[發明專利]一種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置

有效

• 申請號: 201610136644.2
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105600912B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 王樹眾;楊健喬;王玉珍;張拓;王來升;王明;宋文瀚
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;B01J4/00;B01J19/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王霞

本發明公開了一種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置，管式反應器包括若干反應主管，且反應主管上開設有主物料入口，在管式反應器的若干個反應主管上均設置一個氧氣注入口，在每個氧氣注入口處均設有能夠伸入反應主管內的芯管，且在芯管上開設有若干組用于擴散氧氣的小孔。該裝置有效降低了每一區域的氧氣濃度，降低局部反應程度，通過這種形式，可以做到氧氣的均勻注入，減輕材料的腐蝕傾向，提高管式反應器的安全性和使用壽命。

技術領域

本發明屬于化工設備技術領域，具體涉及一種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置。

背景技術

超臨界水氧化(SCWO)是一種新型的用來處理高難度有機廢水的技術。水在超臨界點(374℃，22.1MPa)之上具有的諸多特殊性質，比如水的離子積常數和密度以及粘度急劇降低，擴散性提高，導致超臨界水對有機物和氣體具有極高的溶解度，有機物幾乎可以在超臨界水中完全溶解。因此，利用超臨界水的這一特殊性質，可以將其作為有機物的氧化反應的反應介質。

超臨界水氧化反應是一種理想的有機廢水氧化處理技術，通過氧化反應，難降解的有機物分解為CO₂和N₂以及可溶性的鹽，可以達標排放。該技術具有以下三個特點：

1、發生的是均相反應，反應速度極快，幾乎在幾秒到幾十秒內即可完成整個反應；

2、反應徹底，而且不會產生二次污染物；

3、氧化反應為放熱反應，在一定的條件下該反應可以實現自熱，有效解決能源。

SCWO技術從19世紀80年代發展至今，已經完成了從小試到中試再到工業化應用的過程。目前世界上在運行的工業化超臨界水氧化處理高濃有機廢水的公司有美國的General Atomics、Foster Wheeler，韓國的Hanwha Chemical，日本的MODAR等，我國的第一套工業化裝置也已經落成在江蘇省張家港市，日處理高含鹽有機廢水100t。

反應器無疑是整個超臨界水氧化裝置的核心，由于工業化裝置的日處理量大的特點以及氧化反應的特點，一般都采用管式結構的反應器。對于管式反應器，入口段存在物料和氧氣混合的過程。傳統的混合形式是在管式反應器的入口段設置一個混合器，主物料和氧氣分別通過兩個管道輸送進混合器進行混合后再進入主管路。或者沒有混合器，直接將物料和氧氣直接通過兩個管道輸送進入管式反應器，通過湍流作用自行混合。

然而管式反應器的傳統的混合方式應用在超臨界水氧化反應上有一定的缺陷。首先，為了保證反應充分進行，一般取氧氣過量系數為1.5-3，大量的氧氣連續地注入反應器，造成在注入段的氧氣濃度較高。根據腐蝕動力學，在含氧量較高的區域，材料的氧化傾向明顯加劇，從而材料的腐蝕程度加劇。其次，氧化反應是劇烈的放熱反應，在氧氣濃度較高的入口段，有機物迅速被氧化，放出大量的熱。因此在反應器的入口管段有局部超溫的風險，對材料的持久性和穩定性有較大的影響。最后，在超臨界水氧化反應過程中，有機物中的C、N元素轉變成CO₂、N₂和NH₃，含有的雜原子如S、Cl元素轉變成相應的鹽，這些鹽在高溫、高壓的超臨界水中幾乎不溶解，鹽沉積問題一直是困擾此技術發展的一大障礙。為了防止在管式反應器內的鹽沉積，物料在管內的流速一般能達到每秒數米，在如此高的流速中如果氧氣和物料混合不均勻，會造成反應沒有充分發生的情況下物料就流出了反應器，造成氧氣的浪費，降低系統的經濟性。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置，該裝置能夠防止反應器局部超溫，有效緩解材料表面氧化，提高材料的使用壽命，同時能夠提高反應效率。

本發明是通過以下技術方案來實現：