一種雙回程管式超臨界水反應裝置的制造方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓高溫反應裝置，具體是一種雙回程管式超臨界水反應裝置?！尽颈尘凹夹g】】
[0002]超臨界水反應體系在有機物廢物的高效氧化降解、有機質資源化利用制氫、納米金屬及金屬氧化物粉體的制備等領域表現(xiàn)出顯著的介質優(yōu)勢。目前，生物制藥、石油開采與加工、化工生產、現(xiàn)代冶金、染料中間體、核工業(yè)等重污染企業(yè)，所排出的工業(yè)廢水及污泥多具有高C0D、高危、高毒的特點，難于生物降解，對環(huán)境危害極大。依照傳統(tǒng)處理工藝，難以達標排放。超臨界水氧化技術可以有效地實現(xiàn)重污染工業(yè)廢水及污泥的高效、徹底無害化處理，相比其他處理技術，具有較高的技術經濟性。超臨界水氣化技術是利用超臨界水強大的有機物溶解力，將有機物溶解，生成高密度、低粘度的液體，繼而使之發(fā)生快速氣化，生成富含氫氣的可燃性氣體，從而實現(xiàn)重污染工業(yè)廢水與污泥以及其他生物質的高效資源化利用。針對銅、鈦、鎳等重金屬含量較高的電子工業(yè)廢水以及重金屬溶液，利用超臨界水中無機鹽溶解度極低的特性，超臨界水熱合成技術可以使金屬離子以納米金屬氧化物的形式結晶、析出，制取經濟價值極高的納米金屬氧化物;通過添加適當?shù)挠袡C物維持水熱合成反應體系的還原性，還可以制備高純度的納米金屬粉體。
[0003]然而，超臨界水反應為尚溫尚壓反應，往往要求反應器制造材料具有$父尚的尚溫持久強度。另考慮到超臨界水氛圍下的材質抗高溫腐蝕性能，當前超臨界水反應器的主流材質為高端鎳基合金(如N06625、N10276等)，每噸價格高達數(shù)十萬元，且反應器壁承受高壓(設計壓力往往高于30MPa)的需要，導致反應器壁較厚，投資較大。因此在保證超臨界水反應停留時間充足(即反應流程的長度足夠)的前提下，顯著降低反應器造價是擴大超臨界水技術市場應用份額的當務之急。此外，實現(xiàn)反應后流體中固相殘渣(物料中原有砂礫、礦土等，以及超臨界水氛圍下不溶解的無機鹽)或者目標產物(納米金屬或者金屬氧化物粉體)的高效連續(xù)在線分離，同樣是進一步提升超臨界水技術優(yōu)勢的重要方面。
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【發(fā)明內容】
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[0004]本發(fā)明的目的是針對【背景技術】中超臨界水反應設置造價高的問題，提供一種雙回程管式超臨界水反應裝置，該裝置能夠廣泛應用于重污染工業(yè)廢水及污泥的超臨界水氧化處理、有機質超臨界水氣化制氫、水熱合成制備納米金屬及其氧化物粉體等超臨界水技術應用領域。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)。
[0006]一種雙回程管式超臨界水反應裝置，包括多節(jié)沿程串接的雙回程管式超臨界水反應器和一個超臨界水在線脫固器;雙回程管式超臨界水反應器包括外管和套設于外管內的芯管，芯管與外管之間設置有至少兩個支撐架;芯管的一端開設芯管接口，外管的側面開設外管接口 ；首節(jié)雙回程管式超臨界水反應器的芯管接口為反應物入口，末節(jié)雙回程管式超臨界水反應器的芯管接口或外管接口與超臨界水在線脫固器的流體進口相連通。
[0007]本發(fā)明進一步的改進在于:
[0008]所述外管的前端設置第一外管法蘭，末端設置第二外管法蘭;第一外管法蘭和第二外管法蘭均開設有中心孔，且中心孔的直徑與外管的內徑相同。
[0009]所述第一外管法蘭的外側密封連接芯管貫通法蘭，芯管貫通法蘭開設有法蘭中心孔，法蘭中心孔的直徑與芯管的內徑相同，且芯管的端部與芯管貫通法蘭密封連接;芯管貫通法蘭的外側密封連接芯管接引管，作為芯管接口。
[0010]所述第二外管法蘭的外側密封連接盲法蘭;盲法蘭的內側設置防磨順流體，防磨順流體的側面與外管的內側緊密接觸，后端面與盲法蘭的內側面緊密接觸，前端面為向后凹陷的橢球面;防磨順流體設置于芯管末端的相對面，二者間流通面積不大于芯管的通流面積。
