超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器，包括筒體、與該筒體上端部密封連接的頂蓋，筒體與頂蓋之間的密閉空間為反應(yīng)室，筒體內(nèi)壁、頂蓋下表面設(shè)置有耐蝕內(nèi)襯，頂蓋上設(shè)置有與筒體內(nèi)反應(yīng)室連通的反應(yīng)流體進(jìn)口、反應(yīng)流體出口、壓力表和安全閥接口，并設(shè)置有若干測溫套管伸進(jìn)反應(yīng)室不同高度位置，其中，反應(yīng)流體進(jìn)口通過一個(gè)中心管延伸至反應(yīng)室的中部，反應(yīng)室的上部懸空設(shè)置一個(gè)過濾器，該過濾器與筒體內(nèi)壁之間留有狹小縫隙；過濾器下方設(shè)置有一個(gè)將中心管包圍的錐形罩，筒體底部設(shè)置有與反應(yīng)室下部連通的濃鹽水出口和冷卻水進(jìn)口，筒體外壁設(shè)置有加熱爐。
【專利說明】超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明廢水無害化處理技術(shù)，特別涉及一種高含鹽(無機(jī)鹽質(zhì)量濃度5~10wt%)有機(jī)廢水超臨界水氧化或氣化處理的反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界水氧化技術(shù)(簡稱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。超臨界水(T>374.15°C，P>22.12MPa)相當(dāng)于非極性溶劑，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。氣液相界面的消失，也就消除了相間的傳質(zhì)阻力，反應(yīng)速度不再受氧的傳質(zhì)控制。同時(shí)，高的反應(yīng)溫度也使反應(yīng)速度加快，甚至在幾秒鐘之內(nèi)就可對有機(jī)物達(dá)到極高的破壞率。SCffO反應(yīng)完全、徹底，最終產(chǎn)物為水、N2、CO2和無機(jī)小分子化合物，沒有二次污染的問題，與其它處理技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)越性。SCWO對于處理那些有毒、難降解的有機(jī)廢水具有獨(dú)特的效果，因此，在處理用常規(guī)方法難以處理的有機(jī)物污染物以及在某些場合取代傳統(tǒng)的焚燒法等方面具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]近年來，各國都投入了大量的人力物力對SCWO進(jìn)行研究。目前美國已應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了火箭燃料殘?jiān)?、核廢料、化學(xué)武器殘留物、爆炸物、易揮發(fā)酸、工業(yè)料漿、生理垃圾、市政污泥等污染物的無害化處 理。德國、法國、瑞典、西班牙和日本等國家也在工業(yè)有毒廢液、油渣和城市垃圾的有效處理上取得了重要的成果。美國國家關(guān)鍵技術(shù)所列的六大領(lǐng)域之一“能源與環(huán)境”中就指出 ，最有前途的有機(jī)廢物處理技術(shù)之一是超臨界水氧化技術(shù)。
[0004]此外，超臨界水氣化技術(shù)(簡稱SCWG)是利用超臨界水獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在不加或添加少量氧化劑的條件下，有機(jī)物在超臨界水中發(fā)生水解、熱解、部分氧化等反應(yīng)過程，生成以氫氣為主的可燃性氣態(tài)產(chǎn)品。該技術(shù)具有氣化效率高、氫氣產(chǎn)率高、焦油產(chǎn)率低等優(yōu)勢。因此，SCffO和SCWG具有實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢水無害化處理和資源化利用的技術(shù)潛力。
