本发明专利技术提供了一种控制超临界水氧化反应器内部边界流的装置及方法。所述装置包括承压外管、开有若干分布孔的分布管和多孔内管；分布管介于承压外管和多孔内管之间，采用可拆卸的密封件密封管与管之间两端的环隙；多孔内管的内部为超临界水氧化反应区；承压外管上开有边界流体的进料口。所述方法包括以下步骤：(1)反应液预热至374~550℃从多孔内管的一端进入反应区；(2)边界流体以常温~374℃从承压外管上的进料口进入，依次穿过分布管和多孔内管进入反应区；(3)边界流体和反应物料在反应区混合、反应，最后从多孔管的另一端排出。本发明专利技术有效解决了边界流体分布不均，设备结构复杂、改进繁琐等问题。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种控制超临界水氧化反应器内部边界流的装置及方法。所述装置包括承压外管、开有若干分布孔的分布管和多孔内管；分布管介于承压外管和多孔内管之间，采用可拆卸的密封件密封管与管之间两端的环隙；多孔内管的内部为超临界水氧化反应区；承压外管上开有边界流体的进料口。所述方法包括以下步骤：(1)反应液预热至374~550℃从多孔内管的一端进入反应区；(2)边界流体以常温~374℃从承压外管上的进料口进入，依次穿过分布管和多孔内管进入反应区；(3)边界流体和反应物料在反应区混合、反应，最后从多孔管的另一端排出。本专利技术有效解决了边界流体分布不均，设备结构复杂、改进繁琐等问题。【专利说明】
本专利技术涉及一种反应器内部边界流的控制装置及方法，具体涉及一种可应用于超临界水氧化技术中的反应器内部边界流的控制装置和方法，属于环保、化工
。
技术介绍
超临界水氧化技术是以超临界水(T > 373.9460C> P > 22.064MPa)为反应介质，在氧化剂(如H202、O2、空气等)存在的条件下，将有机污染物氧化降解的技术。该技术一般在I分钟内能将几乎所有的有机物彻底氧化降解为H2OXO2等无毒小分子物质，被誉为是最有前途的污染物末端处理技术。但在该技术诞生的30余年里，存在于设备内的腐蚀和堵塞问题一直未能得到很好的解决，严重限制了其工业化应用。反应器作为该项技术的核心部分，一直是研究的热点。蒸发壁式反应器是众多反应器中最有潜力的超临界水氧化反应器之一。该类反应器由实体的承压外管和多孔的内管组成，通过双层结构实现承压管和反应区的隔离；同时边界流体(此处单指水)在多孔内管内表面形成一层持续更新的保护膜，以减缓甚至消除高温反应液对多孔内管的侵蚀和无机盐的附着沉积，即该类反应器可同时实现“防腐蚀”和“抗堵塞”的效果。但现有研究表明，控制边界流体(此处单指水)形成一层持续更新的保护膜并不容易，而这正是蒸发壁反应器的核心。中国专利(200710048051.1)公开了采用蒸发壁反应器处理高浓度丙烯酸废水的方法，但没有针对边界流体控制的介绍。中国专利(200910022341.8)公开了 一种逆流罐式蒸发壁反应器，设置有多个边界流体(此处单指水)进口，但不能分别控制每一进口的边界流体(此处单指水)流量。中国专利(200710113212.0)公开了一种新型蒸发壁式反应器，通过托环和弹簧环将承压外管和多孔内管间的环隙分为多个独立的区，分别控制每一个区的边界流体(此处单指水)流量和温度，但系统过于复杂。中国专利(201210007515.5)公开了采用空气代替水作为边界流体的新型蒸发壁反应器，但具体的边界流体控制方法未见详细描述。此外，以上专利的共同不足之处在于:(I)仅通过几个(一般在10个以内)边界流体进口难以真正实现对边界流体的分流；(2)鉴于反应器的尺寸和空间结构，设备运行完毕后难以获取承压外管内壁的腐蚀和盐沉积情况；(3)若需对反应器进行边界流体控制的优化改进，需对整套设备进行拆卸和组装，工程量大。
技术实现思路
本专利技术针对现有蒸发壁式反应器内部边界流体控制难，控制系统复杂等问题，提出了 一种新的边界流体控制装置及方法。本专利技术所述的控制超临界水氧化反应器内部边界流的装置，包括承压外管、分布管和多孔内管，分布管介于承压外管和多孔内管之间，承压外管与分布管之间的环隙称为第一环隙，分布管与多孔内管之间的环隙称为第二环隙，第一环隙和第二环隙的宽度(即管与管之间的间距)在I?100毫米的范围以内；承压外管管壁上开有I?10个边界流体的进口 ；分布管的管壁壁厚为I~30毫米，管壁上开有任意形状的分布孔，分布孔的数量范围为:每100平方厘米的分布管表面上开I~50个分布孔，其孔隙率(即孔隙面积与整个分布管表面积之比)在I~40%范围内；分布孔可以是任意形状，只要能让边界流体通过的形状都可以，优选圆形，直径为0.1~10毫米，若为其他形状，最大边长或最大内径为0.1~10毫米；多孔内管上的微孔孔径在0.1~1000微米之间，孔隙率在I~40%范围内；第一环隙和第二环隙的两端采用密封件密封，从而使得承压外管、分布管和多孔内管仅在径向上通过管上的孔相互贯通。