專(zhuān)利名稱(chēng)：具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的壓力平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢有機(jī)物的處理領(lǐng)域，涉及利用超臨界水處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)廢有 機(jī)物無(wú)害化處理和資源化利用的反應(yīng)器，特別涉及一種具有多孔蒸發(fā)壁的超 臨界水處理反應(yīng)器的壓力平衡裝置。
背景技術(shù)：
超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(diǎn)(T=374.15°C， P=22.12MPa) 的特殊狀態(tài)的水。超臨界水兼具液態(tài)和氣態(tài)水的性質(zhì)，該狀態(tài)下只有少量的 氫鍵存在，介電常數(shù)近似于有機(jī)溶劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度。在足 夠高的壓力下，有機(jī)物、氧氣能按任意比例與超臨界水互溶，從而使非均相 反應(yīng)變?yōu)榫喾磻?yīng)，大大減小了傳質(zhì)、傳熱的阻力，而無(wú)機(jī)物特別是鹽類(lèi)在 超臨界水中的溶解度極低，容易分離出來(lái)。
超臨界水處理技術(shù)是利用超臨界水對(duì)廢有機(jī)物和氧化劑都是良好溶劑的 特殊性質(zhì)，在提供不同數(shù)量氧化劑的前提下，廢有機(jī)物在超臨界水中進(jìn)行均 相反應(yīng)，迅速將有機(jī)物結(jié)構(gòu)深度破壞，轉(zhuǎn)化成C02、 N2、 H2 (在不添加或添加 少量氧化劑的情況下產(chǎn)生)和H20、無(wú)機(jī)鹽等無(wú)害的小分子化合物。廢有機(jī)物 超臨界水處理技術(shù)包括超臨界水氧化技術(shù)、超臨界水部分氧化技術(shù)和超臨界 水氣化技術(shù)。超臨界水氧化技術(shù)是以廢有機(jī)物無(wú)害化處理為終極目標(biāo)，超臨 界水部分氧化技術(shù)和超臨界水氣化技術(shù)是以廢有機(jī)物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫為終極目標(biāo)。
在超臨界水條件下，由于高溫、高壓、強(qiáng)酸或某些鹽類(lèi)物質(zhì)都加快了反應(yīng) 器的腐蝕速率。腐蝕問(wèn)題不僅嚴(yán)重影響了反應(yīng)器的正常工作，導(dǎo)致其壽命縮 短，而且腐蝕產(chǎn)生的Cr6+等金屬離子也影響了處理最終效果。此外，進(jìn)料中含
有或反應(yīng)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)在超臨界水中的溶解度極小，其中某些粘度大的鹽 顆粒沉積下來(lái)，會(huì)引起反應(yīng)器的堵塞，造成反應(yīng)系統(tǒng)的停車(chē)，甚至?xí)l(fā)生安全事故。鹽沉積同時(shí)也會(huì)影響反應(yīng)器的傳熱性能，加快反應(yīng)器的腐蝕速率。
目前，解決上述問(wèn)題一種有效的方式是采用具有多孔蒸發(fā)壁的反應(yīng)器結(jié) 構(gòu)。該類(lèi)反應(yīng)器內(nèi)層殼體為一種基本不承壓的多孔蒸發(fā)壁，外層殼體為承受 超臨界水壓力的承壓壁。通過(guò)不斷向承壓壁和多孔蒸發(fā)壁之間的夾層泵入潔 凈的蒸發(fā)壁水，在多孔蒸發(fā)壁的內(nèi)表面形成一層保護(hù)性亞臨界溫度的水膜， 稀釋多孔蒸發(fā)壁內(nèi)表面處反應(yīng)流體中腐蝕性物質(zhì)，重新溶解和/或沖走在超臨 界條件下析出的鹽顆粒，從而有效地避免了鹽沉積問(wèn)題，降低了反應(yīng)器的腐
蝕速率。多孔蒸發(fā)壁的承壓能力較差， 一般低于lMPa，正常運(yùn)行時(shí)潔凈的蒸
發(fā)壁水連續(xù)緩慢地進(jìn)入反應(yīng)器，多孔蒸發(fā)壁內(nèi)外側(cè)壓力基本相等，多孔蒸發(fā)
