CN109790049A - 超临界水氧化反应器及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超临界水氧化反应器和控制这种反应器的方法，所述反应器适于在反应器内部包含处于超临界状态之下和之上的含水流体，所述流体包含有机和/或无机材料。

Description

超临界水氧化反应器及工艺
技术领域
本发明涉及超临界水氧化反应器和控制这种反应器的方法，所述反应器适于在反应器内部包含处于超临界状态之下和之上的含水流体，所述流体包括有机和/或无机材料。
背景技术
如超临界水气化(SCWG)或超临界水氧化(SCWO)的超临界水处理是待处理的流体必须加热到非常高的反应温度的处理工艺。流体也要加压到220巴(bar)以上。水在约374℃的温度和约221个大气压的压力下达到其超临界状态。SCWO工艺是一种有效的热氧化工艺，用于处理包含有机废料和无机废料的广泛范围的水溶液。这些水溶液可包括卤水(brine)、工业废水、有害有机材料或来自污水处理厂的含有不可生物降解污染物的污泥。
超临界水具有许多独特的性质，这使其在处理有害有机化合物方面具有吸引力。通常，较高的温度导致较高的反应速率。超临界水还具有独特的扩散性并且具体是溶解性。在周围环境条件下很大程度上不溶于水的有机化合物在超临界水中高度可溶。此外，有机化合物和氧化剂在超临界相中均匀混合，从而能够实现化合物/材料的高效氧化。随后，可以以常规方式排出所得的馏出物，即纯化的液体。
反过来，无机物质可以分离和回收用于处理。与周围环境条件下的水相比，无机物质(诸如盐和重金属)在超临界水中的溶解度极低。由于这种低溶解度，固体的无机物质(诸如盐)在SCWO工艺中沉淀形成盐浓缩物或残渣。通常，在该过程中将盐和固体作为所谓的残渣、卤水或浓缩物除去。这对操作SCWO反应器提出了挑战，因为这些无机物质可迅速导致设备结垢、堵塞、阻塞和/或腐蚀，尤其是如果沉淀不受控制且沉淀物保留在反应器内的情形。对于高效的全处理工艺来说，用于回收SCWO反应器的浓缩物出口处的盐的高效残渣分离系统是必需的。
SCWO工艺中的氧化是放热的，由此产生热量。从热力学角度来看，产生的热量经常/有时足以加热进料流体并保持操作温度。然而，由于SCWO工艺是复杂的——因为流体例如进入例如温度为20℃且压力为250巴的量级的反应器，并且氧化产生的热量是在流体进入超临界状态之后进行的工艺步骤中产生的，因此要在亚临界阶段使用的热量将从超临界流体中提取并且在若要用作为加热亚临界流体的热源时被重新分配给低温流体(亚临界流体)。尽管这种能量再分配乍一看可能被视为一项“简单的任务”，但将热量重新分配到前面(上游)工艺步骤的尝试清楚地揭示了由于流体性质在临界条件下发生变化而导致的系统的真实非线性行为。此外，由于到超临界相的相变是一种“真实相变”——因为相变发生在恒定温度(类似蒸发)下，因此在SCWO工艺中“建立”了进一步的内在不稳定性。
例如，如果重新分配的热量过多，则流体在引入反应器后很快就会变成超临界，几乎不会在反应器中提供亚临界区，使得没有回收残渣的空间。此外，如果从超临界相中提取的热量太多，则可能产生抑制氧化的风险，从而阻止能量产生。另一方面，如果重新分配的热量太少，则流体可能无法达到其超临界状态，从而导致工艺中断。
这一问题由于提取沉淀盐(作为残渣)的需要而被放大，所述沉淀发生在流体从亚临界到超临界的区域中。该区域可以称为“盐镜(salt mirror)”，因为由于沉淀盐在超临界流体中的溶解度小得多，因而作为从亚临界态流向这一区域的盐流的沉淀盐受到阻碍而不能通过这一区域。还应注意，“盐镜”通常具有竖直延伸范围，从而在反应器中构建出具有指定高度的区域。由于盐镜在反应器中的竖直延伸范围与流体的加热或冷却、流体本身的特点和可能添加到流体的氧化剂直接相关，用于提取沉淀盐(例如作为卤水)的固定位置可能能在一组条件下可行但可能在另一组操作条件不可行，因为盐镜的位置可能改变。
EP576467公开了一种超临界蒸馏液体的方法。待处理的液体被送入反应器，该反应器包括加热区域，用于加热液体并将其转移到上覆的分离区域。分离区域具有在分离区域上方的蒸汽出口，并且在达到超临界温度加热区域中具有液体残渣出口。在流体离开反应器之前，残渣出口通过布置在加热区域中的第一热交换器供给流体。蒸汽出口位于分离区域的顶部，用于回收处理过的馏出物，并通过布置在加热区域中的第二热交换器供给回收的馏出物。此外，热量从外部热源供应到分离区域，例如加热被回收之后的且在要通过第二热交换器供给之前的馏出物。因此，加热区域包括两个热交换器(诸如两个交叉流式热交换器)，使得加热区域中的液相被残渣和馏出物加热。通过残渣出口回收在接近临界条件下沉淀的盐。
尽管在EP576467中提出的将热量施加到分离区域以达到高的氧化/气化温度的尝试可能是一种可行的解决方案，然而在许多情况下，会仅将残渣出口的温度提高到临界温度以上，特别是如果从进料中的有机物的氧化中释放出大量能量的话。当残渣出口的温度高于临界温度时，沉淀将在残渣出口下方发生，因此不能从反应器中提取出沉淀物。这将导致无机材料沉淀并粘附在残渣出口下方的反应器的内表面上。结果是，残渣出口仅保留低盐含量的超临界流体，并且不能回收其下面的高浓度亚临界残渣，最终在亚临界残渣在第一热交换器的表面周围饱和时导致反应器堵塞。根据EP576467的反应器设置可被视为在特定流体组成下工作最佳，由此，给出的反应器设置的多功能性有待改进。
在Xu,D.H.等人的“用于防止超临界水中盐沉积的新概念反应器设计(A novelconcept reactor design for preventing salt deposition in supercriticalwater)”(Chem.Eng.Research and Design.Part A,Institution of ChemicalEngineers,XX.Vol 88,no 11,1November 2010,pages 1515-1522)中公开了逆流罐反应器。所公开的反应器分为上面的超临界区域和下面的亚临界区域。在超临界条件下沉淀的盐落入亚临界区域(通过泵送骤冷水形成)并重新溶解。除去盐后的清洁流体，通过密度和流动阻力的差异流向反应器的顶部出口。虽然该反应器可被看作能够从流体中除去盐，但超临界流体的流动方向的逆转以及在反应器的下部区域使流体冷却成亚临界状态可能在由特定的流体组分及其含量所限定的状态之外很难控制，由此该反应器设置有待改进。
WO 2007/051469说明了一种用于在其临界点附近或之上蒸馏可纯化液体的设备，其中可纯化液体含有溶解的固体。该设备包括：分离容器，用于将在所述分离容器内由液面隔开的超残渣(super residue)中的液体分离成气相；用于将热量从气相和液体残渣以及从气相和液体残渣传递到可纯化液体的热交换装置；用于将可纯化液体泵送到所述热交换装置且用于将可纯化液体供给到分离容器中的装置，所述分离容器用于可纯化液体分离为由液面隔开的液体残渣和气相，所述分离容器具有液体入口、蒸汽出口和残渣出口。加热装置布置在残渣出口上方的容器外侧的不同竖直位置处。
通过使用内置的热交换器，使残渣出口中存在的流体与进入的流体进行热交换，实现对残渣出口下方的流体的加热。因此，该设备被配置成以可直接控制的方式——通过使用加热装置——增加或减少残渣出口上方的温度，而在残渣出口下方，温度由离开设备的流体、进入设备的流体之间的温度差和热交换器中的热导率来控制。因此，没有办法直接控制残渣出口下方的温度，由此，对于具有特定组分的流体之外的其它流体来说，可能难以保证盐镜位于残渣出口上方。
