一种超临界水氧化降压装置的制作方法

本实用新型涉及超临界氧化技术领域，具体而言，涉及一种超临界水氧化降压装置。

背景技术：

超临界水氧化技术是在温度、压力高于水的临界温度(374.3℃)和临界压力(22.1MPa)条件下，以超临界水作为反应介质来氧化分解有机物。在超临界水氧化过程中，由于超临界水对有机物和氧气都是极好的溶剂，因此有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制，同时较高的反应温度也使反应速率加快，在很短的反应停留时间内，有机物的去除率可以达到99.99％以上。在氧化过程中，有机污染物中的C,H元素最后转化成二氧化碳和水；N,S,P和卤素等杂原子氧化生成气体、含氧酸或盐；超临界水中的盐类以浓缩盐水溶液的形式存在或形成固体颗粒而析出，超临界流体中的水经过冷却后成为清洁水。因而，超临界水氧化技术是在不产生有害副产物情况下彻底有效降解有机污染物的一种新方法。

一般地，超临界水氧化反应会产生高温高压的反应产物，该反应产物一般通过换热系统进行降温。经过换热系统冷却后的反应产物的压力仍然很高，则反应产物较高的压力会对后续的处理系统造成较大的压力负荷，所以需要对反应产物进行降压。目前，反应产物的降压方式通常是在换热系统出口处的管道上设置阀门，通过阀门进行降压，阀门的介质通道进出口都较小，反应产物中的固体颗粒易堵塞阀芯，使得阀门无法对反应产物进行降压，并且该固体颗粒对阀芯造成磨损，导致了阀门寿命缩短，从而使阀门无法长时间保持稳定操作。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种超临界水氧化降压装置，旨在解决现有技术中采用阀门对超临界水氧化反应装置输出的反应产物进行降压时反应产物中的固体颗粒易堵塞和磨损阀门导致阀门无法稳定运行的问题。

本实用新型提出了一种超临界水氧化降压装置，该降压装置包括：壳体、喷嘴、叶轮和连接轴；其中，所述壳体的顶部开设有气相出口，所述壳体的底部开设有液固相出口；所述叶轮置于所述壳体内，所述连接轴穿设且可转动地连接于所述壳体的顶部，并且，所述连接轴的第一端与所述叶轮相连接，所述连接轴的第二端置于所述壳体外；所述喷嘴设置于所述壳体的侧壁且与所述叶轮相对应。

进一步地，上述超临界水氧化降压装置中，所述喷嘴至少为两个，且各所述喷嘴沿所述壳体的周向分布。

进一步地，上述超临界水氧化降压装置中，各所述喷嘴沿所述壳体的周向均匀分布。

进一步地，上述超临界水氧化降压装置中，所述壳体为中空柱状体，所述喷嘴沿所述壳体侧壁圆周的切线方向依次设置。

进一步地，上述超临界水氧化降压装置中，所述喷嘴内部的流体管路上设置有扩径段和缩径段。

进一步地，上述超临界水氧化降压装置中，所述扩径段至少为两段，所述缩径段至少为两段，且各所述扩径段和各所述缩径段间隔分布。

进一步地，上述超临界水氧化降压装置中，所述连接轴的第二端连接有传动设备。

进一步地，上述超临界水氧化降压装置中，所述气相出口设置有阀门；和/或所述液固相出口设置有阀门。

本实用新型中，在降压装置的侧壁设置喷嘴，在壳体内与喷嘴对应处设置叶轮，超临界反应装置输出的反应产物经降温后通过喷嘴输入至壳体内，反应产物的动能带动叶轮旋转，从而将反应产物中的压力能转换为叶轮的机械能，降低了反应产物的压力，无需使用阀门，即可实现对超临界反应装置输出的反应产物进行降压。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的超临界水氧化降压装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的超临界水氧化降压装置中，喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参见图1，图中示出了本实施例提供的超临界水氧化降压装置的优选结构。该降压装置包括：壳体1、喷嘴2、叶轮4和连接轴41，壳体1的顶部开设有气相出口3，壳体1的底部开设有液固相出口5。叶轮4置于壳体1内，连接轴41穿设且可转动地连接于壳体1的顶部，连接轴41的第一端(图1所示的下端)与叶轮4相连接，连接轴41的第二端(图1所示的上端)置于壳体1外。具体地，连接轴41穿设于壳体1的顶部，并且连接轴41通过轴承与壳体1可转动地连接。连接轴41的第一端在壳体1内为悬空设置，叶轮4与连接轴41的第一端可转动连接，叶轮4悬置于壳体1内，以使叶轮在壳体1内可转动。喷嘴2设置于壳体1的侧壁且与叶轮4相对应，具体地，喷嘴2的出口端正对叶轮4的叶片的外缘设置。