壁可以安全運(yùn)行。但是多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)為相對(duì)較臟的反應(yīng)流體，當(dāng)反應(yīng)器在
長(zhǎng)期運(yùn)行或錯(cuò)誤操作時(shí)，多孔蒸發(fā)壁可能會(huì)被顆粒物或焦油類(lèi)的物質(zhì)部分或
全部堵塞，造成多孔蒸發(fā)壁內(nèi)外側(cè)壓差增加。當(dāng)壓差超過(guò)多孔蒸發(fā)壁自身的
耐壓極限時(shí)，多孔蒸發(fā)壁會(huì)發(fā)生破裂。因此，具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處
理反應(yīng)器在運(yùn)行時(shí)要控制蒸發(fā)壁內(nèi)外側(cè)壓差不超過(guò)其耐壓極限值，目前針對(duì)
這一 問(wèn)題并沒(méi)有一種安全可靠的解決方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的壓 力平衡裝置，能夠保持多孔蒸發(fā)壁內(nèi)外側(cè)壓差平衡，有效防止堵塞等其他原 因造成多孔蒸發(fā)壁因超過(guò)耐壓極限而破壞，以致進(jìn)而造成反應(yīng)器損壞。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的壓力平衡裝置，包括蒸發(fā) 壁水總管，其特征在于，還包括一端伸入多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)的平衡管，平衡管 的另一端分兩路， 一路通過(guò)正向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y連通蒸發(fā)壁水總管，另一 路通過(guò)反向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y連通蒸發(fā)壁水總管。
本發(fā)明的進(jìn)一步特點(diǎn)和改進(jìn)在于所述壓差平衡閥包含筒形的閥體，閥 體中沿軸向依次設(shè)置有檔板和支架，檔板中心開(kāi)設(shè)有錐孔，錐孔的錐底朝向 支架，支架中心滑動(dòng)貫穿有閥桿，閥桿頭部為錐狀，與所述錐孔密封配合；閥桿上套有螺旋彈簧，螺旋彈簧的一端抵壓支架，另一端通過(guò)靠近閥桿頭部 設(shè)置的螺母限定位置。
本發(fā)明的再進(jìn)一步改進(jìn)在于所述支架包含滑動(dòng)貫穿閥桿的環(huán)形板，環(huán) 形板的外周沿徑向至少設(shè)置兩個(gè)支撐桿，對(duì)應(yīng)每個(gè)支撐桿在所述閥體的一端 沿內(nèi)壁軸向開(kāi)設(shè)有滑槽，連通滑槽的止端開(kāi)設(shè)有弧形槽，所述支撐桿沿滑槽 伸入閥體內(nèi)壁并旋轉(zhuǎn)至弧形槽內(nèi)。
本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于連通弧形槽的止端，并沿閥體的內(nèi)壁軸向 開(kāi)設(shè)有定位槽，所述定位槽和滑槽位于弧形槽的同一側(cè)；所述支撐桿沿滑槽 伸入閥體內(nèi)壁并旋轉(zhuǎn)至弧形槽的止端，位于定位槽內(nèi)。
本發(fā)明在具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器中增設(shè)了平衡管，平衡 管的一端伸入多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)，平衡管的另一端分兩路， 一路通過(guò)正向?qū)?的壓差平衡閥連通蒸發(fā)壁水總管，另一路通過(guò)反向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y連通蒸 發(fā)壁水總管。當(dāng)多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)與蒸發(fā)壁水總管的壓差大于設(shè)定正壓值時(shí)， 多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)液體流向蒸發(fā)壁水總管；當(dāng)多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)與蒸發(fā)壁水總管 的壓差大于設(shè)定負(fù)壓值時(shí)，蒸發(fā)壁水總管的蒸發(fā)壁水流向多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)。 因此，本發(fā)明能夠保持多孔蒸發(fā)壁內(nèi)外側(cè)壓差平衡，有效防止堵塞等其他原 因造成多孔蒸發(fā)壁因超過(guò)耐壓極限而破壞，以致進(jìn)而造成反應(yīng)器損壞。
