專利名稱：帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器的制作方法
帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)水處理裝置，特別涉及一種利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)對(duì)難 生化降解有機(jī)廢水進(jìn)行無害化處理的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
超臨界水(Supercritical Water，簡(jiǎn)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。該狀態(tài)下只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近 似于有機(jī)溶劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度。有機(jī)物、氧氣能按任意比例與SCW互溶，從 而使非均相反應(yīng)變?yōu)榫喾磻?yīng)，大大減小了傳質(zhì)、傳熱的阻力。而無機(jī)物特別是鹽類在SCW 中的溶解度極低，容易將其分離出來。有機(jī)廢水的超臨界水處理技術(shù)包括超臨界水氧化技術(shù)(SupercriticalWater Oxidation,簡(jiǎn)稱 SCW0)、超臨界水氣化技術(shù)(Supercritical WaterGasification,簡(jiǎn)稱 SCWG)和超臨界水部分氧化技術(shù)(Supercritical WaterPartial Oxidation，簡(jiǎn)稱 SCWPO)。SCW0是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，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的無害化處理。SCWG是利用水在超臨 界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，在不加氧化劑的條件下，有機(jī)物在超臨界水中發(fā)生水解、熱解 等反應(yīng)，生成以氫氣為主的可燃性體。SCWP0是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)， 在提供部分氧化劑的前提下，使有機(jī)物分解生成以氫氣為主的可燃性氣體。氧化劑的加入 使得原來在氣化中難以分解的物質(zhì)可以分解，提高氣化率，同時(shí)，氧化劑也可以使焦油的產(chǎn) 生得到抑制，減少反應(yīng)器的堵塞現(xiàn)象。雖然超臨界水處理技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但是在反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面仍有若干需 要解決的問題，具體表現(xiàn)在1) SCW0、SCWG及SCWP0反應(yīng)條件苛刻，需要較高的溫度及壓力(溫度大于374. 15、 壓力大于22. 12MPa)。這一方面對(duì)反應(yīng)器的材料提出了較高要求，另一方面又降低了反應(yīng)器 安全運(yùn)行的可靠性?，F(xiàn)階段已有蒸發(fā)壁式反應(yīng)器及水冷壁式反應(yīng)器通過引入一股較冷的 流體將反應(yīng)器的承壓壁及高溫流體隔離，達(dá)到高溫區(qū)域與高壓區(qū)域分離的目的，從而降低 了反應(yīng)器材料的要求、提高了反應(yīng)器安全運(yùn)行的可靠性。但是這兩種反應(yīng)器存在著能量利 用效率低，控制復(fù)雜等缺點(diǎn)。2)超臨界水環(huán)境中，高溫、高壓、溶解氧以及反應(yīng)中產(chǎn)生的某些自由基、離子都會(huì) 加快耐蝕材料的腐蝕速率。已有試驗(yàn)表明不銹鋼、鎳基合金、鈦合金等高級(jí)耐蝕材料在超 臨界水處理系統(tǒng)尤其是SCW0系統(tǒng)中均會(huì)遭受不同程度的腐蝕。材料的腐蝕會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器 使用壽命的下降，造成安全事故。3)超臨界水氧化處理中，氨氮的氧化較為困難。