CN107899532B - 一种超临界水氧化喷嘴及超临界水氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超临界水氧化技术领域，尤其涉及一种超临界水氧化喷嘴及超临界水氧化反应器。能够提高待反应原料与氧气的混合效果，从而能够提高所述超临界水氧化反应的彻底性，加快反应速度。本发明实施例提供一种超临界水氧化喷嘴，包括：喷嘴本体，所述喷嘴本体包括同轴设置的氧气通道和原料通道，所述氧气通道位于在所述原料通道的内侧；其中，所述原料通道内设有分别与所述原料通道的原料入口和原料出口连通的第一螺旋状通道，所述第一螺旋状通道的螺距沿原料在所述第一螺旋状通道内的行进方向渐缩。本发明实施例应用于超临界水氧化反应。

Description

一种超临界水氧化喷嘴及超临界水氧化反应器

技术领域

本发明涉及超临界水氧化技术领域，尤其涉及一种超临界水氧化喷嘴及超临界水氧化反应器。

背景技术

所谓超临界水，是指当气压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。即当水处于其临界点(374.3℃，22.05MPa)的高温高压状态时被称为超临界水(Supercritical Water，简称SCW)，在此条件下水具有许多独特的性质。如烃类等非极性有机物与极性有机物一样可完全与超临界水互溶，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳等气体也都能以任意比例溶于超临界水中，无机物尤其是盐类在超临界水中的溶解度很小。超临界水还具有很好的传质、传热性质。这些特性使得超临界水成为一种优良的反应介质。

超临界水氧化技术是利用超临界水作为介质，将含有有机物的物料用氧气分解为水和二氧化碳等小分子化合物的技术，由于超临界水与有机物和气体具有良好的互溶性，因此，有机物能够在富氧的均一相中发生氧化反应，反应不存在需要相间转移而产生的限制，并且，反应较为彻底，反应产物清洁、无污染，有利于环境保护。

目前，超临界水氧化技术已经应用于污泥、印染、制药、农药和军工等多个领域，由于超临界水氧化反应的条件为高温高压，因此，超临界水氧化反应器中各个部件的设置均会对超临界水氧化反应的稳定性和彻底性产生影响。其中，反应器喷嘴用于将待反应原料和氧气喷射入超临界水氧化反应器中进行混合，被喷射入所述超临界水反应器中的待反应原料和氧气的混合效果直接影响着反应的彻底性以及反应的快慢程度。

因此，寻求一种能够提高待反应原料和氧气的混合效果的反应器喷嘴显得尤为重要。

发明内容

本发明的实施例提供一种超临界水氧化喷嘴及超临界水氧化反应器，能够提高待反应原料与氧气的混合效果，从而能够提高所述超临界水氧化反应的彻底性，加快反应速度。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种超临界水氧化喷嘴，包括：

同轴设置的氧气通道和原料通道，所述氧气通道位于在所述原料通道的内侧；

其中，所述原料通道内设有分别与原料入口和原料出口连通的第一螺旋状通道，所述第一螺旋状通道的螺距沿原料在所述第一螺旋状通道内的行进方向渐缩。

可选的，所述第一螺旋状通道的出口螺距为进口螺距的1/3。

可选的，所述原料通道对应所述原料入口的位置设有空间扩大段。

可选的，所述超临界水氧化喷嘴的外侧还设有激冷装置，所述激冷装置用于向超临界水氧化反应器内通入激冷物。

可选的，所述激冷装置为包覆在所述超临界水氧化喷嘴外侧的激冷夹层，所述激冷夹层上开设有喷淋孔。

可选的，所述喷淋孔沿所述原料出口的周向均匀分布于所述激冷夹层上。

可选的，所述超临界氧化喷嘴和所述激冷装置之间还设有冷却盘管，所述冷却盘管用于对所述超临界氧化喷嘴进行冷却。

可选的，所述原料出口的喷射角小于所述氧气通道的氧气出口喷射角。

第二方面，本发明实施例提供一种超临界水氧化反应器，包括：

反应器本体，以及安装在所述反应器本体顶部的如上所述的超临界氧化喷嘴。

可选的，所述反应器本体包括外壁、内筒，以及设置在所述内筒和外壁之间的隔壁；

其中，所述内筒环绕的区域为反应区，所述外壁的底部设有排渣口，所述反应区和所述排渣口之间的区域为激冷区，所述内筒和所述隔壁围合成与所述反应区连通的第一换热夹层，所述隔壁和所述外壁围合成与所述激冷区连通的第二换热夹层；

