專利名稱：在流體反應(yīng)介質(zhì)中對物質(zhì)進行缺氧處理的反應(yīng)器和方法
在流體反應(yīng)介質(zhì)中對物質(zhì)進行缺氧處理的反應(yīng)器和方法本發(fā)明涉及用于在流體反應(yīng)介質(zhì)中對物質(zhì)進行增壓水處理的反應(yīng) 器，該反應(yīng)器包括限^X應(yīng)區(qū)的主體、要處理的物質(zhì)1反應(yīng)區(qū)的入口、 氧化劑進入反應(yīng)區(qū)的進入點以及至少 一個使處理后的物質(zhì)排出反應(yīng)區(qū)的 出口 ，要處理的物質(zhì)在它的入口和出口之間沿著所述反應(yīng)區(qū)中的預(yù)定路 徑。本發(fā)明還涉及在反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中包含的流體反應(yīng)介質(zhì)中對物質(zhì)進行增壓水處理的方法。該方法包括以下步驟 —將要處理的物質(zhì)引入到反應(yīng)區(qū)中； -將氧化劑引入到>^應(yīng)區(qū)中； —將要處理的物質(zhì)排出及一應(yīng)區(qū)。在用于處理物質(zhì)特別A^料的高壓方法領(lǐng)域，人們區(qū)分兩大類使用 水作為>^應(yīng)^^質(zhì)的方法濕法氧化(OVH)方法和熱液氧化方法(OHT )。 OHV的特征在于溫度和壓力條件低于水的臨界條件。因此該方法在XM目 條件下工作，并導(dǎo)致比OHT得到的長一個甚至兩個數(shù)量級的礦化動力學(xué) 過程(cin6tiques de mineralisation )。在超臨界水中進行的熱液氧化方法(OHT )利用大于221巴和374。C 的壓力和溫度的水的特殊性質(zhì)，特別是它的可以使疏水成分溶解的低介電 常數(shù)、它的可以與氣態(tài)成分以任何比例混合的低密度和粘度。得到的反應(yīng)密、均勻的混合物，則礦化反應(yīng)可以由于介質(zhì)的溫度而自發(fā)啟動。氣體如 02、 C02、 N2完全可以溶解在水中以及許多烷烴中。這樣這些燃燒可以進轉(zhuǎn)移的限制，因此導(dǎo)致有機基質(zhì)在大約一分鐘的逗留時間內(nèi)完全礦化。因 此OHT方法特別適用于處理需要完全破壞它們的有機基質(zhì)的廢料的處 理。本發(fā)明既用于OVH方法，也用于OHT方法，這些方法統(tǒng)稱為壓 水方法。但是OHT構(gòu)成本發(fā)明優(yōu)先使用的方法。實際上，OHT的高溫 和高壓作業(yè)IH^N吏本發(fā)明的實施更有利。已知有這種類型的方法和反應(yīng)器(FR-2 814 967 )。反應(yīng)器包括主體， 內(nèi)管位于其中，內(nèi)管外與主體形成環(huán)形區(qū)，內(nèi)管內(nèi)形成叫做孔眼的中心區(qū)。內(nèi)管包括固定在主體第一端的第一端，和第二端，第二端4吏環(huán)形區(qū)與中心 區(qū)之間存在連通通道。才艮據(jù)該方法，超臨界介質(zhì)的組分，即水和氧化劑在 大于22.1MPa的壓力下在反應(yīng)器第一端附近被引入。它們在環(huán)形區(qū)中加 熱到大于374°C的溫度，然后在反應(yīng)器第二端處與要處理的物質(zhì)同時l 到內(nèi)管中。加熱后的增壓流體7jC/氧化劑與要處理的物質(zhì)的混合物在內(nèi)管 的第一部分中氧化，然后在該管的第二部分中冷卻。此類方法和反應(yīng)器不適于中和某些氧化程度已經(jīng)很高的廢物組分， 特別^1硝酸鹽。本發(fā)明的目標是提出一種克服這些缺點的反應(yīng)器和方法。根據(jù)本發(fā)明，這些目的通過下面的事實達到氧化劑進A^^應(yīng)器的 反應(yīng)區(qū)的進入點位于要處理的物質(zhì)的入口的下游，并且距該入口 一定距 離，以形成包括在要處理的物質(zhì)的入口與氧化劑進入點之間的缺氧區(qū)，流 體介質(zhì)在該區(qū)處于缺氧狀態(tài)。氧化區(qū)最好位于缺氧區(qū)的下游，廢料的氧化 >^應(yīng)在該區(qū)完成。