本實(shí)用新型涉及超臨界氧化技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超臨界水氧化降壓裝置。

背景技術(shù)：

超臨界水氧化技術(shù)是在溫度、壓力高于水的臨界溫度(374.3℃)和臨界壓力(22.1MPa)條件下，以超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)來(lái)氧化分解有機(jī)物。在超臨界水氧化過(guò)程中，由于超臨界水對(duì)有機(jī)物和氧氣都是極好的溶劑，因此有機(jī)物的氧化可以在富氧的均一相中進(jìn)行，反應(yīng)不會(huì)因相間轉(zhuǎn)移而受限制，同時(shí)較高的反應(yīng)溫度也使反應(yīng)速率加快，在很短的反應(yīng)停留時(shí)間內(nèi)，有機(jī)物的去除率可以達(dá)到99.99％以上。在氧化過(guò)程中，有機(jī)污染物中的C,H元素最后轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水；N,S,P和鹵素等雜原子氧化生成氣體、含氧酸或鹽；超臨界水中的鹽類(lèi)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(jīng)過(guò)冷卻后成為清潔水。因而，超臨界水氧化技術(shù)是在不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物情況下徹底有效降解有機(jī)污染物的一種新方法。

一般地，超臨界水氧化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高溫高壓的反應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)產(chǎn)物一般通過(guò)換熱系統(tǒng)進(jìn)行降溫。經(jīng)過(guò)換熱系統(tǒng)冷卻后的反應(yīng)產(chǎn)物的壓力仍然很高，則反應(yīng)產(chǎn)物較高的壓力會(huì)對(duì)后續(xù)的處理系統(tǒng)造成較大的壓力負(fù)荷，所以需要對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降壓。目前，反應(yīng)產(chǎn)物的降壓方式通常是在換熱系統(tǒng)出口處的管道上設(shè)置閥門(mén)，通過(guò)閥門(mén)進(jìn)行降壓，閥門(mén)的介質(zhì)通道進(jìn)出口都較小，反應(yīng)產(chǎn)物中的固體顆粒易堵塞閥芯，使得閥門(mén)無(wú)法對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降壓，并且該固體顆粒對(duì)閥芯造成磨損，導(dǎo)致了閥門(mén)壽命縮短，從而使閥門(mén)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本實(shí)用新型提出了一種超臨界水氧化降壓裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中采用閥門(mén)對(duì)超臨界水氧化反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降壓時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物中的固體顆粒易堵塞和磨損閥門(mén)導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。

本實(shí)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(kāi)設(shè)有氣相出口，所述殼體的底部開(kāi)設(shè)有液固相出口；所述葉輪置于所述殼體內(nèi)，所述連接軸穿設(shè)且可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述殼體的頂部，并且，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于所述殼體外；所述噴嘴設(shè)置于所述殼體的側(cè)壁且與所述葉輪相對(duì)應(yīng)。

進(jìn)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(gè)，且各所述噴嘴沿所述殼體的周向分布。

進(jìn)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(jìn)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(cè)壁圓周的切線方向依次設(shè)置。

進(jìn)一步地，上述超臨界水氧化降壓裝置中，所述噴嘴內(nèi)部的流體管路上設(shè)置有擴(kuò)徑段和縮徑段。

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

進(jìn)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(dòng)設(shè)備。

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

本實(shí)用新型中，在降壓裝置的側(cè)壁設(shè)置噴嘴，在殼體內(nèi)與噴嘴對(duì)應(yīng)處設(shè)置葉輪，超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)降溫后通過(guò)噴嘴輸入至殼體內(nèi)，反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而將反應(yīng)產(chǎn)物中的壓力能轉(zhuǎn)換為葉輪的機(jī)械能，降低了反應(yīng)產(chǎn)物的壓力，無(wú)需使用閥門(mén)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降壓。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超臨界水氧化降壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超臨界水氧化降壓裝置中，噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開(kāi)的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開(kāi)，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。

