超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超临界处理方法

摘要

本发明公开一种超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超临界处理方法，涉及污泥的处理及其装置技术领域，能提高含碳料浆中的水在预热过程中由普通状态转变为超临界状态的速率。超临界反应器包括内筒和外筒，内筒环绕的区域为反应区，内筒的底部与所述外筒之间形成的区域为激冷区，超临界反应器还包括换热区，且换热区分别与所述反应区、所述激冷区连通，换热区内设有换热装置。所述超临界反应系统包括上述技术方案提供的超临界反应器。所述污泥的超临界处理方法采用上述超临界反应系统对污泥进行处理。本发明提供的超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超临界处理方法用于污泥的净化处理。

说明书

技术领域

本发明涉及污泥的处理及其装置技术领域，尤其涉及一种超临界反应器、 超临界反应系统及污泥的超临界处理方法。

背景技术

目前，随着水资源短缺的问题日益严峻，如何实现水资源的循环利用成 为当今社会发展的一个重点问题。实现水资源的循环利用需要对污水进行净 化处理，而在该净化处理过程中将会产生大量污泥，从而需要进一步对这些 污泥进行处理，由于这些污泥中含有大量的有机污染物(污泥总质量与污泥 中水分的质量之差称为干基质量，则有机污染物的质量通常占干基质量的30％ 以上)，因此，常规的填埋或焚烧的处理方法将对土地或空气造成二次污染， 严重影响人类的生存环境。而与之相对地，超临界氧化技术则能够在短时间 内将污泥中的有机污染物质完全氧化，不存在二次污染问题。因此，污泥的 超临界处理方法日益受到人们的关注。

在现有技术中，污泥的超临界处理一般在超临界反应器内进行，具体为： 按一定比例将污泥与水混合，制成含碳料浆，并将含碳料浆加热加压至临界 点温度及临界点压强以上(通常，临界点温度为374.3℃，临界点压强为 22.1MPa)，使得含碳料浆中的水转化为超临界水，进而通过超临界氧化反应 对污泥中的有机污染物进行氧化并加以去除。

在超临界氧化反应中，反应体系温度为临界点温度以上时，超临界氧化 反应能够通过自身放热维持反应的持续进行。由于污泥的热值(即单位质量 的污泥氧化后所产生的热量)较小，且将含碳料浆的温度由常温升高至临界 点温度以上需要吸收大量的热量，因此直接将常温的含碳料浆导入超临界反 应器中将造成反应体系的温度降低，致使超临界氧化反应无法自发进行。因 此，现有技术通常在将含碳料浆通入超临界反应器前，利用超临界反应器输 出的产物将含碳料浆预热至接近临界点温度，以维持超临界反应器中的超临 界氧化反应的持续进行。

然而，超临界反应器输出的反应产物的温度通常低于上述临界点温度， 因此，通常情况下，在含碳料浆的预热过程中，含碳料浆的温度越接近临界 点温度，上述反应产物的温度和含碳料浆的温差就越小，两者之间的换热就 越难以进行，从而导致含碳料浆中的水在预热过程中由普通状态转变为超临 界状态的速率较慢，致使污泥的超临界处理的效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超临界反应器、超临界反应系统及污泥的超 临界处理方法，以提高含碳料浆中的水在预热过程中由普通状态转变为超临 界状态的速率，进而提高污泥的超临界处理的效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种超临界反应器，用于对含碳料浆进行处理， 包括内筒和外筒，所述内筒环绕的区域为反应区，所述内筒的底部与所述外 筒之间形成的区域为激冷区，所述超临界反应器还包括换热区，所述换热区 分别与所述反应区、所述激冷区连通，所述换热区内设有换热装置；

所述换热装置用于向所述反应区内导入所述含碳料浆；所述换热区用于 从所述反应区接收超临界氧化反应生成的一次产物，并通过所述一次产物含 有的热能对所述换热装置内的所述含碳料浆进行预热。

