專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超臨界水氧化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種高溫高壓的反應(yīng)器，更具體地說(shuō)是采用超臨界水氧化法處理高濃度 難降解、無(wú)機(jī)鹽含量大的廢水或污泥的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
超臨界水氧化法(SCWO)主要利用超臨界水(T>373.85°C， P>22.1MPa)為介
質(zhì)來(lái)氧化分解有機(jī)物，能在很短的時(shí)間內(nèi)將難降解的、危險(xiǎn)的有機(jī)物中的碳、氫元素徹底 轉(zhuǎn)化為C02和H20，將氮元素轉(zhuǎn)化為N2或N20等無(wú)害物質(zhì)，將水體中的磷、氯、硫等元 素氧化，以無(wú)機(jī)鹽的形式從超臨界水中沉積下來(lái)，這是一種能徹底破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)的深度 氧化法。其對(duì)廢水中一般有機(jī)物去除率可達(dá)99.9%以上。
其中反應(yīng)階段是整個(gè)處理系統(tǒng)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到最后的處理效果。因此反應(yīng)器是整 套處理裝置的核心，對(duì)超臨界水氧化法處理廢水應(yīng)用推廣， 一定程度上就是新型反應(yīng)器的 開(kāi)發(fā)。
由于鹽在超臨界水中的溶解度低，反應(yīng)過(guò)程中有大量析出，沉積的鹽會(huì)引起反應(yīng)器堵 塞。同時(shí)超臨界水氧化反應(yīng)通常發(fā)生在高溫高壓條件下，對(duì)反應(yīng)容器等設(shè)備結(jié)構(gòu)的腐蝕 極其嚴(yán)重，尤其當(dāng)反應(yīng)物料流中有Cl、 Br、 F等鹵族元素，以及S、 P等元素時(shí)腐蝕更 為加劇。還要考慮傳質(zhì)傳熱問(wèn)題，氧化劑充分的溶在超臨界水中與有機(jī)物更加徹底的反應(yīng)， 良好的傳熱促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，提高反應(yīng)效率。
超臨界水氧化法處理的對(duì)象非常廣泛，這些對(duì)象的物理特性、化學(xué)特性相差很大，同 時(shí)處理這些對(duì)象的工藝條件也是千差萬(wàn)別，因此很有必要根據(jù)不同的情況，使用相應(yīng)的經(jīng) 濟(jì)合理有效的反應(yīng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)高濃度難降解、含有大量無(wú)機(jī)鹽廢水處理難的問(wèn)題而提出了 一種超臨界水氧化反應(yīng)器。實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于由反應(yīng)器筒 體(3)、氧化劑分布盤(pán)管(11)和加熱裝置(12)組成；反應(yīng)器筒體(3)的下部設(shè)有氧 化劑分布盤(pán)管(11)，反應(yīng)器筒體(3)的底部設(shè)有加熱裝置(12);其中反應(yīng)器筒體(3)
的頂部設(shè)有控壓閥門(mén)(5)，反應(yīng)器筒體(3)的底部設(shè)有無(wú)機(jī)鹽排放閥(13)，反應(yīng)器筒 體(3)下部設(shè)有氧化劑進(jìn)口接管(1)和廢水進(jìn)口接管(2)，上部設(shè)有清水出口接管(6)， 其中氧化劑進(jìn)口接管(1)和氧化劑分布盤(pán)管(11)聯(lián)通；氧化劑盤(pán)管(11)上設(shè)有氧化 劑列管(4)。
其中所述的列管(4)為中空的盲管，材質(zhì)為316L，其上布有許多氣孔(9)。氧化 劑經(jīng)過(guò)這些氣孔進(jìn)入反應(yīng)器。列管氣孔的分布密集度自下而上減小，孔徑大小一般為 1~5mm并且所有列管均勻的分布在反應(yīng)器的空間里， 一般列管間距為15~25cm，高度略 低于筒體的高度，這樣既節(jié)約氧化劑又可以使氧化劑充分與超臨界水相溶，反應(yīng)更加完全。
為了增加列管(4)的穩(wěn)定性，可根據(jù)反應(yīng)器筒體(3)的高度，在其內(nèi)每隔1 1.5m 設(shè)置一層支撐孔板(10)，材料為316L。
