[发明专利]在流体反应介质中处理物质的反应器和方法

说明书

本发明涉及用于在介质中处理物质的反应器，该反应器包括密封的主体，在该主体中形成能够容纳反应介质的反应区、至少一个用于将反应介质引入到反应区的入口、至少一个用于将排出物排出反应区的出口。

本发明还包括检测反应器保护罩的完整性的缺陷的方法，反应器包括主体，保护罩位于反应器中，并与主体隔开，以形成能够容纳反应介质的反应区和使反应区与主体密封隔离的封闭区。

在处理物质特别是废料的压水方法领域，人们区分两大类用水作为反应介质的方法：湿法氧化(OVH)方法和热液氧化(OHT)方法。OVH的特征在于温度和压力条件低于水的临界条件。因此该方法在双相条件下工作，并导致比OHT得到的长一个甚至两个数量级的矿化动力学过程(cinétiques de minéralisation)。

在超临界水中进行的热液氧化方法(OHT)利用水的大于221巴和374℃的压力和温度时的特殊性质，特别是它的可以使疏水成分溶解的低介电常数、它的可以与气态成分以任何比例混合的低密度和粘度。得到的反应介质可以是有机组分和在矿化反应中起燃料和助燃剂作用的氧之间的紧密、均匀的混合物，则矿化反应可以由于介质的温度而自发启动。气体如O₂、CO₂、N₂完全可以溶解在水中以及许多烷烃中。则这些燃烧可以进行，而没有通常在低温和低压下如垃圾焚烧炉或湿法氧化方法中观察到的相间转移的限制，并导致有机基质在小于一分钟的逗留时间内完全矿化。因此OHT方法特别适用于处理需要完全破坏它们的有机基质的有机垃圾。

本发明能同时适用于统称为压水方法的OVH方法和OHT方法。但是OHT构成本发明优先使用的方法。实际上，OHT的高温和高压工作条件使它的实施更有利。

已知存在这样的方法和反应器(FR-2 814 967)。反应器包括主体，内管位于其中，内管外与主体形成环形区，内管内形成叫做孔眼的中心区。内管包括固定在主体第一端的第一端，和第二端，第二端使环形区与中心区之间存在连通通道。根据该方法，超临界介质组分，即水和氧化剂在大于22.1MPa的压力下在反应器第一端附近被引入。它们在环形区中加热到大于374℃的温度，然后与要处理的物质同时进入到内管中的反应器第二端处。加热的增压流体水/氧化剂与要处理的物质的混合物在内管的第一部分中氧化，然后在该管的第二部分中冷却。

但是此类反应器存在几个缺点。

OHT的反应外壳的材料应耐受在温度和压力下发展的腐蚀。不锈钢和镍合金是可以形成传统几何形状中的高压零件的材料，这种材料可以同时承受高温。但是，不锈钢在盐、酸或碱性废物的情况下是不适合的，因为铬的氧化物或氢氧化物形成的钝化层不稳定。在OHT方法的高压交换器中遇到的临界转变期间，氯化物和磷酸盐实际上特别表现出对钢材的侵蚀性。

在镍基合金情况下由氧化镍(NiO)形成的钝化层更稳定，条件是溶液的pH值为足够的中性。腐蚀的速度取决于反应介质中酸的形式的性质，因此观察到这些合金对酸更敏感，酸可以使腐蚀产物更容易变为溶液。镍基合金不足以适用于用OHT方法处理酸基和盐的成分变化很大的废料。

另一方面，该方法和反应器没有设置任何用于分离盐沉淀的过滤。

另外，我们(从文献[1]和专利US5582191(Li et al.))指导一种正面过滤方法，其中要过滤的流体穿过多孔烧结物。该方法中，只是通过流体注入反应器中的流量产生的涡流限制固体物质在过滤器前的聚集。因此固体物质在过滤器上聚集，这导致过滤效率降低。

最后，没有任何现有方法考虑有效回收并管理OHT反应器释放的热能。

本发明提出一种在流体反应介质中处理物质的反应器和方法，该反应器和方法克服了这些缺点。

这些目的通过下面的事实达到，反应器包括位于反应器主体内并限定反应区的保护罩，保护罩与主体隔开，形成使反应区与主体隔开的封闭区，反应区与封闭区以密封方式互相隔开。

由于该特征，反应器的主体与反应介质隔离。密封区容纳与构成反应器的材料相对的中性流体。因此反应器可以由只具有机械强度特性的钢材制成。因此反应器实现起来比较便宜。

保护罩承受的机械应力很小，因为它的每个表面承受基本相同的机械应力。因此它可以由具有良好的耐腐蚀性但机械强度小的材料形成，例如钛。在氧化条件下，钛形成在很大pH范围内稳定的氧化钛钝化层。钛和它的合金在比不锈钢合金和镍合金更大的温度范围内耐HCl腐蚀，它们另外还具有不会在排放物中析出有毒的Ni²⁺和Cr⁶⁺的优点。