[0005]高含鹽有機(jī)廢水通常產(chǎn)生于化工、農(nóng)藥和醫(yī)藥等行業(yè)，產(chǎn)生量大、有機(jī)物種類多、成分復(fù)雜、含無機(jī)鹽質(zhì)量濃度甚至可達(dá)10%。這類有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化過程中需要重點(diǎn)解決鹽沉積引起的堵塞問題。在高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化過程中，由于無機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度極低，這些無機(jī)鹽會(huì)析出，有些粘度較大的無機(jī)鹽會(huì)沉積到反應(yīng)器內(nèi)表面上，進(jìn)而引起反應(yīng)器或其出口管路的堵塞，造成反應(yīng)裝置非正常停機(jī)，嚴(yán)重影響了整套裝置運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，制約了超臨界水氧化/氣化技術(shù)的發(fā)展。此外，在超臨界水條件下，高溫高壓的反應(yīng)條件及高濃度溶解氧的反應(yīng)環(huán)境會(huì)加劇反應(yīng)器腐蝕。反應(yīng)器腐蝕不僅會(huì)引起反應(yīng)器安全問題，降低反應(yīng)器使用壽命，而且腐蝕產(chǎn)物也會(huì)影響處理效果。因此，需要有效克服反應(yīng)器的腐蝕問題。鑒于高含鹽有機(jī)廢水有機(jī)物種類繁多和濃度變化較大，超臨界水氧化/氣化反應(yīng)條件相差較大，為了使反應(yīng)器進(jìn)料具有較大的適用范圍，同時(shí)滿足在同一反應(yīng)器上能夠進(jìn)行高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化和氣化處理的功能需求，在進(jìn)行高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化反應(yīng)器開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)就要求能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的反應(yīng)條件。因此，需要開發(fā)一種新型反應(yīng)器去解決上述問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化反應(yīng)器在防鹽沉積引起的堵塞、防腐蝕、同時(shí)滿足氧化和氣化使用要求方面存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化反應(yīng)器。
[0007]為了達(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；
[0008]一種超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器，包括筒體、與該筒體上端部密封連接的頂蓋，筒體與頂蓋之間的密閉空間為反應(yīng)室，其特征在于，所述筒體內(nèi)壁、頂蓋下表面設(shè)置有耐蝕內(nèi)襯，頂蓋上設(shè)置有與筒體內(nèi)反應(yīng)室連通的反應(yīng)流體進(jìn)口、反應(yīng)流體出口、壓力表和安全閥接口，并設(shè)置有若干測溫套管伸進(jìn)反應(yīng)室不同高度位置，其中，反應(yīng)流體進(jìn)口通過一個(gè)中心管延伸至反應(yīng)室的中部，反應(yīng)室的上部懸空設(shè)置一個(gè)過濾器，該過濾器與筒體內(nèi)壁之間留有狹小縫隙；過濾器下方設(shè)置有一個(gè)將中心管包圍的錐形罩，筒體底部設(shè)置有與反應(yīng)室下部連通的濃鹽水出口和冷卻水進(jìn)口，筒體外壁設(shè)置有加熱爐。
[0009]上述方案中，所述過濾器由燒結(jié)金屬、多孔陶瓷或多層金屬網(wǎng)制成；通過一個(gè)與頂蓋下表面懸空連接的支撐架被承載。所述錐形罩通過連接在支撐架上的若干支撐肋被固定。所述加熱爐為電加熱爐，其外周設(shè)置保溫外殼及保溫頂蓋。所述冷卻水進(jìn)口通過一個(gè)貫穿于筒體下部保溫外殼的冷卻水套管密封。其伸入反應(yīng)室底部后有一個(gè)彎頭，朝向反應(yīng)室的中心軸。所述伸進(jìn)反應(yīng)室的測溫套管有兩個(gè)，一個(gè)位于中心管出口處，另一個(gè)位于反應(yīng)室下部。