CN114891545A - 一种超临界水反应器及有机废气物燃气化利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界水反应器及有机废弃物燃气化利用系统，系统包括：水热预处理罐；水热预处理罐的顶部燃气出口连接至储气罐；第一固液分离器，与水热预处理罐的底部相连接；废物罐，与第一固液分离器的底部相连接；第一发酵罐，与第一固液分离器的液相产物出口相连接，第一发酵罐的顶部沼气出口连接至储气罐；第二发酵罐，与第一发酵罐的底部相连接，第二发酵罐的顶部沼气出口连接至储气罐；热源储罐，与第二发酵罐的底部相连接；超临界水反应器的物料入口、热源通道入口分别与废物罐、热源储罐相连接。通过本发明的技术方案，提高了发酵产率和速率，能量梯级回收利用，系统能量效率高，残液及残渣有序利用，能够实现系统废物零排放。

Description

一种超临界水反应器及有机废气物燃气化利用系统

技术领域

本发明涉及废弃物回收利用技术领域，具体涉及一种超临界水反应器及有机废气物燃气化利用系统。

背景技术

相关技术中，有机废弃物直接发酵产甲烷进行利用，一方面，发酵产甲烷速率慢、产气率低、物料来源范围窄，从而导致经济性不足，另一方面，发酵所需设备体积大、耗时长，发酵残渣需要额外单独处理。

超临界水(P_C>22.1MPa，T_C>374℃)是一种特殊的反应介质，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，在较短的停留时间内，有机物迅速气化产生富氢气体，从而，被逐渐应用到有机废弃物的降解利用中。然而，由于有机物超临界水气化制氢是一个吸热反应，反应物和介质需要预热至超临界温度甚至更高温度，该过程一般需要消耗大量电能，成本较高，阻碍了其应用推广。而且，相关技术中的超临界水反应器的制氢效果较差，容易出现反应过热、结焦、能量过大损耗等现象。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种超临界水反应器及有机废弃物燃气化利用系统，巧妙结合发酵和超临界水技术，并在发酵之前设计水热预处理破坏有机废气物原始复杂结构，提高发酵产率和速率，提高制氢效果，超临界水反应器内部能量互补，反应产物用于自身预热、水热预处理、发酵保温所需热量，能量梯级回收利用，系统能量效率高，残液及残渣有序利用，能够实现系统废物零排放。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种超临界水反应器，包括：同轴套设的外壳体和内壳体，所述外壳体和所述内壳体之间形成热源通道，所述热源通道的入口与所述热源储罐相连接；热源喷射管，设置在所述内壳体的内部，所述热源喷射管的入口延伸至所述外壳体的下方且与所述热源通道的出口相连接；在所述内壳体的内部同轴设置的第一圆筒挡板和第二圆筒挡板，所述第一圆筒挡板与所述外壳体的上端盖相连接，所述第二圆筒挡板位于所述第一圆筒挡板和所述内壳体之间，所述第二圆筒挡板的底部与所述外壳体的下端盖相连接。

优选地，所述热源喷射管的出口与所述外壳体的上端盖之间的距离为所述外壳体高度的1/4～1/3；所述第一圆筒挡板的底部与所述外壳体的上端盖之间的距离为所述外壳体高度的1/3～1/2；所述外壳体的上端盖下方、所述第一圆筒挡板内部以及所述热源喷射管的出口上方形成热源氧化放热区。

优选地，所述第二圆筒挡板的顶部与所述外壳体的上端盖之间的距离为所述外壳体高度的1/4～1/3；所述第二圆筒挡板与所述内壳体之间形成物料预热通道。

优选地，产物出口设置在所述外壳体的下端盖上，且与所述第二圆筒挡板的内部区域相对应；物料入口设置在所述外壳体的下端盖上，且与所述第二圆筒挡板和所述内壳体之间的区域相对应；氧气入口设置在所述外壳体的上端盖上，且与所述第一圆筒挡板的内部区域相对应。

