CN114772698A - 一种有机废液超临界水氧化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机废液超临界水氧化系统，包括：旋流悬浮型超临界水氧化反应器，同轴设置且相连接的顶盖、上部圆柱段和下部锥形段形成承压外壳体；第一空气注入管，设置在上部圆柱段的中部；燃料注入管和第二空气注入管，设置在下部锥形段的顶部；有机废液输入管，设置在下部锥形段的上部，空气压缩机，经第一换热器分别连接至第一空气注入管、第二空气注入管；燃料增压泵与燃料罐相连接，出料口经第二换热器、电加热器连接至燃料注入管；废液增压泵与废液罐相连接，出料口连接至有机废液输入管。通过本发明的技术方案，能够实现对有机废液的高效快速预热，保障了有机废液的高效降解，大大提高了整体能量回收效率，从而有效降低了系统能耗。

Description

一种有机废液超临界水氧化系统

技术领域

本发明涉及有机废液处理技术领域，具体涉及一种有机废液超临界水氧化系统。

背景技术

高浓度、有毒、难降解有机废水的处理是国内外公认的技术难题。传统的有机废水处理技术(如物化处理技术、生物处理技术、湿式氧化、焚烧等)存在成本高、降解率低、易衍生二次污染等问题。超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，SCWO)作为一种新型的处理有机废水的技术，是有效解决这一难题的方法之一。超临界水氧化是在超过水的临界点(PC＝22.1MPa，TC＝374℃)的高温高压条件下，以空气或其他氧化剂，将有机物进行“燃烧”氧化的方法。水的极性是温度和压力的函数，超临界水是一种非极性溶剂。在超临界水的环境下，有机物和气体可完全互溶，气液两相的相界面消失，形成均一相体系，反应速度大大加快。在小于1分钟甚至几秒钟的停留时间内，99.9％以上的有机物迅速燃烧氧化成CO₂、H₂O和其他无毒无害的终端产物。反应温度一般在400℃–650℃，避免了SO₂、NO_x、二恶英等二次污染物的产生。

虽然均相的超临界水氧化反应可快速降解有机物，但是含高浓度颗粒的有机废液，由于固相颗粒的存在及反应过程析出的无机盐，加大了过程的传热传质，进而阻碍了反应进程，需要强化反应过程以达到有机物彻底降解。

现有技术中，在采用超临界水氧化技术处理有机废液时，存在以下技术缺陷：(1)热回收过程中，换热装置的换热效率较低；(2)有机废液中固体灰渣和析出无机盐容易沉积堵塞，影响系统的安全运行；(3)高浓度颗粒的有机废液在预热段容易结垢和堵塞，通过辅助燃料快进行超临界水氧化反应形成热液火焰，通过火焰释放的热量可实现产物废料的快速预热，但火焰和废料的充分及高效混合将影响物料的充分预热和后续的降解反应；(4)有机废液中的固相颗粒或析出的无机盐容易堆积，显著增加传热传质阻力，造成超临界水氧化反应效率不高，常规解决方法借助机械的手段在反应器内搅拌或者通过超长的反应停留时间，然而，在超临界水氧化反应条件下搅拌装置难以安装和密封，超长的反应停留时间容易造成反应器尺寸和投资过大。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种有机废液超临界水氧化系统，能够处理高含固、高含盐的有机废液，能够实现对有机废液的高效快速预热，保障有机废液的高效降解，同时具有较好的抗腐蚀、抗盐沉积性能，能够实现反应产物的气固分离，大大提高整体能量回收效率，从而有效降低了系统能耗。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种有机废液超临界水氧化系统，包括：旋流悬浮型超临界水氧化反应器，所述旋流悬浮型超临界水氧化反应器包括：同轴配合设置的承压外壳体和多孔内壳体，所述承压外壳体包括：同轴设置且相连接的顶盖、上部圆柱段和下部锥形段；第一空气注入管，设置在所述上部圆柱段的中部；燃料注入管和第二空气注入管，设置在所述下部锥形段的顶部，所述燃料注入管和所述第二空气注入管均匀间隔布置在同一水平圆周上，且两两平行偏离所述承压外壳体的中心轴距离r相向输入，并在相应的输入水平圆截面形成一个半径为r的虚拟圆；有机废液输入管，设置在所述下部锥形段的上部，所述有机废液输入管的输入方向倾斜向上且指向所述承压外壳体的中心轴，所述有机废液输入管的输入方向与所述承压外壳体的中心轴之间的夹角介于有机废液输入方向和虚拟圆相切时的角度α以及有机废液输入方向指向虚拟圆中心的角度β之间，空气压缩机，经第一换热器分别连接至所述第一空气注入管、所述第二空气注入管；燃料增压泵，所述燃料增压泵的进料口与燃料罐相连接，所述燃料增压泵的出料口经第二换热器、电加热器连接至所述燃料注入管；废液增压泵，所述废液增压泵的进料口与废液罐相连接，所述废液增压泵的出料口连接至所述有机废液输入管。

