專利名稱：廢有機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)明涉及一種廢有機物的超臨界水處理裝置，特別涉及一種廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(T = 374. 15P = 22. 12MPa)的特殊狀態(tài)下的水。與液態(tài)水相比，該狀態(tài)下只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近似于極性有機溶劑，具有高的擴散系數(shù)和低的粘度，傳遞性能好。在足夠高的壓力下，超臨界水能按任意比與有機物、氧氣互溶，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。而無機物特別是鹽類在超臨界水中溶解度極低(通常小于100mg/L)，容易被分離出來。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)來徹底分解有機物。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，最有前途的廢物處理技術(shù)是超臨界水氧化技術(shù)。SCWO反應(yīng)完全、徹底，最終產(chǎn)物為水、N2, CO2、無機鹽等小分子化合物，且符合全封閉的要求，產(chǎn)物清潔，不需要作進一步的處理。另外，無機鹽在超臨界水中的溶解度特別低，可以很容易地從中分離出來，處理后的廢水可以回收利用。此外，超臨界水部分氧化氣化技術(shù) (簡稱SWP0)是利用超臨界水獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在不加或添加少量氧化劑的條件下，有機物在超臨界水中發(fā)生水解、氧化、熱解等反應(yīng)過程，生成以氫氣為主的可燃性氣態(tài)產(chǎn)品。 因此，利用超臨界水處理技術(shù)(SCW0和SWP0)具有實現(xiàn)廢有機物無害化處理和資源化利用的技術(shù)潛力。超臨界水處理技術(shù)中還存在需要解決的幾方面問題。首先，在超臨界條件下，高溫高壓的反應(yīng)條件及高濃度溶解氧的反應(yīng)環(huán)境中產(chǎn)生的活性自由基和強酸或某些鹽類物質(zhì)都會加劇反應(yīng)器腐蝕。反應(yīng)器腐蝕不僅引起了反應(yīng)器安全問題，降低了反應(yīng)器壽命，而且腐蝕產(chǎn)物會影響處理效果。因此，有效解決反應(yīng)器腐蝕問題成為這一領(lǐng)域需要解決的技術(shù)難題?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)任何一種材料都不能承受各種不同反應(yīng)條件下的腐蝕，解決反應(yīng)器腐蝕方法主要是采用特殊形式的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，包括采用逆流釜式反應(yīng)器、蒸發(fā)壁式反應(yīng)器等。目前，還沒有一種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)被證明是非常理想地解決了反應(yīng)器腐蝕問題。其次，在廢有機物超臨界水處理過程中，往往在進料中加入堿去中和反應(yīng)過程中產(chǎn)生的酸以便降低反應(yīng)器的腐蝕速率，但這同時也會導(dǎo)致無機鹽的生成，由于超臨界條件下無機鹽的溶解度極低，有些鹽的粘度較大，會沉積到反應(yīng)器內(nèi)表面上，進而引起反應(yīng)器堵塞，造成反應(yīng)裝置非正常停機，嚴重影響了整套超臨界水處理裝置運行的可靠性和經(jīng)濟性，制約了超臨界水處理技術(shù)的發(fā)展。再次，廢有機物超臨界水處理過程中采用催化劑可以加快反應(yīng)速率，減少反應(yīng)時間，降低反應(yīng)溫度，優(yōu)化反應(yīng)路徑，有助于降低因反應(yīng)條件苛刻造成的操作成本過高和反應(yīng)器腐蝕問題。