專利名稱：廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)物處理領(lǐng)域，涉及廢有機(jī)物的超臨界水處理，特別涉及 一種廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
超臨界水(Supercritical Water,簡稱SCW)是指溫度和壓力均高于其臨 界點(diǎn)(T=374.15°C， P=22.12MPa)的特殊狀態(tài)的水。超臨界水兼具液態(tài)和 氣態(tài)水的性質(zhì)，該狀態(tài)下只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近似于極性有機(jī)溶 劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度。在足夠高的壓力下，SCW能與空氣、 氧氣和有機(jī)物以任意比例混溶，從而形成均一相。此時，氣液相界面消失了， 也就消除了相間的傳質(zhì)阻力，溶于其中的物質(zhì)的反應(yīng)速度不再受傳質(zhì)的影 響。同時，高的反應(yīng)溫度(約400 650'C)也使反應(yīng)速度加快。
超臨界水氣化技術(shù)(Supercritical Water Gasification,簡稱SCWG)，利用 超臨界水強(qiáng)大的溶解能力，將有機(jī)物溶解，生成高密度、低粘度的液體，然 后在高溫、高壓的反應(yīng)條件下，生成富含氫氣的可燃性氣體。發(fā)明人進(jìn)行了 污泥超臨界水氣化(600°C、 34.5MPa)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果污泥在超臨界水熱分解 工藝中產(chǎn)生的氣體組分及體積含量為H246%， CH4 39%， CO210%, N2 4 o% ， CO 1 % ，生成氣的熱值為2337.9KJ/mol，其能量有效利用率達(dá)64.8% (已 扣除了加熱自身至水熱分解溫度所需的熱量)。
超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidation,簡稱SCWO)，利用水 在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，使有機(jī)物和氧化劑在超臨界水中迅速發(fā)生氧化反應(yīng)來徹底分解有機(jī)物。超臨界水氧化技術(shù)對于處理那些工業(yè)部門難
銷毀的有毒有害物質(zhì)(如染料廢物、制藥廢物、潤jt劑廢物、含PCBs的絕緣 油、放射性混合廢物、多氯聯(lián)苯、易揮發(fā)性酸等)、高濃度難降解的有機(jī)廢 物(污泥、造紙廠料漿等)、軍用毒害物質(zhì)(化學(xué)武器，火箭推進(jìn)劑，炸藥 等)具有獨(dú)特的效果。
超臨界水部分氧化技術(shù)(Supercritical Water Partial Oxidation,簡稱 SCWPO)是一種結(jié)合了SCWO在污染物處理和SCWG在制取富氫氣體兩方面 優(yōu)勢的一種新型制氫技術(shù)。該技術(shù)不僅大大減少了完全氣化反應(yīng)中焦油的產(chǎn) 生量，而且改變了氣體產(chǎn)物分布，提高了氫氣和二氧化碳的純度等級，同時 實(shí)現(xiàn)了有機(jī)污染物的無害化處理和資源化利用。
關(guān)于應(yīng)用超臨界水技術(shù)的廢有機(jī)物處理的試驗(yàn)裝置和商業(yè)裝置，目前國 內(nèi)外已有相關(guān)報道，但還存在著不少缺點(diǎn)-
(1) 材料腐蝕問題。由于廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器處于高溫高壓 條件下，尤其是廢有機(jī)物中含有鹵素、硫或磷,在超臨界水中分解后會產(chǎn)生 酸,引起設(shè)備的強(qiáng)烈腐蝕；即使具有較好耐蝕性的鎳基材料，在超臨界水中， 特別是在亞臨界水中,仍遭受了嚴(yán)重的腐蝕。
(2) 鹽沉積問題。常溫下水對大多數(shù)鹽來說是一種良溶劑,溶解度較大。 而大部分鹽在低密度的超臨界水中溶解度很低(典型為1 100mg/L)。當(dāng)亞 臨界溶液被迅速加熱到超臨界溫度時，由于鹽的溶解度大幅度降低,有大量沉 淀析出,沉積的鹽會引起反應(yīng)器堵塞，這不僅影響了反應(yīng)器的正常運(yùn)行，還會 帶來潛在的危險。
