CN103588280B - 一种循环水氧化陶瓷壁式反应器 - Google Patents
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Abstract
一种循环水氧化陶瓷壁式反应器，由竖直的上筒体和横向的下筒体连接组成，所述上筒体和下筒体内部联通；上筒体上端口设有密封端盖，密封端盖上设有污水进口，上筒体外壁上设有一个以上的循环水入口，循环水进水管连接循环水入口；上筒体筒壁由外壁和陶瓷壁组成，陶瓷壁设在外壁内，陶瓷壁上若干设有径向通孔；下筒体由筒壁和两端的封头组成，封头设有净化水排出口，所述筒壁内表面设有网状分流的、表面粗糙的陶瓷柱，筒壁下端设有排污口。本发明利用反应器壁内镶嵌陶瓷片来避免污水与反应器壁接触，并分离无机盐的超临界水氧化反应器，解决了污水在超临界状态下对反应器壁的腐蚀，且陶瓷壁易于替换。
Description
所述领域：
本发明属于环境保护及化工领域，特别涉及利用超临界水作为反应介质对不同浓度下难处理的废水废渣进行处理的一种超临界水处理反应器，尤其适合利用循环水处理的工艺过程。
背景技术：
超临界水是水在温度和压力皆高于临界点之上所存在的一种特殊状态，在这种状态下水具有许多与常规水不同的特性，诸如密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等都会发生急剧的变化。水的临界温度为647.096K，临界压力为22.064Mpa，在此状态下的密度为322kg·m3，这一状态下的水具有高扩散性、低粘度的非极性溶剂，对于许多有机物(如戊烷，己烷，苯，甲苯等)和气体(如氧气等)都能和超临界水以任意比例互溶，形成单一的均相体系。而对于无机物质，特别是盐类，在超临界水中的溶解度很低，会在水达到超临界状态后析出。
超临界水氧化技术是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物，将其完全转化成无害的CO2、H2、N2和H2O等小分子化合物。而对于那些难销毁的和那些有毒有害的物质，超临界水氧化也具备很好的适应性，其反应速度快，处理效果好，还可以产生热量维持反应进行，从很多方面上来说都是一项很理想的处理技术，尤其适应着我国当前的工业化发展需求。
虽然超临界水氧化法有着诸多优势，其处理速度快，处理效果好，但是由于水的性质，这项技术的实施还有着很多问题，在实验阶段这些问题因为设备小运行时间短，所以容易解决，但是在工业化推广应用上一些问题就变的严重起来，其中具体表现在：
1.材料的腐蚀问题：许多污水呈不同的酸碱性，并且还有某些无机离子，诸如卤素、硫、磷等，这些都会对设备的长期运行有着很大的损害，尤其是高温高压的运行条件，对设备的腐蚀更加严重，极厚的壁厚也使得设备在制造过程中存在很多困难。
2.盐沉积问题：大部分污水都有着不同含量的无机盐和不同程度的酸碱性，为了降低其对设备的腐蚀往往会将其进行中和处理，这便使得污水水中的无机盐含量大大提高，而超临界水的性质又使得无机盐无法在水中溶解，因此在达到超临界状态后便会有大量的无机盐析出并沉淀，引起反应器进出口的堵塞，这不仅影响了反应的进行，还会因超临界状态下的水不易压缩导致设备出现安全隐患。
3.经济性实用问题：超临界水氧化的处理过程虽然是放热过程，可是在设备启动的过程中需要消耗大量的热，而通常对污水都是经过加压后在进行加热，这样就使得加热过程很难通过明火来进行，而回收的热也很难去加热污水，不但提高了成本，还浪费了大量的能源。
发明目的：
本发明的目的是为了提供一种利用反应器壁内镶嵌陶瓷片来避免污水与反应器壁接触，并分离无机盐的超临界水氧化反应器，结合了利用循环水进行超临界水氧化处理的工艺，解决了污水在超临界状态下对反应器壁的腐蚀，且陶瓷壁易于替换，方便使用。其中还包含有分离反应过程中产生无机盐的设备，整体结构简单容易制造，易于检修维护，安全性高，为超临界水氧化法的工业化提供了有利设备。