由于超臨界水處理反應(yīng)器為高溫高壓容器，壓差平衡閥為本發(fā)明的關(guān)鍵 部件。壓差平衡閥的筒形閥體中沿軸向依次設(shè)置有檔板和支架，檔板中心開(kāi) 設(shè)有錐孔，錐孔的錐底朝向支架，支架中心滑動(dòng)貫穿有閥桿，閥桿頭部為錐 狀，與所述錐孔密封配合，通過(guò)錐狀研磨面實(shí)現(xiàn)密封開(kāi)啟，安全可靠；閥桿 上套有螺旋彈簧，螺旋彈簧的一端抵壓支架，另一端通過(guò)靠近閥桿頭部設(shè)置 的螺母限定位置，通過(guò)螺母可以調(diào)節(jié)螺旋彈簧的預(yù)壓力，可以達(dá)到設(shè)定閥門(mén) 開(kāi)啟壓差的目的。
在壓差平衡閥中，支架包含滑動(dòng)貫穿閥桿的環(huán)形板，環(huán)形板的外周沿徑 向至少設(shè)置兩個(gè)支撐桿，對(duì)應(yīng)每個(gè)支撐桿在閥體的一端沿內(nèi)壁軸向開(kāi)設(shè)有滑 槽，連通滑槽的止端開(kāi)設(shè)有弧形槽，在弧形槽的止端沿閥體的內(nèi)壁軸向開(kāi)設(shè) 有定位槽，定位槽和滑槽位于弧形槽同一側(cè)，支撐桿沿滑槽伸入閥體內(nèi)壁并 旋轉(zhuǎn)至弧形槽的止端，位于定位槽內(nèi)。這樣，可以方便壓差平衡閥的安裝和 壓差的調(diào)整，保證閥門(mén)的安全性和可靠性。


圖1為一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖2為壓差平衡閥的剖面結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖4為壓差平衡閥的閥體剖面結(jié)構(gòu)示意圖中1、承壓壁；2、多孔蒸發(fā)壁；3、蒸發(fā)壁水總管；4、蒸發(fā)壁水支管; 5、平衡管；6、壓差平衡閥；601、閥體；602、檔板；603、支架；604、閥 桿；605、螺母；606、螺旋彈簧；607、滑槽；608、弧形槽；609、定位槽； 7、集箱；8、導(dǎo)管。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，為一種超臨界水處理反應(yīng)器，具有多孔蒸發(fā)壁，并且安裝有壓
力平衡裝置。該超臨界水處理反應(yīng)器主要包括承壓壁l，承壓壁l內(nèi)設(shè)置有
與其形狀相似的多孔蒸發(fā)壁2，多孔蒸發(fā)壁2內(nèi)側(cè)為反應(yīng)區(qū)域，承壓壁1與多 孔蒸發(fā)壁2之間的腔體充盈有蒸發(fā)壁水。多孔蒸發(fā)壁2底部為含鹽流體出口 ， 頂部為反應(yīng)流體出口，物料和氧化劑通過(guò)伸入多孔蒸發(fā)壁2中下部的導(dǎo)管8 提供。蒸發(fā)壁水總管3連接有集箱7，集箱7分出多路蒸發(fā)壁水支管8分別連 通承壓壁1與多孔蒸發(fā)壁2之間的腔體。壓力平衡裝置中的平衡管5， 一端伸 入多孔蒸發(fā)壁2的內(nèi)側(cè)，另一端分兩路， 一路通過(guò)正向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y6 連通蒸發(fā)壁水總管3，另一路通過(guò)反向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y6連通蒸發(fā)壁水總管 3。蒸發(fā)壁水總管3上安裝第一壓力表Pl用來(lái)檢測(cè)多孔蒸發(fā)壁2外側(cè)流體的 壓力，在平衡管5上安裝第二壓力表P2用來(lái)檢測(cè)多孔蒸發(fā)壁2內(nèi)側(cè)流體的壓 力。