优选地，所述虚拟圆的半径r为所述燃料注入管和所述第二空气注入管连接位置处相应的所述承压外壳体水平截面半径的1/3-2/3。

优选地，所述燃料注入管与所述第二空气注入管的设置数量相同，分别设置2根或者3根或者4根；沿着所述下部锥形段的上部圆周同一水平面均匀设置2-4根所述有机废液输入管。

优选地，所述多孔内壳体包括：同轴设置且相连接的无孔顶盖、多孔直筒段和支撑环，所述支撑环与所述承压外壳体的上部圆柱段的底面相连接；沿着所述上部圆柱段的中部圆周同一水平面均匀设置2-4根所述第一空气注入管，空气经第一空气注入管先进入所述承压外壳体育所述多孔内壳体之间形成的环隙，之后渗入所述多孔直筒段的内壁面形成保护膜。

优选地，有机废液超临界水氧化系统还包括：内置式旋风分离器，嵌入所述多孔内壳体的内部，所述内置式旋风分离器与所述多孔内壳体同轴设置，所述内置式旋风分离器包括：配合设置的分离器顶盖、分离器出气管、分离器切向进料管、分离器圆柱段、分离器锥形段和分离器灰渣排出管，所述分离器顶盖、所述分离器圆柱段、所述分离器锥形段以及所述分离器灰渣排出管从上到下依次连接，所述分离器灰渣排出管延伸至所述下部锥形段；所述分离器切向进料管设置在所述分离器圆柱段的上部侧面；所述分离器出气管的一端设置在所述分离器圆柱段内，另一端穿过所述分离器顶盖、所述多孔内壳体的无孔顶盖以及所述承压外壳体的顶盖伸出；所述分离器出气管的底端同轴设置丝网过滤器；所述分离器灰渣排出管的底部设置锁气器。

优选地，有机废液超临界水氧化系统还包括:灰渣排出管，设置在所述承压外壳体的下部锥形段的底部中心位置处；固液分离器，与所述灰渣排出管管路相连，所述固液分离器与所述灰渣排出管之间设置第一阀门；灰渣储罐，与所述固液分离器的底部相连接，所述灰渣储罐与所述固液分离器之间设置第二阀门；所述灰渣储罐的底部设置灰渣出口和排灰渣阀门，所述灰渣储罐的外部设置冷却盘管。

优选地，所述固液分离器上部排出的浓盐水分别进入所述第一换热器、所述第二换热器，分别对空气、燃料进行预热；第一闪蒸罐，分别与所述第一换热器、所述第二换热器相连接，经所述第一换热器、所述第二换热器降温后的浓盐水进入所述第一闪蒸罐中，所述第一闪蒸罐的入口管路上设置第一减压阀；第二闪蒸罐，与所述第一闪蒸罐的底部相连接，所述第二闪蒸罐的入口管路上设置第二减压阀。

优选地，有机废液超临界水氧化系统还包括：冷却水注入管，设置在所述承压外壳体的下部锥形段的中下部，所述冷却水注入管在所述下部锥形段内部的出口朝下；管路相连的冷却水罐和冷却水泵，所述冷却水泵与所述冷却水注入管相连接。

优选地，有机废液超临界水氧化系统还包括：汽轮机，与所述分离器出气管的顶端相连接；发电机，与所述汽轮机相连接，分离器出气管流出的超临界流体直接进入汽轮机，驱动发电机发电。