因此，改进的反应器和用于控制反应器的方法将是有利的，并且特别是对于处理具有不同组成的流体更高效、通用的和/或可靠的反应器和方法将是有利的。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种现有技术的替代方案。
具体地，可以将本发明的另一个目的视为提供一种解决现有技术具有的上述问题的反应器和控制此反应器的方法。
发明内容
因此，上述目的和若干其它目的旨在本发明的第一方面中通过提供一种超临界水氧化反应器来实现，所述超临界水氧化反应器适于在该反应器内部包含处于超临界状态之下和之上的含水流体，所述流体包含有机和/或无机材料。通过适于包含流体，这通常意味着反应器由允许其在操作期间承受机械和化学暴露的材料和形状制成。
所述反应器优选地包括：
-反应器主体，所述反应器主体呈细长管状元件形式，在使用期间其纵向延伸平行于或实质上平行于重力，所述反应器主体在其上端和下端封闭，从而在所述反应器主体内限定腔体；
-残渣输出连接，所述残渣输出连接具有布置在腔体内的第一竖直高度处的入口并且具有布置在所述反应器主体外部的出口，优选地，所述残渣输出连接从其入口向下朝向所述反应器的下部延伸；
-馏出物输出连接，所述馏出物输出连接具有布置在腔体内的第二竖直高度处的入口并且具有布置在所述反应器主体外部的出口，所述第二竖直高度高于所述第一竖直高度，优选地，所述馏出物输出连接从其入口向下朝向所述反应器的下端延伸；
-含水流体入口连接，所述含水流体入口连接布置在所述反应器主体的下端，诸如底部，用于将要进入超临界状态和要处于超临界状态之上的含水流体引入腔体；
-多个独立可控的热元件，所述多个独立可控的热元件布置在所述第一竖直高度下方，位于所述反应器主体中和/或所述腔体内，并且适于提供可独立控制的热通量进/出所述腔体，以便对腔体内的流体施加竖直温度分布；
-多个温度传感器，所述多个温度传感器布置在包括所述第一竖直高度上方的位置和所述第一竖直高度下方的位置在内的多个不同的竖直位置处以测量流体温度或所述反应器主体的温度；和/或盐浓度传感器，所述盐浓度传感器布置成测量流经所述残渣输出连接的流体中的盐浓度。
根据本发明，残渣出口通常布置在位于第一竖直高度下方的多个独立可控的热元件上方，因为反应器内的流(stream)的热交换通常可能不足以在残渣出口处或其上方维持临界点。
在没有热元件的情况下，超临界区域中的有机物氧化释放的大量能量可迫使临界点/盐镜远低于残渣出口。因此，通过使残渣出口下方具有热元件，例如以去除残渣出口下方的能量，来改善对盐镜位置的控制是很重要的，如在该示例中，氧化能量迫使盐镜的竖直位置在残渣出口下方。否则，唯一的冷却源可能是进入的进料流体，但在许多情况下，进料流体提供的冷却不充分，即使不考虑任何热交换器的效率。
应注意，“上方”和“下方”也可包括“位于……处”位置，例如位于第一竖直高度的位置处。此外，“在反应器主体中”优选是指反应器壁内部的位置。
通过“独立可控”优选地意味着由热元件之一提供的热通量可以独立于另一个热元件设定。
如本文所使用的含水流体尤其用于表示氧化剂(通常为气体，例如富氧空气)和含水进料的流体混合物、包含有机和/或无机材料的流体(诸如废水、工业废水或类似流体)。
因此，通过存在于第一竖直高度处(即，在第一竖直高度上方、位于第一竖直高度处和在第一竖直高度下方)的温度传感器和/或布置成测量流经所述残渣输出连接的流体中的盐浓度的盐浓度传感器，可以确定或至少估计盐镜的竖直位置。这尤其与布置在第一竖直高度下方的热元件相结合，通过控制在盐镜下方进入/离开反应器的热通量，提供了控制反应器内部工艺的效果。此外，亚临界液体的热导率显著高于超临界流体的热导率。因此，通过控制在盐镜下方进入/离开反应器的热通量，在这里由于存在亚临界液体而导致传热显著更高，获得了对工艺的有效控制。还应注意，在第一高度上方的热元件(如果使用的话)可以在较长的操作期间是无效的，因为，在优选实施方式中，要添加到反应器的实质性量的热量是被添加到第一竖直高度下方。当从第一竖直高度上方的氧化反应中释放出大量能量时，尤其如此。
在本发明的一些实施方式中，可以将盐加入反应器中的液体中，盐的这种加入可以对反应器内的盐的沉淀产生有益的影响。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，至少布置在第一竖直高度(h1)下方的热元件可被配置为提供足够的热量来为该工艺提供燃料或冷却。
优选地，热元件可被配置为和/或用于仅在第一竖直高度(h1)处和/或第一竖直高度(h1)下方进行冷却。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，反应器可优选地进一步包括布置在第一竖直高度(h1)上方的多个独立可控的热元件。
优选地，多个热元件中的一个或多个热元件可以在壁处或在反应器主体中(诸如在反应器的壁内)竖直地并排布置，优选地在每个元件之间具有竖直距离。
优选地，多个热元件中的一个或多个热元件可以在腔体内竖直地并排布置，优选地在每个元件之间具有竖直距离。
优选地，一些热元件可以适于提供进入腔体的热通量，并且剩余的热元件可以适于提供离开腔体的热通量。
优选地，每个热元件可以沿着反应器主体的水平周边完全环绕所述反应器主体。
优选地，一个或多个(诸如所有)热元件可以是电加热元件、和/或电冷却元件、和/或可以是珀耳帖元件(Peltier element)、和/或可以是被配置为用于接收加热/冷却流体的管状热交换器。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，反应器可进一步包含催化剂，所述催化剂通常布置在第一竖直高度上方，所述催化剂选自增强反应器中的氧化工艺的催化剂的组。优选地，催化剂可布置在馏出物输出连接的入口的前面和/或下面。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，反应器可进一步包括用于从通过馏出物输出连接离开反应器的流体中过滤盐(如果有的话)的盐过滤器。优选地，盐过滤器可布置在馏出物输出连接的入口的前面和/或下面。
优选地，盐过滤器可包括布置在盐过滤器中的催化剂，以提供与通过馏出物输出连接离开反应器的流体的接触。
优选地，盐过滤器可以是筛网、旋风分离器、移动床过滤器或增强氧化工艺的催化剂的形式，或者包括筛网、旋风分离器、移动床过滤器或增强氧化工艺的催化剂，以加速在反应器中发生的氧化工艺。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，反应器可进一步包括布置在反应器主体的下端的氧化流体输入连接，用于将氧化剂输入腔体。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，残渣输出连接的入口可布置为在腔体内竖直可移动。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，残渣输出连接可被配置为提供距离比第一高度长的流动路径，以便增强在残渣输出连接内部流动的流体与围绕残渣输出连接的流体之间的热交换，所述残渣输出连接优选地在所述残渣输出连接的至少一部分上是盘绕的。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，馏出物输出连接可被配置为提供距离比第二高度长的流动路径，以便增强在馏出物输出连接内部流动的流体与围绕馏出物输出连接的流体之间的热交换，所述馏出物输出连接优选地在所述馏出物输出连接的至少一部分上是盘绕的。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，反应器可进一步包括形成内腔体的内衬里，所述内腔体在其上端开口并且在内腔体的下端包括含水流体入口连接，所述内衬里的尺寸可以优选地被设置为在反应器主体的内表面和内衬里的外表面之间提供水平距离(Δ1)，从而在其间限定了空间，并且反应器进一步包括与所述限定的空间流体连通的另外的馏出物出口连接。
