申请/专利权人：中海油能源发展股份有限公司;中海油节能环保服务有限公司;中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司;中海油能源发展股份有限公司北京安全环保工程技术研究院

申请日：2019-02-21

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN109734170B

主分类号：C02F1/72

分类号：C02F1/72;C02F1/74;A62D3/38;C02F101/30

优先权：["20181124 CN 2018114115460"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.06.04#实质审查的生效;2019.05.10#公开

摘要：本发明属于环保固废处理技术领域，公开了一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，将反应器、高压分离器和固相物缓存罐由上到下依次竖向连接；反应器底部设置有延伸至高压分离器中下部的反应器延长管，反应器外部设置有分段式加热炉，高压分离器上部设置有气液排出口；反应器顶部的反应器顶盖上设置有反应物料入口和氧化剂入口，反应物料入口下方设置有悬挂式挡板；固相物缓存罐还设置有补压气体入口、泄压口和固相物排出口。本发明能够实现在超临界水氧化系统连续运行过程中将固相物间歇排出的功能，可广泛应用于高固含有机废液超临界水氧化处理技术开发、工艺优化过程，以及金属在超临界水氧化条件下的腐蚀实验研究。

主权项：1.一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，包括反应器、高压分离器和固相物缓存罐，其特征在于，所述反应器、所述高压分离器和所述固相物缓存罐由上到下依次竖向连接；所述反应器底部设置有反应器延长管，所述反应器延长管延伸至所述高压分离器的中部或下部；所述反应器外部设置有分段式加热炉；所述高压分离器上部设置有气液排出口；所述反应器、所述反应器延长管、所述高压分离器和所述固相物缓存罐在竖向上轴线重合；所述反应器延长管作为所述反应器的一体式延长区段，或者作为单独部件连接于所述反应器底端；所述分段式加热炉通过温度控制将所述反应器划分为不同功能的区域，所述反应器上部为物料加热区、中部为超临界水氧化反应区、下部为亚临界盐溶区；所述反应器顶部安装有反应器顶盖，所述反应器顶盖设置有反应物料入口和氧化剂入口；所述反应物料入口下方设置有悬挂式挡板，所述悬挂式挡板包括位于所述反应器内部的挡板本体，所述挡板本体位于物料加热区；所述高压分离器底部的出口与所述固相物缓存罐顶部的入口之间设置有第一截止阀；所述固相物缓存罐还设置有补压气体入口、泄压口和固相物排出口，所述补压气体入口处设置有第二截止阀，所述泄压口处设置有第三截止阀，所述固相物排出口设置有第四截止阀；所述反应器顶端和底端分别设置有外扩部，所述高压分离器顶端和底端也分别设置有外扩部；所述反应器顶端的外扩部与所述反应器顶盖通过螺栓连接，以将所述反应器与所述反应器顶盖密封连接；所述反应器底端的外扩部与所述高压分离器顶端的外扩部通过螺栓连接，以将所述反应器与所述高压分离器直接的密封连接在一起；所述高压分离器上部设置有气液排出口，所述高压分离器底端的外扩部与所述分离器底盖通过螺栓连接，所述分离器底盖通过所述第一截止阀与所述固相物缓存罐顶部连接；所述分离器底盖设置有所述高压分离器的出口，该出口与所述固相物缓存罐顶部的入口连通，并通过所述第一截止阀控制开闭。

