直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其筒體與上端蓋、下端蓋固定安裝，上端蓋中部安裝伸入筒體內(nèi)部的燒嘴組件，上端蓋制有氣相出口及污水二次入口；筒體內(nèi)的上部固裝管殼式換熱器，筒體上部制有污水一次入口及常溫污水出口，筒體上制有亞臨界水出口；筒體內(nèi)的下部固裝多層蒸發(fā)壁，多層蒸發(fā)壁與筒體之間由上至下形成多個環(huán)隙，筒體上依次制有多個蒸發(fā)壁水入口；多層蒸發(fā)壁的上沿制有蒸發(fā)壁球狀擋板，燒嘴組件下端固裝燒嘴球狀擋板；下端蓋底部制有鹽水出口。本實用新型有效克服預(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。
【專利說明】直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】的超臨界水氧化反應(yīng)器，特別是一種直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置。

【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殘余有機(jī)物，而焚燒法的處理成本較高，并且會產(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^^%?2被％時，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)器高溫高壓時材料選材問題，反應(yīng)器高溫下鹽在亞臨界水中的強(qiáng)烈腐蝕問題，反應(yīng)后鹽和亞臨界水較難分離的問題等難題大大制約了該技術(shù)的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于克服現(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直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置。
[0007]本實用新型決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其特征在于:主要由筒體、上端蓋、下端蓋、燒嘴組件、管殼式換熱器、多層蒸發(fā)壁構(gòu)成，筒體與上端蓋、下端蓋固定安裝，上端蓋中部安裝伸入筒體內(nèi)部的燒嘴組件，上端蓋制有氣相出口及與燒嘴組件連通的污水二次入口 ；筒體內(nèi)的上部固裝所述管殼式換熱器，筒體上部制有與該管殼式換熱器連通的污水一次入口及常溫污水出口，筒體上制有位于多層蒸發(fā)壁上部且殼管式換熱器下部的亞臨界水出口 ；筒體內(nèi)的下部固裝所述多層蒸發(fā)壁，多層蒸發(fā)壁與筒體之間由上至下形成多個環(huán)隙，筒體上依次制有與該多個環(huán)隙連通的多個蒸發(fā)壁水入口 ；多層蒸發(fā)壁的上沿制有蒸發(fā)壁球狀擋板，燒嘴組件下端伸出管殼式換熱器并位于蒸發(fā)壁球狀擋板下部，燒嘴組件下端固裝位于蒸發(fā)壁球狀擋板上方的燒嘴球狀擋板，燒嘴球狀擋板與蒸發(fā)壁球狀擋板之間留有超臨界流體通道；下端蓋底部制有鹽水出口。
[0009]而且，所述的多層蒸發(fā)壁與筒體之間由上至下形成的多個環(huán)隙至少包括一個高溫蒸發(fā)壁狹隙，一個中溫蒸發(fā)壁狹隙及一個低溫蒸發(fā)壁狹隙，所述多個蒸發(fā)壁水入口為分別與高溫蒸發(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。
[0010]而且，所述的管殼式換熱器由管板、換熱管、折流板板構(gòu)成，縱向排列的換熱管通過水平管板固裝成一體，并固裝于筒體內(nèi)部，換熱管上共同安裝多個折流板；所述的燒嘴球狀擋板與蒸發(fā)壁球狀擋板之間留有的超臨界流體通道與管殼式換熱器的管程連通，所述筒體上所制的污水一次入口、常溫水出口與管殼式換熱器的殼程連通。
[0011]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)流底面的底端制有鹽水出口。
[0012]而且，所述的下端蓋插裝有伸入筒體內(nèi)的沖洗水管。
[0013]而且，所述的下端蓋插裝有伸入筒體內(nèi)的多高度集成溫度計。
