CN203373249U

CN203373249U - 一种用于污泥处理的催化湿式氧化反应器

Info

Publication number: CN203373249U
Application number: CN201320101140.9U
Authority: CN
Inventors: 李国文; 苏贞峰; 于勇勇; 郭春生
Original assignee: Beijing Biotechina Environment Corpltd
Current assignee: Beijing Biotechina Environment Corpltd
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-03-05

Abstract

本实用新型公开了一种用于污泥处理的催化湿式氧化反应器，其主体组成包括反应器壳体、上封头、下封头、上催化剂固定装置、下催化剂固定装置及催化剂，其中，所述上、下催化剂固定装置固装于反应器壳体内，且上、下布置，构成反应区，所述上、下封头分别与反应器壳体的顶部和底部相连接，所述下封头、下催化剂固定装置和反应器壳体共同围成进料混合区，所述上封头、反应器壳体和上催化剂固定装置共同围成反应出水区，所述催化剂的顶端和底端分别安装于上、下催化剂固定装置上。该反应器的优点在于：解决了催化剂用于污泥处理时容易堵塞而失活的问题；催化剂清洗、更换简便易行，显著提高了污泥处理的效率与效果。

Description

一种用于污泥处理的催化湿式氧化反应器

技术领域

本实用新型涉及一种污泥处理装置，具体涉及一种适用于处理制药、农药、石油、化工等行业所产生污泥的催化湿式氧化反应器，属于环保领域。

背景技术

剩余污泥是废水处理的终端产物，其中含有大量的有毒、有害物质，并常伴有恶臭气味；未经处理的污泥会给环境造成严重的污染：直接填埋污泥，其渗透液会污染土地、河川、湖泊与地下水；长时间堆放的污泥还会产生多种毒气和臭气，污染大气；污泥中的重金属则会污染土壤，影响土壤中微生物的活动，妨碍植物根系生长，或在植物机体内积蓄，此外，污泥中的病原菌还会随着水体、大气、土壤等传播，危害人类健康。

湿式氧化污泥处理技术是新发展的一种污泥处理技术，其基本原理是：在高温高压下，将污泥中的有机物部分甚至完全分解为无机物，从而实现污泥的减量化、无害化处理，具有很好的应用前景，但目前存在污泥氧化分解效率低的问题。

研究表明利用催化剂可以大幅度提高污泥的氧化分解效率，目前，关于污泥催化湿式氧化反应处理的报道不多，而关于废水催化湿式氧化处理的报道比较多。实践表明，污泥催化湿式氧化处理技术的关键在于催化反应器的研制。废水催化湿式氧化用反应器主要为固定床反应器，其催化剂的外形以球形为主，该类反应器由于可以提供较大的反应比表面积，在废水处理领域应用比较广。但是，该类反应器却不适用于污泥的处理，其最大的问题在于污泥中的固体颗粒容易造成反应器的堵塞，此外，固化床催化反应器的另一个问题是，流体在反应器内的流动状态基本上呈层流状，传质效果不好，影响了最终的处理性能，另外，该类反应器还存在催化剂更换和清洗都相对繁琐的问题，严重影响了污泥的处理效果及效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种能够用于污泥处理，催化剂无堵塞、且便于清洗与更换的新型、高效的催化湿式氧化反应器。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于污泥处理的催化湿式氧化反应器，包括反应器壳体、上封头、下封头，上催化剂固定装置、下催化剂固定装置及催化剂，所述上、下催化剂固定装置安装于反应器壳体内，且上、下布置，以形成位于上、下催化剂固定装置之间的反应区，所述上封头和下封头分别与反应器壳体的顶部和底部相连接，所述下封头、下催化剂固定装置和反应器壳体共同围成进料混合区，所述上封头、反应器壳体和上催化剂固定装置共同围成反应出水区，所述催化剂的顶端和底端分别安装于上、下催化剂固定装置上，所述上封头的顶端设有出料口，所述下封头的底部设有排空管。

