[發明專利]一種超臨界水在線流動測試裝置

有效

• 申請號: 202010445430.X
• 申請日: 2020-05-24
• 公開（公告）號: CN111623896B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 王樹眾;張熠姝;賀超;李建娜;楊健喬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01K13/02;G01N25/48;G01L11/00;G01N1/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種超臨界水在線流動測試裝置，包括裝置主體和實時在線取樣系統，裝置主體包括測試管段，測試管段前段外部周向布置有多個電加熱器，后段外部周向布置有冷卻水套，測試管段上設置有若干熱電偶和若干取壓口，熱電偶至少包括測試管壁溫度的熱電偶一，測試管壁處流體溫度的熱電偶二以及測試管內軸心處流體溫度的熱電偶三；實時在線取樣系統包括穿入測試管段內的若干取樣探針，取樣探針至少包括與熱電偶一對向布置以對近壁處的流體取樣的取樣探針一和與熱電偶三對向布置以對管內軸心處的流體取樣的取樣探針二，每個取樣探針連接有獨立的取樣瓶。本發明能夠直觀掌握材料腐蝕產物和無機鹽結晶顆粒微觀特性，流體溫度場、壓力場和濃度場的分布規律。

技術領域

本發明涉及能源、環境及化工技術領域，特別涉及一種超臨界水在線流動測試裝置。

背景技術

超臨界水氧化處理范圍廣泛，幾乎含有機物的廢棄物都可以采用這一技術來處理。該技術在酚類化合物、多氯聯苯有機物、農藥及燃料中間體苯胺、污泥處理和人類代謝物等污染物的處理方面均有極佳的效果。不管是從環境的可持續發展角度來講，還是從工業發展的角度來看，超臨界水氧化技術都是一項很有前景的綠色環保新技術。

超臨界水氧化處理技術具有以下獨特優勢：

1、反應速度極快，去除率高。在超臨界水氧化過程中，有機物、空氣（或氧）在超臨界水中均能互溶，相間界面消失，擴散系數是普通液態水的10倍~100倍，傳熱傳質速率高，因此反應速率極快，在很短的停留時間(幾秒至幾分鐘)內，大多數有機物的去除率可高達99.99%以上。

2、無二次污染。碳氫化合物最終可被氧化成為CO₂和H₂O，有機廢物中的氮被氧化成為N₂及N₂O等物質；雜原子，如硫、氯、磷等則分別轉化為相應的無機酸（如硫酸根、鹽酸根和磷酸根），與堿液中和后成為相應的無機鹽；陽離子形成氧化物或者與酸根離子結合生成無機鹽。不產生任何污染氣體、徹底降解去除有毒廢物和病原體達到無害化處理的要求。一些學者已經研究證實了包括二噁英、多氯聯苯、氰化物、酚類等一系列毒性物質在超臨界水中氧化降解的可能性。

3、能耗低。當廢水中有機物質量分數大于2～5%時，即可以依靠反應過程中釋放的反應熱來維持反應所需的熱量平衡，無需外部熱源或者燃料；廢水中有機物含量更高時，還可以向系統外提供熱量。

4、產物易分離、回收。無機鹽、金屬氧化物在超臨界水中的溶解度很低，在超臨界水氧化處理有機廢棄物時，無機鹽、金屬氧化物往往以晶體形式析出，容易以固體的形式被分離出來，并可以回收利用。反應產物經降溫降壓后，可直接回收CO₂并出售，低成本地實現CO₂的捕集的同時獲得一定的經濟效益。

但是該技術是在高溫，高壓，高氧濃度氧的環境中進行的，這種苛刻的條件很容易對設備帶來腐蝕并且在設備中形成鹽沉淀。腐蝕不僅會降低設備的壽命，還使反應產物中含有某些金屬離子(如鉻等)影響了超臨界水氧化技術的處理效果。沉積下來的固體鹽類形成團聚物覆蓋在設備表面輕者會降低換熱率、增加系統壓力，嚴重時還會引起反應器和系統管路的堵塞，造成超臨界水氧化系統無法正常運行，此外，團聚物覆蓋下的壁面上還常常會發生嚴重的腐蝕。因此為了能使這一工藝經濟實用，就要解決腐蝕和鹽沉積等瓶頸問題。

但是現有的抑制腐蝕和解決鹽沉積的方法均存在各自的不足，沒有一種結構設計或操作技術具有顯著的優勢，主要是因為無法準確獲得超臨界水系統運行過程中流體的流動信息。目前，連續流動的超臨界水系統具有以下3點不足：（1）僅能在系統的出口收集樣品進行檢測分析，從而只能獲得系統最終狀態下流體中有機物濃度、鹽濃度等信息，裝置運行過程中有機物濃度和成分、無機鹽離子濃度和成分等的變化無從得知；（2）一般直采用壁面測溫的方式檢測管道軸向的溫度，只能反映出溫度場在軸向的分布，而無法得知流動狀態下流體在周向的分布，這與系統中的反應、腐蝕及鹽沉積過程息息相關；（3）一般測試管段不進行樣品收集，或者樣品收集的載體通常是一次性的，造成嚴重的金屬材料的浪費。

發明內容