所述第一换热夹层上开设有产物出口，所述第一换热夹层中设置有换热盘管，所述换热盘管的外壁与所述第一换热夹层的内壁形成分别与所述产物出口和所述反应区连通的产物通道；

所述换热盘管用于通入第一换热介质，对所述内筒和进入所述产物通道内的产物进行换热，所述第二换热夹层用于通入第二换热介质，对所述外壁进行换热。

可选的，所述换热盘管由螺旋盘绕在所述内筒上的折流板和所述内筒的外壁围合而成。

可选的，所述折流板的截面为半圆形。

可选的，所述隔壁的上下两端开口的筒状结构，且所述隔壁的上端分别与所述内筒的侧壁和所述外壁的侧壁连接，与所述内筒的顶部和所述外壁的顶部围合成顶部换热区域，并与所述内筒的侧壁围合成下端开口的第一换热夹层，与所述外壁的侧壁围合成下端开口的第二换热夹层。

可选的，所述第二换热夹层从上到下包括对应所述反应区的至少两个独立的第一换热区域和对应所述激冷区的一个独立的第二换热区域；

其中，所述第二换热区域的上部设有进液口，所述第二换热夹层的下端开口为所述第二换热区域的出液口。

可选的，各个所述第一换热区域与所述顶部换热区域从下到上依次串联连通为一条换热介质通道。

可选的，各个所述第一换热区域与所述顶部换热区域按照从下到上依次间隔串联的方式连通为至少两条独立的换热介质通道。

可选的，各个所述第一换热区域与所述顶部换热区域分别通过下部进液口和上部出液口串联连通。

可选的，所述第二换热区域内设置有分别与所述第二换热区域的进液口和出液口连通的第二螺旋状通道。

可选的，所述第二换热区域的出液口的出液方向为斜向下。

可选的，所述第二换热区域的出液口的出液方向与水平面之间的夹角为15-45度。

本发明实施例提供一种超临界水氧化喷嘴及超临界水氧化反应器，通过在所述原料通道内设置分别与所述原料入口和原料出口连通的第一螺旋状通道，因此，当待反应原料通过所述原料入口进入所述原料通道中之后，所述待反应原料可沿所述第一螺旋状通道经所述原料出口喷射入超临界水氧化反应器中，并且，由于所述第一螺旋状通道的螺距沿原料在所述第一螺旋状通道内的行进方向渐缩，因此，所述待反应原料在所述第一螺旋状通道内的流速逐渐增大，并在所述原料出口处的流速达到最大，从而能够提高所述待反应原料在所述超临界水氧化反应器中的雾化效果，提高所述待反应原料与氧气的混合效果，从而提高所述超临界水氧化反应的彻底性，加快反应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种超临界水氧化喷嘴的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于图1的A-A’方向的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种超临界水氧化反应器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种超临界水氧化反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本专利申请实施例中的附图，对本专利申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利申请保护的范围。

在本专利申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利申请的限制。在本专利申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

第一方面，本发明实施例提供一种超临界水氧化喷嘴，参见图1，包括：

喷嘴本体1，所述喷嘴本体1包括同轴设置的氧气通道11和原料通道12，所述氧气通道11位于在所述原料通道12的内侧；

其中，所述原料通道12内设有分别与所述原料通道12的原料入口和原料出口连通的第一螺旋状通道13，所述第一螺旋状通道13的螺距沿原料在所述第一螺旋状通道13内的行进方向渐缩。

本发明实施例提供一种超临界水氧化喷嘴，通过在所述原料通道12内设置分别与所述原料通道12的原料入口和原料出口连通的第一螺旋状通道13，因此，当待反应原料通过所述原料入口进入所述原料通道12中之后，所述待反应原料可沿所述第一螺旋状通道13行进，并经所述原料出口喷射入超临界水氧化反应器中，由于所述第一螺旋状通道13的螺距沿原料在所述第一螺旋状通道13内的行进方向渐缩，因此，所述待反应原料在所述第一螺旋状通道13内的流速逐渐增大，并在所述原料出口处的流速达到最大，从而能够提高所述待反应原料在所述超临界水氧化反应器中的雾化效果，提高所述待反应原料与氧气的混合效果，从而提高所述超临界水氧化反应的彻底性，加快反应速度。

