申请日2013.09.30
公开(公告)日2014.01.15
IPC分类号F23G7/04
摘要
本发明公开了一种有机废水超临界水热燃烧反应器，包括筒体、与该筒体上端部密封连接的顶盖，筒体与顶盖之间的密闭空间为反应室，其特征在于，所述筒体内壁设置有隔热内衬，隔热内衬上再设置耐蚀内衬，顶盖上设置有与筒体内反应室连通的一个燃料进口、多个高温水进口、多个氧气进口、多个有机废水进口、一个压力表和安全阀接口，并设置有若干测温套管伸进反应室不同高度位置，其中，燃料进口在顶盖中心，其余布置在顶盖不同直径的圆周上;筒体底部设置有与反应室下部连通的一个浓盐水出口和一个冷却水进口，筒体偏下部侧壁上设置有与反应室连通的一个反应流体出口，筒体外壁设置有保温外壳。
权利要求书
1.一种有机废水超临界水热燃烧反应器，包括筒体、与该筒体上端部密 封连接的顶盖，筒体与顶盖之间的密闭空间为反应室，其特征在于，所述筒 体内壁设置有隔热内衬，隔热内衬上再设置耐蚀内衬，顶盖上设置有与筒体 内反应室连通的一个燃料进口、多个高温水进口、多个氧气进口、多个有机 废水进口、一个压力表和安全阀接口，并设置有若干测温套管伸进反应室不 同高度位置，其中，燃料进口在顶盖中心，其余布置在顶盖不同直径的圆周 上;筒体底部设置有与反应室下部连通的一个浓盐水出口和一个冷却水进口， 筒体偏下部侧壁上设置有与反应室连通的一个反应流体出口，筒体外壁设置 有保温外壳。
2.如权利要求1所述的有机废水超临界水热燃烧反应器，其特征在于， 所述顶盖上靠近燃料进口同一圆周上均布的四个高温水进口;高温水进口外 围同一圆周上均布的四个第一类氧气进口;第一类氧气进口外围同一圆周上 均布的四个有机废水进口;有机废水进口外围同一圆周上均布的四个第二类 氧气进口;再在该圆周上布置分别伸入反应室上、中、下位置的三个热电偶 接口。
3.如权利要求2所述的有机废水超临界水热燃烧反应器，其特征在于， 所述燃料进口、高温水进口和第一类氧气进口均位于顶盖下表面的一个凹槽 中。
4.如权利要求1所述的有机废水超临界水热燃烧反应器，其特征在于， 所述冷却水进口上方设置一用于控制冷却水流动的挡板。
5.如权利要求1所述的有机废水超临界水热燃烧反应器，其特征在于， 燃料进口在反应器顶盖下部进入反应器成八字分成两路，每一路均与筒体中 轴形成15°夹角。
6.如权利要求1所述的有机废水超临界水热燃烧反应器，其特征在于， 所述第一类氧气进口在顶盖下部进入反应器的位置分成两路，一路垂直向下， 一路与筒体中轴形成向内的15°夹角。
7.如权利要求1所述的有机废水超临界水热燃烧反应器，其特征在于， 所述有机废水进口与筒体中轴形成向内的15°夹角;第二类氧气进口与筒体中 轴形成向内的15°夹角。
说明书
有机废水超临界水热燃烧反应器
技术领域
本发明涉及废水无害化处理技术，特别涉及一种有机废水超临界水热用 的燃烧反应装置。
背景技术
超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T=374.15℃，P=22.12MPa) 的特殊状态下的水。通常条件下水是极性溶剂，能够溶解大多数无机盐类物 质，但对气体和大多数有机物则微溶或不溶。超临界水兼具液体水和气体水 的性质，但与液态水相比，它只有少量的氢键存在，介电常数近似于极性有 机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度，传递性能特别好。在足够高的压力 下，超临界水能按任意比与有机物、氧气互溶，使非均相反应变为均相反应， 大大减小了传质、传热阻力。而无机物特别是盐类在超临界水中溶解度极低 (通常小于100mg/L)，容易被分离出来。超临界水因具有可连续变化的密度、 低静电介质常数、低黏度的特性使其成为一种理想的反应介质。
超临界水热燃烧技术是利用超临界水对有机物和氧化剂都是良好溶剂的 特殊性质，水热火焰作为内热源的前提下，有机物在富氧环境中进行均相反 应，迅速、彻底地将有机物转化成无害的H2O、CO2等无机小分子化合物，氮 转化成氮气，其它杂环原子转化成相应的无机盐。超临界水热燃烧技术的优 势在于反应速度极快，在几秒内就可实现99.99%的有机物去除率，可以大大 减小反应器体积;反应完全、彻底，最终产物为H2O、CO2等小分子化合物， 无二次污染;技术本身符合全封闭的要求;进料不需要预热到较高的温度， 甚至可以不进行预热，有助于解决进料预热过程中出现的腐蚀和盐沉积引起 的堵塞问题。
