[发明专利]控制氧化反应区域的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保领域中控制氧化反应区域的装置，特别是，涉及一种利用超临界水氧化原理处理污水、污泥等污染物控制氧化反应区域的装置、以及利用该装置控制氧化反应区域的方法。

背景技术

超临界水(supercritical water)，是指当压力和温度达到一定值时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好相同时的水。此时，水的液体和气体便没有区别，完全交融在一起，成为一种新的呈现高压高温状态的水。一般地，超临界水存在于温度为374℃以上、压力为22.1MPa以上的环境条件下。超临界水具有特殊的物理化学性质，如：比热容大、传热系数高、扩散系数大、粘度低、介电常数小、电离常数小、密度小且随压力改变、与油等有机物和气体完全互溶等。超临界水具有极强的氧化能力，如果将需要处理的物质放入超临界水中，充入氧或过氧化氢，这种物质就会被氧化和水解。

亚临界水(subcritical water)，是指水在温度高于其沸点但低于临界温度，以流体形式且压力低于其临界压力的存在状态。当温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度叫临界温度。在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫临界压力。将水加热至沸点以上，临界温度以下，并控制系统压力使水保持为液态，这种状态的水被称为亚临界水。

由于水是最常见的溶剂，无毒、廉价、容易获得，且例如工厂排放的废水(例如造纸厂排出的黑液)、污水处理厂产生的污泥等许多待处理的污染物本身就含有水，后续处理简单。因此，超临界水氧化(SCWO)技术已广泛应用于环保、化工、煤气化、核电和火电、新材料合成等多种领域中，用于处理污水、污泥等污染物。在超临界水氧化技术中，利用超临界水的特性，在温度、压力高于水的临界温度和压力的条件下，以超临界水作为反应介质，水中的有机物与氧化剂发生强烈的氧化反应，最后彻底氧化成CO₂、N₂、H₂O以及盐类等无毒小分子化合物。另外，在超临界情况下，使发生在液相或固相的有机物和气相O₂之间的多相反应转化为在超临界水中的均相反应。

例如，在授权公开号为CN2685327Y的中国实用新型专利中，提出了一种黑液超临界水氧化装置，包括换热器、挤压泵、反应器、增压缸等。在公开号为CN101066828A的中国专利申请中，提出了一种利用超临界水氧化技术处理含油污泥的方法。在公开号为CN1211540A的中国专利申请中，提出了一种超临界水氧化处理废水工艺。但是，这些超临界水氧化处理废水工艺存在以下缺点：

1、加氧处附近局部温度过高，对材料的要求较高，增加了设备制造成本，设备制造困难；

2、为了促进氧化反应，可以加入催化剂，但会存在催化剂回收的难题。

上述问题是超临界水氧化技术工业化发展的重要障碍。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种控制氧化反应区域的装置，特别是提供一种超临界水氧化处理污染物的装置，通过将加氧位置和催化剂的位置集中在一个区域，而将高温下剧烈的超临界水氧化反应控制在此区域内，并且采用了固定催化剂的方式，避免了催化剂回收的问题。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种控制氧化反应区域的装置，包括：壳体，内部形成腔室；涂覆在所述壳体内壁上的耐温涂层；原料入口，设置在所述腔室的第一端壁上，并被构造成将包括有机物和亚临界水、或者有机物和超临界水的原料输送到所述腔室；至少一个氧化剂入口，设置在所述第一端壁的所述原料入口附近，并被构造成向所述腔室输送氧化剂；催化反应装置，通过支撑装置安装在所述腔室内，用以催化所述原料与氧化剂发生的氧化反应，形成反应后混合物；以及出料口，设置在所述壳体的与所述第一端壁相对的第二端壁上，并被构造成将所述反应后混合物排出所述壳体。

在上述控制氧化反应区域的装置中，所述原料入口的末端的内径从所述壳体的外部到内部逐渐缩小，从而使所述末端的内壁与所述原料入口的轴线之间形成夹角β，所述夹角β为5-60°。

在上述控制氧化反应区域的装置中，所述氧化剂入口的轴线与所述原料入口的轴线之间的夹角α为5-65°。