多功能连续式水热氧化实验系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多功能连续式水热氧化实验系统，包括反应器，所述反应器入口并联有氧化剂管路和物料管路；所述氧化剂管路包括并联的气体氧化剂输送管和液体氧化剂输送管，其中气体氧化剂输送管包括并联的空气氧化剂输送管和氧气输送管；所述氧化剂管路和物料管路上串联有换热装置和预热装置，所述氧化剂管路和物料管路连通换热装置的内管，所述反应器出口通过管道依次连通腐蚀实验装置、换热装置外管、冷却装置和气液分离装置。根据反应条件不同，本发明专利技术可以进行各种反应物料的湿式氧化及超临界水氧化实验研究，并具有氧化剂比选、高温腐蚀等功能，与现有技术及实验系统相比，本系统集成性强，功能更完善，操作简单，安全性高。

【技术实现步骤摘要】
多功能连续式水热氧化实验系统及其使用方法
本专利技术属于水热氧化技术，特别是涉及一种多功能连续式水热氧化实验系统及其使用方法。
技术介绍
近几十年来，水热氧化技术得到了快速的发展，已经被广泛应用于化工、农药、印染等行业产生的高浓度有毒、有害废水的处理。根据反应过程中反应器内所处状态的不同，存在湿式氧化反应和超临界水氧化反应等状态。针对不同水质的废水，为获取水质最佳处理条件、氧化剂选择、反应机理、产物分析等都需要对废水进行实验研究，为工业化装置的设计提供基础数据和理论依据。常见的水热氧化实验装置包括间歇式试验装置和连续式试验装置。因间歇式实验装置加热及降温的耗时长、与真实工业化装置相差甚远，所以极少采用间歇式实验装置。连续式实验装置更利于对反应过程的模拟，但常见的连续式水热氧化反应装置仅注重于水热氧化过程的实现，实验系统功能较单一，常局限于对温度、流量、压力、催化剂的控制，还没有一种实验系统能够充分满足对氧化剂筛选、进出气氧浓度分析、多股进水的需求，并对反应过程腐蚀、温度、流量、压力、催化剂等多项指标进行研究的需求，使实验系统更接近于真实工业处理状态。腐蚀是限制水热氧化工业运用的一个重要因素，反应器及管道配件的腐蚀受材质、水质及反应条件的不同也各有差异，所以在工业设计前期进行腐蚀实验显得尤为重要。常见水热氧化腐蚀实验是将实验材料投加进主反应器，待反应结束后取出来检测腐蚀情况。此方法虽然简单便利，忽略了对冲刷角度、承压等性质的模拟，极大地限制了湿式氧化腐蚀实验的参考价值。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术为了克服上述技术问题的不足，提供了一种多功能连续式水热氧化实验系统，可进行湿式氧化和超临界水氧化，可有效实现氧化剂比选、氧化剂使用量分析、流动状态下腐蚀实验模拟的功能。本专利技术还提供了上述系统的使用方法。技术方案：本专利技术所述的一种多功能连续式水热氧化实验系统，包括反应器，所述反应器入口并联有氧化剂管路和物料管路；所述氧化剂管路包括并联的气体氧化剂输送管和液体氧化剂输送管，其中气体氧化剂输送管包括并联的空气氧化剂输送管和氧气输送管；所述氧化剂管路和物料管路上依次串联有换热装置和预热装置，所述氧化剂管路和物料管路连通换热装置的内管，所述反应器出口通过管道依次连通腐蚀实验装置、换热装置外管、冷却装置和气液分离装置；所述冷却装置和气液分离装置之间串联有背压阀和取样阀；所述气液分离装置的气体出口依次串联氧浓度分析仪、气体流量计和尾气收集装置；所述气液分离装置的液体出口连接出水收集装置。进一步的，所述气体氧化剂输送管上依次串联有气动增压机和气体质量流量计，所述气动增压机入口并联导入空气的电动增压机和氧气瓶，分别作为空气输送管和氧气输送管。