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超临界水 氧化系统

阅读：409发布：2020-05-11

专利汇可以提供超临界水氧化系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开提供了一种超临界水氧化系统。该系统包括反应器、防护装置、氧化剂供给装置和有机物供料装置。其中，反应器包括反应器壳体，该反应器壳体上设置有氧化剂进料口、有机物进料口及出料口，该反应器经由出料口释放反应产物。防护装置包括外防护层、冷却层及内防护层，其中，内防护层与外防护层围成有第一空间和第二空间。冷却层包括能够存储液体的液体管路，该液体管路设置于第一空间。反应器设置于第二空间，且反应器的出料口延伸至第一空间中除液体管路所在区域之外的区域，使得出料口排放的反应产物能够通过液体管路中存储的液体降温。氧化剂供给装置与氧化剂进料口相连通，有机物供料装置与有机物进料口相连通。，下面是超临界水氧化系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超临界水氧化系统，包括：
反应器，包括反应器壳体，所述反应器壳体上设置有氧化剂进料口、有机物进料口及出料口，所述反应器经由所述出料口排放反应产物；
防护装置，包括外防护层、冷却层及内防护层，其中：
所述内防护层与所述外防护层围成有第一空间和第二空间；
所述冷却层包括能够存储液体的液体管路，所述液体管路设置于所述第一空间；
所述反应器设置于所述第二空间，且所述反应器的出料口延伸至所述第一空间中除所述液体管路所在区域之外的区域，使得所述出料口排放的反应产物能够通过所述液体管路中存储的液体降温；
氧化剂供给装置，与所述氧化剂进料口相连通；以及
有机物供料装置，与所述有机物进料口相连通。
2.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其中：
所述外防护层包括外套筒和相对设置的一对侧壁端板；
所述内防护层包括共轴的第一筒体及相对设置的一对第二筒体，所述第一筒体设置于所述一对第二筒体之间，并与所述一对第二筒体共轴，其中：
所述第一筒体包括第一筒体侧壁，且其为两端开口的结构；
所述一对第二筒体中每个第二筒体包括第一端板和第二筒体侧壁，所述第一端板为环形板结构，其内环尺寸与所述第一筒体的尺寸相匹配，且所述一对第二筒体经由所述第一端板与所述第一筒体固定连接；
所述第一筒体侧壁、第一端板及所述外套筒围成所述第一空间，
所述第一筒体、第二筒体及所述一对侧壁端板围成所述第二空间；
所述液体管路包括沿所述一对侧壁端板的连线方向延伸设置的多个双层套管，所述多个双层套管在所述外套筒的径向方向及所述外套筒的周向方向周期排布，且每个双层套管包括外层套管和内层套管，
其中，所述第一端板上设置有多个第一接口，用于分别与所述多个双层套管的外层套管连通。
3.根据权利要求2所述的超临界水氧化系统，其中：
所述一对第二筒体中每个第二筒体的第二侧壁具有第一开口，其中一个第一开口作为第一进液口，另一个第一开口作为第一出液口，
所述防护装置被配置为：在所述第二空间中设置的反应器处于工作状态时，所述液体循环地自所述第一进液口导入，并在流经所述多个双层套管的外层套管后，自所述第一出液口导出，以对所述出料口排放的反应产物进行降温。
4.根据权利要求2所述的超临界水氧化系统，其中：
所述一对第二筒体中每个第二筒体还包括与所述第一端板相对的第二端板、以及设置于所述第一端板和第二端板之间的分界板，所述第一开口设置于所述第一端板与所述分界板之间的侧壁上；
所述分界板上设置有多个第二接口，用于分别与所述多个双层套管的内层套管连通，所述内层套管的长度大于所述外层套管，所述第二端板上设置有多个连通孔，用于使所述内层套管与所述第二空间相连通，
其中，所述第二端板及所述分界板为与所述第一端板相同的环形板结构。
5.根据权利要求2所述的超临界水氧化系统，其中，所述冷却层还包括多个气体管路和冷凝液收集盘，其中：
所述冷凝液收集盘设置于所述第一空间中沿所述外套筒的径向方向周期排布的相邻两组双层套管之间，所述冷凝液收集盘在靠近所述出料口的第一盘面为封闭结构，且在远离所述出料口的第二盘面为开口结构；所述冷凝液收集盘具有在所述外套筒的轴向方向上周期排列的多个凹槽，且所述多个凹槽在垂直于所述第一盘面和所述第二盘面的连线方向延伸；
所述多个气体管路沿所述第一盘面和所述第二盘面的连线方向上延伸设置于所述多个凹槽处，所述多个气体管路在靠近所述第一盘面的第一端为开口结构，靠近所述第二盘面的第二端为闭合结构，所述多个气体管路的第二端高出所述第二盘面，且所述多个气体管路在高出所述第二盘面的侧壁上具有多个喷气口，
其中，外防护层设置有排渣口、排液口及排气口，分别用于排出所述反应产物中的残渣及所述反应产物降温得到冷凝液及废气，所述排液口与所述冷凝液收集盘连通。
6.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其中，所述反应器壳体包括第一端壁、壳体侧壁以及与所述第一端壁相对设置的第二端壁，所述氧化剂进料口设置于所述第一端壁，所述出料口设置于所述第二端壁，所述有机物进料口设置于靠近所述第二端壁的壳体侧壁上，所述反应器还包括：
多根有机物输送管，所述多根有机物输送管沿所述第一端壁和第二端壁的连线方向延伸设置于所述反应器壳体内，所述多根有机物输送管包括第一端及与所述第一端相对的第二端，所述有机物输送管的第一端与所述有机物进料口连通；以及
端部环管，设置于所述反应器壳体内靠近所述第一端壁的区域，且所述端部环管与所述多根有机物输送管的第二端连通，
其中，所述端部环管在靠近所述第二端壁的侧壁上设置有多个第一出料孔；并且/或者，所述多个有机物输送管在靠近所述反应器的中心轴、且靠近所述第一端壁的侧壁上设置有多个第二出料孔。
7.根据权利要求6所述的超临界水氧化系统，其中，所述反应器还包括：
第三筒体，套设于所述多根有机物输送管及所述端部环管外部，且所述第三筒体包括第三端板及第三筒体侧壁，所述第三端板具有与所述氧化剂进料口相对应的第一进料孔；
以及
进料板，所述进料板设置于所述第三端板与所述端部环管之间，以在所述进料板与所述第三筒体之间形成氧化剂传输通道，且所述进料板上设置有多个第二进料孔。
8.根据权利要求7所述的超临界水氧化系统，其中：
所述壳体侧壁上还设置有第二进液口与第二出液口，
所述反应器还包括：
内衬，设置于所述壳体侧壁与所述第三筒体侧壁之间；以及
环流套，沿所述内衬在所述内衬与所述壳体侧壁之间螺旋缠绕设置，且所述环流套包括相对的第三端与第四端，所述第三端与所述第二进液口连通，所述第四端与所述第二出液口连通。
9.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其中：
所述反应器还包括：
搅拌组件，包括转轴，所述转轴穿过所述反应器壳体及所述出料口；并且/或者所述反应器壳体围成的空间可以分为靠近所述氧化剂进料口的第一区域及靠近所述有机物进料口及所述出料口的第二区域，其中：
所述反应器还包括：
加热组件，设置于所述第一区域的外部，用于提升所述反应器壳体内的温度；并且/或者
冷却组件，设置于所述第二区域的外部，用于冷却氧化剂与有机物的反应产物；并且/或者
在所述反应器处于工作状态时，所述第一区域的中心温度为700℃～800℃。
10.根据权利要求1所述的超临界水氧化系统，其中：
所述有机物供料装置包括有机物供料组件、碱液箱、第一蠕动泵、第一高压泵和第一单向阀，所述第一蠕动泵与所述碱液箱连通，所述第一高压泵分别与所述碱液箱和所述第一蠕动泵相连通，所述第一单向阀设置于所述第一高压泵与所述有机物进料口之间；以及所述有机物供料装置还包括：蔗糖溶液箱、水箱、第二蠕动泵、第二高压泵和第二单向阀，所述第二蠕动泵与所述蔗糖溶液箱连通，所述第二高压泵分别与所述水箱和第二蠕动泵连通，所述第二单向阀设置于所述第二高压泵与所述有机物进料口之间。