本发明提供的超临界反应器中反应区与换热区连通，换热区中设有换热 装置，通过换热装置将需要预热的含碳料浆导入反应区。通过上述设置，超 临界氧化反应所得的一次产物能够直接从反应区进入换热区，该一次产物所 含有的热能由换热装置的管壁传导至换热装置内，进而对换热装置内的含碳 料浆进行预热。因此，与现有技术中超临界氧化反应的产物在经过冷却后输 出超临界反应器，然而对含碳料浆进行预热相比，在本发明中，一次产物不 必经过冷却即可在换热区内直接对含碳料浆进行预热，此时一次产物的温度 远高于含碳料浆的温度，从而即使通过该一次产物对含碳料浆进行预热，一 次产物的温度也不会降至接近临界点温度。因此，在对含碳料浆预热的过程 中，本发明的含碳料浆和超临界氧化反应所生成一次产物的温差较大，从而 使得含碳料浆中的水由普通状态转变为超临界状态的速率得以提高，进而提 高污泥的超临界处理的效率。

此外，由于上述超临界氧化反应的一次产物并非在经过冷却并输出超临 界反应器后对含碳料浆进行预热，而是直接在超临界反应器中对含碳料浆进 行预热，因此能够将由超临界氧化反应生成的热能中的较多热能应用在对含 碳料浆的预热上，因此，本发明提供的超临界反应器还能够减轻超临界氧化 反应所产生的热能的浪费。

第二方面，本发明实施例还提供了一种超临界反应系统，用于对含碳料 浆进行处理，包括上述技术方案所述的超临界反应器，所述超临界反应器包 括反应区、换热区和激冷区，所述换热区内设有换热装置；其中，

所述换热装置用于向所述反应区内导入含碳料浆；所述反应区用于使所 述含碳料浆进行超临界氧化反应，以生成一次产物；所述换热区用于从所述 反应区接收所述一次产物，并通过所述一次产物含有的热能对所述换热装置 内的含碳料浆进行预热；所述激冷区用于从所述反应区和所述换热区接收所 述一次产物，并对所述一次产物进行冷却，以生成二次产物。

相对于现有技术，本发明提供的超临界处理系统具有的优势与上述超临 界反应器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

第三方面，本发明还提供了一种污泥的超临界处理方法，采用上述技术 方案所述的超临界反应系统，所述污泥的超临界处理方法包括：

通过换热装置，向反应区内导入所述含碳料浆；

使所述含碳料浆在所述反应区内进行超临界氧化反应，以生成一次产物；

换热区从所述反应区接收所述一次产物，并通过所述一次产物含有的热 能对所述换热装置内的所述含碳料浆进行预热；

激冷区从所述反应区和所述换热区接收所述一次产物，并对所述一次产 物进行冷却，以生成二次产物。

相对于现有技术，本发明提供的污泥的超临界处理方法具有的优势与上 述超临界反应系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部 分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的 不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的超临界反应器的结构图；

图2为本发明实施例提供的超临界反应系统的各部件之间的连接关系图；

图3为本发明实施例提供的污泥的超临界处理方法的流程图；

图4为在图3所示的污泥的超临界处理方法的流程中，利用一次产物所 含有的热能获得蒸汽的方法流程图。

附图标记：

100-超临界反应器，110-反应区，

120-换热区，121-换热装置，

130-激冷区，210-原料储罐，

220-液氧罐，310-蒸汽透平，

320-第一水罐，410-蒸汽换热器，

420-第一分离器，430-第二分离器，

510-排渣锁斗，520-液氮罐，

530-第二水罐，540-第三水罐。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的超临界反应器、超临界反应系统及 污泥的超临界处理方法，下面结合说明书附图进行详细描述。需要说明的是， 在下述各实施例中，各部件之间的连通关系可通过管路等方式实现，每条管 路上均可安装控制阀，以对管路的连通或封锁进行控制，若非必要，下述各 实施例不对具体管路以及管路上的控制阀进行详述，本领域技术人员可根据 需要自行对管路及管路上的控制阀进行设置。

