技术领域
本发明涉及一种高温高压的反应装置，更具体地涉及一种新型耐腐蚀防
堵塞的超临界水氧化反应装置。
背景技术：
目前，有机废液的处理方法主要有氧化法、吸附过滤法、焚烧法等。其
中，氧化法、吸附过滤法处理后的水样中会残余有机物，而焚烧法的处理成
本较高，并且会产生二噁英等物质，需要后续处理。
以超临界水为反应介质发展起来的超临界水氧化技术(SCWO，
supercriticalwateroxidation)以其具有反应迅速、氧化彻底、设备简单等优点
而成为目前有机废物处理研究的热点。对核工业生产中产生的大量有机废物，
传统处理方法均存在一定缺陷。法国、美国和日本在采用SCWO技术处理放
射性有机废物方面投入了很大力量，日本东芝公司已成功将该技术应用于处
理实验室规模的废磷酸三丁酯(TBP)、废树脂和废液闪计数液。在压力为
30MPa、温度为673K条件下，超临界水可将99％以上TBP或煤油破坏，对
液闪计数液的破坏率也达到了93％。
现有的超临界水氧化反应装置通常具有耐高温套筒，其顶端和底端分别
通过上端盖和下端盖进行密封而形成反应区，该超临界水氧化反应装置具有
氧化剂入口和有机废液入口，从而向反应区分别引入氧化剂和有机废液，另
外，该超临界水氧化反应装置还具有一个边界流体入口，从而向反应区引入
边界流体，从而通过边界流体和氧化剂对有机废液进行处理。在现有技术中，
特别是在处理含卤素、硫、磷等化合物的有机废液时，反应产生的酸对套筒
内壁具有严重的腐蚀。另外，反应产生的无机盐和金属氧化物沉淀等容易造
成管道堵塞，直接制约SCWO技术大规模产业化应用。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的腐蚀和堵塞的问题，本发明旨在提供一种
新型耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应装置。
本发明所述的新型耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应装置包括外筒体、
上端盖和下端盖，该上端盖和下端盖分别密封外筒体的顶端和底端，该超临
界水氧化反应装置为三层套筒结构，包括与该外筒体同轴设置的流体分布筒
体和多孔内筒体，该外筒体和流体分布筒体之间形成第一环隙，该流体分布
筒体和多孔内筒体之间形成第二环隙，该多孔内筒体的内部形成中心区域，
外筒体的不同高度处设置有低温边界流体入口、中温边界流体入口和高温边
界流体入口，该流体分布筒体上分布有多个分布孔，该多孔内筒体上分布有
多个微孔，水分别通过低温边界流体入口、中温边界流体入口和高温边界流
体入口依次进入第一环隙、第二环隙和中心区域。由此，本发明提供一种新
型耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应装置，其采用三层同轴套筒设计，分别
是外筒、流体分布筒和内筒，并形成两个环隙，经过预热的边界流体从不同
边界流体入口进入第一环隙，经过流体分布筒上的分布孔分流后进入第二环
隙，最后通过内筒上的微孔进入中心区域，借此，边界流体在内筒体的内壁
上形成一层保护水膜，将超临界水氧化反应区与内筒体的内壁面隔离开来，
避免材料的腐蚀。该两个环隙的设置可以更好地控制和分配边界流体均匀地
进入到反应装置中，相比于只有一个环隙的反应装置，本发明提供的超临界
水氧化反应装置不容易形成水流死区。
该上端盖上设置有套管结构的氧化剂入口和有机废液入口，氧化剂通过
该氧化剂入口进入中心区域，有机废液通过该有机废液入口进入中心区域。
由此，本发明提供的超临界水氧化反应装置的氧化剂和有机废液经过预热后
以套管结构的入口分别进入反应装置内，套管结构的设置可以减少上端盖的
开口数量，即仅需要在上端盖上开一个孔就可以实现氧化剂和有机废液进料，
降低了反应装置结构设计和制作的难度、提高了装置的安全性。此外，为使
反应物，同时在套管底部增设喷嘴装置。
该套管结构的底部设置有喷嘴装置，氧化剂和有机废液通过该喷嘴装置
以喷射形式进入中心区域。由此，氧化剂和有机废液以喷射形式进入中心区
域，两者混合均匀，能够与超临界流体(水)彻底反应。优选地，该氧化剂