说明书全文

超临界水 氧化系统

技术领域

[0001] 本公开涉及原子能领域，更具体地，涉及一种超临界水氧化系统。

背景技术

[0002] 随着原子能工业发展和放射性同位素日趋广泛的应用，放射性废物日趋增多。如不经处理或处理不当而外排，会使环境遭受放射性污染。不仅影响动植物的生长，恶化水体，且危害人体健康，甚至对后代产生不良影响。

[0003] 在实现本公开构思的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：虽然采用超临界水氧化分解技术为当前有机废物处理研究的热点，但放射性有机物超临界水氧化技术主要还存在如下问题：超临界水装备系统没有形成一体机，超临界水氧化、流出物净化、防护设备等由不同设备完成，系统集成不足，导致超临界水设备没有以工业产品的形式得到推广应用。再者，通常的超临界水技术反应温度普遍偏低，一般温度为500～600℃，低于有机物完全热解气化所需的最低温度(700℃左右)，也达不到难降解的有机物(如胺类等)完全无机化，从而使得超临界水氧化的优势发挥不足。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本公开提供了一种能够对放射性物料进行一体化净化分离的超临界水氧化系统。

[0005] 本公开实施例提供了一种超临界水氧化系统。该系统包括反应器、防护装置、氧化剂供给装置和有机物供料装置。其中，反应器包括反应器壳体，该反应器壳体上设置有氧化剂进料口、有机物进料口及出料口，反应器经由出料口排放反应产物。防护装置包括外防护层、冷却层及内防护层。其中，内防护层与外防护层围成有第一空间和第二空间，冷却层包括能够存储液体的液体管路，该液体管路设置于所述第一空间；反应器设置于第二空间，且反应器的出料口延伸至第一空间中除液体管路所在区域之外的区域，使得出料口排放的反应产物能够通过液体管路中存储的液体降温。氧化剂供给装置与氧化剂进料口相连通，有机物供料装置与有机物进料口相连通。

[0006] 根据本公开的实施例，上述外防护层包括外套筒和相对设置的一对侧壁端板，内防护层包括共轴的第一筒体及相对设置的一对第二筒体，第一筒体设置于一对第二筒体之间，并与一对第二筒体共轴。其中，第一筒体包括第一筒体侧壁，且其为两端开口的结构。一对第二筒体中每个第二筒体包括第一端板和第二筒体侧壁，第一端板为环形板结构，其内环尺寸与第一筒体的尺寸相匹配，且一对第二筒体经由第一端板与第一筒体固定连接。第一筒体侧壁、第一端板及外套筒围成上述第一空间，第一筒体、第二筒体及一对侧壁端板围成上述第二空间。上述液体管路包括沿一对侧壁端板的连线方向延伸设置的多个双层套管，该多个双层套管在外套筒的径向方向及外套筒的周向方向周期排布，且每个双层套管包括外层套管和内层套管。其中，第一端板上设置有多个第一接口，用于分别与多个双层套管的外层套管连通。