參見(jiàn)圖1，圖中示出了本實(shí)施例提供的超臨界水氧化降壓裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。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(kāi)設(shè)有氣相出口3，殼體1的底部開(kāi)設(shè)有液固相出口5。葉輪4置于殼體1內(nèi)，連接軸41穿設(shè)且可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于殼體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)置于殼體1外。具體地，連接軸41穿設(shè)于殼體1的頂部，并且連接軸41通過(guò)軸承與殼體1可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。連接軸41的第一端在殼體1內(nèi)為懸空設(shè)置，葉輪4與連接軸41的第一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，葉輪4懸置于殼體1內(nèi)，以使葉輪在殼體1內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)。噴嘴2設(shè)置于殼體1的側(cè)壁且與葉輪4相對(duì)應(yīng)，具體地，噴嘴2的出口端正對(duì)葉輪4的葉片的外緣設(shè)置。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，超臨界水氧化裝置內(nèi)的有機(jī)物與氧化劑在超臨界條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生高溫高壓的反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物由超臨界水氧化裝置的出口輸出，經(jīng)換熱裝置進(jìn)行降溫后得到了高壓低溫的反應(yīng)產(chǎn)物。

在本實(shí)施例中，換熱裝置的出口與噴嘴2的入口端相連通，降溫后的反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)噴嘴2的出口端輸入至殼體1內(nèi)。在殼體1內(nèi)應(yīng)控制反應(yīng)產(chǎn)物保持有一定的液位，并且反應(yīng)產(chǎn)物的液位保持在葉輪4的上方，也就是說(shuō)，葉輪4應(yīng)完全浸入殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物中。這樣，一方面，噴嘴2輸出的反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物起到一定的擾動(dòng)作用，使得殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物在噴嘴輸出的反應(yīng)產(chǎn)物的帶動(dòng)下推動(dòng)葉輪4轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面，噴嘴2輸出的反應(yīng)產(chǎn)物帶有一定的沖擊力，殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物能夠緩沖該沖擊力，避免葉輪4直接承受該沖擊力導(dǎo)致葉輪4的損壞。

具體實(shí)施時(shí)，噴嘴2的進(jìn)口孔徑和出口孔徑均可以根據(jù)由換熱裝置出口輸出的反應(yīng)產(chǎn)物的流速來(lái)確定。若進(jìn)口孔徑和出口孔徑均過(guò)小，雖然能夠提高反應(yīng)產(chǎn)物的流速，增加反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能，但是由于反應(yīng)產(chǎn)物不斷沖擊噴嘴2，所以反應(yīng)產(chǎn)物的流速過(guò)快使得噴嘴2承受的沖擊力增大，造成噴嘴2的損壞，縮短了噴嘴2的使用壽命，同時(shí)也增大了葉輪4受到的沖擊；若孔徑過(guò)大，會(huì)造成噴嘴2出口反應(yīng)產(chǎn)物流速降低，由于殼體1內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的存在增大了葉輪4轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力，使得葉輪4無(wú)法旋轉(zhuǎn)，因此，噴嘴2的進(jìn)口孔徑和出口孔徑的恰當(dāng)選擇有利于保證葉輪4的穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

工作時(shí)，超臨界水氧化裝置將產(chǎn)生的高溫高壓的反應(yīng)產(chǎn)物由超臨界水氧化裝置的出口輸出，經(jīng)過(guò)換熱后得到的高壓低溫產(chǎn)物輸入至噴嘴2，反應(yīng)產(chǎn)物在噴嘴2內(nèi)進(jìn)行降壓，噴嘴2的出口端將反應(yīng)產(chǎn)物輸出至殼體1內(nèi)。由于反應(yīng)產(chǎn)物由噴嘴2輸出時(shí)具有一定的動(dòng)能，所以噴嘴2輸出的反應(yīng)產(chǎn)物帶動(dòng)殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物形成旋流，該旋流帶動(dòng)葉輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得反應(yīng)產(chǎn)物中的壓力能轉(zhuǎn)換為葉輪4的機(jī)械能。