优选地，有机废液超临界水氧化系统还包括：冷凝器，与所述汽轮机相连接；气液分离器，与所述冷凝器相连接，所述汽轮机排出的乏蒸汽经冷却进入气液分离器分离排放。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统采用设计有燃料和氧气四角切圆注入的独特旋流悬浮型超临界水氧化反应器，可形成旋转圆形火焰区，有机废液注入到火焰区，火焰对常温有机废液包裹，实现了内预热，确保了有机废液的充分预热，而且，预热效率高，能够有效避免有机废液直接预热而出现的结焦、换热效率低、堵塞等问题。

(2)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统采用独特旋流悬浮型超临界水氧化反应器，以空气作为保护流体，反应区通过空气膜保护，实现了反应器的抗腐蚀和抗盐沉积保护，同时，高含固有机废液在反应器内悬浮旋流流动，耦合空气保护膜中的过量氧气，强化了有机废液反应过程中的传热传质，实现了有机废液的高效降解。

(3)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统采用独特旋流悬浮型超临界水氧化反应器，反应后的固体产物在反应器内实现三级分离，首先是悬浮过程的重力分离去除大颗粒；其次是内置式旋风分离器高效去除中低颗粒；最后通过旋风分离器出口的丝网过滤器去除微细颗粒，实现反应后高温流体的颗粒去除，大大提高了后续能量回收的品位和质量。

(4)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统采用独特旋流悬浮型超临界水氧化反应器，底部采用冷却水快速冷却形成亚临界溶解池，且内置式旋风分离器底部排渣出口直接通入溶解池，实现可溶性盐的溶解和灰渣冷却，有效避免了反应器的结垢和堵塞，而且便于后续灰渣和无机盐的固液分离，提高后续设备换热效率和稳定性。

(5)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统采用独特旋流悬浮型超临界水氧化反应器，反应器中燃料和空气形成旋转气流，在旋转气流的作用下，低密度的反应物及颗粒(固体或析出无机盐)在相应的虚拟圆柱上悬浮并盘旋向上，大尺寸颗粒会落入火焰区进一步破碎及反应，而上升过程形成的较大尺寸颗粒在靠近多孔内壁的过程中被上部注入的空气二次破碎，并与空气中的氧气进一步混合、反应，通过强化传热传质、较大的过氧量及较长的停留时间，能够实现含颗粒/含盐有机废液的充分氧化降解，大大提高了有机废液的氧化降解效果。

(6)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统采用独特旋流悬浮型超临界水氧化反应器，反应器中嵌入内置式旋风分离器，如此设计，旋风分离器内外压力相差非常小，采用常压环境的结构即可以实现反应产物的高效气固分离，形成高品质的超临界流体，有利于提高了整体的能量回收效率。

(7)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统集成能量回收系统实现了能量自给与水热蒸汽输出，高温纯净(不含颗粒)的超临界流体可直接用于发电，一部分抵消系统的电耗，另一部分可对外输出，且乏蒸汽能量可用于产生热水对外输出；灰渣能量用于产生热水，浓盐水能量一部分用于系统预热，另一部分产生蒸汽对外输出。

(8)本发明提出的有机废液超临界水氧化系统能够实现有机废液的高效降解，而且实现了惰性固体颗粒和溶解性无机盐的分离，能够实现废液零排放。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的有机废液超临界水氧化系统的结构示意图；

