超臨界水氧化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超臨界水氧化裝置，包括：傾斜放置的反應(yīng)器，包括反應(yīng)器筒體和設(shè)置在反應(yīng)器筒體內(nèi)的內(nèi)筒體，反應(yīng)器筒體與內(nèi)筒體之間形成環(huán)狀間隙，反應(yīng)器的上端設(shè)置有封頭，內(nèi)筒體通過設(shè)置在封頭上的通道與氧化劑進(jìn)口、污染物進(jìn)口和超臨界水進(jìn)口連通；內(nèi)筒體上設(shè)置有多個通孔，反應(yīng)器筒體上設(shè)置有邊界流體進(jìn)口，邊界流體進(jìn)口通過環(huán)狀間隙及通孔與內(nèi)筒體的內(nèi)部連通；豎直放置的分離器，包括分離器筒體和設(shè)置在分離器筒體內(nèi)的冷卻水分布器，分離器筒體的上端設(shè)置有氣液混合物出料口，分離器筒體的下端設(shè)置有固液出料口；反應(yīng)器的下端與分離器筒體的周向側(cè)壁連接。本發(fā)明反應(yīng)器采用傾斜式設(shè)計，可安全、穩(wěn)定地實現(xiàn)對高固含量污染物的連續(xù)處理。
【專利說明】超臨界水氧化裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化工環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界水氧化裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)溫度和壓力分別超過373.9460C>22.064MPa時，水將達(dá)到超臨界態(tài)，對應(yīng)的水被稱為超臨界水。超臨界水具有常溫水所不具備的獨(dú)特性質(zhì)，如非極性，低粘度、低密度和高擴(kuò)散系數(shù)。以上特性使得以超臨界水為反應(yīng)介質(zhì)，有氧化劑參與的超臨界水氧化技術(shù)具備了其他污染物處理技術(shù)難以比擬的優(yōu)點(diǎn):適用范圍廣、反應(yīng)速度快、降解效率高，無二次污染。該技術(shù)在上世紀(jì)80年代初被提出后不久就被認(rèn)為是焚燒法最好的替代技術(shù)，同時被譽(yù)為最有前途的污染物末端處理技術(shù)。
[0003]但是，經(jīng)過30余年的研究和開發(fā)，超臨界水氧化技術(shù)的工業(yè)化程度遠(yuǎn)沒達(dá)到最初人們的期望，至今全世界范圍內(nèi)也僅有幾座工業(yè)化裝置在運(yùn)行，而其主要原因在于存在于設(shè)備內(nèi)部的腐蝕和堵塞問題一直沒有得到有效解決。腐蝕是由于超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)部高溫、高壓水熱環(huán)境，以及無機(jī)酸、無機(jī)鹽顆粒的存在，至今無一種材料能耐受如此苛刻的環(huán)境。堵塞是由于超臨界水的非極性，無機(jī)鹽在其中的溶解度極低，被析出沉積而造成設(shè)備堵塞。腐蝕和堵塞具有協(xié)同作用，一旦發(fā)生會加劇設(shè)備的腐蝕和堵塞進(jìn)程。
[0004]鑒于現(xiàn)在還沒有一種材料可以耐受超臨界水氧化設(shè)備內(nèi)部所有條件下的腐蝕，SP便有，鹽沉積引起的堵塞問題仍然需要解決。因此，需對超臨界水氧化裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使其達(dá)到最優(yōu)的，或工業(yè)應(yīng)用可接受的“防腐抗堵”功能。
