雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，該裝置由多節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器沿程串接而成，以延長(zhǎng)反應(yīng)流體在反應(yīng)裝置內(nèi)的停留時(shí)間，反應(yīng)后流體由末節(jié)反應(yīng)器出口流入超臨界水在線脫固器，實(shí)現(xiàn)固相(砂礫、礦土、無機(jī)鹽或者目標(biāo)納米材料等)的在線分離脫出。每節(jié)反應(yīng)器內(nèi)芯管不承壓，管壁薄，僅起分隔流程的作用，相對(duì)于傳統(tǒng)單流程管式超臨界水反應(yīng)器，在獲得相同長(zhǎng)度流程的情況下，可顯著減少反應(yīng)器耗材，從而降低其造價(jià)。流程轉(zhuǎn)折處設(shè)置有橢圓球型防磨順流體，即避免了高速反應(yīng)流體對(duì)端法蘭的沖刷損壞，又起導(dǎo)流作用，抑制此處固相的沉降堆積?？梢詮V泛應(yīng)用于各類超臨界水反應(yīng)體系。
【專利說明】
雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高壓高溫反應(yīng)裝置，具體是一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超臨界水反應(yīng)體系在有機(jī)物廢物的高效氧化降解、有機(jī)質(zhì)資源化利用制氫、納米金屬及金屬氧化物粉體的制備等領(lǐng)域表現(xiàn)出顯著的介質(zhì)優(yōu)勢(shì)。目前，生物制藥、石油開采與加工、化工生產(chǎn)、現(xiàn)代冶金、染料中間體、核工業(yè)等重污染企業(yè)，所排出的工業(yè)廢水及污泥多具有高C0D、高危、高毒的特點(diǎn)，難于生物降解，對(duì)環(huán)境危害極大。依照傳統(tǒng)處理工藝，難以達(dá)標(biāo)排放。超臨界水氧化技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)重污染工業(yè)廢水及污泥的高效、徹底無害化處理，相比其他處理技術(shù)，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。超臨界水氣化技術(shù)是利用超臨界水強(qiáng)大的有機(jī)物溶解力，將有機(jī)物溶解，生成高密度、低粘度的液體，繼而使之發(fā)生快速氣化，生成富含氫氣的可燃性氣體，從而實(shí)現(xiàn)重污染工業(yè)廢水與污泥以及其他生物質(zhì)的高效資源化利用。針對(duì)銅、鈦、鎳等重金屬含量較高的電子工業(yè)廢水以及重金屬溶液，利用超臨界水中無機(jī)鹽溶解度極低的特性，超臨界水熱合成技術(shù)可以使金屬離子以納米金屬氧化物的形式結(jié)晶、析出，制取經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的納米金屬氧化物;通過添加適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)物維持水熱合成反應(yīng)體系的還原性，還可以制備高純度的納米金屬粉體。
[0003]然而，超臨界水反應(yīng)為尚溫尚壓反應(yīng)，往往要求反應(yīng)器制造材料具有$父尚的尚溫持久強(qiáng)度。另考慮到超臨界水氛圍下的材質(zhì)抗高溫腐蝕性能，當(dāng)前超臨界水反應(yīng)器的主流材質(zhì)為高端鎳基合金(如N06625、N10276等)，每噸價(jià)格高達(dá)數(shù)十萬元，且反應(yīng)器壁承受高壓(設(shè)計(jì)壓力往往高于30MPa)的需要，導(dǎo)致反應(yīng)器壁較厚，投資較大。因此在保證超臨界水反應(yīng)停留時(shí)間充足(即反應(yīng)流程的長(zhǎng)度足夠)的前提下，顯著降低反應(yīng)器造價(jià)是擴(kuò)大超臨界水技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用份額的當(dāng)務(wù)之急。此外，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)后流體中固相殘?jiān)?物料中原有砂礫、礦土等，以及超臨界水氛圍下不溶解的無機(jī)鹽)或者目標(biāo)產(chǎn)物(納米金屬或者金屬氧化物粉體)的高效連續(xù)在線分離，同樣是進(jìn)一步提升超臨界水技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要方面。