(3)溫度控制問題。SCWO過程是一個放熱反應(yīng)，當(dāng)有機(jī)物的質(zhì)量分 數(shù)達(dá)到1~2%時就能實(shí)現(xiàn)自熱。對于有機(jī)物含量較高的廢棄物來說，SCWO過程放熱過多容易引起反應(yīng)器溫度無法控制，造成反應(yīng)條件惡化和反應(yīng)器器 壁應(yīng)力減小等后果。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種廢有機(jī) 物的超臨界水處理用反應(yīng)器，它能夠有效地延緩反應(yīng)器的腐蝕速度，防止鹽 沉積，方便控制反應(yīng)器的壁溫，使反應(yīng)器的處理能力更強(qiáng)，使用壽命更長。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，包括:承壓腔室， 設(shè)置在承壓腔室內(nèi)的由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室，分別貫穿承壓腔室的頂部并伸 入內(nèi)腔室的物料進(jìn)管、溢流管，貫穿承壓腔室底部并伸入內(nèi)腔室的出鹽管， 所述內(nèi)腔室和承壓腔室之間留有空隙，所述承壓腔室上設(shè)置有蒸發(fā)壁水的進(jìn) 水管。
本發(fā)明的進(jìn)一步特點(diǎn)在于
所述承壓腔室上設(shè)置有冷卻水管；所述冷卻水管設(shè)置在承壓腔室的下部。
所述蒸發(fā)壁由多孔材料制作而成，所述多孔材料包括多孔燒結(jié)金屬、多 孔耐酸陶瓷、多孔分流板或多層金屬復(fù)合網(wǎng)。
本發(fā)明在承壓腔室內(nèi)部設(shè)置有由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室，超臨界水反應(yīng)在 內(nèi)腔室內(nèi)進(jìn)行，承壓腔室與反應(yīng)物進(jìn)行了隔絕，延緩了承壓腔室的腐蝕速度。 同時在承壓腔室和內(nèi)腔室之間留有空隙，并承壓腔室上分布有蒸發(fā)壁水的進(jìn) 水管，蒸發(fā)壁水的一部分會在內(nèi)腔室內(nèi)壁形成均勻的水膜，隔離反應(yīng)物與內(nèi) 腔室的接觸，延緩內(nèi)腔室的腐蝕速度，并防止了鹽的沉積；蒸發(fā)壁水的另一 部分會充斥在承壓腔室和內(nèi)腔室之間留有空隙中，合理控制蒸發(fā)壁水的溫度，可以達(dá)到控制承壓腔室和內(nèi)腔室壁溫的目的。極端的情況下，還可以在 述承壓腔室上分布冷卻水管，可以達(dá)到控制承壓腔室和內(nèi)腔室壁溫的目的。 冷卻水管設(shè)置在承壓腔室的下部，有利于內(nèi)腔室底部溫度降低和鹽分的溶解 與排出。
在實(shí)際應(yīng)用中，蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)的反應(yīng)空間為超臨界狀態(tài)，溫度經(jīng)常達(dá)到
400-50(TC，甚至?xí)_(dá)到上千攝氏度，這時鹽的溶解度十分的小，有可能沉 積在蒸發(fā)壁壁面上。蒸發(fā)壁水通過蒸發(fā)壁上的微孔，由外側(cè)流向內(nèi)側(cè)，在蒸 發(fā)壁的內(nèi)表面形成一定厚度的水膜，不僅可以溶解已經(jīng)沉積在蒸發(fā)壁內(nèi)表面 上的鹽，而且也可以起到?jīng)_刷壁面的作用。在超臨界水氧化反應(yīng)過程中，酸 的產(chǎn)生是不可以避免的，在高溫高壓下酸對金屬材料的腐蝕又十分的嚴(yán)重， 只有盡量減少酸與金屬的接觸才能有效的降低金屬腐蝕量。蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)的貼 壁水膜能夠很好的降低酸與蒸發(fā)壁之間的接觸，并且把承壓腔室接觸酸的可 能性降到了最低。并且由于蒸發(fā)壁的隔離和蒸發(fā)壁水的溫度控制作用，可以 使反應(yīng)器的承壓腔室的壁溫保持在較低溫度上，這樣反應(yīng)器的承壓腔室就可 以采用成本較低的金屬材料。


以下結(jié)合

和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 圖1是本發(fā)明的廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，
其中1、內(nèi)腔室；2、承壓腔室；3、支架；4、物料進(jìn)口管；5、溢流 管；6、排鹽管；7、蒸發(fā)壁水的進(jìn)水管；8、冷卻水的進(jìn)水管。
具體實(shí)施例方式
參見圖l，本發(fā)明的廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器，包括承壓腔 室2和由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室1。在反應(yīng)器的內(nèi)腔室l由支架3固定在承壓 腔室2中，承壓腔室2和內(nèi)腔室1之間預(yù)留有空隙。物料進(jìn)管4位于反應(yīng)器 的最上端，并且在穿過承壓腔室2頂部之后，伸入內(nèi)腔室l內(nèi)部。溢流管5位于反應(yīng)器的上部，并穿過承壓腔室2頂部，伸入內(nèi)腔室l內(nèi)部，用于反應(yīng) 后物料的流出。蒸發(fā)壁水的進(jìn)水管7位于承壓腔室2側(cè)壁的偏上部，伸入承 壓腔室2和內(nèi)腔室1之間的空隙，向內(nèi)腔室1的蒸發(fā)壁提供蒸發(fā)壁水，以便 在蒸發(fā)壁的內(nèi)壁形成水膜，調(diào)節(jié)蒸發(fā)壁兩側(cè)的壓力，可以控制蒸發(fā)壁表面水 膜的厚度；冷卻水管8位于承壓腔室2側(cè)壁的偏下部，伸入承壓腔室2和內(nèi) 腔室1之間的空隙，其冷卻水為溫度較低的蒸發(fā)壁水。排鹽管6位于反應(yīng)器 的最下面，它在穿過承壓腔室2之后，穿過蒸發(fā)壁并伸入內(nèi)腔室l內(nèi)部，用 于排除沉積在內(nèi)腔室1底部的濃鹽水和廢渣。
