一種在內部實現氣體產物熱交換的超臨界反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高溫高壓的化工設備，特別是一種在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器。
【背景技術】
[0002]超臨界水氧化(SCWO)技術最早是在20世紀80年代中期由美國學者Modell提出的一項能完全地、徹底地將有機物結構破壞的深度氧化技術。美國國家關鍵技術所列的六大領域之一“能源與環境”中指出，最有前途的廢物處理技術是SCWO法。
[0003]超臨界水(SCW)是指溫度超過374.15°C，壓力超過22.12Mpa的特殊狀態的水，該條件下水的介電系數大大降低，氧化劑和多種有機物質在水體系中形成均一相，消除傳質阻力，使本來發生在液相、固相、氣相之間的多相反應轉化為在SCW中的均相氧化反應，反應速率更快，停留時間更短。而且大多不需使用催化劑，氧化效率很高，大部分有機物的去除率可達99%以上，產物為無機鹽、二氧化碳和水。由于反應在封閉的反應器中進行，符合全封閉處理的要求。反應溫度遠低于焚燒且無二次污染物的產生。
[0004]由于超臨界水氧化反應過程中放出大量的熱，使得反應器內部的溫度和壓力急劇升高，高溫高壓的氣體產物加劇了對反應器本身的腐蝕性，且高溫氣體易發生爆炸，兩種因素疊加起來對設備殼體內壁及內部零部件產生嚴重的腐蝕破壞。因此進行超臨界水氧化反應的反應器材料往往需要耐高溫、高壓、腐蝕，造成生產成本居高不下。
[0005]除了對設備的損壞之外，通常氣體產物需要輸出至反應器外部冷卻后排放，熱交換過程在反應器外部的管道中完成，一方面熱量在管道輸送過程中散失，另一方面高溫高壓的工作狀態更是對管道的材質、密封、強度等提出了很高的要求，進而增加了制造費用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種在反應器內部降低氣體產物的溫度的同時對反應物料進行加熱，有利于熱量回收利用、降低反應器材料要求、降低系統復雜度的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器。
[0007]本發明決其技術問題是通過以下技術方案實現的:
[0008]—種在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，其特征在于:包括筒體、上端封頭、折流擋板、熱交換裝置及噴燒嘴，筒體上部安裝上端封頭，上端封頭下設置折流擋板、折熱交換裝置，反應器的噴燒嘴自上端封頭穿過熱交換裝置的中部進入筒體的燃燒區域;所述熱交換裝置包括套筒及盤管，套筒包括最內層筒、最外層筒和中間層筒，相鄰兩層筒之間的空間用于容納一層盤管，最內層筒和最外層筒的底部封閉連接，最內層筒的頂部與折流擋板連接，最外層筒的頂部邊沿與折流擋板之間留有窗口；最內層筒與次內層筒之間的折流擋板上設置排氣通道，中間層筒與最內層筒、最外層筒一起，在熱交換裝置的內部形成一個相對封閉的折流氣路。
[0009]所述的最內層筒和最外層筒的底部通過環形板封閉連接。
[0010]所述的中間層筒分為頂部與折流擋板連接的第一組筒和底部與環形板連接的第二組筒，且第一組筒和第二組筒交錯設置。
[0011 ]所述的盤管包括一個或多個由一條管盤成的雙層盤管，各盤管的入口、出口之間為并聯關系。
[0012]所述的最內層筒、最外層筒和中間層筒之間通過連接塊進行加強連接。
[0013]所述的最外層筒的底部設置一個或多個冷凝水導流管，所述冷凝水導流管的自由端靠近筒體內壁表面。
[0014]在所述的最外層筒、中間層筒上均設有等壓孔。
[0015]導熱片設置在最內層筒的底部與噴燒嘴的出口段之間。
[0016]上端封頭設置有與盤管入口連通的液相入口、與盤管出口連通的液相出口，上端封頭還設置有物料入口及燃料入口。
[0017]所述的盤管的液相出口連接反應器的蒸發壁水進口和/或物料預處理裝置中的熱交換器。
[0018]本發明的優點和有益效果為:
[0019]1、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，在反應器內部完成超臨界蒸汽與盤管內的低溫流體之間的熱交換，可用于對反應器內部溫度進行調整和控制，且低溫流體被加熱成高溫流體，可繼續作為超臨界蒸發壁用水或物料的預處理還可進行其他的工業利用，減少外部熱交換造成的熱量損失，有利于能量回收;且超臨界蒸汽輸出反應器時已經呈低溫狀態，便于對超臨界蒸汽進行后續處理，降低了管道對材料的耐高溫、密封要求。
[0020]2、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，中間層筒與最內層筒、最外層筒一起，在熱交換裝置的內部形成一個相對封閉的連續的氣路，中間層筒分為頂部與折流擋板連接的第一組筒和底部與環形板連接的第二組筒，且第一組筒和第二組筒交錯設置，在最小的空間范圍內，盡量加大換熱面積，使超臨界蒸汽與盤管內的低溫流體之間充分換熱。
[0021]3、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，最內層筒、最外層筒和中間層筒之間通過間隔的連接塊進行加強連接，最內層筒和中間層筒的頂部與折流擋板固定，最內層筒內壁連接噴燒嘴，使熱交換裝置的上下兩端都能夠固定，避免在超臨界蒸汽的流動過程中因沖擊力過大造成的振動。
[0022]4、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，在外筒周身設有等壓孔，用以保持熱交換裝置的內部壓力與筒體的內部壓力相等。
[0023]5、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，在套筒底部積蓄的水具有保護噴燒嘴的出口邊緣段的作用，當噴燒嘴的出口溫度達到峰值，熱量通過導熱片導入套筒底部，通過底部積蓄的水能夠吸收出口的高溫，保護噴燒嘴的邊緣段不受高溫腐蝕。
[0024]6、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，經過盤管外表面冷凝的蒸汽經導流管流向蒸發壁形成薄膜，對蒸發壁形成保護。
[0025]7、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，結構簡單易于加工制造、便于維修更換制造費用低、占用空間小。
[0026]8、本發明的在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，凝結的少量液態水輸出到殼體內壁，保護殼體;冷卻效果好，保證了產物氣體的輸出溫度。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的結構不意圖；
[0028]圖2為本發明的一個實施方式的熱交換裝置的結構示意圖。
[0029]附圖標記說明
[0030]1-筒體、2-上端封頭、3-折流擋板、4-熱交換裝置、5-氣相出口、6-冷凝水導流管、7-導熱片、8-套筒、9-盤管、I O-內筒、11-中筒、12_外筒、13-噴燒嘴、14-環形板、15-窗口、16-連接塊、17-等壓孔。
【具體實施方式】
[0031]下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。
[0032]如圖1所示，一種在內部進行氣體產物熱交換的超臨界反應器，它包括筒體1、上端封頭2、折流擋板3和熱交換裝置4，其中筒體I為一密封腔體，頂部由上端封頭2密封，底部設置有超臨界反應的無機鹽等產物出口。折流擋板3固定在上端封頭2下方的筒體I內，熱交換裝置4固定在折流擋板3的下方，反應器的噴燒嘴13自上端封頭I穿過熱交換裝置4的中部進入筒體I的燃燒區域。上端封頭2上設置一個或多個氣相出口 5、液相入口和液相出口，除此之外上端封頭2上還設置用于輸入反應物料的物料入口和用于輸入燃料的燃料入口。
[0033]熱交換裝置4包括套筒8和盤管9，套筒8可分為最內層筒、最外層筒和中間層筒，盤管