【【實(shí)用新型內(nèi)容】】
[0004]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】中超臨界水反應(yīng)設(shè)置造價(jià)高的問題，提供一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，該裝置能夠廣泛應(yīng)用于重污染工業(yè)廢水及污泥的超臨界水氧化處理、有機(jī)質(zhì)超臨界水氣化制氫、水熱合成制備納米金屬及其氧化物粉體等超臨界水技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，包括多節(jié)沿程串接的雙回程管式超臨界水反應(yīng)器和一個(gè)超臨界水在線脫固器;雙回程管式超臨界水反應(yīng)器包括外管和套設(shè)于外管內(nèi)的芯管，芯管與外管之間設(shè)置有至少兩個(gè)支撐架;芯管的一端開設(shè)芯管接口，外管的側(cè)面開設(shè)外管接口 ；首節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口為反應(yīng)物入口，末節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口或外管接口與超臨界水在線脫固器的流體進(jìn)口相連通。
[0007]本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0008]所述外管的前端設(shè)置第一外管法蘭，末端設(shè)置第二外管法蘭;第一外管法蘭和第二外管法蘭均開設(shè)有中心孔，且中心孔的直徑與外管的內(nèi)徑相同。
[0009]所述第一外管法蘭的外側(cè)密封連接芯管貫通法蘭，芯管貫通法蘭開設(shè)有法蘭中心孔，法蘭中心孔的直徑與芯管的內(nèi)徑相同，且芯管的端部與芯管貫通法蘭密封連接;芯管貫通法蘭的外側(cè)密封連接芯管接引管，作為芯管接口。
[0010]所述第二外管法蘭的外側(cè)密封連接盲法蘭;盲法蘭的內(nèi)側(cè)設(shè)置防磨順流體，防磨順流體的側(cè)面與外管的內(nèi)側(cè)緊密接觸，后端面與盲法蘭的內(nèi)側(cè)面緊密接觸，前端面為向后凹陷的橢球面;防磨順流體設(shè)置于芯管末端的相對(duì)面，二者間流通面積不大于芯管的通流面積。
[0011]所述防磨順流體采用熱套或者釬焊方式固定在盲法蘭上，并采用片狀氧化鋁、部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷或者鈦合金制成。
[0012]所述盲法蘭通過螺栓、螺母以及墊片組成的緊固件與第二外管法蘭密封連接。
[0013]所述芯管的中部和末端分別焊接一個(gè)支撐架，每個(gè)支撐架具有三個(gè)支手;支手整體呈圓柱體，頂部為球面，該球面直徑等于外管的內(nèi)徑，以保證支手頂部與外管內(nèi)壁面緊密貼合。
[0014]所述芯管末端的外側(cè)倒角為45°。
[0015]所述芯管壁厚小于外管的壁厚，且芯管的通流面積等于芯管與外管間環(huán)隙空間的通流面積。
[0016]所述超臨界水在線脫固器包括筒體，筒體的上端設(shè)置端蓋，下端開設(shè)稠相流體出口；筒體側(cè)面下部開設(shè)冷卻水進(jìn)口，上部開設(shè)流體進(jìn)/出口；端蓋上安裝有中心管，中心管上端為入口，下端出口伸入筒體內(nèi)部；當(dāng)中心管的入口作為反應(yīng)后流體進(jìn)口時(shí)，筒體側(cè)面的流體進(jìn)/出口作為稀相流體出口 ；當(dāng)筒體側(cè)面的流體進(jìn)/出口作為反應(yīng)后流體進(jìn)口時(shí)，中心管的入口作為稀相流體出口。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0018]本實(shí)用新型反應(yīng)后流體由末節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器出口，流入超臨界水在線脫固器。在慣性力、離心力的綜合作用下，流體中固相殘?jiān)?物料中原有砂礫、礦土等，以及超臨界水氛圍下不溶解的無機(jī)鹽)或者目標(biāo)產(chǎn)物(納米金屬或者金屬氧化物粉體)被分離脫出，實(shí)現(xiàn)了超臨界水氛圍下固相的高效連續(xù)在線分離。
