一種超臨界水氧化降壓裝置的製作方法

2023-05-28 06:19:01

本實用新型涉及超臨界氧化技術領域，具體而言，涉及一種超臨界水氧化降壓裝置。

背景技術：

超臨界水氧化技術是在溫度、壓力高於水的臨界溫度(374.3℃)和臨界壓力(22.1MPa)條件下，以超臨界水作為反應介質來氧化分解有機物。在超臨界水氧化過程中，由於超臨界水對有機物和氧氣都是極好的溶劑，因此有機物的氧化可以在富氧的均一相中進行，反應不會因相間轉移而受限制，同時較高的反應溫度也使反應速率加快，在很短的反應停留時間內，有機物的去除率可以達到99.99％以上。在氧化過程中，有機汙染物中的C,H元素最後轉化成二氧化碳和水；N,S,P和滷素等雜原子氧化生成氣體、含氧酸或鹽；超臨界水中的鹽類以濃縮鹽水溶液的形式存在或形成固體顆粒而析出，超臨界流體中的水經過冷卻後成為清潔水。因而，超臨界水氧化技術是在不產生有害副產物情況下徹底有效降解有機汙染物的一種新方法。

一般地，超臨界水氧化反應會產生高溫高壓的反應產物，該反應產物一般通過換熱系統進行降溫。經過換熱系統冷卻後的反應產物的壓力仍然很高，則反應產物較高的壓力會對後續的處理系統造成較大的壓力負荷，所以需要對反應產物進行降壓。目前，反應產物的降壓方式通常是在換熱系統出口處的管道上設置閥門，通過閥門進行降壓，閥門的介質通道進出口都較小，反應產物中的固體顆粒易堵塞閥芯，使得閥門無法對反應產物進行降壓，並且該固體顆粒對閥芯造成磨損，導致了閥門壽命縮短，從而使閥門無法長時間保持穩定操作。

技術實現要素：

鑑於此，本實用新型提出了一種超臨界水氧化降壓裝置，旨在解決現有技術中採用閥門對超臨界水氧化反應裝置輸出的反應產物進行降壓時反應產物中的固體顆粒易堵塞和磨損閥門導致閥門無法穩定運行的問題。

本實用新型提出了一種超臨界水氧化降壓裝置，該降壓裝置包括：殼體、噴嘴、葉輪和連接軸；其中，所述殼體的頂部開設有氣相出口，所述殼體的底部開設有液固相出口；所述葉輪置於所述殼體內，所述連接軸穿設且可轉動地連接於所述殼體的頂部，並且，所述連接軸的第一端與所述葉輪相連接，所述連接軸的第二端置於所述殼體外；所述噴嘴設置於所述殼體的側壁且與所述葉輪相對應。

進一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，所述噴嘴至少為兩個，且各所述噴嘴沿所述殼體的周向分布。

進一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，各所述噴嘴沿所述殼體的周向均勻分布。

進一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，所述殼體為中空柱狀體，所述噴嘴沿所述殼體側壁圓周的切線方向依次設置。

進一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，所述噴嘴內部的流體管路上設置有擴徑段和縮徑段。

進一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，所述擴徑段至少為兩段，所述縮徑段至少為兩段，且各所述擴徑段和各所述縮徑段間隔分布。

進一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，所述連接軸的第二端連接有傳動設備。

進一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，所述氣相出口設置有閥門；和/或所述液固相出口設置有閥門。

本實用新型中，在降壓裝置的側壁設置噴嘴，在殼體內與噴嘴對應處設置葉輪，超臨界反應裝置輸出的反應產物經降溫後通過噴嘴輸入至殼體內，反應產物的動能帶動葉輪旋轉，從而將反應產物中的壓力能轉換為葉輪的機械能，降低了反應產物的壓力，無需使用閥門，即可實現對超臨界反應裝置輸出的反應產物進行降壓。

附圖說明

通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本實用新型實施例提供的超臨界水氧化降壓裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的超臨界水氧化降壓裝置中，噴嘴的結構示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。需要說明的是，在不衝突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。

參見圖1，圖中示出了本實施例提供的超臨界水氧化降壓裝置的優選結構。該降壓裝置包括：殼體1、噴嘴2、葉輪4和連接軸41，殼體1的頂部開設有氣相出口3，殼體1的底部開設有液固相出口5。葉輪4置於殼體1內，連接軸41穿設且可轉動地連接於殼體1的頂部，連接軸41的第一端(圖1所示的下端)與葉輪4相連接，連接軸41的第二端(圖1所示的上端)置於殼體1外。具體地，連接軸41穿設於殼體1的頂部，並且連接軸41通過軸承與殼體1可轉動地連接。連接軸41的第一端在殼體1內為懸空設置，葉輪4與連接軸41的第一端可轉動連接，葉輪4懸置於殼體1內，以使葉輪在殼體1內可轉動。噴嘴2設置於殼體1的側壁且與葉輪4相對應，具體地，噴嘴2的出口端正對葉輪4的葉片的外緣設置。