为了达到上目的，本发明是根据以下的技术方案实现的：
一种循环水氧化陶瓷壁式反应器，由竖直的上筒体和横向的下筒体连接组成，所述上筒体和下筒体内部联通；所述上筒体上端口设有密封端盖，密封端盖上设有污水进口，所述上筒体外壁上设有一个以上的循环水入口，循环水进水管连接循环水入口；上筒体筒壁由外壁和陶瓷壁组成，所述陶瓷壁设在外壁内，陶瓷壁上若干设有径向通孔；
所述下筒体由筒壁和两端的封头组成，所述封头设有净化水排出口，所述筒壁内表面设有网状分流的、表面粗糙的陶瓷柱，所述筒壁下端设有排污口。
上述技术方案中，上筒体为混合、氧化反应段，顶端采用密封端盖（如平盖），可以随时开启；上筒体筒壁由外壁和陶瓷壁组成，阻碍污水与外壁直接接触，污水进口在反应器最上端；循环水由循环水入口经过陶瓷壁上径向通孔进入。反应过程自上而下进行，处理后的水经沉淀段后流出。下筒体为沉淀分离段，下筒体采用网状分流的表面粗糙的陶瓷柱作为辅助沉淀装置，将超临界态所析出的无机盐吸附分离出来，最后通过排污口排出。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷壁外表面设有若干间隔的横向凹槽和纵向凹槽，所述陶瓷内壁顶部设有若干纵向的溢水口，所述径向通孔设在所述横向凹槽内。
上述技术方案中，所述循环水由溢水口和径向通孔流入上筒体，污水从上端经由分布器进入上筒体，与在各个方向流入的、富含氧化剂的循环水混合并迅速升温，达到超临界状态发生氧化反应，且经分流后接触也会充分，进而迅速反应进一步升温，达到所需要的工艺条件。经反应后的流体进入分离沉淀段后流速减慢，通过下部的网状辅助沉淀装置（表面粗糙的陶瓷柱）将超临界态所析出的无机盐分离出来，最后通过排出口排出。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷壁由相互嵌套的外陶瓷壁和内陶瓷壁组成，所述外陶瓷壁和内陶瓷壁的外表面设有若干间隔的横向凹槽和纵向凹槽，顶部设有若干纵向的溢水口，所述径向通孔设在所述横向凹槽内，所述外陶瓷壁和内陶瓷壁上的所述径向通孔错向设置。
上述方案中，所述陶瓷壁有两层，内陶瓷壁的外径与外陶瓷壁的内径相一致，两者嵌套配合。内外陶瓷壁上均设有纵向凹槽与横向凹槽，以从循环水入口引入循环水，通过径向通孔注入上筒体内；陶瓷壁上部设有溢水口，可使循环水大部分在最上端沿着密封盖溢出。采用内外陶瓷壁的配合，进一步隔离污水和上筒体外壁的接触。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷壁由两个相对设置的半圆组成。陶瓷壁生产的工艺简单，安装方便，两个半圆相配合的方式也使得陶瓷壁完全不承受压力，避免了陶瓷壁因压力波动而容易损坏的问题。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷壁分为上下两段，上段为混合段陶瓷壁，下段为氧化处理段陶瓷壁，所述氧化处理段陶瓷壁上的横向凹槽和纵向凹槽的数量较所述混合段的少，深度较所述混合段陶瓷壁的浅，所述氧化处理段陶瓷壁上的径向通孔小于所述混合段陶瓷壁上的。目的是让少部分循环水通过分流管线进入氧化处理段。
作为本发明的进一步改进，所述循环水进水管还连接有分流管，所述环水进水管和与所述混合段对应的、上筒体外壁上的循环水进口连接，所述分流管和与所述氧化处理段对应的、上筒体外壁上的循环水进口连接。循环水进水管的出口设于混合段，分流管的出口设置在氧化处理段，因为混合段的循环水引入量大，氧化处理段循环水引入量小。
作为本发明的进一步改进，所述陶瓷壁通过卡槽和上筒体外壁上的卡头固定连接，所述卡头上设有测温探头。
测温点一般设于氧化处理段末端，搭附在氧化处理段的卡头上，用于测量反应器内部最高温度。