可以看出，本實(shí)施例中，通過(guò)在殼體1的側(cè)壁設(shè)置噴嘴2，殼體1內(nèi)的葉輪4與噴嘴2對(duì)應(yīng)設(shè)置，這樣超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)降溫后通過(guò)噴嘴2輸入至殼體1內(nèi)，由于反應(yīng)產(chǎn)物由噴嘴2輸出時(shí)具有一定的動(dòng)能，所以輸入至殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物帶動(dòng)葉輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將反應(yīng)產(chǎn)物中的壓力能轉(zhuǎn)換為葉輪4的機(jī)械能，降低了反應(yīng)產(chǎn)物的壓力，無(wú)需使用閥門(mén)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降壓，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用閥門(mén)對(duì)超臨界水氧化反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降壓時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物中的固體顆粒易堵塞和磨損閥門(mén)導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。

上述實(shí)施例中，噴嘴2至少為兩個(gè)，并且，各噴嘴2沿殼體1的周向分布，這樣，在處理等量的反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，大大減小了每個(gè)噴嘴的壓力負(fù)荷，降低了反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)噴嘴2的磨損程度，延長(zhǎng)了噴嘴2的使用壽命。

優(yōu)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(yīng)產(chǎn)物對(duì)葉輪4在各個(gè)方向上的沖擊力保持平衡，有效避免了葉輪4因局部受力過(guò)大而損壞。

上述各實(shí)施例中，殼體1為中空柱狀體，各噴嘴2沿殼體1側(cè)壁圓周的切線方向依次設(shè)置。具體地，每個(gè)噴嘴2均設(shè)置于柱狀體的側(cè)壁，則每個(gè)噴嘴2在柱狀體均有一個(gè)連接點(diǎn)，每個(gè)噴嘴2的出口方向均與各自的連接點(diǎn)處的切線方向一致，并且與葉輪4葉片上各點(diǎn)的切線方向也保持一致，即每個(gè)噴嘴2沿殼體1側(cè)壁圓周按照順時(shí)針或者逆時(shí)針的方向分布。

可以看出，本實(shí)施例中，通過(guò)各噴嘴2沿殼體1側(cè)壁圓周的切線方向依次設(shè)置，能夠使得噴嘴2中反應(yīng)產(chǎn)物噴入的方向與葉輪4葉片上各點(diǎn)的切線方向保持一致，這樣反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入殼體1時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物線速度增大，相應(yīng)的離心力增大，能將動(dòng)能更加完全的轉(zhuǎn)化為葉輪4的機(jī)械能，提高能量的轉(zhuǎn)化率。

上述各實(shí)施例中，噴嘴2內(nèi)部的流體管路上設(shè)置有擴(kuò)徑段21和縮徑段22，具體地，噴嘴2內(nèi)部設(shè)置有流體流通通道，噴嘴的進(jìn)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(jìn)口端至出口端可以先經(jīng)過(guò)擴(kuò)徑段21再經(jīng)過(guò)縮徑段22，也可以是先經(jīng)過(guò)縮徑段22再經(jīng)過(guò)擴(kuò)徑段21，本實(shí)施例對(duì)此不作限定。其中，擴(kuò)徑段21是指流體流通通道中的內(nèi)徑相對(duì)較大的一段管路；縮徑段22是指流體流通通道中內(nèi)徑相對(duì)較小的一段管路。

可以看出，本實(shí)施例中，當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)擴(kuò)徑段21和縮徑段22時(shí)，由于擴(kuò)徑段21和縮徑段22的內(nèi)徑變化較大，所以反應(yīng)產(chǎn)物在流體流通通道內(nèi)會(huì)形成強(qiáng)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(yōu)選地，擴(kuò)徑段21至少為兩段，縮徑段22至少為兩段，且各擴(kuò)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(kuò)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(kuò)徑段21，并且每段擴(kuò)徑段21與每段縮徑段22之間可以平滑過(guò)渡，也可以為階躍式過(guò)渡。

