[发明专利]一种分级强化有机物污染物降解的多功能超临界水反应器

说明书

一种分级强化有机污染物降解的超临界水反应器，包括反应器头部，反应器中部和反应器底部，反应器头部包括氧气冷却通道，喷嘴口，超临界水注入口，测温口，冷却水出口以及喷嘴平台。其中，氧气冷却通道上通过螺纹安装有火焰检测器，喷嘴口通过螺纹安装有物料喷嘴，测温口上通过螺纹安装有测温热电偶。反应器中部包括反应器上段，反应器中段以及反应器下段。反应器上段用螺栓与反应器头部配合安装。反应器上段，反应器中段以及反应器下段之间分别通过螺栓连接安装二次氧化口，三次氧化口，四次氧化口。反应器中段由内到外分别为反应器内部，催化剂内衬套，辅助燃料螺旋套和冷却水套。反应器底部与反应器下段焊接，中间是一个渐缩的喷头。

技术领域

本发明属于超临界水氧化技术领域，特别涉及一种分级强化有机物污染物降解的多功能超临界水反应器。

背景技术

超临界水氧化技术的研究起始于1980年代初，由Modell教授首次提出。超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是在水的临界点以上(Tc＝647K,Pc＝221bar)，可以安全、干净、有效地降解有机物含量低于20wt％的有机废液的水处理技术。

在纯水的临界点附近或高于临界点，水的热物理性质相对于常温下的水发生了明显的改变。介电常数的明显降低导致碳氢化合物和气体如氧气、氮气和二氧化碳在超临界水中的溶解度显著增加，氧化反应在均相环境中进行，进而避免了相界面对传质和传热的相间阻力。相反地，无机盐在超临界水中的溶解度急剧下降。另外，超临界水的低粘度保证了很多物质在超临界水中的高扩散率，进而促进了快速有效的反应。因此超临界水为有机物的氧化降解提供了理想的反应媒介。然而，即使超临界水处理技术具有多种优点，SCWO苛刻的反应条件带来的强腐蚀性、高材质要求以及运营过程中的盐沉积问题成为当前SCWO商业化最大的阻碍。具体表现有：

(1)超临界水氧化反应条件苛刻，需要较高的温度及压力。对于常规的管式反应器，反应器的管壁需要承受600-700℃高温以及25MPa的高压，其必须采用Ni合金等耐高温材料并通过增加壁厚实现，这导致了反应器造价的升高。

(2)装置能量需求大，反应系统经济性不高。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。此外，在设备运行过程中，当前反应器多通过在反应器进口处将预热的物料同氧化剂进行混合，使其能在反应器中迅速达到超临界状态从而完成有机物的降解。目前国内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。

(3)材料腐蚀问题。超临界水环境中，高温、高压、溶解氧以及反应中产生的某些自由基、离子都会加快耐蚀材料的腐蚀速率。此外，有机物中含有的卤素、硫、磷等杂原子在超临界水中分解后会产生酸，进一步引起设备的强烈腐蚀。

(4)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。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分级强化有机物污染物降解的多功能超临界水反应器，其利用辅助燃料补给反应热量并通过其产生的活泼自由基引发、促进氧化反应的进行。在反应器顶部，通过合理设置喷嘴平台结构，冷物料、醇类、超临界水和氧气可在同一反应平面内均匀混合，有效防止了因物料预热而在加热系统和管道中的腐蚀、盐沉积现象。除此之外，该反应器还具备拆装方便，容易装载和更换催化剂，易于检修和维护等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：