优选的是：所述上封头上设有温度仪表接口、压力仪表接口及安全阀，所述下封头上设置有进料口和化学清洗进口。

优选的是：所述上催化剂固定装置在反应器壳体内水平放置，且上催化剂固定装置的外形轮廓及尺寸与反应器壳体的内腔在安装所述上催化剂固定装置处的横截面的轮廓及尺寸相适配；及/或所述下催化剂固定装置在反应器壳体内水平放置，且下催化剂固定装置的外形轮廓及尺寸与反应器壳体的内腔在安装所述下催化剂固定装置处的横截面的轮廓及尺寸相适配；所述上、下催化剂固定装置上具有上、下彼此正对的用于安装催化剂的安装基座，所述安装基座的个数多于或等于催化剂的个数，所述安装基座的外形为圆筒状，且其截面积尺寸与所述的催化剂相适配，所述安装基座的高度不低于1cm，其厚度需足以提供固定催化剂所需的强度。

优选的是：所述的上催化剂固定装置及下催化剂固定装置上还均匀设有直径不小于5mm的圆孔，所述圆孔的总面积占催化剂固定装置的面积的比例为10%～95%，所述圆孔与其相邻的圆孔或安装基座的距离为15-200mm。

优选的是：所述的上催化剂固定装置及下催化剂固定装置上还均匀设有直径为20mm的圆孔，所述圆孔的总面积占催化剂固定装置的面积的比例为10%，所述圆孔与其相邻的圆孔或安装基座的距离为100mm。

优选的是：所述催化剂为圆柱形，所述催化剂的直径为5-30mm，所述催化剂的长度为反应区高度的85%±5%。

优选的是：所述催化剂的顶端和底端分别直接插入上、下催化剂固定装置上彼此正对的安装基座内，或者所述催化剂的顶端和底端分别焊接于上、下催化剂固定装置上彼此正对的安装基座内。

优选的是：所述催化剂的载体为不锈钢、陶瓷、SiO₂、Al₂O₃、MgO和TiO₂中的任一种，所述催化剂的活性组分为Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Au和Ag中的一种或几种，或以上各金属的氧化物中的一种或几种。

优选的是：所述催化剂的载体为TiO₂，所述催化剂的活性组分为Ru。

本实用新型的有益效果在于，催化剂不易堵塞，催化反应效率高、催化剂清洗方便，既可进行原位清洗，又可整体取出进行化学清洗，催化剂更换简便，反应器的反应区可以看作完全混合空间，具有传氧效率高的优势，能显著提高氧化反应效率，特别适合于包括市政污泥在内的含固流体的催化氧化处理，同时也适合对一般废水进行催化氧化处理。

附图说明

图1示出了本实用新型所述的催化湿式氧化反应器的结构示意图；

图2示出了本实用新型所述的催化湿式氧化反应器的俯视图；

图3示出了本实用新型中所述的催化剂固定装置的俯视图；

图4示出了本实用新型中所述的催化剂固定装置的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

图1示出了本实用新型所述的催化湿式氧化反应器的结构示意图；如图1所示：一种用于污泥处理的催化湿式氧化反应器，其主体结构包括反应器壳体1-1、上封头1-2、下封头1-3、上催化剂固定装置4-1、下催化剂固定装置4-2及催化剂5。所述上催化剂固定装置4-1和下催化剂固定装置4-2通过螺栓安装于反应器壳体1-1内，且上、下布置，以形成位于上、下催化剂固定装置之间的反应区6，所述反应区6内装填有催化剂5，所述催化剂5为圆柱状，直径为10mm，长度为反应区6高度的85%，所述催化剂5的载体选用TiO₂，活性组分为Ru，涂覆在载体TiO₂表面。