在超臨界水反應(yīng)中使用催化劑，可 以明顯提高包括氨氮在內(nèi)的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，縮短反應(yīng)時(shí)間，降低反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力。目 前封閉反應(yīng)體系內(nèi)的催化劑的裝載、更換比較困難，且存在催化劑的流失及失活等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)超臨界水反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面所需要解決的問題，提供 一種新型的超臨界水處理反應(yīng)器，可以廣泛應(yīng)用于高濃度難生化降解的有機(jī)廢水的無害化 處理和資源化利用。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器，包括一個(gè)筒體及設(shè)置在其中的 催化劑箱，所述筒體上部連接有頂蓋，筒體下部連接有球形封頭，所述筒體內(nèi)側(cè)、球形封頭 內(nèi)側(cè)和頂蓋內(nèi)側(cè)構(gòu)成反應(yīng)器內(nèi)壁，其特征在于，所述反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)有耐高溫隔熱保溫涂料 層，耐高溫隔熱保溫涂料層內(nèi)壁設(shè)有封閉涂料層，封閉涂料層內(nèi)壁設(shè)有犧牲性內(nèi)襯。上述方案中，所述催化劑箱包括催化劑箱筒體，其上端設(shè)有多孔封蓋并用一個(gè)橢 球型封頭密封，下端設(shè)有多孔底蓋，整個(gè)催化劑箱通過多孔底蓋周圍若干個(gè)支腳被支撐在 反應(yīng)器筒體中間，催化劑箱中心穿有一個(gè)中心導(dǎo)管，其上端置于多孔封蓋與橢球型封頭所 形成的空間中，下端穿出球形封頭一直延伸至反應(yīng)器外。所述中心導(dǎo)管上端頂部設(shè)有喇叭 口。所述多孔底蓋中的孔徑大于多孔封蓋中的孔徑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)在于1、反應(yīng)器內(nèi)壁涂刷耐高溫隔熱保溫涂料和封閉涂料，兩種涂層的配合使用，使反 應(yīng)器壁的溫度降低，同時(shí)防止反應(yīng)器器壁的腐蝕、增加反應(yīng)器材料的選擇范圍，最終降低了 反應(yīng)器的制作成本。2、反應(yīng)器為折流罐式結(jié)構(gòu)，能夠有效防止鹽沉積造成的反應(yīng)器堵塞，并且催化劑 箱拆卸方便，催化劑的安裝及更換簡(jiǎn)單。3、本發(fā)明在催化劑箱中加入不同的催化劑及其載體，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物料的超臨界 水處理的多功能性(如SCW0、SCWG及SCWP0)。另外還可以根據(jù)物料的不同，通過調(diào)節(jié)進(jìn)口處 氧化劑(氧化劑為空氣、氧氣或其他等)的含量，進(jìn)而選擇不同的超臨界水處理方式(SCW0、 SCWG 及 SCWP0)。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖1中1為反應(yīng)器球形封頭，2為沉頭螺釘，3為螺母，4為墊片，5為螺栓，6為反 應(yīng)器筒體，7為耐高溫隔熱保溫涂料層，8為封閉涂料層，9為犧牲性內(nèi)襯，10為反應(yīng)器頂蓋， 11為八角墊，12為催化劑箱橢球型封頭，13為喇叭口，14催化劑箱封蓋，15為催化劑，16為 催化劑箱筒體，17為催化劑箱底蓋，18為催化劑箱支腳，19為中心導(dǎo)管。 N1為進(jìn)水口，N2為壓力表接口，N3為安全閥接口，N4為反應(yīng)器頂蓋的熱電偶接口， N5為反應(yīng)器筒體的熱電偶接口，N6為反應(yīng)器底部的熱電偶接口，N7為排鹽口，N8為排水口。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，一種帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器，包括一個(gè)筒體6及 設(shè)置在其中的催化劑箱，所述筒體6上部連接有頂蓋10，筒體下部連接有球形封頭1，筒體 內(nèi)側(cè)、球形封頭內(nèi)側(cè)和頂蓋內(nèi)側(cè)構(gòu)成反應(yīng)器內(nèi)壁，設(shè)有耐高溫隔熱保溫涂料層7，耐高溫隔熱保溫涂料層內(nèi)壁設(shè)有封閉涂料層8，封閉涂料層內(nèi)壁設(shè)有犧牲性內(nèi)襯9。