要處理的物質(zhì)可以和專利FR-2 814 967中描述的方法一樣以液體 形式l。則該物質(zhì)可以通過簡單的自主泵i^。根據(jù)本發(fā)明，還可增加 要處理的廢料性質(zhì)的多樣性。例如，要處理的物質(zhì)可以以懸浮固體顆粒的 形式l。根據(jù)該方法,在位于要處理的物質(zhì)的入口下游并距離該入口 一定距 離的1點使氧化劑1反應(yīng)區(qū)，以形成包括在要處理物質(zhì)的入口與氧化 劑1點之間的缺氧區(qū)，流體介質(zhì)在該區(qū)域是缺氧的。本發(fā)明的方法和反應(yīng)器可以使直料的所有組分都發(fā)生反應(yīng)，特別是 硝酸鹽。廢料中含有的有機物被硝酸鹽氧化。硝酸鹽在OHT的條件下被還 原，從而轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的N2。因此缺氧區(qū)可以通過與廢料的反應(yīng)還原氧化 劑物質(zhì)(例如硝酸鹽)。氧化劑在與廢料接觸時被還原，而廢料被氧化。另外，位于缺氧區(qū)下游的氧化區(qū)可以完全結(jié)束廢料的氧化反應(yīng)，而 與反應(yīng)劑的量無關(guān)。實際上，氧化劑物質(zhì)的量一fcl不夠的，也沒有足夠 長的接觸時間使所有廢料都氧化。加入氧化劑(例如空氣)可以圓滿完成 氧化反應(yīng)。因此得到雙重結(jié)果 一方面硝酸鹽在缺氧區(qū)中被還原，還使所有廢料在氧化區(qū)中氧化。在一種具體實施方式
中，^J[器包括內(nèi)管，該內(nèi)管的第一端以密封 方式與主體連接，內(nèi)管的內(nèi)部空間形成中心區(qū)，內(nèi)管與主體形成環(huán)形區(qū)， 在內(nèi)管的第二端設(shè)有內(nèi)管的中心區(qū)與環(huán)形區(qū)之間連通的通道，反應(yīng)器還包括在內(nèi)管第 一端一側(cè)通向內(nèi)管中心區(qū)的要處理物質(zhì)的入口以及可以通到 :PT J 17 AA祭乂1/全，l 、 rf 翁全，l <Mt 、 上工A總銀 一 站似if閱讀下面對參照附圖作為示例給出的實施例的描述可以了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，圖中—圖l是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器縱剖面圖；—圖2是沿

圖1中II-II線的剖面圖；—圖3是圖1的M器沿III-III線的剖面圖；—圖4是沿圖l所示反應(yīng)器的IV-IV線的剖面圖；圖中，整體用附圖標記1表示的反應(yīng)器由整體形狀為以XX為軸線 的柱形的主體2構(gòu)成，柱形的上部被底封閉，下部被蓋子4封閉。反應(yīng)器1的下端通過雙外罩6保持是冷的，冷卻流體如水在雙外罩 6中流動。這種布置可以通過氟橡膠(viton)或金屬類的密封墊保證主體 2與蓋子4之間的高壓冷密封。保護8革位于主體2內(nèi)，并且與主體2隔開，以便在內(nèi)部限^^應(yīng) 區(qū)10，在外部限定封閉區(qū)12，兩個區(qū)互相密封隔絕。保護罩8的整體形狀為上端為盲端的柱形。保護罩8與J1應(yīng)器主體 2同軸安裝，并且它的尺寸4吏保護軍的直徑和長度>^差可以減到最小。該 保護罩由無孔隙但耐腐蝕的材料如鈥制成?？梢栽谏w子上實現(xiàn)該外軍的固定，如圖1所示，或者固定在反應(yīng)器 的主體2上。通過例如為氟橡膠的密封墊在冷的條件下保證外殼、主體、 蓋子之間的密封性。主熱交換器14設(shè)在環(huán)形區(qū)12中。栽熱流體在該交換器中的流動可 以加熱>^應(yīng)區(qū)，或者從>^應(yīng)區(qū)提取熱能。這種流動還可以控制沿反應(yīng)器的 熱梯度。但是，設(shè)有交換器14的管線不是本發(fā)明的部分。因此不做詳細 描述。使用兩側(cè)浸在增壓流體中的保護軍可以使用不銹鋼管形成內(nèi)熱交換器14，該交換器和反應(yīng)器的材料一樣承受壓縮應(yīng)力，而不是拉伸應(yīng)力。 