图2示出了图1有机废液超临界水氧化系统中旋流悬浮型超临界水氧化反应器的结构示意图；

图3示出了图2旋流悬浮型超临界水氧化反应器中燃料和空气注入示意图；

图4示出了图2旋流悬浮型超临界水氧化反应器中有机废液注入示意图，

其中，图1至图4中附图标记与部件之间的对应关系为：

102旋流悬浮型超临界水氧化反应器，1021承压外壳体，1021-1顶盖，1021-2上部圆柱段，1021-3下部锥形段，1022多孔内壳体，1022-1无孔顶盖，1022-2多孔直筒段，1022-3支撑环，1023第一空气注入管，1024燃料注入管，1025第二空气注入管，1026有机废液输入管，1027内置式旋风分离器，1027-1分离器顶盖，1027-2分离器出气管，1027-3分离器切向进料管，1027-4分离器圆柱段，1027-5分离器锥形段，1027-6分离器灰渣排出管，1027-7丝网过滤器，1027-8锁气器，1028灰渣排出管，1029冷却水注入管，104空气压缩机，106第一换热器，108燃料增压泵，110燃料罐，112第二换热器，114电加热器，116废液增压泵，118废液罐，120固液分离器，122第一阀门，124灰渣储罐，126第二阀门，128灰渣出口，130排灰渣阀门，132冷却盘管，134第一闪蒸罐，136第一减压阀，138第二闪蒸罐，140第二减压阀，142冷却水罐，144冷却水泵，146汽轮机，148发电机，150冷凝器，152气液分离器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，根据本发明的实施例的一种有机废液超临界水氧化系统包括：旋流悬浮型超临界水氧化反应器102，旋流悬浮型超临界水氧化反应器102包括：同轴配合设置的承压外壳体1021和多孔内壳体1022，呈双壳结构。设计有物料预热注入区、悬浮反应区、气固旋风分离区、气膜保护区、灰渣冷却区。承压外壳体1021包括：同轴设置且相连接的顶盖1021-1、上部圆柱段1021-2和下部锥形段1021-3。在上部圆柱段1021-2的中部设置第一空气注入管1023，从侧面注入空气，在多孔内壳体1022的内壁面形成保护膜，通过冲刷、溶解、稀释等方式对多孔内壳体1022进行保护。在下部锥形段1021-3的顶部设置燃料注入管1024和第二空气注入管1025，且两两平行偏离承压外壳体1021的中心轴距离r相向输入，并在相应的输入水平圆截面形成一个半径为r的虚拟圆，如图3所示，这样已预热的燃料和空气中的氧气可快速进行超临界水氧化反应，从而形成热液火焰，且由于燃料和空气的输入位置和角度，可形成以虚拟圆上方为范围的旋转热液火焰区。在下部锥形段1021-3的上部设置有机废液输入管1026，有机废液输入管1026的输入方向倾斜向上且指向承压外壳体1021的中心轴，有机废液输入管1026的输入方向与承压外壳体1021的中心轴之间的夹角介于有机废液输入方向和虚拟圆相切时的角度α以及有机废液输入方向指向虚拟圆中心的角度β之间，如图4所示，从而保证有机废液注入在虚拟圆的正上方，常温有机废液中的颗粒等反应物落入虚拟圆上方与反应器中心轴形成的虚拟圆柱，燃料和空气形成的热液火焰包裹有机废液，从而有利于快速实现废液的预热，而且，预热效率高，能够有效避免有机废液直接预热而出现的结焦、换热效率低、堵塞等问题。同时，在燃料和空气形成的旋转气流作用下，低密度的反应物在相应的虚拟圆柱上悬浮并盘旋向上，此过程中，废液中的大尺寸颗粒会落入火焰区进一步破碎及反应，不能反应破碎的颗粒掉入底部的灰渣冷却区。而后上升过程形成的较大尺寸颗粒在离心力的作用下回靠近多孔内壳体1022的多孔内壁，被径向输入的空气二次破碎，与上部注入空气中的氧气进一步混合、反应，通过强化传热传质、较大的过氧量及较长的停留时间，实现含颗粒/含盐有机废液的充分氧化降解，大大提高了有机废液的氧化降解效果。空气压缩机104经第一换热器106分别连接至第一空气注入管1023、第二空气注入管1025，空气经空气压缩机104增压至23MPa以上，经第一换热器106预热后分为两部分，一部分从第一空气注入管1023进入形成空气保护膜，另一部分从第二空气注入管1025进入，为燃烧提供氧气，形成旋转热液火焰区。燃料增压泵108的进料口与燃料罐110相连接，燃料增压泵108的出料口经第二换热器112、电加热器114连接至燃料注入管1024，燃料罐110中的燃料经燃料增压泵108增压至23MPa以上，经第二换热器112预热，电加热器114加热至370℃～450℃，从燃料注入管1024注入反应器，与空气混合燃烧，形成旋转热液火焰区。废液增压泵116的进料口与废液罐118相连接，废液增压泵116的出料口连接至有机废液输入管1026，经研磨搅拌均质的高含固有机废液从废液罐118流出，经废液增压泵116增至23MPa以上，从有机废液输入管1026注入反应器内，有机废液中固体颗粒质量浓度为1％～10％，颗粒尺寸小于50μm，有机废液中无机盐质量浓度为1％～10％，更容易实现废液零排放。