本领域技术人员应该理解，超临界水氧化装置内的有机物与氧化剂在超临界条件下发生氧化反应，产生高温高压的反应产物，反应产物由超临界水氧化装置的出口输出，经换热装置进行降温后得到了高压低温的反应产物。

在本实施例中，换热装置的出口与喷嘴2的入口端相连通，降温后的反应产物通过喷嘴2的出口端输入至壳体1内。在壳体1内应控制反应产物保持有一定的液位，并且反应产物的液位保持在叶轮4的上方，也就是说，叶轮4应完全浸入壳体1内的反应产物中。这样，一方面，喷嘴2输出的反应产物对壳体1内的反应产物起到一定的扰动作用，使得壳体1内的反应产物在喷嘴输出的反应产物的带动下推动叶轮4转动；另一方面，喷嘴2输出的反应产物带有一定的冲击力，壳体1内的反应产物能够缓冲该冲击力，避免叶轮4直接承受该冲击力导致叶轮4的损坏。

具体实施时，喷嘴2的进口孔径和出口孔径均可以根据由换热装置出口输出的反应产物的流速来确定。若进口孔径和出口孔径均过小，虽然能够提高反应产物的流速，增加反应产物的动能，但是由于反应产物不断冲击喷嘴2，所以反应产物的流速过快使得喷嘴2承受的冲击力增大，造成喷嘴2的损坏，缩短了喷嘴2的使用寿命，同时也增大了叶轮4受到的冲击；若孔径过大，会造成喷嘴2出口反应产物流速降低，由于壳体1内反应产物的存在增大了叶轮4转动的阻力，使得叶轮4无法旋转，因此，喷嘴2的进口孔径和出口孔径的恰当选择有利于保证叶轮4的稳定持续运转。

工作时，超临界水氧化装置将产生的高温高压的反应产物由超临界水氧化装置的出口输出，经过换热后得到的高压低温产物输入至喷嘴2，反应产物在喷嘴2内进行降压，喷嘴2的出口端将反应产物输出至壳体1内。由于反应产物由喷嘴2输出时具有一定的动能，所以喷嘴2输出的反应产物带动壳体1内的反应产物形成旋流，该旋流带动叶轮4的转动，使得反应产物中的压力能转换为叶轮4的机械能。

可以看出，本实施例中，通过在壳体1的侧壁设置喷嘴2，壳体1内的叶轮4与喷嘴2对应设置，这样超临界反应装置输出的反应产物经降温后通过喷嘴2输入至壳体1内，由于反应产物由喷嘴2输出时具有一定的动能，所以输入至壳体1内的反应产物带动叶轮4转动，从而将反应产物中的压力能转换为叶轮4的机械能，降低了反应产物的压力，无需使用阀门，即可实现对超临界反应装置输出的反应产物进行降压，解决了现有技术中采用阀门对超临界水氧化反应装置输出的反应产物进行降压时反应产物中的固体颗粒易堵塞和磨损阀门导致阀门无法稳定运行的问题。

上述实施例中，喷嘴2至少为两个，并且，各喷嘴2沿壳体1的周向分布，这样，在处理等量的反应产物时，大大减小了每个喷嘴的压力负荷，降低了反应产物对喷嘴2的磨损程度，延长了喷嘴2的使用寿命。

优选地，各喷嘴2沿壳体1的周向均匀分布，这样布置能够使得喷嘴2输出的反应产物对叶轮4在各个方向上的冲击力保持平衡，有效避免了叶轮4因局部受力过大而损坏。

上述各实施例中，壳体1为中空柱状体，各喷嘴2沿壳体1侧壁圆周的切线方向依次设置。具体地，每个喷嘴2均设置于柱状体的侧壁，则每个喷嘴2在柱状体均有一个连接点，每个喷嘴2的出口方向均与各自的连接点处的切线方向一致，并且与叶轮4叶片上各点的切线方向也保持一致，即每个喷嘴2沿壳体1侧壁圆周按照顺时针或者逆时针的方向分布。