本发明的一实施例中，所述第一螺旋状通道13的出口螺距为进口螺距的1/3。

本发明的又一实施例中，所述原料通道12对应所述原料入口的位置设有空间扩大段F。通过设置空间扩大段F，在待反应原料被高速喷射入所述原料通道12中时，一方面，能够防止原料在所述原料通道12内的挂壁而造成堵塞，另一方面，还能够降低待反应原料对所述原料通道12的冲刷。

本发明的一优选实施例中，所述喷嘴本体1的外侧还设有激冷装置2，所述激冷装置2用于向超临界水氧化反应器内通入激冷物。

这样一来，在所述超临界水氧化反应器中的温度过高时，可以通过所述激冷装置2向所述超临界水氧化反应器内通入激冷物，有利于对超临界水氧化反应器中的温度进行控制，避免出现超温现象。

本发明的一实施例中，参见图2，所述激冷装置2为包覆在所述喷嘴本体1外侧的激冷夹层21，所述激冷夹层21上开设有喷淋孔22。通过向所述激冷夹层21内通入激冷物，所述激冷物可经所述喷淋孔22喷淋入所述超临界水氧化反应器中。

其中，在实际应用中，由于超临界水氧化喷嘴通常被安装在所述超临界水氧化反应器的顶部，因此，所述喷淋孔22可以设置在所述激冷夹层21的外壁和底部上，这样一来，激冷物可在重力作用下经所述喷淋孔喷淋入所述超临界水氧化反应器中。

为了提高激冷效果，优选的，所述喷淋孔22沿所述原料出口的周向均匀分布于所述激冷夹层21上。

本发明的又一实施例中，所述喷嘴本体1和所述激冷装置2之间还设有冷却盘管3，所述冷却盘管3用于对所述喷嘴本体1进行冷却。

本发明的又一优选实施例中，所述原料通道12的原料出口的喷射角小于所述氧气通道11的氧气出口喷射角。这样一来，能够加强原料和氧气被喷射入所述超临界水氧化反应器中的混合效果。

第二方面，本发明实施例提供一种超临界水氧化反应器，参见图3，包括：

反应器本体01，以及安装在所述反应器本体01顶部的如上所述的超临界水氧化喷嘴02。

本发明实施例提供一种超临界水氧化反应器，由于该超临界水氧化反应器采用如上所述的超临界水氧化喷嘴02，因此，通过在所述原料通道12内设置分别与所述原料入口和原料出口连通的第一螺旋状通道13，因此，当待反应原料通过所述原料入口进入所述原料通道12中之后，所述待反应原料可沿所述第一螺旋状通道13行进，并经所述原料出口喷射入超临界水氧化反应器中，由于所述第一螺旋状通道13的螺距沿原料在所述第一螺旋状通道13内的行进方向渐缩，因此，所述待反应原料在所述第一螺旋状通道13内的流速逐渐增大，并在所述原料出口处的流速达到最大，从而能够提高所述待反应原料在所述超临界水氧化反应器中的雾化效果，提高所述待反应原料与氧气的混合效果，从而提高所述超临界水氧化反应的彻底性，加快反应速度。

本发明的一实施例中，继续参加图2，所述反应器本体01包括外壁011、内筒012，以及设置在所述内筒012和外壁011之间的隔壁013；

其中，所述内筒012环绕的区域为反应区A，所述外壁011的底部设有排渣口，所述反应区A和所述排渣口之间的区域为激冷区B，所述内筒012和所述隔壁013围合成与所述反应区A连通的第一换热夹层C，所述隔壁013和所述外壁011围合成与所述激冷区B连通的第二换热夹层D；

所述第一换热夹层C上开设有产物出口，所述第一换热夹层C中设置有换热盘管03，所述换热盘管03的外壁与所述第一换热夹层C的内壁形成分别与所述产物出口和所述反应区A连通的产物通道04；