优选地，第一环隙和第二环隙的两端采用可拆卸密封件密封，该可拆卸式的设计可以实现在设备运行完毕后拆卸下分布管和多孔内管观测其腐蚀和盐沉积情况。承压外管由耐压、耐高温的材料制作，在常温~800°C的温度范围内最高能耐受5OMPa的压力。分布管和多孔内管均由耐高温、耐腐蚀的材料制作，耐受温度在常温~800°C的范围以内；优选的材料为316L、C-276、Inconel合金或陶瓷等。多孔内管的内管腔为超临界水氧化反应的反应区。 本专利技术还提供了一种采用上述装置控制超临界水氧化反应器内部边界流的方法，过程如下:采用上述装置，边界流体从承压外管的进料口进入，依次通过分布管上的分布孔和多孔内管上的微孔，进入反应区，并与从多孔内管的任一端进入反应区的反应液混合、反应，最后从多孔内管的另一端排出。边界流体可以是以下流体中的一种或多种的混合物:水、空气、氧气等超临界水氧化反应所需的组分或氮气、氩气、二氧化碳等惰性流体。控制超临界水氧化反应器内部边界流的工艺参数的理论推导如下:要实现边界流体对多孔管管内反应液的“密封”，即防止腐蚀性的反应液回渗至环隙腐蚀承压外管，需保证边界流体所产生的静压头(P#)要高于多孔内管管内反应液所产生的静压头(P @)，即:P 外>卩内(O静压头的公式如下:P=Pgh(2)对于多孔内管上的任何一点，其管长高度h对管内外的流体来说都是一样的，结合式I和式2可得:P 外> P 内(3)即要求边界流体的密度要高于反应区反应液的密度。由此，根据上述边界流体种类，结合反应系统的压力，通过控制边界流体和反应液(以水为主)的进口温度，进而控制二者的密度，以达到公式(3)的要求。因此可以得出:优选的边界流体的初始温度在常温~374°C的范围内。 优选的反应液的初始温度在374~550°C的范围内。本专利技术在现有蒸发壁式超临界水氧化反应器的承压外管和多孔内管间增设分布管，有效解决了边界流体分布不均，设备结构复杂、改进繁琐等问题；同时通过理论推导明确给出了边界流体的工艺参数优选办法。【专利附图】【附图说明】图1是超临界水氧化反应器内边界流的控制装置纵剖面图；图2是分布管的结构示意图；图3是在28MPa、不同温度下，空气、氮气、氧气和水的密度。附图中的数字标记分别是:1、分布孔；2、进料口； 3、边界流体；4、承压外管；5、分布管；6、多孔内管；7、反应区； 8、第二环隙；9、第一环隙。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。如图1所示，控制边界流体的装置主要由承压外管4、分布管5和多孔内管6组成。承压外管4与分布管5之间的环隙为第一环隙9，分布管5与多孔内管6之间的环隙为第二环隙8，第一环隙9和第二环隙8的宽度均为I~100毫米；承压外管4管壁上开有I~10个边界流体的进口 2 ;分布管5结构如图2所示，其管壁壁厚为I~30毫米，管壁上开有任意形状的分布孔I，分布孔I可以是能使边界流体通过的任意形状，优选圆形，分布孔I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种控制超临界水氧化反应器内部边界流的装置，包括承压外管和多孔内管，其特征在于：在承压外管和多孔内管间设有分布管，承压外管与分布管之间的环隙称为第一环隙，分布管与多孔内管之间的环隙称为第二环隙，第一环隙和第二环隙的宽度均为1～100毫米；承压外管管壁上开有1～10个边界流体的进口；分布管的管壁壁厚为1～30毫米，管壁上开有任意形状的分布孔，分布孔直径或最大边长或最大内径为0.1～10毫米，分布孔的数量范围为：每100平方厘米的分布管表面上开1～50个分布孔，其孔隙率在1～40%范围内；多孔内管上的微孔孔径在0.1～1000微米之间，孔隙率在1～40%的范围内；第一环隙和第二环隙的两端采用密封件密封。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐愿坚，陈忠，王光伟，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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