高压釜反应器及用于测量污染物水热氧化体系的电化学装置的制作方法

本实用新型涉及一种高压釜反应器及用于测量污染物水热氧化体系的电化学装置，尤其涉及在污染物水热氧化时对于装备材料抗腐蚀性能监测和新型抗腐蚀材料设计的相关电化学测量技术，属于环境装备领域。

背景技术：

污染物水热氧化技术具有反应速度快、氧化分解彻底，无二次污染等明显优势，一直受到科研工作者和工程技术专家的广泛关注和重视。然而，随着该技术的规模化试运行，以及人们针对于有机污染物降解效率、反应过程、设备装置、成本效益等方面研究的深入，问题也随之产生。目前，制约该技术工业化规模应用的关键技术问题之一主要是设备材料长时间运行于高温高压、强氧化性、强酸性、水热体系、以及成分复杂的废料环境条件下，极易遭受严重的腐蚀并失效。

虽然国内外科学家们针对于水热氧化体系中材料的腐蚀问题已经开展了较为广泛和深入的研究，但简单、可行、高效且具有应用前景的防腐蚀技术仍然缺乏。原因在于材料在污染物水热氧化系统中的腐蚀过程受多种因素控制，异常复杂。而目前大多数研究者通过模拟腐蚀环境的方法进行材料腐蚀试验，如用含杂原子的有机物或直接用无机酸作为腐蚀介质。显然，这些实验结果只能部分反映水热条件下的腐蚀情况，难以表现实际运行效果以及多种腐蚀成因的协同作用。

鉴于上述水热氧化系统防腐蚀材料和技术开发的重要性及其目前所面临的种种困境，本实用新型的目的在于提供一种高压釜反应器及用于测量污染物水热氧化体系的电化学装置，可针对于污染物水热氧化这一实际体系开展防腐蚀材料的设计和防腐蚀技术的研发，以深入了解材料在水热氧化条件下的损伤行为和机制，检测材料的损伤状态，为污染物水热氧化设备的研发提供防腐蚀技术数据，推动污染物水热氧化技术的应用转化。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种高压釜反应器及用于测量污染物水热氧化体系的电化学装置，可用于污染物水热氧化时对于装备材料抗腐蚀性能监测和新型抗腐蚀材料设计的相关电化学测量，以解决现有技术在使用时存在的不能在温度、压力较高的实际污染物水热氧化环境中进行腐蚀电化学测试的问题。

本实用新型的技术方案是：一种高压釜反应器，包括釜体和釜盖，所述釜体包括外套层和设置于外套层内的内衬层，所述外套层的材质为镍基合金，所述内衬层的材质为陶瓷，在所述外套层外紧套有加热套，用于加热所述釜体，所述外套层和内衬层的顶部与所述釜盖底部之间设有低导热层，在所述釜盖上设有电极引出孔、物料进口和物料出口，所述电极引出孔内设有电极，所述电极的第一端位于釜体内，而第二端穿过电极引出孔并通过引线导出至常温常压区。

还包括温控单元，所述温控单元包括热电偶和温控器，其中热电偶穿过所述釜盖用于测量釜体内的温度，温控器与热电偶和加热套电气连接，用于控制加热套的工作。

所述电极引出孔为3个，分别用于安装工作电极、辅助电极和参比电极。

所述工作电极、辅助电极和参比电极均为丝状电极，其外表面包裹一层玻璃态无机非金属材料，丝状电极的底端露出。

所述电极和电极引出孔之间通过无机密封材料密封，并使电极和电极引出孔绝缘。

所述低导热层的材质为硅化物、陶瓷或硅酸钛。

所述物料进口上设有进口阀门，所述物料出口上设有出口阀门。

本实用新型还提供一种用于测量污染物水热氧化体系的电化学装置，包括：

流体计量泵送装置，用于将配制好的污染物、水和氧化剂的混合物泵入流体加热装置；

流体加热装置，用于对所述混合物加热；

所述的高压釜反应器，其物料进口与所述流体加热装置的输出口连接；

流体输出装置，包括背压系统和减压系统，所述背压系统和减压系统依次安装在所述高压釜反应器的物料出口上，通过设置背压系统的压力，使高压釜反应器内部超过该压力的多余物料通过减压系统减压后自动导出高压釜反应器。

所述流体计量泵送装置为高压计量泵。

所述流体加热装置为管式电加热装置。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中的高压釜反应器的釜体由镍基合金外套并内衬陶瓷制成，避免了全部采用镍基合金制作高压釜体时由于釜体材料与污染物水热氧化体系之间的相互作用对所进行的电化学测量的影响，使测量结果更为准确。

2、本实用新型中所涉及的电极，即工作电极、辅助电极、参比电极在高压釜体内部均被玻璃态无机材料包裹着，以避免电极材料周围与污染物水热氧化体系之间的相互作用，使电化学测量时电极材料与水热体系相互作用的面积更为可控。