一种有机废弃物燃气化利用系统，包括：水热预处理罐，所述水热预处理罐的顶部设有有机废弃物浆液入口；储气罐，所述水热预处理罐的顶部燃气出口连接至所述储气罐；第一固液分离器，与所述水热预处理罐的底部相连接，有机废弃物浆液经所述水热预处理罐处理后产生的固液混合产物进入所述第一固液分离器中；废物罐，与所述第一固液分离器的底部相连接；第一发酵罐，与所述第一固液分离器的液相产物出口相连接，所述第一发酵罐的顶部沼气出口连接至所述储气罐；第二发酵罐，与所述第一发酵罐的底部相连接，所述第二发酵罐的顶部沼气出口连接至所述储气罐；热源储罐，与所述第二发酵罐的底部相连接；上述超临界水反应器，所述超临界水反应器的物料入口、热源通道的入口分别与所述废物罐、所述热源储罐相连接，所述废物罐向所述超临界水反应器输送含固有机废弃物，所述热源储罐向所述超临界水反应器输送热源。

优选地，所述水热预处理罐的外壳设置热流体加热套，所述水热预处理罐对有机废弃物浆液进行水热预处理的压力为0.5MPa～3MPa，温度为150℃～250℃，停留时间为30min～120min。

优选地，所述水热预处理罐、所述第一发酵罐、所述第二发酵罐依次从高至低布置；所述第一发酵罐内包括产酸菌，所述第一发酵罐的外壳设置热流体加热套，所述第一发酵罐的发酵温度为20℃～50℃；所述第二发酵罐内包括产甲烷菌，所述第二发酵罐的外壳设置热流体加热套，所述第二发酵罐的发酵温度为40℃～80℃。

优选地，有机废弃物燃气化利用系统还包括：第一换热器，连接在所述热源储罐与所述热源通道的入口之间，所述第一换热器与所述超临界水反应器的产物出口相连接，反应产物从产物出口排出一部分进入所述第一换热器预热热源；所述水热预处理罐的热流体加热套入口与所述超临界水反应器的产物出口相连接，反应产物从产物出口排出另一部分进入所述水热预处理罐的热流体加热套作为加热流体；第二固液分离器，所述第二固液分离器的入口分别与所述第一换热器、所述水热预处理罐的热流体加热套出口相连接，反应产物经所述第一换热器或者所述水热预处理罐降温后汇合进入所述第二固液分离器；所述第二固液分离器的底部设置阀门且与所述废物罐相连接，反应产物经第二固液分离器分离出来的残渣进入所述废物罐中继续循环。

优选地，有机废弃物燃气化利用系统还包括：第二换热器，所述第二换热器与所述第二固液分离器的液相分离物出口相连接，冷却水泵，与所述第二换热器相连接，冷却水经所述冷却水泵注入所述第二换热器，与液相分离物换热升温后，对外输出热水；所述第一发酵罐的热流体加热套入口、所述第二发酵罐的热流体加热套入口分别与所述第二换热器连接，液相分离物经所述第二换热器降温后一部分进入所述第一发酵罐的热流体加热套，另一部分进入所述第二发酵罐的热流体加热套；温度测量装置，设置在所述第二换热器的液相分离物出口位置，根据所述温度测量装置检测到的温度信号，控制冷却水泵的流量。

优选地，有机废弃物燃气化利用系统还包括：气液分离器，与所述第一发酵罐的热流体加热套出口、所述第二发酵罐的热流体加热套出口相连接，且连接管路上设置背压阀，液相分离物经所述第一发酵罐、所述第二发酵罐降温后汇合，经所述背压阀降压，进入所述气液分离器，所述气液分离器的液相产物出口与所述热源储罐相连接；分离提纯装置，与所述气液分离器的气相产物出口相连接，所述分离提纯装置的燃气出口与所述储气罐相连接；废物增压泵，连接在所述废物罐与所述超临界水反应器的物料入口之间；热源增压泵，连接在所述热源储罐与所述第一换热器之间；热源电加热器，连接在所述第一换热器与所述超临界水反应器的热源通道的入口之间；氧气储罐，经氧气增压泵与所述超临界水反应器的氧气入口相连接，氧气流量为热源中有机物完全氧化所需氧气量的1.1-1.5倍。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提出的超临界水反应器独特设计，将反应器内分为热源对物料的预热区、物料的初步气化反应区、热源的氧化放热区、物料的补热区、物料的部分氧化及强化气化区，不但实现了高效预热及强化气化，使得难降解的残液残渣被高效去除及燃气化，而且提高了热源的利用率，同时有效避免了反应过热、结焦以及不必要的能量损耗。

