[发明专利]超临界水氧化反应装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保领域中超临界氧化反应装置，特别是，涉及一种利用超临界水氧化原理处理污水、污泥、煤、生物质、废塑料等含碳物质的装置、以及利用该装置进行超临界氧化反应的方法。

背景技术

超临界水(supercritical water)，是指当压力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。此时，水的液体和气体便没有区别，完全交融在一起，成为一种新的呈现高压高温状态的水。一般地，超临界水存在于温度为374℃以上、压力为22.1MPa以上的环境条件下。超临界水具有特殊的物理化学性质，如：比热容大、传热系数高、扩散系数大、粘度低、介电常数小、电离常数小、密度小且随压力改变、与油等有机物和气体完全互溶等。亚临界水(subcritical water)，是指水在温度高于其沸点但低于临界温度，以流体形式且压力低于其临界压力的存在状态。

目前，超临界水氧化(SCWO)技术已广泛应用于环保、化工、煤气化、核电和火电、新材料合成等多种领域中，用于处理污水、污泥等污染物。在超临界水氧化技术中，利用超临界水的特性，在温度、压力高于水的临界温度和压力的条件下，以超临界水作为反应介质，水中的有机物与氧化剂发生强烈的氧化反应，最后彻底氧化成CO₂、N₂、H₂O以及盐类等无毒小分子化合物。

在超临界水处理技术中，被处理原料中含有的固体颗粒以及超临界状态下析出的无机盐易造成反应装置的堵塞。另外，由于超临界水处理过程需要达到或超过温度374℃，压力在22.1MPa以上，被处理原料预热能耗高，特别是进行超临界反应前的高温预热段能耗更高，并且用于制造反应装置的高温高压材料存在选材难、成本高的问题。

公开号为CN101164912A的中国发明专利申请公开了一种耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应器，该反应器300主要包括反应器外筒301、设置在反应器外筒301内的反应器内筒302、设置在反应器外筒301上的工艺水入口303、设置在反应器内筒302上的环形进水口304、反应物料进口305、喷嘴306、反应产物出口307、工艺水出口管309和光纤多点在线测温装置308等。反应器外筒301内的反应器内筒302之间形成工艺水夹套区310。在反应器内筒302内，在靠近喷嘴306的区域形成超临界水氧化区311、并在靠近底部的区域形成可溶解无机盐的亚临界水区312。工艺水夹套区310通过托环313和弹簧环314被分为两层或两层以上区域。经过除氧除盐的亚临界态工艺水通过环形进水口304进入超临界水氧化区311，在反应器内筒302的内壁形成一层保护水膜。该反应器300采用套筒形式，工艺水向内渗透会携带大量反应热，从而提高系统能耗。

公开号为CN101602558A的中国发明专利申请公开了一种废有机物的超临界水处理用逆流罐式反应装置，该反应装置400包括：直筒部401、上端部402、固定在直筒部401下端的球形封头403、安装在上端部402上的端盖404、位于直筒部内的蒸发壁405、以及设置在蒸发壁405内部的主体换热部406。在端盖404的中央设有物料进管，中心导管408设置在端盖404底部并连通物料进管407，反应出口管409贯穿端盖404设置在物料进管407附近，进水管410设置在直筒部401上。该反应装置400的主体换热部406直接放置在反应区中，会直接吸收反应生成热，造成反应区温度降低或者反应时间延长，从而导致需要消耗大量热量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种超临界水氧化反应装置，通过将反应器壁承受高温和高压的区域进行分离，降低了超临界水氧化反应装置的选材难度、制造难度，有效降低了成本。

根据本发明进一步实施例的超临界水氧化反应装置，在实现超临界处理的同时，能够有效利用氧化反应所放出的热量对待预热的原料进行加热。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种超临界水氧化反应装置，包括：外壳体，由耐压材料制成；内壳体，由耐热材料制成，被支撑在所述外壳体内，所述内壳体与所述外壳体之间具有间隔区，所述间隔区与所述腔室流体隔离；端盖，密封地安装在所述内壳体和外壳体的开口端；反应物喷嘴，安装在所述端盖上，用于向所述内壳体内喷射氧化剂和反应原料，使得氧化剂和反应原料在反应物喷嘴附近的发生氧化反应以形成反应区，并生成反应产物；以及产物出口，设置在所述内壳体上并延伸到所述外壳体之外，以向外排出所述反应产物。所述间隔区内具有冷却介质。