本實(shí)施例中，多孔蒸發(fā)壁2由金屬網(wǎng)燒結(jié)而成。多孔蒸發(fā)壁2上分布有 細(xì)密的微米級(jí)小孔，其承壓能力約為lMPa。本實(shí)施例中，多孔蒸發(fā)壁2內(nèi)側(cè) 與蒸發(fā)壁水總管3壓差的正壓值和負(fù)壓值均設(shè)定為0. 5MPa。當(dāng)多孔蒸發(fā)壁2 內(nèi)側(cè)與蒸發(fā)壁水總管3的正壓差值大于設(shè)定0. 5MPa時(shí)，正向?qū)ǖ膲翰钇胶?閥6開(kāi)啟，反向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y6關(guān)閉，多孔蒸發(fā)壁2內(nèi)側(cè)液體流向蒸發(fā) 壁水總管3;當(dāng)多孔蒸發(fā)壁2內(nèi)側(cè)與蒸發(fā)壁水總管3的負(fù)壓差值大于0. 5MPa時(shí)，正向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y6關(guān)閉，反向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y6開(kāi)啟，蒸發(fā)壁 水總管3的蒸發(fā)壁水流向多孔蒸發(fā)壁2內(nèi)側(cè)。
參照?qǐng)D2、圖3、圖4，壓差平衡閥6包含筒形的閥體601，閥體601 中沿軸向依次設(shè)置有檔板602和支架603，檔板602靠近閥門(mén)的進(jìn)口端，支架 603靠近閥門(mén)的出口端，閥體601的兩端分別焊接有安裝用法蘭。閥體601和 檔板602可以焊接在一起，也可以加工為一個(gè)整體，檔板602中心開(kāi)設(shè)有錐 孑L,錐孔的錐底朝向支架，錐尖的指向與閥門(mén)的通流方向相反。支架603的 中間為環(huán)形板，閩桿604滑動(dòng)貫穿環(huán)形板中心，環(huán)形板的外周沿徑向?qū)ΨQ(chēng)固 定有四個(gè)支撐桿，支撐桿截面為矩形。閥桿604的頭部為錐狀，與檔板602 的錐孔相適應(yīng)，利用錐狀的研磨面實(shí)現(xiàn)密封開(kāi)啟；閥桿604上套有螺旋彈簧 606，螺旋彈簧606的一端抵壓支架603，另一端通過(guò)靠近閥桿604頭部設(shè)置 的螺母605限定位置，調(diào)節(jié)螺母605位置可以達(dá)到調(diào)節(jié)螺旋彈簧606對(duì)于閥 桿604的作用力，也即達(dá)到了調(diào)整閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)檔板602兩側(cè)的壓差值。
在閥門(mén)的出口端，對(duì)應(yīng)每個(gè)支撐桿在閥體601的筒形內(nèi)壁軸向開(kāi)設(shè)有截 面為矩形的滑槽607;連接滑槽607的止端開(kāi)設(shè)有截面為矩形的弧形槽608， 弧形槽608的圓弧中心位于閥體601的筒形內(nèi)壁軸線(xiàn)上，弧度為45° ，方向 為逆時(shí)針；連通在弧形槽608的止端開(kāi)設(shè)有定位槽609，定位槽608和滑槽 607位于弧形槽609的同一側(cè)，支撐桿沿滑槽607伸入閥體601內(nèi)壁并旋轉(zhuǎn)至 弧形槽608的止端，位于定位槽609內(nèi)。
安裝時(shí)，先將閥桿604插入到支架603的環(huán)形板的通孔中，然后將螺旋
彈簧606穿入到閥桿604的圓柱段上，再通過(guò)螺紋將螺母605安裝在閥桿604 的圓柱段上，進(jìn)而將螺旋彈簧606固定在螺母605和支架603之間；然后將 支架603上的四個(gè)支撐桿通過(guò)閥體601內(nèi)壁的滑槽607，推入滑槽607止端， 通過(guò)內(nèi)套筒扳手旋轉(zhuǎn)支架603到弧形槽608的止端，然后利用螺旋彈簧606 的預(yù)緊力將支撐桿推入定位槽609內(nèi)，從而防止支架603在閥體601內(nèi)壁的 周向、徑向和軸向上移動(dòng)。螺母605在閥桿604的圓柱段上通過(guò)螺紋可以軸 向移動(dòng)，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)螺旋彈簧605的預(yù)緊力，從而實(shí)現(xiàn)閥桿604頭部和檔 板602上的錐面密封開(kāi)啟壓力的調(diào)節(jié)，即多孔蒸發(fā)壁2內(nèi)外側(cè)最大壓差設(shè)定 值的調(diào)節(jié)。