[發明專利]一種用于高粘難降解有機廢液的管式超臨界水氧化反應器

有效

• 申請號: 202010593253.X
• 申請日: 2020-06-26
• 公開（公告）號: CN111762865B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王樹眾;李建娜;蔣卓航;李艷輝;徐甜甜
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F11/06;B01J19/18;B01J4/00;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種用于高粘難降解有機廢液的管式超臨界水氧化反應器，包括反應器外管以及從反應器外管前端伸入的套管，反應器外管前端側面設有一個物料進口，中間側面設有兩個助劑注入口，后端設有反應產物出口，套管前端為氧化劑注入口，后端密封，套管側面開設有若干小孔；反應器外管內壁位于第二助劑注入口后方設置有環形催化內襯管，反應器外管內位于環形催化內襯管后方設置有填充床催化劑。本發明可促進反應物料、氧化劑及助劑的均勻混合，同時解決局部氧化反應過劇導致材料失穩的問題，使反應器內溫度分布更均勻，減輕材料腐蝕傾向，并降低了反應條件，提高了難降解有機污染物協同氨氮共同去除的效率，提高了反應系統的高效性、安全性及經濟性。

技術領域

本發明屬于化工設備技術領域，特別涉及一種用于高粘難降解有機廢液的管式超臨界水氧化反應器。

背景技術

超臨界水氧化(supercritical water oxidation,SCWO)是指有機物和氧化劑在超臨界水中迅速發生均相氧化反應，大分子有機污染物被徹底分解為無害化的H₂O和CO₂等小分子物質的過程。超臨界水氧化技術是一種理想的有機廢物處理技術，利用該技術可以將高濃有機廢水或污泥實現無害化處理及資源化利用。該技術主要優點如下：

(1)去除效率高：超臨界水氧化是快速發生的均相氧化反應，難降解有機物如苯、二噁英等物質的去除率可在較短的反應時間(＜2min)達到99％以上。

(2)反應速率快：由于超臨界水的特殊性質，有機物和氧氣等溶質都可以完全溶解其中，不會因相界面的存在而產生傳熱、傳質阻力，反應速率快，有機物在反應器中的停留時間短，反應器結構簡單，體積小；

(3)適用范圍廣：可用于各種有機危險廢棄物、工業廢水及污泥的處理；

(4)產物清潔，無二次污染：SCWO過程中主要的氣相產物是無害化的CO₂、H₂O及N₂，不會產生二噁英、硫氧化物、氮氧化物等二次污染，重金屬也會礦化沉積在固相殘渣中，實現穩定化。

基于上述技術優勢，SCWO技術從上世紀末至今逐漸完成了從實驗室裝置到中試再到商業化應用的過程。美國的General Atomics、SuperWater Solutions，法國的Innoveox，韓國的Hanwha Chemical等公司紛紛建立起了工業化的超臨界水氧化裝置。

反應器作為超臨界水氧化工藝裝置中的核心，對其的升級改進一直是超臨界水氧化技術的研發重點，當前工業化中常用的反應器多為管式反應器，但其仍存在一些問題：

(1)對于高粘物料而言，其在反應器中首先要解決的便是流動問題，為促進高粘物料在管式反應器中的順利流動，通常需要在物料預處理過程中加入大量的水以對其稀釋降低其粘度。但此方法不僅造成了大量的水資源浪費，還會降低物料的濃度及熱值，使得在SCWO過程中需要額外補充熱量以達到反應條件，大大增加了運營成本。

(2)傳統管式反應器中物料與氧化劑的混合方式同樣存在缺陷。在SCWO過程中，為了保證反應充分進行，往往需要加入過量的氧化劑，氧化劑通常過量150％～300％，大量的氧化劑與物料混合后連續注入反應器中，極易造成反應器入口段的氧化劑濃度較高。一方面，過高的氧化劑濃度將導致反應器入口段的氧化傾向加劇，從而使得反應器腐蝕程度加劇。另一方面，入口處過高的氧化劑濃度將導致該處發生劇烈的氧化反應，放出大量的熱量，使得反應器入口段存在局部超溫的風險，對材料的穩定性造成較大的危害，同時提高了對反應器材料耐高溫、耐腐蝕性能的要求，增大了反應器的投資費用，進一步降低了系統經濟性。