与现有的超临界反应器相比，本发明的优点在于：
本发明针将传统的氧化剂与污水相互混合的形式改为污水与富含氧化剂的循环水相混合，污水与循环水在混合升温的过程中就与氧化剂充分接触，达到温度后即迅速开始反应，而分布器也使得污水与氧化剂的混合更为容易，接触更快，处理效果更好。混合段是为加快污水与氧化剂的混合，满足混合后达到380℃的温度要求，陶瓷片布置使得循环水可以在顶端和中间段射向污水，提高了混合速率。
本发明中混合段与氧化处理段都是通过陶瓷引导循环水进入，从而阻止了污水与反应器壁（上筒体外壁）的直接接触，且混合段与氧化处理段中流体的流速很快，反应器壁只需要承受温度和压力即可，极大程度上的解决了污水中的各种离子对于反应器的腐蚀问题。陶瓷壁的结构简单，仅需要开出几道凹槽即可，两个半圆相配合的方式也使得陶瓷壁完全不承受压力，避免了压力波动而容易损坏的问题，固定方式为可拆卸卡头与上端密封配合固定（卡头限制周向位移，卡头与上端密封限制轴向位移）在长时间使用后如有较严重的腐蚀老化后也可以方便替换。
本发明通过之上而下的反应结构使得一开始的无机盐在较快的流速下连通流进沉淀分离段，由于空间的突然增大使得流速降低，使得辅助沉淀装置将污水中析出的无机盐沉淀出来。在结构上，由于污水中的有机物99%都已经被处理掉，氧的含量也大幅减小，腐蚀性也降低，所以对设备也以无危害。
本发明的温度控制较为精确，由于SCWO是放热反应所以会导致不同区域的温度不同，设备的温度探头设定在前处理段的末端，而绝大部分有机物可在反应段被处理干净，使得测定的温度为反应器的最高温度，对反应器温度的控制提供有力的保证。
附图说明：
图1为本发明实施例1循环水氧化陶瓷壁式反应器的结构示意图；
图2为本发明实施例2的陶瓷壁主视图；
图3为本发明实施例2的陶瓷壁侧视图；
图4为图2的A-A剖视图；
图5为本发明实施例2陶瓷壁顶部的B-B方向视图；
图6为图1中g部密封盖与陶瓷壁的关系放大视图；
图7为图1中h部循环水入口与上筒体连接结构放大图；
图8为本发明实施例2的陶瓷壁卡槽放大视图；
图9为本发明实施例5氧化处理陶瓷壁的主视图；
图10为本发明实施例5氧化处理陶瓷壁的侧视图；
图11为图9的C-C剖视图；
图12为本发明实施例5陶瓷壁顶部的D-D方向视图；
图13为本发明实施例4陶瓷壁的结构示意图；
图14为本发明实施例6整体陶瓷壁的主视图；
图15为本发明实施例6整体陶瓷壁的侧视图；
图16为本发明实施例3的陶瓷壁主视图；
图17为本发明实施例3的陶瓷壁侧视图；
图18为图16的A-A剖视图；
图19为本发明实施例3陶瓷壁顶部的B-B方向视图。
其中1. 密封端盖；2.分布器；3.污水进口管；4.紧固螺栓；5.上筒体；6.陶瓷壁；6a.混合段陶瓷壁；6b.氧化处理段陶瓷壁；7.循环水进口管；8.可拆卸卡头；9.循环水分流管；10.外壁； 11. 上筒体筒壁；12. 分流管；13. 附带测温探头的卡头；14. 筒壁；15. 净化水排出口；16. 封头； 17. 辅助沉淀装置；18. 下筒体；19. 排污口，a. 上端溢水口；b. 横向凹槽；c. 纵向凹槽；d. 卡槽e.径向溢流口；f. 陶瓷合并端，i. 氧化处理段横向凹槽；j. 氧化处理段纵向凹槽；k. 氧化处理段卡槽；m. 氧化处理段径向溢流口；n. 氧化处理段陶瓷合并口。
具体实施方式：
实施例1
如图1所示，一种循环水氧化陶瓷壁式反应器，由竖直的上筒体5和横放的下筒体18焊接组成，上筒体5和下筒体18的内部联通；上筒体5上端口设有密封端盖1，密封端盖1上设有污水进口管3，污水进口管3的出口处连接有分布器2。上筒体筒壁11由外壁10和陶瓷壁6组成，陶瓷壁6设在外壁10内，陶瓷壁6的顶部低于外壁10，和密封端盖1间留有间隙，如图6所示。陶瓷壁6上的卡槽和外壁10内附带测温探头的卡头13配合连接。外壁10上设有一个以上的循环水入口，循环水进水管7连接循环水入口，循环水入口与上筒体连接结构如图7所示。陶瓷壁6上若干设有径向通孔。
