一种超临界水反应装置

1.本实用新型涉及一种基于超临界水气化及氧化的多级、耦合反应装置，该装置可用于处理有机废液，属于有机废液处理技术领域。


背景技术：

2.在有机废液处理领域，利用超临界水气化和超临界水氧化技术持续开展了相关研究和探索，但是由于有机废液成分复杂且分子量较大，故采用单一超临界水气化技术时，易出现气化率较低、焦油产量偏高、管道设备易堵塞等现象；而采用单一超临界水氧化技术时，易产生转化效率偏低、氧化剂用量偏高、管道设备易腐蚀等问题。然而，相对于其他热化学气化方式和氧化处理技术，超临界水气化和超临界水氧化技术仍具有突出的技术优势。因而，基于多级超临界水气化方式，同时耦合超临界水氧化途径，开发一种超临界水反应装置。


技术实现要素：

3.本实用新型所需要解决的技术问题是，提供一种超临界水气化及氧化的多级、耦合反应装置，在高效处理有机废水的同时，产生高品质的可燃气体产物，达到有机废水污染物减排、经济增效的目的。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
5.一种超临界水反应装置，包括原料池，自所述原料池始依次连接有低温超临界水反应单元、加氢反应单元、气化反应单元、第一冷却单元、气液分离单元、氧化反应单元、第二冷却单元、集液池；
6.所述低温超临界水反应单元包括通过泵一、阀门一、六通接头与所述原料池管路连接的立式管式炉一，且所述阀门一与所述六通接头之间设有压力表一；
7.所述加氢反应单元包括与所述立式管式炉一管路连接的立式管式炉二、用于向所述立式管式炉二提供氢气的氢气发生器；
8.所述气化反应单元包括与所述立式管式炉二管路连接的立式管式炉三、用于向所述立式管式炉三提供一氧化碳的一氧化碳发生器；
9.所述氧化反应单元包括用于接收来自所述气液分离单元的液态物质的熔盐炉、用于向所述熔盐炉提供双氧水的双氧水池。
10.借由上述结构，首先，通过低温超临界水反应单元、加氢反应单元、气化反应单元的设置，能够对有机废液进行多级的超临界水气化处理，提高本技术方案的超临界水反应装置在气化反应路线中的处理效率，产生品质相对较高的可燃气体物质，并附带缓解管道设备易堵塞的问题；随后，通过进一步串联氧化反应路线，即在气化反应单元之后设置用于接收来自气液分离单元的液态物质并进行氧化反应的氧化反应单元，从而在一个方面，氧化反应单元能够对经过多级的气化反应处理的有机废液进行继续处理(氧化反应)，提高有机废液的处理程度，同时在另一个方面，进入氧化反应单元的有机废液已经过多级的气化
反应处理，因此有利于提高氧化反应的转化率、降低氧化剂的用量，并缓解管道设备易腐蚀的问题。
11.作为一种优选的实施方式，所述原料池具有第一入口端，所述第一入口端设置有滤网。
12.作为一种优选的实施方式，所述原料池具有第二入口端，所述集液池具有出口端，所述第二入口端与所述集液池的出口端管路连接。
13.作为一种优选的实施方式，所述立式管式炉一、所述立式管式炉二通过混合罐一连接，且所述氢气发生器通过所述混合罐一向所述立式管式炉二提供氢气；所述立式管式炉二与所述立式管式炉三通过混合罐二连接，且所述一氧化碳发生器通过所述混合罐二向所述立式管式炉三提供一氧化碳；所述气液分离单元与所述熔盐炉通过混合罐四连接，且所述双氧水池通过所述混合罐四向所述熔盐炉提供双氧水。
14.作为一种优选的实施方式，该种超临界水气化反应装置还包括清洁单元，所述清洁单元包括混合罐三、冲洗水池、排渣池，所述冲洗水池通过泵五、阀门十与所述混合罐三管路连接，所述混合罐三的入口端、出口端分别与所述立式管式炉三、所述第一冷却单元管路连接。
15.作为一种优选的实施方式，所述阀门十与所述混合罐三之间设置有第三冷却单元。
16.作为一种优选的实施方式，所述第一冷却单元、所述第二冷却单元、所述第三冷却单元均为风冷冷却单元。
17.作为一种优选的实施方式，所述气液分离单元包括联箱、储气罐，所述联箱的入口端与所述第一冷却单元管路连接，所述联箱的第一出口端、第二出口端分别与所述储气罐、所述混合罐四管路连接。
18.作为一种优选的实施方式，所述储气罐具有出口端，所述储气罐的出口端与所述立式管式炉二管路连接。
19.作为一种优选的实施方式，所述滤网为三层特氟龙材质滤网，所述滤网孔径为100微米。
20.综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
21.(1)本实用新型的技术方案提供一种超临界水气化及氧化的多级、耦合反应装置，在高效处理有机废水的同时，产生高品质的可燃气体产物，达到有机废水污染物减排、经济增效的目的。
