CN209602275U - 超临界水氧化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超临界水氧化反应装置，包括预热组件和反应器，预热组件包括预热管，预热管的两端设置有机物入口和有机物出口，有机物入料管贯穿有机物入口和有机物出口设置在预热管内部并与反应器的反应器进料口相连；预热组件还包括反应物进口和反应物出口，反应物进口与反应器的反应器出料孔相连，反应物出口与冷却组件相连，高温反应物经反应物进口进入预热管内为有机物入料管内的液体加热，经反应物出口流入冷却组件进行冷却。本实用新型的超临界水氧化反应装置结构简单，设计巧妙，有效的利用了高温有机废液的余热，降低了加热炉所需的能耗，达到了节能效果，同时，利用重力进行固液分离，使超临界水氧化反应的操作简单化。

Description

超临界水氧化反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种氧化反应装置，尤其涉及一种超临界水氧化反应装置。

背景技术

超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，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。超临界水氧化技术的原理是以超临界水为反应介质，经过均相的氧化反应，将有机物完全氧化为清洁的H₂O、CO₂和N₂等物质，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。由于超临界水对有机物和氧化物均是极好的溶剂，因此有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，反应不存在因需要相问转移而产生的限制。同时，400～600℃的高反应温度也使反应速度加快，可以在几秒的反应时间内，即可达到99％以上的破坏率。另外，超临界水氧化反应在某种程度上和简单的燃烧过程相似，在氧化过程中释放出大量的热量。

尽管超临界水氧化法具备了很多优点，但其高温高压的操作条件无疑对设备材质提出了严格的要求。另一方面，其反应条件需要耗费大量的能源用于加热。

实用新型内容

本实用新型提供了一种超临界水氧化反应装置，具有利用有机废液余热的功能，从而达到节能的效果。具体技术方案如下：

一种超临界水氧化反应装置包括预热组件和反应器，预热组件包括预热管，预热管的两端设置有机物入口和有机物出口，有机物入料管贯穿有机物入口和有机物出口设置在预热管内部并与反应器的反应器进料口相连；预热组件还包括反应物进口和反应物出口，反应物进口与反应器的反应器出料孔相连，反应物出口与冷却组件相连，高温反应物经反应物进口进入预热管内为有机物入料管内的液体加热，经反应物出口流入冷却组件进行冷却。

进一步，预热管内部的有机物入料管为螺旋状，以增大有机物入料管的受热面积。

进一步，预热组件包括第一预热组件和第二预热组件，有机物入料管顺次穿过第一预热组件和第二预热组件并与反应器的反应器进料孔相连，反应器的反应器出料孔与第二预热组件的第二反应物进口相连，第二预热组件的第二反应物出口与第一预热组件的第一反应物入口相连，第一反应物出口与冷却组件相连。

进一步，第一预热组件包括第一预热管，第一预热管外侧套设有第一预热炉；第一预热管包括第一进料端和第一出料端，第一有机物入口和第一反应物出口设置在第一进料端，第一有机物出口和第一反应物入口设置在第一出料端；有机物入料管贯穿第一有机物入口和第一有机物出口设置在第一预热管内部。

进一步，第二预热组件包括第二预热管，第二预热管外侧套设有第二预热炉；第二预热管包括第二进料端和第二出料端，第二有机物入口和第二反应物出口设置在第二进料端，第二有机物出口和第二反应物入口设置在第二出料端；有机物入料管贯穿第二有机物入口和第二有机物出口设置在第二预热管内部。

进一步，反应器包括内套筒，内套筒外侧套设有外套筒，内套筒与外套筒之间设置有环形空腔，外套筒外侧套设有加热炉；内套筒包括反应器进料端和反应器出料端，有机物入料管和氧化物管均与反应器进料端相连，反应器出料端与环形空腔相连；外套筒上设置有反应器出料孔，反应器出料孔与环形空腔相连。

进一步，反应器进料端与第一反应器端盖相连，第一反应器端盖设置有反应器进料口，反应器进料口与有机物入料管相连；第一反应器端盖上设置有氧化物孔，氧化物孔的一端与氧化物管相连，另一端与内套筒相连。

进一步，外套筒的一端设置有第一安装台，第一安装台与第一反应器端盖相连，连接方式为螺栓连接，第一安装台上开有反应物出料孔，反应物出料孔的一端与第一反应物出料管相连，另一端与环形空腔相连。

