專利名稱：廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的分區(qū)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢有機(jī)物處理領(lǐng)域，涉及利用超臨界水氧化或氣化法實(shí)現(xiàn)有 機(jī)廢水廢物無害化處理的反應(yīng)器，特別涉及一種廢有機(jī)物的超臨界水處理反 應(yīng)器的分區(qū)方法。
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。超臨界水兼具液態(tài)和氣態(tài) 水的性質(zhì)，該狀態(tài)下只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近似于非極性有機(jī)溶劑， 具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度。在足夠高的壓力下，SCW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。此時(shí)，氣液相界面消失了，也就 消除了相間的傳質(zhì)阻力，溶于其中的物質(zhì)的反應(yīng)速度不再受傳質(zhì)的影響。同 時(shí)，高的反應(yīng)溫度(約400 650。C)也使反應(yīng)速度加快。
超臨界水氣化技術(shù)(Supercritical Water Gasification,簡(jiǎn)稱SCWG)，利用超 臨界水強(qiáng)大的溶解能力，將有機(jī)物溶解，生成高密度、低粘度的液體，然后 在高溫、高壓的反應(yīng)條件下，生成富含氫氣的可燃性氣體。發(fā)明人進(jìn)行了污 泥超臨界水氣化(600°C、 34.5MPa)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果污泥在超臨界水熱分解工藝 中產(chǎn)生的氣體組分及體積含量為H2 46%， CH4 39%， C02 10%， N24%， CO 1%，生成氣的熱值為2337.9KJ/mol，其能量有效利用率達(dá)64.8% (已扣 除了加熱自身至水熱分解溫度所需的熱量)。
超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidation,簡(jiǎn)稱SCWO)，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。超臨界水氧化技術(shù)對(duì)于處理那些工業(yè)部門難
銷毀的有毒有害物質(zhì)(如染料廢物、制藥廢物、潤(rùn)滑劑廢物、含PCBs的絕緣油、 放射性混合廢物、多氯聯(lián)苯、易揮發(fā)性酸等)、高濃度難降解的有機(jī)廢物(污 泥、造紙廠料漿等)、軍用毒害物質(zhì)(化學(xué)武器，火箭推進(jìn)劑，炸藥等)具有 獨(dú)特的效果。
超臨界水部分氧化技術(shù)(Supercritical Water Partial Oxidation,簡(jiǎn)稱SCWPO)
是一種結(jié)合了SCWO在污染物處理和SCWG在制取富氫氣體兩方面優(yōu)勢(shì)的一 種新型制氫技術(shù)。該技術(shù)不僅大大減少了完全氣化反應(yīng)中焦油的產(chǎn)生量，而 且改變了氣體產(chǎn)物分布，提高了氫氣和二氧化碳的純度等級(jí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了有 機(jī)污染物的無害化處理和資源化利用。
關(guān)于應(yīng)用超臨界水技術(shù)的廢有機(jī)物處理的試驗(yàn)裝置和商業(yè)裝置，目前國(guó)內(nèi) 外已有相關(guān)報(bào)道，但還存在著不少缺點(diǎn)
(1) 材料腐蝕問題。由于廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器處于高溫高壓 條件下，尤其是廢有機(jī)物中含有鹵素、硫或磷,在超臨界水中分解后會(huì)產(chǎn)生酸， 引起設(shè)備的強(qiáng)烈腐蝕；即使具有較好耐蝕性的鎳基材料在超臨界水中，特別是 在亞臨界水中,仍遭受了嚴(yán)重的腐蝕。
