一种缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置

摘要

本发明公开了一种缓蚀型超临界水氧化反应物混合‑预氧化装置，由多节反应物混合‑预氧化器的芯管、外管分别沿程串接，形成芯管通道和外管通道。芯管通道上沿程依次设置有多个反应物A注入口，用于反应物A分级注入外管通道，外管通道用于反应物A与反应物B的逐级混合及超临界水氧化反应。其有效控制了有机废物和氧化剂的混合、氧化过程，从而避免了自身局部集中放热而超温损坏，且缓解了高浓度氧化剂对设备材质的加剧腐蚀。其设置于超临界水氧化反应器入口处，显著降低了超临界水氧化器的服役环境苛刻性，有利于延长反应器的服役寿命，进而降低超临界水氧化装置的后期整体维护成本，可以广泛应用于超临界水氧化处理各种重污染工业废水及污泥。

权利要求

1.一种缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其特征在于，包括多节串接的反应物混合-预氧化器，每节反应物混合-预氧化器均由外管(1)以及套设在外管(1)内的芯管(4)构成，首节反应物混合-预氧化器的芯管(4)入口为反应物A进口(N1)，末节反应物混合-预氧化器的芯管(4)出口为反应物流出口(N3)，其余芯管(4)的出口和入口沿程交替串接构成芯管通道，外管(1)的侧面均设置有外管支管(5)，芯管(4)相连接的两个外管(1)的外管支管(5)沿程串接组成外管通道；首节反应物混合-预氧化器的外管(1)侧面，靠近反应物A进口(N1)处开设反应物B进口(N2)；每节反应物混合-预氧化器的芯管(4)入口处均开设有反应物A注入口(N4)；

所述外管(1)的内侧设置具有耐蚀特性的外管内衬(2)；

所述若干反应物混合-预氧化器平行并排布置，芯管(4)的出口通过芯管接管(6)与下一节芯管的入口相连通，芯管(4)与芯管接管(6)通过法兰连接。

2.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其特征在于，所述外管内衬(2)采用高端镍基合金、钛基合金或高温陶瓷制成。

3.根据权利要求1或2所述的缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其特征在于，所述芯管(4)的外侧设置具有耐蚀特性的芯管涂层(3)。

4.根据权利要求3所述的缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其特征在于，所述芯管涂层(3)采用片状氧化铝或者部分稳定的氧化锆制成。

5.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其特征在于，所述外管支管(5)通过焊接方式与下一节外管(1)侧面的外管支管(5)相连通。

6.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其 特征在于，所述每一节芯管(4)上开设3～4个反应物A注入口(N4)。

7.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其特征在于，所述若干反应物混合-预氧化器“一”字型布置，芯管(4)的出口通过法兰与下一节反应物混合-预氧化器的芯管相连通，外管支管(5)通过外管接管与下一节反应物混合-预氧化器的外管支管(5)相连通。

8.根据权利要求1所述的缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，其特征在于，当反应物A为有机废物时，反应物B为氧化剂；当反应物A为氧化剂时，反应物B为有机废物；

氧化剂包括空气、氧气、双氧水、硝酸或硝酸盐溶液的一种或多种混合物。

说明书

一种缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置

【技术领域】

[0001] 本发明属于超临界水氧化技术领域，涉及一种反应物混合-预反应设备，具体是一种缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置。【背景技术】

[0002] 超临界水(supercritical water,SCW)作为超临界流体的一种，是指温度压力均在其临界点(374.15℃、22.1MPa)以上的水。与普通的液态水和水蒸气相比，超临界水的各种理化性质发生了很大变化。SCW的主要物性参数如密度、黏度、离子积和介电常数均明显下降，扩散系数较高，传质性能好，可与气体(如氧气、氮气等)及绝大多数有机物完全互溶，气液相界面消失，消除了相间传质阻力，溶解其中物质的反应速率不再受传质过程的限制。此外，超临界水体系较高的环境温度(工艺中通常高于400℃)也加速了体系内的化学反应。