下筒体18由筒壁14和两端的封头16组成，封头16上设有净化水排出口15，筒壁14内表面设有辅助沉淀装置17，辅助沉淀装置17为网状分布的、表面粗糙的陶瓷柱，筒壁14下端设有排污口19。
本实施例中水由外壁10上的循环水进水管7通过陶瓷壁6上的径向通孔流入反应器。
流入沉淀分离段的水已处理完毕，仅剩余一些在超临界状态下析出的无机盐，结构上口径突然的变化使水的流速大幅度降低，一部分无机盐会沉淀在容器底部，剩余的部分在随着水的流动过程中会吸附在辅助沉淀装置17上，沉淀下来的无机盐会在停机检修的过程中排掉，处理过的废水由净化水排出口15进行排出。在结构上，如图1所示，靠右***接管的位置也使辅助沉淀装置有更好的沉淀效果，沉淀下来的无机盐将在设备检修及停机休整时通过排污口19排出。
实施例2
如图2，3，4，5所示，陶瓷壁6的外表面上设有若干横向凹槽b，前后侧分别设有纵向凹槽c，陶瓷壁6顶部设有若干纵向的溢水口a，每个横向凹槽b内设有两个相对的径向通孔e，底部设有卡槽d，卡槽d如图6所示，用于和卡头13固定连接。
水通过外壁流进陶瓷壁横向凹槽b和纵向凹槽c的一个交点处，再通过纵向凹槽c分流入各横向凹槽b，从径向通孔e流入反应器，大部分流体从上端溢水口流入反应器。
实施例3
如图16，17，18和19所示，陶瓷壁6由两个相对设置的、相同的半圆63、64组成，半圆63、64的外表面设有若干间隔的横向凹槽b，半圆63、64外表面的中线上设有纵向凹槽c，陶瓷壁6顶部设有若干纵向的溢水口a，每个横向凹槽b内设有两个相对的径向通孔e。半圆63、64的底部设有卡槽d，卡槽d如图8所示，用于和卡头13固定连接。
水通过外壁流进陶瓷壁横向凹槽b和纵向凹槽c的一个交点处，再通过纵向凹槽c分流入各横向凹槽b，从径向通孔e流入反应器，大部分流体从上端溢水口流入反应器。
实施例4
如图13所示，陶瓷壁6由相互嵌套的外陶瓷壁61和内陶瓷壁62组成，外陶瓷壁61和内陶瓷壁62的结构和实施例2相同。
内、外陶瓷壁62、61之间错位90°装配，陶瓷壁62的外径外陶瓷壁61等于的内径，满足二者之间的装配，再通过卡槽d固定在卡头13上。
水通过外壁10流进陶瓷外壁61外表面的纵向凹槽b与横向凹槽c的一个交叉处，再分别流向各凹槽，整体流速较慢，流量较小。通过纵向凹槽c与横向凹槽b扩散式流动，大部分通过上端流出道流出，剩余部分流转90°经径向通孔e进入内陶瓷壁62，在内陶瓷62内经过同样的流转，最终流入反应器内部。
实施例5
如图14和15所示，陶瓷壁6分为上下两段，上段为混合段陶瓷壁6a，下段为氧化处理段陶瓷壁6b。
混合段陶瓷壁6a的结构如图16、17、18和19所示，和实施例3相同。
如图9、10、11和12所示，氧化处理段陶瓷壁6b由两个相对设置的、相同的半圆63、64组成，半圆63、64的外表面设有若干间隔的横向凹槽i，半圆63、64外表面的中线上设有纵向凹槽j，每个横向凹槽i内设有两个相对的径向通孔m。半圆63、64的底部设有卡槽k。
氧化处理段陶瓷壁6b外表面上的横向凹槽i和纵向凹槽j的数量较混合段陶瓷壁6a的横向凹槽b和纵向凹槽c少，深度较混合段的浅，径向通孔m较混合段陶瓷壁6b的径向通孔e小，其目的仅仅是为了防止污水与反应器金属壁相接触，因此陶瓷壁的沟槽很浅，间隔大，流量也小，上端是封闭住的，循环水只在中间进入反应器。反应过程的温度测控，如图1所示，通过附带测温探头12的卡头获得，氧化过程是放热反应，温度会有所升高，反应主要在混合段与氧化处理段进行，所以在这一段测得的温度是反应器内部的最高温度，精确的温度测量也使反应的进行更加容易控制。
