CN114804322A - 一种集成型一体化超临界水氧化反应器 - Google Patents

一种集成型一体化超临界水氧化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成型一体化超临界水氧化反应器，反应器主体内腔划分为核心反应区和反应换热区：核心反应区用于实现超临界水氧化反应；反应换热区内设有壁温调节器可以调节壁面温度，设有物料预热组件和取热组件，可以回收超临界水氧化反应热并同时实现物料预热，设有出水集箱导出降温后的反应流体。本发明提出了一种将反应‑预热‑降温‑壁温调控多种功能集成于一体的新型超临界水氧化反应器，降低装备投资成本的同时实现了物料预热、反应后流体降温、壁面保护等功能。

Description

一种集成型一体化超临界水氧化反应器
技术领域
本发明属于超临界水处理有机废物技术领域，具体涉及一种集成型一体化超临界水氧化反应器。
背景技术
得益于超临界水优良的溶剂特性和独特的反应特性、传质特性，有机物与氧化剂在超临界水中能够突破相间传质限制，实现快速、彻底的反应，使废水中的有机物污染物降解为二氧化碳、氮气、水、无机盐等无毒无害物质。
但是，超临界水氧化技术的大规模商业化推广仍受到如下问题的限制。首先，超临界水氧化设备造价、运行成本较高；其次，高能耗也是超临界水氧化处理运行成本较高的重要原因，将反应产物的能量进行回收用于反应物预热、外输电力、蒸汽或热水可大大降低能耗，提高经济效益。因此，若能开发出紧凑、节省型反应装备，并高效利用反应热，将会大大提高整个反应器的效率，达到节约建造及运行成本的目的。
总的来说，超临界水氧化技术具有极大的技术优势，但常规超临界水氧化反应器仍然存在着投资成本较高、能源利用率偏低的问题。如何高效利用反应热，同时降低工艺建造成本，对提高超临界水氧化处理工艺的市场竞争力具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种集成型一体化超临界水氧化反应器，实现物料在反应器内部预热至反应所需的温度，回收超临界水反应热，节省回热器，降低反应器壁面温度，达到壁面保护的目的。
本发明采用以下技术方案：
一种集成型一体化超临界水氧化反应器，包括核心反应区A，核心反应区A的外侧分别设置有反应换热区B，核心反应区A用于实现超临界水氧化反应；反应换热区B内部设置有壁温调节器、物料预热组件、取热组件和出水集箱，壁温调节器经主体保护组件与物料预热组件连接，物料预热组件和取热组件用于回收超临界水氧化反应热并实现物料预热，出水集箱用于导出降温后的反应流体。
具体的，核心反应区A和反应换热区B设置在反应器主体内，反应器主体和反应换热区B之间设置有分隔件，主体保护组件设置在反应器主体的内侧。
进一步的，分隔件的上部设置有加热器，分隔件的下部设置有微孔过滤器。
更进一步的，加热器位于核心反应区A内。
进一步的，核心反应区A顶部的反应器主体上分别设置有氧化剂注入口和物料反应注入口。
具体的，壁温调节器的底部分别设置有第一引入口和壁温调节器接出口，第一引入口用于引入外部物料，壁温调节器接出口通过管道与主体保护组件一侧设置的主体保护组件接入口连接，主体保护组件的另一侧设置有主体保护组件接出口，主体保护组件接出口通过管道与物料预热组件上设置的物料预热组件接入口连接。
进一步的，物料预热组件的顶部设置有物料预热组件接出口，物料预热组件的底部一侧设置有物料第二引入口。
具体的，取热组件的一侧设置有取热介质引入口，另一侧对应设置有取热组件引出口。
具体的，出水集箱的一侧设置有出水集箱接出口。
具体的，壁温调节器、物料预热组件、取热组件和出水集箱从下至上依次间隔设置。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种集成型一体化超临界水氧化反应器，有机废物在核心反应区A中发生超临界氧化反应，彻底降解为无污染物质。反应换热区B内通过物料预热组件和取热组件在反应器内部实现余热在线回收和物料预热。通过壁温调节器降低反应器壁面的温度，实现壁面冷却保护。反应器内部回程设计，各回程相互独立，各司其职，在一个反应器内部即可完成氧化、预热、回热、壁面保护等功能，降低成本的同时实现多功能集成型一体化。
进一步的，设置分隔件可将核心反应区A和反应换热区B分隔开，且在分割件上部设有加热器，分割器下部设有微孔过滤器，空间上布局紧凑合理。
进一步的，加热器用于将物料反应入口处进入反应核心区A的物料加热到反应所需的温度，反应物通过微孔过滤器从核心反应区A进入反应换热区B。
进一步的，进入核心反应区A的物料经过加热器预热到反应温度，保障超临界水氧化反应顺利进行。
进一步的，物料和氧化剂分别沿物料反应注入口和氧化剂注入口中直接进入核心反应区A，经过核心反应区A内部的加热器加热至反应温度后参与超临界氧化反应。
进一步的，部分物料从第一引入口进入壁温调节器，经过壁温调节器控制物料流量，由壁温调节器接出口流出，进入主体保护组件接入口，吸收主体保护组件的热量，实现壁面保护，从主体保护组件接出口流出，进预热组件接入口进入预热组件进行进一步预热。
