多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，主要由筒體、上端蓋、下端蓋、燒嘴及蒸發(fā)壁構(gòu)成，筒體與上端蓋、下端蓋分別固定安裝，在筒體內(nèi)安裝蒸發(fā)壁，下端蓋制有反應(yīng)物出口，其特征在于：所述燒嘴為多層燒嘴，該多層燒嘴由一個(gè)安裝于端蓋中心的中心燒嘴及至少一個(gè)位于第一燒嘴下部的下層燒嘴構(gòu)成，中心燒嘴與下層燒嘴之間有環(huán)狀狹隙，中心燒嘴制有燃料與氧氣混合物入口，下層燒嘴制有與所述環(huán)狀狹隙連通的污水與氧氣混合物入口。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，有效克服預(yù)熱器、反應(yīng)器、管路堵塞及腐蝕，減少蒸發(fā)壁用純凈水量，并能使反應(yīng)器體積減小，降低貴重合金用量的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器。
【專利說明】多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保【技術(shù)領(lǐng)域】的超臨界水氧化反應(yīng)器，特別是一種多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，含有有機(jī)化合物水樣的工業(yè)化處理采用的主要方法為氧化法、吸附過濾法、焚燒法等。其中氧化法、吸附過濾法處理后的水樣中還是會(huì)殘余有機(jī)物，而焚燒法的處理成本較高，并且會(huì)產(chǎn)生二噁英等物質(zhì)，需要后續(xù)處理。
[0003]超臨界水氧化(SCWO)技術(shù)最早是在20世紀(jì)80年代中期由美國學(xué)者M(jìn)odell提出的一項(xiàng)能完全地、徹底地將有機(jī)物結(jié)構(gòu)破壞的深度氧化技術(shù)。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”中指出，最有前途的廢物處理技術(shù)是SCWO法。
[0004]超臨界水(SCW)是指溫度超過374.15°C，壓力超過22.12Mpa的特殊狀態(tài)的水，該條件下水的介電系數(shù)大大降低，氧氣和多種有機(jī)物質(zhì)在水體系中形成均一相，消除傳質(zhì)阻力，使本來發(fā)生在液相、固相、氣相之間的多相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為在SCW中的均相氧化反應(yīng)，反應(yīng)速率更快，停留時(shí)間更短。而且大多不需使用催化劑，氧化效率很高，大部分有機(jī)物的去除率可達(dá)99%以上。另外，無機(jī)組分與鹽類在SCW中溶解度很低，幾乎可以完全沉淀析出，使反應(yīng)過程中鹽的分離變得容易。當(dāng)有機(jī)物濃度在lwt%?2wt%時(shí)，就可依靠反應(yīng)過程中自身的氧化放熱來維持反應(yīng)所需的溫度，不需要外界供熱，多余的熱能可以回收。由于反應(yīng)在封閉的環(huán)境下進(jìn)行，符合全封閉處理的要求。反應(yīng)溫度遠(yuǎn)低于焚燒，且無二次污染物的產(chǎn)生。
[0005]但是由于超臨界水氧化反應(yīng)的苛刻的條件374.15°C, 22.12Mpa，很多工藝難以保持平穩(wěn)的運(yùn)行，很多工藝中對廢水和氧化劑流體進(jìn)行預(yù)熱到超臨界條件進(jìn)入反應(yīng)器，這樣在預(yù)熱階段出現(xiàn)的鹽類沉淀以及熱解、裂解等反應(yīng)帶來的脫炭、焦化等引起的管路堵塞問題，反應(yīng)器高溫高壓時(shí)材料選材問題，反應(yīng)器蒸發(fā)壁需用純凈水量比較大的問題，反應(yīng)后下層蒸發(fā)壁易堵問題，反應(yīng)后產(chǎn)物對容器的腐蝕等問題大大制約了該技術(shù)的發(fā)展。