所述换热盘管03用于通入第一换热介质，对所述内筒012和进入所述产物通道04内的产物进行换热，所述第二换热夹层D用于通入第二换热介质，对所述外壁011进行换热。

在本发明实施例中，通过对所述反应器本体01进行分层设计，在进行超临界水氧化反应时，所述内筒012环绕的区域即反应区A为温度最高的区域，由于所述内筒012和所述外壁011之间设置有隔壁013，所述内筒012和所述隔壁013围合成与所述反应区A连通的第一换热夹层C，所述外壁011和所述隔壁013围合成与所述激冷区B连通的第二换热夹层D，且所述第一换热夹层C上开设有产物出口，所述第一换热夹层C内设置有换热盘管03，因此，当所述反应区A发生超临界水氧化反应时，一方面，通过向所述换热盘管03内通入第一换热介质，超临界水氧化反应产生的产物可经换热盘管03的外壁和所述第一换热夹层C的内壁围合成的螺旋状通道经所述产物出口排出，在此过程中，所述第一换热介质能够对所述内筒012进行换热，降低所述内筒012的温度，且所述内筒012的内外基本没有压差，所述内筒012在选材时仅需要考虑其耐高温性即可，能够有效降低所述内筒012在高温高压下容易被腐蚀的风险，同时还能够充分利用超临界水氧化反应产生的反应热。另一方面，通过向所述第二换热夹层D通入第二换热介质，能够对所述外壁011进行换热，所述外壁011在选材时仅需要承受换热介质所带来的高压冲击即可，同样能够降低所述外壁011在高温高压下容易被腐蚀的风险；同时，由于激冷区B通常通入有冷却水，用于对超临界水氧化反应产生的灰渣进行激冷，可以通过控制所述冷却水的液位高度，对所述第二换热夹层D形成液封，在向所述第二换热夹层D内通入第二换热介质对所述外壁011进行降温的同时，还能够对落入所述外壁011底部的灰渣颗粒进行扰动，避免超临界水氧化反应器发生堵塞。

本发明的又一实施例中，所述换热盘管03由螺旋盘绕在所述内筒012上的折流板031和所述内筒012的外壁围合而成。这样一来，能够充分吸收所述内筒012内部高温辐射的热量。

优选的，所述折流板031的截面为半圆形。便于第一换热介质在所述换热盘管03中流动，并能够降低所述产物的流动阻力。

本发明的一实施例中，所述隔壁013的上下两端开口的筒状结构，且所述隔壁013的上端分别与所述内筒012的侧壁和所述外壁011的侧壁连接，与所述内筒012的顶部和所述外壁011的顶部围合成顶部换热区域E，并与所述内筒012的侧壁围合成下端开口的第一换热夹层C，与所述外壁011的侧壁围合成下端开口的第二换热夹层D。

这样一来，一方面，通过向所述顶部换热区域E通入换热介质，能够防止反应物料返混造成的高温对所述外壁011和所述内筒012的顶部的腐蚀，另一方面，所述产物出口可以设置在所述第一换热夹层C的上部，同时，还可以将所述折流板031从下到上螺旋盘绕在所述内筒012的外侧，可形成从下到上延伸设置的螺旋状的换热盘管03，能够提高内筒012的换热效果，同时还能够对产物进行充分换热。

本发明的一优选实施例中，所述第二换热夹层D从上到下包括对应所述反应区A的至少两个独立的第一换热区域a，和对应所述激冷区B的一个独立的第二换热区域b；

其中，所述第二换热区域b的上部设有进液口，所述第二换热夹层D的下端开口为所述第二换热区域b的出液口。

在本发明实施例中，通过将所述第二换热夹层D从上到下分隔为独立的第一换热区域a和第二换热区域b，能够提高所述外壁011的换热效果。同时，通过在所述第二换热区域b通入第二换热介质，所述第二换热介质能够在对所述外壁011进行换热的同时，经所述第二换热区域b的出液口进入所述激冷区B，对激冷区B中的冷却水进行扰动，能够避免激冷区B中的灰渣颗粒的沉积，提高排渣效果。

这里，所述第一换热区域a和第二换热区域b可以通过设置在所述第二换热夹层D内的环状隔板分隔形成。

其中，第一种可能的实现方式中，各个所述第一换热区域a与顶部换热区域E从下到上依次串联连通为一条换热介质通道。在这种可能的实现方式中，最底层的第一换热区域a通入的换热介质的温度最低，越往上，换热介质的温度逐渐升高，能够实现充分回收反应热，并能够节约用水。