进一步，外套筒远离第一安装台的一端设置有第二安装台，第二安装台与第二反应器端盖相连，第二反应器端盖与内套筒的反应器出料端之间设置有间隙，内套筒的反应器出料端与第二反应器端盖以及外套筒形成一个空腔，空腔与内套筒和外套筒之间的环形空腔相连。

进一步，冷却组件包括螺旋冷凝器，螺旋冷凝器的入口与第一预热组件的反应物出口相连，螺旋冷凝器的出口与过滤器相连，过滤器与背压阀相连，背压阀与减压阀相连，减压阀与出料口相连。

本实用新型的超临界水氧化反应装置结构简单，设计巧妙，有效的利用了高温有机废液的余热，降低了加热炉所需的能耗，达到了节能效果，同时，利用重力进行固液分离，使超临界水氧化反应的操作简单化。

附图说明

图1为本实用新型的超临界水氧化反应装置的整体剖视图；

图2为本实用新型的超临界水氧化反应装置的第一预热组件的剖视图；

图3为本实用新型的超临界水氧化反应装置的第二预热组件的剖视图；

图4为本实用新型的超临界水氧化反应装置的反应器的剖视图；

图5为本实用新型的超临界水氧化反应装置的冷却组件的剖视图。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、功能以及具体设计方案，下面结合附图，对本实用新型的超临界水氧化反应装置作进一步详细的描述。

如图1所示，本实用新型的超临界水氧化反应装置包括预热组件和反应器3，预热组件包括第一预热组件1和第二预热组件2，第一预热组件1包括第一有机物入口131和第一有机物出口141，第一有机物出口141和第二预热组件2的第二有机物入口231相连，第二有机物出口212和反应器3的反应器进料口331相连，反应器3的反应器出料孔321与第二预热组件2的第二反应物进口242相连，第二预热组件2的第二反应物出口214与第一预热组件1的第一反应物入口113相连，第一预热组件1的第一反应物出口114与冷却组件4相连。

具体的，如图2所示，第一预热组件1包括第一预热管11，第一预热管11外侧套设有第一预热炉12；第一预热管11包括第一进料端111和第一出料端112，第一进料端111与第一进料端盖13相连，第一进料端盖13上设置有第一有机物入口131；第一出料端112与第一出料端盖14相连，第一出料端盖14上设置有第一有机物出口141，有机物入料管5贯穿第一有机物入口131和第一有机物出口141设置在第一预热管11内部

优选的，在第一预热管11内的有机物入料管5为螺旋状，以增大有机物入料管5的受热面积，从而使有机物升温更快，提高第一预热组件1的加热效率。

如图3所示，第二预热组件2包括第二预热管21，第二预热管21外侧套设有第二预热炉22；第二预热管21包括第二进料端211和第二出料端212，第二进料端211与第二进料端盖23相连，第二进料端盖23上设置有第二有机物入口231；第二出料端212与第二出料端盖24相连，第二出料端盖24上设置有第二有机物出口241，有机物入料管5贯穿第二有机物入口231和第二有机物出口241设置在第二预热管21内部。

优选的，在第二预热炉21内的有机物入料管5为螺旋状，以增大有机物入料管5的受热面积，从而使有机物升温更快，提高第二预热组件2的加热效率。

如图4所示，反应器3包括内套筒31，内套筒31外侧套设有外套筒32，内套筒31与外套筒32之间设置有环形空腔，外套筒32外侧套设有加热炉36；内套筒31包括反应器进料端311和反应器出料端312，有机物入料管5和氧化物管6均与反应器进料端311相连，反应器出料端312与环形空腔相连；外套筒32上设置有反应器出料孔321，反应器出料孔321与环形空腔相连。

具体的，内套筒31为管状，内套筒31的一端为反应器进料端311，另一端为反应器出料端312；反应器进料端311与第一反应器端盖33相连，第一反应器端盖33设置有反应器进料口331，反应器进料口331与有机物入料管5相连，有机物入料管5中的有机废液经反应器进料口331进入内套筒31中；第一反应器端盖33上还设置有氧化物孔，氧化物孔的一端与氧化物管6相连，另一端与内套筒31相连，氧化物管6中的氧化物经氧化物孔进入内套筒31中。内套筒31从设计选材上设定为最高工作温度需达到800℃，承受最大压力为30MPa，且耐腐蚀，从加工上要求考虑加热变形以及焊缝泄露问题，本实施例的内套筒的材质为Inconel625。