请参阅图1，本发明实施例提供的超临界反应器用于污泥的超临界处理， 其包括内筒和外筒，其中，内筒为空心圆柱体；外筒包括环绕内筒的空心圆 柱体，以及与外筒的空心圆柱体同轴设置且底面外径与外筒的外径相当的空 心圆锥体，该空心圆锥体的底面与外筒的空心圆柱体的下底面重合地连接， 可以理解的是，上述内容仅为外筒的形状描写，实际上，外筒也可为一体成 型，内筒环绕的区域为反应区110、内筒的底部与所述外筒之间形成的区域即 外筒的空心圆锥体环绕的区域为激冷区130。进一步地，本发明提供的超临界 反应器还包括换热区120，换热区120分别与反应区110、激冷区130连通， 换热区120内设有换热装置121。换热装置121用于向反应区110内通入含碳 料浆；换热区120用于从反应区110接收超临界氧化反应生成的一次产物， 并通过一次产物含有的热能对换热装置121内的含碳料浆进行预热。

具体地，利用本发明实施例提供的超临界反应器进行污泥的超临界处理 的过程为：首先将污泥配制成含水的含碳料浆，并使含碳料浆通过高压隔膜 泵，将含碳料浆加压至压强大于临界点压强(通常为22.1MPa)，然后通过换 热装置121将含碳料浆输送至反应区110上方的喷嘴入口，由喷嘴入口射入 反应区110，同时向反应区110内通入氧气(氧气压强在临界点压强以上)， 在反应区110内进行超临界氧化反应并生成一次产物；该生成的一次产物从 反应区110进入换热区120，与含碳料浆之间将产生换热(即一次产物中所含 有的热量将经由蒸汽换热管的管壁传导至含碳料浆中)，由于一次产物的温 度远高于换热装置121中含碳料浆的温度，因此该一次产物能够迅速地将含 碳料浆预热至温度接近临界点温度(通常为374.3℃)。需要说明的是，一次 产物包括有机污染物被氧化而生成的氧化产物、无机盐类、固体颗粒、超临 界状态下的水，有时还包括部分未完全反应的氧气和有机物等。

在上述过程中，激冷区130实际上将反应区110和换热区120连通，这 样，一次产物在进入激冷区130后，部分一次产物回流至换热区120，对换热 区120中的换热装置121中的含碳料浆进行预热；进一步地，由于在上述预 热过程中，一次产物的温度越高，其密度就越低，因此在预热过程中温度降 低的一次产物将从换热区120下降至激冷区130，而温度较高的一次产物将从 激冷区130上升至换热区120，从而使得激冷区130能够不断地向换热区120 提供温度较高的一次产物，进一步提高一次产物对含碳料浆预热的效率。

进一步地，由于含碳料浆中存在固体颗粒和无机盐类，且无机盐类在超 临界水中将会析出，因此若将一次产物直接从超临界反应器中输出，则上述 固体颗粒及析出的无机盐类可能阻塞传输管道。因此，在本发明实施例提供 的超临界反应器中，在反应区110下方还设有激冷区130，该激冷区130用于 接收对含碳料浆进行预热后的一次产物以及部分从反应区110直接进入激冷 区130的一次产物，并对上述一次产物进行冷却，使得激冷区130中的水降 温至亚临界状态，无机盐类在亚临界水中重新溶解，固体颗粒也会沉积在激 冷区130底部，从而生成二次产物以及蒸汽。通过上述手段防止上述传输管 道被阻塞的现象发生，需要说明的是，二次产物和一次产物的成分相同，包 括有机污染物被氧化而生成的氧化产物、无机盐类、固体颗粒、超临界状态 下的水，有时还包括部分未完全反应的氧气和有机物等，二次产物的一次产 物的区别在于，二次产物中水处于亚临界状态(温度在临界点温度以下)。

