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CN106457184A - 用于通过水热氧化处理水性流出液的设备 - Google Patents

用于通过水热氧化处理水性流出液的设备 Download PDF

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CN106457184A
CN106457184A CN201580014915.0A CN201580014915A CN106457184A CN 106457184 A CN106457184 A CN 106457184A CN 201580014915 A CN201580014915 A CN 201580014915A CN 106457184 A CN106457184 A CN 106457184A
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CN
China
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channel
effluent
reactor
oxidant
circulation
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Application number
CN201580014915.0A
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格雷古瓦·萨拉伊
奥利维尔·萨多史克恩科
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Innoveox
Original Assignee
Innoveox
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Abstract

本发明涉及用于通过水热氧化处理水性流出液的设备，其包含：反应器，其包含待处理的水性流出液在其中循环的管，所述反应器的管具有多个由氧化剂注射装置形成的弯管，各氧化剂注射装置包含：反应器部分(32)，其形成以一个角度弯曲的流出液循环通道(35)，水性流出液流可在其中循环，和注射器部分(33)，其包含适于连接到位于流出液循环通道(35)外部的氧化剂源的第一开口(49)、位于流出液循环通道(35)中的第二开口(50)和连接至注射器部分的氧化剂源以便将加压的氧化剂注入待处理的水性流出液流中。

