专利名称：在流体反应介质中对物质进行缺氧处理的反应器和方法
在流体反应介质中对物质进行缺氧处理的反应器和方法本发明涉及用于在流体反应介质中对物质进行增压水处理的反应 器，该反应器包括限^X应区的主体、要处理的物质1反应区的入口、 氧化剂进入反应区的进入点以及至少 一个使处理后的物质排出反应区的 出口 ，要处理的物质在它的入口和出口之间沿着所述反应区中的预定路 径。本发明还涉及在反应器的反应区中包含的流体反应介质中对物质进行增压水处理的方法。该方法包括以下步骤 —将要处理的物质引入到反应区中； -将氧化剂引入到>^应区中； —将要处理的物质排出及一应区。在用于处理物质特别A^料的高压方法领域，人们区分两大类使用 水作为>^应^^质的方法湿法氧化(OVH)方法和热液氧化方法(OHT )。 OHV的特征在于温度和压力条件低于水的临界条件。因此该方法在XM目 条件下工作，并导致比OHT得到的长一个甚至两个数量级的矿化动力学 过程(cin6tiques de mineralisation )。在超临界水中进行的热液氧化方法(OHT )利用大于221巴和374。C 的压力和温度的水的特殊性质，特别是它的可以使疏水成分溶解的低介电 常数、它的可以与气态成分以任何比例混合的低密度和粘度。得到的反应密、均匀的混合物，则矿化反应可以由于介质的温度而自发启动。气体如 02、 C02、 N2完全可以溶解在水中以及许多烷烃中。这样这些燃烧可以进转移的限制，因此导致有机基质在大约一分钟的逗留时间内完全矿化。因 此OHT方法特别适用于处理需要完全破坏它们的有机基质的废料的处 理。本发明既用于OVH方法，也用于OHT方法，这些方法统称为压 水方法。但是OHT构成本发明优先使用的方法。实际上，OHT的高温 和高压作业IH^N吏本发明的实施更有利。已知有这种类型的方法和反应器(FR-2 814 967 )。反应器包括主体， 内管位于其中，内管外与主体形成环形区，内管内形成叫做孔眼的中心区。内管包括固定在主体第一端的第一端，和第二端，第二端4吏环形区与中心 区之间存在连通通道。才艮据该方法，超临界介质的组分，即水和氧化剂在 大于22.1MPa的压力下在反应器第一端附近被引入。它们在环形区中加 热到大于374°C的温度，然后在反应器第二端处与要处理的物质同时l 到内管中。加热后的增压流体7jC/氧化剂与要处理的物质的混合物在内管 的第一部分中氧化，然后在该管的第二部分中冷却。此类方法和反应器不适于中和某些氧化程度已经很高的废物组分， 特别^1硝酸盐。本发明的目标是提出一种克服这些缺点的反应器和方法。根据本发明，这些目的通过下面的事实达到氧化剂进A^^应器的 反应区的进入点位于要处理的物质的入口的下游，并且距该入口 一定距 离，以形成包括在要处理的物质的入口与氧化剂进入点之间的缺氧区，流 体介质在该区处于缺氧状态。氧化区最好位于缺氧区的下游，废料的氧化 >^应在该区完成。要处理的物质可以和专利FR-2 814 967中描述的方法一样以液体 形式l。则该物质可以通过简单的自主泵i^。根据本发明，还可增加 要处理的废料性质的多样性。例如，要处理的物质可以以悬浮固体颗粒的 形式l。根据该方法,在位于要处理的物质的入口下游并距离该入口 一定距 离的1点使氧化剂1反应区，以形成包括在要处理物质的入口与氧化 剂1点之间的缺氧区，流体介质在该区域是缺氧的。本发明的方法和反应器可以使直料的所有组分都发生反应，特别是 硝酸盐。废料中含有的有机物被硝酸盐氧化。硝酸盐在OHT的条件下被还 原，从而转化为稳定的N2。因此缺氧区可以通过与废料的反应还原氧化 剂物质(例如硝酸盐)。氧化剂在与废料接触时被还原，而废料被氧化。另外，位于缺氧区下游的氧化区可以完全结束废料的氧化反应，而 与反应剂的量无关。实际上，氧化剂物质的量一fcl不够的，也没有足够 长的接触时间使所有废料都氧化。加入氧化剂(例如空气)可以圆满完成 氧化反应。因此得到双重结果 一方面硝酸盐在缺氧区中被还原，还使所有废料在氧化区中氧化。在一种具体实施方式