进一步的，来自主体保护组件接出口吸热后的物料由物料预热组件接入口进入物料预热组件内进行预热；其余部分的***物料从物料物料第二引入口流入预热组件进行预热，最后预热后物料皆从物料预热组件引出口N6流出。
进一步的，取热介质从取热介质引入口进入取热组件，进行吸热降低反应后流体温度，继而由取热介质引出口流出，实现反应能量的充分利用与回收。
进一步的，被降温后的反应后流体以不超过100℃的温度进入出水集箱，继而沿出水集箱接出口流出反应器。
进一步的，壁温调节器位于反应器的最下端，可根据反应器的壁面温度控制物料流量，从而控制反应器主体壁温；物料预热组件为于壁温调节器上游，利用温度较低的热流体对物料进行预热；取热组件位于物料预热组件的上游，利用温度较高的流体将取热介质加热到较高的温度，回收反应余热；出水机箱位于取热组件的上游，被降温后的反应流体从出水集箱流出。实现了功能上相互独立，空间上布局紧凑，在一个反应器内部同时完成物料预热和余热回收，对能量进行回收利用。
综上所述，本发明充分利用反应热，实现余热回收，反应器壁面灵活调控，防止超温，并集多功能于一体，在用于超临界水氧化技术实验研究的同时，对工业应用中超临界水氧化反应器的优化也具有实际指导意义。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中：A.核心反应区；B.反应换热区；1.反应器主体；2.主体保护组件；3.物料预热组件；4.壁温调节器；5.微孔过滤器；6.分隔件；7.取热组件；8.出水集箱；9.加热器；N1.物料第一引入口；N2.壁温调节器接出口；N3.主体保护组件接入口；N4.物料第二引入口；N5.取热介质引入口；N6.物料预热组件接出口；N7.氧化剂注入口；N8.物料反应注入口；N9.物料预热组件接入口；N10.主体保护组件接出口；N11.出水集箱接出口；N12.取热组件引出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种集成型一体化超临界水氧化反应器，反应器主体分隔为核心反应区A和反应换热区B，核心反应区A用于实现超临界水氧化反应；反应换热区B内部的壁温调节器可以调节壁面温度，通过物料预热组件和取热组件回收超临界水氧化反应热并同时实现物料预热，通过出水集箱导出降温后的反应流体。本发明将反应-预热-降温-壁温调控多种功能集成于一体，降低装备投资成本的同时实现了物料预热、反应后流体降温、壁面保护等功能。
请参阅图1，本发明一种集成型一体化超临界水氧化反应器，包括反应器主体1、主体保护组件2和加热器9，主体保护组件2设置在反应器主体1的内侧，反应器主体1内部被分隔为核心反应区A与反应换热区B，核心反应区A位于两个反应换热区B之间，核心反应区A与反应换热区B之间设置有分隔件6，加热器9设置在核心反应区A内，位于分隔件6的上部，分隔件6的下部设置有微孔过滤器5，核心反应区A通过微孔过滤器5与反应换热区B连接，反应换热区B内从下至上依次设置有壁温调节器4、物料预热组件3、取热组件7和出水集箱8。
其中，壁温调节器4的底部分别设置有第一引入口N1和壁温调节器接出口N2，第一引入口N1伸出至反应器主体1的外部，通过第一引入口N1与外部连接，壁温调节器接出口N2通过管道与主体保护组件2一侧设置的主体保护组件接入口N3连接；主体保护组件2的另一侧设置有主体保护组件接出口N10，主体保护组件接出口N10通过管道与物料预热组件3上设置的物料预热组件接入口N9连接，物料预热组件3的顶部设置有物料预热组件接出口N6，物料预热组件接出口N6的一端伸出至反应器主体1的外部，物料预热组件3的底部一侧设置有物料第二引入口N4，物料第二引入口N4的一端伸出至反应器主体1的外部，通过物料第二引入口N4与外部连接。
部分物料从物料第一引入口N1进入壁温调节器4，接着由壁温调节器接出口N2流出，进入主体保护组件接入口N3，最终从主体保护组件接出口N10流出；通过调节进入壁温调节器4的物料流量，可有效控制进入主体保护组件2的物料温度，以及物料在主体保护组件2内的吸热量，从而达到调控反应器主体壁温的目的。
来自主体保护组件接出口N10吸热后的物料由物料预热组件接入口N9进入物料预热组件3内进行预热；其余***物料从物料第二引入口N4流入预热组件3进行预热，最后预热后物料皆从物料预热组件引出口N6流出。
核心反应区A顶部的反应器主体1上分别设置有氧化剂注入口N7和物料反应注入口N8。
预热后物料、氧化剂分别从物料反应注入口N8和氧化剂注入口N7进入核心反应区A，进行氧化反应；在加热器9的配合下，保障核心反应区A内反应温度，反应后的混合流体经分隔件6底部的微孔过滤器5流入反应换热区B。
取热组件7的一侧设置有取热介质引入口N5，另一侧对应设置有取热组件引出口N12；出水集箱8的一侧设置有出水集箱接出口N11。