所述上封头1-2和下封头1-3通过法兰分别与反应器壳体1-1的顶部和底部相连接，所述下封头1-3、下催化剂固定装置4-2和反应器壳体1-1共同围成进料混合区3，所述上封头1-2、反应器壳体1-1和上催化剂固定装置4-1共同围成反应出水区7，所述上封头1-2的顶部设有出料口8，所述上封头1-2的两侧还分别设有温度仪表接口10、压力仪表接口9及安全阀11。所述压力仪表接口9安装的压力仪表与温度仪表接口10安装的温度仪表均与催化湿式氧化反应系统的控制系统相连接，用以保证运行时监测和控制反应器内的运行状态。所述下封头1-3的两侧分别设有进料口2和化学清洗进口12，所述下封头1-3的底部还设有排空管13。

图3示出了本实用新型中所述的催化剂固定装置的俯视图；如图3所示：上催化剂固定装置4-1与下催化剂固定装置4-2结构相同，为圆盘形，其外形轮廓及尺寸与反应器壳体1-1的内腔在安装所述上、下催化剂固定装置处的横截面的轮廓及尺寸相适配。催化剂固定装置上均匀布有外形为圆筒状的安装基座15，所述安装基座15的个数与催化剂5的个数相等，所述催化剂5的顶端和底端分别直接插入上、下催化剂固定装置彼此正对的安装基座15内，上、下催化剂固定装置上还均匀分布有直径为20mm的圆孔14，起到反应区进水与出水的作用，所述圆孔14与其相邻的圆孔或安装基座的距离为100mm。

本实用新型一种用于污泥处理的催化湿式氧化反应器的工作原理为：所需处理物料通过升压泵升压后与高压空气混合后，经进料口2进入到反应器底部的进料混合区3，在进料混合区3中进一步混合后，物料经下催化剂固定装置4-2上设有的圆孔14均匀地进入反应器的反应区6内，在反应区6内，所需处理的物料在催化剂5的催化作用下与氧进行充分的催化氧化反应；氧化反应后的物料通过上催化剂固定装置4-1上设有的圆孔14进入到反应出水区7，并通过出料口8排出，进入后续设备。安装在压力仪表接口9和温度仪表接口10上的压力仪和温度仪通过自动化控制系统随时监控反应器内的反应压力和温度，并在适当时候做出相应的调整。当反应器内的压力超过安全阈值时，系统自动开启设置于上封头1-2上的安全阀11，对反应器起到安全保护的作用。

当催化剂5的活性下降为初始活性的75%～80%时，需要对催化剂5进行清洗，清洗剂优选0.5mol/L的稀硫酸溶液。清洗剂通过设置于下封头1-3一侧的化学清洗进口12进入到反应器内，停留15～30min，清洗完成后，通过设置于下封头1-3底部的排空管13排出。通过酸液清洗处理后，催化剂的活性可恢复至80%以上。同时，本实用新型的反应器，亦可将催化剂5整体取出后进行清洗，用以充分保证清洗效果。

当催化剂5需要更换时，可打开上封头1-2，将催化剂5整体取出，安装新的催化剂即可。

反应器壳体1-1、上封头1-2、下封头1-3及上、下催化剂固定装置的材质选择根据所处理污泥物料中的卤族离子浓度确定，当卤族离子浓度≤5mg/L时，选用SUS316L不锈钢，当卤族离子浓度＞5mg/L时，选用SUS316L不锈钢且内部加衬钛材的形式，或者直接选用钛材。

实施例1

利用上述催化湿式氧化反应器，处理市政污泥，处理条件：反应温度270℃，反应压力8.9MPa，污泥反应停留时间60min。同时，作为对照组，利用外观一样、不加催化剂的空塔反应器，对相同污泥进行处理，处理条件与前述相同，并对处理前后的污泥液取样分析，结果如下：

