一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓高溫反應(yīng)裝置，具體是一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]超臨界水反應(yīng)體系在有機(jī)物廢物的高效氧化降解、有機(jī)質(zhì)資源化利用制氫、納米金屬及金屬氧化物粉體的制備等領(lǐng)域表現(xiàn)出顯著的介質(zhì)優(yōu)勢。目前，生物制藥、石油開采與加工、化工生產(chǎn)、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(diǎn)，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(dá)標(biāo)排放。超臨界水氧化技術(shù)可以有效地實(shí)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(shù)，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。超臨界水氣化技術(shù)是利用超臨界水強(qiáng)大的有機(jī)物溶解力，將有機(jī)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(shí)現(xiàn)重污染工業(yè)廢水與污泥以及其他生物質(zhì)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(jī)鹽溶解度極低的特性，超臨界水熱合成技術(shù)可以使金屬離子以納米金屬氧化物的形式結(jié)晶、析出，制取經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的納米金屬氧化物;通過添加適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)物維持水熱合成反應(yīng)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(yīng)為尚溫尚壓反應(yīng)，往往要求反應(yīng)器制造材料具有$父尚的尚溫持久強(qiáng)度。另考慮到超臨界水氛圍下的材質(zhì)抗高溫腐蝕性能，當(dāng)前超臨界水反應(yīng)器的主流材質(zhì)為高端鎳基合金(如N06625、N10276等)，每噸價(jià)格高達(dá)數(shù)十萬元，且反應(yīng)器壁承受高壓(設(shè)計(jì)壓力往往高于30MPa)的需要，導(dǎo)致反應(yīng)器壁較厚，投資較大。因此在保證超臨界水反應(yīng)停留時(shí)間充足(即反應(yīng)流程的長度足夠)的前提下，顯著降低反應(yīng)器造價(jià)是擴(kuò)大超臨界水技術(shù)市場應(yīng)用份額的當(dāng)務(wù)之急。此外，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)后流體中固相殘?jiān)?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(jī)鹽)或者目標(biāo)產(chǎn)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(jìn)一步提升超臨界水技術(shù)優(yōu)勢的重要方面。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】中超臨界水反應(yīng)設(shè)置造價(jià)高的問題，提供一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，該裝置能夠廣泛應(yīng)用于重污染工業(yè)廢水及污泥的超臨界水氧化處理、有機(jī)質(zhì)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(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，包括多節(jié)沿程串接的雙回程管式超臨界水反應(yīng)器和一個(gè)超臨界水在線脫固器;雙回程管式超臨界水反應(yīng)器包括外管和套設(shè)于外管內(nèi)的芯管，芯管與外管之間設(shè)置有至少兩個(gè)支撐架;芯管的一端開設(shè)芯管接口，外管的側(cè)面開設(shè)外管接口 ；首節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口為反應(yīng)物入口，末節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)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(jìn)口相連通。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0008]所述外管的前端設(shè)置第一外管法蘭，末端設(shè)置第二外管法蘭;第一外管法蘭和第二外管法蘭均開設(shè)有中心孔，且中心孔的直徑與外管的內(nèi)徑相同。
[0009]所述第一外管法蘭的外側(cè)密封連接芯管貫通法蘭，芯管貫通法蘭開設(shè)有法蘭中心孔，法蘭中心孔的直徑與芯管的內(nèi)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(cè)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(cè)密封連接盲法蘭;盲法蘭的內(nèi)側(cè)設(shè)置防磨順流體，防磨順流體的側(cè)面與外管的內(nèi)側(cè)緊密接觸，后端面與盲法蘭的內(nèi)側(cè)面緊密接觸，前端面為向后凹陷的橢球面;防磨順流體設(shè)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(gè)支撐架，每個(gè)支撐架具有三個(gè)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(nèi)徑，以保證支手頂部與外管內(nèi)壁面緊密貼合。
[0014]所述芯管末端的外側(cè)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(shè)置端蓋，下端開設(shè)稠相流體出口；筒體側(cè)面下部開設(shè)冷卻水進(jìn)口，上部開設(shè)流體進(jìn)/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(nèi)部；當(dāng)中心管的入口作為反應(yīng)后流體進(jìn)口時(shí)，筒體側(cè)面的流體進(jìn)/出口作為稀相流體出口 ；當(dāng)筒體側(cè)面的流體進(jìn)/出口作為反應(yīng)后流體進(jìn)口時(shí)，中心管的入口作為稀相流體出口。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明反應(yīng)后流體由末節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)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?jiān)?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(jī)鹽)或者目標(biāo)產(chǎn)物(納米金屬或者金屬氧化物粉體)被分離脫出，實(shí)現(xiàn)了超臨界水氛圍下固相的高效連續(xù)在線分離。
[0019]進(jìn)一步的，本發(fā)明雙回程管式超臨界水反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)器，在獲得相同長度反應(yīng)流程的情況下，可顯著降低設(shè)備耗材量，從而降低反應(yīng)裝置造價(jià)。
[0020]進(jìn)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(nèi)的沉降；防磨順流體與芯管末端間流通面積不大于芯管內(nèi)通流面積，防磨順流體為防磨耐蝕材質(zhì)，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(dǎo)回程轉(zhuǎn)折處流體的作用，抑制了固體顆粒的沉降堆積。
[0021 ]進(jìn)一步的，本發(fā)明每個(gè)芯管支撐架上設(shè)置有三個(gè)支手，支手頂部為球面，該球面直徑等于外管內(nèi)徑，保證支手頂部與外管內(nèi)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(yīng)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(yīng)裝置實(shí)施I示意圖；
[0026I圖5是反應(yīng)裝置實(shí)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(cè)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(yīng)器接引管；N1-芯管接口 ；N2-外管接口 ；N3稠相流體出口；N4-反應(yīng)后流體進(jìn)口 ；N5_稀相流體出口；N6-冷卻水進(jìn)口。
【【具體實(shí)施方式】】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)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(yīng)器和一個(gè)超臨界水在線脫固器;雙回程管式超臨界水反應(yīng)器包括外管I和套設(shè)于外管I內(nèi)的芯管3，芯管3與外管I之間設(shè)置有至少兩個(gè)支撐架2;芯管3的一端開設(shè)芯管接口 NI，外管I的側(cè)面開設(shè)外管接口 N2;芯管3的中部和末端分別焊接一個(gè)支撐架2，每個(gè)支撐架2具有三個(gè)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(nèi)徑，以保證支手15頂部與外管I內(nèi)壁面緊密貼合。芯管3末端的外側(cè)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(yīng)器的芯管接口NI為反應(yīng)物入口，末節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口