Description

用于通过水热氧化处理水性流出液的设备
技术领域
本发明涉及一种用于对通过水热氧化处理水性流出液的设备注射氧化剂的装置，以及相关的处理设备。
现有技术
已描述了用于处理包括有机废物和/或溶解盐的水性流出液的多种方法，其中可特别引用其中将待处理的流出液在氧化剂存在下在被称为“水热”条件下放置，从而导致废物的氧化的那些。特别地，已知的是在其中水处于次临界或超临界状态的温度和压力下处理水性流出液(水的临界点位于在374摄氏度的温度和221巴的压力)。
在有机化合物的情况下，所述处理通常导致以简单化合物的形式例如CO2和H2O等的氧化。除碱金属和碱土金属外的金属盐，对于它们的部分，通常转化为金属氢氧化物。
文件WO 02/20414中描述了这种类型的方法，其已被证明是特别有趣的，且使得有可能控制水热氧化过程中引起的温度升高。在该文件中描述的方法中，通过在沿着流出液的路径的多个点处引入氧化剂在管状反应器中处理流出液，所述流出液的引入不是一次性引入全部，而是沿着所述管状反应器渐进地引入，这使得有可能沿着上升的曲线从最初次临界温度(例如近似环境或更高的温度)直至超临界温度渐进地增加所述流的温度。以这种方式，流出液中所含的有机化合物在其流动过程中逐渐被氧化，且在每次注射时氧化过程中产生的热能量用于使反应混合物从液相中的次临界状态逐渐地转向超临界状态。
在其中氧化注射区域中氧化浓度最高的区域中，氧化反应产生大量的热能量。这些热区域的发生能够破坏反应器的壁。因此，需要控制所述热能量的释放。
此外，文件US 5,582,715描述了一种用于通过水热氧化处理水性流出液的设备，其包括形成环形线圈并具有多个注射侧孔的管状反应器，和贯穿所述孔并使氧化剂注入流的中心的氧化剂注射喷嘴。
然而，在实践中，这样的注射喷嘴不能通过机械加工获得，它们的制造是复杂的。
发明内容
发明的一个目的是提出一种设备，其允许氧化剂注入流的中心并包含更易于制造或装配的氧化剂注射装置。
该目的是在本发明的范围内实现的，归因于用于通过水热氧化处理水性流出液的设备，所述设备包括：
·反应器，其包括待处理的水性流出液在其中循环的管，所述反应器的管具有多个由氧化剂注射装置形成的弯管(bend)，各氧化剂注射装置包含：
-反应器部分，其形成具有弯曲形状的流出液循环通道，在其中水性流出液流可循环，所述流出液循环通道具有第一通道部分和第二通道部分，通过第一通道部分流出液流进入反应器部分并且在第一通道部分中流出液流以第一循环方向循环，在第二通道部分中流出液流以与第一循环方向形成非零角度的第二循环方向循环，并离开反应器部分，和
-注射器部分，包括适于连接到位于流出液循环通道外部的氧化剂源的第一开口、位于第二通道部分中的第二开口和以与第二循环方向平行的方向从第一开口延伸至第二开口的氧化剂注入通道，以便当流出液在第二通道部分中循环时将氧化剂注入流出液流中，和
·与注射器部分连接的氧化剂源，以将压力下的氧化剂注入待处理的水性流出液流的内部。
在这样的设备中，流出液循环通道配备有弯管，这使得有可能预期一种装置，其中通过机械加工获得第一通道部分和第二通道部分。
此外，本发明利用流出液循环通道的弯管以提供直的(或直线运动的)注射管，其也可通过机械加工得到。
所述设备可以进一步有以下特征：
-所述注射器部分包括以大于流出液循环通道的直径的距离在流出液循环通道内延伸的注射管，
-所述注射管以超过流出液循环通道的直径的两倍的距离在流出液循环通道内延伸，
-注射通道与第二通道部分同轴延伸，
-反应器部分具有形成第二通道部分的纵向孔和形成第一通道部分的侧孔，在形成弯管时，侧孔通往纵向孔，
-反应器部分包括与纵向孔同轴延伸的第三孔，注射器部分通过所述第三孔进入第二通道部分，
-注射器部分焊接至反应器部分，
-注射器部分包括在注射器部分的外表面上形成的螺旋槽，其与流出液流接触，使在第二通道部分中循环的流出液流围绕与第二流方向平行的旋转轴旋转，
-所述管被盘绕以形成多个转弯(turn)，每个转弯具有由氧化剂注射装置形成的弯管，所述弯管彼此叠加以使注射装置在相同的线圈区域中聚集。
附图说明
将通过下面的描述进一步突出其他特征和优点，下面的描述仅仅是示例性的且必须参考附图解读，其中：
-图1示例性示出了符合本发明的一个实施方案的处理设备，
-图2示例性示出了并入所述处理设备的反应器，
-图3是符合本发明第一实施方案的氧化剂注射装置的截面视图，
-图4是符合本发明第二实施方案的注射装置的截面视图，
-图5是并入图4的装置的注射器部分的透视图。
具体实施方式
在图1中，示出的处理设备1包括高压进料泵2、热交换器3、预加热器4、反应器5、冷却器6、膨胀阀7和分离器8。
进料泵2接收作为其输入的待处理的流出液流9并在压力10下将所述流注入热交换器3。进料泵2使待处理的流出液流9从大气压升高至大于221巴的压力，例如，在超临界条件下处理的情况下。
将压力下的流出液流10送至热交换器3，在那里流出液流被加热。通过与在反应器5的出口处收集的处理后的流出液流12的热交换加热压力下的流出液流10。因此，热交换器3使有可能将待处理的流出液10加热至100-300℃之间的温度，例如，在将待处理的流出液流引入反应器5之前。
待处理的流出液流10也被送至预加热器4。预加热器4使有可能在将待处理的流出液流10引入反应器5之前加热待处理的流出液流10。当开始处理过程时仅在过渡阶段激活预加热器。确实，在起始阶段，热交换器3不允许待处理的流出液10的充分预加热。一旦所述设备在稳态下运行，预加热器4不再是需要的且可被停用。热交换器3足够用于获得待处理的流出液10的充分加热。
一旦被加热，待处理的流出液流11被引入反应器5中进行处理。反应器5接收如下物质作为其输入：一方面，待处理的流出液流11，另一方面，氧化反应所需的压力下的氧气流18。更确切地说，待处理的流出液流11在反应器5中循环，并且在沿着流出液流11的路径的不同注射点19、20、21处将氧气注入反应器内。
不同的注射点19、20、21连接到加压的氧气进料管路。
设备1还包括一组阀门22、23、24，以调整在每个注射点注射的氧气的量。
处理后的流出液12在反应器5的输出处收集，并被注入热交换器3中，以加热进入反应器5的待处理的流出液流10。在稳态下，离开反应器的流出液流12具有例如在500-600℃之间的温度。
在热交换器3中循环后，将处理后的流出液流13送到冷却器6，在那里其被冷却至低于100℃的温度。冷却器6通过使用产生的流出液的热能例如用于产生热或电能使有可能回收产生的流出液的热能。