优选地，所述内衬里的尺寸可以被设置为在反应器主体的底部和内衬里的底部之间提供竖直距离(Δ2)，从而在其间限定了空间，所述空间与所述另外的馏出物出口连接流体连通。
优选地，残渣输出连接可布置在内衬里里面。
优选地，馏出物输出连接可布置在内衬里里面。优选地，馏出物输出连接可包括环绕残渣输出连接的至少一区段的盘绕区段。
优选地，内衬里具有上边缘，所述上边缘可布置在与馏出物输出连接的入口相同的竖直高度(h2)处或下方。
优选地，盐过滤器和/或催化剂可布置在内衬里的上端。
在超临界水氧化反应器的优选实施方式中，反应器主体包括反应器衬里，所述反应器衬里形成反应器主体的与超临界水氧化反应器内的流体接触的至少一部分，并且可优选地由耐化学腐蚀的材料制成。
在第二方面，本发明涉及一种处理包括有机和/或无机材料的含水流体(诸如废水)的工艺，所述工艺包括将流体进料到根据本发明第一方面的反应器中，并利用热元件控制通过反应器主体的热通量，以获得反应器内的竖直参考温度分布。
在超临界水氧化工艺的优选实施方式中，对通过反应器主体的热通量的控制可包括：
-利用温度传感器确定温度；
-将所确定的温度与参考温度分布进行比较，以及
-在热元件所在的每个位置处，
-如果在特定位置处所确定的温度低于参考温度，则在该特定位置处增加反应器中流体的热含量(heat content)，或者
-如果在特定位置处所确定的温度高于参考温度，则在该特定位置处减少反应器中流体的热含量，和/或
-调节进入反应器中的有机物的流量。
下面以及所附权利要求中呈现了本发明的其他方面和实施方式。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，特别是其优选实施方式。附图示出了实现本发明的方式，并且不应被解释为限制落在所附权利要求的范围内的其他可能的实施方式。
图1以截面图示意性地示出了根据本发明第一实施方式的反应器，
图2以截面图示意性地示出了根据本发明第二实施方式的反应器，其中反应器进一步包含催化剂(和/或用于捕获无机盐的机械过滤器)，
图3是根据本发明的优选实施方式的控制方法的示意图，
图4以截面图示意性地示出了根据本发明另一实施方式的反应器，
图5以截面图示意性地示出了根据本发明另一实施方式的反应器，
图6以截面图示意性地示出了根据本发明另一实施方式的反应器，
图7以截面图示意性地示出了另一实施方式，其中盐过滤器和/或催化剂被布置在图6中示出的内衬里的上端。
具体实施方式
参照图1，其示意性地示出了根据优选实施方式的超临界水氧化反应器1。反应器1被视为截面图，并且反应器通常为在使用期间在竖直方向上延伸的细长管状元件，例如圆柱体的形式。反应器适于在反应器1内部包含处于超临界状态之下和之上的含水流体。因此，由于流体的超临界状态伴随着相对高的压力和温度，通过适当选择材料和材料厚度来调整反应器1，使得反应器可以承受此压力和温度。
流体通常包含有机和/或无机材料，并且如本文所公开的，反应器1用于提供流体的超临界水处理和/或超临界水气化，通常以例如盐在流体进入超临界相时沉淀的方式进行。应注意的是，在操作期间，通常会存在从亚临界相到超临界相的流体流动，这将在下面进一步详述。
因此，图1的反应器1包括呈细长管状元件形式的反应器主体2，其在使用期间被布置成其纵向延伸平行于或实质上平行于重力，反应器主体2在其上端和下端封闭，从而在反应器主体2内部界定腔体3。
反应器1具有残渣出口连接4，其具有布置在腔体3内的第一竖直高度h1处的入口5并且具有布置在反应器主体2外部的出口6。反应器1还具有馏出物输出连接7，其具有布置在腔体3内的第二竖直高度h2处的入口8并且具有布置在反应器主体2外部的出口9，所述第二竖直高度h2高于第一竖直高度h1。需要注意的是，术语“入口”和“出口”是指在使用过程中通过反应器连接的优选流动方向。
如图1(和图2-6)所示，残渣输出连接4从其入口5向下朝向反应器的下端延伸。类似地，馏出物输出连接7从其入口8向下朝向反应器的下端延伸。这提供了一种流动，其中进料在反应器1的下端(通过含水流体入口10)进入反应器1并朝向反应器1的上端向上流动。残渣在下方(和在盐镜处)产生，其通过残渣输出连接4向下流动。馏出物呈现在盐镜上方并通过馏出物输出连接7向下流动。
此外，待处理的液体将被供给到反应器中，并且为此，含水流体入口连接10布置在下端，如在反应器主体的底部，用于将要进入超临界状态和要处于超临界状态之上的含水流体引入腔体3。在所示的实施方式中，入口连接10被示出在反应器的侧面，然而，入口连接10也可以布置在反应器1的底部。
如上所述，本发明的一个目的是要能够控制反应器的竖直延伸范围的至少一部分的温度，通常在残渣出口连接4的入口5上方和下方的区域，并且为了做到这一点，反应器1包括布置在第一竖直高度h1下方的多个独立可控的热元件11。在图1中，热元件11沿着反应器的全长布置，这被认为是在本发明的范围内。
在某些优选实施方式中，热元件11仅布置在第一竖直高度下方，并用于加热和/或冷却低于第一竖直高度的流体。因此，在这样的实施方式中，至少布置在第一竖直高度h1下方的热元件11被配置以提供足够的热量来为该工艺提供燃料或冷却。通过为该工艺提供燃料或加热，优选地意味着不需要进一步的热交换来保持工艺进行。
在更进一步的实施方式中，热元件11被配置为和/或用于仅在第一竖直高度h1处和/或第一竖直高度h1下方进行冷却。
如图所示，反应器1还可包括布置在第一竖直高度h1上方的多个独立可控的热元件(11)。如下所示，热元件11可被配置成提供进入和/或离开反应器的热通量。
热元件11通常是既允许向反应器中添加热量也允许从反应器中提取热量的类型。虽然热元件11可以布置在反应器1的不同位置处，如在反应器主体2处或在反应器主体2内、和/或在腔体3内，但通常优选在反应器主体的外壁上提供这样的元件11。这尤其具有以下优点：它们被布置为远离腔体3内的恶劣环境并且易于接近以便例如进行维修。热元件11被配置为提供进入/离开腔体3的独立可控的热通量，以便对腔体3内的流体施加竖直温度分布。
尽管热元件11可以独立地向腔体3中添加热量和从腔体3中提取热量，但提取或添加的热量的量通常是基于腔体3内的流体的温度测量，它们通常是彼此独立的。
