申請(qǐng)日2013.09.30

　　公開(kāi)(公告)日2014.01.15

　　IPC分類(lèi)號(hào)F23G7/04

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，包括筒體、與該筒體上端部密封連接的頂蓋，筒體與頂蓋之間的密閉空間為反應(yīng)室，其特征在于，所述筒體內(nèi)壁設(shè)置有隔熱內(nèi)襯，隔熱內(nèi)襯上再設(shè)置耐蝕內(nèi)襯，頂蓋上設(shè)置有與筒體內(nèi)反應(yīng)室連通的一個(gè)燃料進(jìn)口、多個(gè)高溫水進(jìn)口、多個(gè)氧氣進(jìn)口、多個(gè)有機(jī)廢水進(jìn)口、一個(gè)壓力表和安全閥接口，并設(shè)置有若干測(cè)溫套管伸進(jìn)反應(yīng)室不同高度位置，其中，燃料進(jìn)口在頂蓋中心，其余布置在頂蓋不同直徑的圓周上;筒體底部設(shè)置有與反應(yīng)室下部連通的一個(gè)濃鹽水出口和一個(gè)冷卻水進(jìn)口，筒體偏下部側(cè)壁上設(shè)置有與反應(yīng)室連通的一個(gè)反應(yīng)流體出口，筒體外壁設(shè)置有保溫外殼。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，包括筒體、與該筒體上端部密 封連接的頂蓋，筒體與頂蓋之間的密閉空間為反應(yīng)室，其特征在于，所述筒 體內(nèi)壁設(shè)置有隔熱內(nèi)襯，隔熱內(nèi)襯上再設(shè)置耐蝕內(nèi)襯，頂蓋上設(shè)置有與筒體 內(nèi)反應(yīng)室連通的一個(gè)燃料進(jìn)口、多個(gè)高溫水進(jìn)口、多個(gè)氧氣進(jìn)口、多個(gè)有機(jī) 廢水進(jìn)口、一個(gè)壓力表和安全閥接口，并設(shè)置有若干測(cè)溫套管伸進(jìn)反應(yīng)室不 同高度位置，其中，燃料進(jìn)口在頂蓋中心，其余布置在頂蓋不同直徑的圓周 上;筒體底部設(shè)置有與反應(yīng)室下部連通的一個(gè)濃鹽水出口和一個(gè)冷卻水進(jìn)口， 筒體偏下部側(cè)壁上設(shè)置有與反應(yīng)室連通的一個(gè)反應(yīng)流體出口，筒體外壁設(shè)置 有保溫外殼。

　　2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，其特征在于， 所述頂蓋上靠近燃料進(jìn)口同一圓周上均布的四個(gè)高溫水進(jìn)口;高溫水進(jìn)口外 圍同一圓周上均布的四個(gè)第一類(lèi)氧氣進(jìn)口;第一類(lèi)氧氣進(jìn)口外圍同一圓周上 均布的四個(gè)有機(jī)廢水進(jìn)口;有機(jī)廢水進(jìn)口外圍同一圓周上均布的四個(gè)第二類(lèi) 氧氣進(jìn)口;再在該圓周上布置分別伸入反應(yīng)室上、中、下位置的三個(gè)熱電偶 接口。

　　3.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，其特征在于， 所述燃料進(jìn)口、高溫水進(jìn)口和第一類(lèi)氧氣進(jìn)口均位于頂蓋下表面的一個(gè)凹槽 中。

　　4.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，其特征在于， 所述冷卻水進(jìn)口上方設(shè)置一用于控制冷卻水流動(dòng)的擋板。

　　5.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，其特征在于， 燃料進(jìn)口在反應(yīng)器頂蓋下部進(jìn)入反應(yīng)器成八字分成兩路，每一路均與筒體中 軸形成15°夾角。

　　6.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，其特征在于， 所述第一類(lèi)氧氣進(jìn)口在頂蓋下部進(jìn)入反應(yīng)器的位置分成兩路，一路垂直向下， 一路與筒體中軸形成向內(nèi)的15°夾角。

　　7.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，其特征在于， 所述有機(jī)廢水進(jìn)口與筒體中軸形成向內(nèi)的15°夾角;第二類(lèi)氧氣進(jìn)口與筒體中 軸形成向內(nèi)的15°夾角。

　　說(shuō)明書(shū)

　　有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及廢水無(wú)害化處理技術(shù)，特別涉及一種有機(jī)廢水超臨界水熱用 的燃燒反應(yīng)裝置。

　　背景技術(shù)