全文数据：一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统技术领域本发明属于环保固废处理技术领域，具体的说，是涉及一种超临界水氧化反应系统。背景技术超临界水是指温度和压力均高于其临界点T＝374.2℃，P＝22.1MPa的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，介电常数近似于非极性有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。在此状态下，有机物、氧气能按最大比例与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质、传热的阻力。超临界水氧化技术SupercriticalWaterOxidation，简称SCWO是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物，将其完全转化成无害的CO2、H2O等小分子化合物。该技术对于处理难消毁的有毒有害物质如染料废物、制药废物、润滑剂废物、含PCBs的绝缘油、放射性混合废物、多氯联苯、易挥发性酸等、高浓度难降解的有机废物污泥、造纸厂料浆等、军用毒害物质化学武器，火箭推进剂，炸药等具有独特的效果。虽然超临界水氧化处理技术已经取得了很大进步，但由于无机盐类在超临界水中的溶解度低，极易析出造成反应器中盐沉积引起堵塞问题；超临界水氧化反应条件苛刻，要求反应空间密闭，导致反应产物中的固相物不能及时排出而堵塞管路，造成设备不能长周期稳定运行；以及被处理污染物来源、组成、物性复杂针对每种污染物的超临界水氧化处理工艺开发均需开展大量的处理效果评价实验研究和工艺条件优化研究；此外，在进行超临界水氧化设备材质筛选过程中，还需要开展大量的金属腐蚀评价实验研究。发明内容本发明旨在解决含固有机废液超临界水氧化反应过程中析盐、固相物沉积堵塞的技术问题，提供了一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，能够保障超临界水氧化系统长周期稳定运行，该反应系统可用于固废超临界水氧化处理技术开发、工艺优化，以及金属挂片腐蚀实验，具有多功能性。本发明通过以下的技术方案予以实现：一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，包括反应器、高压分离器和固相物缓存罐，其特征在于，所述反应器、所述高压分离器和所述固相物缓存罐由上到下依次竖向连接；所述反应器底部设置有反应器延长管，所述反应器延长管延伸至所述高压分离器的中部或下部；所述反应器外部设置有分段式加热炉；所述高压分离器上部设置有气液排出口；所述反应器顶部安装有反应器顶盖，所述反应器顶盖设置有反应物料入口和氧化剂入口；所述反应物料入口下方设置有悬挂式挡板，所述悬挂式挡板包括位于所述反应器内部的挡板本体；所述高压分离器底部的出口与所述固相物缓存罐顶部的入口之间设置有第一截止阀；所述固相物缓存罐还设置有补压气体入口、泄压口和固相物排出口，所述补压气体入口处设置有第二截止阀，所述泄压口处设置有第三截止阀，所述固相物排出口设置有第四截止阀。进一步地，所述反应器、所述反应器延长管、所述高压分离器和所述固相物缓存罐在竖向上轴线重合。进一步地，所述反应器延长管作为所述反应器的一体式延长区段，或者作为单独部件连接于所述反应器底端。进一步地，所述分段式加热炉通过温度控制将所述反应器划分为不同功能的区域，所述反应器上部为物料加热区、中部为超临界水氧化反应区、下部为亚临界盐溶区；同时，所述挡板本体位于物料加热区。进一步地，所述反应器顶盖安装有设置在所述反应器内的测温盲管，所述测温盲管底部直通所述反应器底部。进一步地，所述挡板本体为向下内凹的片体结构。进一步地，所述挡板本体通过悬挂杆固定于所述反应器顶盖。进一步地，所述挡板本体的投影面积为所述反应器内部横截面积的12～34。进一步地，所述反应器内部设置有金属腐蚀实验挂杆，所述金属腐蚀实验挂杆上设置有多个不同高度的金属腐蚀实验挂钩，所述金属腐蚀实验挂钩用于根据金属腐蚀实验需求悬挂金属腐蚀实验挂片。进一步地，所述金属腐蚀实验挂杆通过其顶部挂孔安装于所述挡板本体底部的挂钩上。本发明的有益效果是：本发明的适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，能够实现在超临界水氧化系统连续运行过程中将固相物间歇排出的功能，可广泛应用于高固含有机废液超临界水氧化处理技术开发、工艺优化过程，以及金属在超临界水氧化条件下的腐蚀实验研究。