一种用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，包括反应器外管以及从反应器外管前端伸入的套管，反应器外管前端侧面设有一个物料进口，中间侧面设有两个助剂注入口，后端设有反应产物出口，套管前端为氧化剂注入口，后端密封，套管侧面开设有若干小孔；反应器外管内壁位于第二助剂注入口后方设置有环形催化内衬管，反应器外管内位于环形催化内衬管后方设置有填充床催化剂。本发明专利技术可促进反应物料、氧化剂及助剂的均匀混合，同时解决局部氧化反应过剧导致材料失稳的问题，使反应器内温度分布更均匀，减轻材料腐蚀倾向，并降低了反应条件，提高了难降解有机污染物协同氨氮共同去除的效率，提高了反应系统的高效性、安全性及经济性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器
本专利技术属于化工设备
，特别涉及一种用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器。
技术介绍
超临界水氧化(supercriticalwateroxidation,SCWO)是指有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生均相氧化反应，大分子有机污染物被彻底分解为无害化的H2O和CO2等小分子物质的过程。超临界水氧化技术是一种理想的有机废物处理技术，利用该技术可以将高浓有机废水或污泥实现无害化处理及资源化利用。该技术主要优点如下：(1)去除效率高：超临界水氧化是快速发生的均相氧化反应，难降解有机物如苯、二噁英等物质的去除率可在较短的反应时间(＜2min)达到99％以上。(2)反应速率快：由于超临界水的特殊性质，有机物和氧气等溶质都可以完全溶解其中，不会因相界面的存在而产生传热、传质阻力，反应速率快，有机物在反应器中的停留时间短，反应器结构简单，体积小；(3)适用范围广：可用于各种有机危险废弃物、工业废水及污泥的处理；(4)产物清洁，无二次污染：SCWO过程中主要的气相产物是无害化的CO2、H2O及N2，不会产生二噁英、硫氧化物、氮氧化物等二次污染，重金属也会矿化沉积在固相残渣中，实现稳定化。基于上述技术优势，SCWO技术从上世纪末至今逐渐完成了从实验室装置到中试再到商业化应用的过程。美国的GeneralAtomics、SuperWaterSolutions，法国的Innoveox，韩国的HanwhaChemical等公司纷纷建立起了工业化的超临界水氧化装置。反应器作为超临界水氧化工艺装置中的核心，对其的升级改进一直是超临界水氧化技术的研发重点，当前工业化中常用的反应器多为管式反应器，但其仍存在一些问题：(1)对于高粘物料而言，其在反应器中首先要解决的便是流动问题，为促进高粘物料在管式反应器中的顺利流动，通常需要在物料预处理过程中加入大量的水以对其稀释降低其粘度。但此方法不仅造成了大量的水资源浪费，还会降低物料的浓度及热值，使得在SCWO过程中需要额外补充热量以达到反应条件，大大增加了运营成本。(2)传统管式反应器中物料与氧化剂的混合方式同样存在缺陷。在SCWO过程中，为了保证反应充分进行，往往需要加入过量的氧化剂，氧化剂通常过量150％～300％，大量的氧化剂与物料混合后连续注入反应器中，极易造成反应器入口段的氧化剂浓度较高。一方面，过高的氧化剂浓度将导致反应器入口段的氧化倾向加剧，从而使得反应器腐蚀程度加剧。另一方面，入口处过高的氧化剂浓度将导致该处发生剧烈的氧化反应，放出大量的热量，使得反应器入口段存在局部超温的风险，对材料的稳定性造成较大的危害，同时提高了对反应器材料耐高温、耐腐蚀性能的要求，增大了反应器的投资费用，进一步降低了系统经济性。(3)当处理含氮有机物时，产生的难降解中间产物氨氮难以实现在相对温和的反应条件下与COD的协同降解，所以常常需要添加催化剂或辅助醇类助剂。当前使用的均相催化剂无法实现催化剂的二次回收利用，提高了运行成本，并且使得反应出水中的化学组分复杂，形成二次污染，而非均相颗粒状催化剂存在难以在物料中实现均匀混合的问题，且同样要对其进行回收才能再次利用。而辅助醇类助剂发生共氧化时，醇类作为一种高热值的燃料，其引入会也会引起反应器内的局部温度升高，严重影响反应器的安全性甚至破坏反应系统的平稳运行。
技术实现思路
为了克服上述现有超临界水氧化技术中管式反应器存在的缺点，尤其是用于处理高粘难降解有机废液时的技术难题，本专利技术的目的在于提供一种用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，该装置能够有效解决高粘难降解有机废液在管式反应器中的输送问题，可以防止因反应器内氧含量分布不均而造成局部过热及腐蚀加快等不利影响，能够同时辅以催化反应、共氧化反应，降低SCWO过程中的反应条件，提高污染物的去除率，提升系统的安全性、可靠性及经济性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，包括反应器外管1以及从反应器外管1前端伸入的套管2，反应器外管1前端侧面设有一个物料进口N1，中间侧面设有第一助剂注入口N2和第二助剂注入口N3，后端设有反应产物出口N4，套管2前端为氧化剂注入口N5，后端密封，套管2侧面开设有若干组小孔13；所述反应器外管1的内壁上位于第二助剂注入口N3后方设置有环形催化内衬管7，反应器外管1内位于环形催化内衬管7后方设置有填充床催化剂11，填充床催化剂11前端与套管2后端具有间距。