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，反應(yīng)流體在反應(yīng)器中利用慣性和重力分離的方法將析出的無機(jī)鹽沉積到反應(yīng)器底部，然后通過泵入冷卻水形成亞臨界區(qū)使析出的無機(jī)鹽重新溶解，再帶出反應(yīng)器，脫鹽后的反應(yīng)流體逆流向上流動(dòng)，通過錐形罩和過濾器進(jìn)一步脫鹽，然后再從反應(yīng)器頂部反應(yīng)流體出口流出反應(yīng)器，進(jìn)而有效克服鹽沉淀造成的反應(yīng)器及其出口管路的堵塞問題。通過在反應(yīng)器筒體內(nèi)表面設(shè)置防腐蝕內(nèi)襯，有效降低反應(yīng)器的腐蝕速率，保證反應(yīng)器安全可靠的運(yùn)行。此外，通過 在反應(yīng)器筒體外部設(shè)置電加熱爐，可以根據(jù)反應(yīng)器溫度要求進(jìn)行補(bǔ)充熱量，在同一反應(yīng)器上實(shí)現(xiàn)高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理或氣化處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012]圖1是本發(fā)明的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是圖1的A向視圖。
[0014]圖中:1、螺母；2、螺栓；3、墊片；4、反應(yīng)器頂蓋；5、石墨密封墊；6、過濾器支撐架；7、螺母拉桿；8、支撐肋；9、中心管；10、測溫套管；11、電加熱爐；12、反應(yīng)器保溫外殼；13、套管；14、保溫材料；15、銘牌；16、反應(yīng)器筒體；17、耐蝕內(nèi)襯；18、螺釘；19、反應(yīng)器保溫外殼頂蓋；20、測溫套管；21:錐形罩；22:過濾器；23:壓力表和安全閥引管；24、耐蝕內(nèi)襯；25、螺母。N1:反應(yīng)流體進(jìn)口 ；N2、N3:熱電偶接口 ；N4:壓力表和安全閥接口 ；N5:反應(yīng)流體出口 ；N6、濃鹽水出口 ；N7:冷卻水進(jìn)口。
【具體實(shí)施方式】[0015]參照圖1和圖2，高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化反應(yīng)器，包括用于承壓的反應(yīng)器頂蓋4和反應(yīng)器筒體16，用于密封反應(yīng)器頂蓋4和反應(yīng)器筒體16密封連接的的螺母1、螺栓2、墊片3和石墨密封墊4，用于支撐和固定過濾器22的過濾器支撐架6，用于固定過濾器支撐架6的螺母拉桿7，用于支撐錐形罩21的支撐肋8，利用螺母25固定在反應(yīng)器頂蓋4中心位置下部的中心管9，用于溫度測量的測溫套管20 (中心管9出口位置)和10 (反應(yīng)器底部)，用于給反應(yīng)器加熱的電加熱爐11，反應(yīng)器保溫外殼12，反應(yīng)器保溫外殼頂蓋19，用于反應(yīng)器保溫外殼12和反應(yīng)器保溫外殼頂蓋19連接固定的螺釘18，用于密封插入管接口的套管13，用于反應(yīng)器保溫的保溫材料14，反應(yīng)器銘牌15，用于保護(hù)反應(yīng)器防腐蝕的耐蝕內(nèi)襯17，用于無機(jī)鹽分離的錐形罩21，用于無機(jī)鹽脫除的過濾器22，壓力表和安全閥的引管23，反應(yīng)器頂蓋4上一個(gè)反應(yīng)流體進(jìn)口 NI，反應(yīng)器頂蓋4上兩個(gè)熱電偶接口 N2和N3，反應(yīng)器頂蓋4上一個(gè)共用的壓力表和安全閥接口 N4，反應(yīng)器底部一個(gè)濃鹽水出口 N6，反應(yīng)器頂蓋上一個(gè)反應(yīng)流體出口 N5，反應(yīng)器底部一個(gè)冷卻水進(jìn)口 N7。
[0016]其中，當(dāng)進(jìn)行高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化反應(yīng)時(shí)，被預(yù)熱后高含鹽有機(jī)廢水和氧化劑從反應(yīng)器頂蓋上的反應(yīng)流體進(jìn)口 NI流入反應(yīng)器，進(jìn)入中心管9，在中心管9進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，同時(shí)被中心管9外部的高溫反應(yīng)流體加熱。當(dāng)進(jìn)行高含鹽有機(jī)廢水SCWG或是進(jìn)行含有機(jī)濃度較低的高含鹽有機(jī)廢水SCWO時(shí)，啟動(dòng)電加熱爐11用于補(bǔ)充維持反應(yīng)溫度所需的熱量。