表1污泥处理前后各指标对比

从表1中的数据可知，相对于空塔反应器，催化湿式氧化反应器对污泥的处理效果具有明显优势。此外，经过一段时间运行，催化湿式氧化反应器内未发现有堵塞现象。

实施例2

利用以上描述的催化湿式氧化反应器，所不同的是催化剂的直径为20mm，催化剂固定装置与催化剂相配套，处理市政污泥，处理条件：反应温度270℃，反应压力8.9MPa，污泥反应停留时间90min。同时，作为对照组，利用外观一样、不加催化剂的空塔反应器，对相同污泥进行处理，处理条件与前述相同，并对处理前后的污泥液取样分析，结果如下：

表2污泥处理前后各指标对比

从表2中的数据可知，相对于空塔反应器，催化湿式氧化反应器对污泥的处理效果具有明显优势。此外，经过一段时间运行，催化湿式氧化反应器内未发现有堵塞现象。

本实用新型已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本实用新型权利要求的保护范围中。

相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。

本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本实用新型进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）均与本实用新型所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化或过分形式化。公知的功能或结构处于简要和清楚地考虑或不再赘述。

Claims

1.一种用于污泥处理的催化湿式氧化反应器，包括反应器壳体、上封头和下封头，其特征在于：所述催化湿式氧化反应器还包括上催化剂固定装置、下催化剂固定装置及催化剂，所述上、下催化剂固定装置安装于反应器壳体内，且上、下布置，以形成位于上、下催化剂固定装置之间的反应区，所述上封头和下封头分别与反应器壳体的顶部和底部相连接，所述下封头、下催化剂固定装置和反应器壳体共同围成进料混合区，所述上封头、反应器壳体和上催化剂固定装置共同围成反应出水区，所述催化剂的顶端和底端分别安装于上、下催化剂固定装置上，所述上封头的顶端设有出料口，所述下封头的底部设有排空管。

2.根据权利要求1所述的催化湿式氧化反应器，其特征在于：所述上封头上设有温度仪表接口、压力仪表接口及安全阀，所述下封头上设置有进料口和化学清洗进口。

3.根据权利要求1所述的催化湿式氧化反应器，其特征在于：所述上催化剂固定装置在反应器壳体内水平放置，且上催化剂固定装置的外形轮廓及尺寸与反应器壳体的内腔在安装所述上催化剂固定装置处的横截面的轮廓及尺寸相适配；及/或所述下催化剂固定装置在反应器壳体内水平放置，且下催化剂固定装置的外形轮廓及尺寸与反应器壳体的内腔在安装所述下催化剂固定装置处的横截面的轮廓及尺寸相适配；所述上、下催化剂固定装置上具有上、下彼此正对的用于安装催化剂的安装基座，所述安装基座的外形为圆筒状，且其截面积及尺寸与所述的催化剂相适配。

4.根据权利要求3所述的催化湿式氧化反应器，其特征在于：所述的上催化剂固定装置及下催化剂固定装置上还均匀设有直径不小于5mm的圆孔，所述圆孔的总面积占催化剂固定装置的面积的比例为10%～95%，所述圆孔与其相邻的圆孔或安装基座的距离为15-200mm。

5.根据权利要求4所述的催化湿式氧化反应器，其特征在于：所述的上催化剂固定装置及下催化剂固定装置上还均匀设有直径为20mm的圆孔，所述圆孔的总面积占催化剂固定装置的面积的比例为10%，所述圆孔与其相邻的圆孔或安装基座的距离为100mm。

6.根据权利要求1所述的催化湿式氧化反应器，其特征在于：所述催化剂为圆柱形，所述催化剂的直径为5-30mm，所述催化剂的长度为反应区高度的85%±5%。

7.根据权利要求1所述的催化湿式氧化反应器，其特征在于：所述催化剂的顶端和底端分别直接插入上、下催化剂固定装置上彼此正对的安装基座内，或者所述催化剂的顶端和底端分别焊接于上、下催化剂固定装置上彼此正对的安装基座内。