一旦被冷却，离开冷却器6的流出液14经受归因于膨胀阀7的膨胀。然后冷却后的流出液15处于大气压力下。流出液15表现为气体和液体的混合物的形式，所述气体特别地包括二氧化碳(CO2)，以及可能的氮气(N2)和氧气(O2)，所述液体基本上由不再含有机物的液体组成。
将膨胀阀7的输出处的混合物注入分离器8中，以将气相17和液相16分离开。
图2示意性示出了并入处理设备1的反应器5。
该反应器5包括通常为细长形状的管25，其具有输入26和输出27，在其中循环待处理的流出液流。用于循环待处理的流出液的管25是旋转圆筒(cylinder of revolution)，且例如由镍和铬的合金形成。
用于循环流出液的管25本身折叠形成几个回路(或转弯)。在这里每个回路通常具有矩形形状。更精确地说，每个回路包含通过弯管相互连接的直线段。
在图2中，管25包括三个氧气注射装置28至30，每一个形成管25的弯管用于循环流出液。三个氧气注射装置28至30是相互相同的。
氧气注射装置28至30是一个位于另一个上。这种安排使有可能在所述设备的一个相同区域中聚集注射装置28至30，这允许三个氧气注射装置连接至相同的加压氧气进料管路，在相同的方向上连接。这具有有利于设备维护的优点。
图3显示了符合本发明第一实施方案的氧气注射装置28。
氧气注射装置28包括反应器部分32和注射器部分33。
反应器部分32包含单块材料形成的主体34，所述单块材料例如由镍和铬的合金形成。
反应器部分32包含在主体34中形成的用于循环流出液的通道35，在其中水性流出液流可循环。流出液循环通道35从第一开口36延伸，通过该开口流出液流进入反应器部分(箭头A)，直至第二开口37，通过该开口流出液流离开反应器部分(箭头B)。
流出液循环通道35具有弯曲形状。更确切地说，流出液分配通道35具有沿着轴X1在第一方向延伸的第一通道部分38和沿着轴X2在第二方向延伸的第二通道部分39，轴X1与轴X2形成直角。第一通道部分38从第一开口36延伸到第二通道部分39。第二通道部分39从第一通道部分38延伸至第二开口37。
第一通道部分38具有以轴X1作为旋转轴的旋转圆筒形状。第二通道部分39具有以轴X2作为旋转轴的旋转圆筒形状。两个通道部分38和39中的每一个都具有圆形截面，它们具有相同的内径。
在实践中，已通过沿反应器部分32的主体34的轴X2纵向钻孔得到第二通道部分39。已通过沿反应器部分32的主体34的轴X1侧向钻孔得到第一通道部分38，所述侧向孔通往纵向孔以形成弯管。
反应器部件32还具有由肩状物(shoulder)形成的第一支撑表面40，其围绕第一开口36，并适于被放置与反应器管25的直段41的一端接触，以将直段41连接到反应器部分32。
反应器部分32还包括由围绕支撑表面40的倒角形成的锥形表面42。锥形表面42与管的直段41的外表面限定了适用于接收焊珠43的槽，以将管的直段41附接在反应器部分32上并得到所述两个部分32和41之间的密封接触。
以这种方式，反应器部分32的第一开口36连接至管的第一直段41且第二开口37连接至管的第二直段(未示出)，管的第二直段与管的第一直段形成直角。
此外，反应器部分32包括第三开口44，用于将氧气注入到在通道35中循环的待处理的流出液中。
通过沿轴X1的纵向方向钻孔主体34得到第三开口44。
在该第一个实施方案中，第三开口44的直径小于第二通道部分39的直径。
反应器部分32具有第二支撑表面45，其围绕第三开口44，第二支撑表面45适于被放置与注射器部分33的支撑表面46接触，以将注射器部分33与反应器部分32连接。
注射器部分33包括由单块材料例如镍和铬的合金形成的主体47，和贯穿主体47的氧气注射通道48。注射器部分33包括第一开口49，其旨在与加压氧气进料管路连接，和第二开口50，通过第二开口氧气被释放至待处理的流出液中。氧气注射通道48具有沿轴X3的直线形式。氧气注射通道48从第一开口49延伸，通过第一开口氧气流进入注射器部分(箭头C)，直至第二开口50，通过第二开口氧气流离开注射器部分(箭头D)。
此外，主体47具有在反应器部分32外部延伸并旨在与加压氧气进料管路连接的连接部分51和在反应器部分32内延伸形成用于将加压氧气注入待处理的流出液的氧气注射管52的部分。
通过机械加工主体47形成连接部分51和氧气注射管52。特别地，通过沿轴X3钻孔主体47形成注射通道48。
氧气注射管52具有以轴X3作为其旋转轴的旋转圆筒形状。氧气注射管52被放置穿过反应器部分32的主体34，穿过第三开口44至第二通道部分39内，以使氧气注射管52的轴X3与第二通道部分39的第二轴X2一致。
此外，氧气注射管52被定向以在与第二通道部分中的待处理的流出液的方向或循环的方向(箭头B)相同的方向和注射方向(箭头D)上注入氧气流到第二管道部分39中。
此外，氧气注射管52在流出液循环通道35内延伸大于流出液循环通道35的直径D2的距离D1，优选流出液循环通道35的直径的两倍。例如，氧气注射管52在流出液循环通道35内延伸等于36毫米的距离。
以这种方式，被注入待处理的流出液流中的氧被限制在反应器5的管25的中心，这限制了损坏反应器5的壁的风险。
注射器部分33的连接部分51具有支撑表面46，其横向延伸到轴X3并适合被放置与反应器部分32的支撑表面45接触以将注射器部分33和反应器部分32连接。
此外，反应器部分32和注射器部分33各有通过切角形成的锥形面53、54，锥形面53和54被配置以使当所述两个部分32和33彼此接触放置时锥形面53和54形成具有V横截面的槽，所述槽允许焊珠形成以将这两部分彼此粘附。
在操作中，待处理的流出液流在反应器部分32的弯管通道35中循环。待处理的流出液流通过第一开口36进入，以第一循环方向(平行于轴X1)在第一通道部分38中循环，然后以第二循环方向(平行于轴X2)在第二通道部分39中循环，并通过第二开口37离开反应器部分32。当流出液流在第二通道部分39中循环时，通过注射管52将压力下的氧气注入流出液流的中心。
图4和图5示意性示出了符合本发明第二实施方案的氧气注射装置28。
图4和图5中示出的氧气注射装置28与图3中的注射装置28相同，除了氧气注射管52具有配置在其外表面上的螺旋槽55。
螺旋槽55的存在具有使在第二通道部分39中循环的流出液流围绕轴X2旋转的效果，平行于第二流方向。
使所述流旋转产生涡流，所述涡流有助于将通过氧气注射管52注入的氧气限制在流出液流中心。
此外，氧气注射管52具有凸起部分56，其外直径等于第二通道部分39的内直径，且螺旋槽55在凸起部分56的外表面中形成，以使流出液流当在第二通道部分39中循环时被迫在螺旋槽55中流过。