超临界水热燃烧技术特别适用于高毒性、高浓度、难生化降解有机废水 的高效、低成本无害化处理，这类有机废水通常产生于农药、化工、军工等 特殊行业和领域，利用传统的物化、生化方法难以处理达标排放，而利用焚 烧法会产生大量的二次污染物，且处理费用特别高。超临界水热燃烧技术中 反应器的设计开发是关键问题之一，目前超临界水热燃烧反应器的开发还需 要克服几方面的问题。首先，要通过合适的喷口设计在反应器中形成稳定的 水热火焰，并且要求有机废水和氧化剂在水热火焰内热源的作用下要能够充 分传热传质进行迅速、彻底的反应，这样才能够高效彻底地处理有机物，同 时显著减小反应器的体积。鉴于水热火焰温度超过1000℃，现有的材料难以 承受如此高的温度，因此需要降低反应器承压壁的温度。其次，高温高压的 反应条件及高浓度溶解氧的反应环境会加剧反应器腐蚀。反应器腐蚀不仅降 低反应器寿命，引起反应器安全问题，而且腐蚀产物也会影响处理效果。因 此，需要有效解决超临界水热燃烧反应器的腐蚀问题。再次，在有机废水超 临界水热燃烧氧化处理过程中，由于超临界条件下无机盐的溶解度极低，进 料中本身含有的和反应过程中产生的无机盐会析出，有些盐的粘度较大，会 沉积到反应器内表面上，进而引起反应器或其出口输运管路的堵塞，造成整 套反应装置非正常停机，严重影响装置运行的可靠性和经济性，制约了有机 废水超临界水热燃烧技术的发展。目前，还没有一种超临界水热燃烧反应器 结构被证明是非常理想地解决了上述问题，因此一些新型反应器结构还在不 断地开发之中。
发明内容
针对背景技术中所述有机废水超临界水热燃烧反应器存在的缺陷或不 足，本发明的目的是提供一种防腐蚀、防盐沉积、运行安全、设备成本低的 有机废水超临界水热燃烧反应器。
一种有机废水超临界水热燃烧反应器，包括筒体、与该筒体上端部密封 连接的顶盖，筒体与顶盖之间的密闭空间为反应室，其特征在于，所述筒体 内壁设置有隔热内衬，隔热内衬上再设置耐蚀内衬，顶盖上设置有与筒体内 反应室连通的一个燃料进口、多个高温水进口、多个氧气进口、多个有机废 水进口、一个压力表和安全阀接口，并设置有若干测温套管伸进反应室不同 高度位置，其中，燃料进口在顶盖中心，其余布置在顶盖不同直径的圆周上; 筒体底部设置有与反应室下部连通的一个浓盐水出口和一个冷却水进口，筒 体偏下部侧壁上设置有与反应室连通的一个反应流体出口，筒体外壁设置有 保温外壳。
上述方案中，所述顶盖上靠近燃料进口同一圆周上均布的四个高温水进 口;高温水进口外围同一圆周上均布的四个第一类氧气进口;第一类氧气进 口外围同一圆周上均布的四个有机废水进口;有机废水进口外围同一圆周上 均布的四个第二类氧气进口;再在该圆周上布置分别伸入反应室上、中、下 位置的三个热电偶接口。
所述燃料进口、高温水进口和第一类氧气进口均位于顶盖下表面的一个 凹槽中。所述高温水进口和有机废水进口均通过套管贯穿顶盖。所述冷却水 进口上方设置一用于控制冷却水流动的挡板。
燃料进口在反应器顶盖下部进入反应器成八字分成两路，每一路均与筒 体中轴形成15°夹角。所述第一类氧气进口在顶盖下部进入反应器的位置分成 两路，一路垂直向下，一路与筒体中轴形成向内的15°夹角。所述有机废水进 口与筒体中轴形成向内的15°夹角;第二类氧气进口与筒体中轴形成向内的 15°夹角。
本发明的优点是，通过特殊的喷射口设计(数量、分布和喷射角)，实 现稳定的水热火焰，实现有机废水中有机物的高效无害化去除。承压的反应 器筒体上最内层表面设置耐蚀内衬，进而降低反应器的腐蚀速率。耐蚀内衬 与反应器筒体之间进一步设置耐压的隔热内衬，降低超临界水热燃烧反应器 内高温流体对承压反应器筒体的加热，从而降低反应器筒体的工作温度，保 护其运行安全，同时降低设备成本。此外，利用无机盐在超临界水热燃烧反 应中析出的特性，通过流动惯性和重力的作用将反应器中析出的无机盐固体 颗粒沉降到反应器底部，利用亚临界水环境将无机盐重新溶解然后带出反应 器。脱盐后的反应流体从反应器底部靠上位置处的出口流出，进而有效克服 了盐沉淀造成的反应器或其出口管路的堵塞问题。