所使用的催化劑分為均相催化劑和非均相催化劑，均相催化劑存在的主要問題是反應(yīng)后難以進行經(jīng)濟、高效的回收，會造成二次污染。因此，采用非均相催化劑是催化超臨界水處理技術(shù)的發(fā)展方向。然而，由于鹽在超臨界水條件下會析出沉積到催化劑床層上，容易造成催化劑污染失活，且高溫、高壓的反應(yīng)器操作條件，造成更換催化劑及其載體困難。鑒于上述因素制約了廢有機物超臨界水處理技術(shù)的發(fā)展，因此一些新型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)還在不斷地開發(fā)之中。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的超臨界水處理反應(yīng)器在防腐蝕、防鹽沉積引起的堵塞、降低催化劑失活速率方面存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，通過將承壓壁和耐腐蝕壁分開，有效降低反應(yīng)器的腐蝕速率；反應(yīng)流體在反應(yīng)器中利用離心分離的方法將析出的無機鹽去除，有效克服鹽沉淀造成的反應(yīng)器堵塞問題；在催化反應(yīng)前進行脫鹽處理，有效了降低催化劑的失活速率，且反應(yīng)器結(jié)構(gòu)方便進行固體催化劑及其載體的更換。為了達到上述目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的；一種廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，包括密封連接在底座上的承壓壁，承壓壁內(nèi)部設(shè)置有固定在底座上的耐腐蝕壁，所述承壓壁與耐腐蝕壁之間形成用于通入冷卻水的夾層；耐腐蝕壁內(nèi)部設(shè)置帶電加熱絲的絕緣導(dǎo)熱壁，耐腐蝕壁和絕緣導(dǎo)熱壁之間形成的環(huán)形腔體內(nèi)設(shè)置有一個用于裝載固體催化劑及其載體的環(huán)形催化劑箱；絕緣導(dǎo)熱壁內(nèi)部設(shè)置有一個水力旋流器，水力旋流器底部管道貫穿反應(yīng)器底座的中心形成濃鹽水出口，頂部管道貫穿絕緣導(dǎo)熱壁上端面伸至絕緣導(dǎo)熱壁與耐腐蝕壁之間環(huán)形腔體的上部形成溢流口 ；底座上設(shè)置有流體入口伸進絕緣導(dǎo)熱壁和水力旋流器之間的環(huán)形腔體，位于水力旋流器上部徑向切線方向上設(shè)置了水力旋流器入口 ；絕緣導(dǎo)熱壁和耐腐蝕壁之間的底座上設(shè)置有流體出口 ；承壓壁和耐腐蝕壁之間的反應(yīng)器底座上設(shè)置有冷卻水入口 ；反應(yīng)器承壓壁頂部設(shè)置有冷卻水出口。上述方案中，所述的絕緣導(dǎo)熱壁下部外周設(shè)置有支撐環(huán)，將催化劑箱支撐固定。在反應(yīng)器承壓壁上部設(shè)置有壓力表，在絕緣導(dǎo)熱壁和耐腐蝕壁之間的底座上設(shè)置有安全閥接口。在承壓壁外側(cè)設(shè)置有上下兩個熱電偶用來測量承壓壁上部和下部的溫度。通過承壓壁外側(cè)設(shè)置上下兩個熱電偶伸至耐腐蝕壁外側(cè)用來測量耐腐蝕壁上部和下部的溫度。在反應(yīng)器底座上設(shè)置有一個熱電偶用來測量反應(yīng)器出口流體的溫度。在反應(yīng)器底座上設(shè)置有一個接線口與絕緣導(dǎo)熱壁中的電加熱絲連接。本發(fā)明的優(yōu)點是，承壓壁和耐腐蝕壁分開可以有效地克服反應(yīng)器腐蝕問題，即遭受腐蝕的耐腐蝕壁不承擔壓力，可以選用耐腐蝕性能好的材料，并且方便更換。通過向承壓壁與耐腐蝕壁之間的夾層通入潔凈的冷卻水，可以降低承壓壁的設(shè)計溫度，有效避免承壓壁的腐蝕，承壓壁可以選用普通耐腐蝕材料，從而有效降低了承壓壁的造價。通過引入潔凈的冷卻水可以降低耐腐蝕壁的溫度，使耐腐蝕壁的內(nèi)表面一層水膜處于亞臨界溫度狀態(tài)， 在超臨界條件下析出的無機鹽接觸到耐腐蝕壁的內(nèi)表面水膜時會再次溶解，從而避免了無機鹽沉積到耐腐蝕壁的內(nèi)表面上，因此有效避免了反應(yīng)器的堵塞。耐腐蝕壁內(nèi)部設(shè)置了環(huán)形絕緣導(dǎo)熱壁，內(nèi)部布置了加熱絲，當進行廢有機物SWPO和低濃度廢有機物SCWO時，反應(yīng)不能夠?qū)崿F(xiàn)自熱，可以通過啟動電加熱利用絕緣導(dǎo)熱壁對進料和反應(yīng)流體進行補熱。加熱