[0014]本實用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:
[0015]1、本實用新型的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，采用遮擋技術(shù)將反應(yīng)區(qū)域控制在一個由下端蓋、多層蒸發(fā)壁、蒸發(fā)壁球狀擋板及燒嘴球狀擋板圍成的空間內(nèi)，因為此區(qū)域只是高溫而不是高壓，可以降低反應(yīng)器的材料選用，并且能夠使析出鹽能夠被溶解到蒸發(fā)壁滲入的亞臨界水中，從鹽水出口排出，超臨界流體通過燒嘴球狀擋板與蒸發(fā)壁球狀擋板之間留有的超臨界流體通道折流入反應(yīng)器上部的管殼式換熱器，直接實現(xiàn)鹽和超臨界流體的分離，并且球狀擋板可以有效防止超臨界流體冷卻成亞臨界流體后倒流回反應(yīng)區(qū)域與鹽水混合。
[0016]2、本實用新型的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，采用多層蒸發(fā)壁，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)壁因為處于超臨界狀態(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。
[0017]3、本實用新型的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，下端蓋出口處設(shè)計成為大倒角的錐形導(dǎo)流底面，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，并且減少亞臨界鹽水對下層蒸發(fā)壁的腐蝕。
[0018]4、本實用新型的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，將管殼式換熱器直接放入反應(yīng)器內(nèi)部，使之在反應(yīng)器內(nèi)部直接將反應(yīng)的熱量傳遞給待加熱污水，并且將超臨界流體降溫為亞臨界流體，直接實現(xiàn)氣液分離，同時將整個超臨界系統(tǒng)中的污水加熱系統(tǒng)和氣液分離系統(tǒng)集成到反應(yīng)器內(nèi)部，能夠極大的降低成本，并且因為在反應(yīng)器內(nèi)部換熱，能極大的節(jié)約能源。
[0019]5、本實用新型的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，燒嘴組件的底部設(shè)置燒嘴球形擋板，實現(xiàn)擾流式燒嘴設(shè)計，反應(yīng)后噴出的鹽在重力作用下墜落，而超臨界流體向上擾流，可以防止鹽在蒸發(fā)壁球狀擋板、燒嘴球狀擋板掛壁。
[0020]6、本實用新型的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，溫度計采用多高度集成，能直接采集到反應(yīng)區(qū)域任何高度的反應(yīng)溫度，利于反應(yīng)烈度控制。
[0021]7、本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(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】
[0022]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明:
[0024]1-耐高溫螺栓、2-螺母、3-耐高溫套筒、4-下端蓋、5-低溫蒸發(fā)壁狹隙、6_多層蒸發(fā)壁、7-中溫蒸發(fā)壁狹隙、8-高溫蒸發(fā)壁狹隙、9-亞臨界水出口、10-蒸發(fā)壁球狀擋板、11-燒嘴球狀擋板、12-常溫污水出口、13-上端蓋、14-氣相出口、15-污水二次入口、16-燒嘴組件、17-管板、18-換熱管、19-折流板、20-污水一次入口、21-高溫蒸發(fā)壁水入口、22-筒體、23-中溫蒸發(fā)壁水入口、24-低溫蒸發(fā)壁水入口、25-沖洗水管、26-多高度集成溫度計、27-鹽水出口、28-錐形導(dǎo)流底面。

【具體實施方式】
[0025]下面通過具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護(hù)范圍。
