[發(fā)明專利]一種超臨界水氧化系統(tǒng)反應(yīng)器的內(nèi)襯管及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911370601.0
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111018087B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋曉抗;王四芳;王昕彤;李心硯;李昕
• 申請（專利權(quán)）人: 一重集團大連工程技術(shù)有限公司;中國第一重型機械股份公司
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;F16L9/00;F16L9/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 高永德;李洪福

一種超臨界水氧化系統(tǒng)反應(yīng)器的內(nèi)襯管，內(nèi)襯管管壁上的孔按照平均孔徑分為兩層以上，逐層呈梯度分布，逐層呈梯度分布包括沿內(nèi)襯管徑向梯度分布或沿內(nèi)襯管軸向梯度分布，沿內(nèi)襯管徑向梯度分布是管壁上孔的平均孔徑沿內(nèi)襯管徑向由內(nèi)層向外逐層減小；沿內(nèi)襯管軸向梯度分布是管壁上孔的平均孔徑沿內(nèi)襯管軸向由底層向上逐層增大。有益效果為：徑向多層梯度的內(nèi)襯管，在較低內(nèi)外壓差的條件下能獲得高質(zhì)量的水膜，不易發(fā)生堵塞。軸向多層梯度的內(nèi)襯管，內(nèi)襯管上下部水膜均勻，甚至能使上層水膜更厚，滿足上部超臨界水的高溫環(huán)境要求，保證內(nèi)襯管的使用壽命。內(nèi)襯管系統(tǒng)能耗低，安全可靠、連續(xù)運行穩(wěn)定、運行成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工機械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及超臨界水氧化系統(tǒng)反應(yīng)器。

背景技術(shù)

超臨界水氧化系統(tǒng)反應(yīng)器是密閉的雙層容器，外層是殼體，內(nèi)層是內(nèi)襯管，殼體和內(nèi)襯管之間存在間隙，通常稱為間壁。內(nèi)襯管是多孔材料制成，內(nèi)襯管的平均孔徑同一。間壁內(nèi)通入軟化水。由于內(nèi)襯管多孔壁的內(nèi)外存在壓差，在壓差的推動下，軟化水通過內(nèi)襯管壁的多孔間隙聚集在多孔壁內(nèi)表面，形成一層保護性水膜。該水膜能夠隔絕內(nèi)襯管內(nèi)的流體中的腐蝕性物質(zhì)和無機鹽與內(nèi)襯管壁接觸，對內(nèi)襯管提供降低腐蝕和低溫保護作用。另一方面，水膜在提供降低腐蝕和低溫保護的同時，也會降低反應(yīng)流體的溫度，稀釋反應(yīng)流體濃度，影響反應(yīng)速度和反應(yīng)溫度，降低反應(yīng)器的處理效果。因此，水膜質(zhì)量的好壞是蒸發(fā)壁式反應(yīng)器發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素。現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)襯管的不足是：由于工業(yè)化反應(yīng)器的長度通常很長，受到靜水壓差的影響，多孔內(nèi)襯管的內(nèi)壁上會出現(xiàn)水膜不均勻現(xiàn)象，上部水膜薄，下部水膜厚。而反應(yīng)器的上部是氧化反應(yīng)的主要區(qū)域，是高溫高壓的超臨界水環(huán)境。劇烈的化學(xué)反應(yīng)使得主流體與水膜間的對流擴散和混合作用更強烈，使水膜受到破壞，產(chǎn)生干壁情況，造成內(nèi)襯管壁被破壞，就需更換新的內(nèi)襯管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超臨界水氧化系統(tǒng)反應(yīng)器的平均孔徑呈梯度分布的內(nèi)襯管，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種超臨界水氧化系統(tǒng)反應(yīng)器的內(nèi)襯管，內(nèi)襯管是多孔材料制成，內(nèi)襯管的管壁厚度是2～5mm，其特征在于；所述內(nèi)襯管管壁上的孔按照平均孔徑分為兩層以上，逐層呈梯度分布，所述逐層呈梯度分布包括沿內(nèi)襯管徑向梯度分布或沿內(nèi)襯管軸向梯度分布，所述沿內(nèi)襯管徑向梯度分布是管壁上孔的平均孔徑沿內(nèi)襯管徑向由內(nèi)層向外逐層減小；所述沿內(nèi)襯管軸向梯度分布是管壁上孔的平均孔徑沿內(nèi)襯管軸向由底層向上逐層增大。

本發(fā)明所述一種超臨界水氧化系統(tǒng)反應(yīng)器的內(nèi)襯管，其特征在于：所述管壁上孔的平均孔徑沿內(nèi)襯管徑向由內(nèi)層向外逐層減小的各層的孔徑分別是：內(nèi)層上的平均孔徑為5～40μm，厚度為1～2mm，外層上的平均孔徑是0.2～3μm，厚度是0.5～1mm，內(nèi)層和外層之間的各徑向中層的平均孔徑為2～10μm，各層的平均孔隙率均為10％～35％；所述管壁上孔的平均孔徑沿內(nèi)襯管軸向由底層向上逐層增大的各層的孔徑分別是：底層上的平均孔徑為0.2～3μm，頂層上的平均孔徑是5～40μm，底層和頂層之間的各軸向中層的平均孔徑為2～10μm，各層上平均孔隙率為10％～35％，各層的厚度滿足以下公式：

△P_豎直∶△P_徑向＝1∶10～20

其中

△P_豎直是內(nèi)襯管豎直方向上水柱的靜液柱壓差，

ΔP_豎直＝ρgΔH

式中，ρ是流體密度，g是重力加速度，△H是靜液柱高度差，

△P_徑向是內(nèi)襯管徑向滲透壓降，徑向滲透壓降滿足達西定律，

式中，α是粘度系數(shù)，β是慣性系數(shù)，s是多孔管厚度，μ是動力粘度，V是流體體積流量，A是流體流通面積，ρ是流體密度。