　　超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(diǎn)(T=374.15℃，P=22.12MPa) 的特殊狀態(tài)下的水。通常條件下水是極性溶劑，能夠溶解大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)物 質(zhì)，但對(duì)氣體和大多數(shù)有機(jī)物則微溶或不溶。超臨界水兼具液體水和氣體水 的性質(zhì)，但與液態(tài)水相比，它只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近似于極性有 機(jī)溶劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度，傳遞性能特別好。在足夠高的壓力 下，超臨界水能按任意比與有機(jī)物、氧氣互溶，使非均相反應(yīng)變?yōu)榫�相反�?yīng)， 大大減小了傳質(zhì)、傳熱阻力。而無(wú)機(jī)物特別是鹽類(lèi)在超臨界水中溶解度極低 (通常小于100mg/L)，容易被分離出來(lái)。超臨界水因具有可連續(xù)變化的密度、 低靜電介質(zhì)常數(shù)、低黏度的特性使其成為一種理想的反應(yīng)介質(zhì)。

　　超臨界水熱燃燒技術(shù)是利用超臨界水對(duì)有機(jī)物和氧化劑都是良好溶劑的 特殊性質(zhì)，水熱火焰作為內(nèi)熱源的前提下，有機(jī)物在富氧環(huán)境中進(jìn)行均相反 應(yīng)，迅速、徹底地將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的H2O、CO2等無(wú)機(jī)小分子化合物，氮 轉(zhuǎn)化成氮?dú)�，其它雜環(huán)原子轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的無(wú)機(jī)鹽。超臨界水熱燃燒技術(shù)的優(yōu) 勢(shì)在于反應(yīng)速度極快，在幾秒內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)99.99%的有機(jī)物去除率，可以大大 減小反應(yīng)器體積;反應(yīng)完全、徹底，最終產(chǎn)物為H2O、CO2等小分子化合物， 無(wú)二次污染;技術(shù)本身符合全封閉的要求;進(jìn)料不需要預(yù)熱到較高的溫度， 甚至可以不進(jìn)行預(yù)熱，有助于解決進(jìn)料預(yù)熱過(guò)程中出現(xiàn)的腐蝕和鹽沉積引起 的堵塞問(wèn)題。

　　超臨界水熱燃燒技術(shù)特別適用于高毒性、高濃度、難生化降解有機(jī)廢水 的高效、低成本無(wú)害化處理，這類(lèi)有機(jī)廢水通常產(chǎn)生于農(nóng)藥、化工、軍工等 特殊行業(yè)和領(lǐng)域，利用傳統(tǒng)的物化、生化方法難以處理達(dá)標(biāo)排放，而利用焚 燒法會(huì)產(chǎn)生大量的二次污染物，且處理費(fèi)用特別高。超臨界水熱燃燒技術(shù)中 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是關(guān)鍵問(wèn)題之一，目前超臨界水熱燃燒反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)還需 要克服幾方面的問(wèn)題。首先，要通過(guò)合適的噴口設(shè)計(jì)在反應(yīng)器中形成穩(wěn)定的 水熱火焰，并且要求有機(jī)廢水和氧化劑在水熱火焰內(nèi)熱源的作用下要能夠充 分傳熱傳質(zhì)進(jìn)行迅速、徹底的反應(yīng)，這樣才能夠高效徹底地處理有機(jī)物，同 時(shí)顯著減小反應(yīng)器的體積。鑒于水熱火焰溫度超過(guò)1000℃，現(xiàn)有的材料難以 承受如此高的溫度，因此需要降低反應(yīng)器承壓壁的溫度。其次，高溫高壓的 反應(yīng)條件及高濃度溶解氧的反應(yīng)環(huán)境會(huì)加劇反應(yīng)器腐蝕。反應(yīng)器腐蝕不僅降 低反應(yīng)器壽命，引起反應(yīng)器安全問(wèn)題，而且腐蝕產(chǎn)物也會(huì)影響處理效果。因 此，需要有效解決超臨界水熱燃燒反應(yīng)器的腐蝕問(wèn)題。再次，在有機(jī)廢水超 臨界水熱燃燒氧化處理過(guò)程中，由于超臨界條件下無(wú)機(jī)鹽的溶解度極低，進(jìn) 料中本身含有的和反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽會(huì)析出，有些鹽的粘度較大，會(huì) 沉積到反應(yīng)器內(nèi)表面上，進(jìn)而引起反應(yīng)器或其出口輸運(yùn)管路的堵塞，造成整 套反應(yīng)裝置非正常停機(jī)，嚴(yán)重影響裝置運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，制約了有機(jī) 廢水超臨界水熱燃燒技術(shù)的發(fā)展。目前，還沒(méi)有一種超臨界水熱燃燒反應(yīng)器 結(jié)構(gòu)被證明是非常理想地解決了上述問(wèn)題，因此一些新型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)還在不 斷地開(kāi)發(fā)之中。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對(duì)背景技術(shù)中所述有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器存在的缺陷或不 足，本發(fā)明的目的是提供一種防腐蝕、防鹽沉積、運(yùn)行安全、設(shè)備成本低的 有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器。