所述的反應(yīng)器筒體(3)的內(nèi)壁設(shè)有陶瓷襯里(8)，以防止腐蝕。
其中所述的反應(yīng)器筒體的材質(zhì)為316L，筒體的高度和體積隨處理量和工作條件的改 變而改變；所述的氧化劑分布盤(pán)管(11)材質(zhì)為316L。
本發(fā)明還提供了一種利用上述的反應(yīng)器處理廢水的方法，其具體步驟為先將清水從 廢水接口 (2)中泵入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)控壓閥門(mén)(5)使反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到工藝要求的壓力 25~40MPa，關(guān)閉高壓泵，打開(kāi)加熱裝置(12)，將水升溫至380~600°C;打開(kāi)高壓液氧 泵，將液氧通過(guò)接管(1)，經(jīng)分布盤(pán)管(11)分布后從列管(4)上的氣孔(9)送入反 應(yīng)器；同時(shí)啟動(dòng)廢水泵，通過(guò)接管(2)將廢水泵入反應(yīng)器，控制加熱器加熱溶液的溫度 為380 600'C，發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，將廢水中的有機(jī)污染物分解為無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)， 如002、 N2或N20及無(wú)機(jī)鹽等，產(chǎn)生的氣體由于與超臨界水互溶而隨水從接管(6)排 出反應(yīng)器，反應(yīng)過(guò)程生成的無(wú)機(jī)鹽由于因在超臨界水中的溶解度極微而大量析出，在由于 重力作用下沉降至反應(yīng)器的底部，通過(guò)間歇開(kāi)啟閥門(mén)(13)而排出反應(yīng)器。
其中所述的加熱裝置(12)在反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)用于對(duì)反應(yīng)器筒體(3)內(nèi)的水進(jìn)行加熱或 者在反應(yīng)放出的熱量不能維持反應(yīng)運(yùn)行時(shí)用于補(bǔ)充熱量；加熱裝置(12)為電加熱或者 是蒸汽加熱。
其中所述的氧化劑為氣態(tài)氧化劑或者是液態(tài)氧化劑，氣態(tài)氧化劑一般為空氣，優(yōu)選
4為氧氣；優(yōu)選液態(tài)氧化劑為雙氧水、高錳酸鉀溶液或液氧。
氧化劑分布盤(pán)管(11) 一般安裝在反應(yīng)器直筒段的下端，將反應(yīng)器分為兩個(gè)功能區(qū) 氧化劑分布盤(pán)管(11)及其上部的反應(yīng)器筒體(3)、氧化劑列管(4)與孔板(10)組成 反應(yīng)區(qū)，為超臨界水氧化反應(yīng)提供場(chǎng)所；氧化劑分布盤(pán)管(11)及其下部的空間為分離 區(qū)。運(yùn)行過(guò)程中，氧化劑從接管(1)進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)氧化劑分布盤(pán)管(11)分布后， 從氧化劑鼓泡列管(4)上的一系列鼓泡孔(9)中出來(lái)，與從接管(2)進(jìn)入反應(yīng)器的廢 水混合并發(fā)生反應(yīng)，將廢水中所含的有機(jī)物徹底氧化分解為無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)，含碳?xì)涞挠?機(jī)物被分解成C02和水，含氮有機(jī)物則被分解成為N2或N20，氯、硫、磷等元素則被降
解成為無(wú)機(jī)鹽而析出。生成的氣體能與超臨界水以任意比例互溶，因此隨處理后的水從接
管(6)排出反應(yīng)器(3)，而生成的無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極微，在重力作用下沉 入反應(yīng)器(3)的底部，通過(guò)間歇開(kāi)啟閥門(mén)(13)，即可將其排出反應(yīng)器(3)。
由于超臨界水氧化的溫度很高(工作壓力25 40MPa，工作溫度380~60(TC)，待