可以看出，每一次擴(kuò)徑和每一次縮徑，在噴嘴2內(nèi)部的流體流通通道中都會(huì)產(chǎn)生局部阻力，反應(yīng)產(chǎn)物在該局部空間內(nèi)形成強(qiáng)烈的碰撞和湍流，消耗了部分反應(yīng)產(chǎn)物自身的壓力能。當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物流經(jīng)若干擴(kuò)徑段21和縮徑段22后，反應(yīng)產(chǎn)物的壓力會(huì)逐級(jí)降低，則變徑段越多降壓效果也越明顯。各擴(kuò)徑段21和各縮徑段22的間隔分布，減少了高速反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)噴嘴2的磨損，延長(zhǎng)了噴嘴2的使用壽命，同時(shí)，也減少了高速反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)葉輪4的沖擊，延長(zhǎng)了葉輪4的使用壽命。

上述各實(shí)施例中，連接軸41的第二端可以連接傳動(dòng)設(shè)備，如泵；也可以直接連接發(fā)電機(jī)，將自身的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)的電能；還可以連接其他設(shè)備，本實(shí)施例對(duì)此不作限定。

由于傳動(dòng)設(shè)備帶動(dòng)連接軸41轉(zhuǎn)動(dòng)以使葉輪4的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，所以，具體實(shí)施時(shí)，殼體1頂部可以開(kāi)設(shè)有通孔，連接軸41穿設(shè)于該通孔，并且連接軸41在該通孔內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)。由于連接軸41可轉(zhuǎn)動(dòng)地穿設(shè)于該通孔，所以連接軸41與通孔無(wú)法完全密封，則在連接軸41與通孔相接觸處存在一個(gè)間隙。如果殼體1內(nèi)的壓力高于大氣壓，則殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)由間隙向殼體1外泄漏；如果殼體1內(nèi)的壓力低于大氣壓，則外界空氣會(huì)通過(guò)間隙進(jìn)入殼體1內(nèi)，因此，可以采用機(jī)械密封的方法阻止殼體1內(nèi)與殼體1外介質(zhì)的泄漏。

可以看出，本實(shí)施例中，由于葉輪4的第二端與傳動(dòng)設(shè)備相連接，所以葉輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備工作，則將葉輪4的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為其他形式的可利用的能量，實(shí)現(xiàn)了超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物中的壓力能的回收利用，提高了能量的利用率。

上述各實(shí)施例中，氣相出口3可以設(shè)置有閥門(mén)，或者，在液固相出口5可以設(shè)置有閥門(mén)，或者，氣相出口3和液固相出口5均設(shè)置有閥門(mén)。具體地，氣相出口和液固相出口均可以設(shè)置有連接管道，閥門(mén)設(shè)置于連接管道中。

可以看出，本實(shí)施例中，閥門(mén)可以對(duì)殼體1內(nèi)部反應(yīng)產(chǎn)物的液位進(jìn)行控制，保證反應(yīng)產(chǎn)物的液位維持在葉輪4以上，以便于將從噴嘴2輸出的反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成葉輪4的機(jī)械能，同時(shí)也減少對(duì)葉輪4的沖擊。

綜上所述，本實(shí)施例中，通過(guò)在殼體1的側(cè)壁設(shè)置噴嘴2，殼體1內(nèi)的葉輪4與噴嘴2對(duì)應(yīng)設(shè)置，這樣超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)噴嘴2輸入至殼體1內(nèi)，由于反應(yīng)產(chǎn)物由噴嘴2輸出時(shí)具有一定的動(dòng)能，所以輸入至殼體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物帶動(dòng)葉輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將反應(yīng)產(chǎn)物中的壓力能轉(zhuǎn)換為葉輪的機(jī)械能，降低了反應(yīng)產(chǎn)物的壓力，無(wú)需使用閥門(mén)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降壓。此外，葉輪4產(chǎn)生的機(jī)械能可以轉(zhuǎn)換為其他形式的有效能量，實(shí)現(xiàn)了超臨界反應(yīng)裝置輸出的反應(yīng)產(chǎn)物中的壓力能的回收利用，提高了能量的利用率。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。