[0003] 超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是利用超临界水强大的溶解能力，使氧化剂和有机污染物间发生均相氧化反应，迅速、彻底地无害化降解各类有机污染物。超临界水氧化技术对于处理石油开采与加工、化工生产、现代冶金、染料中间体、生物制药、核工业、军工等重污染企业所排放的重污染工业废水及污泥具有显著的技术优势。

[0004] 对于传统超临界水氧化工艺，有机废物与氧化剂(为了保证氧化效果，通常氧化剂的供给量高于有机废物氧化消耗对氧化剂的需求量)往往在反应器入口处直接一次性混合，继而在超临界水氧化反应器内沿程发生氧化反应。超临界水氧化反应为放热反应，有机废物与高浓度的氧化剂一旦混合，二者发生剧烈氧化反应，放热集中致使反应器入口处温度急剧攀升，增加了入口处材质的服役环境苛刻性。此外，反应器入口处高浓度氧化剂的输入以及高浓度自由基的产生，增强了该处环境的氧化性，加剧了反应器该部位材质的氧化腐蚀。因而，传统超临界水氧化反应器入口段是服役环境最恶劣的反应器段，其严重的结构材质腐蚀失效，极大地缩短了整个反应器的服役寿命周期。因此，在超临界水氧化反应器前端，控制有机废物和氧化剂的混合、预氧化过程对于延长反应器的整体寿命具有重要意义。【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于针对背景技术中超临界水氧化反应器入口段服役环境苛刻的问题，提供一种缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，该氧化器能够显著降低超临界水氧化器的服役环境苛刻性，延长超临界水氧化反应器的服役寿命；又可以控制自身内部有机废物和氧化剂的混合、预氧化过程，避免局部集中放热而超温损坏，可以广泛应用于超临界水氧化技术应用领域。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

[0007] 一种缓蚀型超临界水氧化反应物混合-预氧化装置，包括多节串接的反应物混合-预氧化器，每节反应物混合-预氧化器均由外管以及套设在外管内的芯管构成，首节反应物混合-预氧化器的芯管入口反应物A进口，末节反应物混合-预氧化器的芯管出口为反应物流出口，其余芯管的出口和入口沿程交替串接构成芯管通道，外管的侧面均设置有外管支管，芯管相连接的两个外管的外管支管沿程串接组成外管通道；首节反应物混合-预氧化器的外管侧面，靠近反应物A进口处开设反应物B进口；每节反应物混合-预氧化器的芯管入口处均开设有反应物A注入口。

[0008] 本发明进一步的改进在于：

[0009] 所述外管的内侧设置具有耐蚀特性的外管内衬。

[0010] 所述外管内衬采用高端镍基合金、钛基合金或高温陶瓷制成。

[0011] 所述芯管的外侧设置具有耐蚀特性的芯管涂层。

[0012] 所述芯管涂层采用片状氧化铝或者部分稳定的氧化锆制成。

[0013] 所述若干反应物混合-预氧化器平行并排布置，芯管的出口通过芯管接管与下一节芯管的入口相连通，芯管与芯管接管通过法兰连接。

[0014] 所述外管支管通过焊接方式与下一节外管侧面的外管支管相连通。

[0015] 所述每一节芯管上开设3～4个反应物A注入口。

[0016] 所述若干反应物混合-预氧化器“一”字型布置，芯管的出口通过法兰与下一节反应物混合-预氧化器的芯管相连通，外管支管通过外管接管与下一节反应物混合-预氧化器的外管支管相连通。

[0017] 当反应物A为有机废物时，反应物B为氧化剂；当反应物A为氧化剂时，反应物B为有机废物；氧化剂包括空气、氧气、双氧水、硝酸或硝酸盐溶液的一种或多种混合物。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0019] 本发明设置于超临界水氧化反应器前，有机废物和氧化剂在该设备内发生了一定程度的反应，反应流由该设备流出后再进入超临界水氧化反应器。反应流进入超临界水氧化反应器后的氧化反应较为缓慢，降低了反应放热集中而引发反应器局部超温的威胁，并且进入反应器的反应流中氧化剂浓度较低。因而本发明显著降低了超临界水氧化器的服役环境苛刻性，有利于延长超临界水氧化反应器的服役寿命。

