申请日2018.07.04
公开(公告)日2018.09.28
IPC分类号C02F1/02; C01B3/02
摘要
本发明提供一种污水超临界水气化高效反应装置及方法。本发明装置包括：反应管主进口、毛细管进口、中心粗管进口、进口分流器、中心粗管、毛细回路盘管、翅片、炉膛石英管、毛细管出口、中心粗管出口、反应管主出口、出口混流器。通过本发明装置处理，城市生活污水以及工业污水可实现达标排放，同时可获得具有高热值、高经济附加值、低成本的气体产物。
权利要求书
1.一种污水超临界水气化高效反应装置，包括炉膛石英管(8)，其特征在于：炉膛石英管(8)内设中心粗管(5)，在炉膛石英管(8)和中心粗管(5)之间设置毛细回路盘管(6)，中心粗管(5)和毛细回路盘管(6)相互独立无物质交换，所述的反应装置下端设置反应管主进口(1)上设置进口分流器(4)，进口分流器(4)分别与毛细管进口(2)和中心粗管进口(3)连接，在反应装置的上端毛细管出口(9)、中心粗管出口(10)分别与出口混流器(12)连接，出口混流器(12)上设置反应管主出口(11)。
2.根据权利要求1所述的污水超临界水气化高效反应装置，其特征在于：所述的中心粗管(5)外壁固定连接8090锂铝合金翅片(7)。
3.根据权利要求2所述的污水超临界水气化高效反应装置，其特征在于：所述的8090锂铝合金翅片(7)相邻翅片间距离小于等于5mm。
4.根据权利要求1所述的污水超临界水气化高效反应装置，其特征在于：所述的反应装置和前置泵连接。
5.根据权利要求1所述的污水超临界水气化高效反应装置，其特征在于：所述的反应装置和后置背压阀连接。
6.应用权利要求1~5任一所述的污水超临界水气化高效反应装置的污水处理方法，其特征在于，污水原料由反应管主进口(1)进入，经分流器(4)分流后分别由毛细管进口(2)和中心粗管进口(3)导入毛细回路盘管(6)和中心粗管(5)内进行超临界水气化反应，反应产物分别通过毛细管出口(9)和中心粗管出口(10)进入出口混流器(12)内混流后通过反应管主出口(11)排出反应器进入后续流程。
7.根据权利要求6所述的应用污水超临界水气化高效反应装置的污水处理方法，其特征在于，控制毛细回路盘管内污水停留时间在60~75s，中心粗管内污水停留时间在216~270s，反应管主进口污水进料量为50~100ml/min，毛细管进口流量为8~16 ml/min，中心粗管进口流量为42~84ml/min。
8.根据权利要求6所述的应用污水超临界水气化高效反应装置的污水处理方法，其特征在于，毛细回路盘管的内容积为10~20ml，中心粗管的内容积为37.5~65ml，进口分流器和出口分流器的内容积为120~150ml。
9.根据权利要求6所述的应用污水超临界水气化高效反应装置的污水处理方法，其特征在于，所述的步骤(2)中超临界水气化反应物料混流的工作条件为：毛细管出口流量为8~16ml/min，中心粗管出口流量为42~84ml/min，反应管主出口出料量为50~100ml/min。
说明书
一种污水超临界水气化高效反应装置及方法
技术领域
本发明涉及一种城市生活污水以及工业污水超临界水气化反应处理装置及方法。
背景技术
长期以来，城市生活污水以及工业污水的高效处理一直是急需解决的重要问题。为实现污水资源化及能源化利用的长效机制，采用热化学转化途径是易于大规模工业化集成应用的转化方式。且在众多热化学转化途径中，由于超临界水气化技术具有理论气化率高、理论二次污染少等优势，超临界水气化技术被认为是污水处理行之有效的技术途径，对此不少科研工作者进行了相关研究。然而大量实验及规模化工业实践表明，超临界水气化反应装置具有传热效率低、反应时间短、气化效果不理想等实际问题，对于超临界水气化反应装置进行的优化设计将非常有助于强化传热传质、延长反应时间、提高气化转化效率。
发明内容
为了克服污水超临界水气化反应装置传热效率低、反应时间短、气化效果尚不理想等缺点，本发明提出了一种污水超临界水气化高效处理装置及方法。利用本装置得到的反应产物具有气化率高、氢气产量高、液体总有机碳含量低等优点，从而实现污水超临界水气化高效处理。
本发明的技术方案为：一种污水超临界水气化高效反应装置，包括炉膛石英管，炉膛石英管内设中心粗管，在炉膛石英管和中心粗管之间设置毛细回路盘管，中心粗管和毛细回路盘管相互独立无物质交换，所述的反应装置下端设置反应管主进口上设置进口分流器，进口分流器分别与毛细管进口和中心粗管进口连接，在反应装置的上端毛细管出口、中心粗管出口分别与出口混流器连接，出口混流器上设置反应管主出口。
所述的中心粗管外壁固定连接8090锂铝合金翅片。
所述的8090锂铝合金翅片相邻翅片间距离小于等于5mm。
所述的反应装置和前置泵连接。
所述的反应装置和后置背压阀连接。
应用所述的污水超临界水气化高效反应装置的污水处理方法，污水原料由反应管主进口进入，经分流器分流后分别由毛细管进口和中心粗管进口导入毛细回路盘管和中心粗管内进行超临界水气化反应，反应产物分别通过毛细管出口和中心粗管出口进入出口混流器内混流后通过反应管主出口排出反应器进入后续流程。
控制毛细回路盘管内污水停留时间在60～75s，中心粗管内污水停留时间在216～270s，反应管主进口污水进料量为50～100ml/min，毛细管进口流量为8～16ml/min，中心粗管进口流量为42～84ml/min。
毛细回路盘管的内容积为10～20ml，中心粗管的内容积为37.5～65ml，进口分流器和出口分流器的内容积为120～150ml。
所述的步骤中超临界水气化反应物料混流的工作条件为：毛细管出口流量为8～16ml/min，中心粗管出口流量为42～84ml/min，反应管主出口出料量为50～100ml/min。
有益效果
1.本发明以城市生活污水以及工业污水为主要原料，原料的来源广泛、价格低廉，可高效处理污水废弃物，减少水环境污染，实现资源的可持续发展，有效缓解当今的能源危机问题，创造了经济价值。
2.本发明装置可处理较高化学需氧量COD的污水(COD可达2000mg/L)，经本发明装置高效处理后，物料COD可达国标要求。
3.本发明装置处理污水后气体产物成分为：40～50vol.%H2、15～20vol.%CO、10～15vol.%CH4、15～20vol.%CO2、5～8vol.%C2H4/C2H6，气体产物热值可达16MJ/m3。
4.本发明装置反应段由毛细回路盘管和带翅片结构的中心粗管共同构成，毛细回路盘管内可实现60～75s反应停留时间，中心粗管内可实现216～270s反应停留时间，毛细回路盘管由于管径小，辐射传热效果好，而中心粗管通过外壁焊接翅片强化传热，中心粗管综合传热性能较为理想，通过毛细回路盘管与中心盘管协同实现超临界水气化技术，可获得污水高效处理。
5.本发明装置可使得污水超临界水气化反应后的焦油产量较低，这很有利于实现系统的高压氛围稳定性。
6.本发明装置具有耗能低、处理效率高、二次污染少、成本低、系统稳定性高等优点，通过本发明装置制得的气体产物附加值高、液体产物少，适用于规模化集中生产。