使用多个温度传感器14进行温度测量，所述温度传感器14被布置成测量反应器的指定高度处的流体温度。温度传感器14通常应该至少布置成测量残渣出口连接4的入口5上方和下方的区域中的温度。在许多情况下，将温度传感器14布置在反应器主体2的外部更为实际(如图1所示)，在这种情况下，由于通过反应器主体壁的温度梯度，测量得到的温度可能略微偏离反应器1内的流体温度。然而，已经发现，通过利用例如通常众所周知的反应器壁的热导率，可以忽略或面对这种差异。因此，如图1所示，优选地在包括第一竖直高度h1上方的位置和第一竖直高度h1下方的位置在内的多个不同的竖直位置处确定反应器主体2的温度。尽管在这里温度传感器14在图中示出为应用在反应器1的整个高度上，但是仅在第一竖直高度h1上方和下方的区域中具有温度传感器14可能就足够了。
确定第一竖直高度h1上方和下方的温度，目的是控制所谓的盐镜位置在残渣出口连接5的入口上方。如将例如参照图3进一步披露的，盐镜的位置可以在竖直温度分布中识别为分布的这样一部分，其中：
其中o是一个小数(small number)，T是温度，h是距离底部的高度
或者以另一种方式说，温度随高度的变化小于盐镜上方和下方的温度变化。盐镜通常也会在接近水的临界温度374℃下发生。
应注意，尽管流体在反应器的腔体3内部移动，但是流体的温度被认为在穿过腔体3的每个水平截面的范围内是相等的。这可以被看做是近似值，例如在图3中可以看出，其中盐镜具有实质尺寸的竖直延伸，限定了流体由于反应器腔体3区域内的流体的运动而从亚临界到超临界相的区域。
作为温度传感器14的替代或与温度传感器14相结合，反应器1可包括盐浓度传感器15，其被布置成测量流经残渣输出连接4的流体中的盐浓度。该盐浓度传感器15可用于确定盐镜是在残渣输出连接4的入口5的上方还是下方，比如盐镜在入口5上方，盐将在入口5上方沉淀并且进入盐浓度传感器15，而如果盐镜位于入口5下方，盐将在入口5下方沉淀，并且至少很少量的盐或根本没有盐进入盐浓度传感器15。由于可以通过改变盐镜下方或上方流体中的热含量(例如，通过考虑比热含量(specific heat content)的变化来实现，因为ΔQ＝C*ΔT，其中的比是指“每单位质量”)来影响盐镜向上或向下的移动，这可以通过利用热元件11增加入口5下方流体的热量作为一种控制机制。
应注意，通常优选的是，至少布置在第一竖直高度h1下方的热元件11被配置成提供足够的热量来为该工艺提供燃料。
在图1所示的优选实施方式中，多个热元件11中的一个或多个在壁处并排竖直地布置，优选地在每个元件11之间具有竖直距离。热元件11也可以布置在反应器主体2中。替代地，或者与上述结合，多个热元件11中的一个或多个在腔体3内并排竖直地布置，优选地在每个热元件11之间具有竖直距离。所使用的热元件11的数量通常基于控制的目标程度的要求。对此，如果目标是高度控制，则使用相对较多数量的元件11，其之间的空间小于目标是低度控制的空间。
反应器内的流体的温度通常由四个因素决定，即：
流体中的反应所产生的热量；
流体中的反应所使用的热量；
从流体向外部提取的热量；和
从外部添加到流体的热量。
由于所有这些——总共四种——方式，因此可以改变流体的温度，优选地既需要提供热通量进入腔体中也需要提供热通量离开腔体，以控制腔体3内的温度。为了实现这一点，图1所示的反应器1可具有一定数量的热元件11，其适于提供热通量进入腔体3中，而其余的热元件11适于提供热通量离开腔体3。应注意，根据热元件11的类型，可以使用可选择性地提供热通量进入腔体以及提供热通量离开腔体的热元件11。所使用的热元件11从操作模式的角度来看(热通量输入或输出)通常是相同的，但是从容量的角度来看(每个元件的瓦数)可能彼此不同。
通常优选在反应器的水平截面范围内具有尽可能恒定的温度，并且在这种情况下，每个热元件11优选沿反应器主体2的水平周边完全环绕反应器主体2。这意味着沿着反应器主体2的水平周边，优选的没有未被热元件11覆盖的开放区域。类似地，如果热元件11布置在反应器主体中和/或反应器内部，则热元件也沿反应器主体2的水平周边环绕。然而，也可以应用热元件11使得仅覆盖反应器的水平和竖直的一部分。
热元件11中的一个或多个(如所有的)热元件可选自：
-电加热元件，
-电冷却元件，
-珀耳帖元件，
-配置用于接收加热/冷却流体的管状热交换器。
已经发现，与本发明有关的是，存在于超临界区域中的催化材料在处理具有污染物的水方面可能具有有利效果。因此，根据本发明的反应器可以优选地进一步包括布置在第一竖直高度上方的催化剂13，所述催化剂选自能增强氧化工艺的催化剂，以加速在反应器中发生的氧化工艺。
在图2所示的实施方式中，催化剂13布置在馏出物输出连接7的入口8的前面和/或下面，使得通过入口8离开反应器的流体与催化剂13接触。催化剂通常是多相催化剂，例如，是提供穿过催化剂朝向入口8的流动路径的粒料或多孔结构的形式。替代地，或与其组合，催化剂可以施加到流动结构的表面，例如过滤器(如下所述)的表面。
尽管本发明旨在提供无盐馏出物，但馏出物中可存在一些盐。其他盐可以与有机物结合并在氧化后在反应器的上部释放。可能需要过滤掉这些盐，以避免堵塞馏出物输出连接7。
在其他情况下，盐镜暂时地位于馏出物输出连接7的入口8上方，导致在入口8上方的盐沉淀。为了防止盐进入馏出物输出连接7，可以在馏出物输出连接7的入口8处布置盐过滤器16。因此，反应器可优选地进一步包括盐过滤器16，用于从通过馏出物输出连接7离开反应器的流体中过滤盐，如果有的话。如图2所示，盐过滤器16可布置在馏出物输出连接7的入口8的前面和/或下面。
由于盐过滤器16提供进入馏出物输出连接7的流动路径，盐过滤器可以有利地包括布置在过滤器16中的催化剂，以提供与通过馏出物输出连接7离开反应器1的流体的接触，例如过滤器16的表面可以至少部分地涂覆有催化材料或至少部分地由催化材料制成。
盐过滤器例如可以是筛网、旋风分离器、移动床过滤器或板式过滤器或其组合的形式，或者包括筛网、旋风分离器、移动床过滤器或板式过滤器或其组合。
通过将盐过滤器的区域中的反应器中的温度降低至亚临界条件以便将盐溶解在流体中，可以将盐从过滤器16中清除，或者可以通过例如刮擦、摇动或类似的方法或者通过反向冲洗过滤器来机械地清洁盐过滤器。
可适于通过本发明进行的一些的工艺可能需要添加氧气(或其他流体)，并且为此反应器1可进一步包括氧化流体输入连接12，优选地布置在反应器主体的下端，用于向腔体3内输入氧化剂(参见例如图1和2)。如果要将除氧气之外的其他流体送入反应器，氧化流体输入连接12也可用于此目的。氧化剂可以是包括氧气或基本上由氧气组成的气体或液体。应注意的是，由于反应器内升高的压力，可能需要将氧化剂泵送到腔体3中，这种泵送和/或进料可能会或者可能不会导致氧化剂的相变。
含水流体入口连接10和氧化流体入口连接12可能不会是在图中显示的两个单独的入口，而是作为单个入口提供，并且两种流体(进料和氧化流体或其他流体)可以在反应器1外混合；这可以例如通过T型管实现，其中两种流体被供给到T型管中并混合并从T型管进料到反应器1中。
进一步发现，尽管可以通过使用热元件11来改变盐镜的位置，但是能够移动残渣输出连接的入口5的位置是有益的。为此，反应器可以配备有设置为在腔体3内可竖直移动的残渣输出连接4的入口5。这可以例如通过在腔体3内具有伸缩部件的残渣输出连接5来提供和/或可在反应器1中在竖直方向上可滑动的输出连接5来提供。