[0005]目前，國內(nèi)外的超臨界水氧反應(yīng)器多為垂直放置或水平放置。垂直放置的反應(yīng)器，反應(yīng)物料從反應(yīng)器上端進(jìn)入，反應(yīng)產(chǎn)生的無機(jī)鹽在重力作用下下落至反應(yīng)器底端，進(jìn)而被排出反應(yīng)器；該設(shè)計利用重力分離無機(jī)鹽，但容易導(dǎo)致物料還未反應(yīng)完全即在重力作用下下落至反應(yīng)器底部，難以保證物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。水平放置的反應(yīng)器，反應(yīng)物料從反應(yīng)器一端進(jìn)入，從反應(yīng)器的另一端被擠出；該設(shè)計可有效保證物料的反應(yīng)時間，但由于重力的作用，無機(jī)鹽可能在未被擠出反應(yīng)器之前就沉積于反應(yīng)器器壁上，隨著時間累計而造成堵塞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種超臨界水氧化裝置，以解決現(xiàn)有超臨界水氧化設(shè)備結(jié)構(gòu)布局所產(chǎn)生的反應(yīng)器堵塞和停留時間不足的問題。
[0007]為此，本發(fā)明提供了一種超臨界水氧化裝置，包括:傾斜放置的反應(yīng)器，包括反應(yīng)器筒體和設(shè)置在反應(yīng)器筒體內(nèi)的內(nèi)筒體，反應(yīng)器筒體與內(nèi)筒體之間形成環(huán)狀間隙，反應(yīng)器的上端設(shè)置有封頭，內(nèi)筒體通過設(shè)置在封頭上的通道與氧化劑進(jìn)口、污染物進(jìn)口和超臨界水進(jìn)口連通；內(nèi)筒體上設(shè)置有多個通孔，反應(yīng)器筒體上設(shè)置有邊界流體進(jìn)口，邊界流體進(jìn)口通過環(huán)狀間隙及通孔與內(nèi)筒體的內(nèi)部連通；豎直放置的分離器，包括分離器筒體和設(shè)置在分離器筒體內(nèi)的冷卻水分布器，分離器筒體的上端設(shè)置有氣液混合物出料口，分離器筒體的下端設(shè)置有固液出料口 ；反應(yīng)器的下端與分離器筒體的周向側(cè)壁連接。
[0008]進(jìn)一步地，超臨界水氧化裝置還包括設(shè)置在內(nèi)筒體內(nèi)的第一熱電偶套管和設(shè)置在分離器筒體內(nèi)的第二熱電偶套管。
[0009]進(jìn)一步地，冷卻水分布器上設(shè)置有供第二熱電偶套管上下貫穿的開口。
[0010]進(jìn)一步地，分離器筒體包括由上到下依次連接的上部筒體和固體收集器，固體收集器向下逐漸收縮并在端部形成固液出料口。
[0011]進(jìn)一步地，反應(yīng)器與分離器之間的夾角為10?90°。
[0012]進(jìn)一步地，邊界流體為水、空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳中的一種或多種混合物。
[0013]進(jìn)一步地，上部筒體的內(nèi)徑為反應(yīng)器筒體內(nèi)徑的I?5倍，上部筒體的長度為反應(yīng)器筒體長度的0.5?I倍。
[0014]進(jìn)一步地，冷卻水分布器的直徑與上部筒體的內(nèi)徑之比為0.5?0.95。
[0015]進(jìn)一步地，冷卻水分布器內(nèi)的冷卻水為常溫的去離子水或含有酸中和劑的溶液。
[0016]進(jìn)一步地，上部筒體具有側(cè)開口，側(cè)開口處設(shè)置有連接法蘭，反應(yīng)器通過連接法蘭與上部筒體可拆卸地連接。
[0017]本發(fā)明反應(yīng)器采用傾斜式設(shè)計，可以保證反應(yīng)液沿著一個方向做平推流流動，反應(yīng)停留時間可以由物料的流速進(jìn)行控制；同時結(jié)合邊界流體的內(nèi)滲沖刷作用，避免了固體顆粒在反應(yīng)器壁面的沉積；垂直放置的分離器通過重力沉降實現(xiàn)反應(yīng)出料的固液分離，避免了固體顆粒對后續(xù)設(shè)備的堵塞。傾斜放置的反應(yīng)器和垂直放置的分離器作為一個整體，可安全、穩(wěn)定地實現(xiàn)對高固含量污染物的連續(xù)超臨界水氧化處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明中的高固含量污染物的超臨界水氧化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中:1、氧化劑進(jìn)口 ；2、污染物進(jìn)口 ；3、超臨界水進(jìn)口 ；4、第一熱電偶套管；5、封頭；6、通道；7、密封件；8、反應(yīng)器筒體；9、內(nèi)筒體；10、反應(yīng)區(qū)；11、邊界流體進(jìn)口 ；12、螺栓；13、連接法蘭；14、氣液混合物出料口 ； 15、冷卻水進(jìn)口 ；16、封頭；17、第二熱電偶套管；18、冷卻水分布器；19、上部筒體；20、夾角；21、反應(yīng)器出口 ；22、固體收集器；23、固液出料口。