(2)本发明提出的有机废弃物燃气化利用系统先通过水热预处理罐进行水热预处理，一方面，破坏了有机废弃物的原始复杂结构，另一方面，形成了少量的可燃气体，提高了燃气化利用率，再一方面，处理后形成的废液有利于适应后续的分级发酵并加速发酵的产率和速率，同时，处理后形成的固相残渣呈多孔细颗粒状，有利于进行超临界水反应制氢。

(3)本发明提出的有机废弃物燃气化利用系统通过分级发酵提高了发酵速率和产量，而发酵产生的残液及水热预处理产生的残渣直接分别进入超临界水反应器，进行超临界水反应制氢，不需要再额外进行单独处理。

(4)本发明提出的有机废弃物燃气化利用系统将发酵残液结合超临界水反应液相产物中的有机物作为热源，为超临界水反应供热，可以在后续通过自身氧化放热对超临界水反应物料进行补热和强化反应，实现了废弃物零排放。

(5)本发明提出的有机废弃物燃气化利用系统超临界水反应器内部能量互补，反应产物用于自身预热、水热预处理、发酵保温所需热量，能量梯级回收利用，系统能量效率高，残液及残渣有序利用，能够实现系统废物零排放。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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超临界水反应器的结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的有机废弃物燃气化利用系统的结构示意图，

其中，图1和图2中附图标记与部件之间的对应关系为：

102外壳体，104上端盖，106下端盖，108内壳体，110热源通道，112热源通道的入口，114热源通道的出口，116热源喷射管，118热源喷射管的入口，120第一圆筒挡板，122第二圆筒挡板，124产物出口，126物料入口，128氧气入口，

202水热预处理罐，204储气罐，206第一固液分离器，208废物罐，210第一发酵罐，212第二发酵罐，214热源储罐，216超临界水反应器，218热流体加热套，220第一换热器，222第二固液分离器，224阀门，226第二换热器，228冷却水泵，230温度测量装置，232气液分离器，234背压阀，236分离提纯装置，238废物增压泵，240热源增压泵，242热源电加热器，244氧气储罐，246氧气增压泵。

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所示，根据本发明的实施例的一种超临界水反应器包括：同轴套设的外壳体102和内壳体108，呈同轴双壳结构，外壳体102承压，内壳体108和外壳体102之间形成热源通道110，热源通道的入口112开设在外壳体102的上端盖104上，在内壳体108的内部设置热源喷射管116，热源喷射管的入口118延伸至外壳体102的下方且与热源通道的出口114相连接。热源从上端盖104边缘的热源通道的入口112注入，逐渐向下流动并逐步冷却，从下端盖106边缘的热源通道的出口114排出，冷却后的热源从下端盖106中心的热源喷射管的入口118重新进入反应器，沿着热源喷射管116向上喷出。在内壳体108的内部同轴设置第一圆筒挡板120和第二圆筒挡板122，第一圆筒挡板120与外壳体102的上端盖104相连接，第二圆筒挡板122位于第一圆筒挡板120和内壳体108之间，第二圆筒挡板122的底部与外壳体102的下端盖106相连接。外壳体102的上端盖104、第一圆筒挡板120以及热源喷射管116的出口以上的空间为热源氧化放热区，逐渐降温的热源中的有机物与氧气发生氧化反应，反应热释放使得热源温度重新提升，从第一圆筒挡板120和热源喷射管116出口以下间的环隙向下流动。第二圆筒挡板122与内壳体108间的环隙为物料的预热通道，常温物料从下端盖106中的物料入口126注入第二圆筒挡板122与内壳体108间的环隙并向上流动，自身逐步被预热并将外壳体102和内壳体108间环隙的热源逐步冷却。第一圆筒挡板120和第二圆筒挡板122间的环隙为初步气化反应区，预热后的物料发生初步气化反应但温度逐步下降，降温后的产物与热源氧化反应后的产物进行混合，实现物料的补热，以及利用热源氧化后剩余的氧气发生部分氧化反应，进而促进物料的进一步降解及气化。反应器内热源对物料的预热区、物料的初步气化反应区、热源的氧化放热区、物料的补热区、物料的部分氧化及强化气化区设计合理，不但实现了高效预热及强化气化，而且提高了热源的利用率，同时有效避免了反应过热、结焦以及不必要的能量损耗。产物出口124设置在外壳体102的下端盖106上，且与第二圆筒挡板122的内部区域相对应；物料入口126设置在外壳体102的下端盖106上，且与第二圆筒挡板122和内壳体108之间的区域相对应；氧气入口128设置在外壳体102的上端盖104上，且与第一圆筒挡板120的内部区域相对应。