参照图3，尤其介绍了参考温度分布和测得温度分布。这种温度分布分别代表了作为高度的函数的反应器内流体的参考温度分布或实际温度分布(其中零高度是反应器1的底部)。参考温度可以看作是反应器使用期间目标的温度分布，并且用于与实际测得温度进行比较，以确定在测得温度和参考温度之间存在偏差时应采取控制措施。参考温度和测得温度之间的偏差用于决定在指定高度处是否要升高或降低温度，以实现参考温度分布与测得温度分布之间的匹配。可以引入阈值，即在施加更改之前，差异应超过某个阈值，例如以便避免控制中的不稳定性。如上所述，热通量由热元件11控制，并且温度由温度传感器14确定。
因此，在用于处理包含有机和/或无机材料的含水流体(一般诸如是废水或工业废水)的工艺中，所述工艺包括将流体进料到如本文所披露的反应器中，并通过使用热元件(11)来控制通过反应器主体2的热通量，以在反应器(1)中获得水平参考温度分布。
控制通过反应器主体的热通量通常包括：
-利用温度传感器14来确定温度；
-将所确定的温度与参考温度分布进行比较，并且
-在热元件11所在的每个位置处，
-如果在特定位置处所确定的温度低于参考温度，则在该特定位置处增加反应器中流体的热含量，或者
-如果在特定位置处所确定的温度高于参考温度，则在该特定位置处减少反应器中流体的热含量，和/或
-调节进入反应器中的有机物的流量。
进入反应器中的有机物的流量的调节通常是指调节每时间单位引入反应器中的有机材料的量。由于在反应器中发生的工艺主要是放热的，因此“燃料”是有机材料，可用燃料量的变化将对反应器内的温度产生影响。
比热含量(每质量单位)可以近似为ΔQ＝C(T-To)，其中Q是热含量，C是比热容，T是温度，To是零点，例如0开尔文。
如图3中右上图所示，测得温度分布与参考温度分布一起示出，并且由此识别出差异：
在盐镜下方，参考温度高于测得温度，并且
在盐镜上方，测得温度高于参考温度。
反应器的操作的实际状态在两个温度分布彼此交叉的点的上方和下方分别表示为“供应热量”和“提取热量”。
图3下部示出了两种不同的控制情况。到图3的右边，示出了如图3的右上图所示的情况。如图所示，控制涉及在两个温度分布的交叉点上方冷却流体以及该点下方加热。在实施这些措施时，可能有必要考虑在指定位置处反应器内发生的工艺是否是放热的，以及放热工艺发生在哪里，因为例如可以通过降低从流体的热量提取来实现对放热工艺的加热。在图3下部到左边中，示出了相反的情况以及根据本发明的优选实施方式采取的措施。
在某些情况下，基于先前施加的一个或多个热通量变化的结果来采取变化可能是实用的。例如，这可以通过考虑参考温度和测得温度之间的差异的时间导数来实现，并且如果变化随时间增长，则所应用的热通量变化是不适合的并且应该以相反的变化改变，例如，如果
并且Ht+Δt-Ht>0，则H2Δt<Ht
其中
ΔT＝TR-TM
T是温度，上标R指的是参考温度分布，M指的是测得温度分布，H是热通量，t是时间。
参照图4，以截面图示意性地示出了根据本发明另一实施方式的反应器。与该实施方式相比，残渣输出连接4的形状被设置为增加在残渣输出连接内部流动的流体和在残渣输出连接4外部流动的流体之间的热传递。在图4所示的实施方式中，通过将残渣输出连接4的形状设置为线圈来实现热传递的增加，该线圈提供相对大的表面以传递热量，并提供具有较高传递系数(h)的流动模式。
尽管未披露，但馏出物输出连接也可以——或者替代地为了增加残渣输出连接的热传递——形状设置为增加热传递，例如通过将馏出物输出连接的形状设置为线圈，类似于所示出的残渣输出连接的线圈。
因此，图4的反应器尤其在于，残渣输出连接4被配置成提供距离比第一高度长的流动路径，以便增强在残渣输出连接内部流动的流体与残渣输出连接周围的流体之间的热交换，这在优选实施方式中通过残渣输出连接4在残渣输出连接的至少一部分上是盘绕的来提供。
此外，馏出物输出连接7可进一步或替代地被配置为提供距离比第二高度长的流动路径，以便增强在馏出物输出连接内部流动的流体与馏出物输出连接周围的流体之间的热交换，其可通过馏出物输出连接7在馏出物输出连接的至少一部分上是盘绕的来提供。这在图5中示出，图5示出了残渣输出连接4以及馏出物输出连接两者均是盘绕的实施方式。应注意的是，盘绕区域可以与图4和5中所披露的不同。
参照图6，其以截面图示意性地示出了超临界水氧化反应器1(SCWO-反应器1)的另一实施方式。如图6所示，热元件11以及温度传感器14(未示出)如例如针对图1、图2、图4和图5所披露的那样布置。
在图6所示的实施方式中，SCWO-反应器1包括内衬里18，内衬里18形成内腔体20，内腔体20在上端开口并且包含在内腔体下端的含水流体入口连接10。如图所示，含水流体入口连接10从SCWO-反应器1的外部延伸到内腔体20的内部。
内衬里18由诸如金属之类的流体不可渗透的材料制成，并且如图所示，内衬里18的尺寸被设置为在反应器主体2的内表面和内衬里18的外表面之间提供水平距离Δ1从而在其间限定了空间，并且在反应器主体2的底部和内衬里18的底部之间提供竖直距离Δ2从而在其间限定了空间。从以下公开内容将变得显而易见的是，这些距离提供SCWO-反应器1内部的流动通道。应注意的是，竖直距离Δ2可以为零，意味着内衬里18延伸到并且邻接反应器主体2的底部，或者内衬里18的底部由反应器主体2的内底面构成；在后面的情形中，优选的是，可以在反应器主体2的内底面和内衬里2之间提供流体密封。当竖直距离Δ2是零时，即将输出的馏出物将围绕衬里18和19(如果没有设置衬里19的话则是反应器主体的壁)之间的管状间隙流动并且与另外的馏出物出口17连通。
在图6中，还示出了反应器衬里19。该反应器衬里19形成SCWO-反应器的反应器主体2的至少一部分并与反应器内的流体接触，并且优选地由耐化学腐蚀的材料制成。
在图6中还示出了临界点的位置(盐镜位置)，在临界点之上，流体是超临界的且，在临界点之下，流体是亚临界的。
残渣输出连接4布置在内衬里18内，并且残渣输出连接5的入口5布置在竖直高度h1处，该竖直高度h1位于正常操作期间临界点的位置之下。
馏出物输出连接7也布置在内衬里18内，尽管残渣输出连接7的入口8布置在竖直高度h2处，该竖直高度h2位于正常操作期间临界点的位置之上。在图6所示的实施方式中，馏出物输出连接7包括盘绕区段，所述盘绕区段环绕残渣输出连接4，并用作对进入由内衬里18形成的内腔体20的含水流体进行加热的热交换器。在SCWO-反应器1的底部，馏出物输出连接的盘绕区段进入直区段，所述直区段延伸到SCWO-反应器1外部，并形成馏出物输出连接7的出口9。
如图6所示，内衬里18的上边缘21布置在与馏出物输出连接7的入口8相同的竖直高度h2处，然而上边缘21的高度可以偏移，通常向下到达流体临界位置之上的位置。也就是说，上边缘21定位在超临界区域中。
在正常操作期间，含水流体通过含水流体入口连接10被进料到反应器1中，并因此进入由内衬里18形成的内腔体20。含水流体通过热元件11和/或通过在馏出物输出连接7内向下流动的流体而被加热(或冷却)。如本文所描述的，加热含水流体使得流体在高于h1和低于h2的竖直位置处变成临界的，从而产生流入残渣输出连接4的残渣。(由流体变成超临界的而产生的)馏出物在超临界区域向上移动。馏出物具有两个流出SCWO-反应器1的流动路径，即通过馏出物输出连接7，以及通过形成朝向另外的馏出物出口17的流动路径的在内衬里18和壁衬里19(具有距离Δ1)之间限定的空间以及在内衬里18和反应器底部(具有距离Δ2)之间的空间。
应注意的是，在内衬里18和壁衬里19之间的空间中流动的流体也将与内衬里18内的流体交换热量，并且可以通过例如控制所述空间中的质量流量来控制热交换率。此外，由于内衬里18和壁衬里19之间的空间中的流量是高度可控的(例如，通过由阀机构调节流出另外的馏出物出口17的流量来实现)，因此可以根据特定需要和/或应用来控制该流量。