为氧气或双氧水。
该超临界水氧化反应装置的底部侧壁设有液相产物出口管，该液相产物
出口管的头部设有吸嘴头朝下的排水吸嘴，反应生成的液体产物借助于超临
界水氧化反应装置的内外压差通过排水吸嘴从液相产物出口管排出。由此，
反应生成的无机盐被亚临界状态的工艺水溶解后，经过液相产物出口管排出，
为避免未溶解的无机盐颗粒进入出口管道造成堵塞，在出口管头部增设排水
吸嘴，吸嘴头朝下。
该下端盖上设有无机盐排放口，反应生成的无机盐通过该无机盐排放口
排出。由此，超临界水氧化反应生成的无机盐，以及反应生成的某些金属氧
化物沉淀等，在重力作用下沉降至反应装置的底部，通过间歇开启无机盐排
放口而排出。
该超临界水氧化反应装置还包括平行于其中心线延伸并插入其底部的多
高度集成温度计。由此实现反应装置内温度场的实时测量，能够连续测量反
应装置内多点的温度，并与反应装置外的数据分析和控制系统相连接，更为
方便、精确、及时地观察和控制超临界水氧化过程的进行。
该分布孔为圆形，其直径为0.1mm～10mm。优选地，孔隙率在1～40％范
围内。
该微孔为圆形，其直径为0.1μm～1000μm。优选地，孔隙率在1～40％范围
内。
该上端盖和下端盖分别通过耐高温螺母和耐高温螺栓固定连接于外筒
体。
总之，本发明提供的超临界水氧化反应装置能够有效解决现有的腐蚀、
堵塞和边界流体分布不均等问题。另外，该超临界水氧化反应装置结构简单、
运行稳定，能够有效防止无机盐的沉积。
附图说明
图1是根据本发明的新型耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应装置的剖面
图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
图1是根据本发明的新型耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应装置的剖面
图，与现有装置类似，该超临界水氧化反应装置具有外筒体7，其顶端和底端
分别通过上端盖6和下端盖15进行密封而形成反应区，该超临界水氧化反应
装置具有氧化剂入口1和有机废液入口2，从而向反应区分别引入氧化剂和有
机废液。与现有装置不同的是，本发明的超临界水氧化反应装置具有三个边
界流体入口(低温边界流体入口16、中温边界流体入口17、高温边界流体入
口18)，从而向反应区引入不同温度的边界流体，从而通过边界流体和氧化剂
对有机废液进行处理。
根据本发明的新型耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应装置的上端盖6通
过耐高温螺母4和耐高温螺栓23固定连接于外筒体7的顶端，与之类似地，
下端盖15通过耐高温螺母和耐高温螺栓固定连接于外筒体7的底端。另外，
耐高温套筒5被用来保证螺母在高温下的紧固力。
上端盖6中心线位置(也就是根据本发明的新型耐腐蚀防堵塞的超临界
水氧化反应装置的中心线位置)设置套管结构的氧化剂入口1和有机废液入
口2，同时，为使反应物混合均匀、反应彻底、反应物分布均匀，在套管底部
增设喷嘴装置19，使得氧化剂和有机废液以喷射形式进入中心区域后，与超
临界流体(水)充分混合。套管结构的设置可以减少上端盖6的开口数量，
降低了反应装置结构设计和制作的难度、提高了装置的安全性。
上端盖6上设有气相产物出口3，反应生成的气体可通过该气相产物出口
3排出。在反应装置底部侧壁设有液相产物出口管12，反应生成的液体可通
过该液相产物出口管12排出，例如，反应生成的无机盐被亚临界状态的流体
溶解后经过液相产物出口管12排出。特别是为避免未溶解的无机盐颗粒进入
出口管道造成堵塞，在出口管头部增设排水吸嘴13，其吸嘴头朝下，反应液
体产物依靠反应装置内外压差经排水吸嘴13从液相产物出口管12排出。
在下端盖15的中心(也就是根据本发明的新型耐腐蚀防堵塞的超临界水
氧化反应装置的中心)设有无机盐排放口14，反应生成的无机盐在超临界水
中的溶解度极微，该未溶解的无机盐可在重力作用下沉降至反应装置的底部
而通过间歇开启该无机盐排放口14排出。类似地，反应生成的某些不溶性的
金属氧化物沉淀等均可在重力作用下沉降至反应装置的底部而通过间歇开启