可以看出，本实施例中，通过各喷嘴2沿壳体1侧壁圆周的切线方向依次设置，能够使得喷嘴2中反应产物喷入的方向与叶轮4叶片上各点的切线方向保持一致，这样反应产物进入壳体1时，反应产物线速度增大，相应的离心力增大，能将动能更加完全的转化为叶轮4的机械能，提高能量的转化率。

上述各实施例中，喷嘴2内部的流体管路上设置有扩径段21和缩径段22，具体地，喷嘴2内部设置有流体流通通道，喷嘴的进口端和出口端均与该流体流通通道相连通。其中，流体流通通道由进口端至出口端可以先经过扩径段21再经过缩径段22，也可以是先经过缩径段22再经过扩径段21，本实施例对此不作限定。其中，扩径段21是指流体流通通道中的内径相对较大的一段管路；缩径段22是指流体流通通道中内径相对较小的一段管路。

可以看出，本实施例中，当反应产物经过扩径段21和缩径段22时，由于扩径段21和缩径段22的内径变化较大，所以反应产物在流体流通通道内会形成强烈的碰撞和湍流，消耗一部分自身的压力能，即降低了自身的压力。

优选地，扩径段21至少为两段，缩径段22至少为两段，且各扩径段21和各缩径段22间隔分布。具体地，流体流通通道中，与每段扩径段21相连通的必然是缩径段22，与每段缩径段22相连通的必然是扩径段21，并且每段扩径段21与每段缩径段22之间可以平滑过渡，也可以为阶跃式过渡。

可以看出，每一次扩径和每一次缩径，在喷嘴2内部的流体流通通道中都会产生局部阻力，反应产物在该局部空间内形成强烈的碰撞和湍流，消耗了部分反应产物自身的压力能。当反应产物流经若干扩径段21和缩径段22后，反应产物的压力会逐级降低，则变径段越多降压效果也越明显。各扩径段21和各缩径段22的间隔分布，减少了高速反应产物对喷嘴2的磨损，延长了喷嘴2的使用寿命，同时，也减少了高速反应产物对叶轮4的冲击，延长了叶轮4的使用寿命。

上述各实施例中，连接轴41的第二端可以连接传动设备，如泵；也可以直接连接发电机，将自身的机械能转化成发电机的电能；还可以连接其他设备，本实施例对此不作限定。

由于传动设备带动连接轴41转动以使叶轮4的机械能转换为其他形式的能量，所以，具体实施时，壳体1顶部可以开设有通孔，连接轴41穿设于该通孔，并且连接轴41在该通孔内可转动。由于连接轴41可转动地穿设于该通孔，所以连接轴41与通孔无法完全密封，则在连接轴41与通孔相接触处存在一个间隙。如果壳体1内的压力高于大气压，则壳体1内的反应产物会由间隙向壳体1外泄漏；如果壳体1内的压力低于大气压，则外界空气会通过间隙进入壳体1内，因此，可以采用机械密封的方法阻止壳体1内与壳体1外介质的泄漏。

可以看出，本实施例中，由于叶轮4的第二端与传动设备相连接，所以叶轮4的转动带动传动设备工作，则将叶轮4的机械能转换为其他形式的可利用的能量，实现了超临界反应装置输出的反应产物中的压力能的回收利用，提高了能量的利用率。

上述各实施例中，气相出口3可以设置有阀门，或者，在液固相出口5可以设置有阀门，或者，气相出口3和液固相出口5均设置有阀门。具体地，气相出口和液固相出口均可以设置有连接管道，阀门设置于连接管道中。

可以看出，本实施例中，阀门可以对壳体1内部反应产物的液位进行控制，保证反应产物的液位维持在叶轮4以上，以便于将从喷嘴2输出的反应产物的动能转化成叶轮4的机械能，同时也减少对叶轮4的冲击。

综上所述，本实施例中，通过在壳体1的侧壁设置喷嘴2，壳体1内的叶轮4与喷嘴2对应设置，这样超临界反应装置输出的反应产物通过喷嘴2输入至壳体1内，由于反应产物由喷嘴2输出时具有一定的动能，所以输入至壳体1内的反应产物带动叶轮4转动，从而将反应产物中的压力能转换为叶轮的机械能，降低了反应产物的压力，无需使用阀门，即可实现对超临界反应装置输出的反应产物进行降压。此外，叶轮4产生的机械能可以转换为其他形式的有效能量，实现了超临界反应装置输出的反应产物中的压力能的回收利用，提高了能量的利用率。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。