优选的，氧化物管6上设置有第二单向阀61，以防止进入内套筒31的氧化物反向流动。值得注意的是，氧化物管6上还设置有第二阀门62，第二阀门62在紧急情况下可阻止氧化物进入内套筒31中；第二阀门62采用针型阀，针型阀阀形比其他类型的阀门能够耐受更大的压力，密封性能好，所以一般用于较小流量，较高压力的气体或者液体介质的密封，因此非常适合本实用新型的使用环境。

外套筒32的一端设置有第一安装台，第一安装台与第一反应器端盖33相连，连接方式为螺栓连接，第一安装台上开有反应物出料孔321，反应物出料孔321的一端与第一反应物出料管71相连，另一端与环形空腔相连。优选的，第一安装台与第一反应器端盖33连接的端面上设置有环形凸起，对应的，第一反应器端盖33上设置有与环形凸起相配合的环形凹槽，第一反应器端盖33与第一安装台连接时可增强密封性。

外套筒32远离第一安装台的一端设置有第二安装台，第二安装台与第二反应器端盖34相连，第二反应器端盖34上设置有测温孔，测温孔内设置有测温管8。测温管8插入内套筒31中，实时监测内套筒31中的温度。优选的，第二安装台与第二反应器端盖34连接的端面上设置有环形凸起，对应的，第二反应器端盖34上设置有与环形凸起相配合的环形凹槽，第二反应器端盖34与第二安装台连接时可增强密封性。

值得注意的是，第二反应器端盖34与内套筒31的反应器出料端312之间设置有间隙，内套筒31的反应器出料端312与第二反应器端盖34以及外套筒32形成一个空腔35，空腔35与环形空腔相连，内套筒31中的反应物经空腔35流至外套筒32与内套筒31的环形空腔内，反应物中的固体由于重力的作用沉淀至空腔35内，待反应结束后，打开第二反应器端盖34即可将固体排出。

如图3所示，第二预热组件2的第二出料端212上设置有第二反应物入口242，第二反应物入口242与第一反应物出料管71相连，氧化分解后的高温反应物可通过第二反应物入口242进入第二预热管21内并为第二预热管21内的有机物入料管5内的有机物加热；第二预热组件2的第二入料端盖23上设置有第二反应物出口232，第二反应物出口232与第二反应物出料管72相连。第二入料端盖23上设置有测温孔，测温孔内设置有测温管8。测温管8插入第二预热管21中，实时监测第二预热管中21的温度。

如图2所示，第一预热组件1的第一出料端盖14上设置有第一反应物入口142，第一反应物入口142与第二反应物出料管72相连，氧化分解后的高温反应物可通过第一反应物入口142进入第一预热管内11并为第一预热管11内的有机物入料管5内的有机物加热；第一预热组件1的第一入料端盖13上设置有第一反应物出口132，第一反应物出口132与第三反应物出料管73相连。第一出料端盖14上设置有测温孔，测温孔内设置有测温管8。测温管8插入第一预热管11中，实时监测第一预热管11中的温度。

如图5所示，第三反应物出料管73与冷却组件4相连，冷却组件4包括螺旋冷凝器41，螺旋冷凝器41的入口与第三反应物出料管73相连，螺旋冷凝器41的出口与过滤器42相连，过滤器42与背压阀43相连，背压阀43与减压阀44相连，减压阀44与出料口相连。对应的，如图2所示，有机物入料管5上设置有第一单向阀51，以防止有机废液反向流动。值得注意的是，有机物入料管5上还设置有第一阀门52，第一阀门52在紧急情况下可阻止有机废液的进入；第一阀门52采用针型阀，针型阀阀形比其他类型的阀门能够耐受更大的压力，密封性能好，所以一般用于较小流量，较高压力的气体或者液体介质的密封，因此非常适合本实用新型的使用环境。

如图1所示，第一预热炉12、第二预热炉22以及加热炉36均为对开式管式加热炉，采用红外加热。优选的，第一预热炉12、第二预热炉22以及加热炉36上均设置有测温管8，测温管8可实时监测第一预热炉12、第二预热炉22以及加热炉36的温度。