本發(fā)明所述的蒸發(fā)壁由多孔材料制作而成。例如以粉末冶金形式制成 的各種材質(zhì)的多孔燒結(jié)金屬(不銹鋼、鈦合金以及耐腐蝕合金)；廣泛用于 化學(xué)工業(yè)的多孔耐酸陶瓷；利用數(shù)層多孔板拼合而成的多孔分流板；利用多 層金屬網(wǎng)燒結(jié)而成多層金屬復(fù)合網(wǎng)。它們擁有各自的優(yōu)點(diǎn)多孔燒結(jié)金屬韌 性高、耐高壓能力較高，再生能力較好；多孔陶瓷熱導(dǎo)率低、耐高溫能力較 高；多孔分流板耐腐蝕能力較強(qiáng)；多層金屬復(fù)合網(wǎng)的成型能力較強(qiáng)。
由廢有機(jī)物以及氧化劑組成的物料經(jīng)過預(yù)熱以及混合后，由物料進(jìn)管4 噴入內(nèi)腔室1的中上部，使得廢有機(jī)物能夠在最短的時間內(nèi)達(dá)到反應(yīng)所需要 的溫度，并能夠在預(yù)定的反應(yīng)空間內(nèi)得到充分的反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)物達(dá)到反應(yīng)溫 度后，處在超臨界狀態(tài)下，形成一個穩(wěn)定的超臨界反應(yīng)區(qū)。在超臨界狀態(tài)下， 鹽在水中的溶解度極低，在反應(yīng)物下降的過程中，由于重力甩脫的作用，固 體顆粒狀態(tài)下的鹽直接墜入內(nèi)腔室1的下部。而反應(yīng)后的物料返回到反應(yīng)器 的內(nèi)腔室1上部，從溢流管5流出。在反應(yīng)器的下部冷卻水(溫度較低的蒸 發(fā)壁水)經(jīng)過冷卻水管8進(jìn)入承壓腔室2和內(nèi)腔室1之間的狹小空隙，并且 通過蒸發(fā)壁上的微孔，進(jìn)入到內(nèi)腔室l的底部，用來重新溶解沉積鹽為濃鹽 水。濃鹽水和廢渣(硅酸鹽非反應(yīng)物質(zhì)等)從排鹽管排除。
權(quán)利要求
1、一種廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，包括承壓腔室(2)，設(shè)置在承壓腔室(2)內(nèi)的由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室(1)，分別貫穿承壓腔室(2)的頂部并伸入內(nèi)腔室(1)的物料進(jìn)管(4)、溢流管(5)，貫穿承壓腔室(2)底部并伸入內(nèi)腔室(1)的出鹽管(6)，所述內(nèi)腔室(1)和承壓腔室(2)之間留有空隙，所述承壓腔室(1)上設(shè)置有蒸發(fā)壁水的進(jìn)水管(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其 特征在于，所述承壓腔室(1)上設(shè)置有冷卻水管(8)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其 特征在于，所述冷卻水管(8)設(shè)置在承壓腔室(1)的下部。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其 特征在于，所述蒸發(fā)壁由多孔材料制作而成，所述多孔材料包括多孔燒結(jié)金 屬、多孔耐酸陶瓷、多孔分流板或多層金屬復(fù)合網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機(jī)物處理領(lǐng)域，涉及廢有機(jī)物的超臨界水處理，公開了一種廢有機(jī)物的超臨界水處理用反應(yīng)器。它包括承壓腔室(2)，設(shè)置在承壓腔室(2)內(nèi)的由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室(1)，分別貫穿承壓腔室(2)的頂部并伸入內(nèi)腔室(1)的物料進(jìn)管(4)、溢流管(5)，貫穿承壓腔室(2)底部并伸入內(nèi)腔室(1)的出鹽管(6)，所述內(nèi)腔室(1)和承壓腔室(2)之間留有空隙，所述承壓腔室(1)上設(shè)置有蒸發(fā)壁水的進(jìn)水管(7)。
文檔編號C02F1/04GK101560033SQ20091002235
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者公彥猛, 徐東海, 王樹眾, 昕 胡, 洋 郭, 馬紅和 申請人:西安交通大學(xué)