(2) 鹽沉積問題。常溫下水對(duì)大多數(shù)鹽來說是一種良溶劑，溶解度較大。 而大部分鹽在低密度的超臨界水中溶解度很低(典型為1 100mg/L)。當(dāng)亞臨 界溶液被迅速加熱到超臨界溫度時(shí),由于鹽的溶解度大幅度降低,有大量沉淀 析出,沉積的鹽會(huì)引起反應(yīng)器堵塞,這不僅影響了反應(yīng)器的正常運(yùn)行,還會(huì)帶來 潛在的危險(xiǎn)。(3)溫度控制問題。SCWO過程是一個(gè)放熱反應(yīng)，當(dāng)有機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 達(dá)到1 2%時(shí)就能實(shí)現(xiàn)自熱。對(duì)于有機(jī)物含量較高的廢棄物來說，SCWO過 程放熱過多容易引起反應(yīng)器溫度無法控制，造成反應(yīng)條件惡化和反應(yīng)器器壁 應(yīng)力減小等后果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器存在的缺陷或不足，本發(fā)明 的目的在于提供一種廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的分區(qū)方法，對(duì)廢有機(jī) 物的超臨界水反應(yīng)器進(jìn)行分區(qū)，使反應(yīng)器利用超臨界水作為介質(zhì)，能夠在對(duì) 有機(jī)物進(jìn)行處理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)脫鹽、控制反應(yīng)器的壁溫和減少反應(yīng)器腐蝕的 功能。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。 一種廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的分區(qū)方法，其特征在于，所述反
應(yīng)器包括由頂部、直筒部、錐狀底部組成的承壓腔室，設(shè)置在承壓腔室內(nèi) 的由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室，分別貫穿承壓腔室的頂部并伸入內(nèi)腔室的物料進(jìn) 管、溢流管，貫穿承壓腔室底部并伸入內(nèi)腔室的出鹽管，以及分別設(shè)置在承 壓腔室頂部、直筒部、錐狀底部的蒸發(fā)壁水的第一、第二、第三進(jìn)水管；所
述內(nèi)腔室分為頂部、直筒部、錐狀底部，其形狀與承壓腔室相同，尺寸小于
承壓腔室，內(nèi)腔室和承壓腔室之間留有的空隙作為蒸發(fā)壁水區(qū)；內(nèi)腔室內(nèi)部 貼近壁面處為蒸發(fā)壁水膜區(qū)；內(nèi)腔室的頂部和直筒部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的 區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)，錐狀底部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域作為溶解鹽區(qū)。 本發(fā)明的進(jìn)一步特點(diǎn)在于
所述反應(yīng)區(qū)溫度為400 650°C，所述溶鹽區(qū)溫度為300 370°C。所述第一進(jìn)水管的蒸發(fā)壁水溫度為200 370°C;第二進(jìn)水管的蒸發(fā)壁水 溫度為200 370°C;第三進(jìn)水管的蒸發(fā)壁水溫度為200 350°C。
在本發(fā)明中，引入由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室，進(jìn)行物理分區(qū)，內(nèi)腔室和承 壓腔室之間留有的空隙作為蒸發(fā)壁水區(qū)；內(nèi)腔室內(nèi)部貼近壁面處為蒸發(fā)壁水 膜區(qū)。在由蒸發(fā)壁包圍的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域包含有超臨界水、有機(jī)物、
氧化劑以及腐蝕性離子等物質(zhì)，提供了超臨界水反應(yīng)的場(chǎng)所；而內(nèi)腔室和承
壓腔室之間留有空隙的區(qū)域則只包含有干凈的蒸發(fā)壁水。蒸發(fā)壁水通過(um 級(jí))微孔滲入蒸發(fā)壁，在蒸發(fā)壁的內(nèi)表面形成一層薄保護(hù)性水膜，從而阻止 腐蝕性離子或氧化劑接觸蒸發(fā)壁的內(nèi)表面，減少對(duì)蒸發(fā)壁的腐蝕作用。通過 物理分區(qū)，反應(yīng)器外壁為承壓壁，蒸發(fā)壁為防腐蝕壁，實(shí)現(xiàn)了壓力作用和腐 蝕作用的分離，可以有效提高反應(yīng)器壽命。
上述物理分區(qū)，同時(shí)也達(dá)到了溫度分區(qū)的目的。從整體上看，反應(yīng)器內(nèi)
部溫度由內(nèi)向外遞減內(nèi)層高溫區(qū)域?yàn)槌R界區(qū)，用于提供有機(jī)物氧化或氣
化的必要條件；外層通過引入最高不超過37(TC蒸發(fā)壁水， 一方面防止超臨界 水氧化過程中放熱過多造成"飛溫"現(xiàn)象，另一方面防止承壓腔室或者內(nèi)腔室的 壁溫因溫度過高而造成應(yīng)力下降。