　　一種有機(jī)廢水超臨界水熱燃燒反應(yīng)器，包括筒體、與該筒體上端部密封 連接的頂蓋，筒體與頂蓋之間的密閉空間為反應(yīng)室，其特征在于，所述筒體 內(nèi)壁設(shè)置有隔熱內(nèi)襯，隔熱內(nèi)襯上再設(shè)置耐蝕內(nèi)襯，頂蓋上設(shè)置有與筒體內(nèi) 反應(yīng)室連通的一個(gè)燃料進(jìn)口、多個(gè)高溫水進(jìn)口、多個(gè)氧氣進(jìn)口、多個(gè)有機(jī)廢 水進(jìn)口、一個(gè)壓力表和安全閥接口，并設(shè)置有若干測(cè)溫套管伸進(jìn)反應(yīng)室不同 高度位置，其中，燃料進(jìn)口在頂蓋中心，其余布置在頂蓋不同直徑的圓周上; 筒體底部設(shè)置有與反應(yīng)室下部連通的一個(gè)濃鹽水出口和一個(gè)冷卻水進(jìn)口，筒 體偏下部側(cè)壁上設(shè)置有與反應(yīng)室連通的一個(gè)反應(yīng)流體出口，筒體外壁設(shè)置有 保溫外殼。

　　上述方案中，所述頂蓋上靠近燃料進(jìn)口同一圓周上均布的四個(gè)高溫水進(jìn) 口;高溫水進(jìn)口外圍同一圓周上均布的四個(gè)第一類(lèi)氧氣進(jìn)口;第一類(lèi)氧氣進(jìn) 口外圍同一圓周上均布的四個(gè)有機(jī)廢水進(jìn)口;有機(jī)廢水進(jìn)口外圍同一圓周上 均布的四個(gè)第二類(lèi)氧氣進(jìn)口;再在該圓周上布置分別伸入反應(yīng)室上、中、下 位置的三個(gè)熱電偶接口。

　　所述燃料進(jìn)口、高溫水進(jìn)口和第一類(lèi)氧氣進(jìn)口均位于頂蓋下表面的一個(gè) 凹槽中。所述高溫水進(jìn)口和有機(jī)廢水進(jìn)口均通過(guò)套管貫穿頂蓋。所述冷卻水 進(jìn)口上方設(shè)置一用于控制冷卻水流動(dòng)的擋板。

　　燃料進(jìn)口在反應(yīng)器頂蓋下部進(jìn)入反應(yīng)器成八字分成兩路，每一路均與筒 體中軸形成15°夾角。所述第一類(lèi)氧氣進(jìn)口在頂蓋下部進(jìn)入反應(yīng)器的位置分成 兩路，一路垂直向下，一路與筒體中軸形成向內(nèi)的15°夾角。所述有機(jī)廢水進(jìn) 口與筒體中軸形成向內(nèi)的15°夾角;第二類(lèi)氧氣進(jìn)口與筒體中軸形成向內(nèi)的 15°夾角。

　　本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)特殊的噴射口設(shè)計(jì)(數(shù)量、分布和噴射角)，實(shí) 現(xiàn)穩(wěn)定的水熱火焰，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢水中有機(jī)物的高效無(wú)害化去除。承壓的反應(yīng) 器筒體上最內(nèi)層表面設(shè)置耐蝕內(nèi)襯，進(jìn)而降低反應(yīng)器的腐蝕速率。耐蝕內(nèi)襯 與反應(yīng)器筒體之間進(jìn)一步設(shè)置耐壓的隔熱內(nèi)襯，降低超臨界水熱燃燒反應(yīng)器 內(nèi)高溫流體對(duì)承壓反應(yīng)器筒體的加熱，從而降低反應(yīng)器筒體的工作溫度，保 護(hù)其運(yùn)行安全，同時(shí)降低設(shè)備成本。此外，利用無(wú)機(jī)鹽在超臨界水熱燃燒反 應(yīng)中析出的特性，通過(guò)流動(dòng)慣性和重力的作用將反應(yīng)器中析出的無(wú)機(jī)鹽固體 顆粒沉降到反應(yīng)器底部，利用亞臨界水環(huán)境將無(wú)機(jī)鹽重新溶解然后帶出反應(yīng) 器。脫鹽后的反應(yīng)流體從反應(yīng)器底部靠上位置處的出口流出，進(jìn)而有效克服 了鹽沉淀造成的反應(yīng)器或其出口管路的堵塞問(wèn)題。