22.(2)通过令所述集液池的出口端管路连接原料池的第二入口端，能够进一步回收集液池中的有机物，同时避免集液池中有机物二次污染。
23.(3)通过清洁单元的设置，冲洗水池中蒸馏水通过管路依次流经并冲洗立式管式炉三、立式管式炉二和立式管式炉一，最终流至排渣池，从而能够进一步缓解管道设备易堵塞的问题；而在阀门十与混合罐三之间设置第三冷却单元，则能够避免工作状态下气化反应的热能对阀门十、泵五造成损坏。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型的一种超临界水反应装置结构示意图。
26.图1中标记如下，1-原料池；2-滤网；3-泵一；4-阀门一；5-六通接头；6-阀门七；7-排渣池；8-立式管式炉一；9-混合罐一；10-阀门八；11-泵三；12-氢气发生器；13-立式管式炉二；14-混合罐二；15-阀门九；16-泵四；17-一氧化碳发生器；18-立式管式炉三；19-混合罐三；20-风冷冷却器三；21-风机三；22-阀门十；23-泵五；24-冲洗水池；25-风冷冷却器一；26-风机一；27-阀门二；28-联箱；29-阀门十二；30-储气罐；31-阀门十三；32-泵七；33-阀门十四；34-阀门三；35-混合罐四；36-阀门十一；37-泵六；38-双氧水池；39-熔盐炉；40-风冷冷却器二；41-风机二；42-阀门四；43-集液池；44-阀门五；45-泵二；46-阀门六；47-压力表一；48-压力表二。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
28.如图1所示的一种超临界水反应装置，包括原料池1，自原料池1开始，依次通过管路连接有低温超临界水反应单元、加氢反应单元、气化反应单元、第一冷却单元、气液分离单元、氧化反应单元、第二冷却单元、集液池43。
29.原料池1具有第一入口端，第一入口端螺接或卡接等方式安装有滤网2，有机废液首先经过滤网2的第一次过滤。滤网2为三层特氟龙材质滤网，滤网2孔径为100微米。
30.低温超临界水反应单元包括，通过泵一3、阀门一4、六通接头5四路管道与原料池1管路连接的立式管式炉一8，且阀门一4与六通接头5之间设有压力表一47。
31.加氢反应单元包括与立式管式炉一8管路连接的立式管式炉二13、用于向立式管式炉二13提供氢气的氢气发生器12。优选的，立式管式炉一8通过混合罐一9四路管道连接立式管式炉二13，氢气发生器12通过泵三11、阀门八10与混合罐一9连接，从而氢气发生器12能够通过混合罐一9向立式管式炉二13提供氢气。
32.气化反应单元包括与立式管式炉二13管路连接的立式管式炉三18、用于向立式管式炉三18提供一氧化碳的一氧化碳发生器17。优选的，立式管式炉三18通过混合罐二14四路管道连接立式管式炉二13，一氧化碳发生器17通过泵四16、阀门九15与混合罐二14连接，从而一氧化碳发生器17能够通过混合罐二14向立式管式炉三18提供一氧化碳。
33.在本实施例中，立式管式炉三18通过混合罐三19与第一冷却单元连接。在其他一些实施方式中，立式管式炉三18也可以通过六通接头直接与第一冷却单元连接。第一冷却单元为风冷冷却单元，包括与混合罐三19管路连接的风冷冷却器一25、驱动风冷冷却器一25的风机一26。
34.气液分离单元包括联箱28、储气罐30。联箱28的入口端通过阀门二27与风冷冷却
器一25管路连接，且二者的连接路线上设置有压力表二48。联箱28的第一出口端(气相出料口)通过阀门十二29与储气罐30管路连接，联箱28的第二出口端通过阀门三34与混合罐四35管路连接。
35.作为一种优选的实施方式，储气罐30具有出口端，储气罐30的出口端通过阀门十三31、泵七32与混合罐一9管路连接，从而气化反应路线中产生的氢气能够返回反气化反应路线中。
36.氧化反应单元包括熔盐炉39、用于向熔盐炉39提供双氧水的双氧水池38。混合罐四35与熔盐炉39管路连接，优选的，双氧水池38通过泵六37、阀门十一36与混合罐四35连接，从而双氧水池38能够通过混合罐四35向熔盐炉39提供双氧水。
37.第二冷却单元包括与熔盐炉39管路连接的风冷冷却器二40、驱动风冷冷却器二40的风机二41，风冷冷却器二40通过阀门四42通入集液池43。
38.优选的，原料池1具有第二入口端，集液池43具有出口端，第二入口端与集液池43的出口端管路连接。从而能够进一步回收集液池中的有机物，同时避免集液池中有机物二次污染。
