CN203648506U - 超临界处理装置及系统 - Google Patents

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王青
高志远
宋成才
刘扬
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宋庆峰
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Abstract

本实用新型提供了一种超临界处理装置及系统,包括:具有反应室(2)和分离室(3)的流化床反应器(1),以及与反应室(2)通过第一通道(4)和第二通道(5)连通的旋风分离器(6),其中,旋风分离器(6)位于所述分离室(3)中。本实用新型通过在分离室中设置旋风分离器可有效减少反应产物气体中固体颗粒的夹带,解决后处理系统的堵塞问题。

Description

超临界处理装置及系统
技术领域
本实用新型涉及一种超临界处理装置,以及超临界处理系统。
背景技术
超临界水(SCW:374℃/22.1MPa以上)具有与常温常压水完全不同的物理化学性质,典型的如比热容大、传热系数高、扩散系数大、离子积高、粘度低、介电常数小、电离常数小、密度小且随压力改变、与有机物和气体完全互溶等。因此,SCW在环保、化工、煤气化、核电和火电、新材料合成等领域有广泛的应用前景。然而,目前SCW仅在火电工业中得到了成功应用,在其他领域的推广还处于尝试性阶段,缺乏工业化实践经验。
目前超临界水反应装置多为釜式、管式、蒸发壁/渗透壁式。釜式反应器存在处理量小,管式反应器存在反应器长度较长,长时间反应难以实现,蒸发壁/渗透壁反应器由于外界低温液体的持续流入,热量损耗较大。
公开号为CN101058404A的中国发明专利公开了一种生物质废弃物超临界水流化床部分氧化制氢装置及方法,该装置采用了超临界水流化床反应器,防止管流反应器中出现的结渣堵塞问题,并采用高压分离器,利用系统中高压水吸收气体产物中二氧化碳,实现氢气与二氧化碳分离。现有技术中,该方法存在进料系统操作复杂,以及反应器无法避免气体对固体颗粒夹带的问题,因此后系统仍存在堵塞风险。
实用新型内容
针对相关技术中存在的问题,本实用新型提供了一种超临界处理装置,以通过在分离室中设置旋风分离器有效减少反应产物气体中固体颗粒的夹带,解决后处理系统的堵塞问题。
为实现上述目的,本实用新型一方面提供了一种超临界处理装置,包括:具有反应室和分离室的流化床反应器,以及与反应室通过第一通道和第二通道连通的旋风分离器,其中,旋风分离器位于分离室中。
根据本实用新型,第一通道设置在旋风分离器的底端,第二通道设置在旋风分离器的侧壁。
根据本实用新型,旋风分离器、第一通道和第二通道的内壁均设置有耐腐蚀磨蚀衬层。
根据本实用新型,流化床反应器底部还设置有与反应室连通的物料输入端和灰渣排出端,其中,物料输入端包括氧化剂入口和原料入口。
根据本实用新型,旋风分离器具有物料入口、固体出口和气体出口,其中,物料入口与第二通道连通,固体出口与第一通道连通,气体出口与气体产物排出管一端连接,气体产物排出管的另一端为自由端,并位于流化床分离器外部。
根据本实用新型,流化床反应器和旋风分离器固定连接。
根据本实用新型,流化床反应器中设置有将反应室和分离室分离的隔离板,旋风分离器固定在隔离板上。
根据本实用新型,流化床反应器中设置有固定支架,旋风分离器固定在固定支架上。
另一方面,本实用新型提供了一种超临界处理系统,该处理系统包括前述任一的处理装置。
根据本实用新型,处理系统还包括与氧化剂入口连通的氧化剂储罐以及与原料入口连通的原料储罐,其中,原料储罐和原料入口之间设置有预热器,气体产物排出管的自由端与预热器可热交换地相互接触。
本实用新型的有益技术效果在于:
在本实用新型的超临界处理装置中,将旋风分离器设置在分离室中,即,将旋风分离器设置在流化床反应器的内部。在实际应用中,例如氧化剂和水煤浆的反应物在流化床反应器的反应室中发生反应,然后反应产物直接进入旋风分离器进行气固分离。固体颗粒通过旋风分离器底部第一通道重新回到反应室进行再次反应,反应完全后由反应室排出,而产物气体则由旋风分离器排出以进行后续处理。因此,从本实用新型的处理装置中排出的气体产物固体颗粒夹带量很小,在后续处理中不会对后续处理装置造成结渣堵塞。
附图说明
图1是本实用新型处理装置的结构示意图;
图2是图1中处理装置一个实施例的局部示意图;
图3是图1中处理装置另一个实施例的局部示意图;
