[发明专利]超临界水氧化反应器用改性蒸发壁的制备方法

说明书

本发明提供一种超临界水氧化反应器用蒸发壁的制备方法，包括以下步骤：步骤一、根据反应器蒸发壁内表面的水膜流动速度代入公式I和公式II，计算相应的黏附力γ_lvw(θ_adv‑θ_rec)；步骤二、将金属多孔板进行清洗，作为蒸发壁基体；步骤三、将蒸发壁基体放入酸中进行酸蚀；根据步骤一中得到的黏附力理论值，调整酸蚀反应的反应时间和反应温度；步骤四、将步骤三中酸蚀反应后的蒸发壁基体使用去离子水冲洗后，放入烘箱干燥；步骤五、将步骤四中清洗和干燥后的蒸发壁基体在高温烧结炉中进行烧结，得到表面有微纳粗糙形貌的改性蒸发壁；公式I为：ma＝F＝mg‑γ_lvw(θ_adv‑θ_rec)公式II为：本发明可维持蒸发壁内表面水膜的完整性和稳定性，使蒸发壁式反应器更耐腐蚀，延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及超临界水氧化蒸发壁式反应器技术领域，尤其是涉及一种超临界水氧化反应器用改性蒸发壁的制备方法。

背景技术

超临界水氧化(SCWO)技术是由Modell等人于20世纪80年代中期提出的一种高效率、处理彻底且没有二次污染的有机物深度氧化技术。该技术在高温高压下(通常反应温度400℃-600℃，反应压力25MPa-40MPa)，以超临界水为媒介，空气、氧气等氧化剂对有机物深度氧化分解，广泛应用于化工、冶金、印染、造纸、医药、石油和食品等行业。在处理军用毒害物质如化学武器、火箭固体燃料物质、爆炸物质和放射性物质等方面,具有巨大的应用前景。

蒸发壁式反应器能同时解决超临界水氧化过程中面临的腐蚀和盐沉积两大难题，成为目前实际应用中首选的反应器类型。蒸发壁作为蒸发壁式反应器最核心的部件，主要由烧结丝网、粉末冶金多孔材料等制成，间壁水(通常为蒸馏水)自外向内渗入其内表面形成的保护性水膜能够隔绝主流体中的腐蚀性物质和无机盐，可以对蒸发壁提供必要的低温保护，并且溶解、稀释和冲刷多孔蒸发壁附近的腐蚀性物质和无机盐，降低壁面的腐蚀速率，防止盐颗粒沉积在蒸发壁表面。因此，水膜质量的好坏直接影响着蒸发壁的使用寿命，也是影响蒸发壁式反应器使用性能的关键因素。

超临界水氧化蒸发壁式反应器的上部为氧化反应的主要部分，处于剧烈化学反应区域和高温高压的超临界环境，主流体与水膜间的对流扩散和混合作用异常强烈，使得蒸发壁上部的水膜持续性被破坏；且水膜在自重作用下瞬间向下流走，蒸发壁上部水膜完整性难以维持，致使蒸发壁上部未被水膜保护的壁面容易被灼烧或腐蚀。

针对上述问题，现有的处理方法中，马春元等的专利申请(公开号CN101164912A)公开一种“环形进水口和挡水环”结构，但在每个局部分区内的水膜仍然不均匀；王冰等的专利申请(公开号CN 107385261A)制备了平均孔径2～10μm、孔隙率10％～35％的多孔蒸发壁有利于形成完整的水膜，却无法减缓水膜瞬间流走的速度，对维持水膜完整性没有显著改善。徐东海等的专利申请(公开号CN 109133317A)通过调节蒸发强度、有机原料的浓度、有机原料的预热温度、蒸发水进口温度、各支路蒸发壁水流量比例实现对水膜厚度的调节，但该方法大大增加了反应器操作的复杂度和难度，且需要在反应器内设置可耐受苛刻条件的高精度、高灵敏度检测设备，难以适用于工业化应用。总之，现有的蒸发壁改进方法仅局限于挡水部件或调节工艺参数，但上述方法不仅设备和操作工艺十分复杂，还无法改变局部水膜不完整不稳定的状态，难以适用于工业化应用。

因此，改性蒸发壁的表面性能对维持水膜完整性以及进一步提升蒸发壁反应器的使用性能至关重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超临界水氧化反应器用改性蒸发壁的制备方法，不增加反应器操作的复杂度和难度的前提下可维持蒸发壁内表面水膜的完整性和稳定性，使蒸发壁式反应器更耐腐蚀，延长其使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超临界水氧化反应器用蒸发壁的制备方法，包括以下步骤：