[发明专利]一种超临界水氧化有机物的射流燃烧装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护及化工领域，涉及利用超临界水氧化实现有机废物无害化处理的反 应器，特别涉及了一种超临界水氧化有机物的射流燃烧装置及方法。

背景技术

超临界水氧化(SupercriticalWaterOxidation，简称SCWO)技术是以超临界水为介质进 行有机物氧化的过程。水在达到临界点即温度374℃，压力22.05MPa以上时，便达到超临界 状态，处在超临界状态的水有着与常态水不同的物理、化学性质。超临界水具有类似液体的 密度、溶解能力和良好的流动性，同时又具有类似气体的扩散系数和低黏度。在超临界水中 气液两相的相界面消失，形成均一相体系，反应速度大大加快。有机物及氧气等气体在超临 界水中完全混溶，在短时间内，便可以使有机物发生氧化反应，几乎完全转变为N₂、H₂O和 CO₂等对环境无害的物质。常温常压下溶于水的无机盐在超临界水中溶解度极小，因此杂原 子如磷、硫等转变为磷酸盐和硫酸盐等无机盐后沉淀析出。

虽然超临界水氧化技术已经取得了很大的进展，但目前仍存在一些问题，如有机废物的 预热结焦、反应器的腐蚀和堵塞，这些问题在一定程度上阻碍了超临界水氧化技术的工业化 进程。

有机废物进入超临界水氧化反应器之前，需要被预热到一定温度(300～450℃)，以确保 氧化反应能够顺利进行。因此物料在预热过程中，会发生初步的热解及氧化。对于一些含有 黏度大、易热分解的有机废物，物料在经过换热器或电加热器等加热元件时，有机物极易发 生热解，生成焦炭及焦油等。物料在预热阶段热解结焦，必然大大降低换热器及电加热器的 换热效率。此外，实际废液中一般会含有无机盐，无机盐也会在预热段发生盐沉积现象。因 此在物料流速较低或管径较小的情况下，极易造成管路的堵塞，导致系统运行中断。这个问 题也是超临界水氧化技术普遍存在的问题。因此，需要寻求一种新型的物料预热方式，以解 决物料在预热段出现的堵塞问题。

腐蚀问题是SCWO技术一直未能根本解决的主要问题。在SCWO环境中，高浓度溶解 氧、高温高压条件、反应中产生的活性自由基以及某些种类的无机离子等都对反应器有加速 腐蚀的作用。尤其是有机物中含有卤素、硫或磷，在超临界水氧化过程中会产生酸，更容易 造成反应器的腐蚀。国内外相关研究机构对耐蚀合金的实验表明，不锈钢、镍基合金、钛等 高级耐蚀材料在SCWO系统中均要遭受不同程度的腐蚀。

无机盐的沉积以及所带来的堵塞问题是SCWO技术发展的另一瓶颈。由于超临界条件下 无机物的溶解度很小，氧化过程中产生盐的沉淀会引起反应器或管路的堵塞，使热传递效率 急剧下降，甚至会发生事故。

发明内容

本发明从优化反应器结构出发，提供一种超临界水氧化有机物的射流燃烧方式，设计一 种内预热式超临界水氧化水膜反应器，将有机废物的预热从反应器外转移到反应器内，实现 有机废物以常温注入反应器，以解决有机废物在预热段的问题，同时解决传统超临界水氧化 技术所存在的反应器易腐蚀、易堵塞的问题。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种超临界水氧化有机物的射流燃烧装置，包括同轴套装在一起的内筒和外筒；在反应 器内筒的顶部与其同轴安装有一个延伸到其内部的同轴射流燃烧器，所述的同轴射流燃烧器 为三层同轴套管结构，位于最内层的是一个辅助热源进入通道，中间层为氧化剂进入环形通 道，最外层为废液进入环形通道；所述的反应器内筒和反应器外筒形成的环形通道沿着轴线 方向从上到下分成了多个工艺水夹套区；在所述的反应器内形成工艺水夹套区、超临界水氧 化区、可溶解无机盐的亚临界水区。

进一步的，所述的多个工艺水夹套区是通过在反应器内筒和反应器外筒形成的环形通道 内设置多层隔离环形成的。

进一步的，所述的反应器内筒壁为多孔壁结构，工艺水通过多孔壁在反应器内壁形成一 层亚临界温度的保护水膜。

进一步的，在所述的内筒内设有一根超临界水氧化产物出口管，其直接深入内筒底部且 延伸到内筒外。

进一步的，在靠近反应器中心线位置设有一根承压的多点测温封套，测温封套内通过多 根耐高温热电偶或光纤测温装置连接多个温度传感器，测温装置与反应器外的数据分析和控 制系统相连接，可以监测反应器内温度场分布，出口管路以及测温封套直接焊于下法兰盖上。