这里以所述子换热区域为n个为例，对各个所述第一换热区域a与顶部换热区域E依次串联连通的具体连接方式进行说明。

具体的，参见图3，将各个所述第一换热区域a从上到下依次标记为第一层第一换热区域a1、第二层第一换热区域a2、…和第n层第一换热区域an，将第二换热介质通过第n层第一换热区域an的进液口通入所述第n层子换热区域an中，再分别将下一层第一换热区域的出液口依次与上一层第一换热区域的进液口连通(即第n层第一换热区域an的出液口与第n-1层子换热区域a(n-1)的进液口连通，第n-1层第一换热区域a(n-1)的出液口与第n-2层第一换热区域a(n-2)的进液口连通，…，第二层子第一换热区域a2的出液口与第一层子第一换热区域a1的进液口连通)，最后，将第一层子第一换热区域a1的出液口与所述顶部换热区域E的进液口连通，所述第二换热介质从所述顶部换热区域E的出液口排出。

第二种可能的实现方式中，参见图4，各个所述第一换热区域a与顶部换热区域E按照从下到上依次间隔串联的方式连通为至少两条换热介质通道。在这种可能的实现方式中，通过将各个第一换热区域a和所述顶部换热区域E通过至少两条换热介质通道间隔串联连通，与通过一条换热介质通道串联连通相比，能够加大换热介质与物料之间的温差，提高换热效率，并能够通过设置合理的串联，实现热量的充分回收利用以及节约用水。

这里以所述第一换热区域为n个为例，对各个所述第一换热区域a与顶部换热区域E按照从下到上依次间隔串联的方式连通为至少两条换热介质通道的具体连接方式进行说明。

具体的，可以将各个第一换热区域a和顶部换热区域E从下到上分为至少两组，使得每一组中各个第一换热区域a之间间隔排列，并使得顶部换热区域E与所在组中从下到上排列的最后一个第一换热区域a之间间隔排列，将各组中的各个换热区域分别从下到上依次串联连通为一条独立的换热介质通道。

这里，以各个所述第一换热区域a与顶部换热区域E按照从下到上依次间隔串联的方式连通为两条换热介质通道为例进行说明，具体的，将所述第一换热区域a从上到下依次标记为第一层第一换热区域a1、第二层第一换热区域a2、…和第n层第一换热区域an，可以将第二换热介质分别自第n层第一换热区域an的进液口和第n-1层第一换热区域a(n-1)的进液口通入，分别将各个偶数层第一换热区域中下一层第一换热区域的出液口与上一层第一换热区域的进液口连通，将各个奇数层第一换热区域中下一层第一换热区域的出液口与上一层第一换热区域的进液口连通(如当所述n为偶数时，将第n层第一换热区域an的出液口与第n-2层第一换热区域a(n-2)的进液口连通，第n-2层第一换热区域a(n-2)的出液口与第n-4层第一换热区域a(n-4)的进液口连通，…，第四层第一换热区域a4的出液口与第二层第一换热区域a2的进液口连通，将第n-1层第一换热区域a(n-1)的出液口与第n-3层第一换热区域a(n-3)的进液口连通，第n-3层第一换热区域da(n-3)的出液口与第n-5层子第一换热区域da(n-5)的进液口连通，…，第三层子第一换热区域a3的出液口与第一层第一换热区域a1的进液口连通)，最后，将第二层第一换热区域a2的出液口与顶部换热区域E的进液口连通，换热介质可以分别经顶部换热区域E的出液口和第一层第一换热区域a1的出液口排出。

其中，当将各个第一换热区域a和顶部换热区域E从下到上分为三组以上时，每一组中的各个换热区域之间可以间隔一个换热区域进行排列，也可以间隔2个以上换热区域进行排列，这里不做限定。

为了进一步提高换热效果，优选的，参见图3和图4，各个所述第一换热区域a与所述顶部换热区域E分别通过下部进液口和上部出液口串联连通。

本发明的又一实施例中，所述反应区A内还设置有多点测温仪05，所述多点测温仪7用于对不同高度处的温度进行测量。

本发明的又一实施例中，参见图3和图4，所述第二换热区域b内设置有分别与所述第二换热区域b的进液口和出液口连通的第二螺旋状通道06。

在本发明实施例中，通过向所述第二换热区域b通入第二换热介质，所述第二换热介质可经所述第二螺旋状通道06进入所述激冷区B中，能够对所述外壁1对应所述激冷区B的区域进行单独降温，且由于所述激冷区B通常通入有冷却水，因此，通过对所述第二换热夹层C的下端开口形成液封，所述第二换热介质进入所述激冷区B对所述激冷区B的冷却水造成扰动，能够防止落入所述外壁1底部的灰渣颗粒的沉积，从而有利于灰渣的排出，避免发生堵塞。