通过为SCWO-反应器1配备内衬里18，接触反应器壁(例如壁衬里19)的流体可限为腐蚀性低于残渣的馏出物。这具有以下优点：反应器主体2可以制造成旨在承受反应器内的压力，并且内衬里18可被设计成耐受腐蚀(或其它的材料降解过程)。此外，可以在无需更换反应器主体2的部件的情况下更换内衬里18，由此内衬里18可以制成可更换的插入件。此外，在盐镜位于残渣输出连接4的入口5下方的情况下，被释放的盐将保持在内腔体内，从而不接触反应器主体2的壁。
由于内衬里18在内衬里18和反应器主体的壁之间引入了空间，可能需要在空间中泵入纯水，以用于冲洗目的，所述冲洗通常以从SCWO-反应器1的底部向顶部流动的流体来执行。在这种情况下，另外的馏出物出口17可以用作冲洗液体的入口，和/或可以在反应器1中布置指定用于引入冲洗液的专门的入口。
如结合图2所披露的，图6所示的实施方式也可以包括盐过滤器16，其可以布置在馏出物输出连接7的入口8的前面和/或下面。盐过滤器13例如可以是筛网、旋风分离器、移动床过滤器、板式过滤器或其组合的形式，或者包括筛网、旋风分离器、移动床过滤器、板式过滤器或其组合。
如结合图2所披露的，在图6的实施方式中，催化剂13可布置在馏出物输出连接7的入口8的前面和/或下面，使得通过入口8离开反应器的流体与催化剂13接触。催化剂通常是多相催化剂，例如是提供穿过催化剂朝向入口8的流动路径的粒料或多孔结构的形式。替代地，或与其组合，催化剂可以施加到流动结构(例如过滤器)的表面。催化剂选自增强反应器中的氧化工艺的催化剂的组。
在另一个实施方式中，盐过滤器16和/或催化剂13可布置在内衬里18的上端。这在图7中示意性地示出，其中描绘了内衬里18的上区段。如图7中所示，上边缘21在这样的实施方式中优选地由盐过滤器13和/或催化剂16的上边缘形成。可优选地使上边缘21相对于馏出物输出连接7的入口8向下偏移一段距离Δ3，优选地选择所述距离以使得上边缘21位于超临界区域中。
另外，图6所示的实施方式也可包括例如结合图2示出的氧化流体输入连接12(未示出)。盐浓度传感器15也可被布置成测量残渣中的盐浓度(如本文所披露的)。
此外，在本文披露的实施方式中，通常仅披露了单个输出连接(7、4)，然而，可以在SCWO-反应器中通常以并联方式布置多个这样的输出连接。
实施例
下面的实施例说明了用本发明的反应器来处理垃圾渗滤液(landfillleachate)。在处理之前，渗滤液利用机械过滤器和离子交换器来预处理，然后利用反渗透(RO)来浓缩。所得到的浓缩渗滤液的组成如表1中所示。
将来自RO单元的浓缩渗滤液加压至250巴并与加压空气同时供给到反应器，在所述反应器中有机化合物和铵盐被氧化，而无机盐和重金属作为浓缩盐残渣(浓缩物)被分离。该反应器包括热交换器，所述热交换器由位于反应区域下部的螺旋盘管、位于中间区域的线性管、位于上部区域的螺旋盘管和位于顶部区域的线性管组成。反应器保持时间为约30-60秒。
馏出物和浓缩物的组成也示于表1中。与进入的浓缩渗滤液相比，流出的馏出物的COD值降低了99.8％，而铵盐含量降低了99.999％。
渗滤液中的几乎所有的无机盐都被浓缩并从反应器中提取出来。根据入口渗滤液的组成，该浓缩物可以混入到最终产流中或在废物处理厂中被销毁。如果需要，通过向该工艺中添加化学品，浓缩物中的铵盐-N含量可以从120mg/L进一步降低至30mg/L。
表1
使用的参考符号列表：
1 超临界水氧化反应器
2 反应器主体
3 反应器主体2内部的腔体3
4 残渣输出连接4
5 残渣输出连接4的入口
6 残渣输出连接的出口
7 馏出物输出连接
8 馏出物输出连接的入口
9 馏出物输出连接的出口
10 含水流体入口连接
11 热元件
12 氧化流体输入连接
13 催化剂(和/或过滤元件)
14 温度传感器
15 盐浓度传感器
16 盐过滤器
17 另外的馏出物出口
18 内衬里
19 反应器衬里
20 内腔体
21 上边缘
尽管已经结合具体实施方式描述了本发明，但是不应将其解释为以任何方式限于所呈现的实施例。本发明的范围由所附权利要求阐述。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步骤。此外，提及诸如“一”或“一个”不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中所示元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提到的各个特征可以有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能的和有利的。

Claims (29)

1.一种超临界水氧化反应器(1)，所述超临界水氧化反应器(1)适于在所述反应器(1)内部包含处于超临界状态之下和之上的含水流体，所述流体包含有机和/或无机材料，其中所述反应器(1)包括：
反应器主体(2)，所述反应器主体(2)呈细长管状元件的形式，在使用期间，其纵向延伸平行于或实质上平行于重力，所述反应器主体(2)在其上端和下端封闭，从而在所述反应器主体(2)内限定了腔体(3)；
残渣输出连接(4)，所述残渣输出连接(4)具有布置在所述腔体(3)内的第一竖直高度(h1)处的入口(5)并且具有布置在所述反应器主体(2)外部的出口(6)，所述残渣输出连接(4)从其入口(5)向下朝向所述反应器的下部延伸；
馏出物输出连接(7)，所述馏出物输出连接(7)具有布置在所述腔体(3)内的第二竖直高度(h2)处的入口(8)并且具有布置在所述反应器主体(2)外部的出口(9)，所述第二竖直高度(h2)高于所述第一竖直高度(h1)，所述馏出物输出连接(7)从其入口(8)向下朝向所述反应器的下端延伸；
含水流体入口连接(10)，所述含水流体入口连接(10)布置在所述反应器主体的下端，用于将要进入超临界状态和要处于超临界状态之上的含水流体引入所述腔体(3)中；
多个独立可控的热元件(11)，所述多个独立可控的热元件(11)布置在所述第一竖直高度(h1)下方，位于所述反应器主体(2)中和/或所述腔体(3)内，并且适于提供进入/离开所述腔体(3)的可独立控制的热通量，以便对所述腔体(3)内的流体施加竖直温度分布，
多个温度传感器(14)和/或盐浓度传感器(15)，所述多个温度传感器(14)布置成在包括所述第一竖直高度(h1)上方的位置和所述第一竖直高度(h1)下方的位置在内的多个不同的竖直位置处测量流体温度或所述反应器主体的温度，所述盐浓度传感器(15)布置成测量流经所述残渣输出连接(4)的流体中的盐浓度。
2.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其中至少布置在所述第一竖直高度(h1)下方的所述热元件(11)被配置以提供足够的热量来为所述工艺提供燃料或冷却。
3.根据权利要求1或2所述的超临界水氧化反应器，其中所述热元件(11)被配置为和/或用于仅在所述第一个竖直高度(h1)处和/或第一个竖直高度(h1)下方进行冷却。