39.作为一种优选的实施方式，该种超临界水气化反应装置还包括清洁单元，清洁单元包括混合罐三19、冲洗水池24、排渣池7。冲洗水池24通过泵五23、阀门十22与混合罐三19管路连接，混合罐三19的入口端、出口端分别与立式管式炉三18、第一冷却单元管路连接。排渣池7通过阀门七6与六通接头5连接，进而与立式管式炉一8连通。通过清洁单元的设置，冲洗水池24中蒸馏水通过管路依次流经并冲洗立式管式炉三18、立式管式炉二13和立式管式炉一8，最终流至排渣池7，从而能够进一步缓解管道设备易堵塞的问题。
40.阀门十22与混合罐三19之间可以设置第三冷却单元。第三冷却单元包括与阀门十22连接的风冷冷却器三20、驱动风冷冷却器三20的风机三21。在阀门十与混合罐三之间设置第三冷却单元，能够避免工作状态下气化反应的热能对阀门十、泵五造成损坏。
41.在本实施例中，阀门一4、阀门二27、阀门三34、阀门六46、阀门八10、阀门九15、阀门十一36、阀门十三31和阀门十四33均为截止阀；阀门五44、阀门七6和阀门十22均包括截止阀、闸阀或针型阀；阀门四42和阀门十二29均为背压阀。
42.阀门一的作用是切断泵一和六通接头之间通路，为常开型。阀门二的作用是切断风冷冷却器一和联箱之间通路，为常开型。阀门三的作用是切断联箱和混合罐四之间通路，为常开型。阀门四的作用是切断风冷冷却器二和集液池之间通路，为常开型。阀门五的作用是切断集液池和泵二之间通路，为常开型。阀门六的作用是切断泵二和原料池之间通路，为常开型。阀门七的作用是切断排渣池和六通接头之间通路，为常关型。阀门八的作用是切断泵三和混合罐一之间通路，为常开型。阀门九的作用是切断泵四和混合罐二之间通路，为常开型。阀门十的作用是切断风冷冷却器三和混合罐三之间通路，为常关型。阀门十一的作用是切断混合罐四和泵六之间通路，为常开型。阀门十二的作用是切断联箱和储气罐之间通路，为常开型。阀门十三的作用是切断储气罐和泵七之间通路，为常开型。阀门十四的作用是切断泵七和混合罐一之间通路，为常开型。
43.泵一3为多级离心泵；泵二45和泵五23均为隔膜泵或轴流泵；泵三11、泵四16和泵七32均为活塞式增压泵；泵六37为柱塞泵。
44.风机一26、风机二41和风机三21均为轴流式风机。
45.原料池1、双氧水池38和集液池43外壁材质均为304不锈钢，内壁均为酚醛环氧涂层；排渣池7和冲洗水池24材质均为不锈钢，内壁均无涂层。
46.本实用新型的一种超临界水反应装置，包括以下步骤：
47.(1)原料的低温超临界水反应处理：经过滤网2过滤的原料进入原料池1，然后在六通接头5内分流成四路管道进入立式管式炉一8进行反应，立式管式炉一8中反应管内参数为：反应温度390-400℃，反应压力：23-24mpa。经过该低温超临界水反应处理，原料有机成分发生初步液相降解(大分子有机物转化为小分子有机物)。
48.(2)加氢反应处理：在混合罐一9中，实现针对立式管式炉一8出口物料添加氢气。氢气来源为：氢气发生器12。在优选的实施方式中，储气罐30也可向混合罐一9提供氢气。混合罐一9出口物料进入立式管式炉二13中，发生加氢反应，目的是提高物料中氢元素含量的同时，阻止分子发生聚合反应。立式管式炉二13中反应管内参数为：反应温度450-460℃，反应压力：23-24mpa。
49.(3)气化反应：在混合罐二14中，实现针对立式管式炉二13出口物料添加一氧化碳。一氧化碳来源为：一氧化碳发生器17。混合罐二14出口物料进入立式管式炉三18中，发生气化反应，一氧化碳的添加促进了水气转化反应，提高了氢气的产量。通过超临界水气化反应，实现物料中有机成分的高效气化(液相产物转化为h2、ch4、co等)。立式管式炉三18中反应管内参数为：反应温度650-660℃，反应压力：23-24mpa。
50.(4)氧化反应：气化反应后的物料经过风冷冷却器一25的冷却，进入联箱28中实现气液分离。联箱28中分离出的液相进入混合罐四35，同时双氧水池38也向混合罐35供双氧水，混合罐四35出口物料通过管路进入熔盐池39中，发生超临界水氧化反应。通过超临界水氧化反应，实现物料中有机成分的高效降解(液相产物转化为co2、h2o等)。
51.(5)氧化反应液相产物的回收：集液池43中储存了氧化反应剩余液相产物，此液相产物的cod较低，为了进一步回收集液池43中有机物，同时避免集液池43中有机物的二次污染，将集液池43中液体通过管道输送至原料池1中。
52.(6)非氧化反应段的管路清洗：非氧化反应区(立式管式炉一8、立式管式炉13和立式管式炉18)管路中易聚集焦炭、焦油等副产物，经过一定运行时间后，需停止热反应，同时只开启阀门七6、阀门十22和泵五，其他阀门和泵皆关闭。此时，冲洗水池24中蒸馏水通过管路依次流经立式管式炉三18、立式管式炉二13和立式管式炉一8，最终流至排渣池7。
53.以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。