进一步地，如图1所示，热源喷射管116的出口与外壳体102的上端盖104之间的距离为外壳体102高度的1/4～1/3。从而，有利于热源与氧气充分接触，逐渐降温的热源中的有机物与氧气发生氧化反应，氧化反应较为彻底，反应热释放使得热源温度重新提升。第一圆筒挡板120的底部与外壳体102的上端盖104之间的距离为外壳体102高度的1/3～1/2；外壳体102的上端盖104下方、第一圆筒挡板120内部以及热源喷射管116的出口上方形成热源氧化放热区。从而，进一步保障了反应器内分区合理性，热源氧化放热区设计合理，不但充分利用了空间，而且热源氧化放热区，逐渐降温的热源中的有机物与氧气发生氧化反应，氧化反应较为彻底，反应热释放使得热源温度重新提升，从第一圆筒挡板120和热源喷射管116出口以下间的环隙向下流动，能够更好地为物料补热，有利于促进物料的进一步降解及气化，使得物料反应更加彻底。

进一步地，如图1所示，第二圆筒挡板122的顶部与外壳体102的上端盖104之间的距离为外壳体102高度的1/4～1/3；第二圆筒挡板122与内壳体108之间形成物料预热通道。从而，使得常温物料从下端盖106中物料入口126注入第二圆筒挡板122与内壳体108间的环隙并向上流动，自身逐步被预热并将外壳体102和内壳体108间环隙的热源逐步冷却，之后能够更好地进入第一圆筒挡板120和第二圆筒挡板122间的环隙发生初步气化反应，一方面，预热温度适宜，保障了物料预热效果，另一方面，对物料充分预热提高了初步气化反应。