本領域技術人員應該理解，超臨界水氧化裝置內的有機物與氧化劑在超臨界條件下發生氧化反應，產生高溫高壓的反應產物，反應產物由超臨界水氧化裝置的出口輸出，經換熱裝置進行降溫後得到了高壓低溫的反應產物。

在本實施例中，換熱裝置的出口與噴嘴2的入口端相連通，降溫後的反應產物通過噴嘴2的出口端輸入至殼體1內。在殼體1內應控制反應產物保持有一定的液位，並且反應產物的液位保持在葉輪4的上方，也就是說，葉輪4應完全浸入殼體1內的反應產物中。這樣，一方面，噴嘴2輸出的反應產物對殼體1內的反應產物起到一定的擾動作用，使得殼體1內的反應產物在噴嘴輸出的反應產物的帶動下推動葉輪4轉動；另一方面，噴嘴2輸出的反應產物帶有一定的衝擊力，殼體1內的反應產物能夠緩衝該衝擊力，避免葉輪4直接承受該衝擊力導致葉輪4的損壞。

具體實施時，噴嘴2的進口孔徑和出口孔徑均可以根據由換熱裝置出口輸出的反應產物的流速來確定。若進口孔徑和出口孔徑均過小，雖然能夠提高反應產物的流速，增加反應產物的動能，但是由於反應產物不斷衝擊噴嘴2，所以反應產物的流速過快使得噴嘴2承受的衝擊力增大，造成噴嘴2的損壞，縮短了噴嘴2的使用壽命，同時也增大了葉輪4受到的衝擊；若孔徑過大，會造成噴嘴2出口反應產物流速降低，由於殼體1內反應產物的存在增大了葉輪4轉動的阻力，使得葉輪4無法旋轉，因此，噴嘴2的進口孔徑和出口孔徑的恰當選擇有利於保證葉輪4的穩定持續運轉。

工作時，超臨界水氧化裝置將產生的高溫高壓的反應產物由超臨界水氧化裝置的出口輸出，經過換熱後得到的高壓低溫產物輸入至噴嘴2，反應產物在噴嘴2內進行降壓，噴嘴2的出口端將反應產物輸出至殼體1內。由於反應產物由噴嘴2輸出時具有一定的動能，所以噴嘴2輸出的反應產物帶動殼體1內的反應產物形成旋流，該旋流帶動葉輪4的轉動，使得反應產物中的壓力能轉換為葉輪4的機械能。

可以看出，本實施例中，通過在殼體1的側壁設置噴嘴2，殼體1內的葉輪4與噴嘴2對應設置，這樣超臨界反應裝置輸出的反應產物經降溫後通過噴嘴2輸入至殼體1內，由於反應產物由噴嘴2輸出時具有一定的動能，所以輸入至殼體1內的反應產物帶動葉輪4轉動，從而將反應產物中的壓力能轉換為葉輪4的機械能，降低了反應產物的壓力，無需使用閥門，即可實現對超臨界反應裝置輸出的反應產物進行降壓，解決了現有技術中採用閥門對超臨界水氧化反應裝置輸出的反應產物進行降壓時反應產物中的固體顆粒易堵塞和磨損閥門導致閥門無法穩定運行的問題。

上述實施例中，噴嘴2至少為兩個，並且，各噴嘴2沿殼體1的周向分布，這樣，在處理等量的反應產物時，大大減小了每個噴嘴的壓力負荷，降低了反應產物對噴嘴2的磨損程度，延長了噴嘴2的使用壽命。

優選地，各噴嘴2沿殼體1的周向均勻分布，這樣布置能夠使得噴嘴2輸出的反應產物對葉輪4在各個方向上的衝擊力保持平衡，有效避免了葉輪4因局部受力過大而損壞。

上述各實施例中，殼體1為中空柱狀體，各噴嘴2沿殼體1側壁圓周的切線方向依次設置。具體地，每個噴嘴2均設置於柱狀體的側壁，則每個噴嘴2在柱狀體均有一個連接點，每個噴嘴2的出口方向均與各自的連接點處的切線方向一致，並且與葉輪4葉片上各點的切線方向也保持一致，即每個噴嘴2沿殼體1側壁圓周按照順時針或者逆時針的方向分布。

