申请日2009.05.20
公开(公告)日2011.11.16
IPC分类号C02F1/72
摘要
本发明涉及一种超临界水氧化反应器，由反应器筒体(3)、氧化剂分布盘管(11)和加热装置(12)组成;反应器筒体(3)的下部设有氧化剂分布盘管(11)，反应器(3)的底部设有加热装置(12);其中反应器筒体(3)的顶部设有控压阀门(5)，反应器筒体(3)的底部设有无机盐排放阀(13)，反应器筒体(3)下部设有氧化剂进口接管(1)和废水进口接管(2)，上部设有清水出口接管(6)，其中氧化剂进口接管(1)和氧化剂分布盘管(11)联通;氧化剂盘管(11)上设有氧化剂列管(4)。本发明将反应过程与分离过程融合于一体，使设备结构简单、操作稳定、投资和维修费用低、液体滞留量大、能有效防止无机盐沉积。
权利要求书
1.一种超临界水氧化反应器，其特征在于由反应器筒体(3)、氧化剂分布盘管(11)和 加热装置(12)组成;其中反应器筒体(3)的下部设有氧化剂分布盘管(11)，反应器筒体(3) 的底部设有加热装置(12);其中反应器筒体(3)的顶部设有控压阀门(5)，反应器筒体(3)的 底部设有无机盐排放阀(13)，反应器筒体(3)下部设有氧化剂进口接管(1)和废水进口接管 (2)，上部设有清水出口接管(6)，其中氧化剂进口接管(1)和氧化剂分布盘管(11)联通;氧 化剂分布盘管(11)上设有氧化剂列管(4)。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述的氧化剂列管(4)上设有一系列鼓 泡气孔(9)。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述的反应器筒体(3)内每隔1～1.5m 设有1层支撑孔板(10)，用于加强氧化剂列管(4)的稳定性。
4.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于反应器筒体(3)的内壁设 有陶瓷衬里(8)，以防止腐蚀。
5.一种利用权利要求1所述的反应器处理废水的方法，其具体步骤为：先将清水从 废水进口接管(2)中泵入反应器，调节控压阀门(5)使反应器内达到工艺要求的压力 25～40MPa，关闭高压泵，打开加热装置(12)，将水升温至380～600℃;然后打开高压液 氧泵，将氧化剂通过氧化剂进口接管(1)，经氧化剂分布盘管(11)分布后从氧化剂列管(4) 上的气孔(9)送入反应器;同时启动废水泵通过废水进口接管(2)将废水泵入反应器，控制 加热器加热溶液的温度为380～600℃，发生超临界水氧化反应，将废水中的有机污染物 分解为无机小分子物质，产生的气体由于与超临界水互溶而随水从清水出口接管(6)排出 反应器，反应过程生成的无机盐由于因在超临界水中的溶解度极微而大量析出，在由于重 力作用下沉降至反应器的底部，通过间歇开启阀门(13)而排出反应器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的加热装置(12)在反应启动时用于 对反应器筒体(3)内的水进行加热或者在反应放出的热量不能维持反应运行时用于补充热 量;加热装置(12)为电加热或者是蒸汽加热。
说明书
一种超临界水氧化反应器及处理废水的方法
技术领域
本发明涉及到一种高温高压的反应器，更具体地说是采用超临界水氧化法处理高浓度难降解、无机盐含量大的废水或污泥的反应器。
背景技术
超临界水氧化法(SCWO)主要利用超临界水(T>373.85℃，P>22.1MPa)为介质来氧化分解有机物，能在很短的时间内将难降解的、危险的有机物中的碳、氢元素彻底转化为CO2和H2O，将氮元素转化为N2或N2O等无害物质，将水体中的磷、氯、硫等元素氧化，以无机盐的形式从超临界水中沉积下来，这是一种能彻底破坏有机物结构的深度氧化法。其对废水中一般有机物去除率可达99.9%以上。
其中反应阶段是整个处理系统的关键，直接关系到最后的处理效果。因此反应器是整套处理装置的核心，对超临界水氧化法处理废水应用推广，一定程度上就是新型反应器的开发。
由于盐在超临界水中的溶解度低，反应过程中有大量析出，沉积的盐会引起反应器堵塞。同时超临界水氧化反应通常发生在高温高压条件下，对反应容器等设备结构的腐蚀极其严重，尤其当反应物料流中有Cl、Br、F等卤族元素，以及S、P等元素时腐蚀更为加剧。还要考虑传质传热问题，氧化剂充分的溶在超临界水中与有机物更加彻底的反应，良好的传热促进反应进行，提高反应效率。
超临界水氧化法处理的对象非常广泛，这些对象的物理特性、化学特性相差很大，同时处理这些对象的工艺条件也是千差万别，因此很有必要根据不同的情况，使用相应的经济合理有效的反应器。
发明内容
本发明的目的是，针对高浓度难降解、含有大量无机盐废水处理难的问题而提出了一种超临界水氧化反应器。
