Реактор проточного типа для осуществления реакции сверхкритического водного окисления

Полезная модель относится к области обработки воды, промышленных или бытовых сточных вод окислением.
Известна конструкция реактора для проведения реакции сверхкритического водного окисления (СКВО) с целью обезвреживания и переработки органических и неорганических отходов, которая состоит из стального корпуса с теплоизоляцией, крышки, штуцера для ввода реакционной смеси, штуцера для вывода парогазовых продуктов, штуцера для вывода твердых продуктов, а так же нагревательных элементов. (Мазалов Ю.А., Свитцов А.А. Обычное применение необычной воды. Редкие земли. 2014. №3. С. 98-103).
Известно устройство проточного типа для обезвреживания отходов, содержащих углеводороды, с одновременным осаждением растворенных солей металлов методом сверхкритического водного окисления (патент RU №2485400, C02F 1/72, опубл. 20.06.2013), содержащее насос для отхода, выход которого соединен с верхней частью внутренней зоны реактора, насос или компрессор для окислителя, выход которого соединен с эжекторами, расположенными во внутренней и внешней зонах реактора, применен двухходовой трубчатый реактор, снабженный зоной осаждения солей с фильтрующей сеткой, узлом рециркуляции обезвреженного отхода и вывода осадка, соединенный верхней частью внешней зоны с сепаратором обезвреженного отхода через устройство снижения давления, нижней частью с сепаратором осажденного осадка.
Недостаток данных устройств в том, что они предназначены для очистки стоков, содержащих в основном органические соединения, которые в процессе СКВО превращаются в безопасные продукты: углекислый газ, воду и т.п.и не образуют осадок. Однако в процессе СКВО стоков, содержащих большое количество неорганических соединений, которые не растворяются в сверхкритической воде, в проточном реакторе образуется осадок. Данный осадок состоит в основном из окислов и солей металлов и представляет собой мелкодисперсный порошок, который оседает в нижней части реактора и под давлением 23-25 МПа, создаваемом в реакторе, уплотняется и превращается в сплошную твердую массу и забивает нижнюю часть реактора и сечение отводящей трубки.
Следует отметить, что на химических заводах при производстве различных материалов в качестве катализаторов используются дорогостоящие металлы (молибден, церий и т.д.), которые попадают в большом количестве в стоки. Экономически целесообразно собирать осадок, получаемый в реакторе в процессе СКВО, для дальнейшей его переработки с целью извлечения и повторного применения этих металлов.
Наиболее близким по технической сущности является реактор с индукционным нагревом для осуществления химических реакций в сверхкритических условиях (патент RU №171030, МПК B01J 19/08, опубл. 17.05.2017). Реактор включает кожух с теплоизоляцией, внутри которого вертикально расположена толстостенная труба. Нижний конец трубы снабжен заглушкой для удаления сухого осадка, а верхний - штуцером для установки термопары, а в верхней части трубы выполнены расположенные друг против друга штуцеры ввода реакционной смеси и вывода продуктов реакции. Внутри трубы коаксиально установлена труба меньшей длины, соединенная со штуцером ввода реакционной смеси и штуцером для установки термопары. Вокруг наружной трубы на некотором расстоянии коаксиально расположен медный змеевик-индуктор, верхний и нижний концы которого снабжены клеммами для подачи тока высокой частоты. Данное устройство принято за прототип.
Недостаток прототипа заключается в трудности удаления осадка из реактора, так как при осаждении он налипает на стенки нижней части толстостенной трубы и превращается в сплошную твердую массу. Для извлечения осадка необходимо производить остановку и разборку реактора.
Технической проблемой полезной модели является снижение трудоемкости процесса удаления осадка из реактора при очистке стоков, содержащих большое количество неорганических соединений, методом СКВО и сокращение времени простоя реактора, требуемого для его очистки.
Техническая проблема решается реактором проточного типа для осуществления реакции сверхкритического водного окисления, включающим кожух с теплоизоляцией, внутри кожуха коаксиально расположены нагревательный элемент и толстостенная труба, нижний конец которой снабжен крышкой, подвижно соединенной со съемным стаканом для сбора осадка, а верхний - штуцером для установки термопары, верхняя часть толстостенной трубы имеет штуцеры ввода реакционной смеси и вывода продуктов реакции, а внутри нее коаксиально установлена труба меньшей длины, соединенная со штуцером ввода реакционной смеси и штуцером для установки термопары.
Конструкция реактора представлена на фиг. Реактор включает кожух 1 с теплоизоляцией 2, внутри кожуха 1 коаксиально расположены нагревательный элемент 3 и толстостенная труба 4. Нижний конец трубы 4 снабжен крышкой 5, а верхний - штуцером 6 для установки термопары, в верхней части трубы 4 выполнены штуцеры ввода реакционной смеси 7 и вывода продуктов реакции 8, внутри трубы 4 коаксиально установлена труба меньшей длины 9, соединенная со штуцером 7 ввода реакционной смеси и штуцером 6 для установки термопары. Крышка 5 подвижно соединена со съемным стаканом 10 для сбора осадка.
Реактор работает следующим образом. Реактор предварительно нагревается водой с помощью нагревательного элемента 3 до заданной в процессе температуры, превышающей критическое значение для воды (Т>Ткр). За тем под давлением, превышающим критическое значение для воды (Р>Ркр), подается водный раствор стоков с окислителем через штуцер 7 во внутреннюю трубу 9. В этих условиях проходит реакция СКВО, при которой неорганические соединения, которые не растворяются в сверхкритической воде, выпадают в осадок, а органические соединения, вступая в реакцию окисления, направляются в межтрубное пространство между внутренней трубой 9 и толстостенной трубой 4, где полностью окисляются и превращаются в безопасные продукты и вместе с очищенной водой выводится из реактора через штуцер 8. Температура в реакторе измеряется и регулируется с помощью термопары, вводимой через штуцер 6, а для исключения потерь тепла в окружающую среду реактор снабжен кожухом 1 с теплоизоляцией 2. Осадок, образующийся в процессе СКВО, собирается в стакан 10. При заполнении стакана осадком реактор останавливают, снимают крышку 5 вместе со стаканом, заменяют стакан, устанавливают крышку и возобновляют работу реактора. Полученный осадок направляется на дальнейшую переработку с целью извлечения из него ценных и дорогостоящих металлов.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить трудоемкость процесса удаления осадка из реактора при очистке содержащих большое количество неорганических соединений стоков методом СКВО и сократить время простоя реактора, требуемое на его очистку.