一种双回程管式超临界水反应装置的制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压高温反应装置，具体是一种双回程管式超临界水反应装置。【【背景技术】】
[0002]超临界水反应体系在有机物废物的高效氧化降解、有机质资源化利用制氢、纳米金属及金属氧化物粉体的制备等领域表现出显著的介质优势。目前，生物制药、石油开采与加工、化工生产、现代冶金、染料中间体、核工业等重污染企业，所排出的工业废水及污泥多具有高C0D、高危、高毒的特点，难于生物降解，对环境危害极大。依照传统处理工艺，难以达标排放。超临界水氧化技术可以有效地实现重污染工业废水及污泥的高效、彻底无害化处理，相比其他处理技术，具有较高的技术经济性。超临界水气化技术是利用超临界水强大的有机物溶解力，将有机物溶解，生成高密度、低粘度的液体，继而使之发生快速气化，生成富含氢气的可燃性气体，从而实现重污染工业废水与污泥以及其他生物质的高效资源化利用。针对铜、钛、镍等重金属含量较高的电子工业废水以及重金属溶液，利用超临界水中无机盐溶解度极低的特性，超临界水热合成技术可以使金属离子以纳米金属氧化物的形式结晶、析出，制取经济价值极高的纳米金属氧化物;通过添加适当的有机物维持水热合成反应体系的还原性，还可以制备高纯度的纳米金属粉体。
[0003]然而，超临界水反应为尚温尚压反应，往往要求反应器制造材料具有$父尚的尚温持久强度。另考虑到超临界水氛围下的材质抗高温腐蚀性能，当前超临界水反应器的主流材质为高端镍基合金(如N06625、N10276等)，每吨价格高达数十万元，且反应器壁承受高压(设计压力往往高于30MPa)的需要，导致反应器壁较厚，投资较大。因此在保证超临界水反应停留时间充足(即反应流程的长度足够)的前提下，显著降低反应器造价是扩大超临界水技术市场应用份额的当务之急。此外，实现反应后流体中固相残渣(物料中原有砂砾、矿土等，以及超临界水氛围下不溶解的无机盐)或者目标产物(纳米金属或者金属氧化物粉体)的高效连续在线分离，同样是进一步提升超临界水技术优势的重要方面。
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【发明内容】
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[0004]本发明的目的是针对【背景技术】中超临界水反应设置造价高的问题，提供一种双回程管式超临界水反应装置，该装置能够广泛应用于重污染工业废水及污泥的超临界水氧化处理、有机质超临界水气化制氢、水热合成制备纳米金属及其氧化物粉体等超临界水技术应用领域。
[0005]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0006]一种双回程管式超临界水反应装置，包括多节沿程串接的双回程管式超临界水反应器和一个超临界水在线脱固器;双回程管式超临界水反应器包括外管和套设于外管内的芯管，芯管与外管之间设置有至少两个支撑架;芯管的一端开设芯管接口，外管的侧面开设外管接口 ；首节双回程管式超临界水反应器的芯管接口为反应物入口，末节双回程管式超临界水反应器的芯管接口或外管接口与超临界水在线脱固器的流体进口相连通。
[0007]本发明进一步的改进在于:
[0008]所述外管的前端设置第一外管法兰，末端设置第二外管法兰;第一外管法兰和第二外管法兰均开设有中心孔，且中心孔的直径与外管的内径相同。
[0009]所述第一外管法兰的外侧密封连接芯管贯通法兰，芯管贯通法兰开设有法兰中心孔，法兰中心孔的直径与芯管的内径相同，且芯管的端部与芯管贯通法兰密封连接;芯管贯通法兰的外侧密封连接芯管接引管，作为芯管接口。
[0010]所述第二外管法兰的外侧密封连接盲法兰;盲法兰的内侧设置防磨顺流体，防磨顺流体的侧面与外管的内侧紧密接触，后端面与盲法兰的内侧面紧密接触，前端面为向后凹陷的椭球面;防磨顺流体设置于芯管末端的相对面，二者间流通面积不大于芯管的通流面积。