[0007] 根据本公开的实施例，上述一对第二筒体中每个筒体的第二侧壁具有第一开口，其中一个第一开口作为第一进液口，另一个第一开口作为第一出液口。上述防护装置被配置为：在第二空间中设置的反应器处于工作状态时，液体循环地自第一进液口导入，并在流经多个双层套管的外层套管后，自第一出液口导出，以对出料口排放的反应产物进行降温。

[0008] 根据本公开的实施例，上述一对第二筒体中每个第二筒体还包括与第一端板相对的第二端板、以及设置于第一端板和第二端板之间的分界板。上述第一开口设置于第一端板与分界板之间的侧壁上。上述分界板上设置有多个第二接口，用于分别与多个双层套管的内层套管连通。内层套管的长度大于外层套管，第二端板上设置有多个连通孔，用于使内层套管与第二空间相连通。其中，第二端板及分界板为与第一端板相同的环形板结构。

[0009] 根据本公开的实施例，上述冷却层还包括多个气体管路和冷凝液收集盘。其中，冷凝液收集盘设置于第一空间中沿外套筒的径向方向周期排布的相邻两组双层套管之间，冷凝液收集盘在靠近出料口的第一盘面为封闭结构，且在远离出料口的第二盘面为开口结构。冷凝液收集盘具有在外套筒的轴向方向上周期排列的多个凹槽，且多个凹槽在垂直于第一盘面和第二盘面的连线方向延伸。多个气体管路沿第一盘面和第二盘面的连线方向上延伸设置于多个凹槽处，多个气体管路在靠近第一盘面的第一端为开口结构，靠近第二盘面的第二端为闭合结构，多个气体管路的第二端高出第二盘面，且多个气体管路在高出第二盘面的侧壁上具有多个喷气口。其中，外防护层设置有排渣口、排液口及排气口，分别用于排出反应产物中的残渣及反应产物降温得到的冷凝液及废气，排液口与冷凝液收集盘连通。

[0010] 根据本公开的实施例，上述反应器壳体包括第一端壁、壳体侧壁以及与第一端壁相对设置的第二端壁。上述氧化剂进料口设置于第一端壁，出料口设置于第二端壁，有机物进料口设置于靠近第二端壁的壳体侧壁上。上述反应器还包括多根有机物输送管及端部环管。多根有机物输送管沿第一端壁和第二端壁的连线方向延伸设置于反应器壳体内。上述多根有机物输送管包括第一端及与第一端相对的第二端，有机物输送管的第一端与有机物进料口连通。端部环管设置于反应器壳体内靠近第一端壁的区域，且端部环管与多根有机物输送管的第二端连通。其中，端部环管在靠近第二端壁的侧壁上设置有多个第一出料孔，并且/或者，上述多个有机物输送管在靠近反应器的中心轴、且靠近第一端壁的侧壁上设置有多个第二出料孔。

[0011] 根据本公开的实施例，上述反应器还包括第三筒体和进料板。其中，第三筒体套设于多根有机物输送管及端部环管外部，且第三筒体包括第三端板及第三筒体侧壁。第三端板具有与氧化剂进料口相对应的第一进料孔。进料板设置于第三端板与端部环管之间，以在进料板与第三筒体之间形成氧化剂传输通道，且上述进料板上设置有多个第二进料孔。

[0012] 根据本公开的实施例，上述壳体侧壁上还设置有第二进液口与第二出液口。上述反应器还包括内衬及环流套，内衬设置于壳体侧壁与第三筒体侧壁之间，环流套沿内衬在内衬与壳体侧壁之间螺旋缠绕设置。且上述环流套包括相对的第三端与第四端，第三端与第二进液口连通，第四端与第二出液口连通。

[0013] 根据本公开的实施例，上述反应器还包括搅拌组件，该搅拌组件包括转轴，该转轴穿过反应器壳体及出料口。并且/或者，上述反应器壳体围成的空间可以分为靠近氧化剂进料口的第一区域及靠近有机物进料口及出料口的第二区域。上述反应器还包括加热组件和/或冷却组件，加热组件设置于第一区域的外部，用于提升反应器壳体内的温度，冷却组件设置于第二区域的外部，用于冷却氧化剂与有机物的反应产物。并且/或者，在上述反应器处于工作状态时，第一区域的中心温度为700℃～800℃。

[0014] 根据本公开的实施例，上述有机物供应装置包括有机物供料组件、碱液箱、第一蠕动泵、第一高压泵和第一单向阀。上述第一蠕动泵与碱液箱连通，第一高压泵分别与碱液箱和第一蠕动泵相连通，第一单向阀设置于第一高压泵与有机物进料口之间。并且，上述有机物供料装置还包括蔗糖溶液箱、水箱、第二蠕动泵、第二高压泵和第二单向阀，第二蠕动泵与蔗糖溶液箱连通，第二高压泵分别与水箱和第二蠕动泵连通，第二单向阀设置于第二高压泵与有机物进料口之间。

[0015] 根据本公开的实施例，上述有机物供料组件包括有机物切碎磨浆机，用于将固体有机物切碎研磨成浆料。该有机物切碎磨浆机包括相互连通且依次设置的倒料箱、剪切刀以及胶体磨。导料箱用于导入固体有机物及液体，导料箱的底部设置有导流孔。剪切刀设置于导料箱的底部导流孔的上方，用于将下落的固体有机物切成1～5mm的碎渣。胶体磨用于将自导流孔流出的碎渣研磨成浆料。其中，上述剪切刀与胶体磨共轴，以在外力作用下同步转动。并且/或者，上述剪切刀包括一级剪切刀和二级剪切刀，该一级剪切刀用于将固体有机物切割成10～50mm的碎块，二级剪切刀用于将碎块切割成1～5mm的碎渣，二级剪切刀设置于一级剪切刀下方。

