[发明专利]超临界反应装置及其工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超临界反应装置及其工艺方法。

背景技术

超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(Tc＝374.15℃，Pc＝22.12MPa)的特殊状态的水。水在超临界状态下具有特殊的性质，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度，是一种良好的反应介质。SCW能与有机物、氧气、氮气等完全互溶，发生均相反应，消除了相界面间的传质阻力，加快了传质速率，大大缩短了反应时间。

现有技术中，超临界水反应装置多为釜式、管式、蒸发壁/渗透壁式。例如，公开号为102503066的中国发明专利公开了一种有机污泥超临界水氧化治理及资源化利用的系统和方法。其超临界水氧化反应器内装有加热器，超临界水氧化反应器超临界水输出口和高压旋液分离器，高压旋液分离器超临界水输出口和发电系统输入端连接。由于其超临界水氧化反应器内装有加热器，所以在反应器中的反应产物会积聚在加热器上，这会导致装置内部出现堵塞结渣现象。此外，现有超临界反应装置也不能有效解决反应产物中的固体夹带问题。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种在反应过程中内部不会产生堵塞和结渣、且能够有效降低反应产物中固体夹带的超临界反应装置及其工艺方法。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种超临界反应装置，包括：反应腔，反应腔一端设置有物料入口，另一端设置有反应产物出口，反应产物出口与旋风分离装置的物料入口连通，反应腔为中空结构，并且反应产物出口与旋风分离装置相连通的管路上串联有换热器。

根据本发明，换热器中设置有连通在反应产物出口和旋风分离装置之间的换热管，换热器中与换热管进行热交换的壳程段中通有高压非含固冷却剂。

根据本发明，高压非含固冷却剂为压力在10～40MPa范围内的高压水、高压过热蒸汽或高压熔盐。

根据本发明，换热器连接有温控器，温控器通过控制流入换热器的冷却剂的流量和温度，来调节由换热器的出口流出的反应产物的温度。

根据本发明，在换热器的入口与设置在旋风分离装置顶端的气体产物出口之间还连接有压力控制器，压力控制器通过调节换热器旋风分离器的出口流出的反应产物的流量进行换热器压力控制。

根据本发明，旋风分离装置底端设置有渣水排出口，反应腔设置有物料入口的一端还设置有氧化剂注入口。

根据本发明，渣水排出口与反应腔连通，反应腔底端还设置有排渣口。

根据本发明，渣水排出口与反应腔连通，并且二者连通的连接管段中连接有U形管，反应腔底端还设置有排渣口。

根据本发明，超临界反应装置还包括：设置在反应腔与旋风分离装置之间的初级旋风分离器，其中，初级旋风分离器的物料入口与反应腔的反应产物出口连通，初级旋风分离器的气体产物出口与旋风分离装置的物料入口连通，初级旋风分离器的排渣口与旋风分离装置的渣水排出口连通，其中，换热器串联在反应产物出口与初级旋风分离器的物料入口之间。

根据本发明，反应腔的外部与旋风分离装置的外部分别设置有第一高压腔和第二高压腔和/或反应装置内壁均设置有耐腐蚀磨蚀内衬层。

另一方面，本发明还提供了一种根据上述的超临界反应装置的工艺方法，将反应原料投入到反应装置内使其在一定温度和压力条件下于反应腔内进行反应；反应过程中形成的反应产物从反应产物出口排出后进入换热器进行降温；降温后的反应产物进入旋风分离装置进行分离，得到含甲烷的气体产物。

根据本发明，上述的一定温度和压力是指反应腔中的反应温度控制在350-900℃，反应压力控制在22-40Mpa。

本发明的有益技术效果在于：

在本发明的反应装置中及其工艺方法中，其反应腔设置成中空结构，换句话说，即反应腔没有内部构件。因此，在本发明的反应装置实际应用中，不会在其内部出现结渣和堵塞。此外，通过在反应腔与旋风分离装置之间串联换热器，可以使得反应产物在进行降压分离之前，先进入亚临界状态，即液态。这样，进入旋风分离装置中的液态超临界水可以有效地将固体颗粒携带排出，而使得分离出的气态反应产物中的固体夹带减少。

附图说明

图1是本发明反应装置一个实施例的结构示意图。

具体实施方式