[實用新型]利用輔助燃料補給熱量的超臨界水氧化反應器

無效

• 申請號: 201120192842.3
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN202099108U
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 郭洋;王樹眾;徐東海;公彥猛;唐興穎;張潔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域?

本實用新型屬于環境保護及化工領域，特別涉及利用超臨界水作為反應介質對高濃度難生化降解的有機廢水/垃圾滲濾液等廢有機液體進行無害化處理過程的一種超臨界水處理反應器。?

背景技術

超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(T＝374.2℃，P＝22.1MPa)的特殊狀態的水。超臨界水兼具液態和氣態水的性質，介電常數近似于非極性有機溶劑，具有高的擴散系數和低的粘度。在此狀態下，有機物、氧氣能按最大比例與超臨界水互溶，從而使非均相反應變為均相反應，大大減小了傳質、傳熱的阻力。而無機鹽類在超臨界水中的溶解度極低，容易將其分離出來。因此超臨界水這種可連續變化的密度、低靜電介質常數、低粘滯度的特性使其成為一種具有高擴散能力、高溶解性的理想反應介質?？梢岳闷錅囟扰c壓力的變化來控制反應環境、協調反應速率與化學平衡、調節催化劑的選擇性等。?

超臨界水氧化技術(Supercritical?Water?Oxidation，簡稱SCWO)是利用水在超臨界狀態下所具有的特殊性質，使有機物和氧化劑在超臨界水中迅速發生氧化反應來徹底分解有機物，將其完全轉化成無害的CO₂、H₂和H₂O等小分子化合物。SCWO技術對于處理那些難消毀的有毒有害物質(如染料廢物、制藥廢物、潤滑劑廢物、含PCBs的絕緣油、放射性混合廢物、多氯聯苯、易揮發性酸等)、高濃度難降解的有機廢物(污泥、造紙廠料漿等)、軍用毒害物質(化學武器，火箭推進劑，炸藥等)具有獨特的效果。?

雖然超臨界水處理技術已經取得了很大進步，關于應用超臨界水技術的試驗裝置和商業裝置，目前國內外已有相關報道，但是仍有待解決反應器中鹽沉積引起的堵塞問題、高腐蝕速率問題、以及運行經濟性等問題，具體表現在：?

1)材料腐蝕問題。由于超臨界水反應裝置處于高溫、高壓條件下，尤其是有機物中含有鹵素、硫或磷等，在超臨界水中分解后會產生酸，引起設備的強烈腐蝕；即使具有較好耐蝕性的鎳基材料，在超臨界水中，特別是在亞?臨界水中，仍容易遭受嚴重的腐蝕。?

2)鹽沉積問題。常溫下水對大多數鹽來說是一種優良溶劑，溶解度較大。相反，大部分鹽在低密度的超臨界水中溶解度極小。當亞臨界溶液被迅速加熱到超臨界溫度時，由于鹽的溶解度大幅度降低，有大量沉淀析出，沉積的鹽會引起反應器進出口管路堵塞，這不僅影響了反應器的正常運行，還會帶來潛在的設備隱患。?

3)經濟性問題。雖然SCWO過程是一個放熱反應，當有機物的質量分數達到2～3％時就能實現自熱，但在設備啟動過程中依然需要外部熱源對其進行補熱。目前國外的超臨界水氧化設備的加熱方式絕大部分采用電加熱形式，這不僅造成設備投資費用巨大，而且對此項技術的大規模工業化應用造成了巨大障礙。?

發明內容

本實用新型的目的是提供一種利用輔助燃料作為補給反應熱量的方法以解決超臨界水氧化過程能量補給的問題的新結構超臨界水氧化反應器，進而提高裝置運行過程的經濟性。除此之外，要求該反應器方便拆裝，容易裝載和更換催化劑，易于檢修和維護，能夠安全可靠運行，具有多功能性。?

為達到以上目的，本實用新型是采取如下技術方案予以實現的：?

一種利用輔助燃料補給熱量的超臨界水氧化反應器，包括釜體及其中的催化劑箱，其特征在于，釜體上端固聯有端蓋，端蓋與催化劑箱箱頂上方之間的空間為高溫燃燒區，催化劑箱下方為鹽分離區；釜體底部中心設有固體鹽排出口，固體鹽排出口上方為亞臨界溶鹽區；釜體底部設有產物出口、與亞臨界溶鹽區連通的冷卻水入口和液體鹽排出口；端蓋上設置冷空氣入口和物料入口通過軸向孔道與高溫燃燒區連通；端蓋上設有輔助燃料補給結構與端蓋內的高溫燃燒區聯通；催化劑箱固定在一個中心管的垂直段周圍，中心管的傾斜段與釜體底部的產物出口連通；靠近釜體內壁設置有筒狀多孔蒸發壁。?

上述方案中，所述輔助燃料補給結構包括端蓋中心設置的燃料芯管，軸向伸進端蓋于高溫燃燒區上方；燃料芯管外周與端蓋之間有環隙，端蓋側面開有熱空氣入口通過水平孔道與環隙聯通；燃料芯管伸進端蓋部分管壁外側設有螺旋翅片。?

在端蓋下面可設置端蓋冷卻環槽，包括用于空氣冷卻的內環槽和用于物料冷卻的外環槽，內環槽底面有兩圈孔，內圈孔向下斜向燃料芯管方向，外圈孔向下斜向多孔蒸發壁方向；外環槽底面有一圈孔向下斜向燃料芯管方向。?

所述的燃料芯管下端出口為盲孔結構，燃料流出盲孔時通過管壁四周斜下方向的4個開孔向四周形成射流。?