[0016] 本公开提供的超临界水氧化系统，具有以下有益效果：

[0017] 1)通过防护装置的设置，可以对反应产物进行有效降温，以将反应产物分离为残渣、冷凝液及废气。因此本公开实施例的超临界水氧化系统，具有将超临界反应与反应产物冷却分离等功能集成为一体的一体机，而无需额外设置分离器，从而利于超临界水氧化技术的推广应用；

[0018] 2)液体管路采用双层套管，并通过内防护层的设计，可将双层套管的内层套管与外层套管的空间隔离。在外层套管中走冷却液体，而内层套管与反应器所在的第二空间相连通。则在反应器因异常爆炸，喷出高温高压的有机释放物时，该释放物可通过内防护层导入内层套管，与防护装置外部环境相隔离，并可通过外层套管中流动的液体实现冷却降温。因此，本公开实施例的超临界水氧化系统，还集成有防护功能，可以有效防止异常释放物喷出防护装置外，因此集成度高，且可以有效避免异常释放物对外界环境的损害；

[0019] 3)通过反应器中有机物输送管、端部环管的设计，可以保证有机物均匀的自端部及侧壁导入反应器中心室。并且通过进料板与第三筒体的的设计，可以保证氧化剂均匀的自端部及侧壁导入反应器中心室。从而可以使得有机物与氧化剂充分接触混合，使得反应器中心室的温度达到700℃～800℃。因此可以保证超临界水氧化反应优势的充分发挥，并有利于有机物的完全热解气化。附图说明

[0020] 通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

[0021] 图1示意性示出了根据本公开实施例的超临界水氧化系统的结构示意图；

[0022] 图2示意性示出了图1中的A-A剖面图；

[0023] 图3示意性示出了参考图1中内防护层的结构示意图；

[0024] 图4示意性示出了根据本公开实施例的反应器的主视截面图；

[0025] 图5示意性示出了参考图4中虚线框区域结构的放大图；

[0026] 图6A示意性示出了参考图5中的B-B剖视左视图；

[0027] 图6B示意性示出了参考图5中的B-B剖视右视图；

[0028] 图7示意性示出了本公开实施例的有机物供料装置的结构示意图；

[0029] 图8示意性示出了本公开实施例的旋切磨浆机的结构示意图；

[0030] 图9示意性示出了参考图8中旋切磨浆机的俯视图。

具体实施方式

[0031] 以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

[0032] 在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

[0033] 在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

[0034] 本公开的实施例提供了一种超临界水氧化系统。该系统包括反应器、防护装置、反应器、氧化剂供给装置和有机物供料装置。其中，反应器包括反应器壳体，该反应器壳体上设置有氧化剂进料口、有机物进料口及出料口，该反应器经由出料口排放反应产物。防护装置包括外防护层、冷却层及内防护层，其中，内防护层与外防护层围成有第一空间和第二空间。冷却层包括能够存储液体的液体管路，液体管路设置于第一空间，反应器设置于第二空间，且反应器的出料口延伸至第一空间中除液体管路所在区域之外的区域，使得出料口排放的反应产物能够通过液体管路中存储的液体降温。氧化剂供给装置与氧化剂进料口相连通，有机物供料装置与有机物进料口相连通。

[0035] 以下参照图1～图2，对本公开实施例提供的超临界水氧化系统进行描述。其中，图1示意性示出了根据本公开实施例的超临界水氧化系统的结构示意图，图2示意性示出了图
1中的A-A剖面图。

[0036] 如图1所示，本公开实施例的超临界水氧化系统1，包括反应器10、防护装置20、氧化剂供给装置30和有机物供料装置40。其中，氧化剂供给装置30和有机物供料装置40分别用于向反应器10提供氧化剂和有机物。

[0037] 其中，反应器10包括反应器壳体110，该反应器壳体上设置有有机物进料口101、氧化剂进料口102和出料口103。该反应器10具体可以是超临界水反应器，甚至可以是超超临界水反应器。

[0038] 其中，超临界是指温度超过374℃、压力超过22Mpa的状态。而超超临界是指温度达到700℃以上的超临界。在反应器10内条件达到超临界状态时，有机物可以与氧化剂完全混溶。而当超临界温度超过550℃时，有机物中的无机盐的溶解度为零。利用这种性能，可以将有机物(具体例如可以是放射性有机物)转化为二氧化碳、水和无机盐。则利用无机盐在550℃以上溶解度为零的特点实现有机物的分离。上述反应器10具体可以经由出料口排放分离后得到的反应产物。

[0039] 如图1～2所示，防护装置20包括外防护层210、内防护层220及冷却层230。

[0040] 其中，冷却层230包括能够存储液体的液体管路231，内防护层220与外防护层21围成有第一空间2和第二空间3。液体管路231设置于第一空间2，反应器10设置于第二空间3中。如图2所示，反应器10的出料口103延伸至第一空间2中除液体管路231所在区域之外的区域，使得出料口103排放的反应产物能够通过液体管路231中存储的液体降温。根据本公开的实施例，该出料口103具体可以延伸至第一空间2中的底部空间，其中，参考图1中反应器10与防护装置20在实际使用时，应该垂直放置，且有机物进料口101处于底部。

[0041] 其中，氧化剂供给装置30与氧化剂进料口102相连通；以向反应器壳体110包围的空间(反应腔室)提供氧化剂。有机物供料装置40与有机物进料口101相连通，以向反应器壳体110包围的反应腔室提供有机物。