【具體實施方式】
[0020]重力對超臨界水氧化設(shè)備內(nèi)部的流體流動和顆粒運(yùn)動都影響顯著，表現(xiàn)為影響到物料在反應(yīng)器內(nèi)部的停留時間和顆粒物在反應(yīng)器內(nèi)的沉積。對于高固含量的污染物(如城市污泥、含油污泥等)，自身固含量高，重力對顆粒物在反應(yīng)器內(nèi)部的沉積影響更為顯著。針對該類污染物需要設(shè)計新型的反應(yīng)器，使其即能保證該類污染物在反應(yīng)器的停留時間，又能有效利用重力作用實現(xiàn)固體顆粒的有效分離。
[0021]請參考圖1，本發(fā)明提供了一種超臨界水氧化裝置，特別是一種用于處理高固含量污染物的超臨界水氧化裝置，包括:傾斜放置的反應(yīng)器，包括反應(yīng)器筒體8和設(shè)置在反應(yīng)器筒體8內(nèi)的內(nèi)筒體9，例如，反應(yīng)器筒體8和內(nèi)筒體9相互平行地設(shè)置，反應(yīng)器筒體8與內(nèi)筒體9之間形成環(huán)狀間隙，反應(yīng)器的上端設(shè)置有封頭5，例如，封頭5是可拆卸的，內(nèi)筒體通過設(shè)置在封頭5上的通道6與氧化劑進(jìn)口 1、污染物進(jìn)口 2和超臨界水進(jìn)口 3連通；內(nèi)筒體9上設(shè)置有多個通孔，反應(yīng)器筒體8上設(shè)置有邊界流體進(jìn)口 11，邊界流體進(jìn)口 11通過環(huán)狀間隙及通孔與內(nèi)筒體9的內(nèi)部連通；豎直放置的分離器，包括分離器筒體和設(shè)置在分離器筒體內(nèi)的冷卻水分布器18,分離器筒體的上端設(shè)置有氣液混合物出料口 14,分離器筒體的下端設(shè)置有固液出料口 23 ;反應(yīng)器的下端與分離器筒體的周向側(cè)壁連接。
[0022]優(yōu)選地，邊界流體進(jìn)口 11的個數(shù)為I?10個。優(yōu)選地，反應(yīng)器筒體8的內(nèi)徑在10?200mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，內(nèi)筒體9為耐高溫、耐腐蝕材料，耐受溫度在常溫?800°C。優(yōu)選地，反應(yīng)器筒體8與內(nèi)筒體9兩端的環(huán)狀間隙內(nèi)設(shè)置有可拆卸的密封件7。
[0023]本發(fā)明的工作原理如下:經(jīng)過預(yù)熱的水、氧化劑和污染物通過封頭5上的通道進(jìn)入傾斜的反應(yīng)器，污染物一邊降解，一邊在重力作用下沿著傾斜的反應(yīng)器向下流動。邊界流體通過環(huán)狀間隙進(jìn)入反應(yīng)器并將反應(yīng)液局限在多孔的內(nèi)筒體9以內(nèi)，防止其對反應(yīng)器筒體8造成腐蝕；同時，邊界流體的不斷滲入也防止了固體顆粒在內(nèi)筒體9表面的沉積。反應(yīng)完全后的反應(yīng)液從內(nèi)筒體9末端流出進(jìn)入分離器，添加有酸中和劑的冷卻水經(jīng)過冷卻水分布器18分散將反應(yīng)液中和、降溫。在重力作用下，反應(yīng)液中的固體顆粒向下沉降，集聚于分離器的底部，通過固液出料口 23排出；低密度的氣體和超臨界水向上流動，通過氣液混合物出料口 14排出。
[0024]本發(fā)明反應(yīng)器采用傾斜式設(shè)計，可以保證反應(yīng)液沿著一個方向做平推流流動，反應(yīng)停留時間可以由物料的流速進(jìn)行控制；同時結(jié)合邊界流體的內(nèi)滲沖刷作用，避免了固體顆粒在反應(yīng)器壁面的沉積；垂直放置的分離器通過重力沉降實現(xiàn)反應(yīng)出料的固液分離，避免了固體顆粒對后續(xù)設(shè)備的堵塞。傾斜放置的反應(yīng)器和垂直放置的分離器作為一個整體，可安全、穩(wěn)定地實現(xiàn)對高固含量污染物的連續(xù)超臨界水氧化處理。
