[发明专利]一种高温高压可视化水热装置

说明书

一种高温高压可视化水热装置，包括加热炉，竖直的石英管反应器通过试管架设置于加热炉中，加热炉下部设置有等高的视窗和进光口，进光口前设置有光源，视窗前设置有摄像机或分析仪器，视窗的视角方向和进光口的进光方向垂直。本发明可在线观察盐溶液在高温高压下的相平衡规律和结晶特性，解决了在高温高压的超临界条件下无机盐行为现象捕捉难、结晶颗粒取样测试困难等问题，实现超临界水条件下无机盐的相行为和结晶演变过程的在线观察，从而能够直观的掌握无机盐的行为规律，获得无机盐结晶颗粒的结构性质和相平衡行为，最终解决SCWO/SCWG技术的无机盐沉积、堵塞问题，实现系统的安全、长期、稳定运行，提高系统的经济型和安全性。

技术领域

本发明属于能源、环境及化工技术领域，特别涉及一种高温高压可视化水热装置。

背景技术

超临界水(Supercritical Water，简称SCW)即其温度和压力大于其临界点(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水。在该状态下，水中只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有低的粘度和高的扩散系数。使有机物、氧气能按任意比例与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减少了物质之间的传质、传热阻力。

超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)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。超临界水氧化技术适用范围广泛，可以处理各种工业有机废水和废弃物、城市污水、污水处理厂的过量活性污泥和人类代谢污物，以及消除化学武器的毒物等，具有良好的环保效益、社会效益和经济效益。同时还具有反应速度极快，去除率高，无二次污染，能耗低，产物易分离、回收等优点。该技术是在高温，高压，高氧浓度氧的环境中进行的，这种苛刻的条件很容易对设备带来腐蚀并且在设备中形成盐沉淀。腐蚀不仅会降低设备的寿命，还使反应产物中含有某些金属离子(如铬等)影响了超临界水氧化技术的处理效果。沉积下来的固体盐类形成团聚物覆盖在设备表面轻者会降低换热率、增加系统压力，严重时还会引起反应器和系统管路的堵塞，造成超临界水氧化系统无法正常运行，此外，团聚物覆盖下的壁面上还常常会发生严重的腐蚀。因此为了能使这一工艺经济实用，就要解决腐蚀和盐沉积等瓶颈问题。

超临界水气化(Supercritical Water Gasification，简称SCWG)，是在温度、压力高于水的临界值的条件下，直接以超临界水作为反应介质，利用超临界水的特殊性质(介电常数小、黏度小、扩散系数大及溶解性强等)，进行热解、氧化、还原等一系列复杂的热化学反应，将生物质转化为氢气。其主要过程包括蒸汽重整反应、水气变换反应和甲烷化反应。与传统气化方法相比，超临界水气化，可直接处理湿物料，因此降低生产成本，同时还具有反应效率高，热效率高，氢气含量高的特点。在反应原料中通常存在无机盐，比如硫酸钠、氯化钠。除此之外，在含杂原子有机物在气化反应或氧化反应过程中也会同时产生一定量的无机盐。无机盐不但会影响催化剂的性能，另外，当温度超过水临界值时，各种无机盐在水中的溶解度急剧下降，很容易在超临界水中析出结晶并沉积在设备和管道表面，增加系统压降，恶化传热，导致设备和管道堵塞，最终迫使装置停机、清洗，严重影响了装置的连续平稳运行和系统经济性。但在严苛的高温高压超临界条件下，很难探究无机盐在超临界水中的相行为和结晶演变过程，无法预测其行为规律，从而开发出有效的无机盐沉积防控技术。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，解决无机盐很容易在超临界水中析出结晶并沉积在设备和管道表面的问题，本发明的目的在于提供一种高温高压可视化水热装置，可以在线观察盐溶液在高温高压下的相平衡规律和结晶特性，解决了在高温高压的超临界条件下无机盐行为现象捕捉难、结晶颗粒取样测试困难等问题，实现超临界水条件下无机盐的相行为和结晶演变过程的在线观察，从而能够直观的掌握无机盐的行为规律，获得无机盐结晶颗粒的结构性质和相平衡行为，从而进行针对性的防控技术的开发，最终解决SCWO/SCWG技术的无机盐沉积、堵塞问题，实现系统的安全、长期、稳定运行，提高系统的经济型和安全性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：