4部件位于反應(yīng)器內(nèi)部絕緣導(dǎo)熱壁中，加熱效率高，熱量損失少，避免了反應(yīng)器前設(shè)置單獨的預(yù)熱器，反應(yīng)器集成性強。在耐腐蝕壁和絕緣導(dǎo)熱壁之間形成的環(huán)形腔體內(nèi)布置了一個環(huán)形的催化劑箱，可以用來裝載固體催化劑及其載體，且通過打開反應(yīng)器能夠方便更換催化劑及其載體。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A向剖視圖。圖3是圖1的B-B向剖視圖。圖1至圖3中1、底座；2、螺栓組件；3、熱電偶；4、承壓壁；5、催化劑箱；6、水力旋流器；7、絕緣導(dǎo)熱壁；8、吊環(huán)；9、電加熱絲；10、固體催化劑及其載體；11、耐腐蝕壁；12、 支撐環(huán)；13、螺釘；14、八角墊。附潔凈冷卻水出口 ；N2a、N2b 壓力表和安全閥接口 ；N3a、 N3b、N3c、N3d、N3e 熱電偶接口 ；Ma、N4b 潔凈冷卻水入口 ；N5a、N5b 反應(yīng)器流體出口 ； N6 反應(yīng)器流體入口 ；N7 濃鹽水出口 ；N8 接線口 ；N9 水力旋流器入口 ；NlO 水力旋流器溢流口。
具體實施例方式參照圖1、圖2和圖3，廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，包括通過螺栓組件2連接(八角墊14密封)在底座1上的承壓壁4、內(nèi)部帶有電加熱絲9的絕緣導(dǎo)熱壁7、通過螺釘13固定在底座上1的耐腐蝕壁11、用于鹽分離的水力旋流器6、用于裝載催化劑的催化劑箱5、絕緣導(dǎo)熱壁7上用于支撐所述催化劑箱5的支撐環(huán)12、承壓壁和底座上用于測量溫度分布的熱電偶接口 N3a、N3b、N3c、N3d、N3e、承壓壁和底座上用于安裝的壓力表和安全閥的接口 N2a、N2b、底座上用于通入潔凈冷卻水的入口 N4a、N4b、承壓壁頂部用于流出潔凈冷卻水的出口 Ni、底座上用于反應(yīng)流體進出反應(yīng)器的入口 N6和出口 N5a、N5b、底座上用于排出濃鹽水的出口 N7。承壓壁4與耐腐蝕壁11分別通過螺栓組件2和螺釘13固定在反應(yīng)器底座1上， 承壓壁4和耐腐蝕壁11分開可以有效地克服反應(yīng)器腐蝕問題，即遭受腐蝕的耐腐蝕壁11 不承受壓力，可以選用耐腐蝕性能好的材料(如哈氏合金C276、Inconel 625等)，并且方便更換。通過向承壓壁4與耐腐蝕壁11之間的夾層通入潔凈的冷卻水，可以降低承壓壁4 的設(shè)計溫度，有效避免承壓壁4的腐蝕，承壓壁4可以選用普通耐腐蝕材料如奧氏體不銹鋼 304、316等，從而有效降低了承壓壁4的造價。通過引入潔凈的冷卻水可以降低耐腐蝕壁 11的溫度，使耐腐蝕壁11的內(nèi)表面一層水膜處于亞臨界溫度狀態(tài)，在超臨界條件下析出的無機鹽接觸到耐腐蝕壁11的內(nèi)表面水膜時會再次溶解，從而避免了無機鹽沉積到耐腐蝕壁11的內(nèi)表面上，因此有效避免了反應(yīng)器的堵塞。耐腐蝕壁11內(nèi)部設(shè)置了環(huán)形絕緣導(dǎo)熱壁7，內(nèi)部布置了加熱絲9，整個絕緣導(dǎo)熱壁7整體座放在底座1上，且底部通過一個圓柱體貫穿底座，留有接線口 N8。當進行廢有機物SWPO和低濃度廢有機物SCWO時，反應(yīng)不能夠?qū)崿F(xiàn)自熱，可以通過啟動電加熱利用絕緣導(dǎo)熱壁7對進料和反應(yīng)流體進行補熱。