CN214571322U - 一种超临界水氧化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种立式的超临界水氧化反应装置，主要包括喷注器、反应装置壳体、具有隔离、冷却作用的隔离套筒、外部加热装置、安全阀、排料阀、排料喷管、温度传感器及压力传感器。立式安装的反应釜充分利用了重力将生成的无机盐及氧化皮进行沉降至反应釜底部的排盐口，降低反应釜被堵风险。采用喷注器雾化的提前混合进料模式，增加了反应物与环境接触的表面积，有效缩短废液反应准备所需时间，也避免了废液因吸热差形成过冷液在反应装置中积存的现象，降低了反应装置所需温度的临界值。采用出料口及进料口置顶的布局结构，利用内套筒隔离的的方式，有效延长反应物流动路径，提高反应物滞留时间，减小排料带来的干扰。采用喷管(例如拉瓦尔喷管)进行排料，快速对被排产物进行降温、降压。

Description

一种超临界水氧化反应装置

技术领域

本实用新型用于常规有机废液或涉核有机废液处理，属于环保设备技术领域，特别是一种用于超临界水氧化反应的装置结构。

背景技术

随着国家工业体系发展完善及环保要求的提高，现有的焚烧、萃取、吸附等废液处理方式已经难以满足排放要求。

由于超临界水(温度≥373.99℃、压力≥22.064MPa)具有溶解非极性有机化合物的能力，在足够高的温度和压力下，它与有机物、氧气、空气等完全互溶，因此这些有机化合物可以在超临界水中均相氧化，不受相间转移限制。超临水氧化技术是一种能够彻底破坏有机物结构，达到高效率处理有机物的技术。超临界水氧化装置其主要原理是利用超临界水作为介质来氧化分解有机物。

在现有的超临界水氧化反应装置中，受反应釜结构限制，其加热装置及冷却装置均位于反应釜壳体外部，在兼顾反应釜壳体材料强度的前提下，造成反应釜冷却及加热效率及其低下，既不利于快速控制反应釜温度，又提高了废液处理成本。在将废液等通入反应釜时，采用分开独立管路直排进料，不利于反应物的雾化、混合，延长了反应准备时间；由于其内部无特殊结构及有效控制措施，抗排料压力波动干扰能力差，容易造成反应物与反应产物同时被排除装置外的情况，造成处理效率低下；另外一方面由于现有的反应装置采用阀门直接排料的控制方式，无法有效对被排产物进行快速降温降压。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型旨在提供一种超临界水氧化反应装置，能够高效、快速的控制反应釜的加热和冷却，提高废液与氧气的反应效率，缩短反应准备时间，反应釜内部的反应压力控制准确、方便，提高克服排料压力波动的抗干扰能力，同时能够快速降低反应排泄物的温度和压力。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种超临界水氧化反应装置，包括，

反应装置壳体；

隔离套筒，所述隔离套筒位于反应装置壳体内侧且其轴线平行于反应装置壳体的竖直方向，且隔离套筒形成一个周向闭合、上下两端敞口的第一区域，隔离套筒的筒壁中设置有冷却液流道；

喷注器，所述喷注器位于隔离套筒的上端敞口处且其喷雾口指向隔离套筒形成的第一区域内，喷注器上设置有废液接口和氧气接口；

加热装置，所述加热装置位于反应装置壳体外侧；

排料阀，所述排料阀位于第一区域的外侧，通过间歇性开启、闭合的方式将超临界水氧化反应装置的反应物排出；

排料喷管，所述排料喷管包括内径为Φdt的进料通道截面和内径为Φde的排料通道截面，且Φdt＜Φde。

进一步，所述反应装置壳体立式安装结构，其竖直方向的长度大于其水平方向的长度。

进一步，所述喷注器位于反应装置壳体的顶部，反应装置壳体的底部设置有排盐口，反应装置壳体上还设置有出料口，出料口到喷注器之间的竖直距离小于出料口到排盐口的竖直距离。

进一步，所述喷注器为离心式、互击式、针栓式或同轴式喷注雾化结构。

进一步，所述喷注器上设置有压力传感器。

进一步，所述隔离套筒中的冷却液流道包括冷却液进入流道和冷却液返回流道，冷却液进入流道和冷却液返回流道平行于隔离套筒的轴线方向间隔交替分布。

进一步，所述冷却液返回流道与喷注器上的废液接口连通。

进一步，一条所述冷却液进入流道和一条所述冷却液返回流道连通并形成一条冷却液回路，隔离套筒中有多条相互独立的冷却液回路。

进一步，所述隔离套筒的底部与反应装置壳体的底部之间有一段间隔距离。

进一步，所述排料喷管与排料阀可拆卸连接。

与现有技术相比，本实用新型的超临界水氧化反应装置具备以下特点：

(1)废液与氧气分别通过废液接口、氧气接口进入反应装置喷注器内，经过喷注器雾化、预先混合后，有效缩短了反应物蒸发吸热及反应准备时间。

(2)废液与氧气通过喷注器进行雾化及提前混合，增加其与环境接触的表面积，可以有效缩短废液反应准备所需时间；另一方面也避免了废液因吸热差形成过冷液在反应装置中积存的现象，降低了反应装置所需温度的临界值。