[0026]一種直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其主要由筒體22、上端蓋13、下端蓋4、燒嘴組件16、管殼式換熱器、多層蒸發(fā)壁6構(gòu)成。筒體與上端蓋、下端蓋采用耐高溫螺栓1、螺母2固裝，并采用耐高溫套筒3保證螺母在高溫下的緊固力。
[0027]上端蓋中部安裝伸入筒體內(nèi)部的燒嘴組件，上端蓋制有氣相出口 14及與燒嘴組件連通的污水二次入口 15 ;筒體內(nèi)的上部固裝所述管殼式換熱器，筒體上部制有與該管殼式換熱器連通的污水一次入口 20及常溫污水出口 12，筒體上制有位于多層蒸發(fā)壁上部且殼管式換熱器下部的亞臨界水出口 9。管殼式換熱器由管板17、換熱管18、折流板19構(gòu)成，縱向排列的換熱管通過水平管板固裝成一體，并固裝于筒體內(nèi)部，換熱管上共同安裝多個折流板。
[0028]筒體內(nèi)的下部固裝多層蒸發(fā)壁，多層蒸發(fā)壁與筒體之間由上至下形成多個環(huán)隙，筒體上依次制有與該多個環(huán)隙連通的多個蒸發(fā)壁水入口。多層蒸發(fā)壁與筒體之間由上至下形成的多個環(huán)隙包括一個高溫蒸發(fā)壁狹隙8，一個中溫蒸發(fā)壁狹隙7及一個低溫蒸發(fā)壁狹隙5，筒體所制的高溫蒸發(fā)壁水入口 21、中溫蒸發(fā)壁水入口 23及低溫蒸發(fā)壁水入口 24分別與高溫蒸發(fā)壁狹隙，中溫蒸發(fā)壁狹隙及低溫蒸發(fā)壁狹隙連通。
[0029]多層蒸發(fā)壁的上沿制有蒸發(fā)壁球狀擋板10，燒嘴組件下端伸出管殼式換熱器并位于蒸發(fā)壁球狀擋板下部，燒嘴組件下端固裝位于蒸發(fā)壁球狀擋板上方的燒嘴球狀擋板11，燒嘴球狀擋板與蒸發(fā)壁球狀擋板之間留有超臨界流體通道；燒嘴球狀擋板與蒸發(fā)壁球狀擋板之間留有的超臨界流體通道與管殼式換熱器的管程連通，筒體上所制的污水一次入口、常溫水出口與管殼式換熱器的殼程連通。
[0030]下端蓋制有大倒角的錐形導(dǎo)流底面28，該錐形導(dǎo)流底面的底端制有鹽水出口 27。下端蓋插裝有伸入筒體內(nèi)的沖洗水管25。下端蓋插裝有伸入筒體內(nèi)的多高度集成溫度計
26 ο
[0031]本反應(yīng)器的工作原理為:
[0032]筒體與上端蓋、下端蓋構(gòu)成密閉容器。蒸發(fā)壁球狀擋板、燒嘴球狀擋板將超臨界水氧化反應(yīng)區(qū)域控制在一個由下端蓋、多層蒸發(fā)壁、蒸發(fā)壁球狀擋板及燒嘴球狀擋板所圍成的空間內(nèi)，筒體內(nèi)設(shè)置的多層蒸發(fā)壁，蒸發(fā)壁采用粉末冶金制造，孔隙率能夠嚴(yán)格控制，既能有效的減少鹽類的掛壁現(xiàn)象，也能通過調(diào)節(jié)單層蒸發(fā)壁的水輸入量，有效減少純凈水的用量。
[0033]筒體與蒸發(fā)壁之間形成三個密封的狹隙，一個高溫蒸發(fā)壁狹隙，一個中溫蒸發(fā)壁狹隙及一個低溫蒸發(fā)壁狹隙，高溫蒸發(fā)壁水、中溫蒸發(fā)壁水及低溫蒸發(fā)壁水在壓差的作用下，流入多層蒸發(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，同時防止了腐蝕性物質(zhì)與內(nèi)筒壁接觸從而造成的腐蝕(為防止反應(yīng)后產(chǎn)物有固體顆粒，需要定期用沖洗水沖洗整個反應(yīng)區(qū)域的內(nèi)壁)。鹽水從下端蓋底部鹽水出口流出，提高了裝置的安全性，多層蒸發(fā)壁的使用降低了對反應(yīng)釜筒體材料的選擇難度。
[0034]反應(yīng)器下端蓋出口出設(shè)計成為大倒角的錐形導(dǎo)流底面，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。該反應(yīng)器上部設(shè)置管殼式換熱器，從蒸發(fā)壁球狀擋板和燒嘴球狀擋板之間折流出來的超臨界流體通過管殼式換熱器管板進(jìn)入管殼式換熱器換熱管，而常溫污水從污水一次入口直接進(jìn)入殼程，經(jīng)過折流后，與超臨界流體在換熱管內(nèi)外壁進(jìn)行換熱，直接將超臨界流體降溫至亞臨界水從熱污水出口流出，而因為降溫析出的氧氣、二氧化碳、氮?dú)獾葰怏w從反應(yīng)后氣相出口排出，常溫污水加熱后從熱污水出口流出，經(jīng)過緩沖調(diào)整流速后流入污水二次入口，進(jìn)入容器進(jìn)行反應(yīng)，以此循環(huán)。