本发明的又一优选实施例中，所述第二换热区域b的出液口的出液方向为斜向下。

这样一来，对排渣口处的灰渣向斜下方冲刷，便于灰渣的排出。

进一步地，所述第二换热区域b的出液口的出液方向与水平面的夹角为15-45度。

以下，本发明实施例将通过实施例对本发明的技术效果进行说明。这些实施例仅是为了具体说明本发明而提出的示例，本领域技术人员可以知道的是本发明的范围不受这些实施例的限制。

实施例1

实施例1中，以如图3所示的超临界水氧化反应器对市政污泥进行超临界水氧化处理的具体实现过程进行详细描述。

市政污泥浆料经过加压后压力可达到22.5MPa，初步预热后温度可达到70℃，将初步预热后的市政污泥浆料通入换热盘管03中对超临界水氧化反应产生的热量进行回收，出口温度可提升至224℃，经超临界水氧化喷嘴02中的原料通道的原料入口通入，在第一螺旋状通道3中运行，并在原料出口处的流速可达到50m/s；将氧气在压力为24.5MPa下经氧气通道喷射入超临界水氧化反应器02中，氧气的速度控制在10m/s，市政污泥浆料和氧气同时喷射进入超临界水氧化反应器02中，混合后发生超临界水氧化反应。超临界水氧化反应为放热反应，保持反应器内部最高温度在650℃左右。反应后产物经换热盘管03和第一换热夹层C的内壁形成的螺旋状通道与所述换热盘管03内的原料继续进行换热，产物的出口温度为342℃；在此过程中，向所述顶部换热区域E和第二换热夹层D中通入高压水，压力与反应器内部压力连锁控制，与超临界水氧化反应器02的出口压力差不超过0.5MPa，各路冷却水分别设置回路，控制冷却水流量保证出水温度低于200℃。在此过程中，能够有效提高市政污泥浆料和氧气的混合效果，从而提高反应的彻底性和反应速度，同时，还能够充分利用反应热对待反应原料进行换热，提高换热效率。

实施例2

实施例2中，以如图4所示的超临界水氧化反应器对化工产生的有机废水进行超临界水氧化处理的具体实现过程进行详细描述。

化工生产有机废水经过加压后压力达到24MPa，将加压后的有机废水通入换热盘管03中对超临界水氧化反应产生的热量进行回收，温度提升至140℃，经超临界水氧化喷嘴02中的原料通道的原料入口通入，在第一螺旋状通道3中运行，并在原料出口处的流速可达到80m/s；将氧气在压力为25.5MPa下经氧气通道喷射入超临界水氧化反应器02中，速度控制在10m/s，有机废水和氧气同时喷射进入超临界水氧化反应器02中，混合后发生超临界水氧化反应。超临界水氧化反应为放热反应，保持反应器内部最高温度在600℃左右。反应后产物经换热盘管03和第一换热夹层C的内壁形成的螺旋状通道与所述换热盘管03内的原料继续进行换热，产物的出口温度为320℃；在此过程中，向所述顶部换热区域E和第二换热夹层D中通入高压水，压力与反应器内部压力连锁控制，与超临界水氧化反应器02的出口压力差不超过0.5MPa，各路冷却水串联设置，控制冷却水流量保证出水温度低于280℃。在此过程中，能够有效提高有机废水和氧气的混合效果，从而提高反应的彻底性和反应速度，同时，还能够充分利用反应热对待反应原料进行换热，提高换热效率。

综上所述，一方面，通过对超临界水氧化喷嘴进行优化设计，能够提高原料和氧气在超临界水氧化反应器中的混合效果，从而能够提高反应的彻底性，加快反应速度。另一方面，通过对超临界水氧化反应器进行优化设计，能够解决超临界水氧化反应器需要同时满足耐高温高压性和耐腐蚀性而带来的选材困难的问题，以及超临界水氧化反应器的堵塞问题，能够延长所述超临界水氧化反应器的使用寿命，提高系统运行的稳定性；同时，还能够提高换热效率，实现热量的充分利用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种超临界水氧化喷嘴，其特征在于，包括：