(3)隔离套筒将反应装置壳体的反应内腔分为内、外两个区域，隔离套筒底部与反应装置壳体之间的间隔形成流动通道，该结构可以有效延长反应物流动路径，降低排料压力波动带来的流动干扰，延长了反应滞留时间。

(4)隔离套筒形成的冷却结构与加热装置分别位于反应装置壳体的内部和外侧，独立控制，冷却及加热效率更高，更易控制。

(5)采用入口截面和出口截面大小不同的变截面喷管，可以快速实现排泄物料的降温降压。

(6)采用出料口及进料口都设置在立式反应釜顶部的布局结构，有效增加了反应物滞留时间，减小排料带来的干扰。

附图说明

图1为超临界水氧化反应装置示意图；

图2为排料阀和喷管结构示意图；

图3为隔离套筒中两种不同截面的冷却液流道分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但不应就此理解为本实用新型所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本实用新型的范围内。

本实施例中的超临界水氧化反应装置主要由立式反应釜6、喷注器2、隔离套筒7、排料阀10、喷管11等组成。

超临界水氧化反应装置采用立式安装结构，即主体为立式反应釜6。如图1所示，立式反应釜6的进料口采用喷注器2雾化、混合的进料方式，位于具有冷却作用的隔离套筒7内侧的立式反应釜6顶部；出料口16位于具有冷却作用的隔离套筒7外侧的立式反应釜6顶部附近，出料口16的排放物料通过排料管道排出，排料管道上连接有排料阀10；排盐口15位于反应釜底部；外部加热装置12位于立式反应釜6的壳体上。

将加压后的废液与氧气分别通过废液接口1、氧气接口4进入立式反应釜6的喷注器2内。经过喷注器2雾化、预先混合后，有效缩短了反应物蒸发吸热及反应准备时间。在废液及氧气进入已建立初始状态的立式反应釜6内进行反应后，通过系统控制可根据实际情况判断是否关闭加热装置12。

喷注器2采用离心式喷注器结构形式，也可以采用互击式、针栓式、同轴式等喷注雾化结构形式。喷注器2与立式反应釜6可以采用螺纹连接、焊接或者法兰连接的装配形式。废液与氧气通过喷注器2进行雾化及提前混合，增加其与环境接触的表面积，可以有效缩短废液反应准备所需时间；另一方面也避免了废液因吸热差形成过冷液在反应装置中积存的现象，降低了反应装置所需温度的临界值。

立式反应釜6腔体内分为内、外两层，具体是被具有冷却作用的隔离套筒7分开为内、外两层(图1中箭头流向相反的两个区域)，喷注器2位于立式反应釜6顶部的隔离套筒7内，排料出口管路位于隔离套筒7外侧且在立式反应釜6顶部外；外层与内层在立式反应釜6顶部不相通，在隔离套筒7底部留有气体连通通道及排盐通道；加热装置12安装在立式反应釜6的壳体外壁上。该结构可以有效延长反应物流动路径，降低排料压力波动带来的流动干扰反应物流动行程如图1所示，反应物沿着箭头所示路径流动，从而在有限的反应釜腔体内延长了反应滞留时间；另一方面也可以通过通入冷却液进行冷却，有效控制立式反应釜6内部温度。

如图3，具有冷却作用的隔离套筒7其结构可以使冷却液在流动过程中实现全套筒内、外表面冷却，吸热面积大。隔离套筒7的冷却结构是由多个间隔分布、独立往返式圆形或矩形流道及其积液腔组成的具有一定承压能力的结构部件，也可以是三层夹板或者波纹板式等结构。例如图3中一条冷却液进入流道71与其相邻的一条冷却液返回流道72共同组成一条独立的冷却液回路，其余流道类似，最终沿着隔离套筒7的周向分布，冷却液进入流道71与冷却液返回流道72的截面形状可以是圆形，也可以是矩形。

如图2，立式反应釜6上的排料阀10为间歇性排料阀，排料阀10上设置有阀连接接口18，通过阀杆控制阀口通道17的开启与闭合。当立式反应釜6内压力过大时，打开排料阀10；当立式反应釜6内压力偏小时，关闭排料阀10。排料阀10与排料喷管11采用螺纹连接方式，也可以是法兰连接等可拆卸形式。排料喷管11的进料通道内径Φdt的流通截面小于其排料通道内径Фde所形成的出口面积。通过改变Фde与Фdt的比值大小，可以调整排料喷管11出口物料的压力、温度参数，排料喷管11的结构和工作原理可参考拉瓦尔喷管。