该无机盐排放口14排出。
在靠近反应装置的中心线位置，多高度集成温度计20大体平行于中心线
延伸并插入反应装置的底部。与在不同位置插入常规温度计相比，本发明通
过该多高度集成温度计20可以减少反应装置的开孔数量，并且能够有效测定
多点温度。另外，该多高度集成温度计20可实现反应装置内温度场的实时测
量，能够连续测量反应装置内多点的温度，并与反应装置外的数据分析和控
制系统相连接，更为方便、精确、及时地观察和控制超临界水氧化过程的进
行。三个边界流体入口(低温边界流体入口16、中温边界流体入口17、高温
边界流体入口18)设置于外筒体7的不同高度上，从而可根据反应需要通过
外接管道的阀门来调节不同边界流体入口的温度和流量，将中心区域根据温
度的不同分为超临界水氧化反应区21和亚临界水溶盐区22。在本实施例中，
该超临界水氧化反应区21和亚临界水溶盐区22的划分温度为374℃。由此，
由于超临界水氧化反应生成的无机盐在超临界水中的溶解度极微，在超临界
水氧化反应区21产生的未溶解的无机盐颗粒依靠重力落入亚临界水溶盐区22
后再次溶解，然后跟随液相流出物通过液相产物出口管12排出，避免反应器
管路堵塞。
根据本发明的新型耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应装置采用三层同轴
套筒结构，流体分布筒体8和多孔内筒体9分别直接焊接于外筒体7内，其
中，外筒体7和流体分布筒体8之间形成第一环隙10，流体分布筒体8和多
孔内筒体9之间形成第二环隙11。流体分布筒体8上开有任意形状的分布孔，
优选圆形，直径为0.1～10mm，孔隙率控制在1～40％范围内，以便边界流体通
过，多孔内筒体9上开有微孔，直径为0.1～1000μm，孔隙率控制在1～40％范
围内。
反应装置外筒体7由耐压、耐高温的材料制作，在常温～800℃的温度范
围内最高能耐受50MPa的压力。流体分布筒体8和多孔内筒体9均由耐高温、
耐腐蚀的材料制作，耐受温度在常温～800℃范围内，优选的材料为因科内尔
铬镍铁(Inconel)合金或陶瓷等耐高温、耐腐蚀的材料。
本发明的具体工作过程是，氧化剂(在本实施例中为氧气，但是也可以
是双氧水等)和经过预热后的有机废液分别经过套管结构的氧化剂入口1和
有机废液入口2进入反应装置内，两者在喷嘴装置19内充分混合，均匀地以
喷射形式进入反应装置。同时，经过预热的边界流体(水)从低温边界流体
入口16、中温边界流体入口17和高温边界流体入口18进入第一环隙10，经
过分布筒体8上的分布孔(孔径范围为0.1-10mm)分流后进入第二环隙11，
经过多孔内筒体9上的微孔(孔径范围为0.1-1000μm)进入中心区域，有机废
液在该中心区域的超临界水氧化反应区21发生超临界水氧化反应。边界流体
在多孔内筒体9内壁上形成一层保护水膜，将中心区域与多孔内筒体9的内
壁面隔离开来，避免对材料的腐蚀。超临界水氧化生成的气体通过反应装置
上部的气相产物出口3排出。超临界水氧化生成的无机盐在反应装置底部的
亚临界水溶盐区22再次溶解，依靠反应装置内外压差经排水吸嘴13从液相
产物出口管12排出，该排水吸嘴13的吸嘴头朝下，避免无机盐颗粒进入液
相产物出口管12而造成堵塞。由于反应生成的无机盐在超临界水中的溶解度
极微，以及反应生成的某些金属氧化物沉淀等，在重力作用下沉降至反应装
置的底部，通过间歇开启无机盐排放口14而排出反应装置。在靠近中心线位
置设有多高度集成温度计20，以实现反应装置内温度场的实时测量，并与反
应装置外的数据分析和控制系统相连接，更为方便、精确、及时地观察和控
制超临界水氧化过程的进行。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，
本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要
求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利
要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。