該反應(yīng)器的特點(diǎn)之一是能夠防止反應(yīng)器器壁的腐蝕，具體說明如下1)反應(yīng)器內(nèi)壁(包括頂蓋10、筒體6和球形封頭1)涂刷耐高溫隔熱保溫涂料層 7和封閉涂料層8。耐高溫隔熱保溫涂料由納米空心陶瓷微珠及無機(jī)聚合物制成，涂料的涂 刷厚度為8 12mm，涂刷時(shí)十字交叉涂刷，保證涂刷均勻。為避免耐高溫隔熱保溫涂料層7 長(zhǎng)期接觸超臨界水，造成超臨界水滲透到耐高溫隔熱保溫涂層，影響其隔熱保溫效果，在耐 高溫隔熱保溫涂料層7內(nèi)壁再涂刷兩層封閉涂料層8。封閉涂料由納米金屬顆粒和無機(jī)聚 合物組成。隔熱保溫涂料層和封閉涂料層均可以耐高溫高壓，兩種涂層的配合使用，使反應(yīng) 器壁的溫度降低，阻止了反應(yīng)器器壁的腐蝕，增加反應(yīng)器材料的選擇范圍，最終降低了反應(yīng) 器的制作成本。2)在反應(yīng)器內(nèi)壁的兩種涂層7、8上覆蓋犧牲性內(nèi)襯9。犧牲系內(nèi)襯可以由不銹 鋼、鎳基合金、鈦及鈦合金等材料制成，本發(fā)明中具體由不銹鋼316材料制成。犧牲性內(nèi)襯 9應(yīng)覆蓋整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)壁，避免超臨界流體與反應(yīng)器內(nèi)壁直接接觸造成反應(yīng)器的腐蝕。本 發(fā)明的犧牲性內(nèi)襯9可以進(jìn)一步降低反應(yīng)器內(nèi)部的腐蝕問題，同時(shí)節(jié)省了反應(yīng)器的制造成 本。為防止反應(yīng)器內(nèi)壁發(fā)生腐蝕造成的安全問題，需要定期更換內(nèi)襯。而在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，無 機(jī)鹽不可避免地沉積于反應(yīng)器的內(nèi)襯上，定期更換內(nèi)襯也可有效防止鹽沉積造成的反應(yīng)器 堵塞。該反應(yīng)器的特點(diǎn)之二是能夠防止鹽沉積造成的反應(yīng)器堵塞，具體說明如下1)結(jié)構(gòu)為折流罐式反應(yīng)器，克服了管式反應(yīng)器由鹽沉積造成的堵塞的缺點(diǎn)。反應(yīng) 器內(nèi)部布置催化劑箱。催化劑箱的箱體16由不銹鋼316材料制成，催化劑箱和催化劑15的 全部重量由8個(gè)支腳18支撐，通過沉頭螺釘2固定在反應(yīng)器底部的法蘭盤上。催化劑箱的 底蓋17及封蓋14均為多孔板，且底蓋14小孔的孔徑大于封蓋17小孔的孔徑，這樣即可以 使反應(yīng)流體能順利穿透催化劑床層，又能防止催化劑隨流體的流動(dòng)發(fā)生流失。催化劑箱的 頂部由橢球型封頭12密封，橢球型封頭12與催化劑箱體16之間用螺紋連接(圖中未畫)。 中心導(dǎo)管19穿透整個(gè)催化劑箱及催化劑床層，下端穿出球形封頭1 一直延伸至反應(yīng)器外。 中心導(dǎo)管19頂端有喇叭口 13，喇叭口 13與中心導(dǎo)管19之間用螺紋連接(圖中未畫)，喇 叭口 13的作用是固定催化劑箱封蓋17和收集反應(yīng)后流體。物料進(jìn)入反應(yīng)器前就已經(jīng)被加熱至超臨界狀態(tài)，通過帶入的熱量和物料的反應(yīng)熱 可將反應(yīng)器內(nèi)流體控制在超臨界條件，此時(shí)的物料中的無機(jī)鹽在反應(yīng)器中析出。經(jīng)過重力 沉降及離心作用，無機(jī)鹽與超臨界流體分離。除鹽后的流體自下而上第一次折流進(jìn)入催化 劑箱，在催化劑床層發(fā)生催化超臨界水反應(yīng)，而后經(jīng)過中心導(dǎo)管19頂端的喇叭口 13第二次 折流流出反應(yīng)器；無機(jī)鹽則落入反應(yīng)器球形封頭1里，而后經(jīng)排鹽口 N7間歇式的排出反應(yīng) 器。其中，中心導(dǎo)管19被套于排鹽口 N7中，排鹽口 N7末段彎折，中心導(dǎo)管19出口穿出排 鹽口 N7彎折段。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新有利于防止鹽沉積造成的反應(yīng)器堵塞，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了先 脫鹽后催化劑反應(yīng)的目的，降低了催化劑的失活速率。該反應(yīng)器的特點(diǎn)之三是能夠?qū)崿F(xiàn)超臨界水處理的多功能性，具體說明如下1)催化劑箱拆卸方便。拆卸時(shí)，首先打開催化劑箱的橢球型封頭12，其次取掉中 心導(dǎo)管19的喇叭口 13，最后擰掉催化劑箱支腳18與反應(yīng)器底部法蘭盤的沉頭螺釘2，這時(shí) 催化劑箱能夠從中心導(dǎo)管19的上部取出，可以根據(jù)反應(yīng)需要進(jìn)行催化劑的更換。