[0019]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型雙回程管式超臨界水反應(yīng)器內(nèi)僅外管為承壓厚壁管，芯管不承壓，管壁薄，起分隔流程的作用，相對(duì)于傳統(tǒng)單流程管式超臨界水反應(yīng)器，在獲得相同長(zhǎng)度反應(yīng)流程的情況下，可顯著降低設(shè)備耗材量，從而降低反應(yīng)裝置造價(jià)。
[0020]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型芯管與外管間環(huán)隙空間與芯管截面的通流面積相同，該流通面積可保證其間流體流速高于固體顆粒沉降的臨界流速，從而避免了固相在回程內(nèi)的沉降；防磨順流體與芯管末端間流通面積不大于芯管內(nèi)通流面積，防磨順流體為防磨耐蝕材質(zhì)，既避免了高速流體對(duì)端部盲法蘭的沖刷損壞，又可以起到引導(dǎo)回程轉(zhuǎn)折處流體的作用，抑制了固體顆粒的沉降堆積。
[0021 ]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型每個(gè)芯管支撐架上設(shè)置有三個(gè)支手，支手頂部為球面，該球面直徑等于外管內(nèi)徑，保證支手頂部與外管內(nèi)壁面緊密貼合，防止芯管的漂移、震動(dòng)。
【【附圖說明】】
[0022]圖1是單節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器示意圖；
[0023]圖2是支撐架示意圖；
[0024]圖3是芯管貫通法蘭連接處局部放大圖；
[0025]圖4是反應(yīng)裝置實(shí)施I示意圖；
[0026I圖5是反應(yīng)裝置實(shí)施2示意圖。
[0027]其中，1-外管;2-支撐架;3-芯管;4-防磨順流體;5-第二外管法蘭;6_盲法蘭;7_螺柱;8-螺母;9-墊片；10-外側(cè)倒角；11-第一外管法蘭；12-芯管貫通法蘭；13-芯管接引管；14-法蘭中心孔；15-支手；16-芯管接管；17-端蓋；18-筒體；19-中心管;20-反應(yīng)器接引管；N1-芯管接口 ；N2-外管接口 ；N3稠相流體出口；N4-反應(yīng)后流體進(jìn)口 ；N5_稀相流體出口；N6-冷卻水進(jìn)口。
【【具體實(shí)施方式】】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0029]參見圖1-圖3，本實(shí)用新型包括多節(jié)沿程串接的雙回程管式超臨界水反應(yīng)器和一個(gè)超臨界水在線脫固器;雙回程管式超臨界水反應(yīng)器包括外管I和套設(shè)于外管I內(nèi)的芯管3，芯管3與外管I之間設(shè)置有至少兩個(gè)支撐架2;芯管3的一端開設(shè)芯管接口 NI，外管I的側(cè)面開設(shè)外管接口 N2;芯管3的中部和末端分別焊接一個(gè)支撐架2，每個(gè)支撐架2具有三個(gè)支手15;支手15整體呈圓柱體，頂部為球面，該球面直徑等于外管I的內(nèi)徑，以保證支手15頂部與外管I內(nèi)壁面緊密貼合。芯管3末端的外側(cè)倒角10為45°。芯管3壁厚小于外管I的壁厚，且芯管3的通流面積等于芯管3與外管I間環(huán)隙空間的通流面積。首節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口NI為反應(yīng)物入口，末節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口或外管接口與超臨界水在線脫固器的流體進(jìn)口 N4相連通。
[0030]外管I的前端設(shè)置第一外管法蘭11，末端設(shè)置第二外管法蘭5;第一外管法蘭11和第二外管法蘭5均開設(shè)有中心孔，且中心孔的直徑與外管I的內(nèi)徑相同。第一外管法蘭11的外側(cè)密封連接芯管貫通法蘭12，芯管貫通法蘭12開設(shè)有法蘭中心孔14，法蘭中心孔14的直徑與芯管3的內(nèi)徑相同，且芯管3的端部與芯管貫通法蘭12密封連接;芯管貫通法蘭12的外側(cè)密封連接芯管接引管13，作為芯管接口 NI。第二外管法蘭5的外側(cè)密封連接盲法蘭6;盲法蘭6的內(nèi)側(cè)設(shè)置防磨順流體4，防磨順流體4的側(cè)面與外管I的內(nèi)側(cè)緊密接觸，后端面與盲法蘭6的內(nèi)側(cè)面緊密接觸，前端面為向后凹陷的橢球面;防磨順流體4設(shè)置于芯管末端的相對(duì)面，二者間流通面積不大于芯管3的通流面積。防磨順流體4采用熱套或者釬焊方式固定在盲法蘭6上，并采用片狀氧化鋁、部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷或者鈦合金制成。盲法蘭6通過螺栓7、螺母8以及墊片9組成的緊固件與第二外管法蘭5密封連接。