进一步地，如图3所示，虚拟圆的半径r为燃料注入管1024和第二空气注入管1025连接位置处相应的承压外壳体1021水平截面半径的1/3-2/3。

进一步地，如图3所示，燃料注入管1024与第二空气注入管1025的设置数量相同，分别设置2根；如图1和图2所示，沿着下部锥形段1021-3的上部圆周同一水平面均匀设置2-4根有机废液输入管1026。

从而，进一步保障了形成以虚拟圆上方为范围的旋转热液火焰区，进一步保证了有机废液注入在虚拟圆的正上方，常温有机废液中的颗粒等反应物落入虚拟圆上方与反应器中心轴形成的虚拟圆柱，燃料和空气形成的热液火焰包裹有机废液，从而进一步保障了有机废液的预热效果。

另外，燃料注入管1024与第二空气注入管1025还可以分别设置3根或者4根。

进一步地，如图1和图2所示，多孔内壳体1022包括：同轴设置且相连接的无孔顶盖1022-1、多孔直筒段1022-2和支撑环1022-3。支撑环1022-3与承压外壳体1021的上部圆柱段1021-2底面相连接。沿着上部圆柱段1021-2的中部圆周同一水平面均匀设置2-4根第一空气注入管1023，空气经第一空气注入管1023先进入承压外壳体1021与多孔内壳体1022之间形成的环隙，之后渗入多孔直筒段1022-2的内壁面形成保护膜，通过冲刷、溶解、稀释等方式对多孔内壳体1022进行保护。以空气作为保护流体，反应区通过空气膜保护，实现了反应器的抗腐蚀和抗盐沉积保护，同时，空气中的氧气强化了有机废液反应过程中的传热介质，实现了有机废液的高效降解。

进一步地，如图1和图2所示，有机废液超临界水氧化系统还包括：嵌入在多孔内壳体1022内部的内置式旋风分离器1027，内置式旋风分离器1027与多孔内壳体1022同轴设置。旋风分离器内外压力相差非常小，采用常压环境的结构即可以实现反应产物的高效气固分离，形成高品质的超临界流体，有利于提高整体的能量回收效率。内置式旋风分离器1027包括：配合设置的分离器顶盖1027-1、分离器出气管1027-2、分离器切向进料管1027-3、分离器圆柱段1027-4、分离器锥形段1027-5和分离器灰渣排出管1027-6，分离器顶盖1027-1、分离器圆柱段1027-4、分离器锥形段1027-5以及分离器灰渣排出管1027-6从上到下依次连接，分离器灰渣排出管1027-6延伸至下部锥形段1021-3；分离器切向进料管1027-3设置在分离器圆柱段1027-4的上部侧面；分离器出气管1027-2的一端设置在分离器圆柱段1027-4内，另一端穿过分离器顶盖1027-1、多孔内壳体1022的无孔顶盖1022-1以及承压外壳体1021的顶盖1021-1伸出。超临界水氧化反应后形成高温高压的流体(水、二氧化碳、氮气、氧气等)和颗粒(灰渣和析出的无机盐)，大量的反应产物经分离器切向进料管1027-3进入内置式旋风分离器1027内部，由于反应产物的高温高压特性及内置式旋风分离器1027较小的入口，反应产物在旋风分离器内形成高速气流，在重力、惯性力、离心力等作用下完成高效的气固分离，净化后的高温高压流体从分离器出气管1027-2排出。分离器出气管1027-2的底端同轴设置丝网过滤器1027-7，从而能够进一步去除气体中的微细颗粒，净化后的反应流体可直接进入透平做工，大大提升了反应产物的能量品位并便于后续的能量回收。分离器灰渣排出管1027-6的底部设置锁气器1027-8。灰渣颗粒沿着分离器锥形段1027-5、分离器灰渣排出管1027-6掉入承压外壳体1021的下部锥形段1021-3内，分离器灰渣排出管1027-6的底部设置锁气器1027-8保障了灰渣单向向下排出，一定程度上避免影响内置式旋风分离器1027的流场结构，进一步保障气固分离效果。