如图1和图2所示，根据本发明的实施例的一种有机废弃物燃气化利用系统包括：水热预处理罐202、储气罐204、第一固液分离器206、废物罐208、第一发酵罐210、第二发酵罐212、热源储罐214、超临界水反应器216等。水热预处理罐202的顶部设有有机废弃物浆液入口，有机废弃物浆液从水热预处理罐202顶部的有机废弃物浆液入口注入进行水热预处理，有机废弃物中的大分子有机物通过水解、热分解等形成可溶性单糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等产物，有机废弃物包含农林废弃物、动物粪便、生活废弃物、餐厨废弃物等容易热解、水解的有机废弃物。水热预处理罐202的顶部燃气出口连接至储气罐204，实现燃气的储存。在水热预处理罐202的底部连接第一固液分离器206水热预处理罐202与第一固液分离器206之间连接阀门224，打开阀门224，有机废弃物浆液经水热预处理罐202处理后产生的固液混合产物进入第一固液分离器206中，分离出细颗粒的固体残渣及液相产物。在第一固液分离器206的底部连接废物罐208，第一固液分离器206和废物罐208之间设置阀门224，打开阀门224，固体残渣进入废物罐208中。第一固液分离器206设置有冷却盘管，对产物进行冷却降温，确保后续发酵温度的维持，保障发酵效果。第一发酵罐210与第一固液分离器206的液相产物出口124相连接，液相产物进入第一发酵罐210进行初步发酵，产生大量的无机酸产物和部分沼气，第一发酵罐210的顶部沼气出口连接至储气罐204，沼气从顶部沼气出口排出，后续进入储气罐204中，实现燃气储存。第二发酵罐212与第一发酵罐210的底部相连接，第二发酵罐212与第一发酵罐210之间设置阀门224，打开阀门224，第一发酵罐210底部液体产物进入第二发酵罐212中，在第二发酵罐212中再次发酵，产生大量沼气，第二发酵罐212的顶部沼气出口连接至储气罐204，沼气从顶部沼气出口排出，后续进入储气罐204中，实现燃气储存。热源储罐214与第二发酵罐212的底部相连接，热源储罐214与第二发酵罐212之间设置阀门224，第二发酵罐212底部含有发酵后有机物的液相产物进入热源储罐214，为超临界水反应器216提供热源。超临界水反应器216的物料入口126、热源通道的入口112分别与废物罐208、热源储罐214相连接，废物罐208向超临界水反应器216输送含固有机废弃物，热源储罐214向超临界水反应器216输送热源，发酵残渣无需再额外单独处理，整个系统有机统一，燃气化利用率高，实现了废弃物零排放。

进一步地，如图2所示，水热预处理罐202的外壳设置热流体加热套218，通过热流体加热使得水热预处理罐202达到相应的反应条件，水热预处理罐202对有机废弃物浆液进行水热预处理的压力为0.5MPa～3MPa，温度为150℃～250℃，停留时间为30min～220min，从而进一步保障了对有机废弃物原始复杂结构的破坏效果，形成的废液有利于适应后续的分级发酵并加速发酵的产率和速率，同时，处理后形成的固相残渣呈多孔细颗粒状，有利于进行超临界水反应制氢。

进一步地，如图2所示，水热预处理罐202、第一发酵罐210、第二发酵罐212依次从高至低布置，保障反应后底部流体自然进入下级反应罐。第一发酵罐210内包括产酸菌，第一发酵罐210的外壳设置热流体加热套218，通过热流体加热保障第一发酵罐210的工作温度，第一发酵罐210的发酵温度为20℃～50℃；第二发酵罐212内包括产甲烷菌，第二发酵罐212的外壳设置热流体加热套218，通过热流体加热保障第二发酵罐212的工作温度第二发酵罐212的发酵温度为40℃～80℃。从而，进一步保障了分级发酵的效果，提升了发酵速率和燃气产量。

进一步地，如图2所示，在热源储罐214与热源通道的入口112之间连接第一换热器220，第一换热器220与超临界水反应器216的产物出口124相连接，反应产物从产物出口124排出一部分进入第一换热器220预热热源，从而，充分利用了产物热量。水热预处理罐202的热流体加热套218入口与超临界水反应器216的产物出口124相连接，反应产物从产物出口124排出另一部分进入水热预处理罐202的热流体加热套218作为加热流体，从而，进一步充分利用了产物热量，提高系统整体能量利用效率。第二固液分离器222的入口分别与第一换热器220、水热预处理罐202的热流体加热套218出口相连接，反应产物经第一换热器220或者水热预处理罐202降温后汇合进入第二固液分离器222，第二固液分离器222的底部设置阀门224且与废物罐208相连接，反应产物经第二固液分离器222分离出来的残渣进入废物罐208中继续循环，从而，进一步保障了制氢效果，固液分离的残渣循环补充物料，进一步提升了物料的利用率，有利于实现无三废排放。