[0020] 本发明有机废物和氧化剂分级逐步混合，发生初步的超临界水氧化反应，有效避免了一次性直接混合时二者剧烈反应，致使设备局部集中放热而超温损坏；缓解了高浓度氧化剂对设备材质的加剧腐蚀。在芯管-外管环隙空间内，有机废物和氧化剂发生预氧化反应生成大量自由基，外管内衬与芯管涂层实现了外管与芯管与高浓度自由基的隔离，从而避免了高浓度自由基引发外管与芯管的快速腐蚀。

[0021] 相对于超临界水氧化反应器，本发明的投资成本相当低，其运行维护、更换成本低，有利于降低超临界水氧化系统装置的后期整体维护成本。

[0022] 进一步的，本发明反应物A注入口在芯管通道上沿程多级设置，避免了反应物A单级注入导致氧化反应剧烈、放热集中而引发设备局部温升过大或者超温。【附图说明】

[0023] 图1为本发明的整体结构示意图。

[0024] 其中：1-外管；2-外管内衬；3-芯管涂层；4-芯管；5-外管支管；6-芯管接管；N1-反应物A进口；N2-反应物B进口；N3-反应流出口；N4-反应物A注入口。【具体实施方式】

[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0026] 参见图1，本发明由多节反应物混合-预氧化器串接而成：第一节反应物混合-预氧化器的芯管3出口与第二节反应物混合-预氧化器的芯管3入口通过芯管接管6实现连接，第二节反应物混合-预氧化器的芯管3出口由芯管接管6连接至第三节反应物混合-预氧化器的芯管3入口，依次类推，从而构成超临界水氧化反应物混合-预氧化器的芯管通道。第一节超临界水氧化反应物混合-预氧化器的外管支管5出口接至第二节反应物混合-预氧化器的外管支管5入口，第二节超临界水氧化反应物混合-预氧化器的外管支管5出口接至第三节反应物混合-预氧化器的外管支管5入口，依次类推，实现各节反应物混合-预氧化器内芯管-外管环隙空间的接通，从而构成超临界水氧化反应物混合-预氧化器的外管通道。

[0027] 反应物A由反应物A入口N1进入超临界水氧化反应物混合-预氧化器的芯管通道，反应物B由反应物B入口N2进入超临界水氧化反应物混合-预氧化器的外管通道。反应物A由芯管流程上设置的反应物A注入口N4逐级分流注入外管通道。为下文叙述方便，假定反应物A注入口N4数量为3,依次为N4a、N4b、N4c，如图1所示。

[0028] 若反应物A为有机废物、反应物B为氧气，有机废物流的1/3流量由第一个注入口N4a流入外管流程，与由氧气进口N2输入的氧气混合，继而氧化。由于参与氧化反应的有机废物少于总有机废物输入量的1/3考虑到尽管氧气过量，在有限的混合-预氧化时间内，有机废物不可能被完全氧化降解，因而氧化放热量有限，不易引发设备因剧烈集中放热而局部急剧升温。继而，过量的氧气及由第一个注入口N4a注入的残留有机废物在第二注入口N4b，与新流入外管流程的1/3流量有机废物再次混合，发生预氧化。同理，过量的氧气及由第一、二注入口N4a、N4b注入的残留有机废物与剩余的1/3流量有机废物在第三注入口N4c处相遇混合，继而反应。最终，未反应的氧气及有机废物由反应流出口N3流出，进入后续超临界水氧化反应器。

[0029] 若反应物A为氧气、反应物B为有机废物，1/3氧气流量由第一个注入口N4a流入外管流程，与由有机废物进口N2输入的有机废物混合，继而氧化。由于氧气输入量的不足，因而氧化放热量有限，不易引发设备因剧烈集中放热而局部急剧升温。继而，过量的有机废物及由第一个注入口N4a注入的残留氧气在第二注入口N4b，与新流入外管流程的1/3流量氧气再次混合，发生预氧化。同理，过量的有机废物及由第一、二注入口N4a、N4b注入的氧气与剩余的1/3流量氧气在第三注入口N4c处相遇混合，继而反应。最终，未反应的氧气及有机废物由反应流出口N3流出，进入后续超临界水氧化反应器。

[0030] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。