因此交換器的壁可以和保護革的壁一樣很薄，因此反應(yīng)介質(zhì)與載熱流體之 間的熱傳遞比交換器位于反應(yīng)器外壁上的更傳統(tǒng)的形態(tài)有4艮大改善。整體用附圖標記15表示的內(nèi)管位于反應(yīng)區(qū)10中，與主體的軸線 XX同軸。該內(nèi)管包括直徑較大的下部16和直徑較小的上部18。內(nèi)管15 包括開放端15a,該端設(shè)有中心區(qū)20與環(huán)形區(qū)22之間的連通通道。位于反應(yīng)區(qū)10中的攪拌渦輪24包括以XX為軸線的中心軸26，與 保護罩8連在一起的中心定位器28引導(dǎo)該中心軸26轉(zhuǎn)動。例如通過安裝 在蓋子4上的磁驅(qū)動裝置30使渦輪轉(zhuǎn)動。渦輪包括位于內(nèi)管18中并與軸 26平行的葉片32和位于環(huán)形反應(yīng)區(qū)22中并且也與軸26平行的葉片34。 中心區(qū)20的葉片32和環(huán)形區(qū)22的葉片34通過連接器36互相連接。如果流體在環(huán)形反應(yīng)區(qū)22中的流動是渦流，則從主交換器的熱傳 遞或傳給該交換器的熱傳遞得到改善。通過葉片34的攪拌作用來保證這 一點。反應(yīng)區(qū)中的均質(zhì)性也通過該裝置保證，甚至在流體運動的流動方向 受到限制，以接近活塞型流動中存在的類似逗留時間分配的情況下也是如 此。因此攪拌渦輪24可以使熱傳遞與工藝流體的流動分開。所有在反應(yīng)區(qū)的內(nèi)部設(shè)備在準等壓下工作，這樣可以保持材料和幾 何形狀，而不必考慮壓力下的機械強度的需要。廢料注入管、氧化劑注入 器和輸出交換器都由耐OHT腐蝕的材料形成，如鈦，并且它們的厚度可 以最小化，以改善它們所在區(qū)域的熱傳遞。柱形過濾裝置40同軸安^fr內(nèi)注入管15上，更確切地說是安** 該內(nèi)管直徑較小的部分18上。過濾裝置40通過也與注入管15的軸線XX 同軸的套管41向下延長，套管41與內(nèi)管15形成環(huán)形空間42。纏繞成蛇形并形成熱交換器的管子43的一端通向環(huán)形區(qū)42,另一 端44通向反應(yīng)器1之外。用于輸送氧化劑例如增壓空氣的管道45在環(huán)形反應(yīng)區(qū)22處穿過蓋 子4。管道45與軸線XX基本平行地延伸在內(nèi)管15的整個長度上，并具 有通向該管上端15a附近的端部46。待處理的廢料沿管道48以額定壓力和流量^，管道48穿過蓋子 4，通到中心反應(yīng)區(qū)20內(nèi)。最后，管道50可以將增壓流體介質(zhì)例如水引 入到封閉區(qū)12中。封閉區(qū)的壓力最好大于反應(yīng)區(qū)，這樣可以允許檢測保 護罩的密封的破壞。管道51安裝在主體2的上部，流體排泄閥52安裝在管道51上。 最后，管道54在^^應(yīng)區(qū)22處穿過蓋子。 對物質(zhì)的處理過程以以下方式進行。待處理的物質(zhì)以額定壓力和流量通過管道48以全部為液體的形式 或者以含有懸浮固體物質(zhì)顆粒的水性懸浮物的形式進入中心區(qū)20。待處理的物質(zhì)通過與在位于注入管15的直徑較大部分16中的交換器43中流 動的排出流體的相對流動被加熱。然后待處理物質(zhì)經(jīng)過注入管的直徑較小 的部分18，從它的下端到它的開放端15a。由于可以把氧化劑注入到反應(yīng) 區(qū)10中的管子端部46通向注入管的端部15a附近，整個中心區(qū)20處于 缺氧條件?？梢詢?yōu)化氧化劑注入器46的位置，并利用反應(yīng)區(qū)處于超臨界 但缺氧的一部分。根據(jù)注入空氣的位置，包含在中心注入?yún)^(qū)的廢料可以在 開始氧化燃燒前整體或部分保持缺氧條件，或完全不保持缺氧條件。氧化劑可以以氣態(tài)(空氣或富氧空氣、氮等)或液態(tài)(液態(tài)氧、過 氧化氫等)l。這種形態(tài)的目的^^吏廢料的某些組分>^應(yīng)，以保證消除這些組分。 