加熱部件位于反應(yīng)器內(nèi)部絕緣導(dǎo)熱壁7中，加熱效率高，熱量損失少，避免了反應(yīng)器前設(shè)置單獨的預(yù)熱器，反應(yīng)器集成性強。在耐腐蝕壁11和絕緣導(dǎo)熱壁7之間形成的環(huán)形腔體內(nèi)布置了一個環(huán)形的催化劑箱5，催化劑箱5安放在絕緣導(dǎo)熱壁7上的支撐環(huán)12上，催化劑箱5可以用來裝載固體催化劑及其載體10，且通過打開反應(yīng)器能夠方便更換固體催化劑及其載體10。絕緣導(dǎo)熱壁7內(nèi)部設(shè)置了一個水力旋流器6，水力旋流器6底部出口管道貫穿反應(yīng)器底座1，頂部出口管道貫穿絕緣導(dǎo)熱壁7上端面。絕緣導(dǎo)熱壁7和水力旋流器6底部出口管道之間的底座上設(shè)置了一個反應(yīng)器流體入口 N6，絕緣導(dǎo)熱壁7和耐腐蝕壁11之間的底座1上設(shè)置了兩個反應(yīng)器流體出口 N5a、N5b。 位于水力旋流器6上部徑向切線方向上設(shè)置了水力旋流器入口 N9。反應(yīng)器底座1上設(shè)置了濃鹽水出口 N7。承壓壁4和耐腐蝕壁11之間的反應(yīng)器底座1上設(shè)置了兩個潔凈冷卻水入口 N4a、N4b，反應(yīng)器承壓壁4頂部設(shè)置了一個潔凈冷卻水出口 Ni。反應(yīng)器承壓壁4上部，以及絕緣導(dǎo)熱壁7和耐腐蝕壁11之間的底座1上設(shè)置了壓力表和安全閥接口 N2a、N2b。在承壓壁4上布置了兩個熱電偶測點N3b、N3c用來測量承壓壁4上部和下部的溫度，布置兩個熱電偶測點N3a、N3d用來測量耐腐蝕壁11上部和下部的溫度。在反應(yīng)器底座1上布置了一個熱電偶測點NIBe用來測反應(yīng)器出口流體的溫度。在反應(yīng)器底座1上布置了一個接線口 N8，用來給絕緣導(dǎo)熱壁7中的電加熱絲9通電。本發(fā)明反應(yīng)器的工作流程如下所述反應(yīng)進料從反應(yīng)器流體入口 N6流入絕緣導(dǎo)熱壁7和水力旋流器6底部出口管道之間的環(huán)形腔體，從下至上進行流動，流動過程反應(yīng)進料被水力旋流器6底部出口管道中的熱流體加熱，同時也被絕緣導(dǎo)熱壁7和耐腐蝕壁11之間的反應(yīng)熱流體加熱，當反應(yīng)不能自熱時通過位于絕緣導(dǎo)熱壁7內(nèi)部的電加熱絲9對反應(yīng)進料進行加熱。反應(yīng)進料在到達水力旋流器6入口前達到超臨界狀態(tài)，無機鹽在超臨界條件下析出后進入水力旋流器6利用離心分離作用被分離出來，從水力旋流器6底部出口管道流出反應(yīng)器，避免無機鹽進入后續(xù)的反應(yīng)階段，有效防止了反應(yīng)器的堵塞。從水力旋流器 6上部流出的潔凈流體進入絕緣導(dǎo)熱壁7和耐腐蝕壁11之間的催化劑床層，有效防止了因鹽沉積造成的催化劑床層堵塞問題，并且延長了非均相催化劑及其載體10的使用壽命，催化反應(yīng)后的流體從反應(yīng)器底座上位于絕緣導(dǎo)熱壁7和耐腐蝕壁11之間的兩個反應(yīng)器流體出口 N5a、N5b流出反應(yīng)器進入后續(xù)系統(tǒng)。此外，潔凈的冷卻水從反應(yīng)器底座上位于承壓壁 4和耐腐蝕壁11之間的兩個潔凈冷卻水入口 N4a、N4b流入，從下向上流動，從反應(yīng)器承壓壁4的頂部出口 m流出。通過引入潔凈冷卻水有效避免了反應(yīng)器承壓壁4的腐蝕，降低了承壓壁4的設(shè)計溫度，降低了承壓壁4的造價。且因潔凈冷卻水冷卻了耐腐蝕壁11，使反應(yīng)器耐腐蝕壁11內(nèi)表面形成一層亞臨界水膜，能夠重新溶解超臨界條件下析出的無機鹽，有效避免了鹽沉積造成的反應(yīng)器堵塞問題。
權(quán)利要求
