[發(fā)明專利]控制氧化反應(yīng)區(qū)域的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110412322.3
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN103159312A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程樂明;張玉寶;王青;谷蔚;李成學(xué);谷俊杰;曹雅琴;宋慶峰;高志遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 新奧科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F11/06
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫紀(jì)泉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種環(huán)保領(lǐng)域中控制氧化反應(yīng)區(qū)域的裝置，特別是，涉及一種利用超臨界水氧化原理處理污水、污泥等污染物控制氧化反應(yīng)區(qū)域的裝置、以及利用該裝置控制氧化反應(yīng)區(qū)域的方法。

背景技術(shù)

超臨界水(supercritical?water)，是指當(dāng)壓力和溫度達(dá)到一定值時(shí)，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時(shí)的水。此時(shí)，水的液體和氣體便沒有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的水。一般地，超臨界水存在于溫度為374℃以上、壓力為22.1MPa以上的環(huán)境條件下。超臨界水具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，如：比熱容大、傳熱系數(shù)高、擴(kuò)散系數(shù)大、粘度低、介電常數(shù)小、電離常數(shù)小、密度小且隨壓力改變、與油等有機(jī)物和氣體完全互溶等。超臨界水具有極強(qiáng)的氧化能力，如果將需要處理的物質(zhì)放入超臨界水中，充入氧或過氧化氫，這種物質(zhì)就會被氧化和水解。

亞臨界水(subcritical?water)，是指水在溫度高于其沸點(diǎn)但低于臨界溫度，以流體形式且壓力低于其臨界壓力的存在狀態(tài)。當(dāng)溫度不超過某一數(shù)值，對氣體進(jìn)行加壓，可以使氣體液化，而在該溫度以上，無論加多大壓力都不能使氣體液化，這個(gè)溫度叫臨界溫度。在臨界溫度下，使氣體液化所必須的壓力叫臨界壓力。將水加熱至沸點(diǎn)以上，臨界溫度以下，并控制系統(tǒng)壓力使水保持為液態(tài)，這種狀態(tài)的水被稱為亞臨界水。

由于水是最常見的溶劑，無毒、廉價(jià)、容易獲得，且例如工廠排放的廢水(例如造紙廠排出的黑液)、污水處理廠產(chǎn)生的污泥等許多待處理的污染物本身就含有水，后續(xù)處理簡單。因此，超臨界水氧化(SCWO)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、煤氣化、核電和火電、新材料合成等多種領(lǐng)域中，用于處理污水、污泥等污染物。在超臨界水氧化技術(shù)中，利用超臨界水的特性，在溫度、壓力高于水的臨界溫度和壓力的條件下，以超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)，水中的有機(jī)物與氧化劑發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，最后徹底氧化成CO₂、N₂、H₂O以及鹽類等無毒小分子化合物。另外，在超臨界情況下，使發(fā)生在液相或固相的有機(jī)物和氣相O₂之間的多相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為在超臨界水中的均相反應(yīng)。

例如，在授權(quán)公開號為CN2685327Y的中國實(shí)用新型專利中，提出了一種黑液超臨界水氧化裝置，包括換熱器、擠壓泵、反應(yīng)器、增壓缸等。在公開號為CN101066828A的中國專利申請中，提出了一種利用超臨界水氧化技術(shù)處理含油污泥的方法。在公開號為CN1211540A的中國專利申請中，提出了一種超臨界水氧化處理廢水工藝。但是，這些超臨界水氧化處理廢水工藝存在以下缺點(diǎn)：

1、加氧處附近局部溫度過高，對材料的要求較高，增加了設(shè)備制造成本，設(shè)備制造困難；

2、為了促進(jìn)氧化反應(yīng)，可以加入催化劑，但會存在催化劑回收的難題。

上述問題是超臨界水氧化技術(shù)工業(yè)化發(fā)展的重要障礙。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種控制氧化反應(yīng)區(qū)域的裝置，特別是提供一種超臨界水氧化處理污染物的裝置，通過將加氧位置和催化劑的位置集中在一個(gè)區(qū)域，而將高溫下劇烈的超臨界水氧化反應(yīng)控制在此區(qū)域內(nèi)，并且采用了固定催化劑的方式，避免了催化劑回收的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種控制氧化反應(yīng)區(qū)域的裝置，包括：殼體，內(nèi)部形成腔室；涂覆在所述殼體內(nèi)壁上的耐溫涂層；原料入口，設(shè)置在所述腔室的第一端壁上，并被構(gòu)造成將包括有機(jī)物和亞臨界水、或者有機(jī)物和超臨界水的原料輸送到所述腔室；至少一個(gè)氧化劑入口，設(shè)置在所述第一端壁的所述原料入口附近，并被構(gòu)造成向所述腔室輸送氧化劑；催化反應(yīng)裝置，通過支撐裝置安裝在所述腔室內(nèi)，用以催化所述原料與氧化劑發(fā)生的氧化反應(yīng)，形成反應(yīng)后混合物；以及出料口，設(shè)置在所述殼體的與所述第一端壁相對的第二端壁上，并被構(gòu)造成將所述反應(yīng)后混合物排出所述殼體。

在上述控制氧化反應(yīng)區(qū)域的裝置中，所述原料入口的末端的內(nèi)徑從所述殼體的外部到內(nèi)部逐漸縮小，從而使所述末端的內(nèi)壁與所述原料入口的軸線之間形成夾角β，所述夾角β為5-60°。

在上述控制氧化反應(yīng)區(qū)域的裝置中，所述氧化劑入口的軸線與所述原料入口的軸線之間的夾角α為5-65°。