處理的廢水經(jīng)高壓泵從接管(2)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)后，即可啟動(dòng)設(shè)置于反應(yīng)器下部的加熱器 (12)對(duì)其進(jìn)行加熱，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)器頂部的控壓閥門(mén)(5)控制反應(yīng)器(3)內(nèi)的壓 力。當(dāng)溫度和壓力均達(dá)到設(shè)定的要求時(shí)，即可從接管(1)通入氧化劑，開(kāi)始進(jìn)行超臨界 水氧化反應(yīng)。為了減小反應(yīng)過(guò)程的熱損失，反應(yīng)器筒體(3)的外壁包有絕熱層(7)。為 了防止設(shè)備的腐蝕及生成的無(wú)機(jī)鹽造成的堵塞，反應(yīng)器筒體(3)的內(nèi)壁設(shè)有陶瓷襯里(8)。 一般而言，廢水中的有機(jī)污染物在超臨界水條件下發(fā)生氧化反應(yīng)的過(guò)程中會(huì)放出大量的熱 量，如果反應(yīng)放出的反應(yīng)熱不能維持反應(yīng)所需熱量時(shí)，需要啟動(dòng)加熱器(12)以補(bǔ)充熱
量o
在反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)，由于進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的水可以進(jìn)入氧化劑列管(4)，而列管(4)上的 氣孔(9)非常小，如果直接使用廢水，可能會(huì)堵塞這些氣孔，而影響鼓泡器的使用效果， 因此先使用普通水升溫升壓，達(dá)到反應(yīng)條件后，打開(kāi)氧化劑加壓裝置，將氧化劑注入反應(yīng) 器，同時(shí)打開(kāi)廢水泵注入廢水，根據(jù)具體處理水質(zhì)條件調(diào)節(jié)廢水流量和氧化劑流量。
本反應(yīng)器不但適用于高濃度難降解廢水的處理，也適用于污泥的處理。當(dāng)用于處理 污泥時(shí)，只需將前述的廢水泵改換為污泥泵即可。
有益效果
1、本發(fā)明采用氧化劑盤(pán)管及其上的氧化劑列管將氧化劑均勻分布至反應(yīng)器內(nèi)的待處理廢水中，使反應(yīng)更徹底，提高了廢水中有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化率，節(jié)省了氧化劑的用量。
2、 本發(fā)明將反應(yīng)過(guò)程與分離過(guò)程融合于一體，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、投資和 維修費(fèi)用低、液體滯留量大、能有效防止無(wú)機(jī)鹽沉積。
3、 在反應(yīng)器上設(shè)有取樣口，可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度，考察
反應(yīng)過(guò)程的機(jī)理，小型裝置可用于科學(xué)研究。


圖1為超臨界水氧化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為氧化劑盤(pán)管(4)的示意其中(1)為氧化劑進(jìn)口接管；(2)為廢水進(jìn)口接管；(3)為反應(yīng)器筒體；(4)為氧 化劑列管；(5)為控壓閥；(6)清水出口接管；(7)為絕熱層；(8)為陶瓷襯里；(9)為 氣孔；(10)為支撐板；(U)為氧化劑盤(pán)管；(12)為加熱器；(13)為無(wú)機(jī)鹽排放閥。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例1
如圖1所示，超臨界水氧化反應(yīng)器由反應(yīng)器筒體(3)、氧化劑分布盤(pán)管(11)和電 加熱裝置(12)組成；其中反應(yīng)器筒體材料為316L，高度為6m，內(nèi)徑為0.6m;反應(yīng)器 筒體(3)的下部設(shè)有氧化劑分布盤(pán)管(11),材質(zhì)為316L。反應(yīng)器筒體(3)的底部設(shè) 有電加熱裝置(12);其中反應(yīng)器的頂部設(shè)有控壓閥門(mén)(5)，反應(yīng)器的底部設(shè)有無(wú)機(jī)鹽排 放閥(13)，反應(yīng)器筒體(3)下部設(shè)有氧化劑進(jìn)口接管(1)和廢水進(jìn)口接管(2)，上部 設(shè)有清水出口接管(6)，其中氧化劑進(jìn)口接管(1)和氧化劑分布盤(pán)管(11)聯(lián)通；氧化 劑盤(pán)管(11)上設(shè)有4根高5.8m氧化劑列管(4)，列管氣孔(9)孔徑1.5mm。每隔 1.3m設(shè)置一層材料為316L支撐孔板(10)，共設(shè)置4層。
實(shí)施例2
