[发明专利]一种超临界水氧化系统反应器的内衬管及制备方法

说明书

一种超临界水氧化系统反应器的内衬管，内衬管管壁上的孔按照平均孔径分为两层以上，逐层呈梯度分布，逐层呈梯度分布包括沿内衬管径向梯度分布或沿内衬管轴向梯度分布，沿内衬管径向梯度分布是管壁上孔的平均孔径沿内衬管径向由内层向外逐层减小；沿内衬管轴向梯度分布是管壁上孔的平均孔径沿内衬管轴向由底层向上逐层增大。有益效果为：径向多层梯度的内衬管，在较低内外压差的条件下能获得高质量的水膜，不易发生堵塞。轴向多层梯度的内衬管，内衬管上下部水膜均匀，甚至能使上层水膜更厚，满足上部超临界水的高温环境要求，保证内衬管的使用寿命。内衬管系统能耗低，安全可靠、连续运行稳定、运行成本低。

技术领域

本发明属于化工机械技术领域，尤其涉及超临界水氧化系统反应器。

背景技术

超临界水氧化系统反应器是密闭的双层容器，外层是壳体，内层是内衬管，壳体和内衬管之间存在间隙，通常称为间壁。内衬管是多孔材料制成，内衬管的平均孔径同一。间壁内通入软化水。由于内衬管多孔壁的内外存在压差，在压差的推动下，软化水通过内衬管壁的多孔间隙聚集在多孔壁内表面，形成一层保护性水膜。该水膜能够隔绝内衬管内的流体中的腐蚀性物质和无机盐与内衬管壁接触，对内衬管提供降低腐蚀和低温保护作用。另一方面，水膜在提供降低腐蚀和低温保护的同时，也会降低反应流体的温度，稀释反应流体浓度，影响反应速度和反应温度，降低反应器的处理效果。因此，水膜质量的好坏是蒸发壁式反应器发挥作用的关键因素。现有技术中内衬管的不足是：由于工业化反应器的长度通常很长，受到静水压差的影响，多孔内衬管的内壁上会出现水膜不均匀现象，上部水膜薄，下部水膜厚。而反应器的上部是氧化反应的主要区域，是高温高压的超临界水环境。剧烈的化学反应使得主流体与水膜间的对流扩散和混合作用更强烈，使水膜受到破坏，产生干壁情况，造成内衬管壁被破坏，就需更换新的内衬管。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界水氧化系统反应器的平均孔径呈梯度分布的内衬管，克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种超临界水氧化系统反应器的内衬管，内衬管是多孔材料制成，内衬管的管壁厚度是2～5mm，其特征在于；所述内衬管管壁上的孔按照平均孔径分为两层以上，逐层呈梯度分布，所述逐层呈梯度分布包括沿内衬管径向梯度分布或沿内衬管轴向梯度分布，所述沿内衬管径向梯度分布是管壁上孔的平均孔径沿内衬管径向由内层向外逐层减小；所述沿内衬管轴向梯度分布是管壁上孔的平均孔径沿内衬管轴向由底层向上逐层增大。

本发明所述一种超临界水氧化系统反应器的内衬管，其特征在于：所述管壁上孔的平均孔径沿内衬管径向由内层向外逐层减小的各层的孔径分别是：内层上的平均孔径为5～40μm，厚度为1～2mm，外层上的平均孔径是0.2～3μm，厚度是0.5～1mm，内层和外层之间的各径向中层的平均孔径为2～10μm，各层的平均孔隙率均为10％～35％；所述管壁上孔的平均孔径沿内衬管轴向由底层向上逐层增大的各层的孔径分别是：底层上的平均孔径为0.2～3μm，顶层上的平均孔径是5～40μm，底层和顶层之间的各轴向中层的平均孔径为2～10μm，各层上平均孔隙率为10％～35％，各层的厚度满足以下公式：

△P_竖直∶△P_径向＝1∶10～20

其中

△P_竖直是内衬管竖直方向上水柱的静液柱压差，

ΔP_竖直＝ρgΔH

式中，ρ是流体密度，g是重力加速度，△H是静液柱高度差，

△P_径向是内衬管径向渗透压降，径向渗透压降满足达西定律，

式中，α是粘度系数，β是惯性系数，s是多孔管厚度，μ是动力粘度，V是流体体积流量，A是流体流通面积，ρ是流体密度。