反应生成的无机盐及反应釜壁面脱落的氧化皮通过重力沉降在立式反应釜6的底端，通过排盐口15排出。

立式反应釜6上设置有安全阀13，若立式反应釜6内压力过高，超出立式反应釜6的设计工作允许压力最高值，安全阀13自动开启泄压保证反应装置安全，提高了反应装置运行安全。

在立式反应釜6内有反应装置压力监测点，为系统控制提供准确可靠的压力判断依据。例如，在喷注器2上设置压力传感器3，用于判断反应装置内部压力；也可以根据实际使用情况，安装在装置其余位置。位于喷注器2上的压力传感器3利用刚进入立式反应釜6的低温气体进行防护冷却，可以有效降低内部高温气体对传感器的不利影响。压力传感器3与立式反应釜6采用螺纹连接形式。

在立式反应釜6上有多处用于反应釜温度的监测点，所采集的温度作为控制系统判断及控制用参数，用于判断反应装置不同位置的温度情况或者互为备份。例如，在排料管道中安装温度传感器8，温度传感器8为插入式温度传感器，提高了温度数据采集的准确性。当然，也可根据立式反应釜6实际应用情况及结构安装在不同位置，用于判断立式反应釜6内温度。温度传感器与各结构采用螺纹连接形式或者焊接连接形式，可实现在线温度校核。

立式反应釜6采用加热、冷却分开的热管理结构模式，有效提高了反应装置的加热及冷却效率，降低了反应装置的运行成本。具体表现为加热装置12设置在立式反应釜6的壳体外侧，而冷却装置设置在立式反应釜6内部的隔离套筒7上。在反应过程中，若温度低于反应所需温度，通过系统自动判断开启外部加热装置12、切断内部隔离套筒7中流动的冷却液，对立式反应釜6进行加热升温；若温度高于所需反应温度，通过系统自动判断关闭外部加热装置12、打开冷却液，使之在内部隔离套筒7中流动，对反应装置进行冷却降温。

当处理废液时，可以将常温的即将被处理的废液作为冷却液，接入冷却液进口14，冷却液进口14与冷却液进入流道71连通，经冷却液返回流道72后从冷却液出口5流出，再将冷却液出口5与喷注器2的废液接口1相连，实现废液自我加热及反应装置的自我冷却，消除对前端设备加热的要求，有效降低了整个处理系统的运行及维护成本。当反应装置反应温度较高、废液流量不足以冷却降低立式反应釜6的温度时，冷却液进口14可直接接入外部大流量的冷却水，再通过冷却液出口5进行排出。

Claims (10)

1.一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：包括，

反应装置壳体；

隔离套筒(7)，所述隔离套筒(7)位于反应装置壳体内侧且其轴线平行于反应装置壳体的竖直方向，且隔离套筒(7)形成一个周向闭合、上下两端敞口的第一区域，隔离套筒(7)的筒壁中设置有冷却液流道；

喷注器(2)，所述喷注器(2)位于隔离套筒(7)的上端敞口处且其喷雾口指向隔离套筒(7)形成的第一区域内，喷注器(2)上设置有废液接口(1)和氧气接口(4)；

加热装置(12)，所述加热装置(12)位于反应装置壳体外侧；

排料阀(10)，所述排料阀(10)位于第一区域的外侧，通过间歇性开启、闭合的方式将超临界水氧化反应装置的反应物排出；

排料喷管(11)，所述排料喷管(11)包括内径为Φdt的进料通道截面和内径为Φde的排料通道截面，且Φdt＜Φde。

2.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述反应装置壳体立式安装结构，其竖直方向的长度大于其水平方向的长度。

3.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述喷注器(2)位于反应装置壳体的顶部，反应装置壳体的底部设置有排盐口(15)，反应装置壳体上还设置有出料口(16)，出料口(16)到喷注器(2)之间的竖直距离小于出料口(16)到排盐口(15)的竖直距离。

4.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述喷注器(2)为离心式、互击式、针栓式或同轴式喷注雾化结构。

5.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述喷注器(2)上设置有压力传感器(3)。

6.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述隔离套筒(7)中的冷却液流道包括冷却液进入流道(71)和冷却液返回流道(72)，冷却液进入流道(71)和冷却液返回流道(72)平行于隔离套筒(7)的轴线方向间隔交替分布。

7.根据权利要求6所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述冷却液返回流道(72)与喷注器(2)上的废液接口(1)连通。

8.根据权利要求6所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：一条所述冷却液进入流道(71)和一条所述冷却液返回流道(72)连通并形成一条冷却液回路，隔离套筒(7)中有多条相互独立的冷却液回路。

9.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述隔离套筒(7)的底部与反应装置壳体的底部之间有一段间隔距离。

10.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化反应装置，其特征在于：所述排料喷管(11)与排料阀(10)可拆卸连接。

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