中，^J[器包括内管，该内管的第一端以密封 方式与主体连接，内管的内部空间形成中心区，内管与主体形成环形区， 在内管的第二端设有内管的中心区与环形区之间连通的通道，反应器还包括在内管第 一端一侧通向内管中心区的要处理物质的入口以及可以通到 :PT J 17 AA祭乂1/全，l 、 rf 翁全，l <Mt 、 上工A总银 一 站似if阅读下面对参照附图作为示例给出的实施例的描述可以了解本发明的其它特征和优点，图中—图l是根据本发明的反应器纵剖面图；—图2是沿
图1中II-II线的剖面图；—图3是图1的M器沿III-III线的剖面图；—图4是沿图l所示反应器的IV-IV线的剖面图；图中，整体用附图标记1表示的反应器由整体形状为以XX为轴线 的柱形的主体2构成，柱形的上部被底封闭，下部被盖子4封闭。反应器1的下端通过双外罩6保持是冷的，冷却流体如水在双外罩 6中流动。这种布置可以通过氟橡胶(viton)或金属类的密封垫保证主体 2与盖子4之间的高压冷密封。保护8革位于主体2内，并且与主体2隔开，以便在内部限^^应 区10，在外部限定封闭区12，两个区互相密封隔绝。保护罩8的整体形状为上端为盲端的柱形。保护罩8与J1应器主体 2同轴安装，并且它的尺寸4吏保护軍的直径和长度>^差可以减到最小。该 保护罩由无孔隙但耐腐蚀的材料如钬制成。可以在盖子上实现该外軍的固定，如图1所示，或者固定在反应器 的主体2上。通过例如为氟橡胶的密封垫在冷的条件下保证外壳、主体、 盖子之间的密封性。主热交换器14设在环形区12中。栽热流体在该交换器中的流动可 以加热>^应区，或者从>^应区提取热能。这种流动还可以控制沿反应器的 热梯度。但是，设有交换器14的管线不是本发明的部分。因此不做详细 描述。使用两侧浸在增压流体中的保护軍可以使用不锈钢管形成内热交换器14，该交换器和反应器的材料一样承受压缩应力，而不是拉伸应力。 因此交换器的壁可以和保护革的壁一样很薄，因此反应介质与载热流体之 间的热传递比交换器位于反应器外壁上的更传统的形态有4艮大改善。整体用附图标记15表示的内管位于反应区10中，与主体的轴线 XX同轴。该内管包括直径较大的下部16和直径较小的上部18。内管15 包括开放端15a,该端设有中心区20与环形区22之间的连通通道。位于反应区10中的搅拌涡轮24包括以XX为轴线的中心轴26，与 保护罩8连在一起的中心定位器28引导该中心轴26转动。例如通过安装 在盖子4上的磁驱动装置30使涡轮转动。涡轮包括位于内管18中并与轴 26平行的叶片32和位于环形反应区22中并且也与轴26平行的叶片34。 中心区20的叶片32和环形区22的叶片34通过连接器36互相连接。如果流体在环形反应区22中的流动是涡流，则从主交换器的热传 递或传给该交换器的热传递得到改善。通过叶片34的搅拌作用来保证这 一点。反应区中的均质性也通过该装置保证，甚至在流体运动的流动方向 受到限制，以接近活塞型流动中存在的类似逗留时间分配的情况下也是如 此。因此搅拌涡轮24可以使热传递与工艺流体的流动分开。所有在反应区的内部设备在准等压下工作，这样可以保持材料和几 何形状，而不必考虑压力下的机械强度的需要。废料注入管、氧化剂注入 器和输出交换器都由耐OHT腐蚀的材料形成，如钛，并且它们的厚度可 以最小化，以改善它们所在区域的热传递。柱形过滤装置40同轴安^fr内注入管15上，更确切地说是安** 该内管直径较小的部分18上。过滤装置40通过也与注入管15的轴线XX 同轴的套管41向下延长，套管41与内管15形成环形空间42。缠绕成蛇形并形成热交换器的管子43的一端通向环形区42,另一 端44通向反应器1之外。用于输送氧化剂例如增压空气的管道45在环形反应区22处穿过盖 子4。管道45与轴线XX基本平行地延伸在内管15的整个长度上，并具 有通向该管上端15a附近的端部46。待处理的废料沿管道48以额定压力和流量^，管道48穿过盖子 4，通到中心反应区20内。