如图1所示，循环水进水管7连接有分流管12，循环水进水管7和与混合段6a对应的、上筒体外壁上的循环水进口连接，分流管12和与氧化处理段6b对应的、上筒体外壁上的循环水进口连接。循环水进水管7的出口设于混合段，分流管12的出口设置在氧化处理段，因为混合段6a的循环水引入量大，氧化处理段6b循环水引入量小。
实施例6
如图14、15所示，陶瓷壁6分为上下两段，上段为混合段陶瓷壁6a，下段为氧化处理段陶瓷壁6b。
混合段陶瓷壁6a由相互嵌套的外陶瓷壁61和内陶瓷壁62组成，外陶瓷壁61和内陶瓷壁62的结构如图13所示。
氧化处理段陶瓷壁6b由相互嵌套的外陶瓷壁61和内陶瓷壁62组成，外陶瓷壁61和内陶瓷壁62的结构和实施例5相同，内、外陶瓷壁62、61之间错位90°装配，陶瓷壁62的外径外陶瓷壁61等于的内径，满足二者之间的装配，再通过卡槽d固定在卡头13上。
Claims (8)
1.一种循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，所述反应器由竖直的上筒体和横向的下筒体连接组成，所述上筒体和下筒体内部联通；所述上筒体上端口设有密封端盖，密封端盖上设有污水进口，所述上筒体外壁上设有一个以上的循环水入口，循环水进水管连接循环水入口；上筒体筒壁由外壁和陶瓷壁组成，所述陶瓷壁设在外壁内，陶瓷壁上设有若干径向通孔；
所述下筒体由筒壁和两端的封头组成，所述封头设有净化水排出口，所述筒壁内表面设有网状分流的、表面粗糙的陶瓷柱，所述筒壁下端设有排污口。
2.根据权利要求1所述的循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，所述陶瓷壁外表面设有若干间隔的横向凹槽和纵向凹槽，所述陶瓷内壁顶部设有若干纵向的溢水口，所述径向通孔设在所述横向凹槽内。
3.根据权利要求1所述的循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，所述陶瓷壁由相互嵌套的外陶瓷壁和内陶瓷壁组成，所述外陶瓷壁和内陶瓷壁的外表面设有若干间隔的横向凹槽和纵向凹槽，顶部设有若干纵向的溢水口，所述径向通孔设在所述横向凹槽内，所述外陶瓷壁和内陶瓷壁上的所述径向通孔错向设置。
4.根据权利要求1或2或3所述的循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，所述陶瓷壁由两个相对设置的半圆组成。
5.根据权利要求1所述的循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，所述陶瓷壁通过卡槽和上筒体外壁上的卡头固定连接，所述卡头上设有测温探头。
6.根据权利要求2所述的循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，所述陶瓷壁分为上下两段，上段为混合段陶瓷壁，下段为氧化处理段陶瓷壁，所述氧化处理段陶瓷壁上的横向凹槽和纵向凹槽的数量较所述混合段的少，深度较所述混合段陶瓷壁的浅，所述氧化处理段陶瓷壁上的径向通孔小于所述混合段陶瓷壁上的。
7.根据权利要求3所述的循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，内、外陶瓷壁（62、61）之间错位90°装配。
8.根据权利要求6所述的循环水氧化陶瓷壁式反应器，其特征是，所述循环水进水管还连接有分流管，所述环水进水管和与所述混合段对应的、上筒体外壁上的循环水进口连接，所述分流管和与所述氧化处理段对应的、上筒体外壁上的循环水进口连接。
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|---|
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