，所述下侧折流板，其高度不一致，沿反应物流动方向依次降低。
优选地，所述冷却水进口与反应器底部不同位置相连接，并与下侧折流板相连接，每个冷试水进口管路上均有电动调节阀。
优选地，所述排盐口位于反应器的最低点，而且不同次临界区底部均设有排盐口，以实现不同类型无机盐的分类收集和回收。
优选地，所述反应物出口，位于反应器的底部。
本发明提供了一种新型卧式超临界水氧化反应器，为使本发明的技术优势更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作详细描述。
如图1所示，本发明提供的新型卧式超临界水氧化反应器，其主要包括反应物进口1、承压壳体2、电加热装置3、物料进口4、安全阀5、上侧折流板6、温度传感器7、下侧折流板8、冷却水进口9、水管电动调节阀10、排盐口11、反应物出口12。
该新型卧式超临界水氧化反应器处理含盐有机物的主要流程为：
(1)通过卧式反应器上侧电加热装置将反应器温度升高至水的超临界温度以上，同时使反应器压力升高至水的超临界压力以上；
(2)将预热后的反应器通过1反应物进口进入反应器反应区1处，所述反应物可以为有机物浓度较高且含有不同类型无机盐的反应物料；
(3)将预热后的氧气通过物料进口4、上侧折流板6及其板上小孔进入反应器中，通过物料进口管路上安装的水管电动调节阀10调节进入不同反应区域氧气的流量，通常情况下，第一物料进口4-1氧气流量最大，第二物料进口4-2和第三物料进口4-3依次递减；
(4)反应物与氧气首先在反应区1发生氧化反应，随后通过上侧折流板6折流后依次进入反应区Ⅱ、反应区Ⅲ和反应区Ⅳ；，进一步发生氧化反应，使得反应物彻底氧化分解，通过反应物出口12排出反应器20；
(5)反应器下侧设置有不同高度的折流板，进而将反应器底部分隔成不同温度梯度的次临界区；
(6)冷却水通过冷却水进口9、下侧折流板8以及折流板单侧小孔进入反应器20，并通过进水管路电动调节阀10调节不同次临界区温度；
优选地，所述反应物进口开口方向朝下，以降低物料进入时对折流板的冲击。
优选地，当待处理反应物有机物浓度较高或粘度较大时，反应物进口管路末端需增加喷注器，以增加反应物的分散程度。
优选地，所述承压壳体为卧式圆柱形壳体，壳体材料为耐高温、耐高压、耐腐蚀材料，优选625镍基合金或哈氏合金等镍基材料。
优选地，所述承压壳体外部包覆有电加热装置，电加热装置可以为加热丝或加热棒，电加热装置可独立控温，以实现对不同区域温度的调控。电加热装置覆盖承压壳体上侧2/3。
优选地，所述物料进口为多个独立进口，每个进口管路上安装有水管路电动调节阀，进口管路与上侧折流板相连通。
优选地，所述物料进口在通常情况下进入氧气，为系统提供氧化剂。当反应器后半段温度较低时，可通过物料进口补充少量反应物或其他可燃物，以保证系统温度的稳定。当系统温度过高时，也可通过物料进口进入冷却水，以实现在系统超温情况下对反应器的快速降温，保证反应器的安全和稳定运行。
优选地，所述上侧折流板，可增加反应物在反应器的停留时间，保证反应物的有效分解。
优选地，所述上侧折流板，折流板两侧设置小孔，保证进入物质均匀分散。
优选地，所述下侧折流板，可将反应器下侧分为多个区域，通过调整不同区域的进水量，进而形成不同温度梯度的次临界区。
优选地，所述下侧折流板，折流板单侧设置小孔，一方面保证进入的冷却水均匀分散，另一方面防止次临界区溶解的无机盐附着在折流板上。
优选地，所述下侧折流板，折流板单侧设置小孔，可保证冷却水向单一方向流动，以有效调节各次临界区温度。
优选地，所述下侧折流板，其开孔方向与反应物流向相反。
优选地，所述下侧折流板，其高度不一致，沿反应物流动方向依次降低。
优选地，所述冷却水进口与反应器底部不同位置相连接，并与下侧折流板相连接，每个冷试水进口管路上均有水管路电动调节阀。
优选地，所述排盐口位于反应器的最低点，而且不同次临界区底部均设有排盐口，以实现不同类型无机盐的分类收集和回收。
优选地，所述反应物出口，位于反应器的底部。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。应当指出，在不脱离本发明系统和方法前提下的若干改进和组合，也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种卧式超临界水氧化反应器，包括承压壳体(2)，承压壳体(2的内部形成了反应器(20)，其中在承压壳体(2)左侧壁上设有反应物进口(1)，在承压壳体(2)右下底部设有反应物出口(12)，其特征在于，在承压壳体(2)上部壳体外设有电加热装置(3)，电加热装置(3)包裹在承压壳体(2)左右两侧壳体上部和顶部壳体外表面，反应器(20)上部设有多个上侧折流板(6)，在每个上侧折流板(6)上方连接的承压壳体(2)上都设有一个物料进口(4)，由承压壳体(2)左侧壳体、多个上侧折流板(6)及承压壳体(2)右侧壳体将反应器(20)内的上部空间分成多个反应区；在承压壳体(2)的右边上壁设有安全阀(5)；反应器(20)内的底部设有多个下侧折流板(8)，每个下侧折流板(8)下面承压壳体(2)上又设有一个水管电动调节阀(10)，水管电动调节阀(10)都与冷却水进口(9)连接；由多个下侧折流板(8)将反应器(20)内的下部空间分成多个次临界区；在所述的各反应区设有测试传感器；