[0006]中國發(fā)明專利201110121463.X中公開了一種利用輔助燃料補(bǔ)給熱量的超臨界水氧化反應(yīng)器，其主要由釜體、端蓋及多孔蒸發(fā)壁構(gòu)成，在端蓋上安裝有燃料芯管，并制有熱空氣入口，釜體底部制有鹽排出口，其利用輔助燃料補(bǔ)給反應(yīng)所需熱量，解決超臨界水反應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型問題。此種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器存在如下不足:1、其在端蓋中心處制有一個(gè)燃料入口及一個(gè)氧氣入口，存在輔助燃料需要量大，高溫區(qū)集中的問題，且處理量小，難以工業(yè)放大；
2、蒸發(fā)壁由于處于超臨界狀態(tài)，上層蒸發(fā)壁鹽掛壁現(xiàn)象嚴(yán)重，需要大量純凈水進(jìn)行沖刷，極易產(chǎn)生鹽析出及掛壁現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效克服預(yù)熱器、反應(yīng)器、管路堵塞及腐蝕，減少蒸發(fā)壁用純凈水量，并能使反應(yīng)器體積減小，降低貴重合金用量的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器。
[0008]本發(fā)明決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，主要由筒體、上端蓋、下端蓋、燒嘴及蒸發(fā)壁構(gòu)成，筒體與上端蓋、下端蓋分別固定安裝，在筒體內(nèi)安裝蒸發(fā)壁，下端蓋制有反應(yīng)物出口，其特征在于:所述燒嘴為多層燒嘴，該多層燒嘴由一個(gè)安裝于端蓋中心的中心燒嘴及至少一個(gè)位于第一燒嘴下部的下層燒嘴構(gòu)成，中心燒嘴與下層燒嘴之間有環(huán)狀狹隙，中心燒嘴制有燃料與氧氣混合物入口，下層燒嘴制有與所述環(huán)狀狹隙連通的污水與氧氣混合物入口。
[0010]而且，所述的下層燒嘴由2-5層下層燒嘴構(gòu)成，各下層燒嘴之間均有環(huán)狀狹隙，各下層燒嘴上均制有與環(huán)狀狹隙連通的污水與氧氣混合物入口。
[0011]而且，所述的蒸發(fā)壁的外壁與筒體的內(nèi)壁之間形成狹隙，該狹隙由從上至下分隔開的多個(gè)狹隙構(gòu)成，該多個(gè)狹隙至少包括一個(gè)高溫蒸發(fā)壁狹隙，一個(gè)中溫蒸發(fā)壁狹隙及一個(gè)低溫蒸發(fā)壁狹隙，在筒體上制有分別與所述高溫蒸發(fā)壁狹隙，中溫蒸發(fā)壁狹隙及低溫蒸發(fā)壁狹隙連通的高溫蒸發(fā)壁水入口、中溫蒸發(fā)壁水入口及低溫蒸發(fā)壁水入口。
[0012]而且，所述的筒體上插裝有多個(gè)與蒸發(fā)壁內(nèi)多個(gè)狹隙逐個(gè)對應(yīng)連通的溫度計(jì)。
[0013]而且，所述的下端蓋制有大倒角的錐形導(dǎo)流底面，該錐形導(dǎo)流底面的底端制有所述反應(yīng)物出口。
[0014]而且，所述的筒體與上端蓋、下端蓋均采用耐高溫緊固螺母固裝，并在該耐高溫緊固螺母上套裝有耐高溫套筒。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:
[0016]1、本發(fā)明的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，設(shè)置多層燒嘴，最內(nèi)的中心燒嘴為燃料燒嘴，通入加熱的燃料進(jìn)行加熱，并在超臨界水中氧化，放出的熱量將加熱第二層下層燒嘴噴出的污水，將污水直接加熱到超臨界狀態(tài)，使之在超臨界水中氧化，放出的熱量將加熱第三層下層燒嘴噴出的污水，以此類推，上一層燒嘴噴出的污水氧化產(chǎn)生的熱量，直接加熱下一層噴嘴的污水，使之達(dá)到超臨界狀態(tài)，以支持整體反應(yīng)器的氧化反應(yīng)。如此，污水預(yù)熱器直接被燒嘴取代，能解決污水預(yù)熱器因?yàn)榧訜釡囟冗^高而造成的脫碳焦化現(xiàn)象，因?yàn)槭侵苯訐Q熱，換熱效率要遠(yuǎn)大于預(yù)熱器，并且因?yàn)槭嵌鄬訃姛?，可以根?jù)單層的流體流量來控制最終火焰的形狀，能有效的減少高溫區(qū)的范圍，極大的減小反應(yīng)器的外形尺寸，降低耐高溫耐高壓合金的用量，可以根據(jù)需要做多層燒嘴，本實(shí)施例中為四層，每一層狹縫的流通面積是成幾何級(jí)數(shù)增長的，故能很輕松的實(shí)現(xiàn)污水處理量的放大。