进一步地，如图2所示，第二固液分离器222的液相分离物出口连接第二换热器226，冷却水泵228与第二换热器226相连接，冷却水经冷却水泵228注入第二换热器226，与液相分离物换热升温后，对外输出热水。第一发酵罐210的热流体加热套218入口、第二发酵罐212的热流体加热套218入口分别与第二换热器226连接，且连接管路上设置阀门224，打开阀门224，液相分离物经第二换热器226降温后一部分进入第一发酵罐210的热流体加热套218，另一部分进入第二发酵罐212的热流体加热套218，从而实现了能量梯级回收利用，进一步提高了系统能量利用率和利用效率。在第二换热器226的液相分离物出口位置设置温度测量装置230，比如温度计等，根据温度测量装置230检测到的温度信号，控制冷却水泵228的流量，从而保障降温后的反应产物温度的稳定性，进而保障发酵罐的温度可控性和稳定性。

进一步地，如图2所示，气液分离器232与第一发酵罐210的热流体加热套218出口、第二发酵罐212的热流体加热套218出口相连接，且连接管路上设置背压阀234，液相分离物经第一发酵罐210、第二发酵罐212降温后汇合，经背压阀234降压，进入气液分离器232，气液分离器232的液相产物出口124与热源储罐214相连接，气液分离器232中的液相产物补充进入热源储罐214中，重新注入系统进行循环，液相产物中含有一定量的有机物，热源中的有机物在反应器中进行氧化反应，可实现物料的二次预热，有利于促进物料的进一步降解及气化，使得物料反应更加彻底。气液分离器232的气相产物出口124连接分离提纯装置236，气液分离器232中的气相产物进入分离提纯装置236中分离富氢燃气和可排放气体，分离提纯装置236的燃气出口与储气罐204相连接，实现燃气储存，分离提纯装置236包含溶液吸附、变压吸附等。

在废物罐208与超临界水反应器216的物料入口126之间连接废物增压泵238，废物罐208中的物料经废物增压泵238增压至23MPa以上，从物料入口126进入。在热源储罐214与第一换热器220之间连接热源增压泵240，热源储罐214中含有有机物的热源进入热源增压泵240增压至23MPa以上。在第一换热器220与超临界水反应器216的热源通道的入口112之间连接热源电加热器242，确保热源预热温度为500℃～700℃，从而，保障对超临界水反应器216内物料的预热效果。氧气储罐244经氧气增压泵246与超临界水反应器216的氧气入口128相连接，氧气流量为热源中有机物完全氧化所需氧气量的1.1-1.5倍，从而，过量的氧气不但保障了热源中有机物的完全氧化，而且热源氧化反应后的产物会与发生初步气化反应降温后的产物混合，实现物料的补热的同时，能够利用热源氧化后剩余的氧气发生部分氧化反应，进而促进物料的进一步降解及气化。

本发明提出的一种有机废弃物燃气化利用系统的工作过程如下：

有机废弃物浆液从水热处理罐顶部的有机废弃物浆液入口注入进行水热预处理，控制压力在0.5MPa～3MPa，温度在150℃～250℃，停留时间在30min～220min，有机废弃物中的大分子有机物通过水解、热分解等形成可溶性单糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等产物，同时产生部分燃气从水热预处理罐202的顶部燃气出口排出，后续进入储气罐204中，固液混合产物经阀门224进入第一固液分离器206中；

第一固液分离器206中分离出细颗粒的固体残渣及液相产物，固体残渣经阀门224进入废物罐208，液相产物进入第一发酵罐210进行初步发酵，产生大量无机酸产物和部分沼气，沼气从第一发酵罐210的顶部沼气出口排出，后续进入储气罐204中，第一发酵罐210的底部液体产物经阀门224进入第二发酵罐212中再次发酵，产生大量沼气以及含有有机物的液相产物，沼气从第二发酵罐212的顶部沼气出口排出，后续进入储气罐204中，含有发酵后有机物的液相产物经阀门224进入热源储罐214；