优选地，催化内衬管7通过环形垫板18固定在主反应器中，并与定位台8之间通过紧固螺栓6的作用在反应器上进行连接并定位。优选地，所述环形催化内衬管7通过密封填料14、密封帽17对与环形垫板18之间的连接进行密封，环形垫板19通过密封填料15、密封帽16对与反应器外管1之间的连接进行密封，环形催化内衬管7能够拆卸并更换；所述填充床催化剂11前端及后端均设置有分布器10，填充床催化剂11与反应器外管1内壁面之间通过凸台进行固定。优选地，所述环形催化内衬管7的材料为钛或镍。优选地，所述环形催化内衬管7与套管2的中后部对应。优选地，所述物料进口N1通道内设置多个具有打散和整流作用的扰流子3。优选地，所述套管2套在具有输送作用的螺旋输送叶片12中，套管2的外侧与螺旋输送叶片12通过滚动轴承9进行连接。优选地，所述螺旋输送叶片12与反应器外管1内壁面之间留有间隙，螺旋输送叶片12在催化剂内衬管7附近处的直径相应缩小。优选地，在套管2外侧圆周上开设的小孔13沿螺旋输送叶片方向共有对称8个，小孔13的开孔方向与竖直方向呈一定角度斜向前。优选地，所述第一助剂注入口N2的助剂通道出口处安装第一螺旋雾化喷嘴4，第二助剂注入口N3的助剂通道出口处安装第二螺旋雾化喷嘴5，所述第一螺旋雾化喷嘴4、第二螺旋雾化喷嘴5分别与助剂通道之间通过螺纹进行连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过在物料进口通道内设置扰流子，首先对物料进行打散，并过滤掉其中的大直径固体杂质，此外，扰流子还具有整流的作用。同时，反应器内部设置有螺旋输送叶片，可以进一步保证高粘物料在反应器内的有效持续流动，防止反应器内发生堵塞。同时，还保证了高粘废液的浓度以及高热值，使其在SCWO反应过程中实现自热，避免了额外热源的使用，富余热量还可回收利用，降低了系统运行成本，提高了系统的经济性。2、本专利技术通过在反应器内部设置套管，氧化剂通过套管上不同位置处的小孔逐次并均匀地注入到反应器内，实现与高粘难降解废液的均匀混合，其分段的注入可以有效降低反应器内局部的氧化剂浓度，保证了氧化剂在反应器内不会持续冲击入口特定区域，从而降低了注氧点处的局部反应温度，有效地减轻了材料的腐蚀倾向。同时，套管上在圆周方向上的小孔与螺旋叶片平行，可有效避免小孔注出的氧气直接冲击螺旋叶片，避免对其造成腐蚀，此外，套管上的小孔与竖本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，其特征在于，包括反应器外管(1)以及从反应器外管(1)前端伸入的套管(2)，反应器外管(1)前端侧面设有一个物料进口(N1)，中间侧面设有第一助剂注入口(N2)和第二助剂注入口(N3)，后端设有反应产物出口(N4)，套管(2)前端为氧化剂注入口(N5)，后端密封，套管(2)侧面开设有若干组小孔(13)；所述反应器外管(1)的内壁上位于第二助剂注入口(N3)后方设置有环形催化内衬管(7)，反应器外管(1)内位于环形催化内衬管(7)后方设置有填充床催化剂(11)，填充床催化剂(11)前端与套管(2)后端具有间距。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，其特征在于，包括反应器外管(1)以及从反应器外管(1)前端伸入的套管(2)，反应器外管(1)前端侧面设有一个物料进口(N1)，中间侧面设有第一助剂注入口(N2)和第二助剂注入口(N3)，后端设有反应产物出口(N4)，套管(2)前端为氧化剂注入口(N5)，后端密封，套管(2)侧面开设有若干组小孔(13)；所述反应器外管(1)的内壁上位于第二助剂注入口(N3)后方设置有环形催化内衬管(7)，反应器外管(1)内位于环形催化内衬管(7)后方设置有填充床催化剂(11)，填充床催化剂(11)前端与套管(2)后端具有间距。
2.根据权利要求1所述用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述环形催化内衬管(7)通过环形垫板(18)固定在主反应器中，并与定位台(8)之间通过紧固螺栓(6)的作用在反应器上进行连接并定位；所述填充床催化剂(11)前端及后端均设置有分布器(10)，填充床催化剂(11)与反应器外管(1)内壁面之间通过凸台进行固定。
3.根据权利要求2所述用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述环形催化内衬管(7)通过密封填料(14)、密封帽(17)对与环形垫板(18)之间的连接进行密封，环形垫板(19)通过密封填料(15)、密封帽(16)对与反应器外管(1)之间的连接进行密封，环形催化内衬管(7)能够拆卸并更换。
4.根据权利要求1所述用于高粘难降解有机废液的管式超临界水氧化反应器，其特征在于，所述环形催化...
【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，李建娜，蒋卓航，李艳辉，徐甜甜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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