所述液体氧化剂输送管和物料输送管上均依次串联有储液槽和泵。所述反应器从底部进水、上部出水；所述氧化剂和物料通过布孔管的方式进入反应器内部，反应器内部设有催化剂承载装置；所述反应器外的加热装置为管式炉。进一步的，所述腐蚀实验装置为可拆卸机构，通过上下盖和中间圆柱管构成，所述待试验板材固定在中间圆柱管内，与水流方向呈0-90°设置，实现对与水流呈不同角度的板材腐蚀情况的模拟。其中，所述腐蚀实验装置的上下盖和中间圆柱管通过螺纹密封，中间圆柱管可以更换。上下盖由镍基合金制成，中间圆柱管根据腐蚀实验需要可以为指定材质。腐蚀试验装置内部设有套管，用于实现待试验板材的角度固定。所述冷却装置为冷淋器。根据常规水热氧化装置设计可知，所述反应器内、反应器入口管道、反应器出口管道、预热装置内均设有温度显示器。所述系统的相应的管路上设置有对应的阀门以及压力检测仪。更具体的，本申请所述多功能连续式水热氧化实验系统，包括反应器，所述反应器入口并联氧化剂管路和物料管路，所述氧化剂管路包括换热器Ⅰ和预热装置Ⅰ，所述换热器Ⅰ内管出口与预热装置Ⅰ入口连通，所述换热器Ⅰ内管入口并联有气体氧化剂输送管和液体氧化剂输送管，其中气体氧化剂输送管包括并联的空气氧化剂输送管和氧气输送管；所述物料管路包括换热器Ⅱ和预热装置Ⅱ，所述换热器Ⅱ内管出口与预热装置Ⅱ入口连通，所述换热器Ⅱ内管入口连通物料输送管；所述预热装置Ⅰ出口和所述预热装置Ⅱ出口合并后连接至反应器入口；所述反应器外包裹有加热装置；所述反应器出口通过管道依次连通腐蚀实验装置、换热器Ⅰ外管、换热器Ⅱ外管、冷却装置和气液分离装置。进一步的，所述气体氧化剂输送管上依次串联有气动增压机和气体质量流量计，所述气动增压机入口并联导入空气的电动增压机和氧气瓶，分别作为空气输送管和氧气输送管。所述液体氧化剂输送管上依次串联有储液槽Ⅰ和泵Ⅰ；所述物料输送管上依次串联有储液槽Ⅱ和泵Ⅱ。进一步的，该系统在电动增压机出口和氧气瓶出口分别设有截止阀，在启动增压机出口设有调节阀，在质量气体流量计出口设有截止阀，在泵Ⅰ和泵Ⅱ出口分别设有单向阀，在换热装置Ⅰ和换热装置Ⅱ底端分别设有排空截止阀，在反应器底端设有排空截止阀，在冷却装置出口设有背压阀，在背压阀和气液分离装置之间设有取样阀。本专利技术所述多功能连续式水热氧化实验系统的使用方法，包括以下步骤：(1)调试和开启物料管路：关闭换热装置之前的氧化剂管路，调节背压阀压力为0Mpa，开启物料管路导入清水，待取样阀有出水后将其关闭，通过背压阀调节物料管路压力为实验压力，开启反应器，导入待处理溶液；(2)开启氧化剂管路：根据实验氧化剂的种类，选择开启空气氧化剂输送管、氧气输送管或液体氧化剂输送管，当反应稳定后，记录气体流量计和氧浓度分析仪读数，打开取样阀，连续取样进行检测；(3)反应结束后，从物料管路和液体氧化剂管路导入清水，关闭预热装置和反应器，待反应器内温度低于100℃时，将背压阀压力调为0MPa，待温度降至70℃以下时，打开气体氧化剂管路，打开取样阀，待取样阀出水为清水后，停止导入清水，待取样阀无出水后，继续气体吹吸一段时间后关闭气体氧化剂管路，待反应器冷却至室温，打开反应器和腐蚀试验装置，去除内部催化剂和腐蚀板材。优选的，步骤(2)中，当选择开启空气氧化剂输送管或氧气输送管时，可以将液体氧化剂与待处理液体混合后从物料管路导入，实现气液氧化剂同时存在进入反应。所述液体氧化剂为双氧水、硝酸钾或硝酸钠溶液。