[0031]實(shí)施例1
[0032]如圖4所示，本實(shí)施例共設(shè)置三節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器，第一、二節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的外管接口通過法蘭連接，芯管接管16分別與第二、三節(jié)反應(yīng)器的芯管接引管13通過法蘭連接，依次類推，各節(jié)反應(yīng)器間沿程串接，以滿足反應(yīng)停留時(shí)間的需要。反應(yīng)物由第一節(jié)反應(yīng)器芯管接口 NI流入、依次流經(jīng)第一節(jié)反應(yīng)器芯管、第一節(jié)反應(yīng)器芯管-外管環(huán)隙、第二節(jié)反應(yīng)器芯管-外管環(huán)隙、第二節(jié)反應(yīng)器芯管、芯管接管16、第三節(jié)反應(yīng)器芯管、第三節(jié)反應(yīng)器芯管-外管環(huán)隙，最終反應(yīng)后流體經(jīng)末節(jié)反應(yīng)器的外管接口 N2流出，繼而由中心管19流入超臨界水在線脫固器，在慣性力、離心力的綜合作用下，流體中固相殘?jiān)锪现性猩暗[、礦土等，以及超臨界水氛圍下不溶解的無機(jī)鹽或者目標(biāo)產(chǎn)物納米金屬或者金屬氧化物粉體與輕質(zhì)超臨界水發(fā)生分離，超臨界水、氣體等輕質(zhì)組分由位于筒體18側(cè)面上部的稀相流體出口 N5流出，含固流體由臨界水在線脫固器底部稠相流體出口 N3流出。同時(shí)，當(dāng)由冷卻水接口N6引入適量冷卻水時(shí)，可使稠相流體降溫至亞臨界溫度，無機(jī)鹽重新溶解并以溶液的形式隨稠相流體流出。
[0033]實(shí)施例2
[0034]如圖5所示，本實(shí)施例共設(shè)置三節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器，第一節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的外管接口 N2經(jīng)由反應(yīng)器接引管20連接至第二節(jié)反應(yīng)器的芯管接引管，第二節(jié)反應(yīng)器的外管接口 N2與第三節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的外管接口 N2通過法蘭連接，最終反應(yīng)后流體經(jīng)末節(jié)反應(yīng)器的芯管接口流出，繼而由筒體18側(cè)面上部接口 N4流入超臨界水在線脫固器，流體中固相殘?jiān)锪现性猩暗[、礦土等，以及超臨界水氛圍下不溶解的無機(jī)鹽或者目標(biāo)產(chǎn)物納米金屬或者金屬氧化物粉體與輕質(zhì)超臨界水發(fā)生分離，超臨界水、氣體等輕質(zhì)組分經(jīng)由位于端蓋中心位置的中心管19，S卩稀相流體出口 N5流出，含固流體由臨界水在線脫固器底部稠相流體出口 N3流出。同時(shí)當(dāng)由冷卻水接口 N6引入適量冷卻水時(shí)，可使稠相流體降溫至亞臨界溫度，無機(jī)鹽重新溶解并以溶液的形式隨稠相流體流出。
[0035]以上內(nèi)容僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，包括多節(jié)沿程串接的雙回程管式超臨界水反應(yīng)器和一個(gè)超臨界水在線脫固器;雙回程管式超臨界水反應(yīng)器包括外管(I)和套設(shè)于外管(I)內(nèi)的芯管(3)，芯管(3)與外管(I)之間設(shè)置有至少兩個(gè)支撐架(2);芯管(3)的一端開設(shè)芯管接口(NI)，外管(I)的側(cè)面開設(shè)外管接口(N2);首節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口(NI)為反應(yīng)物入口，末節(jié)雙回程管式超臨界水反應(yīng)器的芯管接口或外管接口與超臨界水在線脫固器的流體進(jìn)口(N4)相連通。