Claims (9)

1.一种用于通过水热氧化处理水性流出液的设备，其包含：
·反应器(5)，其包含待处理的水性流出液在其中循环的管(25)，所述反应器的管(25)具有多个由氧化剂注射装置(28–30)形成的弯管，各氧化剂注射装置(28–30)包含：
-反应器部分(32)，其形成具有弯曲形状的流出液循环通道(35)，水性流出液流可在其中循环，所述流出液循环通道(35)具有第一通道部分(38)和第二通道部分(39)，流出液流通过第一通道部分(38)进入反应器部分(32)并且在第一通道部分(38)中流出液流以第一循环方向(X1)循环，在第二通道部分(39)中流出液流以与第一循环方向形成非零角度的第二循环方向(X2)循环，并离开反应器部分(32)，和
-注射器部分(33)，其包含适于连接到位于流出液循环通道(35)外部的氧化剂源的第一开口(49)、位于第二通道部分(39)中的第二开口(50)和以与第二循环方向平行的方向从第一开口(49)延伸至第二开口(50)的氧化剂注入通道(48)，以便当流出液在第二通道部分(39)中循环时将氧化剂注入流出液流中，和
·与注射器部分(33)连接的氧化剂源，以将压力下的氧化剂注入待处理的水性流出液流的内部。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述注射器部分(33)包括以大于流出液循环通道(35)的直径(D2)的距离(D1)在流出液循环通道(35)内延伸的注射管(52)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述注射管(52)以大于流出液循环通道(35)的直径(D2)的两倍的距离(D1)在流出液循环通道(35)内延伸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中氧化剂注射通道(52)与第二通道部分(39)同轴延伸。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中反应器部分(32)具有形成第二通道部分(39)的纵向孔和形成第一通道部分(38)的侧孔，在形成弯管时，侧孔通往纵向孔。
6.根据权利要求5所述的设备，其中反应器部分(32)包括与纵向孔同轴延伸的第三孔，注射器部分(33)通过所述第三孔进入第二通道部分(39)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述注射器部分(33)焊接至反应器部分(32)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的设备，其中所述注射器部分(33)包括在注射器的外表面上形成的螺旋槽(55)，其与流出液流接触，使在第二通道部分(39)中循环的流出液流围绕与第二流方向(X2)平行的旋转轴(X3)旋转。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的设备，其中所述管(25)被盘绕以形成多个转弯，每个转弯具有由氧化剂注射装置(28,31)形成的弯管，所述弯管彼此叠加以使注射装置在相同的线圈区域中聚集。
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