图4是具有本实用新型处理装置的处理系统的结构示意图。
具体实施方式
现参照附图描述本实用新型的超临界处理装置。如图1所示,是本实用新型超临界处理装置的结构示意图,其包括流化床反应器1和旋风分离器6。其中,流化床反应器1具有反应室2和分离室3,旋风分离器6与反应室2通过第一通道4和第二通道5连通,并且旋风分离器6位于分离室3中。
换句话说,由以上结构可知,本实用新型的处理装置将旋风分离器6设置在了分离室3中。也就是说,在其实际应用时,反应产物可以在离开反应室2之后直接进入旋风分离器6进行气固分离。进而,固体颗粒通过旋风分离器底部第一通道4重新回到反应室2进行再次反应,反应完全后从反应室2底部的灰渣排出端8排出,而产物气体则由旋风分离器6排出。因此,从本实用新型的处理装置中排出的气体产物固体颗粒夹带量很小,在后续处理中不会对后续处理装置造成结渣堵塞。
此外,由以上结构可知,由于旋风分离器6设置在流化床反应器1内部,因此旋风分离器6的内外压差为零。所以,在利用本实用新型的处理装置进行气固分离时,无需考虑流化床反应器1中进行超临界水反应所产生的高温高压问题。
进一步参照图1,第一通道4设置在旋风分离器6的底端,第二通道5设置在旋风分离器6的侧壁。并且优选地,在旋风分离器6、第一通道4和第二通道5的内壁均可以设置耐腐蚀磨蚀衬层,因此可以防止固体颗粒及具有腐蚀性的物料对旋风分离器6、第一通道4及第二通道5的内壁腐蚀和磨蚀。
另外,在流化床反应器1的底部还设置有与反应室2连通的物料输入端7和灰渣排出端8。其中,物料输入端7包括氧化剂入口和原料入口。
在一个优选的实施例中,旋风分离器6具有物料入口16、固体出口17和气体出口18。其中,物料入口16与第二通道5连通,固体出口17与第一通道4连通,气体出口18与气体产物排出管9的一端连接。此外,气体产物排出管9的另一端为自由端,并且该自由端位于流化床分离器1的外部。
在本实用新型的实际应用中,可选的其可用于进行超临界水氧化、气化或低阶煤提质等用途。此外,本实用新型的超临界处理装置在进行超临界水处理时,其反应条件可以控制在374-700℃,22.1-37MPa。经过预热的原料在进入反应装置时,其温度可控制在350-500℃。进一步,氧化剂可以为常温或40-200℃的氧气、空气或其他富氧介质,相应的处理装置中的反应停留时间为3-40min。在应用本实用新型的处理装置时,其可处理的原料例如包括煤、生物质、城市废弃物、污泥等含碳物质中的一种或多种混合物。
具体来说,氧化剂和原料可以分别由物料输入端7的氧化剂入口和原料入口送入处理装置的反应室2中,在反应室2中反应完成后,反应产物会流经第二通道5,通过物料入口16进入旋风分离器6中进行气固分离。分离完成后固体会从固体出口17经过第一通道4回流到反应室2中再次进行反应,直至反应室2中剩余完全为固态时从灰渣排出端8排出。而分离所得的气态产物会从气体出口18经由气体产物排出管9排出处理装置之外,以进行后续反应,此时由气体产物排出管9排出的气态产物中固态夹杂量很小,在后续处理中不会对后续处理装置造成结渣堵塞。
在可选的实施例中,流化床反应器1可以与旋风分离器6固定连接。具体地,在一个实例中,流化床反应器1中可以设置有将反应室2和分离室3分离的隔离板,旋风分离器6固定在该隔离板上。或者在另一个实例中,在流化床反应器1中可以设置固定支架,旋风分离器6固定在该固定支架上。
更具体地,参照图2和图3,示出的是流化床反应器1和旋风分离器6之间的两种连接方式。在图2所示实施例中,如果反应室2和分离室3相互分离,则可以在反应室2和分离室3相连接位置处设置隔离板,并将旋风分离器6设置在该隔离板上,需要说明的是,在设置隔离板的情况下,需要在分离室3腔体内充高压气体以平衡旋风分离器6和分离室3之间的内外压差,本领域技术人员可根据具体情况选择适宜的充压方式;在图3所示实施例中,如果反应室2和分离室3相互贯通,则可以在流化床反应器1中设置固定支架,以用于对旋风分离器6进行固定。
此外可选的,与以上所述不同的是,流化床反应器1和旋风分离器6也可以为一体件,即,旋风分离器6直接通过模制等方法与流化床反应器1一体成型。当然应当理解,流化床反应器1和旋风分离器6之间的结构可以根据具体使用情况而定,本实用新型并不局限于此。
另一方面,如图4所示,本实用新型还提供了一种超临界处理系统,该处理系统包括上述的处理装置。进一步,该处理系统还包括氧化剂储罐10和原料储罐12,其中,氧化剂储罐10与处理装置的氧化剂入口连通,而原料储罐12与处理装置的原料入口连通。此外,在原料储罐12和原料入口之间还设置有预热器,处理装置的气体产物排出管9,即其气态产物的排出端,与预热器可热交换地相互接触。换句话说,气体产物排出管9处排出的气态产物与流入预热器的原料进行热交换,从而使得原料在进入处理装置之间进行预热,而气态产物进行降温。