第一预热管11和第二预热管21内还设置有第一冷却管91和第二冷却管92，第一冷却管91贯穿第一进料端盖13和第一出料端盖14并设置在第一预热管11内部，第二冷却管92贯穿第二进料端盖23和第二出料端盖24并设置在第二预热管21内部，优选的，第一冷却管91和第二冷却管92在第一预热管11和第二预热21管内的部分为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。

本实用新型在使用时，有机废液经有机物入料管5进入反应器中进行氧化分解反应，氧化分解反应后的高温反应物经第二反应物入口242进入第二预热管21内为有机物入料管5内的有机废液进行加热，之后高温反应物经第一反应物入口142进入第一预热管11中为有机物入料管5内的有机废液进行加热，最后经第三反应物出料管73进入冷却组件中进行气液分离，然后排出。

本实用新型的超临界水氧化反应装置结构简单，设计巧妙，有效的利用了高温有机废液的余热，降低了加热炉所需的能耗，达到了节能效果，同时，利用重力进行固液分离，使超临界水氧化反应的操作简单化。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (10)

1.一种超临界水氧化反应装置，其特征在于，包括预热组件和反应器，预热组件包括预热管，预热管的两端设置有机物入口和有机物出口，有机物入料管贯穿有机物入口和有机物出口设置在预热管内部并与反应器的反应器进料口相连；预热组件还包括反应物进口和反应物出口，反应物进口与反应器的反应器出料孔相连，反应物出口与冷却组件相连，高温反应物经反应物进口进入预热管内为有机物入料管内的液体加热，经反应物出口流入冷却组件进行冷却。

2.如权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，预热管内部的有机物入料管为螺旋状，以增大有机物入料管的受热面积。

3.如权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，预热组件包括第一预热组件和第二预热组件，有机物入料管顺次穿过第一预热组件和第二预热组件并与反应器的反应器进料孔相连，反应器的反应器出料孔与第二预热组件的第二反应物进口相连，第二预热组件的第二反应物出口与第一预热组件的第一反应物入口相连，第一反应物出口与冷却组件相连。

4.如权利要求3所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，第一预热组件包括第一预热管，第一预热管外侧套设有第一预热炉；第一预热管包括第一进料端和第一出料端，第一有机物入口和第一反应物出口设置在第一进料端，第一有机物出口和第一反应物入口设置在第一出料端；有机物入料管贯穿第一有机物入口和第一有机物出口设置在第一预热管内部。

5.如权利要求3所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，第二预热组件包括第二预热管，第二预热管外侧套设有第二预热炉；第二预热管包括第二进料端和第二出料端，第二有机物入口和第二反应物出口设置在第二进料端，第二有机物出口和第二反应物入口设置在第二出料端；有机物入料管贯穿第二有机物入口和第二有机物出口设置在第二预热管内部。

6.如权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，反应器包括内套筒，内套筒外侧套设有外套筒，内套筒与外套筒之间设置有环形空腔，外套筒外侧套设有加热炉；内套筒包括反应器进料端和反应器出料端，有机物入料管和氧化物管均与反应器进料端相连，反应器出料端与环形空腔相连；外套筒上设置有反应器出料孔，反应器出料孔与环形空腔相连。

7.如权利要求6所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，反应器进料端与第一反应器端盖相连，第一反应器端盖设置有反应器进料口，反应器进料口与有机物入料管相连；第一反应器端盖上设置有氧化物孔，氧化物孔的一端与氧化物管相连，另一端与内套筒相连。

8.如权利要求7所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，外套筒的一端设置有第一安装台，第一安装台与第一反应器端盖相连，连接方式为螺栓连接，第一安装台上开有反应物出料孔，反应物出料孔的一端与第一反应物出料管相连，另一端与环形空腔相连。

9.如权利要求8所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，外套筒远离第一安装台的一端设置有第二安装台，第二安装台与第二反应器端盖相连，第二反应器端盖与内套筒的反应器出料端之间设置有间隙，内套筒的反应器出料端与第二反应器端盖以及外套筒形成一个空腔，空腔与内套筒和外套筒之间的环形空腔相连。

10.如权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，冷却组件包括螺旋冷凝器，螺旋冷凝器的入口与第一预热组件的反应物出口相连，螺旋冷凝器的出口与过滤器相连，过滤器与背压阀相连，背压阀与减压阀相连，减压阀与出料口相连。