例如在有機廢料含有應(yīng)清除的硝酸鹽的情況下，廢料包含的有機物被硝酸 鹽氧化，硝酸鹽在OHT條件下轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的N2。因此在管子端部15a 處加入氧化劑后發(fā)生的氧化作用不會導(dǎo)致產(chǎn)生新的硝酸鹽，而是導(dǎo)致其它 有機組分特別是含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為C02。因此可以消除某些用傳統(tǒng)的OHT 方法不能消除的廢料。因此，本發(fā)明最好用于處理農(nóng)業(yè)排放物。使用反應(yīng)器的缺氧區(qū)可以 破壞含硝酸鹽的排放物，而不會在排放物中產(chǎn)生氮化物。分離濃縮了礦物 質(zhì)的鹽水并回收大部分凈化后的水質(zhì)排放物，允許把該處理用于集中飼養(yǎng) 的排放物的處理，如富含硝酸鹽和磷酸鹽的廄液(lisiers)。 OHT方法的 設(shè)計利用廢料的能量，并且其大小可以適應(yīng)不同情況，因此可以設(shè)想建立 包括在飼養(yǎng)經(jīng)營中的小型裝置，并且這些小型裝置用在飼養(yǎng)者通常進行傾 倒的地方，并參與生產(chǎn)設(shè)施所需要的能量。然后要處理的物質(zhì)從上向下經(jīng)過環(huán)形反應(yīng)區(qū)22，直到微孔隙過濾器 40。帶有直葉片的攪拌器24可以保證渦流條件，因此保證與切向過濾類 似條件下的過濾，而不是正面類型的過濾，避免形成濾渣，即固體物質(zhì)在 過濾器前聚集。形成這種濾渣在正面過濾中是很普通的。它會大大降低零 件的過濾能力。在本發(fā)明的反應(yīng)器中追求的渦流狀態(tài)下，保持與過濾器成切線的流動，避免這種物質(zhì)聚集，因此保證隨時間變化有盡可能穩(wěn)定的過 濾效率。
權(quán)利要求
1.用于在流體反應(yīng)介質(zhì)中對物質(zhì)進行增壓水處理的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括限定反應(yīng)區(qū)(10)的主體(2)、要處理的物質(zhì)進入反應(yīng)區(qū)(10)的入口(48)、氧化劑進入反應(yīng)區(qū)(10)的進入點(46)以及至少一個將經(jīng)處理的物質(zhì)排到反應(yīng)區(qū)(10)外的出口，要處理的物質(zhì)在它的入口與出口之間沿在反應(yīng)區(qū)中限定的路徑，其特征在于，氧化劑進入反應(yīng)區(qū)(10)的進入點位于所述物質(zhì)的入口(48)的下游，并且與該入口隔開一定距離，以形成包括在要處理的物質(zhì)的入口與氧化劑進入點之間的缺氧區(qū)(20)，流體介質(zhì)在該區(qū)域處于缺氧狀態(tài)。
全文摘要
用于在流體反應(yīng)介質(zhì)中對物質(zhì)進行增壓水處理的反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括限定反應(yīng)區(qū)(10)的主體(2)、要在反應(yīng)區(qū)(10)中處理的物質(zhì)的入口(48)、將氧化劑引入反應(yīng)區(qū)(10)的引入點(46)以及將經(jīng)過處理的所述物質(zhì)排到反應(yīng)區(qū)(10)外的至少一個出口，要處理的物質(zhì)在反應(yīng)區(qū)的入口和出口之間沿著在反應(yīng)區(qū)中限定的路徑。將氧化劑引入反應(yīng)區(qū)(10)中的進入點(46)位于要處理的物質(zhì)的入口(48)的下游，并與入口隔開一定距離，以形成包括在要處理的物質(zhì)的入口與氧化劑進入點之間的缺氧區(qū)(20)，流體介質(zhì)在該區(qū)處于缺氧狀態(tài)。
文檔編號C02F3/30GK101267880SQ200680034574
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者休伯特-亞歷山大·蒂爾克, 克里斯托夫·茹索-迪比安 申請人:原子能委員會