啟動(dòng)時(shí)先用高壓泵向反應(yīng)器注入一定量的普通清水，然后關(guān)閉高壓泵，調(diào)節(jié)控壓閥門(mén) (5)使反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到工藝要求的壓力(30MPa)，利用加熱器(12)加熱。當(dāng)壓力達(dá)到 30MPa，溫度達(dá)到40(TC后，打開(kāi)高壓液氧泵，將液氧通過(guò)接管(1)，經(jīng)分布盤(pán)管(11)分布后從列管(4)上的小孔(9)送入反應(yīng)器，同時(shí)打開(kāi)廢水泵注入廢水。COD值為 36000mg/L的催化廢水由廢水泵加至30 MPa后，以0.25t/h的流量通過(guò)接管(2)進(jìn)入 反應(yīng)器，由加熱器(12)加熱至40(TC，液氧由高壓液氧泵以50kg/h的流量由接管(1) 經(jīng)分布盤(pán)管(11)分布后從列管(4)上的小孔(9)進(jìn)入反應(yīng)器，與廢水發(fā)生超臨界水 氧化反應(yīng)，將廢水中的有機(jī)污染物徹底分解為無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)。產(chǎn)生的氣體由于與超臨界 水互溶而隨水從接管(6)排出反應(yīng)器，反應(yīng)過(guò)程生成的無(wú)機(jī)鹽由于因在超臨界水中的溶 解度極微而大量析出，在由于重力作用下沉降至反應(yīng)器的底部，通過(guò)間歇開(kāi)啟閥門(mén)(13) 而排出反應(yīng)器。由于廢水的COD值較大，在反應(yīng)過(guò)程中放出大量的反應(yīng)熱，完全可以維 持反應(yīng)過(guò)程的自運(yùn)行，因此可關(guān)閉加熱器(12)。
實(shí)施例3
啟動(dòng)時(shí)先用污泥泵向反應(yīng)器注入一定量的普通清水，然后關(guān)閉污泥泵，調(diào)節(jié)控壓閥門(mén) (5)使反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到工藝要求的壓力(30MPa)，利用加熱器(12)加熱。當(dāng)壓力達(dá)到 30MPa，溫度達(dá)到400'C后，打開(kāi)雙氧水高壓泵，將雙氧水通過(guò)接管(1)，經(jīng)分布盤(pán)管 (11)分布后從列管(4)上的小孔(9)送入反應(yīng)器，同時(shí)打開(kāi)污泥注入污泥。COD值 為80000mg/L的化工污泥由污泥泵加至35 MPa后，以0.5t/h的流量通過(guò)接管(2)進(jìn) 入反應(yīng)器，由加熱器(12)加熱至460'C，雙氧水由高壓柱塞泵以140kg/h的流量由接 管(1)經(jīng)分布盤(pán)管(11)分布后從列管(4)上的小孔(9)進(jìn)入反應(yīng)器，與污泥發(fā)生超 臨界水氧化反應(yīng)，將污泥中的有機(jī)污染物徹底分解為無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)。產(chǎn)生的氣體由于與 超臨界水互溶而隨水從接管(6)排出反應(yīng)器，反應(yīng)過(guò)程生成的無(wú)機(jī)鹽由于因在超臨界水 中的溶解度極微而大量析出，在由于重力作用下沉降至反應(yīng)器的底部，通過(guò)間歇開(kāi)啟閥門(mén) (13)而排出反應(yīng)器。由于污泥的COD值非常大，在反應(yīng)過(guò)程中放出大量的反應(yīng)熱，完 全可以維持反應(yīng)過(guò)程的自運(yùn)行，因此可關(guān)閉加熱器(12)。
權(quán)利要求
1、一種超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于由反應(yīng)器筒體3、氧化劑分布盤(pán)管11和加熱裝置12組成；其中反應(yīng)器筒體3的下部設(shè)有氧化劑分布盤(pán)管11，反應(yīng)器筒體3的底部設(shè)有加熱裝置12；其中反應(yīng)器筒體3的頂部設(shè)有控壓閥門(mén)5，反應(yīng)器筒體3的底部設(shè)有無(wú)機(jī)鹽排放閥13，反應(yīng)器筒體3下部設(shè)有氧化劑進(jìn)口接管1和廢水進(jìn)口接管2，上部設(shè)有清水出口接管6，其中氧化劑進(jìn)口接管1和氧化劑分布盤(pán)管11聯(lián)通；氧化劑盤(pán)管11上設(shè)有氧化劑列管4。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的氧化劑列管4上設(shè)有一系列鼓 泡氣孔9。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的反應(yīng)器筒體3內(nèi)每隔1~1.5m 設(shè)有1層支撐孔板10，用于加強(qiáng)氧化劑列管4的穩(wěn)定性。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器3的內(nèi)壁設(shè)有陶 瓷襯里8，以防止腐蝕。