废物罐208中的物料经废物增压泵238增压至23MPa以上，从超临界水反应器216的物料入口126进入；热源储罐214中含有有机物的热源进入热源增压泵240增压至23MPa以上，分别经第一换热器220预热以及热源电加热器242加热，温度达到500℃～700℃，从热源通道的入口112进入，逐渐向下流动，预热物料同时自身被逐步冷却，之后从热源喷射管的入口118重新进入，喷出；氧气储罐244中的氧气经氧气增压泵246增压至23MPa以上，从氧气入口128进入超临界水反应器216；逐渐降温的热源中的有机物与氧气发生氧化反应，反应热释放使热源温度重新提升，从第一圆筒挡板120和热源喷射管116出口以下之间的环隙向下流动，对物料进行补热，同时，利用热源氧化后剩余的氧气发生部分氧化反应，进而促进物料的进一步降解及气化；反应产物从超临界水反应器216下端盖106底部的产物出口124排出；

反应产物一部分进入水热预处理罐202的热流体加热套218作为加热流体，另一部分进入第一换热器220为热源预热提供热量，降温后的反应产物重新汇合进入第二换热器226加热冷却水对外输出热水，冷却水的流量通过第二换热器226热流体出口的温度信号控制，保证降温后的反应产物温度的稳定性；再次降温后的反应产物一部分进入第一发酵罐210的热流体加热套218作为加热流体，另一部分进入第二发酵罐212的热流体加热套218作为加热流体；进一步降温后的反应产物重新汇合经背压阀234降压后，进入气液分离器232；

经气液分离器232分离的液体产物补充至热源储罐214，气体产物进入分离提纯装置236分离富氢燃气和可排放气体，分离出来的富氢燃气后续送入储气罐204。

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)

1.一种超临界水反应器，其特征在于，包括：

同轴套设的外壳体和内壳体，所述外壳体和所述内壳体之间形成热源通道，所述热源通道的入口与所述热源储罐相连接；

热源喷射管，设置在所述内壳体的内部，所述热源喷射管的入口延伸至所述外壳体的下方且与所述热源通道的出口相连接；

在所述内壳体的内部同轴设置的第一圆筒挡板和第二圆筒挡板，所述第一圆筒挡板与所述外壳体的上端盖相连接，所述第二圆筒挡板位于所述第一圆筒挡板和所述内壳体之间，所述第二圆筒挡板的底部与所述外壳体的下端盖相连接。

2.根据权利要求1所述的超临界水反应器，其特征在于，

所述热源喷射管的出口与所述外壳体的上端盖之间的距离为所述外壳体高度的1/4～1/3；

所述第一圆筒挡板的底部与所述外壳体的上端盖之间的距离为所述外壳体高度的1/3～1/2；

所述外壳体的上端盖下方、所述第一圆筒挡板内部以及所述热源喷射管的出口上方形成热源氧化放热区。

3.根据权利要求1所述的超临界水反应器，其特征在于，

所述第二圆筒挡板的顶部与所述外壳体的上端盖之间的距离为所述外壳体高度的1/4～1/3；

所述第二圆筒挡板与所述内壳体之间形成物料预热通道。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超临界水反应器，其特征在于，

产物出口设置在所述外壳体的下端盖上，且与所述第二圆筒挡板的内部区域相对应；

物料入口设置在所述外壳体的下端盖上，且与所述第二圆筒挡板和所述内壳体之间的区域相对应；

氧气入口设置在所述外壳体的上端盖上，且与所述第一圆筒挡板的内部区域相对应。

5.一种有机废弃物燃气化利用系统，其特征在于，包括：

水热预处理罐，所述水热预处理罐的顶部设有有机废弃物浆液入口；

储气罐，所述水热预处理罐的顶部燃气出口连接至所述储气罐；

第一固液分离器，与所述水热预处理罐的底部相连接，有机废弃物浆液经所述水热预处理罐处理后产生的固液混合产物进入所述第一固液分离器中；

废物罐，与所述第一固液分离器的底部相连接；

第一发酵罐，与所述第一固液分离器的液相产物出口相连接，所述第一发酵罐的顶部沼气出口连接至所述储气罐；

第二发酵罐，与所述第一发酵罐的底部相连接，所述第二发酵罐的顶部沼气出口连接至所述储气罐；

热源储罐，与所述第二发酵罐的底部相连接；

上述权利要求1至4中任一项所述的超临界水反应器，所述超临界水反应器的物料入口、热源通道的入口分别与所述废物罐、所述热源储罐相连接，所述废物罐向所述超临界水反应器输送含固有机废弃物，所述热源储罐向所述超临界水反应器输送热源。

