[发明专利]具有冷却功能的超临界水处理用承压装置

说明书

技术领域

本发明属于废有机物的超临界水处理处理领域，特别涉及一种具有冷却功能的超临界水处理用承压装置。

背景技术

水在超临界状态下相当于非极性溶剂，能与空气、氧气和有机物以任意比例混溶，从而形成均一相环境。此时气液相界面消失了，也就消除了相间的传质阻力，溶于其中的物质的反应速度不再受传质的影响。同时，较高的反应温度(约400～650℃)也使反应速度加快。

近年来，超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)成为一种受到高度关注的废有机物的极具优势的处理技术。它在处理废有机物时有着独到之处，利用水在超临界状态下所具有的特殊性质(弱的氢键作用，介电常数近似于极性有机溶剂，高的扩散系数，低粘度等)，使废有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解。

超临界水氧化对于处理那些有毒、难降解的废有机物具有独特的效果。SCWO反应完全、彻底，最终产物为水、N₂、CO₂等小分子的无机物，且符合全封闭的要求，产物清洁，不需要作进一步的处理。另外，无机盐在超临界水中的溶解度特别低，可以很容易地从中分离出来，处理后的废水可完全回收利用。

根据压力容器设计原则，设计压力为42.0MPa级别的压力容器，在内部流体温度为550℃时，它的许用压力将降低为22.0MPa。在超临界水氧化反应过程中，超临界水所处的温度和压力使得反应器处于极端的情况之下，使作为压力容器的反应器变得非常危险。主要原因是：一、紧固反应器筒体和端盖的螺栓容易失效。高温下的螺栓会在热应力的作用下产生形变，而当压力极高时，这种形变往往不能回复。特别是在经常性的冷热交替下，螺栓的形变将会变得无法控制，从而严重影响压力容器的安全。二、密封失效：在高温时，机械密封由于压力容器的热形变，变得不再可靠。弹性密封由于材质的问题，在高温下很难起到应有的作用。而硬密封由于安装的可靠性的问题，以及对高温的耐受程度的问题，也并不是十分可靠。然而，反应器最重要的紧固件以及密封件几乎都集中在端盖上，因此端盖的冷却成为解决上述技术问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有冷却功能的超临界水处理用承压装置，能够在对其端盖进行冷却的同时，又能避免超临界水氧化反应物对于端盖的腐蚀，从而有效冷却及保护反应器的端盖，提高反应器安全性和可靠性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种具有冷却功能的超临界水处理用承压装置，包括筒体、端盖，其特征在于，所述端盖的下表面焊接有凹形顶盖，该凹形顶盖与端盖的下表面构成冷却腔体，所述冷却腔体的外侧壁与所述筒体的内壁形成环状的狭隙，冷却腔体的侧壁设置有喷射孔，进水口设置在端盖上表面。

本发明的进一步特点在于：

所述喷射孔均匀分布在冷却腔体的侧壁。

所述冷却腔体的进水口均匀分布在端盖上表面。

本发明在反应器端盖的下表面设置有冷却腔体，冷却腔体的侧壁设置有喷射孔，其进水口设置在端盖上表面，其外侧壁与筒体的内壁形成环状狭隙；冷却腔体由固定在端盖下表面的凹形顶盖形成；冷却腔体的进水口均匀分布在端盖上表面，其喷射孔均匀分布在冷却腔体的侧壁。

冷却水从进水口引入端盖下表面的凹形顶盖中，均匀地充满端盖下表面与凹形顶盖之间的空间，从而达到冷却端盖的目的，并从根本上阻止了反应物与端盖的接触，避免端盖直接接触腐蚀性流体以及具有一定腐蚀性的超临界水。冷却腔体中的冷却水，从均布于冷却腔体侧壁(即凹形顶盖侧壁)的喷射孔中喷出，喷射筒体的内壁，从冷却腔体的外侧壁与筒体的内壁形成的环状狭隙流出。正好，冷却水喷射筒体的内壁是端盖与筒体的结合部，紧固螺栓的一部分深入筒体的此部位。该部位的筒体温度通过上述强制对流换热的方式能带走更多的热量，同时紧固螺栓也达到很好的冷却效果。本发明在实现了端盖与筒体的结合部的冷却的同时，二者之间的密封材料所承受的温度也得到下降，提高了端盖与筒体的密封可靠性。

其次，冷却腔体的进水口均匀分布在端盖上表面，其喷射孔均匀分布在冷却腔体的侧壁，还能够使反应器的热应力达到均衡。同时，在端盖的下表面设置有冷却腔体，将反应器的端盖，与超临界水氧化反应的反应物隔离开，将超临界水氧化反应的过程中的对端盖的腐蚀转移到了一个可以更换的组件冷却腔体上，这样就可以提高反应器的使用寿命。