[0025]優(yōu)選地，超臨界水氧化裝置還包括設(shè)置在內(nèi)筒體9內(nèi)的第一熱電偶套管4和設(shè)置在分離器筒體內(nèi)的第二熱電偶套管17。優(yōu)選地，第一熱電偶套管4和第二熱電偶套管17可分別容納10根熱電偶，以監(jiān)測不同位置的溫度情況。第一熱電偶套管4和第二熱電偶套管17分別平行于相應(yīng)的筒體，且不與筒體接觸。第一熱電偶套管4 一直延伸至反應(yīng)器與分離器的連接處。
[0026]優(yōu)選地，冷卻水分布器18上設(shè)置有供第二熱電偶套管17上下貫穿的開口。第二熱電偶套管17與冷卻水分布器18不接觸，且延伸至分離器的底端，并與底端也不接觸。
[0027]優(yōu)選地，分離器筒體包括由上到下依次連接的上部筒體19和固體收集器22，固體收集器22向下逐漸收縮并在端部形成固液出料口 23。優(yōu)選地，上部筒體19和固體收集器22可拆卸地連接。優(yōu)選地，分離器筒體還包括設(shè)置在上部筒體19頂部的封頭16，冷卻水分布器18穿過封頭16后與冷卻水進(jìn)口 15連接。
[0028]優(yōu)選地，反應(yīng)器與分離器之間的夾角20為10?90°，可在設(shè)備制造前根據(jù)具體的處理對象及其性質(zhì)確定該角度。
[0029]優(yōu)選地，邊界流體為水、空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳中的一種或多種混合物。
[0030]優(yōu)選地，上部筒體19的內(nèi)徑為反應(yīng)器筒體8內(nèi)徑的I?5倍，上部筒體19的長度為反應(yīng)器筒體8長度的0.5?I倍。
[0031]優(yōu)選地，冷卻水分布器18的直徑與上部筒體19的內(nèi)徑之比為0.5?0.95。
[0032]優(yōu)選地，冷卻水分布器18內(nèi)的冷卻水為常溫的去離子水或含有酸中和劑的溶液。
[0033]優(yōu)選地，上部筒體19具有側(cè)開口，側(cè)開口處設(shè)置有連接法蘭13，反應(yīng)器通過連接法蘭13與上部筒體19可拆卸地連接。優(yōu)選地，側(cè)開口的中心距離分離器筒體上沿的距離占整個分離器筒體長度的0.3?0.5。優(yōu)選地，反應(yīng)器通過螺栓12與連接法蘭13連接。
[0034]優(yōu)選地，第一熱電偶套管4、第二熱電偶套管17和冷卻水分布器等均為耐高壓、耐高溫材料，可耐受常溫?800°C和常壓?50MPa。
[0035]下面，以城市污泥為污染物，以雙氧水為氧化劑，以空氣為邊界流體，結(jié)合圖1詳細(xì)介紹本發(fā)明的實施方法和工作原理。
[0036]城市污泥是典型的高固含量污染物，采用傳統(tǒng)的超臨界水氧化設(shè)備，在預(yù)熱過程易堵塞預(yù)熱器；在氧化降解過程中易出現(xiàn)停留時間不足、固體顆粒沉降堵塞等問題。
[0037]首先，根據(jù)城市污泥的固含量和其流動性質(zhì)，確定反應(yīng)器與分離器之間的夾角20為60°。設(shè)備制造完畢，運(yùn)行時，先將城市污泥預(yù)熱至200°C以下的安全溫度，再與雙氧水和500?600°C的超臨界水混合達(dá)到超臨界態(tài)，通過封頭5上的通道6進(jìn)入反應(yīng)器。同時，空氣通過邊界流體進(jìn)口 11進(jìn)入反應(yīng)器，再滲過內(nèi)筒體9進(jìn)入反應(yīng)區(qū)10?？諝獾牟粩酀B入將反應(yīng)液局限在內(nèi)筒體9以內(nèi)，避免了反應(yīng)液對反應(yīng)器筒體8的腐蝕；同時空氣在內(nèi)筒體9內(nèi)表面形成保護(hù)性空氣膜，避免固體顆粒在其表面的附著沉積，空氣還為反應(yīng)提供額外的氧化劑，促進(jìn)城市污泥的氧化降解。
[0038]城市污泥在反應(yīng)器內(nèi)一邊降解，一邊在重力作用下沿著內(nèi)筒體9向下流動，當(dāng)達(dá)到反應(yīng)器出口 21時，城市污泥已降解完全，此時的反應(yīng)液以由固體顆粒、超臨界水和空氣組成。