[0011]所述防磨順流體采用熱套或者釬焊方式固定在盲法蘭上，并采用片狀氧化鋁、部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷或者鈦合金制成。
[0012]所述盲法蘭通過螺栓、螺母以及墊片組成的緊固件與第二外管法蘭密封連接。
[0013]所述芯管的中部和末端分別焊接一個支撐架，每個支撐架具有三個支手;支手整體呈圓柱體，頂部為球面，該球面直徑等于外管的內徑，以保證支手頂部與外管內壁面緊密貼合。
[0014]所述芯管末端的外側倒角為45°。
[0015]所述芯管壁厚小于外管的壁厚，且芯管的通流面積等于芯管與外管間環(huán)隙空間的通流面積。
[0016]所述超臨界水在線脫固器包括筒體，筒體的上端設置端蓋，下端開設稠相流體出口；筒體側面下部開設冷卻水進口，上部開設流體進/出口；端蓋上安裝有中心管，中心管上端為入口，下端出口伸入筒體內部；當中心管的入口作為反應后流體進口時，筒體側面的流體進/出口作為稀相流體出口 ；當筒體側面的流體進/出口作為反應后流體進口時，中心管的入口作為稀相流體出口。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明反應后流體由末節(jié)雙回程管式超臨界水反應器出口，流入超臨界水在線脫固器。在慣性力、離心力的綜合作用下，流體中固相殘渣(物料中原有砂礫、礦土等，以及超臨界水氛圍下不溶解的無機鹽)或者目標產物(納米金屬或者金屬氧化物粉體)被分離脫出，實現(xiàn)了超臨界水氛圍下固相的高效連續(xù)在線分離。
[0019]進一步的，本發(fā)明雙回程管式超臨界水反應器內僅外管為承壓厚壁管，芯管不承壓，管壁薄，起分隔流程的作用，相對于傳統(tǒng)單流程管式超臨界水反應器，在獲得相同長度反應流程的情況下，可顯著降低設備耗材量，從而降低反應裝置造價。
[0020]進一步的，本發(fā)明芯管與外管間環(huán)隙空間與芯管截面的通流面積相同，該流通面積可保證其間流體流速高于固體顆粒沉降的臨界流速，從而避免了固相在回程內的沉降；防磨順流體與芯管末端間流通面積不大于芯管內通流面積，防磨順流體為防磨耐蝕材質，既避免了高速流體對端部盲法蘭的沖刷損壞，又可以起到引導回程轉折處流體的作用，抑制了固體顆粒的沉降堆積。
[0021 ]進一步的，本發(fā)明每個芯管支撐架上設置有三個支手，支手頂部為球面，該球面直徑等于外管內徑，保證支手頂部與外管內壁面緊密貼合，防止芯管的漂移、震動?！尽靖綀D說明】】
[0022]圖1是單節(jié)雙回程管式超臨界水反應器示意圖；
[0023]圖2是支撐架示意圖；
[0024]圖3是芯管貫通法蘭連接處局部放大圖；
[0025]圖4是反應裝置實施I示意圖；
[0026I圖5是反應裝置實施2示意圖。
[0027]其中，1-外管;2-支撐架;3-芯管;4-防磨順流體;5-第二外管法蘭;6_盲法蘭;7_螺柱;8-螺母;9-墊片；10-外側倒角；11-第一外管法蘭；12-芯管貫通法蘭；13-芯管接引管；14-法蘭中心孔；15-支手；16-芯管接管；17-端蓋；18-筒體；19-中心管;20-反應器接引管；N1-芯管接口 ；N2-外管接口 ；N3稠相流體出口；N4-反應后流體進口 ；N5_稀相流體出口；N6-冷卻水進口。
【【具體實施方式】】
[0028]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0029]參見圖1-圖3，本發(fā)明包括多節(jié)沿程串接的雙回程管式超臨界水反應器和一個超臨界水在線脫固器;雙回程管式超臨界水反應器包括外管I和套設于外管I內的芯管3，芯管3與外管I之間設置有至少兩個支撐架2;芯管3的一端開設芯管接口 NI，外管I的側面開設外管接口 N2;芯管3的中部和末端分別焊接一個支撐架2，每個支撐架2具有三個支手15;支手15整體呈圓柱體，頂部為球面，該球面直徑等于外管I的內徑，以保證支手15頂部與外管I內壁面緊密貼合。芯管3末端的外側倒角10為45°。芯管3壁厚小于外管I的壁厚，且芯管3的通流面積等于芯管3與外管I間環(huán)隙空間的通流面積。首節(jié)雙回程管式超臨界水反應器的芯管接口NI為反應物入口，末節(jié)雙回程管式超臨界水反應器的芯管接口