可以看出，本實施例中，通過各噴嘴2沿殼體1側壁圓周的切線方向依次設置，能夠使得噴嘴2中反應產物噴入的方向與葉輪4葉片上各點的切線方向保持一致，這樣反應產物進入殼體1時，反應產物線速度增大，相應的離心力增大，能將動能更加完全的轉化為葉輪4的機械能，提高能量的轉化率。

上述各實施例中，噴嘴2內部的流體管路上設置有擴徑段21和縮徑段22，具體地，噴嘴2內部設置有流體流通通道，噴嘴的進口端和出口端均與該流體流通通道相連通。其中，流體流通通道由進口端至出口端可以先經過擴徑段21再經過縮徑段22，也可以是先經過縮徑段22再經過擴徑段21，本實施例對此不作限定。其中，擴徑段21是指流體流通通道中的內徑相對較大的一段管路；縮徑段22是指流體流通通道中內徑相對較小的一段管路。

可以看出，本實施例中，當反應產物經過擴徑段21和縮徑段22時，由於擴徑段21和縮徑段22的內徑變化較大，所以反應產物在流體流通通道內會形成強烈的碰撞和湍流，消耗一部分自身的壓力能，即降低了自身的壓力。

優選地，擴徑段21至少為兩段，縮徑段22至少為兩段，且各擴徑段21和各縮徑段22間隔分布。具體地，流體流通通道中，與每段擴徑段21相連通的必然是縮徑段22，與每段縮徑段22相連通的必然是擴徑段21，並且每段擴徑段21與每段縮徑段22之間可以平滑過渡，也可以為階躍式過渡。

可以看出，每一次擴徑和每一次縮徑，在噴嘴2內部的流體流通通道中都會產生局部阻力，反應產物在該局部空間內形成強烈的碰撞和湍流，消耗了部分反應產物自身的壓力能。當反應產物流經若干擴徑段21和縮徑段22後，反應產物的壓力會逐級降低，則變徑段越多降壓效果也越明顯。各擴徑段21和各縮徑段22的間隔分布，減少了高速反應產物對噴嘴2的磨損，延長了噴嘴2的使用壽命，同時，也減少了高速反應產物對葉輪4的衝擊，延長了葉輪4的使用壽命。

上述各實施例中，連接軸41的第二端可以連接傳動設備，如泵；也可以直接連接發電機，將自身的機械能轉化成發電機的電能；還可以連接其他設備，本實施例對此不作限定。

由於傳動設備帶動連接軸41轉動以使葉輪4的機械能轉換為其他形式的能量，所以，具體實施時，殼體1頂部可以開設有通孔，連接軸41穿設於該通孔，並且連接軸41在該通孔內可轉動。由於連接軸41可轉動地穿設於該通孔，所以連接軸41與通孔無法完全密封，則在連接軸41與通孔相接觸處存在一個間隙。如果殼體1內的壓力高於大氣壓，則殼體1內的反應產物會由間隙向殼體1外洩漏；如果殼體1內的壓力低於大氣壓，則外界空氣會通過間隙進入殼體1內，因此，可以採用機械密封的方法阻止殼體1內與殼體1外介質的洩漏。

可以看出，本實施例中，由於葉輪4的第二端與傳動設備相連接，所以葉輪4的轉動帶動傳動設備工作，則將葉輪4的機械能轉換為其他形式的可利用的能量，實現了超臨界反應裝置輸出的反應產物中的壓力能的回收利用，提高了能量的利用率。

上述各實施例中，氣相出口3可以設置有閥門，或者，在液固相出口5可以設置有閥門，或者，氣相出口3和液固相出口5均設置有閥門。具體地，氣相出口和液固相出口均可以設置有連接管道，閥門設置於連接管道中。

可以看出，本實施例中，閥門可以對殼體1內部反應產物的液位進行控制，保證反應產物的液位維持在葉輪4以上，以便於將從噴嘴2輸出的反應產物的動能轉化成葉輪4的機械能，同時也減少對葉輪4的衝擊。

綜上所述，本實施例中，通過在殼體1的側壁設置噴嘴2，殼體1內的葉輪4與噴嘴2對應設置，這樣超臨界反應裝置輸出的反應產物通過噴嘴2輸入至殼體1內，由於反應產物由噴嘴2輸出時具有一定的動能，所以輸入至殼體1內的反應產物帶動葉輪4轉動，從而將反應產物中的壓力能轉換為葉輪的機械能，降低了反應產物的壓力，無需使用閥門，即可實現對超臨界反應裝置輸出的反應產物進行降壓。此外，葉輪4產生的機械能可以轉換為其他形式的有效能量，實現了超臨界反應裝置輸出的反應產物中的壓力能的回收利用，提高了能量的利用率。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。