反應(yīng)流體在中心管9出口處達(dá)到超臨界溫度狀態(tài)，由于無機(jī)鹽在超臨界條件下的溶解度極低，因此會(huì)從反應(yīng)流體中析出，形成細(xì)小的無機(jī)鹽結(jié)晶體，依靠慣性和重力作用會(huì)落入反應(yīng)器底部區(qū)域。在反應(yīng)器底部設(shè)置冷卻水進(jìn)口 N7，通過泵入低溫冷卻水在反應(yīng)器底部形成小的亞臨界區(qū)，無機(jī)鹽落入亞臨界區(qū)會(huì)重新溶解，然后從反應(yīng)器底部的濃鹽水出口 N6流出反應(yīng)器。為了降低冷卻水對反應(yīng)器上部反應(yīng)區(qū)的不利影響，深入反應(yīng)器底部的冷卻水管具有一個(gè)彎頭，朝向反應(yīng)器的中心軸。在反應(yīng)器頂部設(shè)置另一個(gè)反應(yīng)流體出口 N5，通過控制流過反應(yīng)器底部濃鹽水出口 N6和反應(yīng)器頂蓋上反應(yīng)流體出口 N5的流體流量，進(jìn)而控制反應(yīng)器主流體通過反應(yīng)器頂蓋4上的反應(yīng)流體出口 N5流出反應(yīng)器。從反應(yīng)器中心管9出口流出進(jìn)行脫鹽后的反應(yīng)流體逆流向反應(yīng)器上部流動(dòng)，流動(dòng)過程中同時(shí)進(jìn)行超臨界水氧化/氣化反應(yīng)過程。首先進(jìn)入錐形罩21的底部，因錐形罩21提供了一個(gè)大的沉積平面，無機(jī)鹽在錐形罩21底部平面上進(jìn)行沉積，進(jìn)一步進(jìn)行無機(jī)鹽分離，反應(yīng)流體然后通過錐形罩21與耐蝕內(nèi)襯17之間的狹小間隙朝反應(yīng)器上部運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)過程中同時(shí)進(jìn)行著反應(yīng)過程，進(jìn)入過濾器22時(shí)析出的無機(jī)鹽顆粒被進(jìn)一步截留下來，然后通過反應(yīng)器頂蓋4上的反應(yīng)流體出口 N5流出反應(yīng)器。上述提及的過濾器22可以是燒結(jié)金屬、多孔陶瓷、多層金屬網(wǎng)等材料制成，過濾器22通過一個(gè)過濾器支撐6架固定，然后利用四組螺母拉桿7固定承載在反應(yīng)器頂蓋4上。通過上述脫鹽方案能夠?qū)崿F(xiàn)避免高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化過程中的無機(jī)鹽沉積引起的反應(yīng)器及其出口管路的堵塞問題，可以保證反應(yīng)器安全可靠的運(yùn)行。為了降低引入低溫冷卻水對反應(yīng)器承壓筒體16底部材料產(chǎn)生熱應(yīng)力的不利影響，冷卻水水管貫穿反應(yīng)器筒體底部,通過套管13進(jìn)行密封。
[0017]為了降低高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化反應(yīng)器的腐蝕速率，在反應(yīng)器頂蓋4下表面設(shè)置耐蝕內(nèi)襯24，在反應(yīng)器筒體16的內(nèi)表面也設(shè)置耐蝕內(nèi)襯17。耐蝕內(nèi)襯17和24均采用堆焊形式，可以選用耐腐蝕性能好的材料，例如哈氏合金等，從而有效避免承壓壁的腐蝕，有效保護(hù)反應(yīng)器頂蓋4和反應(yīng)器筒體16，反應(yīng)頂蓋4和反應(yīng)器筒體16可以選用普通耐腐蝕材料如奧氏體不銹鋼304、316等，從而有效降低了反應(yīng)器的造價(jià)。此外，通過在反應(yīng)器筒體16外部設(shè)置電加熱爐11，可以根據(jù)反應(yīng)器溫度要求進(jìn)行補(bǔ)充熱量，進(jìn)行含有低濃度有機(jī)物的高含鹽有機(jī)廢水SCWO時(shí)可以補(bǔ)充維持反應(yīng)溫度所需的熱量，在進(jìn)行高含鹽有機(jī)廢水SCWG時(shí)可以用來補(bǔ)充熱量，從而在同一反應(yīng)器上可以實(shí)現(xiàn)高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理或氣化處理。在反應(yīng)器頂蓋4上設(shè)置了兩個(gè)熱電偶接口 N2、N3，可以用來測量和控制反應(yīng)器中心管9出口位置及反應(yīng)器底部亞臨界區(qū)的溫度。在反應(yīng)器頂蓋4上設(shè)置了壓力表和安全閥接口 N4，用于反應(yīng)器的壓力監(jiān)控和安全控制。
