专利名称：具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的压力平衡装置的制作方法
技术领域：
本发明属于废有机物的处理领域，涉及利用超临界水处理技术实现废有 机物无害化处理和资源化利用的反应器，特别涉及一种具有多孔蒸发壁的超 临界水处理反应器的压力平衡装置。
背景技术：
超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T=374.15°C， P=22.12MPa) 的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的 氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。在足 够高的压力下，有机物、氧气能按任意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，而无机物特别是盐类在 超临界水中的溶解度极低，容易分离出来。
超临界水处理技术是利用超临界水对废有机物和氧化剂都是良好溶剂的 特殊性质，在提供不同数量氧化剂的前提下，废有机物在超临界水中进行均 相反应，迅速将有机物结构深度破坏，转化成C02、 N2、 H2 (在不添加或添加 少量氧化剂的情况下产生)和H20、无机盐等无害的小分子化合物。废有机物 超临界水处理技术包括超临界水氧化技术、超临界水部分氧化技术和超临界 水气化技术。超临界水氧化技术是以废有机物无害化处理为终极目标，超临 界水部分氧化技术和超临界水气化技术是以废有机物转化产氢为终极目标。
在超临界水条件下，由于高温、高压、强酸或某些盐类物质都加快了反应 器的腐蚀速率。腐蚀问题不仅严重影响了反应器的正常工作，导致其寿命縮 短，而且腐蚀产生的Cr6+等金属离子也影响了处理最终效果。此外，进料中含
有或反应产生的无机盐类在超临界水中的溶解度极小，其中某些粘度大的盐 颗粒沉积下来，会引起反应器的堵塞，造成反应系统的停车，甚至会发生安全事故。盐沉积同时也会影响反应器的传热性能，加快反应器的腐蚀速率。
目前，解决上述问题一种有效的方式是采用具有多孔蒸发壁的反应器结 构。该类反应器内层壳体为一种基本不承压的多孔蒸发壁，外层壳体为承受 超临界水压力的承压壁。通过不断向承压壁和多孔蒸发壁之间的夹层泵入洁 净的蒸发壁水，在多孔蒸发壁的内表面形成一层保护性亚临界温度的水膜， 稀释多孔蒸发壁内表面处反应流体中腐蚀性物质，重新溶解和/或冲走在超临 界条件下析出的盐颗粒，从而有效地避免了盐沉积问题，降低了反应器的腐
蚀速率。多孔蒸发壁的承压能力较差， 一般低于lMPa，正常运行时洁净的蒸
发壁水连续缓慢地进入反应器，多孔蒸发壁内外侧压力基本相等，多孔蒸发
壁可以安全运行。但是多孔蒸发壁内侧为相对较脏的反应流体，当反应器在
长期运行或错误操作时，多孔蒸发壁可能会被颗粒物或焦油类的物质部分或
全部堵塞，造成多孔蒸发壁内外侧压差增加。当压差超过多孔蒸发壁自身的
耐压极限时，多孔蒸发壁会发生破裂。因此，具有多孔蒸发壁的超临界水处
理反应器在运行时要控制蒸发壁内外侧压差不超过其耐压极限值，目前针对
这一 问题并没有一种安全可靠的解决方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的压 力平衡装置，能够保持多孔蒸发壁内外侧压差平衡，有效防止堵塞等其他原 因造成多孔蒸发壁因超过耐压极限而破坏，以致进而造成反应器损坏。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的压力平衡装置，包括蒸发 壁水总管，其特征在于，还包括一端伸入多孔蒸发壁内侧的平衡管，平衡管 的另一端分两路， 一路通过正向导通的压差平衡阀连通蒸发壁水总管，另一 路通过反向导通的压差平衡阀连通蒸发壁水总管。
本发明的进一步特点和改进在于所述压差平衡阀包含筒形的阀体，阀 体中沿轴向依次设置有档板和支架，档板中心开设有锥孔，锥孔的锥底朝向 支架，支架中心滑动贯穿有阀杆，阀杆头部为锥状，与所述锥孔密封配合；阀杆上套有螺旋弹簧，螺旋弹簧的一端抵压支架，另一端通过靠近阀杆头部 设置的螺母限定位置。
本发明的再进一步改进在于所述支架包含滑动贯穿阀杆的环形板，环 形板的外周沿径向至少设置两个支撑杆，对应每个支撑杆在所述阀体的一端 沿内壁轴向开设有滑槽，连通滑槽的止端开设有弧形槽，所述支撑杆沿滑槽 伸入阀体内壁并旋转至弧形槽内。