閥桿604的圓柱段與支架603之間是滑動(dòng)間隙配合，閥桿604在承受一定壓力條件下，可以在支架603的軸向前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)閥桿604 頭部與檔板602的密封和脫離，即壓差平衡閥6內(nèi)錐面密封的關(guān)閉和開(kāi)啟， 實(shí)現(xiàn)檔板602兩側(cè)流體正常工作時(shí)的隔離，以及壓差達(dá)到設(shè)定值0. 5MPa時(shí)的 連通。此外，閥桿604的圓柱段尾部具有較大的承壓面積，正常工作時(shí)可以 實(shí)現(xiàn)壓差平衡閥6中錐面密封處具有較大的密封壓力，保證良好的密封效果。
權(quán)利要求
1、一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的壓力平衡裝置，包括蒸發(fā)壁水總管，其特征在于，還包括一端伸入多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)的平衡管，平衡管的另一端分兩路，一路通過(guò)正向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y連通蒸發(fā)壁水總管，另一路通過(guò)反向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y連通蒸發(fā)壁水總管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的 壓力平衡裝置，其特征在于，所述壓差平衡閥包含筒形的閥體，閥體中沿軸 向依次設(shè)置有檔板和支架，檔板中心開(kāi)設(shè)有錐孔，錐孔的錐底朝向支架，支 架中心滑動(dòng)貫穿有閥桿，閥桿頭部為錐狀，與所述錐孔密封配合；閥桿上套 有螺旋彈簧，螺旋彈簧的一端抵壓支架，另一端通過(guò)靠近閥桿頭部設(shè)置的螺 母限定位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的 壓力平衡裝置，其特征在于，所述支架包含滑動(dòng)貫穿閥桿的環(huán)形板，環(huán)形板 的外周沿徑向至少設(shè)置兩個(gè)支撐桿，對(duì)應(yīng)每個(gè)支撐桿在所述閥體的一端沿內(nèi) 壁軸向開(kāi)設(shè)有滑槽，連通滑槽的止端開(kāi)設(shè)有弧形槽，所述支撐桿沿滑槽伸入 閥體內(nèi)壁并旋轉(zhuǎn)至弧槽內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的 壓力平衡裝置，其特征在于，連通弧形槽的止端，并沿閥體的內(nèi)壁軸向開(kāi)設(shè) 有定位槽，所述定位槽和滑槽位于弧形槽的同一側(cè)；所述支撐桿沿滑槽伸入 閥體內(nèi)壁并旋轉(zhuǎn)至弧形槽的止端，位于定位槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明屬于廢有機(jī)物的處理領(lǐng)域，涉及利用超臨界水處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)廢有機(jī)物無(wú)害化處理和資源化利用的反應(yīng)器，公開(kāi)了一種具有多孔蒸發(fā)壁的超臨界水處理反應(yīng)器的壓力平衡裝置。它包括蒸發(fā)壁水總管，其特征在于，還包括一端伸入多孔蒸發(fā)壁內(nèi)側(cè)的平衡管，平衡管的另一端分兩路，一路通過(guò)正向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y連通蒸發(fā)壁水總管，另一路通過(guò)反向?qū)ǖ膲翰钇胶忾y連通蒸發(fā)壁水總管。
文檔編號(hào)B01J3/04GK101601985SQ20091002331
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者公彥猛, 唐興穎, 徐東海, 王樹(shù)眾, 洋 郭, 馬紅和 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)