2.如權(quán)利要求1所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外管(I)的前端設(shè)置第一外管法蘭(11)，末端設(shè)置第二外管法蘭(5);第一外管法蘭(11)和第二外管法蘭(5)均開設(shè)有中心孔，且中心孔的直徑與外管(I)的內(nèi)徑相同。3.如權(quán)利要求2所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述第一外管法蘭(11)的外側(cè)密封連接芯管貫通法蘭(12)，芯管貫通法蘭(12)開設(shè)有法蘭中心孔(14)，法蘭中心孔(14)的直徑與芯管(3)的內(nèi)徑相同，且芯管(3)的端部與芯管貫通法蘭(12)密封連接;芯管貫通法蘭(12)的外側(cè)密封連接芯管接引管(13)，作為芯管接口(NI)。4.如權(quán)利要求2或3所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述第二外管法蘭(5)的外側(cè)密封連接盲法蘭(6);盲法蘭(6)的內(nèi)側(cè)設(shè)置防磨順流體(4)，防磨順流體(4)的側(cè)面與外管(I)的內(nèi)側(cè)緊密接觸，后端面與盲法蘭(6)的內(nèi)側(cè)面緊密接觸，前端面為向后凹陷的橢球面;防磨順流體(4)設(shè)置于芯管末端的相對(duì)面，二者間流通面積不大于芯管(3)的通流面積。5.如權(quán)利要求4所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述防磨順流體(4)采用熱套或者釬焊方式固定在盲法蘭(6)上，并采用片狀氧化鋁、部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷或者鈦合金制成。6.如權(quán)利要求4所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述盲法蘭(6)通過螺栓(7)、螺母(8)以及墊片(9)組成的緊固件與第二外管法蘭(5)密封連接。7.如權(quán)利要求1或2所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述芯管(3)的中部和末端分別焊接一個(gè)支撐架(2)，每個(gè)支撐架(2)具有三個(gè)支手(15);支手(15)整體呈圓柱體，頂部為球面，該球面直徑等于外管(I)的內(nèi)徑，以保證支手(15)頂部與外管(I)內(nèi)壁面緊密貼合。8.如權(quán)利要求1所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述芯管(3)末端的外側(cè)倒角(10)為45°。9.如權(quán)利要求1或2或3所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述芯管(3)壁厚小于外管(I)的壁厚，且芯管(3)的通流面積等于芯管(3)與外管(I)間環(huán)隙空間的通流面積。10.如權(quán)利要求1或2或3所述的雙回程管式超臨界水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述超臨界水在線脫固器包括筒體(18)，筒體(18)的上端設(shè)置端蓋(17)，下端開設(shè)稠相流體出口(N3);筒體(18)側(cè)面下部開設(shè)冷卻水進(jìn)口(N6)，上部開設(shè)流體進(jìn)/出口；端蓋上安裝有中心管(19)，中心管(19)上端為入口，下端出口伸入筒體(18)內(nèi)部；當(dāng)中心管(19)的入口作為反應(yīng)后流體進(jìn)口(N4)時(shí)，筒體(18)側(cè)面的流體進(jìn)/出口作為稀相流體出口(N5);當(dāng)筒體(18)側(cè)面的流體進(jìn)/出口作為反應(yīng)后流體進(jìn)口(N4)時(shí)，中心管(19)的入口作為稀相流體出口(N5)。
【文檔編號(hào)】C02F1/72GK205517628SQ201620185034
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】王樹眾, 李艷輝, 孫盼盼, 張潔, 王玉珍, 張拓, 宋文瀚
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué), 陜西萬豐能源環(huán)?？萍加邢薰?br>