实现上述发明目的的技术方案是：一种超临界水氧化反应器，其特征在于由反应器筒体(3)、氧化剂分布盘管(11)和加热装置(12)组成;反应器筒体(3)的下部设有氧化剂分布盘管(11)，反应器筒体(3)的底部设有加热装置(12);其中反应器筒体(3)的顶部设有控压阀门(5)，反应器筒体(3)的底部设有无机盐排放阀(13)，反应器筒体(3)下部设有氧化剂进口接管(1)和废水进口接管(2)，上部设有清水出口接管(6)，其中氧化剂进口接管(1)和氧化剂分布盘管(11)联通;氧化剂盘管(11)上设有氧化剂列管(4)。
其中所述的列管(4)为中空的盲管，材质为316L，其上布有许多气孔(9)。氧化剂经过这些气孔进入反应器。列管气孔的分布密集度自下而上减小，孔径大小一般为1～5mm并且所有列管均匀的分布在反应器的空间里，一般列管间距为15～25cm，高度略低于筒体的高度，这样既节约氧化剂又可以使氧化剂充分与超临界水相溶，反应更加完全。
为了增加列管(4)的稳定性，可根据反应器筒体(3)的高度，在其内每隔1～1.5m设置一层支撑孔板(10)，材料为316L。
所述的反应器筒体(3)的内壁设有陶瓷衬里(8)，以防止腐蚀。
其中所述的反应器筒体的材质为316L，筒体的高度和体积随处理量和工作条件的改变而改变;所述的氧化剂分布盘管(11)材质为316L。
本发明还提供了一种利用上述的反应器处理废水的方法，其具体步骤为：先将清水从废水接口(2)中泵入反应器，调节控压阀门(5)使反应器内达到工艺要求的压力25～40MPa，关闭高压泵，打开加热装置(12)，将水升温至380～600℃;打开高压液氧泵，将液氧通过接管(1)，经分布盘管(11)分布后从列管(4)上的气孔(9)送入反应器;同时启动废水泵，通过接管(2)将废水泵入反应器，控制加热器加热溶液的温度为380～600℃，发生超临界水氧化反应，将废水中的有机污染物分解为无机小分子物质，如CO2、N2或N2O及无机盐等，产生的气体由于与超临界水互溶而随水从接管(6)排出反应器，反应过程生成的无机盐由于因在超临界水中的溶解度极微而大量析出，在由于重力作用下沉降至反应器的底部，通过间歇开启阀门(13)而排出反应器。
其中所述的加热装置(12)在反应启动时用于对反应器筒体(3)内的水进行加热或者在反应放出的热量不能维持反应运行时用于补充热量;加热装置(12)为电加热或者是蒸汽加热。
其中所述的氧化剂为气态氧化剂或者是液态氧化剂，气态氧化剂一般为空气，优选 为氧气;优选液态氧化剂为双氧水、高锰酸钾溶液或液氧。
氧化剂分布盘管(11)一般安装在反应器直筒段的下端，将反应器分为两个功能区：氧化剂分布盘管(11)及其上部的反应器筒体(3)、氧化剂列管(4)与孔板(10)组成反应区，为超临界水氧化反应提供场所;氧化剂分布盘管(11)及其下部的空间为分离区。运行过程中，氧化剂从接管(1)进入反应器，通过氧化剂分布盘管(11)分布后，从氧化剂鼓泡列管(4)上的一系列鼓泡孔(9)中出来，与从接管(2)进入反应器的废水混合并发生反应，将废水中所含的有机物彻底氧化分解为无机小分子物质，含碳氢的有机物被分解成CO2和水，含氮有机物则被分解成为N2或N2O，氯、硫、磷等元素则被降解成为无机盐而析出。生成的气体能与超临界水以任意比例互溶，因此随处理后的水从接管(6)排出反应器(3)，而生成的无机盐在超临界水中的溶解度极微，在重力作用下沉入反应器(3)的底部，通过间歇开启阀门(13)，即可将其排出反应器(3)。
由于超临界水氧化的温度很高(工作压力25～40MPa，工作温度：380～600℃)，待处理的废水经高压泵从接管(2)进入反应器内后，即可启动设置于反应器下部的加热器(12)对其进行加热，同时通过调节反应器顶部的控压阀门(5)控制反应器(3)内的压力。当温度和压力均达到设定的要求时，即可从接管(1)通入氧化剂，开始进行超临界水氧化反应。为了减小反应过程的热损失，反应器筒体(3)的外壁包有绝热层(7)。为了防止设备的腐蚀及生成的无机盐造成的堵塞，反应器筒体(3)的内壁设有陶瓷衬里(8)。一般而言，废水中的有机污染物在超临界水条件下发生氧化反应的过程中会放出大量的热量，如果反应放出的反应热不能维持反应所需热量时，需要启动加热器(12)以补充热量。
在反应启动时，由于进入反应器内的水可以进入氧化剂列管(4)，而列管(4)上的气孔(9)非常小，如果直接使用废水，可能会堵塞这些气孔，而影响鼓泡器的使用效果，因此先使用普通水升温升压，达到反应条件后，打开氧化剂加压装置，将氧化剂注入反应器，同时打开废水泵注入废水，根据具体处理水质条件调节废水流量和氧化剂流量。
本反应器不但适用于高浓度难降解废水的处理，也适用于污泥的处理。当用于处理污泥时，只需将前述的废水泵改换为污泥泵即可。
有益效果：
1、本发明采用氧化剂盘管及其上的氧化剂列管将氧化剂均匀分布至反应器内的待处理废水中，使反应更彻底，提高了废水中有机污染物的转化率，节省了氧化剂的用量。
2、本发明将反应过程与分离过程融合于一体，使设备结构简单、操作稳定、投资和维修费用低、液体滞留量大、能有效防止无机盐沉积。
3、在反应器上设有取样口，可进行实时监测，测定反应过程中各物质的浓度，考察反应过程的机理，小型装置可用于科学研究。