[0042] 综上可知，上述超临界水氧化系统1通过防护装置20中液体管路231存储的液体，可以对从出料口103喷出的反应产物进行有效降温，并因此得到残渣、冷凝液及废气。因此，上述系统1具有将超临界反应与反应产物冷却分离等功能集成为一体的一体机，在进行超临界水氧化反应时，无需额外设置分离器，并因此有利于超临界水氧化技术的推广应用。

[0043] 以下参照图1～图3，对本公开实施例提供的防护装置进行描述。其中，图3示意性示出了参考图1中内防护层的结构示意图。

[0044] 根据本公开的实施例，如图1～2所示，上述外防护层210包括外套筒211和相对设置的一对侧壁端板212。液体管路231具体可以包括多个双层套管。如图2所示，该多个双层套管具体在一对侧壁端板212的连线方向上延伸设置，且该多个双层套管在外套筒211的径向方向及外套筒211的周向方向周期排布。该多个双层套管中每个双层套管都包括有外层套管2311和内层套管2312。

[0045] 根据本公开的实施例，上述外防护层210中，外套筒211的内径例如可以为长度可以为3000～6000mm，其材质具体可以采用钢材质(例如304不锈钢)，其所在环境压力为常压，温度为100℃。起作用主要有两个，一个是接收出料口103排放的反应产物，二是作为反应器的第二道保护屏障。上述双层套管中外层套管尺寸可以为内层套管尺寸可以为内层管道可承受的压力例如可以为3MPa～
5MPa，可承受的温度为600℃。

[0046] 如图3，内防护层220包括共轴的第一筒体221及相对设置的一对第二筒体222，第一筒体221设置于一对第二筒体222之间，并与一对第二筒体222共轴。其中，第一筒体221包括第一筒体侧壁2211，且该第一筒体221为两端开口的结构。

[0047] 根据本公开的实施例，如图3所示，一对第二筒体222中每个第二筒体包括第一端板2221和第二筒体侧壁2222。第一端板2221为环形板结构，其内环尺寸与第一筒体221的尺寸相匹配，该一对第二筒体222经由第一端板2221与第一筒体221固定连接。其中，上述第一筒体侧壁2211、第一端板2221及外套筒211围成上述的第一空间2，第一筒体221、第二筒体222及一对侧壁端板212围成第二空间。

[0048] 根据本公开的实施例，如图3所示，上述第一端板2221上设置有多个第一接口，用于分别与多个双层套管的外层套管2311连通。

[0049] 根据本公开的实施例，如图3所示，一对第二筒体222中每个第二筒体的第二筒体侧壁2222具有第一开口2222A，其中一个第一开口作为第一进液口，另一个第一开口作为第一出液口。则参考图1～2中的防护装置可以被配置为：在第二空间中设置的反应器处于工作状态时，液体循环地自第一进液口导入，并在流经多个双层套管的外层套管2311后，自第一出液口导出，以对出料口103排放的反应产物进行降温。

[0050] 根据本公开的实施例，如图3所示，一对第二筒体222中每个第二筒体还包括与第一端板2221相对的第二端板2223、以及设置于第一端板2221和第二端板2223之间的分界板2224。

[0051] 根据本公开的实施例，上述多个双层套管中每个双层套管的内层套管的长度大于外层套管，且分界板2224上可以设置有多个第二接口2224A，用于分别与多个双层套管的内层套管2312连通。上述第一开口2222A具体则可以设置于第一端板2221与分界板2224之间的第二筒体侧壁2222上。由于第一开口为进液口或出液口，则通过上述设置，可以使得导入第一进液口的液体仅流入外层套管2311，而不会进入内层套管2312。

[0052] 根据本公开的实施例，如图3所示，第二端板2223上例如可以设置有多个连通孔2223A，用于使内层套管2312与反应器10所在的第二空间3相连通，以形成反应器10的第二道屏障。则在反应器10因意外发生爆炸的情况下，该反应器爆发出的高温高压释放物即可通过该些连通孔2223A流入内层套管2312。此种设计下，外层套管2311通入液体时的功能有两个，一个是冷却出料口103排放的反应产物，二是冷却内层套管在异常情况下导入的释放物。由于内层套管2312与外层套管2311为相互独立、且不连通的两个空间，且内层套管2312通过形成空间3的外套筒与防护装置20外部空间隔离，因此，可以有效避免意外情况的释放物喷出外部空间。

[0053] 综上可知，本公开实施例的防护装置20即可对正常反应产物进行降温，也可对异常释放物进行降温，在实现产物分离功能的基础上，还兼具防护功能，并因此可以有效避免异常情况高温高压释放物喷出外部空间引起的各种危害。

[0054] 根据本公开的实施例，上述第二端板2223与分界板2224例如可以为与第一端板2221具有相同尺寸的环形板结构。上述第一筒体及第二筒体的侧壁及端板例如可以由内径的厚壁组成，工作可承受的压力为3MPa～5MPa，可承受的温度为600℃。其
中，厚壁可以由外皮和主材质构成，外皮可以采用304 不锈钢，主材质可以采用45号碳钢。

[0055] 根据本公开的实施例，如图2所示，冷却层230除了上述多个双层套管外，例如还可以包括冷凝液收集盘232和多个气体管路233。其中，冷凝液收集盘232设置于第一空间2中沿外套筒的径向方向周期排布的相邻两组双层套管之间。其中，所述相邻两组双层套管中，每组双层套管包括有位于同一径向方向的多个双层套管。

