一種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化工設備技術領域，具體涉及一種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置。
【背景技術】
[0002]超臨界水氧化(SCWO)是一種新型的用來處理高難度有機廢水的技術。水在超臨界點(374°C，22.1MPa)之上具有的諸多特殊性質，比如水的離子積常數(shù)和密度以及粘度急劇降低，擴散性提高，導致超臨界水對有機物和氣體具有極高的溶解度，有機物幾乎可以在超臨界水中完全溶解。因此，利用超臨界水的這一特殊性質，可以將其作為有機物的氧化反應的反應介質。
[0003]超臨界水氧化反應是一種理想的有機廢水氧化處理技術，通過氧化反應，難降解的有機物分解為COdPN2以及可溶性的鹽，可以達標排放。該技術具有以下三個特點:
[0004]1、發(fā)生的是均相反應，反應速度極快，幾乎在幾秒到幾十秒內(nèi)即可完成整個反應；
[0005]2、反應徹底，而且不會產(chǎn)生二次污染物；
[0006]3、氧化反應為放熱反應，在一定的條件下該反應可以實現(xiàn)自熱，有效解決能源。
[0007]SCWO技術從19世紀80年代發(fā)展至今，已經(jīng)完成了從小試到中試再到工業(yè)化應用的過程。目前世界上在運行的工業(yè)化超臨界水氧化處理高濃有機廢水的公司有美國的General Atomics、Foster Wheeler，韓國的Hanwha Chemical，日本的MODAR等，我國的第一套工業(yè)化裝置也已經(jīng)落成在江蘇省張家港市，日處理高含鹽有機廢水loot。
[0008]反應器無疑是整個超臨界水氧化裝置的核心，由于工業(yè)化裝置的日處理量大的特點以及氧化反應的特點，一般都采用管式結構的反應器。對于管式反應器，入口段存在物料和氧氣混合的過程。傳統(tǒng)的混合形式是在管式反應器的入口段設置一個混合器，主物料和氧氣分別通過兩個管道輸送進混合器進行混合后再進入主管路?；蛘邲]有混合器，直接將物料和氧氣直接通過兩個管道輸送進入管式反應器，通過湍流作用自行混合。
[0009]然而管式反應器的傳統(tǒng)的混合方式應用在超臨界水氧化反應上有一定的缺陷。首先，為了保證反應充分進行，一般取氧氣過量系數(shù)為1.5-3，大量的氧氣連續(xù)地注入反應器，造成在注入段的氧氣濃度較高。根據(jù)腐蝕動力學，在含氧量較高的區(qū)域，材料的氧化傾向明顯加劇，從而材料的腐蝕程度加劇。其次，氧化反應是劇烈的放熱反應，在氧氣濃度較高的入口段，有機物迅速被氧化，放出大量的熱。因此在反應器的入口管段有局部超溫的風險，對材料的持久性和穩(wěn)定性有較大的影響。最后，在超臨界水氧化反應過程中，有機物中的C、N元素轉變成C02、NdPNH3，含有的雜原子如S、C1元素轉變成相應的鹽，這些鹽在高溫、高壓的超臨界水中幾乎不溶解，鹽沉積問題一直是困擾此技術發(fā)展的一大障礙。為了防止在管式反應器內(nèi)的鹽沉積，物料在管內(nèi)的流速一般能達到每秒數(shù)米，在如此高的流速中如果氧氣和物料混合不均勻，會造成反應沒有充分發(fā)生的情況下物料就流出了反應器，造成氧氣的浪費，降低系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置，該裝置能夠防止反應器局部超溫，有效緩解材料表面氧化，提高材料的使用壽命，同時能夠提高反應效率。
[0011]本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0012]—種用于超臨界水氧化反應管式反應器的多點注氧、分段混合裝置，管式反應器包括若干反應主管，且反應主管上開設有主物料入口，在管式反應器的若干個反應主管上均設置一個氧氣注入口，在每個氧氣注入口處均設有能夠伸入反應主管內(nèi)的芯管，且在芯管上開設有若干組用于擴散氧氣的小孔。
[0013]芯管上還套設有若干具有攪拌和支撐作用的螺旋部件。
[0014]螺旋部件頂端與反應主管內(nèi)壁貼合。
[0015]螺旋部件由316不銹鋼制成。
[0016]每組小孔在芯管圓周上對稱分布6個或8個。
[0017]小孔的開孔方向為與豎直方向夾角60°斜向前。
[0018]在每個氧氣注入口的管路上還設有流量調節(jié)閥、壓力監(jiān)測表和流量監(jiān)測表。
[0019]芯管伸入反應主管內(nèi)的末端封堵，芯管通過法蘭連接內(nèi)套于反應主管中，芯管由鎳基合金制成。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果:
[0021]本發(fā)明為了保證氧氣在管道內(nèi)不會持續(xù)沖擊某一單獨區(qū)域，保證氧氣與物料充分混合，氧氣分多路從管式反應器的前幾個管段進入，采用內(nèi)部套管的方法，在反應主管內(nèi)部設置芯管，且芯管上開孔，氧氣進入形式是通過芯管上開設的小孔注入，因此能夠有效降低管道局部的氧氣濃度，從而降低了局部反應程度，有效防止反應器局部超溫。降低了局部氧濃度還可以有效緩解材料表面的氧化，提高材料的使用壽命，通過這種設置，可以做到氧氣的均勻注入，減輕材料的腐蝕傾向，提高管式反應器的安全性和使用壽命。
[0022]進一步地，考慮有些情況下，芯管的長度會設計的較長，套在反應主管內(nèi)部無法固定，因此在芯管上還設置了同時具有固定和混合作用的螺旋部件。該螺旋部件具有類似SK型靜態(tài)混合器的螺旋結構，中心部分不連續(xù)，做成一個圓環(huán)結構套在芯管的外部，螺旋部件的頂端剛好與反應主管的內(nèi)壁貼合，有支撐芯管的作用。芯管上的小孔和螺旋部件的設計有助于氧氣的均勻擴散和充分混合，保證氧氣和物料充分、均勻地混合。
[0023]進一步地，在每個氧氣注入口處還設有流量調節(jié)閥、壓力監(jiān)測裝置和流量監(jiān)測裝置，可以實現(xiàn)遠程控制，因此注入的氧氣流量由閥門控制，保證每個注氧管路的氧氣濃度是可調節(jié)的，從而可以通過理論分析和實驗的方法優(yōu)化每個管路的氧氣注入量，優(yōu)化反應路線，提尚反應效率。
[0024]進一步地，在芯管的長直管段上開幾組小孔，每一組小孔在圓周上對稱開6個或8個小孔，使得氧氣從這些小孔在多個方向擴散進入外管空間。小孔的數(shù)量