[实用新型]利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应器

说明书

技术领域 

本实用新型属于环境保护及化工领域，特别涉及利用超临界水作为反应介质对高浓度难生化降解的有机废水/垃圾渗滤液等废有机液体进行无害化处理过程的一种超临界水处理反应器。 

背景技术

超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T＝374.2℃，P＝22.1MPa)的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，介电常数近似于非极性有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。在此状态下，有机物、氧气能按最大比例与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质、传热的阻力。而无机盐类在超临界水中的溶解度极低，容易将其分离出来。因此超临界水这种可连续变化的密度、低静电介质常数、低粘滞度的特性使其成为一种具有高扩散能力、高溶解性的理想反应介质。可以利用其温度与压力的变化来控制反应环境、协调反应速率与化学平衡、调节催化剂的选择性等。 

超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物，将其完全转化成无害的CO₂、H₂和H₂O等小分子化合物。SCWO技术对于处理那些难消毁的有毒有害物质(如染料废物、制药废物、润滑剂废物、含PCBs的绝缘油、放射性混合废物、多氯联苯、易挥发性酸等)、高浓度难降解的有机废物(污泥、造纸厂料浆等)、军用毒害物质(化学武器，火箭推进剂，炸药等)具有独特的效果。 

虽然超临界水处理技术已经取得了很大进步，关于应用超临界水技术的试验装置和商业装置，目前国内外已有相关报道，但是仍有待解决反应器中盐沉积引起的堵塞问题、高腐蚀速率问题、以及运行经济性等问题，具体表现在： 

1)材料腐蚀问题。由于超临界水反应装置处于高温、高压条件下，尤其是有机物中含有卤素、硫或磷等，在超临界水中分解后会产生酸，引起设备的强烈腐蚀；即使具有较好耐蚀性的镍基材料，在超临界水中，特别是在亚 临界水中，仍容易遭受严重的腐蚀。 

2)盐沉积问题。常温下水对大多数盐来说是一种优良溶剂，溶解度较大。相反，大部分盐在低密度的超临界水中溶解度极小。当亚临界溶液被迅速加热到超临界温度时，由于盐的溶解度大幅度降低，有大量沉淀析出，沉积的盐会引起反应器进出口管路堵塞，这不仅影响了反应器的正常运行，还会带来潜在的设备隐患。 

3)经济性问题。虽然SCWO过程是一个放热反应，当有机物的质量分数达到2～3％时就能实现自热，但在设备启动过程中依然需要外部热源对其进行补热。目前国外的超临界水氧化设备的加热方式绝大部分采用电加热形式，这不仅造成设备投资费用巨大，而且对此项技术的大规模工业化应用造成了巨大障碍。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种利用辅助燃料作为补给反应热量的方法以解决超临界水氧化过程能量补给的问题的新结构超临界水氧化反应器，进而提高装置运行过程的经济性。除此之外，要求该反应器方便拆装，容易装载和更换催化剂，易于检修和维护，能够安全可靠运行，具有多功能性。 

为达到以上目的，本实用新型是采取如下技术方案予以实现的： 

一种利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应器，包括釜体及其中的催化剂箱，其特征在于，釜体上端固联有端盖，端盖与催化剂箱箱顶上方之间的空间为高温燃烧区，催化剂箱下方为盐分离区；釜体底部中心设有固体盐排出口，固体盐排出口上方为亚临界溶盐区；釜体底部设有产物出口、与亚临界溶盐区连通的冷却水入口和液体盐排出口；端盖上设置冷空气入口和物料入口通过轴向孔道与高温燃烧区连通；端盖上设有辅助燃料补给结构与端盖内的高温燃烧区联通；催化剂箱固定在一个中心管的垂直段周围，中心管的倾斜段与釜体底部的产物出口连通；靠近釜体内壁设置有筒状多孔蒸发壁。 

上述方案中，所述辅助燃料补给结构包括端盖中心设置的燃料芯管，轴向伸进端盖于高温燃烧区上方；燃料芯管外周与端盖之间有环隙，端盖侧面开有热空气入口通过水平孔道与环隙联通；燃料芯管伸进端盖部分管壁外侧设有螺旋翅片。 

在端盖下面可设置端盖冷却环槽，包括用于空气冷却的内环槽和用于物料冷却的外环槽，内环槽底面有两圈孔，内圈孔向下斜向燃料芯管方向，外圈孔向下斜向多孔蒸发壁方向；外环槽底面有一圈孔向下斜向燃料芯管方向。 

所述的燃料芯管下端出口为盲孔结构，燃料流出盲孔时通过管壁四周斜下方向的4个开孔向四周形成射流。