本发明的更进一步改进在于连通弧形槽的止端，并沿阀体的内壁轴向 开设有定位槽，所述定位槽和滑槽位于弧形槽的同一侧；所述支撑杆沿滑槽 伸入阀体内壁并旋转至弧形槽的止端，位于定位槽内。
本发明在具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器中增设了平衡管，平衡 管的一端伸入多孔蒸发壁内侧，平衡管的另一端分两路， 一路通过正向导通 的压差平衡阀连通蒸发壁水总管，另一路通过反向导通的压差平衡阀连通蒸 发壁水总管。当多孔蒸发壁内侧与蒸发壁水总管的压差大于设定正压值时， 多孔蒸发壁内侧液体流向蒸发壁水总管；当多孔蒸发壁内侧与蒸发壁水总管 的压差大于设定负压值时，蒸发壁水总管的蒸发壁水流向多孔蒸发壁内侧。 因此，本发明能够保持多孔蒸发壁内外侧压差平衡，有效防止堵塞等其他原 因造成多孔蒸发壁因超过耐压极限而破坏，以致进而造成反应器损坏。
由于超临界水处理反应器为高温高压容器，压差平衡阀为本发明的关键 部件。压差平衡阀的筒形阀体中沿轴向依次设置有档板和支架，档板中心开 设有锥孔，锥孔的锥底朝向支架，支架中心滑动贯穿有阀杆，阀杆头部为锥 状，与所述锥孔密封配合，通过锥状研磨面实现密封开启，安全可靠；阀杆 上套有螺旋弹簧，螺旋弹簧的一端抵压支架，另一端通过靠近阀杆头部设置 的螺母限定位置，通过螺母可以调节螺旋弹簧的预压力，可以达到设定阀门 开启压差的目的。
在压差平衡阀中，支架包含滑动贯穿阀杆的环形板，环形板的外周沿径 向至少设置两个支撑杆，对应每个支撑杆在阀体的一端沿内壁轴向开设有滑 槽，连通滑槽的止端开设有弧形槽，在弧形槽的止端沿阀体的内壁轴向开设 有定位槽，定位槽和滑槽位于弧形槽同一侧，支撑杆沿滑槽伸入阀体内壁并 旋转至弧形槽的止端，位于定位槽内。这样，可以方便压差平衡阀的安装和 压差的调整，保证阀门的安全性和可靠性。
图1为一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的结构示意图2为压差平衡阀的剖面结构示意图3为图2的A-A剖面结构示意图4为压差平衡阀的阀体剖面结构示意图中1、承压壁；2、多孔蒸发壁；3、蒸发壁水总管；4、蒸发壁水支管; 5、平衡管；6、压差平衡阀；601、阀体；602、档板；603、支架；604、阀 杆；605、螺母；606、螺旋弹簧；607、滑槽；608、弧形槽；609、定位槽； 7、集箱；8、导管。
具体实施例方式
参见图1，为一种超临界水处理反应器，具有多孔蒸发壁，并且安装有压
力平衡装置。该超临界水处理反应器主要包括承压壁l，承压壁l内设置有
与其形状相似的多孔蒸发壁2，多孔蒸发壁2内侧为反应区域，承压壁1与多 孔蒸发壁2之间的腔体充盈有蒸发壁水。多孔蒸发壁2底部为含盐流体出口 ， 顶部为反应流体出口，物料和氧化剂通过伸入多孔蒸发壁2中下部的导管8 提供。蒸发壁水总管3连接有集箱7，集箱7分出多路蒸发壁水支管8分别连 通承压壁1与多孔蒸发壁2之间的腔体。压力平衡装置中的平衡管5， 一端伸 入多孔蒸发壁2的内侧，另一端分两路， 一路通过正向导通的压差平衡阀6 连通蒸发壁水总管3，另一路通过反向导通的压差平衡阀6连通蒸发壁水总管 3。蒸发壁水总管3上安装第一压力表Pl用来检测多孔蒸发壁2外侧流体的 压力，在平衡管5上安装第二压力表P2用来检测多孔蒸发壁2内侧流体的压 力。
本实施例中，多孔蒸发壁2由金属网烧结而成。多孔蒸发壁2上分布有 细密的微米级小孔，其承压能力约为lMPa。本实施例中，多孔蒸发壁2内侧 与蒸发壁水总管3压差的正压值和负压值均设定为0. 5MPa。当多孔蒸发壁2 内侧与蒸发壁水总管3的正压差值大于设定0. 5MPa时，正向导通的压差平衡 阀6开启，反向导通的压差平衡阀6关闭，多孔蒸发壁2内侧液体流向蒸发 壁水总管3;当多孔蒸发壁2内侧与蒸发壁水总管3的负压差值大于0. 5MPa时，正向导通的压差平衡阀6关闭，反向导通的压差平衡阀6开启，蒸发壁 水总管3的蒸发壁水流向多孔蒸发壁2内侧。
参照图2、图3、图4，压差平衡阀6包含筒形的阀体601，阀体601 中沿轴向依次设置有档板602和支架603，档板602靠近阀门的进口端，支架 603靠近阀门的出口端，阀体601的两端分别焊接有安装用法兰。阀体601和 档板602可以焊接在一起，也可以加工为一个整体，档板602中心开设有锥 孑L,锥孔的锥底朝向支架，锥尖的指向与阀门的通流方向相反。支架603的 中间为环形板，闽杆604滑动贯穿环形板中心，环形板的外周沿径向对称固 定有四个支撑杆，支撑杆截面为矩形。阀杆604的头部为锥状，与档板602 的锥孔相适应，利用锥状的研磨面实现密封开启；阀杆604上套有螺旋弹簧 606，螺旋弹簧606的一端抵压支架603，另一端通过靠近阀杆604头部设置 的螺母605限定位置，调节螺母605位置可以达到调节螺旋弹簧606对于阀 杆604的作用力，也即达到了调整阀门开启时档板602两侧的压差值。