[0011]所述防磨顺流体采用热套或者钎焊方式固定在盲法兰上，并采用片状氧化铝、部分稳定氧化锆陶瓷或者钛合金制成。
[0012]所述盲法兰通过螺栓、螺母以及垫片组成的紧固件与第二外管法兰密封连接。
[0013]所述芯管的中部和末端分别焊接一个支撑架，每个支撑架具有三个支手;支手整体呈圆柱体，顶部为球面，该球面直径等于外管的内径，以保证支手顶部与外管内壁面紧密贴合。
[0014]所述芯管末端的外侧倒角为45°。
[0015]所述芯管壁厚小于外管的壁厚，且芯管的通流面积等于芯管与外管间环隙空间的通流面积。
[0016]所述超临界水在线脱固器包括筒体，筒体的上端设置端盖，下端开设稠相流体出口；筒体侧面下部开设冷却水进口，上部开设流体进/出口；端盖上安装有中心管，中心管上端为入口，下端出口伸入筒体内部；当中心管的入口作为反应后流体进口时，筒体侧面的流体进/出口作为稀相流体出口 ；当筒体侧面的流体进/出口作为反应后流体进口时，中心管的入口作为稀相流体出口。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0018]本发明反应后流体由末节双回程管式超临界水反应器出口，流入超临界水在线脱固器。在惯性力、离心力的综合作用下，流体中固相残渣(物料中原有砂砾、矿土等，以及超临界水氛围下不溶解的无机盐)或者目标产物(纳米金属或者金属氧化物粉体)被分离脱出，实现了超临界水氛围下固相的高效连续在线分离。
[0019]进一步的，本发明双回程管式超临界水反应器内仅外管为承压厚壁管，芯管不承压，管壁薄，起分隔流程的作用，相对于传统单流程管式超临界水反应器，在获得相同长度反应流程的情况下，可显著降低设备耗材量，从而降低反应装置造价。
[0020]进一步的，本发明芯管与外管间环隙空间与芯管截面的通流面积相同，该流通面积可保证其间流体流速高于固体颗粒沉降的临界流速，从而避免了固相在回程内的沉降；防磨顺流体与芯管末端间流通面积不大于芯管内通流面积，防磨顺流体为防磨耐蚀材质，既避免了高速流体对端部盲法兰的冲刷损坏，又可以起到引导回程转折处流体的作用，抑制了固体颗粒的沉降堆积。
[0021 ]进一步的，本发明每个芯管支撑架上设置有三个支手，支手顶部为球面，该球面直径等于外管内径，保证支手顶部与外管内壁面紧密贴合，防止芯管的漂移、震动。【【附图说明】】
[0022]图1是单节双回程管式超临界水反应器示意图；
[0023]图2是支撑架示意图；
[0024]图3是芯管贯通法兰连接处局部放大图；
[0025]图4是反应装置实施I示意图；
[0026I图5是反应装置实施2示意图。
[0027]其中，1-外管;2-支撑架;3-芯管;4-防磨顺流体;5-第二外管法兰;6_盲法兰;7_螺柱;8-螺母;9-垫片；10-外侧倒角；11-第一外管法兰；12-芯管贯通法兰；13-芯管接引管；14-法兰中心孔；15-支手；16-芯管接管；17-端盖；18-筒体；19-中心管;20-反应器接引管；N1-芯管接口 ；N2-外管接口 ；N3稠相流体出口；N4-反应后流体进口 ；N5_稀相流体出口；N6-冷却水进口。
【【具体实施方式】】
[0028]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0029]参见图1-图3，本发明包括多节沿程串接的双回程管式超临界水反应器和一个超临界水在线脱固器;双回程管式超临界水反应器包括外管I和套设于外管I内的芯管3，芯管3与外管I之间设置有至少两个支撑架2;芯管3的一端开设芯管接口 NI，外管I的侧面开设外管接口 N2;芯管3的中部和末端分别焊接一个支撑架2，每个支撑架2具有三个支手15;支手15整体呈圆柱体，顶部为球面，该球面直径等于外管I的内径，以保证支手15顶部与外管I内壁面紧密贴合。芯管3末端的外侧倒角10为45°。芯管3壁厚小于外管I的壁厚，且芯管3的通流面积等于芯管3与外管I间环隙空间的通流面积。首节双回程管式超临界水反应器的芯管接口NI为反应物入口，末节双回程管式超临界水反应器的芯管接口