[0018]本發(fā)明反應(yīng)器的工作流程如下所述:預(yù)熱后的反應(yīng)流體(SCWO時(shí)為有機(jī)廢水和氧化劑的混合物，SCffG時(shí)僅為有機(jī)廢水)通過反應(yīng)器頂蓋4上反應(yīng)流體進(jìn)口 NI進(jìn)入反應(yīng)器，在中心管9出口達(dá)到超臨界狀態(tài)，析出的無機(jī)鹽依靠慣性和重力落入反應(yīng)器底部，通過向反應(yīng)器底部泵入冷卻水在反應(yīng)器底部形成亞臨界區(qū)，使析出的無機(jī)鹽重新溶解，再以濃鹽水的形式從反應(yīng)器底部的濃鹽水出口 N6流出反應(yīng)器，脫鹽后的反應(yīng)流體逆流向上流動(dòng)，且同時(shí)進(jìn)行著超臨界水氧化/氣化反應(yīng)，依次通過錐形罩21和過濾器22進(jìn)一步脫除無機(jī)鹽顆粒，反應(yīng)后的流體再從反應(yīng)器頂部流體出口 N5流出反應(yīng)器，從而有效克服了高含鹽有機(jī)廢水超臨界水氧化/氣化過程中鹽沉淀造成的反應(yīng)器或出口管路堵塞的問題。通過在反應(yīng)器筒體16外部設(shè)置電加熱爐11，若進(jìn)行超臨界水氧化時(shí)有機(jī)廢水中有機(jī)物的濃度較低或是進(jìn)行超臨界水氣化過程時(shí)，可以根據(jù)反應(yīng)溫度要求進(jìn)行熱量補(bǔ)充，從而可以在同一反應(yīng)器上實(shí)現(xiàn)高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化/氣化處理。通過在反應(yīng)器頂蓋4和反應(yīng)器筒體16內(nèi)表面設(shè)置耐蝕內(nèi)襯24和17，可以有效降低反應(yīng)器的腐蝕速率。此外，通過設(shè)置熱電偶測點(diǎn)監(jiān)控反應(yīng)器中心管9出口和反應(yīng)器底部亞臨界區(qū)的溫度，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的溫控需要。通過設(shè)置壓力表監(jiān)控反應(yīng)器的壓 力，通過設(shè)置安全閥保證反應(yīng)器的安全工作。
【權(quán)利要求】
1.一種超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器，包括筒體、與該筒體上端部密封連接的頂蓋，筒體與頂蓋之間的密閉空間為反應(yīng)室，其特征在于，所述筒體內(nèi)壁、頂蓋下表面設(shè)置有耐蝕內(nèi)襯，頂蓋上設(shè)置有與筒體內(nèi)反應(yīng)室連通的反應(yīng)流體進(jìn)口、反應(yīng)流體出口、壓力表和安全閥接口，并設(shè)置有若干測溫套管伸進(jìn)反應(yīng)室不同高度位置，其中，反應(yīng)流體進(jìn)口通過一個(gè)中心管延伸至反應(yīng)室的中部，反應(yīng)室的上部懸空設(shè)置一個(gè)過濾器，該過濾器與筒體內(nèi)壁之間留有狹小縫隙；過濾器下方設(shè)置有一個(gè)將中心管包圍的錐形罩，筒體底部設(shè)置有與反應(yīng)室下部連通的濃鹽水出口和冷卻水進(jìn)口，筒體外壁設(shè)置有加熱爐。
2.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器，其特征在于，所述過濾器由燒結(jié)金屬、多孔陶瓷或多層金屬網(wǎng)制成；通過一個(gè)與頂蓋下表面懸空連接的支撐架被承載。
3.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器，其特征在于，所述錐形罩通過連接在支撐架上的若干支撐肋被固定。
4.如權(quán)利要求1所述的超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器，其特征在于，所述加熱爐為電加熱爐，其外周設(shè)置保溫外殼及保溫頂蓋。
5.如權(quán)利要求6所述的超臨界水氧化或氣化處理高含鹽有機(jī)廢水的反應(yīng)器，其特征在于，所述冷卻水套管伸入反應(yīng)室底部后有一個(gè)彎頭，朝向反應(yīng)室的中心軸。
【文檔編號】C02F9/04GK103508589SQ201310467265
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】徐東海, 王樹眾, 唐興穎, 張潔, 公彥猛, 郭洋 申請人:西安交通大學(xué)