[發(fā)明專利]一種用于超臨界水氧化反應耦合的流動腐蝕-鹽沉積裝置

有效

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• 申請日: 2020-05-24
• 公開（公告）號: CN111632569B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 王樹眾;張熠姝;賀超;楊健喬;李建娜
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種用于超臨界水氧化反應耦合的流動腐蝕?鹽沉積裝置，包括超臨界水氧化耦合段、流動腐蝕?鹽沉積測試段和連接管道段，超臨界水氧化耦合段包括主體管段、有機物混合器和氧化劑混合器，主體管段內(nèi)部為由自前向后依次連通的漸縮空腔、喉口空腔和漸擴空腔組成的物料通道，漸擴空腔后端設置熱電偶與取壓口，有機物混合器和氧化劑混合器設于主體管段外部；流動腐蝕?鹽沉積測試段包括測試管段，測試管段外部前段設置電加熱器，外部后段設置冷卻水套，中部設置熱電偶和取壓口；連接管道段包括連接管道，與測試管段后端直接連通并設置有熱電偶和取壓口。本發(fā)明可解決超臨界水氧化中存在的腐蝕和鹽沉積問題，探究材料腐蝕微觀特性和無機鹽結(jié)晶沉積特性。

技術領域

本發(fā)明屬于能源、化工、環(huán)保、材料技術領域，特別涉及一種用于超臨界水氧化反應耦合的流動腐蝕-鹽沉積裝置。

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(lián)苯有機物、農(nóng)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(huán)境的可持續(xù)發(fā)展角度來講，還是從工業(yè)發(fā)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(huán)保新技術。

超臨界水氧化處理技術具有以下獨特優(yōu)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(shù)是普通液態(tài)水的10倍～100倍，傳熱傳質(zhì)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(nèi)，大多數(shù)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(zhì)；雜原子，如硫、氯、磷等則分別轉(zhuǎn)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(jié)合生成無機鹽。不產(chǎn)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(jīng)研究證實了包括二噁英、多氯聯(lián)苯、氰化物、酚類等一系列毒性物質(zhì)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(zhì)量分數(shù)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(tǒng)外提供熱量。

4、產(chǎn)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(chǎn)物經(jīng)降溫降壓后，可直接回收CO₂并出售，低成本地實現(xiàn)CO₂的捕集的同時獲得一定的經(jīng)濟效益。

但是該技術是在高溫，高壓，高氧濃度氧的環(huán)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(chǎn)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(tǒng)壓力，嚴重時還會引起反應器和系統(tǒng)管路的堵塞，造成超臨界水氧化系統(tǒng)無法正常運行，此外，團聚物覆蓋下的壁面上還常常會發(fā)生嚴重的腐蝕。因此為了能使這一工藝經(jīng)濟實用，就要解決腐蝕和鹽沉積等瓶頸問題。