该反应系统采用分段式加热炉实现分段加热，精准控制反应器不同区域的温度，避免超临界状态下的析盐沉积；反应器延长管可将反应产物中的未溶解盐和无机固相物导入高压分离器，沉降并存储于固相物缓存罐中，并可在反应系统连续运行过程中间歇排出；反应器中的物料入口下方设有悬挂式挡板，可控制反应物料在反应器中的停留时间；悬挂式挡板下方设有金属腐蚀实验挂片挂杆，其上的挂钩可悬挂金属腐蚀实验挂片，在反应器中不同区域开展金属腐蚀实验研究；从反应器顶部插入测温盲管至反应器下部，通过控制热电偶的插入位置，可实时监控反应器内不同区域的温度。附图说明图1是本发明所提供的适用于超临界水氧化连续运行的反应系统的结构示意图；图2是本发明所提供的适用于超临界水氧化连续运行的反应系统中悬挂式挡板的结构示意图；图3是本发明所提供的适用于超临界水氧化连续运行的反应系统中金属腐蚀实验挂杆的结构示意图。上述图中：1.反应器顶盖、2.反应物料入口、3.氧化剂入口、4.测温口、5.测温盲管、6.反应器、7.分段式加热炉、8.悬挂式挡板、9.金属腐蚀实验挂杆、10.金属腐蚀实验挂片、11.气液排出口、12.反应器延长管、13.高压分离器、14.第一截止阀、15.第二截止阀、16.第三截止阀、17.第四截止阀、18.固相物缓存罐、19.补压气体入口、20.泄压口、21.固相物排出口；81.悬挂杆、82.挡板本体、83.固定螺帽、84.挂钩；91.挂孔、92.金属腐蚀实验挂钩。具体实施方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图1所示，本发明的一种实施方式公开了一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，主要包括反应器6、分段式加热炉7、反应器延长管12、高压分离器13和固相物缓存罐18等。反应器6、高压分离器13和固相物缓存罐18由上到下依次连接，且反应器6、高压分离器13和固相物缓存罐18在竖向上轴线重合。反应器6顶端和底端分别设置有外扩部，高压分离器13顶端和底端也分别设置有外扩部。反应器6顶端的外扩部与反应器顶盖1通过螺栓连接，以将反应器6与反应器顶盖1密封连接。反应器6底端的外扩部与高压分离器13顶端的外扩部通过螺栓连接，以将反应器6与高压分离器13直接的密封连接在一起。高压分离器13上部设置有气液排出口11，高压分离器13底端的外扩部与分离器底盖通过螺栓连接，分离器底盖通过第一截止阀14与固相物缓存罐18顶部连接。分离器底盖设置有高压分离器13的出口，该出口与固相物缓存罐18顶部的入口连通，并通过第一截止阀14控制开闭。反应器6底部还设置有反应器延长管12，反应器延长管12延伸至高压分离器13的中部或下部。反应器延长管12可以是反应器6的一体式延长区段，也可以作为单独部件螺纹连接于反应器6底端。反应器6下方连接反应器延长管12，可以保障反应产物中的固相物沉积在高压分离器13的底部，气相和液相产物从高压分离器13上部排出。反应器6、高压分离器13、固相物缓存罐18依次直接连接，反应器延长管12伸入到高压分离器13的中下部，避免管路输送可能引起的堵塞，上述设备竖直排列且轴线重合的位置布局有利于密度较大的固相物在重力作用下顺利进入固相物缓存罐18。这样，反应物料和氧化剂从反应器6顶部进入反应器6，并发生超临界水氧化反应；反应产物通过反应器延长管12导入高压分离器13中，未溶解的无机盐和无机固相物沉积在高压分离器13底部，在重力作用下进入固相物缓存罐18并间歇排出，气相和液相产物通过高压分离器13上部的气液排出口11排出反应系统。分段式加热炉7设置在反应器6外部，可以实现对反应器6的分段加热，精准控制反应器6不同区域的温度，通过温度控制可将反应器6划分为不同功能的区域，其中反应器6上部为物料加热区，用于加热反应物料达到超临界水氧化反应条件；反应器6中部为超临界水氧化反应区，反应物料中的有机污染物与氧气发生反应，彻底分解为无机小分子物质，无机盐类由于在超临界水中的溶解度降低而析出；反应器6下部为亚临界盐溶区，在超临界状态下析出的无机盐类在该区域从新溶解到水中，形成浓盐水。反应器顶盖1设置有反应物料入口2、氧化剂入口3。反应物料入口2下方设置有悬挂式挡板8，悬挂式挡板8位于反应器6内部上段的物料加热区，悬挂式挡板8可以控制反应物料在反应器中的停留时间。反应器顶盖1安装有设置在反应器6内的测温盲管5，测温盲管5顶部穿接固定于反应器顶盖1并且测温盲管5顶部为测温口4，测温盲管5底部直通反应器6底部。热电偶由测温口4插入测温盲管5内部，测量反应器6内部的温度；通过控制多根热电偶的插入位置，可实时监控反应器6内不同区域的温度。