6.根据权利要求5所述的有机废弃物燃气化利用系统，其特征在于，

所述水热预处理罐的外壳设置热流体加热套，所述水热预处理罐对有机废弃物浆液进行水热预处理的压力为0.5MPa～3MPa，温度为150℃～250℃，停留时间为30min～120min。

7.根据权利要求5所述的有机废弃物燃气化利用系统，其特征在于，

所述水热预处理罐、所述第一发酵罐、所述第二发酵罐依次从高至低布置；

所述第一发酵罐内包括产酸菌，所述第一发酵罐的外壳设置热流体加热套，所述第一发酵罐的发酵温度为20℃～50℃；

所述第二发酵罐内包括产甲烷菌，所述第二发酵罐的外壳设置热流体加热套，所述第二发酵罐的发酵温度为40℃～80℃。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的有机废弃物燃气化利用系统，其特征在于，还包括：

第一换热器，连接在所述热源储罐与所述热源通道的入口之间，所述第一换热器与所述超临界水反应器的产物出口相连接，反应产物从产物出口排出一部分进入所述第一换热器预热热源；

所述水热预处理罐的热流体加热套入口与所述超临界水反应器的产物出口相连接，反应产物从产物出口排出另一部分进入所述水热预处理罐的热流体加热套作为加热流体；

第二固液分离器，所述第二固液分离器的入口分别与所述第一换热器、所述水热预处理罐的热流体加热套出口相连接，反应产物经所述第一换热器或者所述水热预处理罐降温后汇合进入所述第二固液分离器；

所述第二固液分离器的底部设置阀门且与所述废物罐相连接，反应产物经第二固液分离器分离出来的残渣进入所述废物罐中继续循环。

9.根据权利要求8所述的有机废弃物燃气化利用系统，其特征在于，还包括：

第二换热器，所述第二换热器与所述第二固液分离器的液相分离物出口相连接，

冷却水泵，与所述第二换热器相连接，冷却水经所述冷却水泵注入所述第二换热器，与液相分离物换热升温后，对外输出热水；

所述第一发酵罐的热流体加热套入口、所述第二发酵罐的热流体加热套入口分别与所述第二换热器连接，液相分离物经所述第二换热器降温后一部分进入所述第一发酵罐的热流体加热套，另一部分进入所述第二发酵罐的热流体加热套；

温度测量装置，设置在所述第二换热器的液相分离物出口位置，根据所述温度测量装置检测到的温度信号，控制冷却水泵的流量。

10.根据权利要求9所述的有机废弃物燃气化利用系统，其特征在于，还包括：

气液分离器，与所述第一发酵罐的热流体加热套出口、所述第二发酵罐的热流体加热套出口相连接，且连接管路上设置背压阀，液相分离物经所述第一发酵罐、所述第二发酵罐降温后汇合，经所述背压阀降压，进入所述气液分离器，所述气液分离器的液相产物出口与所述热源储罐相连接；

分离提纯装置，与所述气液分离器的气相产物出口相连接，所述分离提纯装置的燃气出口与所述储气罐相连接；

废物增压泵，连接在所述废物罐与所述超临界水反应器的物料入口之间；

热源增压泵，连接在所述热源储罐与所述第一换热器之间；

热源电加热器，连接在所述第一换热器与所述超临界水反应器的热源通道的入口之间；

氧气储罐，经氧气增压泵与所述超临界水反应器的氧气入口相连接，氧气流量为热源中有机物完全氧化所需氧气量的1.1-1.5倍。

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