5、 一種利用權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器處理廢水的方法，其具體步驟為先將清水從 廢水接口 2中泵入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)控壓閥門(mén)5使反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到工藝要求的壓力25~40MPa, 關(guān)閉高壓泵，打開(kāi)加熱裝置12，將水升溫至380 60CTC;然后打開(kāi)高壓液氧泵，將液氧 通過(guò)接管1，經(jīng)分布盤(pán)管11分布后從列管4上的氣孔9送入反應(yīng)器；同時(shí)啟動(dòng)廢水泵通 過(guò)接管2將廢水泵入反應(yīng)器，控制加熱器加熱溶液的溫度為380~600°C，發(fā)生超臨界水 氧化反應(yīng)，將廢水中的有機(jī)污染物分解為無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)，產(chǎn)生的氣體由于與超臨界水互 溶而隨水從接管6排出反應(yīng)器，反應(yīng)過(guò)程生成的無(wú)機(jī)鹽由于因在超臨界水中的溶解度極 微而大量析出，在由于重力作用下沉降至反應(yīng)器的底部，通過(guò)間歇開(kāi)啟閥門(mén)13而排出反 應(yīng)器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的加熱裝置12在反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)用于 對(duì)反應(yīng)器筒體3內(nèi)的水進(jìn)行加熱或者在反應(yīng)放出的熱量不能維持反應(yīng)運(yùn)行時(shí)用于補(bǔ)充熱 量；加熱裝置12為電加熱或者是蒸汽加熱。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的氧化劑為氣態(tài)氧化劑或者是液態(tài) 氧化劑，其中所述的氣態(tài)氧化劑為空氣或者是氧氣；液態(tài)氧化劑為雙氧水、高錳酸鉀溶液 或液氧。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超臨界水氧化反應(yīng)器，由反應(yīng)器筒體(3)、氧化劑分布盤(pán)管(11)和加熱裝置(12)組成；反應(yīng)器筒體(3)的下部設(shè)有氧化劑分布盤(pán)管(11)，反應(yīng)器(3)的底部設(shè)有加熱裝置(12)；其中反應(yīng)器筒體(3)的頂部設(shè)有控壓閥門(mén)(5)，反應(yīng)器筒體(3)的底部設(shè)有無(wú)機(jī)鹽排放閥(13)，反應(yīng)器筒體(3)下部設(shè)有氧化劑進(jìn)口接管(1)和廢水進(jìn)口接管(2)，上部設(shè)有清水出口接管(6)，其中氧化劑進(jìn)口接管(1)和氧化劑分布盤(pán)管(11)聯(lián)通；氧化劑盤(pán)管(11)上設(shè)有氧化劑列管(4)。本發(fā)明將反應(yīng)過(guò)程與分離過(guò)程融合于一體，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、投資和維修費(fèi)用低、液體滯留量大、能有效防止無(wú)機(jī)鹽沉積。
文檔編號(hào)C02F1/72GK101555060SQ20091002776
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者廖傳華, 朱廷風(fēng), 李瑞容, 褚旅云, 雷 馬 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)