4.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，所述反应器进一步包括布置在所述第一竖直高度(h1)上方的多个独立可控的热元件(11)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述多个热元件(11)中的一个或多个热元件在所述壁处或在所述反应器主体中，诸如在所述反应器(2)的壁内，竖直地并排布置，优选地在每个元件(11)之间具有竖直距离。
6.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述多个热元件(11)中的一个或多个热元件在所述腔体(3)内竖直地并排布置，优选地在每个元件(11)之间具有竖直距离。
7.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中一些所述热元件(11)适于提供进入所述腔体(3)的热通量，并且剩余的热元件(11)适于提供离开所述腔体(3)的热通量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中每个热元件(11)沿着所述反应器主体(2)的水平周边完全环绕所述反应器主体(2)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述热元件(11)中的一个或多个热元件，诸如所有热元件，是电加热元件、和/或电冷却元件、和/或是珀耳帖元件、和/或是被配置用于接收加热/冷却流体的管状热交换器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述反应器进一步包括布置在所述第一竖直高度上方的催化剂(13)，所述催化剂选自增强所述反应器中的氧化工艺的催化剂的组。
11.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述催化剂(13)布置在所述馏出物输出连接(7)的入口(8)的前面和/或下面。
12.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述反应器进一步包括盐过滤器(16)，所述盐过滤器(16)用于从通过所述馏出物输出连接(7)离开所述反应器的流体中过滤盐，如果有的话。
13.根据权利要求12所述的超临界水氧化反应器，其中所述盐过滤器(16)布置在所述馏出物输出连接(7)的入口(8)的前面和/或下面。
14.根据权利要求12或13所述的超临界水氧化反应器，其中所述盐过滤器包括布置在所述盐过滤器中的催化剂，以提供与通过所述馏出物输出连接(7)离开所述反应器的流体的接触。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述盐过滤器是筛网、旋风分离器、移动床过滤器或增强氧化工艺的催化剂的形式，或者包括筛网、旋风分离器、移动床过滤器或增强氧化工艺的催化剂，以加速在所述反应器中发生的氧化工艺。
16.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，进一步包括布置在所述反应器主体的下端的氧化流体输入连接(12)，用于将氧化剂输入所述腔体(3)中。
17.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述残渣输出连接(4)的入口(5)被布置为在所述腔体(3)内竖直可移动。
18.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述残渣输出连接(4)被配置为提供距离比所述第一高度长的流动路径，以便增强在所述残渣输出连接内部流动的流体与围绕所述残渣输出连接的流体之间的热交换，所述残渣输出连接(4)优选地在所述残渣输出连接的至少一部分上是盘绕的。
19.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述馏出物输出连接(7)被配置为提供距离比所述第二高度长的流动路径，以便增强在所述馏出物输出连接内部流动的流体与围绕所述馏出物输出连接的流体之间的热交换，所述馏出物输出连接(7)优选地在所述馏出物输出连接的至少一部分上是盘绕的。
20.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，进一步包括形成内腔体(20)的内衬里(18)，所述内腔体在其上端开口并且在所述内腔体(20)的下端包括含水流体入口连接(10)，所述内衬里(18)的尺寸被设置为在所述反应器主体(2)的内表面和所述内衬里(18)的外表面之间提供水平距离(Δ1)，从而在其间限定了空间，并且所述反应器进一步包括与所述限定的空间流体连通的另外的馏出物出口连接(17)。
21.根据权利要求20所述的超临界水氧化反应器，其中所述内衬里(18)的尺寸被设置为在所述反应器主体(2)的底部和所述内衬里(18)的底部之间提供竖直距离(Δ2)，从而在其间限定了空间，所述空间与所述另外的馏出物出口连接(17)流体连通。
22.根据权利要求20或21中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述残渣输出连接(4)布置在所述内衬里(18)里面。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述馏出物输出连接(7)布置在所述内衬里(18)里面。
24.根据权利要求23所述的超临界水氧化反应器，其中所述馏出物输出连接(7)包括环绕所述残渣输出连接(4)的至少一区段的盘绕区段。
25.根据前述权利要求20-24中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述内衬里(18)具有上边缘(21)，所述上边缘(21)布置在与所述馏出物输出连接的入口(8)相同的竖直高度(h2)处或下方。
26.根据前述权利要求20-25中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中盐过滤器(16)和/或催化剂(13)布置在所述内衬里(18)的上端，所述催化剂选自增强所述反应器中的氧化工艺的催化剂的组。
27.根据前述权利要求中任一项所述的超临界水氧化反应器，其中所述反应器主体包括所述反应器衬里(19)，所述反应器衬里(19)形成所述反应器主体(2)的与所述超临界水氧化反应器内的流体接触的至少一部分，并且由耐化学腐蚀的材料制成。
28.一种超临界水氧化工艺，用于处理包含有机和/或无机材料的含水流体，所述含水流体一般来说诸如废水或工业废水，所述工艺包括将流体进料到根据前述权利要求中任一项所述的反应器中，以及利用所述热元件(11)来控制通过所述反应器主体的热通量，以获得所述反应器(1)内的竖直参考温度分布。
29.根据权利要求28所述的超临界水氧化工艺，其中控制通过所述反应器主体的热通量可包括：
利用所述温度传感器(14)来确定温度；
将所确定的温度与参考温度分布进行比较；以及
在热元件(11)所在的每个位置处，
如果在特定位置处所确定的温度低于参考温度，则在该特定位置处增加所述反应器中流体的热含量，或者
如果在特定位置处所确定的温度高于参考温度，则在该特定位置处减少所述反应器中流体的热含量，和/或