喷嘴本体，所述喷嘴本体包括同轴设置的氧气通道和原料通道，所述氧气通道位于在所述原料通道的内侧；

其中，所述原料通道内设有分别与所述原料通道的原料入口和原料出口连通的第一螺旋状通道，所述第一螺旋状通道的螺距沿原料在所述第一螺旋状通道内的行进方向渐缩；

所述原料出口的喷射角小于所述氧气通道的氧气出口喷射角；

所述喷嘴本体的外侧还设有激冷装置，所述激冷装置用于向超临界水氧化反应器内通入激冷物；

所述激冷装置为包覆在所述喷嘴本体外侧的激冷夹层，所述激冷夹层上开设有喷淋孔。

2.根据权利要求1所述的超临界水氧化喷嘴，其特征在于，

所述第一螺旋状通道的出口螺距为进口螺距的1/3。

3.根据权利要求1所述的超临界水氧化喷嘴，其特征在于，

所述原料通道对应所述原料入口的位置设有空间扩大段。

4.根据权利要求1所述的超临界水氧化喷嘴，其特征在于，

所述喷淋孔沿所述原料出口的周向均匀分布于所述激冷夹层上。

5.根据权利要求1所述的超临界水氧化喷嘴，其特征在于，

所述喷嘴本体和所述激冷装置之间还设有冷却盘管，所述冷却盘管用于对所述喷嘴本体进行冷却。

6.一种超临界水氧化反应器，其特征在于，包括：

反应器本体，以及安装在所述反应器本体顶部的如权利要求1-5任一项所述的超临界水氧化喷嘴。

7.根据权利要求6所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述反应器本体包括外壁、内筒，以及设置在所述内筒和外壁之间的隔壁；

其中，所述内筒环绕的区域为反应区，所述外壁的底部设有排渣口，所述反应区和所述排渣口之间的区域为激冷区，所述内筒和所述隔壁围合成与所述反应区连通的第一换热夹层，所述隔壁和所述外壁围合成与所述激冷区连通的第二换热夹层；

所述第一换热夹层上开设有产物出口，所述第一换热夹层中设置有换热盘管，所述换热盘管的外壁与所述第一换热夹层的内壁形成分别与所述产物出口和所述反应区连通的产物通道；

所述换热盘管用于通入第一换热介质，对所述内筒和进入所述产物通道内的产物进行换热，所述第二换热夹层用于通入第二换热介质，对所述外壁进行换热。

8.根据权利要求7所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述换热盘管由螺旋盘绕在所述内筒上的折流板和所述内筒的外壁围合而成。

9.根据权利要求8所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述折流板的截面为半圆形。

10.根据权利要求7所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述隔壁为上下两端开口的筒状结构，且所述隔壁的上端分别与所述内筒的侧壁和所述外壁的侧壁连接，与所述内筒的顶部和所述外壁的顶部围合成顶部换热区域，并与所述内筒的侧壁围合成下端开口的第一换热夹层，与所述外壁的侧壁围合成下端开口的第二换热夹层。

11.根据权利要求10所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述第二换热夹层从上到下包括对应所述反应区的至少两个独立的第一换热区域和对应所述激冷区的一个独立的第二换热区域；

其中，所述第二换热区域的上部设有进液口，所述第二换热夹层的下端开口为所述第二换热区域的出液口。

12.根据权利要求11所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

各个所述第一换热区域与所述顶部换热区域从下到上依次串联连通为一条换热介质通道。

13.根据权利要求11所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

各个所述第一换热区域与所述顶部换热区域按照从下到上依次间隔串联的方式连通为至少两条独立的换热介质通道。

14.根据权利要求12或13所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

各个所述第一换热区域与所述顶部换热区域分别通过下部进液口和上部出液口串联连通。

15.根据权利要求11所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述第二换热区域内设置有分别与所述第二换热区域的进液口和出液口连通的第二螺旋状通道。

16.根据权利要求11所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述第二换热区域的出液口的出液方向为斜向下。

17.根据权利要求16所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，

所述第二换热区域的出液口的出液方向与水平面之间的夹角为15-45度。

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