1.一種廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，包括密封連接在底座上的承壓壁，承壓壁內(nèi)部設(shè)置有固定在底座上的耐腐蝕壁，所述承壓壁與耐腐蝕壁之間形成用于通入冷卻水的夾層；耐腐蝕壁內(nèi)部設(shè)置帶電加熱絲的絕緣導(dǎo)熱壁，耐腐蝕壁和絕緣導(dǎo)熱壁之間形成的環(huán)形腔體內(nèi)設(shè)置有一個用于裝載固體催化劑及其載體的環(huán)形催化劑箱；絕緣導(dǎo)熱壁內(nèi)部設(shè)置有一個水力旋流器，水力旋流器底部管道貫穿反應(yīng)器底座的中心形成濃鹽水出口，頂部管道貫穿絕緣導(dǎo)熱壁上端面伸至絕緣導(dǎo)熱壁與耐腐蝕壁之間環(huán)形腔體的上部形成溢流口 ；底座上設(shè)置有流體入口伸進絕緣導(dǎo)熱壁和水力旋流器之間的環(huán)形腔體，位于水力旋流器上部徑向切線方向上設(shè)置了水力旋流器入口 ；絕緣導(dǎo)熱壁和耐腐蝕壁之間的底座上設(shè)置有流體出口 ；承壓壁和耐腐蝕壁之間的反應(yīng)器底座上設(shè)置有冷卻水入口 ；反應(yīng)器承壓壁頂部設(shè)置有冷卻水出口。
2.如權(quán)利要求1所述的廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，所述的絕緣導(dǎo)熱壁下部外周設(shè)置有支撐環(huán)，將催化劑箱支撐固定。
3.如權(quán)利要求1所述的廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，在反應(yīng)器承壓壁上部設(shè)置有壓力表，在絕緣導(dǎo)熱壁和耐腐蝕壁之間的底座上設(shè)置有安全閥接口。
4.如權(quán)利要求1所述的廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，在承壓壁外側(cè)設(shè)置有上下兩個熱電偶用來測量承壓壁上部和下部的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，通過承壓壁外側(cè)設(shè)置上下兩個熱電偶伸至耐腐蝕壁外側(cè)用來測量耐腐蝕壁上部和下部的溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，在反應(yīng)器底座上設(shè)置有一個熱電偶用來測量反應(yīng)器出口流體的溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，其特征在于，在反應(yīng)器底座上設(shè)置有一個接線口與絕緣導(dǎo)熱壁中的電加熱絲連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種廢有機物的超臨界水處理用反應(yīng)器，包括連接在底座上的承壓壁，承壓壁內(nèi)部設(shè)置有耐腐蝕壁，承壓壁與耐腐蝕壁之間形成用于通入冷卻水的夾層；耐腐蝕壁內(nèi)部設(shè)置帶電加熱絲的絕緣導(dǎo)熱壁，耐腐蝕壁和絕緣導(dǎo)熱壁之間形成的環(huán)形腔體內(nèi)設(shè)置有一個環(huán)形催化劑箱；絕緣導(dǎo)熱壁內(nèi)部設(shè)置有一個水力旋流器，水力旋流器底部管道貫穿反應(yīng)器底座的中心形成濃鹽水出口，頂部管道貫穿絕緣導(dǎo)熱壁上端面形成溢流口；底座上設(shè)置有流體入口，位于水力旋流器上部徑向切線方向上設(shè)置了水力旋流器入口；絕緣導(dǎo)熱壁和耐腐蝕壁之間的底座上設(shè)置有流體出口；承壓壁和耐腐蝕壁之間的反應(yīng)器底座上設(shè)置有冷卻水入口；反應(yīng)器承壓壁頂部設(shè)置有冷卻水出口。
文檔編號C02F9/10GK102503013SQ20111034930
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者公彥猛, 徐東海, 王樹眾, 胡昕, 郭洋, 馬紅和 申請人:西安交通大學(xué)