[发明专利]自生热的地下化学反应器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及实现化学反应，更具体地说，涉及适合于用于实现湿 氧化的自生热的地下反应器和方法。

背景技术

许多化学反应可以在高压、高温条件下加速。通常，用于产生高 压和高温的设备需要高压泵和高压容器。这种设备比较复杂、昂贵并 且由于大多数废水的磨蚀性而有危害。

具有在底部连接在一起形成长U形管的地下竖直下行和上行流道 的设备利用静液柱来产生用于加速化学反应的高压。通常，这些反应 器包括一对同心的圆筒形竖直管，所述一对竖直管延伸到地下深处。 泵送到一个管顶部的反应剂沿该管而下流到底部，沿另一管向上流动 并流出另一管的顶部。在这些反应器中，下行管和上行管通常相互成 热交换关系，以便在向上流动的流体中反应产生的热加热向下流动的 流体。

本申请人的美国专利No.4,272,383包括在本文中作为参考，该专 利公开了这种反应器和方法，所述反应器和方法特别适用于对废液， 比如污水污泥、动物废料和其它可氧化流体起反应。在所公开的设备 中，空气在地面附近以“泰勒气泡”的形式被注入，而在反应器下部 的反应区中的热交换器控制温度。在高于135psi的压力和大于350°F 的温度下，这些废液被水解，从而将有机成分分解成较轻分子量的分 子。在足够的温度、压力、时间和氧作用下，有机分子将基本上转化 成二氧化碳、水和热。

在现有技术已知的竖直地下反应器中，从向上流动的流体传送到 向下流动的流体中的热量不足以使反应自保持或自生热。在这些反应 器中，通过热交换器连续地增加热量，以保持反应，或者是用液氧代 替注射的空气来增加热量回收，从而显著地增加了成本和安全忧虑。

发明内容

一种地下自生热的反应器和方法包括下行装置和上行装置，所述 下行装置限定下行流道，而所述上行装置限定上行流道，上行装置与 下行装置成热交换关系。下行和上行装置在底部连接，以形成U形结 构。下行装置具有上部下行热交换段、中间空气注射段和下部下行反 应段，而上行装置具有上行热交换段和上行反应段，它们分别与下行 热交换段和下行反应段基本上共同扩张。上行热交换段的横截面积大 于下行热交换段的槽截面积。上行热交换段的横截面积与下行热交换 段的横截面积的比取决于设计反应器所用流体的化学需氧量(COD)。 空气被注入到选择的深度处在下行热交换段与反应段之间下行装置的 空气注射段中。下行和上行热交换段构造成具有比单个同心管的热交 换表面面积更大的热交换表面面积。上行热交换段的较大横截面积使 上行流体的流速降低。降低的上行流体流速和增加的热交换面积改善 了下行与上行装置之间的热传递，从而能使反应器自生热或自支持。

该方法包括以下步骤：提供下行流道，所述下行流道具有下行热 交换段、空气喷射段和下行反应段；提供上行流道，所述上行流道具 有上行热交换段和上行反应段；使流体沿下行流道而下流动并沿上行 流道向上流动；使流体在下行反应段和上行反应段中起反应；和将热 量从上行热交换段中的流体传送到下行热交换段中的流体中，所述热 量足以保持起反应的步骤。上行热交换段大于下行热交换段。反应器 和方法能够产生和回收足够的热量，以省去对液氧和增加热能的需要。

附图说明

本发明的详细情况结合附图进行说明，各图显示相同的附图标记， 其中：

图1是体现本发明特点的反应器的示意图。

图2是图1中反应器的部分放大剖开的立面侧视图。

图3是沿图2中线3-3截取的剖视图。

图4是沿图2中线4-4截取的剖视图。

图5是沿图2中线3-3截取的替换剖视图。

图6是沿图2中线4-4截取的替换剖视图。

图7是沿图2中线3-3截取的热交换器的放大剖视图。

具体实施方式