有益效果：本专利技术系统并联设有空气管道、氧气管道、液体氧化剂管道和物料管道，其中液体氧化剂管道和物料管道上的储液槽可以根据实际需求作为液态氧化剂储存槽或废水槽或清洗液槽，可实现不同种类气体氧化剂或液体氧化剂在连续式水热氧化过程中的氧化性能的比较；同时，可以准确调控气体氧化剂或液体氧化剂的的进料速度。本专利技术反应器出口设有专门的可拆卸的腐蚀实验装置，可以模拟流动状态下与水流方向呈不同角度的材料腐蚀实验。气体增压机出口设有气体质量流量计，在尾气收集装置前段设有氧浓度分析仪和气体流量计，可以准确计算水热氧化过程中氧的消耗情况，同时监测系统尾气中氧的浓度，作为安全控制，防止发生爆炸危险。系统设有换热装置和预热装置和管式炉，可以在有效回收反应出水热能的同时，确保废水在进入反应器前段、中间、末端温度维持在设定温度。附图说明图1为本专利技术多功能连续式水热氧化实验系统的结构示意图；图2为反应器纵截面示意图；图3为腐蚀试验装置和内部待试验板材放置的俯视图和对应的纵截面示意图，其中图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能连续式水热氧化实验系统，其特征在于：包括反应器，所述反应器入口并联有氧化剂管路和物料管路；所述氧化剂管路包括并联的气体氧化剂输送管和液体氧化剂输送管，其中气体氧化剂输送管包括并联的空气氧化剂输送管和氧气输送管；所述氧化剂管路和物料管路上依次串联有换热装置和预热装置，所述氧化剂管路和物料管路连通换热装置的内管，所述反应器出口通过管道依次连通腐蚀实验装置、换热装置外管、冷却装置和气液分离装置；所述冷却装置和气液分离装置之间串联有背压阀和取样阀；所述气液分离装置的气体出口依次串联氧浓度分析仪、气体流量计和尾气收集装置；所述气液分离装置的液体出口连接出水收集装置。

【技术特征摘要】
1.一种多功能连续式水热氧化实验系统，其特征在于：包括反应器，所述反应器入口并联有氧化剂管路和物料管路；所述氧化剂管路包括并联的气体氧化剂输送管和液体氧化剂输送管，其中气体氧化剂输送管包括并联的空气氧化剂输送管和氧气输送管；所述氧化剂管路和物料管路上依次串联有换热装置和预热装置，所述氧化剂管路和物料管路连通换热装置的内管，所述反应器出口通过管道依次连通腐蚀实验装置、换热装置外管、冷却装置和气液分离装置；所述冷却装置和气液分离装置之间串联有背压阀和取样阀；所述气液分离装置的气体出口依次串联氧浓度分析仪、气体流量计和尾气收集装置；所述气液分离装置的液体出口连接出水收集装置。2.根据权利要求1所述的多功能连续式水热氧化实验系统，其特征在于，所述气体氧化剂输送管上依次串联有气动增压机和气体质量流量计，所述气动增压机入口并联导入空气的电动增压机和氧气瓶，分别作为空气输送管和氧气输送管。3.根据权利要求1所述的多功能连续式水热氧化实验系统，其特征在于，所述液体氧化剂输送管和物料输送管上均依次串联有储液槽和泵。4.根据权利要求1所述的多功能连续式水热氧化实验系统，其特征在于，所述反应器从底部进水、上部出水；所述氧化剂和物料通过布孔管的方式进入反应器内部，反应器内部设有催化剂承载装置；所述反应器外的加热装置为管式炉。5.根据权利要求1所述的多功能连续式水热氧化实验系统，其特征在于，所述腐蚀实验装置为可拆卸机构，通过上下盖和中间圆柱管构成，所述待试验板材固定在中间圆柱管内，与水流方向呈0-90...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜伟立，公彦猛，刘树洋，王未，操庆，吴梦非，
申请(专利权)人：江苏省环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32