[0039]反應(yīng)液從反應(yīng)器出口 21流出進(jìn)入分離器，被從冷卻水分布器18中噴灑出的含中和劑的冷卻水中和、降溫；在重力作用下，固體顆粒向下沉降并收集于固體收集器22中，通過固液出料口 23排出；空氣和水向上流動，通過封頭16上的氣液混合物出料口 14排出。
[0040]本發(fā)明可有效解決高固含量污染物引起的設(shè)備堵塞問題，同時保證反應(yīng)的停留時間。
【權(quán)利要求】
1.一種超臨界水氧化裝置，其特征在于，包括: 傾斜放置的反應(yīng)器，包括反應(yīng)器筒體(8)和設(shè)置在所述反應(yīng)器筒體(8)內(nèi)的內(nèi)筒體(9)，所述反應(yīng)器筒體(8)與所述內(nèi)筒體(9)之間形成環(huán)狀間隙，所述反應(yīng)器的上端設(shè)置有封頭(5)，所述內(nèi)筒體通過設(shè)置在所述封頭(5)上的通道與氧化劑進(jìn)口(I)、污染物進(jìn)口(2)和超臨界水進(jìn)口(3)連通；所述內(nèi)筒體(9)上設(shè)置有多個通孔，所述反應(yīng)器筒體(8)上設(shè)置有邊界流體進(jìn)口(11)，所述邊界流體進(jìn)口(11)通過所述環(huán)狀間隙及所述通孔與所述內(nèi)筒體(9)的內(nèi)部連通； 豎直放置的分離器，包括分離器筒體和設(shè)置在所述分離器筒體內(nèi)的冷卻水分布器(18)，所述分離器筒體的上端設(shè)置有氣液混合物出料口(14)，所述分離器筒體的下端設(shè)置有固液出料口(23);所述反應(yīng)器的下端與所述分離器筒體的周向側(cè)壁連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述超臨界水氧化裝置還包括設(shè)置在所述內(nèi)筒體(9)內(nèi)的第一熱電偶套管(4)和設(shè)置在所述分離器筒體內(nèi)的第二熱電偶套管(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述冷卻水分布器(18)上設(shè)置有供所述第二熱電偶套管(17)上下貫穿的開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述分離器筒體包括由上到下依次連接的上部筒體(19)和固體收集器(22)，所述固體收集器(22)向下逐漸收縮并在端部形成所述固液出料口(23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器與所述分離器之間的夾角為10?90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述邊界流體為水、空氣、氧氣、氮?dú)狻輾?、二氧化碳中的一種或多種混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述上部筒體(19)的內(nèi)徑為所述反應(yīng)器筒體(8)內(nèi)徑的I?5倍，所述上部筒體(19)的長度為所述反應(yīng)器筒體(8)長度的0.5?I倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述冷卻水分布器(18)的直徑與所述上部筒體(19)的內(nèi)徑之比為0.5?0.95。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述冷卻水分布器(18)內(nèi)的冷卻水為常溫的去離子水或含有酸中和劑的溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超臨界水氧化裝置，其特征在于，所述上部筒體(19)具有側(cè)開口，所述側(cè)開口處設(shè)置有連接法蘭(13)，所述反應(yīng)器通過所述連接法蘭(13)與所述上部筒體(19)可拆卸地連接。
【文檔編號】C02F11/06GK104291546SQ201410579708
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月26日
【發(fā)明者】陳忠, 徐愿堅, 王光偉, 陳鴻珍, 殷逢俊, 陳則良 申請人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院