[0056] 根据本公开的实施例，冷凝液收集盘232具体例如可以位于参考图2中靠近出料口103的位置，外防护层210还设置有排液口2112，该排液口2112与冷凝液收集盘232连通。凝液收集盘232在靠近出料口103的第一盘面为封闭结构，且在远离出料口103的第二盘面为开口结构。冷凝液收集盘232具有在外套筒211的轴向方向上周期排列的多个凹槽2321。该多个凹槽2321在垂直于第一盘面和第二盘面的连线方向延伸。上述多个气体管路233沿第一盘面和第二盘面的连线方向上延伸设置于多个凹槽2321处，多个气体管路233在靠近第一盘面的第一端为开口结构，且靠近第二盘面的第二端为闭合结构，且多个气体管路233的第二端高出第二盘面，且多个气体管路233在高出第二盘面的侧壁上具有多个喷气口，以便于出料口排放的反应产物中的蒸汽和不凝性气体混合物能够经由该多个气体管路233传输，并自喷气口喷至冷凝液收集盘232的第二盘面远离出料口103的一侧。喷至该第二盘面远离出料口103的一侧的蒸汽在外层套管2311中存储的液体的作用下降温形成冷凝液，落入冷凝液收集盘232，并经由排液口2112排出防护装置20。

[0057] 根据本公开的实施例，如图2所示，外防护层210的外套筒211在冷凝液收集盘232的第二盘面远离出料口103的筒壁还可以设置有排气口2111，以便于不凝性气体排出防护装置20。并且/或者，外防护层210的外套筒211在靠近出料口103的筒壁上还可以设置有排渣口2113，以便于使得出料口103排出的反应产物中的盐渣在重力作用下排出防护装置20。可以理解的是，由于自出料口103排出的反应产物中部分蒸汽可能在蒸发至气体管路之前，已经降温变为冷凝液，因此，在排渣口2113排出盐渣的同时，会有部分的冷凝液排出。

[0058] 根据本公开的实施例，超临界水氧化系统在该排气口2111所在位置处还可以设置有VOC(挥发性有机化合物)在线监测器，在排液口2112所在位置处还可以设置COD(化学需氧量)在线检测器，并在排渣口2113所在位置处设置pH在线监测计，以便于判定反应产物是否会对环境产生危害。

[0059] 综上可知，本公开实施例通过上述气体管路和冷凝液收集盘的设置，可以有效地实现反应产物的分离，因此可以最大限度的实现有机物的减容。

[0060] 以下将结合图4～图6B对本公开实施例的反应器10进行描述。其中，图4示意性示出了本公开实施例的反应器的主视截面图，图5示意性示出了参考图4中虚线框区域结构的放大图，图6A示意性示出了参考图5中的B-B剖视左视图，以及图6B示意性示出了参考图5中的B-B剖视右视图。

[0061] 如图4所示，本公开实施例的反应器10包括的反应器壳体110可以包括第一端壁111、壳体侧壁112以及与第一端壁相对设置的第二端壁113。氧化剂进料口102设置于第一端壁111，出料日103设置于第二端壁，有机物进料口101设置于靠近第二端壁113的壳体侧壁112上。

[0062] 根据本公开的实施例，上述反应器壳体110采用的材质例如可以为INCONEL625，该壳体侧壁112的内径约为80～219mm，长度约为1000～6000mm。

[0063] 根据本公开的实施例，该反应器10例如还可以包括有多根有机物输送管120，如图4所示，该多根有机物输送管120沿第一端壁111和第二端壁113的连线方向延伸设置于反应器壳体110内，且该多根有机物输送管120包括第一端及与第一端相对的第二端，其中，靠近有机物进料口101的有机物输送管120的第一端与有机物进料口101连通。

[0064] 根据本公开的实施例，如图6A～图6B所示，该多根有机物输送管例如可以在绕反应器10的中心轴的方向上等间距排布，该有机物输送管例如可以为12根、6根、4根等，本公开对该有机物输送管的个数不做限定。如图4～6B所示，该反应器10还可以包括有端部环管130，该端部环管130设置于反应器壳体110内靠近第一端壁111的区域，且端部环管130与多根有机物输送管120的第二端连通，则自有机物输送管的第一端流入的有机物能够流入端部环管130。其中，端部环管130在靠近第二端壁113的侧壁上设置有多个第一出料孔131，并且/或者，多个有机物输送管120在靠近反应器10的中心轴、且靠近第一端壁111的侧壁上设置有多个第二出料孔121，则传输的有机物即可通过该第一出料孔131和/或第二出料孔121均匀的喷入反应器10中靠近第一端壁111的区域的中心(具体可以是中心室)。

[0065] 根据本公开的实施例，如图4～图6B所示，反应器10还可以包括有第三筒体140及进料板150。其中，第三筒体140套设于多根有机物输送管120及端部环管130的外部。第三筒体140包括第三端板141及第三筒体侧壁142，第三端板141具有与氧化剂进料口102相对应的第一进料孔1411。进料板150设置于第三端板141与端部环管130之间。则在进料板150与第三筒体140之间形成氧化剂传输通道4，且进料板150上设置有多个第二进料孔151。通过上述进料板150和第三筒体140的设置，氧化剂进料口102导入的部分氧化剂通过进料板150上的第二进料孔151可以自反应器10端面喷入中心室，而另一部分氧化剂则通过氧化剂传输通道4传输至有机物输送管120与第三筒体侧壁142之间，并经由相邻两个有机输送管120之间的空隙喷入至中心室。