进一步地，如图1和图2所示，在承压外壳体1021的下部锥形段1021-3的底部中心位置处设置灰渣排出管1028，便于灰渣的排出和收集。固液分离器120与灰渣排出管1028管路相连，固液分离器120与灰渣排出管1028之间设置第一阀门122，灰渣落入下部锥形段1021-3的灰渣区，经灰渣排出管1028排出，后经第一阀门122进入固液分离器120实现固液分离，进而排出固体灰渣和浓盐水。灰渣储罐124，与固液分离器120的底部相连接，灰渣储罐124与固液分离器120之间设置第二阀门126，灰渣储罐124的底部设置灰渣出口128和排灰渣阀门130，通过交替开闭第二阀门126和第三阀门对外排放。灰渣储罐124的外部设置冷却盘管132，通过冷却水对灰渣进行冷却并形成热水对外排放。

进一步地，如图1所示，固液分离器120上部排出的浓盐水分别进入第一换热器106、第二换热器112，分别对空气、燃料进行预热；第一闪蒸罐134，分别与第一换热器106、第二换热器112相连接，经第一换热器106、第二换热器112降温后的浓盐水进入第一闪蒸罐134中，第一闪蒸罐134的入口管路上设置第一减压阀136；第二闪蒸罐138，与第一闪蒸罐134的底部相连接，第二闪蒸罐138的入口管路上设置第二减压阀140。固液分离器120上部排出的浓盐水分别进入第一换热器106、第二换热器112，分别对空气、燃料进行预热，降温后的浓盐水首先通过第一减压阀136进入第一闪蒸罐134中产生蒸汽和进一步浓缩的盐水，后续通过第二减压阀140进入第二闪蒸罐138产生蒸汽和盐渣，两级闪蒸罐产生的蒸汽收集对外输出，产生的盐渣集中存储以便后续处理。

进一步地，如图1和图2所示，承压外壳体1021的下部锥形段1021-3的中下部设置冷却水注入管1029，冷却水注入管1029在下部锥形段1021-3内部的出口朝下。通过冷却水的注入在下部锥形段1021-3形成一亚临界温度的灰渣冷却区，冷却水注入管1029在下部锥形段1021-3内部，减少了对上部反应区的影响。有机废液反应过程的大颗粒及内置式旋风分离器1027分离的细颗粒落入灰渣冷却区，无机盐可溶解，灰渣可冷却排出反应器，避免堵塞且利于后续分离。管路相连的冷却水罐142和冷却水泵144，冷却水泵144与冷却水注入管1029相连接，冷却水罐142中的冷却水经冷却水泵144增压至23MPa以上，从反应器入口注入。

进一步地，如图1所示，有机废液超临界水氧化系统还包括：与分离器出气管1027-2顶端相连接的汽轮机146；发电机148与汽轮机146相连接，分离器出气管1027-2流出的超临界流体直接进入汽轮机146，驱动发电机148发电。

进一步地，如图1所示，有机废液超临界水氧化系统还包括：与汽轮机146相连接的冷凝器150；气液分离器152与冷凝器150相连接，汽轮机146排出的蒸汽经冷却进入气液分离器152分离排放。

从而，分离器出气管1027-2流出的高温高品质超临界流体直接进入汽轮机146，驱动发电机148发电，补充系统电耗，额外电量对外输出。汽轮机146排出的乏蒸汽经冷凝器150冷却进入气液分离器152分离排放。冷凝器150出口和气液分离器152底部液体出口形成热水对外输出。从而，实现了能量梯级回收利用。

本发明提出的有机废液超临界水氧化系统可以应用于高盐有机废液或者高含固有机废液。

本发明提出的有机废液超临界水氧化系统的工作过程如下：

旋流悬浮型超临界水氧化反应器102包含物料预热注入区、悬浮反应区、气固旋风分离区、气膜保护区、灰渣冷却区。空气经空气压缩机104增压至23MPa以上，经第一换热器106预热后分为两部分，一部分从反应器的第一空气注入管1023进入反应器，另一部分经第二空气注入管1025进入反应器；燃料罐110中的燃料经燃料增压泵108增压至23MPa以上，经第二换热器112预热，电加热器114加热至370℃～450℃，通过燃料注入管1024注入反应器。已预热的燃料和空气中的氧气可快速进行超临界水氧化反应，从而形成热液火焰，且由于燃料和空气的输入位置和角度，可形成以虚拟圆上方为范围的旋转热液火焰区。