[0035]采用管殼式換熱器，可以直接將污水的預(yù)熱系統(tǒng)取消掉，直接用管程污水反應(yīng)物來加熱殼程的未反應(yīng)污水，實現(xiàn)將污水的加熱和有機(jī)物氧化合為一體，將反應(yīng)過程的最苛刻的條件全部放進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)，取消掉一個加熱器，能極大的節(jié)省成本，并且因為換熱后能夠?qū)⒊R界水直接換熱成亞臨界水，可以將超臨界水中溶解的氧氣、二氧化碳、氮?dú)獾葰怏w分離出去，直接實現(xiàn)汽水分離。
[0036]盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實用新型及所附權(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，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其特征在于:主要由筒體、上端蓋、下端蓋、燒嘴組件、管殼式換熱器、多層蒸發(fā)壁構(gòu)成，筒體與上端蓋、下端蓋固定安裝，上端蓋中部安裝伸入筒體內(nèi)部的燒嘴組件，上端蓋制有氣相出口及與燒嘴組件連通的污水二次入口 ；筒體內(nèi)的上部固裝所述管殼式換熱器，筒體上部制有與該管殼式換熱器連通的污水一次入口及常溫污水出口，筒體上制有位于多層蒸發(fā)壁上部且殼管式換熱器下部的亞臨界水出口 ；筒體內(nèi)的下部固裝所述多層蒸發(fā)壁，多層蒸發(fā)壁與筒體之間由上至下形成多個環(huán)隙，筒體上依次制有與該多個環(huán)隙連通的多個蒸發(fā)壁水入口 ；多層蒸發(fā)壁的上沿制有蒸發(fā)壁球狀擋板，燒嘴組件下端伸出管殼式換熱器并位于蒸發(fā)壁球狀擋板下部，燒嘴組件下端固裝位于蒸發(fā)壁球狀擋板上方的燒嘴球狀擋板，燒嘴球狀擋板與蒸發(fā)壁球狀擋板之間留有超臨界流體通道；下端蓋底部制有鹽水出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其特征在于:所述的多層蒸發(fā)壁與筒體之間由上至下形成的多個環(huán)隙至少包括一個高溫蒸發(fā)壁狹隙，一個中溫蒸發(fā)壁狹隙及一個低溫蒸發(fā)壁狹隙，所述多個蒸發(fā)壁水入口為分別與高溫蒸發(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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其特征在于:所述的管殼式換熱器由管板、換熱管、折流板板構(gòu)成，縱向排列的換熱管通過水平管板固裝成一體，并固裝于筒體內(nèi)部，換熱管上共同安裝多個折流板；所述的燒嘴球狀擋板與蒸發(fā)壁球狀擋板之間留有的超臨界流體通道與管殼式換熱器的管程連通，所述筒體上所制的污水一次入口、常溫水出口與管殼式換熱器的殼程連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，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)流底面的底端制有鹽水出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其特征在于:所述的下端蓋插裝有伸入筒體內(nèi)的沖洗水管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接分離鹽和亞臨界水的蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，其特征在于:所述的下端蓋插裝有伸入筒體內(nèi)的多高度集成溫度計。
【文檔編號】C02F1/72GK204251404SQ201420758740
【公開日】2015年4月8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, 劉志立, 郭仕鵬 申請人:內(nèi)蒙古天一環(huán)境技術(shù)有限公司