可以理解的是，反应区110是用于进行超临界氧化反应的区域，在超临 界水的作用下，反应区110内的含碳料浆中的部分物质具有极强的腐蚀性， 加之维持水的超临界状态所必须的高温高压环境，造成反应区110内的环境 极为苛刻。因此，在本发明实施例中，需要利用耐高温高压且耐腐蚀的材料 (例如某些镍铬合金等)制造内壁，以将反应区110与超临界反应器内的其 他区域隔离开来。同理，由于反应区110内生成的一次产物需进入换热区120， 为避免或减轻强腐蚀性的物质对换热区120中的换热装置121等部件的损伤， 换热装置121也要由上述耐高温高压且耐腐蚀的材料制成。进一步地，可在 反应区110与换热区120的连通处设置可控制开关的出口(如阀门等)，在 进行超临界氧化反应的过程中关闭该出口，以控制一次产物进入换热区120 的时间，减少进入换热区120中的反应物，进一步减轻反应物对换热区120 中的部件的腐蚀现象。

反应区110的参数设计中，容积和高径比(反应区110高度与反应区110 底面的直径的比值)较为重要。容积和高径比的具体设计依据如下。反应区 110的容积由含碳料浆在超临界反应器中的停留时间、及超临界反应器在单位 时间内所能处理的含碳料浆的量决定，根据具体的污泥处理要求和反应条件， 该容积有所不同。一般而言，含碳料浆在超临界反应器中的停留时间为20-30s。 高径比需根据反应区110内的流场分布确定，反应区110内的流场通常分为 射流区，回流区和管流区三个部分，射流区大致为圆锥区域，圆锥区域的顶 点位于喷嘴入口，圆锥区域的底面大致为反应区110的横截面；回流区大致 为反应区110中，由圆锥区域的顶点所在的平面到圆锥区域的底面之间，除 圆锥区域之外的部分；管流区位于射流区和回流区的下方。根据含碳料浆的 成分以及温度及压强等反应条件，即可合理地设置反应区110内的流场分布， 进而合理地设置反应区110的高径比。

例如，将本发明实施例提供的超临界反应器用于城市污泥的处理，设含 碳料浆在超临界氧化器中的停留时间30s，每小时通入反应区110内的含碳料 浆为10吨，含碳料浆中的污泥的质量分数为10％，则其反应区110的容积至 少为0.6m³左右，针对该容积可设置多种反应区110的高径比，该高径比一般 控制在8:1-12:1，具体的高径比需要结合喷嘴与反应区110内形成的流场确定。

此外，在对换热装置121中的污泥进行预热的过程中，水由普通状态转 变为超临界状态是一种相变过程，该过程需要吸收大量的热量，但温度变化 不大，因而，若含碳料浆的温度远超临界点温度，则可确保含碳料浆中的水 基本完成由普通状态转变为超临界状态的相变。因此，应在含碳料浆进入反 应区110前尽可能使含碳料浆的温度接近上述临界点温度，以确保含碳料浆 中的水基本完成上述相变过程，避免含碳料浆的水在进入反应区110后吸收 大量热量来进行上述相变，导致超临界氧化反应无法持续进行。可以理解的 是，在本发明实施例中，可根据单位时间内向反应区110内通入的含碳料浆 的量、以及一次产物和未通入换热装置121内的含碳料浆的温度等因素，设 置换热装置121的材料以及换热总面积等，以间接控制含碳料浆在换热装置 121中预热达到的温度。

可以理解的是，本发明中的含碳料浆并不限于由污泥制成，例如，工业、 养殖业所产生的有机物含量较多的混合物也可由本发明提供的超临界反应器 进行处理。

本发明实施例提供的超临界反应器中，利用反应区110中的超临界反应 所生成的一次产物，直接对换热区120中换热装置121内的含碳料浆进行预 热，该一次产物的温度远高于超临界水的临界点温度。因此，与现有技术中 超临界氧化反应的产物在冷却后输出超临界反应器，然后对含碳料浆进行预 热相比，在本发明实施例中，即使含碳料浆已被预热至接近或达到超临界水 的临界点温度，一次产物与含碳料浆之间仍存在较大的温差，从而使得一次 产物能够持续而迅速地向含碳料浆提供传导热量，进而提高含碳料浆中的水 在预热过程中由普通状态转变为超临界状态的速率，最终提高污泥的超临界 处理的效率。