调节进入所述反应器中的有机物的流量。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112588217A (zh) * 2020-11-27 2021-04-02 湖南汉华京电清洁能源科技有限公司 超临界水氧化加热方法、装置和超临界水氧化系统
CN112811568A (zh) * 2021-02-07 2021-05-18 江苏省环境科学研究院 一种非均相催化超临界水氧化反应器
CN114790028A (zh) * 2022-04-29 2022-07-26 西安交通大学 一种多回程超临界水氧化反应器

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3899395B1 (en) * 2018-12-17 2023-08-02 AQUARDEN TECHNOLOGIES ApS Intertwined coil heat exchanger
CA3141768A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-30 Battelle Memorial Institute Destruction of pfas via an oxidation process and apparatus suitable for transportation to contaminated sites
CA3180965A1 (en) * 2020-08-06 2022-02-10 Stephen H. Rosansky Salt separation and destruction of pfas utilizing reverse osmosis and salt separation
CN113354229A (zh) * 2021-06-30 2021-09-07 中国石油化工股份有限公司 一种用于处理含油污泥的超临界水氧化反应器
WO2023196883A1 (en) 2022-04-05 2023-10-12 Revive Environmental Technology, Llc Preventing hydrogen embrittlement during supercritical water oxidation (scwo) of pfas
CN114804423A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 西安交通大学 一种在线脱盐排盐的超临界水氧化反应器
CN114804322A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 西安交通大学 一种集成型一体化超临界水氧化反应器
WO2023218035A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 Aquarden Technologies Aps An aqueous fluid reactor and a method of carrying out water oxidation and/or water gasification
US20230373824A1 (en) 2022-05-21 2023-11-23 Revive Environmental Technology, Llc Destruction of Perfluorosulfonic Acids (PFSAs) via Supercritical Water Oxidation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992014531A1 (en) * 1991-02-22 1992-09-03 Grundfos International A/S Distillation
CN101602558A (zh) * 2009-05-05 2009-12-16 西安交通大学 废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置
CN103508589A (zh) * 2013-09-30 2014-01-15 西安交通大学 超临界水氧化或气化处理高含盐有机废水的反应器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3361647A (en) * 1964-11-30 1968-01-02 Publicker Ind Inc Method and apparatus for crystallizing salt from brine
DK176669B1 (da) 2005-11-02 2009-02-09 Aquarden Technologies Aps Apparat til distillation af en væske, der skal renses

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992014531A1 (en) * 1991-02-22 1992-09-03 Grundfos International A/S Distillation
US5591310A (en) * 1991-02-22 1997-01-07 Grundfos International A/S Distillation
CN101602558A (zh) * 2009-05-05 2009-12-16 西安交通大学 废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置
CN103508589A (zh) * 2013-09-30 2014-01-15 西安交通大学 超临界水氧化或气化处理高含盐有机废水的反应器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DONG H.XU 等: ""A novel concept reactor design for preventing salt deposition in supercritical water"", 《CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH AND DESIGN》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112588217A (zh) * 2020-11-27 2021-04-02 湖南汉华京电清洁能源科技有限公司 超临界水氧化加热方法、装置和超临界水氧化系统
CN112811568A (zh) * 2021-02-07 2021-05-18 江苏省环境科学研究院 一种非均相催化超临界水氧化反应器
CN114790028A (zh) * 2022-04-29 2022-07-26 西安交通大学 一种多回程超临界水氧化反应器

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WO2017198275A1 (en) 2017-11-23
ES2820234T3 (es) 2021-04-20

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