取热介质从取热介质引入口N5进入取热组件7，进行吸热降低反应后流体温度，继而由取热介质引出口N12流出；被降温后的反应后流体以不超过100℃的温度进入出水集箱8，继而沿出水集箱接出口N11流出。
根据以上结构，本发明一种集成型一体化超临界水氧化反应器的启动方式具体为：
预热后物料和氧化剂分别沿物料注入口N8和氧化剂注入口N7进入核心反应区A，进行超临界水氧化反应；接着，反应后流体从分隔件6底部的微孔过滤器5进入反应换热区B，经壁温调节器4、物料预热组件3与取热组件7取热降温后，由出水集箱8流出反应器。
装置运行过程中，部分物料在壁面调温器4吸收反应流体部分热量，待反应流体达到目标理想温度后，进入主体保护组件2，起到保护反应器主体壁面的目的。
装置运行过程中，预热组件3对物料进行预热，待物料达到反应温度后进入核心反应区A参与氧化反应。
装置运行过程中，取热介质进入取热组件7，进行对流换热，实现余热回收；出水集箱8收集被降温的反应后流体，并继而将其经出水集箱接出口N11导出反应器。
综上所述，本发明一种集成型一体化超临界水氧化反应器，可实现反应器内部预热，对反应过程中的余热进行回收，保护壁面，降低成本，并具有如下特点：
1.反应器主体内部设置预热组件和取热组件，能够利用反应热实现物料预热，同时通过取热器进行对流换热，实现余热回收，使得反应后流体以100℃左右的温度流出，节省了工艺后续降温回热设备。
2.反应器主体内部设置壁温调节器，通过调节物料流量实现壁面温度控制，物料沿反应器主体保护组件吸收热量，达到壁面冷却保护的作用。
3.反应器内部回程设计，各回程相互独立，各司其职，在一个反应器内部即可完成氧化、预热、回热、壁面保护等功能，降低成本的同时实现多功能集成型一体化。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，包括核心反应区A，核心反应区A的外侧分别设置有反应换热区B，核心反应区A用于实现超临界水氧化反应；反应换热区B内部设置有壁温调节器(4)、物料预热组件(3)、取热组件(7)和出水集箱(8)，壁温调节器(4)经主体保护组件(2)与物料预热组件(3)连接，物料预热组件(3)和取热组件(7)用于回收超临界水氧化反应热并实现物料预热，出水集箱(8)用于导出降温后的反应流体。
2.根据权利要求1所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，核心反应区A和反应换热区B设置在反应器主体(1)内，反应器主体(1)和反应换热区B之间设置有分隔件(6)，主体保护组件(2)设置在反应器主体(1)的内侧。
3.根据权利要求2所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，分隔件(6)的上部设置有加热器(9)，分隔件(6)的下部设置有微孔过滤器(5)。
4.根据权利要求3所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，加热器(9)位于核心反应区A内。
5.根据权利要求2所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，核心反应区A顶部的反应器主体(1)上分别设置有氧化剂注入口(N7)和物料反应注入口(N8)。
6.根据权利要求1所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，壁温调节器(4)的底部分别设置有第一引入口(N1)和壁温调节器接出口(N2)，第一引入口(N1)用于引入外部物料，壁温调节器接出口(N2)通过管道与主体保护组件(2)一侧设置的主体保护组件接入口(N3)连接，主体保护组件(2)的另一侧设置有主体保护组件接出口(N10)，主体保护组件接出口(N10)通过管道与物料预热组件(3)上设置的物料预热组件接入口(N9)连接。
7.根据权利要求6所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，物料预热组件(3)的顶部设置有物料预热组件接出口(N6)，物料预热组件(3)的底部一侧设置有物料第二引入口(N4)。
8.根据权利要求1所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，取热组件(7)的一侧设置有取热介质引入口(N5)，另一侧对应设置有取热组件引出口(N12)。
9.根据权利要求1所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，出水集箱(8)的一侧设置有出水集箱接出口(N11)。
10.根据权利要求1所述的集成型一体化超临界水氧化反应器，其特征在于，壁温调节器(4)、物料预热组件(3)、取热组件(7)和出水集箱(8)从下至上依次间隔设置。
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