[发明专利]一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置

说明书

本发明公开了一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，管式反应器包括若干反应主管，且反应主管上开设有主物料入口，在管式反应器的若干个反应主管上均设置一个氧气注入口，在每个氧气注入口处均设有能够伸入反应主管内的芯管，且在芯管上开设有若干组用于扩散氧气的小孔。该装置有效降低了每一区域的氧气浓度，降低局部反应程度，通过这种形式，可以做到氧气的均匀注入，减轻材料的腐蚀倾向，提高管式反应器的安全性和使用寿命。

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置。

背景技术

超临界水氧化(SCWO)是一种新型的用来处理高难度有机废水的技术。水在超临界点(374℃，22.1MPa)之上具有的诸多特殊性质，比如水的离子积常数和密度以及粘度急剧降低，扩散性提高，导致超临界水对有机物和气体具有极高的溶解度，有机物几乎可以在超临界水中完全溶解。因此，利用超临界水的这一特殊性质，可以将其作为有机物的氧化反应的反应介质。

超临界水氧化反应是一种理想的有机废水氧化处理技术，通过氧化反应，难降解的有机物分解为CO₂和N₂以及可溶性的盐，可以达标排放。该技术具有以下三个特点：

1、发生的是均相反应，反应速度极快，几乎在几秒到几十秒内即可完成整个反应；

2、反应彻底，而且不会产生二次污染物；

3、氧化反应为放热反应，在一定的条件下该反应可以实现自热，有效解决能源。

SCWO技术从19世纪80年代发展至今，已经完成了从小试到中试再到工业化应用的过程。目前世界上在运行的工业化超临界水氧化处理高浓有机废水的公司有美国的General Atomics、Foster Wheeler，韩国的Hanwha Chemical，日本的MODAR等，我国的第一套工业化装置也已经落成在江苏省张家港市，日处理高含盐有机废水100t。

反应器无疑是整个超临界水氧化装置的核心，由于工业化装置的日处理量大的特点以及氧化反应的特点，一般都采用管式结构的反应器。对于管式反应器，入口段存在物料和氧气混合的过程。传统的混合形式是在管式反应器的入口段设置一个混合器，主物料和氧气分别通过两个管道输送进混合器进行混合后再进入主管路。或者没有混合器，直接将物料和氧气直接通过两个管道输送进入管式反应器，通过湍流作用自行混合。

然而管式反应器的传统的混合方式应用在超临界水氧化反应上有一定的缺陷。首先，为了保证反应充分进行，一般取氧气过量系数为1.5-3，大量的氧气连续地注入反应器，造成在注入段的氧气浓度较高。根据腐蚀动力学，在含氧量较高的区域，材料的氧化倾向明显加剧，从而材料的腐蚀程度加剧。其次，氧化反应是剧烈的放热反应，在氧气浓度较高的入口段，有机物迅速被氧化，放出大量的热。因此在反应器的入口管段有局部超温的风险，对材料的持久性和稳定性有较大的影响。最后，在超临界水氧化反应过程中，有机物中的C、N元素转变成CO₂、N₂和NH₃，含有的杂原子如S、Cl元素转变成相应的盐，这些盐在高温、高压的超临界水中几乎不溶解，盐沉积问题一直是困扰此技术发展的一大障碍。为了防止在管式反应器内的盐沉积，物料在管内的流速一般能达到每秒数米，在如此高的流速中如果氧气和物料混合不均匀，会造成反应没有充分发生的情况下物料就流出了反应器，造成氧气的浪费，降低系统的经济性。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于超临界水氧化反应管式反应器的多点注氧、分段混合装置，该装置能够防止反应器局部超温，有效缓解材料表面氧化，提高材料的使用寿命，同时能够提高反应效率。

本发明是通过以下技术方案来实现：