[0017]2、本發(fā)明的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，蒸發(fā)壁的外壁與筒體的內(nèi)壁之間形成狹隙，該狹隙由從上至下分隔開的多個(gè)狹隙構(gòu)成，可以將上層的蒸發(fā)壁純凈水的流量加大，而減少下層的蒸發(fā)壁純凈水的流量，這樣既可以防止上層的蒸發(fā)壁因?yàn)樘幱诔R界狀態(tài)鹽析出的掛壁現(xiàn)象，也能使得下層的純凈水用量減少很多，解決了以前反應(yīng)器要么純凈水用量大，要么上層蒸發(fā)壁的鹽掛壁現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。
[0018]3、本發(fā)明的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，反應(yīng)器下端蓋制有大倒角的錐形導(dǎo)流底面，該錐形導(dǎo)流底面的底端制有所述反應(yīng)物出口，這樣可以最大限度的減少反應(yīng)后產(chǎn)物對最下層蒸發(fā)壁的沖刷，能有效的防止蒸發(fā)壁的堵塞，并且減少亞臨界水對下層蒸發(fā)壁的腐蝕。
[0019]4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，有效克服預(yù)熱器、反應(yīng)器、管路堵塞及腐蝕，減少蒸發(fā)壁用純凈水量，并能使反應(yīng)器體積減小，降低貴重合金用量的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，可以廣泛應(yīng)用于對高濃度、含鹽、難生化降解的有機(jī)廢水/市政污泥/人體排泄物等有機(jī)廢物進(jìn)行的無害化處理和資源化回收利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記說明:
[0022]1-耐高溫緊固螺母、2-耐高溫套筒、3-下端蓋、4-筒體、5-低溫蒸發(fā)壁水入口、6-中溫蒸發(fā)壁水入口、7-高溫蒸發(fā)壁水入口、8_狹隙、9-污水與氧氣混合物入口、10-上端蓋、11-燃料與氧氣混合物入口、12-中心燒嘴、13-第一下層燒嘴、14-第二下層燒嘴、15-第三下層燒嘴、16-蒸發(fā)壁、17-溫度計(jì)、18-反應(yīng)物出口。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]一種多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，主要由筒體4、上端蓋10、下端蓋
3、燒嘴及蒸發(fā)壁16構(gòu)成，筒體與上端蓋、下端蓋分別固定安裝，在筒體內(nèi)安裝蒸發(fā)壁，下端蓋制有反應(yīng)物出口 18。
[0025]本反應(yīng)器的創(chuàng)新之處在于:燒嘴為多層燒嘴，該多層燒嘴由一個(gè)安裝于端蓋中心的中心燒嘴12及位于第一燒嘴下部的第一下層燒嘴13、第二下層燒嘴14及第三下層燒嘴15構(gòu)成，各下層燒嘴為筒形，并采用逐個(gè)套裝的方式固裝在端蓋與筒體之間。中心燒嘴與第一下層燒嘴之間有環(huán)狀狹隙，第一下層燒嘴與第二下層燒嘴之間及第二下層燒嘴與第三下層燒嘴之間均有環(huán)狀狹隙。中心燒嘴制有燃料與氧氣混合物入口 11，各下層燒嘴均制有與所述環(huán)狀狹隙連通的污水與氧氣混合物入口 9。各下層燒嘴采用填料式安裝方式固裝于上端蓋與筒體之間，方便更換。
[0026]蒸發(fā)壁的外壁與筒體的內(nèi)壁之間形成狹隙8，該狹隙由從上至下分隔開的五個(gè)狹隙構(gòu)成，該五個(gè)狹隙包括兩個(gè)高溫蒸發(fā)壁狹隙，兩個(gè)中溫蒸發(fā)壁狹隙及一個(gè)低溫蒸發(fā)壁狹隙，在筒體上制有分別與所述高溫蒸發(fā)壁狹隙，中溫蒸發(fā)壁狹隙及低溫蒸發(fā)壁狹隙連通的高溫蒸發(fā)壁水入口 7、中溫蒸發(fā)壁水入口 6及低溫蒸發(fā)壁水入口 5。筒體上插裝有多個(gè)與蒸發(fā)壁內(nèi)多個(gè)狹隙逐個(gè)對應(yīng)連通的溫度計(jì)17。
[0027]下端蓋制有大倒角的錐形導(dǎo)流底面，該錐形導(dǎo)流底面的底端制有所述反應(yīng)物出口。筒體與上端蓋、下端蓋均采用耐高溫緊固螺母I固裝，并在該耐高溫緊固螺母上套裝有耐高溫套筒2，耐高溫套筒能夠在高溫下保證螺母的鎖緊。
[0028]本反應(yīng)器的工作原理為:
[0029]本反應(yīng)器設(shè)置多層燒嘴，最內(nèi)的中心燒嘴為燃料燒嘴，通入預(yù)熱的燃料及進(jìn)行加熱并在超臨界水中氧化，放出的熱量將加熱第一下層燒嘴噴出的污水，將污水直接加熱到超臨界狀態(tài)，使之在超臨界水中氧化，放出的熱量將加熱下一層燒嘴噴出的污水，以此類推，上一層燒嘴噴出的污水氧化產(chǎn)生的熱量，直接加熱下一層噴嘴的污水，使之達(dá)到超臨界狀態(tài)，以支持整體反應(yīng)器的氧化反應(yīng)。中心燒嘴可以從上蓋抽出，方便更換。各下層燒嘴采用填料式安裝方式固裝于上端蓋與筒體之間，方便更換。
[0030]在筒體內(nèi)設(shè)置多孔材料制作的蒸發(fā)壁，筒體與蒸發(fā)壁之間形成五個(gè)密封的狹隙空間，密封狹隙空間內(nèi)為亞臨界水，亞臨界水在壓差的作用下，流入蒸發(fā)壁內(nèi)表面，在其上形成一層厚度均勻的水膜，溶解了在超臨界反應(yīng)過程中產(chǎn)生的無機(jī)鹽，阻止了無機(jī)鹽在內(nèi)壁上的結(jié)垢，同時(shí)防止了腐蝕性物質(zhì)與內(nèi)筒壁接觸從而造成的腐蝕。脫鹽后的反應(yīng)流體從底部流出，提高了裝置的安全性，蒸發(fā)壁的使用降低了對反應(yīng)釜筒體材料的選擇難度。
[0031]該反應(yīng)器下端蓋出口處設(shè)計(jì)成大倒角的錐形導(dǎo)流底面結(jié)構(gòu)，這樣可以最大限度的減少反應(yīng)后產(chǎn)物對最下層蒸發(fā)壁的沖刷，能有效的防止蒸發(fā)壁的堵塞，并且減少亞臨界水對下層蒸發(fā)壁的腐蝕。
[0032]盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，主要由筒體、上端蓋、下端蓋、燒嘴及蒸發(fā)壁構(gòu)成，筒體與上端蓋、下端蓋分別固定安裝，在筒體內(nèi)安裝蒸發(fā)壁，下端蓋制有反應(yīng)物出口，其特征在于:所述燒嘴為多層燒嘴，該多層燒嘴由一個(gè)安裝于端蓋中心的中心燒嘴及至少一個(gè)位于第一燒嘴下部的下層燒嘴構(gòu)成，中心燒嘴與下層燒嘴之間有環(huán)狀狹隙，中心燒嘴制有燃料與氧氣混合物入口，下層燒嘴制有與所述環(huán)狀狹隙連通的污水與氧氣混合物入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于:所述的下層燒嘴由2-5層下層燒嘴構(gòu)成，各下層燒嘴之間均有環(huán)狀狹隙，各下層燒嘴上均制有與環(huán)狀狹隙連通的污水與氧氣混合物入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于:所述的蒸發(fā)壁的外壁與筒體的內(nèi)壁之間形成狹隙，該狹隙由從上至下分隔開的多個(gè)狹隙構(gòu)成，該多個(gè)狹隙至少包括一個(gè)高溫蒸發(fā)壁狹隙，一個(gè)中溫蒸發(fā)壁狹隙及一個(gè)低溫蒸發(fā)壁狹隙，在筒體上制有分別與所述高溫蒸發(fā)壁狹隙，中溫蒸發(fā)壁狹隙及低溫蒸發(fā)壁狹隙連通的高溫蒸發(fā)壁水入口、中溫蒸發(fā)壁水入口及低溫蒸發(fā)壁水入口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于:所述的筒體上插裝有多個(gè)與蒸發(fā)壁內(nèi)多個(gè)狹隙逐個(gè)對應(yīng)連通的溫度計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于:所述的下端蓋制有大倒角的錐形導(dǎo)流底面，該錐形導(dǎo)流底面的底端制有所述反應(yīng)物出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層噴燒的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器，其特征在于:所述的筒體與上端蓋、下端蓋均采用耐高溫緊固螺母固裝，并在該耐高溫緊固螺母上套裝有耐高溫套筒。
【文檔編號(hào)】C02F1/72GK104445572SQ201410734458
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】王冰, 高超, 劉志立 申請人:內(nèi)蒙古天一環(huán)境技術(shù)有限公司