2)催化劑的安裝及更換簡(jiǎn)單通過在催化劑箱中加入不同的催化劑及其載體，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物料的超臨界水處 理的多功能性(如SCW0、SCWG及SCWP0)，實(shí)現(xiàn)高濃度難生化降解的有機(jī)廢水的無害化處理 和資源化利用過程的靈活選擇。根據(jù)物料的不同，通過調(diào)節(jié)進(jìn)口處氧化劑(氧化劑為空氣、 氧氣或其他等)的含量，進(jìn)而選擇不同的超臨界水處理方式(SCW0、SCWG及SCWP0)，實(shí)現(xiàn)高 濃度難生化降解的有機(jī)廢水的無害化處理和資源化利用過程的目的。
權(quán)利要求
一種帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器，包括一個(gè)筒體及設(shè)置在其中的催化劑箱，所述筒體上部連接有頂蓋，筒體下部連接有球形封頭，所述筒體內(nèi)側(cè)、球形封頭內(nèi)側(cè)和頂蓋內(nèi)側(cè)構(gòu)成反應(yīng)器內(nèi)壁，其特征在于，所述反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)有耐高溫隔熱保溫涂料層，耐高溫隔熱保溫涂料層內(nèi)壁設(shè)有封閉涂料層，封閉涂料層內(nèi)壁設(shè)有犧牲性內(nèi)襯。
2.如權(quán)利要求1所述的帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器，其特征在于，所 述催化劑箱包括催化劑箱筒體，其上端設(shè)有多孔封蓋并用一個(gè)橢球型封頭密封，下端設(shè)有 多孔底蓋，整個(gè)催化劑箱通過多孔底蓋周圍若干個(gè)支腳被支撐在反應(yīng)器筒體中間，催化劑 箱中心穿有一個(gè)中心導(dǎo)管，其上端置于多孔封蓋與橢球型封頭所形成的空間中，下端穿出 球形封頭一直延伸至反應(yīng)器外。
3.如權(quán)利要求1所述的帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器，其特征在于，所 述中心導(dǎo)管上端頂部設(shè)有喇叭口。
4.如權(quán)利要求3所述的帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器，其特征在于，所 述多孔底蓋中的孔徑大于多孔封蓋中的孔徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶犧牲內(nèi)襯的折流罐式超臨界水處理反應(yīng)器，包括一個(gè)筒體及設(shè)置在其中的催化劑箱，所述筒體上部連接有頂蓋，筒體下部連接有球形封頭，所述筒體內(nèi)側(cè)、球形封頭內(nèi)側(cè)和頂蓋內(nèi)側(cè)構(gòu)成反應(yīng)器內(nèi)壁，其特征在于，所述反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)有耐高溫隔熱保溫涂料層，耐高溫隔熱保溫涂料層內(nèi)壁設(shè)有封閉涂料層，封閉涂料層內(nèi)壁設(shè)有犧牲性內(nèi)襯。該反應(yīng)器內(nèi)壁兩種涂層的配合使用，使反應(yīng)器壁的溫度降低，同時(shí)防止反應(yīng)器器壁的腐蝕。該反應(yīng)器為折流罐式結(jié)構(gòu)，能夠有效防止鹽沉積造成的反應(yīng)器堵塞，并且催化劑箱拆卸方便，催化劑的安裝及更換簡(jiǎn)單。廣泛應(yīng)用于高濃度難生化降解的有機(jī)廢水進(jìn)行無害化處理和資源化利用過程。
文檔編號(hào)C02F1/72GK101973621SQ20101050981
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者公彥猛, 周璐, 張潔, 徐東海, 王樹眾, 馬紅和 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)