经研磨搅拌均质的高含固有机废液从废液罐118流出，经废液增压泵116增压至23MPa以上，从有机废液输入管1026注入反应器，有机废液中固体颗粒浓度为1-10％，颗粒尺寸小于50μm，所述有机废液中无机盐浓度为1-10％，有机废液注入在虚拟圆的正上方，常温有机废液中的颗粒等反应物落入虚拟圆上方与反应器中心轴形成的虚拟圆柱，燃料和空气形成的热液火焰包裹有机废液，对有机废液进行预热。

物料在反应器内的虚拟圆上方经热液火焰快速预热，在高温低密度流体的浮升力作用下旋流悬浮向上运动，增加停留时间。由于离心力作用大颗粒更容易靠近反应器壁面，但同时在侧面空气保护膜的径向力作用下，颗粒重新卷入中心流，进一步破碎加速有机物的氧化降解。

超临界水氧化反应后形成高温高压的流体(水、二氧化碳、氮气、氧气等)和颗粒(灰渣和析出的无机盐)，大量的反应产物经分离器切向进料管1027-3进入内置式旋风分离器1027内部，由于反应产物的高温高压特性及内置式旋风分离器1027较小的入口，反应产物在旋风分离器内形成高速气流，在重力、惯性力、离心力等作用下完成高效的气固分离，净化后的高温高压流体经丝网过滤器从分离器出气管1027-2排出，产生的高温高品质超临界流体直接进入汽轮机146，驱动发电机148发电，补充系统电耗，额外电量对外输出。汽轮机146排出的乏蒸汽经冷凝器150冷却进入气液分离器152分离排放。冷凝器150出口和气液分离器152底部液体出口形成热水对外输出。

冷却水罐142中冷却水经冷却水泵144增压至23MPa以上，从冷却水注入管1029注入反应器中。内置式旋风分离器1027分离出的灰渣在重力作用下打开锁气器1027-8，灰渣落入下部锥形段1021-3灰渣冷却区。有机废液反应过程的大颗粒及内置式旋风分离器1027分离的细颗粒落入灰渣冷却区后，被冷却水冷却，从灰渣排出管1028排出。后续经第一阀门122进入固液分离器120实现固液分离，进而排出固体灰渣和浓盐水，固体灰渣从固液分离器120底部经第二阀门126进入灰渣储罐124。灰渣储罐124外部设置的冷却盘管132通过冷却水对灰渣进行冷却并形成热水对外排放。灰渣储罐124的底部设置灰渣排出口和第三阀门，通过间歇交替开闭第二阀门126和第三阀门对外排放。

固液分离器120上部排出的浓盐水分别进入第一换热器106和第二换热器112，分别对空气和燃料进行预热，降温后的浓盐水首先通过第一减压阀136进入第一闪蒸罐134产生蒸汽和进一步浓缩的盐水，后续通过第二减压阀140进入闪蒸罐产生蒸汽和盐渣，两级闪蒸罐产生的蒸汽收集对外输出，产生的盐渣集中存储以便后续处理。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，包括：旋流悬浮型超临界水氧化反应器，所述旋流悬浮型超临界水氧化反应器包括：

同轴配合设置的承压外壳体和多孔内壳体，所述承压外壳体包括：同轴设置且相连接的顶盖、上部圆柱段和下部锥形段；

第一空气注入管，设置在所述上部圆柱段的中部；

燃料注入管和第二空气注入管，设置在所述下部锥形段的顶部，所述燃料注入管和所述第二空气注入管均匀间隔布置在同一水平圆周上，且两两平行偏离所述承压外壳体的中心轴距离r相向输入，并在相应的输入水平圆截面形成一个半径为r的虚拟圆；

有机废液输入管，设置在所述下部锥形段的上部，所述有机废液输入管的输入方向倾斜向上且指向所述承压外壳体的中心轴，所述有机废液输入管的输入方向与所述承压外壳体的中心轴之间的夹角介于有机废液输入方向和虚拟圆相切时的角度α以及有机废液输入方向指向虚拟圆中心的角度β之间，