對(duì)于內(nèi)腔室區(qū)域，從功能上將內(nèi)腔室的頂部和直筒部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以 外的區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)，錐狀底部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域作為溶解鹽區(qū)。 反應(yīng)區(qū)溫度為在400 650°C，有機(jī)物和氧氣可以在此區(qū)域充分反應(yīng)，鹽由于 在超臨界水中的溶解度極低，從此區(qū)域析出并依靠重力作用向反應(yīng)器下部沉 積，干凈流體則從反應(yīng)器頂部通過溢流管排出；溶解鹽區(qū)溫度為300 37(TC, 沉積的鹽可以在此區(qū)域重新溶解，在內(nèi)腔室底部形成較濃的鹽水，通過出鹽管排除。通過功能分區(qū)，既實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物的超臨界水處理，又達(dá)到了脫鹽的 目的。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一詳細(xì)說明。
圖1為廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1、內(nèi)腔室；2、承壓腔室；3、物料迸管；4、出鹽管；5、溢流管； 6、第一進(jìn)水管；7、第二進(jìn)水管；8、第三進(jìn)水管。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器主要包括由頂部、直筒部、 錐狀底部組成的承壓腔室2，設(shè)置在承壓腔室2內(nèi)的由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室1，
分別貫穿承壓腔室2的頂部并伸入內(nèi)腔室1的物料進(jìn)管3、溢流管5，貫穿承 壓腔室2底部并伸入內(nèi)腔室1的出鹽管4，以及分別設(shè)置在承壓腔室2頂部、 直筒部、錐狀底部的蒸發(fā)壁水的第一、第二、第三進(jìn)水管6、 7、 8;內(nèi)腔室l 分為頂部、直筒部、錐狀底部，其形狀與承壓腔室2相同，尺寸小于承壓腔 室2。內(nèi)腔室1和承壓腔室2之間留有的空隙作為蒸發(fā)壁水區(qū)(內(nèi)部充滿潔凈 的蒸發(fā)壁水)；內(nèi)腔室1內(nèi)部貼近壁面處為蒸發(fā)壁水膜區(qū)。內(nèi)腔室1的頂部和 直筒部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)，錐狀底部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以 外的區(qū)域作為溶解鹽區(qū)。反應(yīng)區(qū)溫度為400 650°C，溶解鹽區(qū)溫度為300 37(TC，使反應(yīng)器利用超臨界水作為介質(zhì)，能夠在對(duì)有機(jī)物進(jìn)行處理的同時(shí)， 實(shí)現(xiàn)脫鹽、控制反應(yīng)器的壁溫和減少反應(yīng)器腐蝕等功能。
對(duì)于內(nèi)腔室1和承壓腔室2之間留有的空隙作為蒸發(fā)壁水區(qū)，通過分別 設(shè)置在承壓腔室頂部、直筒部、錐狀底部的第一、第二、第三進(jìn)水管6、 7、 8提供不同溫度范圍的蒸發(fā)壁水，以達(dá)到控制反應(yīng)器的壁溫(承壓腔室壁溫和
內(nèi)腔室壁溫)和調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)的溫度范圍為400 650°C，溶解鹽區(qū)的溫度范圍 為300 37(TC。通過第一進(jìn)水管6引入200 37(TC的蒸發(fā)壁水，該部分流體 一方面對(duì)反應(yīng)器的頂部和頂部環(huán)形空間進(jìn)行冷卻，另一方面也用作蒸發(fā)壁水， 保證反應(yīng)器的頂部壁溫在300°C 400°C，不超過450°C;通過第二進(jìn)水管引 入200 370'C的蒸發(fā)壁水，對(duì)反應(yīng)器的直筒部進(jìn)行冷卻，保證反應(yīng)器的直筒 部壁溫在30(TC 45(TC;通過第三進(jìn)水管引入200 35(TC的蒸發(fā)壁水，保證 反應(yīng)器的錐狀底部壁溫在300 370°C。
對(duì)于超臨界水完全氧化或部分氧化法處理有機(jī)廢液或廢物，超臨界狀態(tài) 的廢有機(jī)物和氧化劑經(jīng)混合后通過物料進(jìn)管3加入反應(yīng)器，在反應(yīng)器的上部 進(jìn)行反應(yīng)，生成了大量的C02和水。由于氧化反應(yīng)持續(xù)放熱，故反應(yīng)器頂部 和直筒部的溫度在400 65(TC，始終保持超臨界狀態(tài)。對(duì)于超臨界水氣化法 處理廢有機(jī)物，超臨界狀態(tài)的廢有機(jī)物通過物料進(jìn)管3加入反應(yīng)器，在反應(yīng) 器頂部和直筒部進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成水和C02、 H2、 CH4等氣體。與完全氧化 和部分氧化過程相比，超臨界水氣化法要求反應(yīng)物進(jìn)料的溫度高，同時(shí)反應(yīng) 器直筒部的蒸發(fā)壁水量要小，以保證有足夠的超臨界水進(jìn)行廢有機(jī)物的氣化 反應(yīng)。