3、本实用新型中高压釜体与釜盖连接密封时由一较低导热系数的低导热层隔开，使高压釜体的高温难以通过镍基合金外壳向釜盖传递，不但减少了高压釜体的热量损失，同时使得高压釜盖的温度不至于太高，有利于高压釜盖上各个接口的密封。

4、本实用新型中所涉及的工作电极、辅助电极、参比电极均被置于多功能高压釜体内部，使电化学测量的相对性更为突出，不但使得体系更为简单适用，而且有利于同一条件下不同材料以及不同防腐蚀技术的腐蚀电化学性能的比较研究。

5、本实用新型通过对流体计量泵送装置的调控，使得工作电极、辅助电极、参比电极既可以同时处于流动的污染物水热氧化体系中，也可以同时处于静止的污染物水热氧化体系中，即可以分别进行流动体系和静止体系中的材料腐蚀电化学测量，更符合污染物水热氧化设备装置的实际运行条件，针对性更强，所获得的数据对于防腐蚀水热氧化装置的设计更为有利。

总之，本实用新型与现有各种用于高压水热体系的电化学装置相比，其结构简单，性能稳定，测量结果可信度高，实用性强，尤其可广泛用于材料在较宽温压范围（常温-500℃、常压-30 MPa）的污染物水热氧化体系中的腐蚀电化学测量，并且可以获得流动和静止两种条件下的材料腐蚀电化学数据，测量结果更接近实际情况，更具说服力。

附图说明

图1为高压釜反应器的剖面图；

图2为高压釜反应器的俯视图；

图3为电化学装置的结构示意图；

附图中：1物料进口，2进口阀门，3无机密封材料，4工作电极，5辅助电极，6玻璃态无机非金属材料，7内衬层，8外套层，9加热套，10参比电极，11低导热层，12釜盖，13垫圈，14螺母，15螺栓，16出口阀门，17物料出口，18热电偶，19电极引线。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对实用新型进行进一步介绍：

根据本实用新型一种高压釜反应器，包括釜体和釜盖12，釜体是污染物水热氧化体系与电极体系相互作用以进行电化学测量的场所，相当于电解池的作用，釜体和釜盖12采用常规的连接方式，例如螺栓15连接。在一个例子中，釜体和釜盖12之间通过8颗螺栓15及螺母14进行连接和密封，其中螺栓15穿过釜盖12连接在釜体中，在螺栓15上部通过螺母14及垫圈13实现釜盖12与釜体的紧固连接。

釜体包括外套层8和设置于外套层8内的内衬层7，其中外套层8的材质为镍基合金，内衬层7的材质为陶瓷，在外套层8外紧套有加热套9，用于加热所述釜体。优选地，加热套9为电加热器

在外套层8和内衬层7的顶部与釜盖12底部之间设有低导热层11，低导热层11的材质为硅化物、陶瓷、硅酸钛等。以减小由釜体向釜盖12的热量传递，避免釜盖12温度过高而不利于各个接口的密封。

在釜盖12上设有电极引出孔、物料进口1和物料出口17，其中物料进口1和物料出口17分别用于将污染物水热氧化流体导入和导出高压釜体，而电极引出孔用于安装电极，电极的数量根据实际需要进行安装。在一个例子中，电极引出孔为3个，分别用于安装工作电极4、辅助电极5和参比电极10，各电极的第一端位于釜体内，而第二端穿过电极引出孔并通过引线导出至常温常压区，与同处于常温压区的电化学工作站相应电极连接，以开展污染物水热氧化条件下的电化学测量。通过该电化学工作站，可以采用多种电化学方法对污染物水热氧化体系中的材料进行腐蚀电化学测量，如稳态极化测试、塔菲尔测试、伏安测试、交流阻抗测试、阶跃测试等。

在一个例子中，物料进口1上设有进口阀门2，物料出口17上设有出口阀门16。

优选地，电极为丝状电极。在一个例子中，工作电极4、辅助电极5和参比电极10均为丝状电极，其外表面包裹一层玻璃态无机非金属材料6，丝状电极的底端露出。该玻璃态无机非金属材料6的作用在于将电极周围进行密封，使其与水热体系隔离，而仅仅将电极底端露出，以进行污染物水热氧化体系中各种电化学测试。在一个例子中，玻璃态无机非金属材料6为氧化钡-氧化钙-氧化铝-氧化硅，氧化镁-氧化钙-氧化铝-氧化硅，氧化钙-氧化铝-氧化硅等。

电极和电极引出孔之间通过无机非金属密封材料密封，并使电极和电极引出孔绝缘。具体地，工作电极4、辅助电极5、参比电极10通过釜盖12的电极引出孔由高压釜体内部导出至常温压区的外部时，通过无机非金属密封材料进行密封，并使电极与导出孔绝缘。在一个例子中，将处于污染物水热氧化体系中的三个电极连接到处于常温压区的电化学工作站相应电极的电极引线19为一定直径的贵金属丝。

