[发明专利]一种双回程管式超临界水反应装置

说明书

本发明公开了一种双回程管式超临界水反应装置，该装置由多节双回程管式超临界水反应器沿程串接而成，以延长反应流体在反应装置内的停留时间，反应后流体由末节反应器出口流入超临界水在线脱固器，实现固相(砂砾、矿土、无机盐或者目标纳米材料等)的在线分离脱出。每节反应器内芯管不承压，管壁薄，仅起分隔流程的作用，相对于传统单流程管式超临界水反应器，在获得相同长度流程的情况下，可显著减少反应器耗材，从而降低其造价。流程转折处设置有椭圆球型防磨顺流体，即避免了高速反应流体对端法兰的冲刷损坏，又起导流作用，抑制此处固相的沉降堆积。可以广泛应用于各类超临界水反应体系。

【技术领域】

本发明涉及一种高压高温反应装置，具体是一种双回程管式超临界水反应装置。

【背景技术】

超临界水反应体系在有机物废物的高效氧化降解、有机质资源化利用制氢、纳米金属及金属氧化物粉体的制备等领域表现出显著的介质优势。目前，生物制药、石油开采与加工、化工生产、现代冶金、染料中间体、核工业等重污染企业，所排出的工业废水及污泥多具有高COD、高危、高毒的特点，难于生物降解，对环境危害极大。依照传统处理工艺，难以达标排放。超临界水氧化技术可以有效地实现重污染工业废水及污泥的高效、彻底无害化处理，相比其他处理技术，具有较高的技术经济性。超临界水气化技术是利用超临界水强大的有机物溶解力，将有机物溶解，生成高密度、低粘度的液体，继而使之发生快速气化，生成富含氢气的可燃性气体，从而实现重污染工业废水与污泥以及其他生物质的高效资源化利用。针对铜、钛、镍等重金属含量较高的电子工业废水以及重金属溶液，利用超临界水中无机盐溶解度极低的特性，超临界水热合成技术可以使金属离子以纳米金属氧化物的形式结晶、析出，制取经济价值极高的纳米金属氧化物；通过添加适当的有机物维持水热合成反应体系的还原性，还可以制备高纯度的纳米金属粉体。

然而，超临界水反应为高温高压反应，往往要求反应器制造材料具有较高的高温持久强度。另考虑到超临界水氛围下的材质抗高温腐蚀性能，当前超临界水反应器的主流材质为高端镍基合金(如N06625、N10276等)，每吨价格高达数十万元，且反应器壁承受高压(设计压力往往高于30MPa)的需要，导致反应器壁较厚，投资较大。因此在保证超临界水反应停留时间充足(即反应流程的长度足够)的前提下，显著降低反应器造价是扩大超临界水技术市场应用份额的当务之急。此外，实现反应后流体中固相残渣(物料中原有砂砾、矿土等，以及超临界水氛围下不溶解的无机盐)或者目标产物(纳米金属或者金属氧化物粉体)的高效连续在线分离，同样是进一步提升超临界水技术优势的重要方面。

【发明内容】

本发明的目的是针对背景技术中超临界水反应设置造价高的问题，提供一种双回程管式超临界水反应装置，该装置能够广泛应用于重污染工业废水及污泥的超临界水氧化处理、有机质超临界水气化制氢、水热合成制备纳米金属及其氧化物粉体等超临界水技术应用领域。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种双回程管式超临界水反应装置，包括多节沿程串接的双回程管式超临界水反应器和一个超临界水在线脱固器；双回程管式超临界水反应器包括外管和套设于外管内的芯管，芯管与外管之间设置有至少两个支撑架；芯管的一端开设芯管接口，外管的侧面开设外管接口；首节双回程管式超临界水反应器的芯管接口为反应物入口，末节双回程管式超临界水反应器的芯管接口或外管接口与超临界水在线脱固器的流体进口相连通。

本发明进一步的改进在于：

所述外管的前端设置第一外管法兰，末端设置第二外管法兰；第一外管法兰和第二外管法兰均开设有中心孔，且中心孔的直径与外管的内径相同。

所述第一外管法兰的外侧密封连接芯管贯通法兰，芯管贯通法兰开设有法兰中心孔，法兰中心孔的直径与芯管的内径相同，且芯管的端部与芯管贯通法兰密封连接；芯管贯通法兰的外侧密封连接芯管接引管，作为芯管接口。