[发明专利]一种控制超临界水氧化反应器内部边界流的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应器内部边界流的控制装置及方法，具体涉及一种可应用于超临界水氧化技术中的反应器内部边界流的控制装置和方法，属于环保、化工技术领域。

背景技术

超临界水氧化技术是以超临界水（T＞373.946℃、P＞22.064MPa）为反应介质，在氧化剂（如H₂O₂、O₂、空气等）存在的条件下，将有机污染物氧化降解的技术。该技术一般在1分钟内能将几乎所有的有机物彻底氧化降解为H₂O、CO₂等无毒小分子物质，被誉为是最有前途的污染物末端处理技术。但在该技术诞生的30余年里，存在于设备内的腐蚀和堵塞问题一直未能得到很好的解决，严重限制了其工业化应用。

反应器作为该项技术的核心部分，一直是研究的热点。蒸发壁式反应器是众多反应器中最有潜力的超临界水氧化反应器之一。该类反应器由实体的承压外管和多孔的内管组成，通过双层结构实现承压管和反应区的隔离；同时边界流体（此处单指水）在多孔内管内表面形成一层持续更新的保护膜，以减缓甚至消除高温反应液对多孔内管的侵蚀和无机盐的附着沉积，即该类反应器可同时实现“防腐蚀”和“抗堵塞”的效果。

但现有研究表明，控制边界流体（此处单指水）形成一层持续更新的保护膜并不容易，而这正是蒸发壁反应器的核心。中国专利（200710048051.1）公开了采用蒸发壁反应器处理高浓度丙烯酸废水的方法，但没有针对边界流体控制的介绍。中国专利（200910022341.8）公开了一种逆流罐式蒸发壁反应器，设置有多个边界流体（此处单指水）进口，但不能分别控制每一进口的边界流体（此处单指水）流量。中国专利（200710113212.0）公开了一种新型蒸发壁式反应器，通过托环和弹簧环将承压外管和多孔内管间的环隙分为多个独立的区，分别控制每一个区的边界流体（此处单指水）流量和温度，但系统过于复杂。中国专利（201210007515.5）公开了采用空气代替水作为边界流体的新型蒸发壁反应器，但具体的边界流体控制方法未见详细描述。

此外，以上专利的共同不足之处在于：（1）仅通过几个（一般在10个以内）边界流体进口难以真正实现对边界流体的分流；（2）鉴于反应器的尺寸和空间结构，设备运行完毕后难以获取承压外管内壁的腐蚀和盐沉积情况；（3）若需对反应器进行边界流体控制的优化改进，需对整套设备进行拆卸和组装，工程量大。

发明内容

本发明针对现有蒸发壁式反应器内部边界流体控制难，控制系统复杂等问题，提出了一种新的边界流体控制装置及方法。

本发明所述的控制超临界水氧化反应器内部边界流的装置，包括承压外管、分布管和多孔内管，分布管介于承压外管和多孔内管之间，承压外管与分布管之间的环隙称为第一环隙，分布管与多孔内管之间的环隙称为第二环隙，第一环隙和第二环隙的宽度（即管与管之间的间距）在1～100毫米的范围以内；承压外管管壁上开有1～10个边界流体的进口；分布管的管壁壁厚为1～30毫米，管壁上开有任意形状的分布孔，分布孔的数量范围为：每100平方厘米的分布管表面上开1～50个分布孔，其孔隙率（即孔隙面积与整个分布管表面积之比）在1～40%范围内；分布孔可以是任意形状，只要能让边界流体通过的形状都可以，优选圆形，直径为0.1～10毫米，若为其他形状，最大边长或最大内径为0.1～10毫米；多孔内管上的微孔孔径在0.1～1000微米之间，孔隙率在1～40%范围内；第一环隙和第二环隙的两端采用密封件密封，从而使得承压外管、分布管和多孔内管仅在径向上通过管上的孔相互贯通。

优选地，第一环隙和第二环隙的两端采用可拆卸密封件密封，该可拆卸式的设计可以实现在设备运行完毕后拆卸下分布管和多孔内管观测其腐蚀和盐沉积情况。

承压外管由耐压、耐高温的材料制作，在常温～800℃的温度范围内最高能耐受50MPa的压力。

分布管和多孔内管均由耐高温、耐腐蚀的材料制作，耐受温度在常温～800℃的范围以内；优选的材料为316L、C-276、Inconel合金或陶瓷等。多孔内管的内管腔为超临界水氧化反应的反应区。

本发明还提供了一种采用上述装置控制超临界水氧化反应器内部边界流的方法，过程如下：

采用上述装置，边界流体从承压外管的进料口进入，依次通过分布管上的分布孔和多孔内管上的微孔，进入反应区，并与从多孔内管的任一端进入反应区的反应液混合、反应，最后从多孔内管的另一端排出。