對(duì)于上述兩種情況，在物料中含有的或反應(yīng)過程中生成的鹽在反應(yīng)區(qū)析 出，通過重力作用向反應(yīng)器底部沉積。同時(shí)，由于蒸發(fā)壁水持續(xù)滲入反應(yīng)器 內(nèi)表面，在反應(yīng)器內(nèi)表面形成了一層保護(hù)性的水膜，可以阻止廢有機(jī)物和氧 氣接觸反應(yīng)器內(nèi)表面，同時(shí)溶解先前析出的鹽分，有效的起到了防止鹽沉積 和腐蝕的作用。反應(yīng)器上中部蒸發(fā)壁水的持續(xù)冷卻作用加上反應(yīng)器底部溫度更低的蒸發(fā)
壁水的通入，可以使反應(yīng)器底部的溫度保持在370。C以下。從而使反應(yīng)器上部 析出的鹽分在此階段重新溶解在水中，在反應(yīng)器底部形成濃鹽水。
權(quán)利要求
1、一種廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的分區(qū)方法，其特征在于，所述反應(yīng)器包括由頂部、直筒部、錐狀底部組成的承壓腔室(2)，設(shè)置在承壓腔室(2)內(nèi)的由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室(1)，分別貫穿承壓腔室(2)的頂部并伸入內(nèi)腔室(1)的物料進(jìn)管(3)、溢流管(5)，貫穿承壓腔室(2)底部并伸入內(nèi)腔室(1)的出鹽管(4)，以及分別設(shè)置在承壓腔室(2)頂部、直筒部、錐狀底部的蒸發(fā)壁水的第一、第二、第三進(jìn)水管(6、7、8)；所述內(nèi)腔室(1)分為頂部、直筒部、錐狀底部，其形狀與承壓腔室(2)相同，尺寸小于承壓腔室(2)，內(nèi)腔室(1)和承壓腔室(2)之間留有的空隙作為蒸發(fā)壁水區(qū)；內(nèi)腔室(1)內(nèi)部貼近壁面處為蒸發(fā)壁水膜區(qū)；內(nèi)腔室(1)的頂部和直筒部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)，錐狀底部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域作為溶解鹽區(qū)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的分區(qū)方 法，其特征在于，所述反應(yīng)區(qū)溫度為400 650°C，所述溶鹽區(qū)溫度為300 370°C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的分區(qū)方 法，其特征在于，所述第一進(jìn)水管的蒸發(fā)壁水溫度為200 370°C;第二進(jìn)水 管的蒸發(fā)壁水溫度為200 37(TC;第三進(jìn)水管的蒸發(fā)壁水溫度為200 350°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于廢有機(jī)物處理領(lǐng)域，涉及利用超臨界水氧化或氣化法實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢水廢物無害化處理的反應(yīng)器，公開了一種廢有機(jī)物的超臨界水處理反應(yīng)器的分區(qū)方法，該反應(yīng)器包括由頂部、直筒部、錐狀底部組成的承壓腔室(2)，設(shè)置在承壓腔室(2)內(nèi)的由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室(1)，所述內(nèi)腔室(1)分為頂部、直筒部、錐狀底部，其形狀與承壓腔室(2)相同，尺寸小于承壓腔室(2)，內(nèi)腔室(1)和承壓腔室(2)之間留有的空隙作為蒸發(fā)壁水區(qū)(內(nèi)部充滿潔凈的蒸發(fā)壁水)；內(nèi)腔室(1)內(nèi)部貼近壁面處為蒸發(fā)壁水膜區(qū)；內(nèi)腔室(1)的頂部和直筒部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)，錐狀底部的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域作為溶解鹽區(qū)。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101560014SQ20091002234
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者唐興穎, 徐東海, 王樹眾, 洋 郭, 陳崇明, 馬紅和 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)