在一个可选的实施例中,如图4所示,在氧化剂入口和氧化剂储罐10之间还可以设置有氧化剂输送泵11。在原料储罐12和原料入口之间还可以依次设置有原料输送泵13、一级换热器14和二级换热器15。本实施例中一级换热器14构成上述的预热器,利用气态产物的热量对原料进行预热,而二级换热器15可用于将已经通过预热器升温的原料再次加热至所需温度。需要说明的是,从能量有效利用的角度,上述气态产物至少与一级换热器进行热量交换,本实施例中设置一级换热器与上述气态产物进行热量交换,只是一种可选的实施方式,本领域技术人员可以根据实际情况进行灵活调配,可以不仅限于一级换热,本实用新型对此不作任何限制。
具体地,在本实用新型的超临界处理系统中,原料由原料储罐12通过原料输送泵13输送至一级换热器14,并在一级换热器14中进行第一次预热,然后经过预热的原料进入二级换热器15进行二次预热,并升温至所需温度后由原料入口进入流化床反应器1;与此同时,氧化剂通过氧化剂储罐10经氧化剂输送泵11送至氧化剂入口,进而进入流化床反应器1,然后原料和氧化剂在流化床反应器1的反应室2中进行反应。然后反应产物会流经第二通道5进入旋风分离器6中进行气固分离,分离出的气态产物会从气体产物排出管9排出处理装置之外,而固体会从第一通道4回到反应室2中再次反应。由气体产物排出管9排出的气态产物与至少一级换热器14进行换热,从而为原料的预热提供热量,同时气态产物进行降温后用于后续处理。而流化床反应器1的反应室2中剩余完全为固态时,则从灰渣排出端8排出。
综上所述,在本实用新型的处理系统中,由于其具有上述的处理装置,因此处理系统具备该处理装置所具备的优点。此外,由于在处理系统中设置了换热器,从而在对高温气态产物进行降温的同时,对待反应物料可进行预热,即实现了能源的优化利用。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超临界处理装置,其特征在于,包括具有反应室(2)和分离室(3)的流化床反应器(1),以及与所述反应室(2)通过第一通道(4)和第二通道(5)连通的旋风分离器(6),所述旋风分离器(6)位于所述分离室(3)中。
2.根据权利要求1所述的超临界处理装置,其特征在于,
所述第一通道(4)设置在所述旋风分离器(6)的底端,所述第二通道(5)设置在所述旋风分离器(6)的侧壁。
3.根据权利要求1所述的超临界处理装置,其特征在于,
所述旋风分离器(6)、所述第一通道(4)和所述第二通道(5)的内壁均设置有耐腐蚀磨蚀衬层。
4.根据权利要求1所述的超临界处理装置,其特征在于,
所述流化床反应器(1)底部还设置有与所述反应室(2)连通的物料输入端(7)和灰渣排出端(8),
其中,所述物料输入端(7)包括氧化剂入口和原料入口。
5.根据权利要求1所述的超临界处理装置,其特征在于,
所述旋风分离器(6)具有物料入口(16)、固体出口(17)和气体出口(18),
其中,所述物料入口(16)与所述第二通道(5)连通,所述固体出口(17)与所述第一通道(4)连通,所述气体出口(18)与气体产物排出管(9)一端连接,所述气体产物排出管(9)的另一端为自由端,并位于所述流化床分离器(1)外部。
6.根据权利要求1所述的超临界处理装置,其特征在于,
所述流化床反应器(1)和所述旋风分离器(6)固定连接。
7.根据权利要求6所述的超临界处理装置,其特征在于,
所述流化床反应器(1)中设置有将所述反应室(2)和所述分离室(3)分离的隔离板,所述旋风分离器(6)固定在所述隔离板上。
8.根据权利要求6所述的超临界处理装置,其特征在于,
所述流化床反应器(1)中设置有固定支架,所述旋风分离器(6)固定在所述固定支架上。
9.一种超临界处理系统,其特征在于,所述超临界处理系统包括上述任一权利要求所述的超临界处理装置。
10.根据权利要求9所述的超临界处理系统,其特征在于,还包括:
与所述氧化剂入口连通的氧化剂储罐(10)以及与所述原料入口连通的原料储罐(12),
其中,所述原料储罐(12)和所述原料入口之间设置有预热器,所述气体产物排出管(9)的自由端与所述预热器可热交换地相互接触。
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