优选地，在高压釜反应器上安装有温控单元，温控单元包括热电偶18和温控器，其中热电偶18穿过所述釜盖12用于测量釜体内的温度，温控器分别与热电偶18和加热套9电气连接，用于控制加热套9的工作。如此可通过热电偶18检测釜体内的温度，进而反馈给温控器，再由温控器控制加热套9的工作，以实现对高压釜反应器釜体内的温度调控。加热套9优选电加热器，也可为任何已知的便于套在釜体上进行加热的加热器。

根据本实用新型一种用于测量污染物水热氧化体系的电化学装置，包括：流体计量泵送装置、流体加热装置、高压釜反应器和流体输出装置，其中，流体计量泵送装置用于将配制好的污染物、水和氧化剂的混合物泵入流体加热装置，流体加热装置用于对所述混合物加热，用于将污染物、水、氧化剂的混合物进行加热，使其形成污染物水热氧化体系，高压釜反应器用于提供所述混合物的水热氧化，其物料进口1与流体加热装置的输出口连接，流体输出装置包括背压系统和减压系统，背压系统和减压系统依次安装在所述高压釜反应器的物料出口17上，通过设置背压系统的压力，使高压釜反应器内部超过该压力的多余物料通过减压系统减压后自动导出高压釜反应器。

优选地，流体计量泵送装置为高压计量泵，流体加热装置为一与高压釜反应器物料进口1相连接的管式电加热装置，其另一端口与高压计量泵的出口连通，所述背压系统和减压系统均为现有常规系统，背压系统主要由背压阀组成，而减压系统主要由减压阀组成。

在一个例子中，流体计量泵送装置在输送时，其输送速率范围为1-20毫升/分钟。通过调控流体计量泵送装置的输送速率，可以使工作电极4、辅助电极5、参比电极10同时处于不同流速的污染物水热氧化体系中，测量材料在流动的污染物水热氧化条件下的腐蚀电化学数据。

在一个例子中，关闭出口阀门16，并在一定量的污染物水热氧化流体进入高压釜反应器釜体内部后，关闭流体计量泵送装置，可以使工作电极4、辅助电极5、参比电极10同时处于静止的污染物水热氧化体系中，测量材料在静止的污染物水热氧化条件下的腐蚀电化学数据。

根据本实用新型一种电化学装置进行污染物水热氧化条件下的电化学测量的方法，包括以下步骤：

（1）电化学测量系统装配

第一步：利用玻璃态无机非金属材料6对丝状的工作电极4、辅助电极5、参比电极10外表面进行包裹，使电极周围与所处的水热氧化体系隔离开，而通过一定粒径的砂布将电极端面进行打磨，获得具有一定表面积的电极表面，该表面与污染物水热氧化体系直接接触，是发生电化学反应的主要区域。

第二步：电极制作好后，通过无机密封材料3将其导出至高压釜体外部，该无机密封材料3既起到密封的作用，又使电极与釜盖12通过该绝缘材料而绝缘。工作电极4、辅助电极5、参比电极10被按照一定的要求固定在釜盖12上，待釜盖12与釜体连接密封后，也就自然地被置于高压釜体内部了。

第三步：将高压釜体和釜盖12通过螺栓15、螺母14及垫片连接起来，使工作电极4、辅助电极5和参比电极10被同时置于高压釜体内部，并将其外部引线与处于常温压区的电化学工作站相应电极连接起来。

（2）污染物水热氧化条件下的电化学测量

第一步：将污染物、水、氧化剂按照一定的质量比例配制成混合流体，其中氧化剂是常规的氧化剂，如双氧水，其配制比例通常为双氧水质量含量30%。

第二步：开启流体加热装置，待其温度达到设定温度后保持恒定。

第三步：将配制好的污染物、水、氧化剂的混合物通过流体计量泵送装置打入流体加热装置，使其经由流体加热装置后，通过置于多功能高压釜盖12上的物料进口1导入高压釜体内部。

第四步：开启高压釜反应器的加热和温控单元，待其温度达到设定温度后保持恒定。

第五步：设置流体输出装置的背压阀压力，使超过该压力的多余的流体通过减压阀减压后导出高压釜体，以保证高压釜体内部的电极与污染物水热氧化体系始终处于相同压力和温度条件下。

第六步：电化学测量。

流动体系：在污染物水热氧化流体进入高压釜体内部后，超过背压阀压力的多余流体通过减压阀减压后导出高压釜体，使高压釜体内部保持流体的进出达到动态平衡，且在温度和压力稳定后，通过电化学工作站对材料在流动的污染物水热氧化体系中的腐蚀电化学性能进行测试。

静止体系：关闭流体输出装置的物料导出阀门，并在污染物水热氧化流体进入高压釜体内部并达到一定的量后，关闭流体计量泵送装置及高压釜盖12上的物料导入阀门，使高压釜体内部的污染物水热氧化体系的温度和压力达到稳定，然后通过电化学工作站对材料在静止的污染物水热氧化体系中的腐蚀电化学性能进行测试。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。