通过分段式加热炉7和测温盲管5内插入的热电偶控制反应器6不同区域的温度，形成物料加热区、超临界水氧化反应区和亚临界盐溶区。如图2所示，悬挂式挡板8由挡板本体82、悬挂杆81和固定螺帽83组成。挡板本体82为向下内凹的片体结构，挡板本体82周边设置有均匀布置的通孔；悬挂杆81底端设置有固定螺帽83，悬挂杆81由下至上穿过挡板本体82的通孔，并由固定螺帽83限位，悬挂杆81顶端焊接或通过丝扣连接固定于反应器顶盖1，使挡板本体82位于反应物料入口2下方。悬挂式挡板8的挡板本体82投影面积一般为反应器6内部横截面积的12～34，可增加反应物料在反应器6中的停留时间，避免反应物料在反应器6中通过速度过快而造成反应不充分。通过更换不同凹度的挡板本体82还可以调整反应物料在反应器6中的停留时间。悬挂式挡板8的挡板本体82底部还可以设置有挂钩84，该挂钩84用于安装金属腐蚀实验挂杆9。如图3所示，金属腐蚀实验挂杆9顶部设置有挂孔91，该挂孔钩挂于悬挂式挡板8底部的挂钩84上，使金属腐蚀实验挂杆9连接于悬挂式挡板8下方。金属腐蚀实验挂杆9的不同高度上可以设置多个金属腐蚀实验挂钩92，金属腐蚀实验挂钩用于安装金属腐蚀实验挂片10，从而根据实验需求在反应器6中不同区域开展金属腐蚀实验研究。固相物缓存罐18设有补压气体入口19、泄压口20和固相物排出口21，可满足在反应系统连续运行过程中将固相物缓存18中的固相物间歇排出，保障反应系统的连续运行。固相物缓存罐18的顶部入口通过第一截止阀14与高压分离器13底部出口连接，固相物缓存罐18的补压气体入口19处设置有第二截止阀15，泄压口20处设置有第三截止阀16，固相物排出口21设置有第四截止阀17。本发明的适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其工作过程如下：通过分段式加热炉7和插入测温口4的热电偶控制反应器6不同区域的温度，形成物料加热区、超临界水氧化反应区和亚临界盐溶区。反应物料和氧化剂通过反应器6上方的反应物料入口2和氧化剂入口3分别进入反应器6后，在反应器6上部和中部完成超临界水氧化反应，反应物料中的有机污染物与氧气发生反应，彻底分解为无机小分子物质，无机盐类由于在超临界水中的溶解度降低而析出；反应产物进入反应器6下部的亚临界盐溶区后，在超临界状态下析出的无机盐类从新溶解到水中，形成的浓盐水和未溶解的无机盐以及不参加反应的固相物一起通过反应器延长管12进入到高压分离器13下部，气液与固相物分离后分别排出。反应物料入口2下方设有悬挂式挡板8，以控制反应物料在反应器6中的停留时间；悬挂式挡板8下方设有金属腐蚀实验挂杆9和金属腐蚀实验挂片10，可在反应器6中不同区域进行金属腐蚀实验研究。进入高压分离器13的反应产物中的气相和液相物质通过高压分离器13上部气液排出口11排出，未溶解的无机盐和固相物沉积在高压分离器13底部。反应过程中第一截止阀14保持开启状态，沉积在高压分离器13底部的固相物在重力作用下进入固相物缓存罐18后关闭第一截止阀14，开启第三截止阀16将固相物缓存罐18中压力泄放至常压后，开启第四截止阀17排出固相物缓存罐18中的固相物，关闭第三截止阀16和第四截止阀17，开启第二截止阀15向固相物缓存罐18中补充压力与反应器6内达到平衡，关闭第二截止阀15，开启第一截止阀14连通高压分离器13和固相物缓存罐18循环排出固相物。下面结合两个试验例对本发明反应系统的工作过程作详细说明：实施例1反应物料为COD值为100000mgL的有机废液。反应开始前关闭第一截止阀14断开固相物缓存罐18，将需要做腐蚀实验研究的金属腐蚀实验挂杆9悬挂于悬挂式挡板8底部的挂钩84上，并通过调整金属腐蚀实验挂杆9的钩体92高度控制金属腐蚀实验挂片10的位置，密封反应系统后将反应系统内压力控制到25MPa；在测温盲管5内插入热电偶，通过热电偶的插入深度，实时监控反应器6内的温度，通过分段式加热炉7和热电偶控制反应器6上部和中部温度为400℃，下部温度为350℃；将有机废液和氧化剂氧气、空气或双氧水分别通过反应物料入口2和氧化剂入口3注入反应器6中；有机废液与氧化剂在反应器6上部被预热后，进入反应器6中部并中发生超临界水氧化反应，废液中的有机污染物彻底分解为无机小分子物质，无机盐类由于溶解度降低而析出；反应产物进入反应器6下部亚临界盐溶区后，析出的无机盐类从新溶入水中，形成浓盐水；由于反应产物中无固相物，因此反应产物通过反应器延长管12进入高压分离器13后，从高压分离器13上部气液排出口11排出；反应结束后，开启反应器6，取出金属腐蚀实验挂片10。实施例2反应物料为COD值为100000mgL、无机固含为8％的含固有机废液。