[0066] 可以理解的是，该反应器10的内部空间可以根据该第二出料孔121的设置区域，分为参考图4中的两个区域。其中，第一区域11为靠近氧化剂进料口102的区域，该区域中，可通过上述出料孔与进料孔的设置，均匀喷入有氧化剂和有机物，则氧化剂和有机物即可在该第一区域中发生超临界氧化反应。第二区域12为靠近有机物进料口101的区域，该区域中由于没有喷入有机物和氧化剂，且由于该第二区域12靠近出料口103，则第一区域11中反应得到的反应产物即可传输至第二区域12，并经由出料口103排出反应器10。

[0067] 综上可知，本公开实施例的反应器10，通过上述有机物输送管120、端部环管130、第三筒体140及进料板150的设置，可以使得氧化剂与有机物均能够从反应器10的端部和侧部均匀的喷入第一区域11的中心。因此可以使得氧化剂与有机物充分接触混合，充分反应，并因此促使反应器第一区域的中心温度达到700～800℃，保证超临界水氧化反应优势的充分发挥。

[0068] 根据本公开的实施例，反应器10例如还可以包括有内衬160和环流套170。内衬160设置于壳体侧壁112与第三筒体侧壁142之间，环流套170沿内衬160在内衬160与壳体侧壁112之间螺旋缠绕设置在壳体侧壁112上。且上述壳体侧壁112上还设置有第二进液口1121与第二出液口1122。环流套170包括相对的第三端与第四端，第三端与第二进液口1121连通，第四端与第二出液口1122连通。其中，第二进液口1121靠近第二端壁113，第二出液口
1122靠近第一端壁111。则自第二进液口1121导入的液体在流经靠近第二端壁113的环流套
170时，即可将第二区域12中传输的反应产物的热量传输至靠近第一端壁111的环流套170，实现对喷入的氧化剂及有机物的加热，从而进一步提高有机物与氧化剂的反应温度，保证超临界水氧化反应优势的充分发挥。

[0069] 根据本公开的实施例，上述内衬160及环流套170例如可以采用GH4169，内衬160的内径例如可以为40～133mm，长度可以为1000～6000mm。环流套170的螺旋外径例如可以接近于壳体侧壁112的内径，螺距为50mm，螺距之间用不锈钢网(例如800目的不锈钢网)填充，从而进一步地增加内衬160的导热面积及液体的停留时间，保证对第二区域12的热量的充分吸收，及对有机物和从侧向喷入的氧化剂的充分加热。使得传输至出料口103的反应产物的温度不至于过高，且有机物和氧化剂的反应温度能够达到超超临界条件。

[0070] 根据本公开的实施例，为了使得该反应器壳体110内部的温度能够较快的升高，且喷入第一区域11的氧化剂及有机物的温度能够达到超临界条件，上述反应器10还可以包括有加热组件180。该加热组件180设置于第一区域11的外部，用于提升反应器壳体内的温度，并因此对传输的氧化剂和有机物进行加热。根据本公开的实施例，在该反应器10导入有机物与氧化剂之前，例如可以先采用该加热组件180对反应器进行预热，例如可以将反应器预热至300℃。

[0071] 根据本公开的实施例，为了避免经由出料口103排放的反应产物因温度过高而损害防护装置20，上述反应器10还可以包括冷却组件190。该冷却组件190设置于第二区域12的外部，用于冷却有机物与氧化剂的反应产物。则有机物与氧化剂的反应产物经过环流套170与冷却组件190的双重冷却，可以使得反应产物的温度有效降低，例如可以降低至120℃～300℃。可以理解的是，经出料口103排放的反应产物的温度也不宜过低，应保证有足够的温度使得反应产物中的水分能够以蒸汽形式蒸发。

[0072] 根据本公开的实施例，为了避免经由第二区域12的反应产物中的盐渣在靠近第二端壁113的区域因沉积、板结而堵塞出料口103，上述反应器10还可以包括有搅拌组件1100。该搅拌组件1100包括转轴，该转轴穿过反应器壳体及出料口伸入第二区域，则通过该转轴的转动，可以实现对反应物的搅拌，避免对出料口103的堵塞。其中，该搅拌组件1100可以是采用了反应釜标准力搅拌技术的磁力搅拌器，例如可以是型号为CY-2的磁力搅拌器，本公开对此不做限定。

[0073] 图7示意性示出了本公开实施例的有机物供料装置的结构示意图。

[0074] 如图7所示，本公开实施例的有机物供料装置40可以包括有第一装置41和第二装置42。

[0075] 其中，第一装置41包括有机物供料组件411、碱液箱412、第一蠕动泵413、第一高压泵414和第一单向阀415。第一蠕动泵413与碱液箱412连通，第一高压泵414分别与碱液箱412和第一蠕动泵413相连通，第一单向阀415设置于第一高压泵414与有机物进料口101之间。该第一装置41用于提供需要与氧化剂反应的有机物。其中，之所以在有机物中加入碱液，是由于有机物浆料与碱液以一定比例(碱液占有机物重量的30％～100％)混合后被输送到有机物输送管内，可以使得有机物与碱液经过升温，均相溶、碱解，使得有机物深度热解为小分子后自出料孔喷入第一区域11，实现有机物与氧化剂的快速氧化，同时释放大量热量。保证第一区域11的中心温度能够达到超超临界的要求。另外，由于有机物碱解过程为吸热反应，因此在有机物输送管中传输时，有机物碱解可以吸收第一区域外围空间热量，从而有效降低靠近反应器壳体110的区域的温度，降低对反应器壳体材料耐高温性能的要求。

[0076] 其中，第二装置42包括蔗糖溶液箱421、水箱422、第二蠕动泵423、第二高压泵424和第二单向阀425。其中，第二蠕动泵423与蔗糖溶液箱421连通，第二高压泵424分别与水箱422和第二蠕动泵423连通，第二单向阀425设置于第二高压泵424与有机物进料口101之间。