在阀门的出口端，对应每个支撑杆在阀体601的筒形内壁轴向开设有截 面为矩形的滑槽607;连接滑槽607的止端开设有截面为矩形的弧形槽608， 弧形槽608的圆弧中心位于阀体601的筒形内壁轴线上，弧度为45° ，方向 为逆时针；连通在弧形槽608的止端开设有定位槽609，定位槽608和滑槽 607位于弧形槽609的同一侧，支撑杆沿滑槽607伸入阀体601内壁并旋转至 弧形槽608的止端，位于定位槽609内。
安装时，先将阀杆604插入到支架603的环形板的通孔中，然后将螺旋
弹簧606穿入到阀杆604的圆柱段上，再通过螺纹将螺母605安装在阀杆604 的圆柱段上，进而将螺旋弹簧606固定在螺母605和支架603之间；然后将 支架603上的四个支撑杆通过阀体601内壁的滑槽607，推入滑槽607止端， 通过内套筒扳手旋转支架603到弧形槽608的止端，然后利用螺旋弹簧606 的预紧力将支撑杆推入定位槽609内，从而防止支架603在阀体601内壁的 周向、径向和轴向上移动。螺母605在阀杆604的圆柱段上通过螺纹可以轴 向移动，进而可以调节螺旋弹簧605的预紧力，从而实现阀杆604头部和档 板602上的锥面密封开启压力的调节，即多孔蒸发壁2内外侧最大压差设定 值的调节。阀杆604的圆柱段与支架603之间是滑动间隙配合，阀杆604在承受一定压力条件下，可以在支架603的轴向前后移动，从而实现阀杆604 头部与档板602的密封和脱离，即压差平衡阀6内锥面密封的关闭和开启， 实现档板602两侧流体正常工作时的隔离，以及压差达到设定值0. 5MPa时的 连通。此外，阀杆604的圆柱段尾部具有较大的承压面积，正常工作时可以 实现压差平衡阀6中锥面密封处具有较大的密封压力，保证良好的密封效果。
权利要求
1、一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的压力平衡装置，包括蒸发壁水总管，其特征在于，还包括一端伸入多孔蒸发壁内侧的平衡管，平衡管的另一端分两路，一路通过正向导通的压差平衡阀连通蒸发壁水总管，另一路通过反向导通的压差平衡阀连通蒸发壁水总管。
2、 根据权利要求1所述的一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的 压力平衡装置，其特征在于，所述压差平衡阀包含筒形的阀体，阀体中沿轴 向依次设置有档板和支架，档板中心开设有锥孔，锥孔的锥底朝向支架，支 架中心滑动贯穿有阀杆，阀杆头部为锥状，与所述锥孔密封配合；阀杆上套 有螺旋弹簧，螺旋弹簧的一端抵压支架，另一端通过靠近阀杆头部设置的螺 母限定位置。
3、 根据权利要求2所述的一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的 压力平衡装置，其特征在于，所述支架包含滑动贯穿阀杆的环形板，环形板 的外周沿径向至少设置两个支撑杆，对应每个支撑杆在所述阀体的一端沿内 壁轴向开设有滑槽，连通滑槽的止端开设有弧形槽，所述支撑杆沿滑槽伸入 阀体内壁并旋转至弧槽内。
4、 根据权利要求3所述的一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的 压力平衡装置，其特征在于，连通弧形槽的止端，并沿阀体的内壁轴向开设 有定位槽，所述定位槽和滑槽位于弧形槽的同一侧；所述支撑杆沿滑槽伸入 阀体内壁并旋转至弧形槽的止端，位于定位槽内。
全文摘要
本发明属于废有机物的处理领域，涉及利用超临界水处理技术实现废有机物无害化处理和资源化利用的反应器，公开了一种具有多孔蒸发壁的超临界水处理反应器的压力平衡装置。它包括蒸发壁水总管，其特征在于，还包括一端伸入多孔蒸发壁内侧的平衡管，平衡管的另一端分两路，一路通过正向导通的压差平衡阀连通蒸发壁水总管，另一路通过反向导通的压差平衡阀连通蒸发壁水总管。
文档编号B01J3/04GK101601985SQ20091002331
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者公彦猛, 唐兴颖, 徐东海, 王树众, 洋 郭, 马红和 申请人:西安交通大学