反应开始前开启第一截止阀14连通固相物缓存罐18，将需要做腐蚀实验研究的金属腐蚀实验挂杆9悬挂于悬挂式挡板8底部的挂钩84上，并通过调整金属腐蚀实验挂杆9的钩体92高度控制金属腐蚀实验挂片10的位置，密封反应系统后将反应系统内压力控制到25MPa；在测温盲管5内插入热电偶，通过热电偶的插入深度，实时监控反应器6内的温度，通过分段式加热炉7和热电偶控制反应器6上部和中部温度为400℃，下部温度为350℃；将含固有机废液和氧化剂氧气、空气或双氧水分别通过反应物料入口2和氧化剂入口3注入反应器6中；有机废液与氧化剂在反应器6上部被预热后，进入反应器6中部并中发生超临界水氧化反应，废液中的有机污染物彻底分解为无机小分子物质，无机盐类由于溶解度降低而析出；反应产物进入反应器6下部亚临界盐溶区后，析出的无机盐类从新溶入水中，形成浓盐水；浓盐水与未参加反应的固相物通过反应器延长管12进入高压分离器13，气相和液相物质通过高压分离器13上部气液排出口11排出，未溶解的无机盐和固相物在重力作用下通过第一截止阀14进入固相物缓存罐18；反应进行一段时间后，后关闭第一截止阀14，开启第三截止阀16将固相物缓存罐18中压力泄放至常压后开启第四截止阀17排出固相物缓存罐18中的固相物，然后关闭第三截止阀16和第四截止阀17，开启第二截止阀15向固相物缓存罐18中补充压力至25MPa，关闭第二截止阀15，开启第一截止阀14连通高压分离器13和固相物缓存罐18；反应结束后，开启反应器6，取出金属腐蚀实验挂片10。尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，包括反应器、高压分离器和固相物缓存罐，其特征在于，所述反应器、所述高压分离器和所述固相物缓存罐由上到下依次竖向连接；所述反应器底部设置有反应器延长管，所述反应器延长管延伸至所述高压分离器的中部或下部；所述反应器外部设置有分段式加热炉；所述高压分离器上部设置有气液排出口；所述反应器顶部安装有反应器顶盖，所述反应器顶盖设置有反应物料入口和氧化剂入口；所述反应物料入口下方设置有悬挂式挡板，所述悬挂式挡板包括位于所述反应器内部的挡板本体；所述高压分离器底部的出口与所述固相物缓存罐顶部的入口之间设置有第一截止阀；所述固相物缓存罐还设置有补压气体入口、泄压口和固相物排出口，所述补压气体入口处设置有第二截止阀，所述泄压口处设置有第三截止阀，所述固相物排出口设置有第四截止阀。2.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述反应器、所述反应器延长管、所述高压分离器和所述固相物缓存罐在竖向上轴线重合。3.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述反应器延长管作为所述反应器的一体式延长区段，或者作为单独部件连接于所述反应器底端。4.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述分段式加热炉通过温度控制将所述反应器划分为不同功能的区域，所述反应器上部为物料加热区、中部为超临界水氧化反应区、下部为亚临界盐溶区；同时，所述挡板本体位于物料加热区。5.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述反应器顶盖安装有设置在所述反应器内的测温盲管，所述测温盲管底部直通所述反应器底部。6.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述挡板本体为向下内凹的片体结构。7.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述挡板本体通过悬挂杆固定于所述反应器顶盖。8.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述挡板本体的投影面积为所述反应器内部横截面积的12～34。9.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述反应器内部设置有金属腐蚀实验挂杆，所述金属腐蚀实验挂杆上设置有多个不同高度的金属腐蚀实验挂钩，所述金属腐蚀实验挂钩用于根据金属腐蚀实验需求悬挂金属腐蚀实验挂片。10.根据权利要求1所述的一种适用于超临界水氧化连续运行的反应系统，其特征在于，所述金属腐蚀实验挂杆通过其顶部挂孔安装于所述挡板本体底部的挂钩上。

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