工作时，反应物通过反应物进口(1)进入反应区Ⅰ，氧气通过各物料进口(4)进入各反应区，预热后的氧气通过物料进口(4)、上侧折流板(6)后进入反应区中，通过物料进口(4)上安装的物料进口电动调节阀调节进入不同反应区氧气的流量，来控制不同反应区氧化的程度；当反应器后半段温度较低时，则通过物料进口补充少量反应物或其他可燃物，以保证系统温度的稳定；当系统温度过高时，则通过物料进口进入冷却水，以实现在超温情况下对反应器的快速降温，保证反应器的安全和稳定运行；冷却水通过冷却水进口(9)、下侧折流板(8)入反应器(20)内的下部，并通过进水管路电动调节阀(10)调节不同次临界区的温度。
2.根据权利要求1所述的一种卧式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述反应物进口1开口方向朝下，以降低物料进入时对折流板的冲击。
3.根据权利要求1或2所述的一种卧式超临界水氧化反应器，其特征在于，当待处理反应物有机物浓度较高或粘度较大时，反应物进口(1)管路末端需增加喷注器，以增加反应物的分散程度。
4.根据权利要求1或2所述的一种卧式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述的承压壳体(2)为卧式圆柱形壳体，壳体材料为耐高温、耐高压、耐腐蚀材料的625镍基合金或哈氏合金的镍基材料。
5.根据权利要求1或2所述的一种卧式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述承压壳体(2)外部包覆有电加热装置(3)，电加热装置(3)为加热丝或加热棒，电加热装置(3)分为多个部分，每个部分独立控温，以实现对不同区域温度的调控；电加热装置(3)覆盖承压壳体(2)顶部和侧面壳体的上侧，电加热装置(3)覆盖承压壳体(2)侧面壳体上侧的面积大于整个侧面壳体的2/3。
6.根据权利要求1或2所述的一种卧式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述的上侧折流板(6)包括两片侧板和一个底板构成，上侧折流板(6)两侧板上设置均布的小孔，保证进入物质均匀分散。
7.根据权利要求1或2所述的一种卧式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述的下侧折流板(8)，将反应器(20)下部分为多个区域；所述下侧折流板(8)靠近反应物进口的一侧板设置均布的小孔，一方面保证进入的冷却水均匀分散，另一方面防止次临界区溶解的无机盐附着在折流板上；所述的多个下侧折流板(8)，其高度沿反应物流动方向依次降低。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种卧式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述的多个上侧折流板(6)共有3个，其为第一上侧折流板(6-1)、第二上侧折流板(6-2)和第三上侧折流板(6-3)；将反应器(20)上部分成了四个反应区，即反应区Ⅰ、反应区Ⅱ、反应区Ⅲ和反应区Ⅳ；相应的三个物料进口(4)为第一物料进口(4-1)、第二物料进口(4-2)和第三物料进口(4-3)；所述的多个下侧折流板(8)为4个，分别为第一下侧折流板(8-1)、第二下侧折流板(8-2)、第三下侧折流板(8-3)和第四下侧折流板(8-4)；第一下侧折流板(8-1)、第二下侧折流板(8-2)、第三下侧折流板(8-3)和第四下侧折流板(8-4)将反应器(20)下部分成了三个次临界区，即次临界区Ⅰ、次临界区Ⅱ和次临界区Ⅲ；在每个反应区和每个次临界区都设有温度传感器(7)。
9.利用权利要求1所述的一种卧式超临界水氧化反应器进行对反应物进行反应的方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一、通过反应器(20)上侧电加热装置(3)将反应器(20)温度升高至水的超临界温度以上，同时使反应器(20)内压力升高至水的超临界压力以上；
步骤二、将预热后的反应器(20)通过反应物进口(1)进入反应器(20)的反应区Ⅰ处，所述反应物为有机物浓度较高且含有不同类型无机盐的反应物料；
步骤三、将预热后的氧气通过物料进口(4)、上侧折流板(6)及其板上小孔进入反应器(20)中，通过物料进口(4)管路上安装的物料电动调节阀调节进入不同反应区域氧气的流量，通常情况下，第一物料进口(4-1)氧气流量最大，第一物料进口(4-2)和第三物料进口(4-3)依次递减；
步骤四、反应物与氧气首先在反应区Ⅰ发生氧化反应，随后通过上侧折流板(6)折流后依次进入反应区Ⅱ、反应区Ⅲ和反应区Ⅳ，进一步发生氧化反应，使得反应物彻底氧化分解，通过反应物出口(12)排出反应器(20)；
步骤五、在反应器(20)底部设置有多上不同高度的下侧折流板(8)，进而将反应器(20)底部分隔成不同温度梯度的次临界区；
步骤六、冷却水通过冷却水进口(9)、下侧折流板(8)以及下侧折流板(8)的单侧小孔进入反应器，并通过进水管路电动调节阀(10)调节不同次临界区温度；
步骤七、原料中及反应中生成的不同类型的无机盐在超临界反应区中逐渐析出、沉降至反应器(20)底部，在不同温度梯度次临界区中二次溶解，形成浓盐水，经次临界区底部出口(11)排出。
10.根据权利要求9所述的一种卧式超临界水氧化反应器进行反应的方法，其特征在于，所述的输入氧气的物料进口(4)也能够输入反应物或可燃物，具体的，当反应器(20)后半段的反应区温度较低时，通过物料进口(4)补充少量反应物或其他可燃物，以保证系统温度的稳定；当反应器(20)后半段的反应区温度较高时，通过物料进口(4)加入冷却水，以实现在超温情况下对反应器(20)的快速降温，保证反应器的安全和稳定运行。
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