最后，管道50可以将增压流体介质例如水引 入到封闭区12中。封闭区的压力最好大于反应区，这样可以允许检测保 护罩的密封的破坏。管道51安装在主体2的上部，流体排泄阀52安装在管道51上。 最后，管道54在^^应区22处穿过盖子。 对物质的处理过程以以下方式进行。待处理的物质以额定压力和流量通过管道48以全部为液体的形式 或者以含有悬浮固体物质颗粒的水性悬浮物的形式进入中心区20。待处理的物质通过与在位于注入管15的直径较大部分16中的交换器43中流 动的排出流体的相对流动被加热。然后待处理物质经过注入管的直径较小 的部分18，从它的下端到它的开放端15a。由于可以把氧化剂注入到反应 区10中的管子端部46通向注入管的端部15a附近，整个中心区20处于 缺氧条件。可以优化氧化剂注入器46的位置，并利用反应区处于超临界 但缺氧的一部分。根据注入空气的位置，包含在中心注入区的废料可以在 开始氧化燃烧前整体或部分保持缺氧条件，或完全不保持缺氧条件。氧化剂可以以气态(空气或富氧空气、氮等)或液态(液态氧、过 氧化氢等)l。这种形态的目的^^吏废料的某些组分>^应，以保证消除这些组分。 例如在有机废料含有应清除的硝酸盐的情况下，废料包含的有机物被硝酸 盐氧化，硝酸盐在OHT条件下转化为稳定的N2。因此在管子端部15a 处加入氧化剂后发生的氧化作用不会导致产生新的硝酸盐，而是导致其它 有机组分特别是含碳物质转化为C02。因此可以消除某些用传统的OHT 方法不能消除的废料。因此，本发明最好用于处理农业排放物。使用反应器的缺氧区可以 破坏含硝酸盐的排放物，而不会在排放物中产生氮化物。分离浓缩了矿物 质的盐水并回收大部分净化后的水质排放物，允许把该处理用于集中飼养 的排放物的处理，如富含硝酸盐和磷酸盐的厩液(lisiers)。 OHT方法的 设计利用废料的能量，并且其大小可以适应不同情况，因此可以设想建立 包括在饲养经营中的小型装置，并且这些小型装置用在饲养者通常进行倾 倒的地方，并参与生产设施所需要的能量。然后要处理的物质从上向下经过环形反应区22，直到微孔隙过滤器 40。带有直叶片的搅拌器24可以保证涡流条件，因此保证与切向过滤类 似条件下的过滤，而不是正面类型的过滤，避免形成滤渣，即固体物质在 过滤器前聚集。形成这种滤渣在正面过滤中是很普通的。它会大大降低零 件的过滤能力。在本发明的反应器中追求的涡流状态下，保持与过滤器成切线的流动，避免这种物质聚集，因此保证随时间变化有尽可能稳定的过 滤效率。
权利要求
1.用于在流体反应介质中对物质进行增压水处理的反应器，该反应器包括限定反应区(10)的主体(2)、要处理的物质进入反应区(10)的入口(48)、氧化剂进入反应区(10)的进入点(46)以及至少一个将经处理的物质排到反应区(10)外的出口，要处理的物质在它的入口与出口之间沿在反应区中限定的路径，其特征在于，氧化剂进入反应区(10)的进入点位于所述物质的入口(48)的下游，并且与该入口隔开一定距离，以形成包括在要处理的物质的入口与氧化剂进入点之间的缺氧区(20)，流体介质在该区域处于缺氧状态。
全文摘要
用于在流体反应介质中对物质进行增压水处理的反应器。该反应器包括限定反应区(10)的主体(2)、要在反应区(10)中处理的物质的入口(48)、将氧化剂引入反应区(10)的引入点(46)以及将经过处理的所述物质排到反应区(10)外的至少一个出口，要处理的物质在反应区的入口和出口之间沿着在反应区中限定的路径。将氧化剂引入反应区(10)中的进入点(46)位于要处理的物质的入口(48)的下游，并与入口隔开一定距离，以形成包括在要处理的物质的入口与氧化剂进入点之间的缺氧区(20)，流体介质在该区处于缺氧状态。
文档编号C02F3/30GK101267880SQ200680034574
公开日2008年9月17日 申请日期2006年9月26日 优先权日2005年9月28日
发明者休伯特-亚历山大·蒂尔克, 克里斯托夫·茹索-迪比安 申请人:原子能委员会