[0077] 在使用本公开提供的超临界水氧化系统进行有机物超临界氧化时，可以先通过参考图4中的加热组件180对反应器10进行预热，在预热至300℃后，将第二装置42与有机物进料口101连通，将蔗糖溶液导入有机物输送管120，由于反应器10预热至了300℃，蔗糖溶液在该300℃环境下，因发生热解而产生大量热量，可对反应器进一步加热。在将反应器温度加热至650℃后，将第一装置41连通有机物进料口101，向有机物输送管120中导入待氧化的有机物，同时通过氧化剂进料口102导入氧化剂，均匀喷入第一区域11的有机物与氧化剂在650℃环境下瞬间发生超临界水氧化反应，释放大量热量，使得第一区域11的中心区域温度达到700～800℃，达到超超临界条件，则后续喷入的有机物即可与氧化剂发生超超临界水氧化反应，使得有机物完全热解气化，保证超临界水氧化反应优势的充分发挥。

[0078] 根据本公开的实施例，上述有机物供料组件411具体可以根据需要氧化的有机物的类型选择不同的组件，例如，在有机物为有机废液时，只需要将液体箱作为有机物供料组件411即可。在有机物为固体有机物时，则应该采用能够将固体有机物切碎研磨成浆料的设备作为有机物供料组件411。

[0079] 根据本公开的实施例，上述氧化剂供给装置30例如可以包括液氧杜瓦瓶、液氧泵、单向阀、液氧汽化器以及高压氧气瓶组，以向反应器10提供氧化剂。

[0080] 根据本公开的实施例，上述超临界水氧化系统例如还可以包括有监测组件，该监测组件包括以下至少一种：设置在反应器壳体110上、出料口103处、冷凝液收集盘232的温度传感器，或设置在反应器壳体110内的压力传感器等。通过该监控组件的设置，可以用于控制氧化物供料的压力和/或流量、有机物供料的压力和/或流量，反应器10的温度和压力。

[0081] 图8示意性示出了本公开实施例的旋切磨浆机的结构示意图；图9示意性示出了参考图8中旋切磨浆机的俯视图。

[0082] 在有机物为固体有机物时，例如可以采用参考图8～图9所示的旋切磨浆机411作为有机物供料组件，以将固体有机物切碎研磨成浆料。

[0083] 如图8～9所示，该旋切磨浆机411包括有相互连通且依次设置的导料箱4111、剪切刀和胶体磨4114。其中，导料箱4111用于导入固体有机物及液体(此处的液体例如可以是自参考图2中的冷凝液收集盘232流出的冷凝液，以实现对液体的回收利用)，导料箱4111的底部设置有导流孔。剪切刀设置于导料箱4111的底部导流孔的上方，用于将下落的固体有机物切成1～5mm的碎渣。胶体磨4114用于将自导流孔流出的碎渣研磨成浆料。其中，剪切刀与胶体磨共轴，以在外力作用下同步转动。

[0084] 根据本公开的实施例，上述剪切刀包括一级剪切刀4112和二级剪切刀4113，一级剪切刀4112用于将固体有机物切割成10～50mm的碎块，二级剪切刀4113用于将碎块切割成所述1～5mm的碎渣，二级剪切刀4113设置于一级剪切刀4112下方。

[0085] 根据本公开的实施例，如图8～图9所示，一级剪切刀4112主要由一级旋切刀4112A、一级静止上切刀4112B和一级静止下切刀4112C组成。其中，一级静止上切刀4112B有
4把，均匀固定在导料箱4111内壁，位置大约为导料箱4111的下三分之一处，该一级静止上切刀4112B为三角形，三角形顶尖距导料箱4111的侧壁约190mm。一级静止下切刀4112C位于一级静止上切刀4112B的正下方，两者之间的距离刚好容纳一级旋切刀4112A。一级静止下切刀4112C也为三角形，三角形顶尖距导料箱4111的侧壁约为250mm。一级旋切刀4112A主体为窄长条形板，长度约为570mm，宽度约为100mm，厚度约为5mm，在轴心两侧焊接两片向上的刀片，刀片高度约为50mm，距轴心约为100mm，所有刀片均打磨锋利锐角。一级旋切刀4112A的设置目的是在竖向与水平方向对放射性固体废物高速剪切。

[0086] 根据本公开的实施例，如图8～图9所示，二级剪切刀4113由二级旋切刀4113A与二级静止板4113B组成，二级旋切刀4113A为窄长条形板，长度约为570mm，宽度约为100mm，厚度约为5mm，二级静止板4113B与二级旋切刀4113A距离达到尽可能的小，二级静止板4113B均布分布直径的孔，当碎块从孔穿过时被二级旋切刀4113A再一次剪切。二级剪切刀4113剪切得到的碎渣由桶下面的导流孔流入胶体磨4114，在胶体磨4114内进一步研磨至50μm。

[0087] 综上可知，参考图1～图9描述的超临界水氧化系统，有机物超临界水反应的温度能够达到700℃～800℃，解决了难处理废物(例如胺类、阴离子交换树脂等)无法充分氧化的问题。且本公开的超临界水氧化系统将有机物氧化、流出物分离及设备防护等功能于一体，为工程应用带来了极大的便利。本公开实施例的超临界水氧化系统的处理能力能够达到20～200kg/h，可以满足铀矿提纯、核燃料前处理厂、核燃料制造厂、乏燃料后处理厂等产生的固体可燃物的减容减害需求。

[0088] 本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

[0089] 以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

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