空气压缩机，经第一换热器分别连接至所述第一空气注入管、所述第二空气注入管；

燃料增压泵，所述燃料增压泵的进料口与燃料罐相连接，所述燃料增压泵的出料口经第二换热器、电加热器连接至所述燃料注入管；

废液增压泵，所述废液增压泵的进料口与废液罐相连接，所述废液增压泵的出料口连接至所述有机废液输入管。

2.根据权利要求1所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，

所述虚拟圆的半径r为所述燃料注入管和所述第二空气注入管连接位置处相应的所述承压外壳体水平截面半径的1/3-2/3。

3.根据权利要求1所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，

所述燃料注入管与所述第二空气注入管的设置数量相同，分别设置2根或者3根或者4根；

沿着所述下部锥形段的上部圆周同一水平面均匀设置2-4根所述有机废液输入管。

4.根据权利要求1所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，

所述多孔内壳体包括：同轴设置且相连接的无孔顶盖、多孔直筒段和支撑环，所述支撑环与所述承压外壳体的上部圆柱段的底面相连接；

沿着所述上部圆柱段的中部圆周同一水平面均匀设置2-4根所述第一空气注入管，空气经第一空气注入管先进入所述承压外壳体育所述多孔内壳体之间形成的环隙，之后渗入所述多孔直筒段的内壁面形成保护膜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，还包括：

内置式旋风分离器，嵌入所述多孔内壳体的内部，所述内置式旋风分离器与所述多孔内壳体同轴设置，

所述内置式旋风分离器包括：配合设置的分离器顶盖、分离器出气管、分离器切向进料管、分离器圆柱段、分离器锥形段和分离器灰渣排出管，

所述分离器顶盖、所述分离器圆柱段、所述分离器锥形段以及所述分离器灰渣排出管从上到下依次连接，所述分离器灰渣排出管延伸至所述下部锥形段；

所述分离器切向进料管设置在所述分离器圆柱段的上部侧面；

所述分离器出气管的一端设置在所述分离器圆柱段内，另一端穿过所述分离器顶盖、所述多孔内壳体的无孔顶盖以及所述承压外壳体的顶盖伸出；

所述分离器出气管的底端同轴设置丝网过滤器；

所述分离器灰渣排出管的底部设置锁气器。

6.根据权利要求5所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，还包括:

灰渣排出管，设置在所述承压外壳体的下部锥形段的底部中心位置处；

固液分离器，与所述灰渣排出管管路相连，所述固液分离器与所述灰渣排出管之间设置第一阀门；

灰渣储罐，与所述固液分离器的底部相连接，所述灰渣储罐与所述固液分离器之间设置第二阀门；

所述灰渣储罐的底部设置灰渣出口和排灰渣阀门，所述灰渣储罐的外部设置冷却盘管。

7.根据权利要求6所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，

所述固液分离器上部排出的浓盐水分别进入所述第一换热器、所述第二换热器，分别对空气、燃料进行预热；

第一闪蒸罐，分别与所述第一换热器、所述第二换热器相连接，经所述第一换热器、所述第二换热器降温后的浓盐水进入所述第一闪蒸罐中，所述第一闪蒸罐的入口管路上设置第一减压阀；

第二闪蒸罐，与所述第一闪蒸罐的底部相连接，所述第二闪蒸罐的入口管路上设置第二减压阀。

8.根据权利要求7所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，还包括：

冷却水注入管，设置在所述承压外壳体的下部锥形段的中下部，所述冷却水注入管在所述下部锥形段内部的出口朝下；

管路相连的冷却水罐和冷却水泵，所述冷却水泵与所述冷却水注入管相连接。

9.根据权利要求8所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，还包括：

汽轮机，与所述分离器出气管的顶端相连接；

发电机，与所述汽轮机相连接，分离器出气管流出的超临界流体直接进入汽轮机，驱动发电机发电。

10.根据权利要求9所述的有机废液超临界水氧化系统，其特征在于，还包括：

冷凝器，与所述汽轮机相连接；

气液分离器，与所述冷凝器相连接，所述汽轮机排出的乏蒸汽经冷却进入气液分离器分离排放。

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