此外，在现有技术中，从超临界反应器输出的超临界氧化反应的产物需 要经过冷却，因此在利用该产物对含碳料浆进行预热时，该产物携带的热量 中的大部分热量被冷却过程所消耗。而本发明将换热区120设置在超临界反 应器内部，反应区110所产生的一次产物直接对换热装置121内的含碳料浆 进行预热，因此可以将一次产物所携带的热量全部用于含碳料浆的预热，从 而还能够显著减轻超临界氧化反应所产生的热能的浪费。

请参阅图1，在本发明实施例中，换热区120环绕反应区110，且位于超 临界反应器的外壁和反应区110之间，从而通过换热区120将反应区110和 超临界反应器的外壁隔开，这样，通过上述一次产物与含碳料浆之间的换热， 使得一次产物的温度显著降低，进而使得换热区120内的温度明显低于反应 区110内的温度，换言之，换热区120能够充当水冷壁，对超临界反应器的 外壁进行降温。因此，在本发明实施例中，超临界反应器的外壁的温度远低 于反应区110内的温度，从而减轻高温对超临界反应器的外壁、以及外壁密 封处的法兰等部件的伤害，进而为反应器外壁及法兰等器件的选材提供了便 利条件。

进一步地，可采用换热盘管作为换热装置121，该换热盘管螺旋状地缠绕 在反应区110外围(类似弹簧)，该螺旋状的换热盘管的排布高度(类似于 弹簧的长度)与反应区110的高度一致，也即换热盘管包围整个反应区110 的侧壁，从而使得换热盘管不仅能够从换热区120中的一次产物中吸收热量， 还能够从反应区110的侧壁吸收热量，从而既能够提高换热盘管中含碳料浆 的加热效率，又能够更有效地对反应区110的外壁进行降温，进而降低高温 对超临界反应器的危害。

作为上述换热装置121的一个优选方案，在本发明实施例中，将螺旋状 环绕反应区110的换热盘管中相邻的换热盘管之间的距离称为排布间隙，则 该排布间隙不超过换热盘管外径的1/4，以最大限度地提高换热盘管从反应区 110吸收热量的效率。

请参阅图2、本发明实施例还提供了一种超临界反应系统，用于对含碳料 浆进行处理，包括上述任一项技术方案所提供的超临界反应器100，超临界反 应器100包括反应区110、换热区120和激冷区130，换热区120内设有换热 装置121；其中，换热装置121用于向反应区110内导入含碳料浆；反应区 110用于使含碳料浆进行超临界氧化反应，以生成一次产物；换热区120用于 从反应区110接收一次产物，并通过一次产物含有的热能对换热装置121内 的含碳料浆进行预热；激冷区130用于从反应区110和换热区120接收一次 产物，并对一次产物进行冷却，以生成二次产物。

相对于现有技术，本发明实施例提供的超临界处理系统具有的优势与上 述超临界反应器100相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

请参阅图2，可选地，超临界反应系统还包括原料储罐210及液氧罐220， 其中，原料储罐210通过换热区120中的换热装置121与反应区110连通， 用于储存含碳料浆；液氧罐220与反应区110连通，用于储存液氧。具体地， 原料储罐210用于储存配置好的含碳料浆，为防止含碳料浆中的污泥颗粒沉 降，原料储罐210中一般设有自动进行搅拌的装置，原料储罐210和换热装 置121之间还可设有高压隔膜泵，该高压隔膜泵用于在含碳料浆进入反应区 110之前，将含碳料浆升压至25MPa以上，以使含碳料浆能够顺利进入反应 区110；液氧罐220内储存有高压状态下的液氧，设置液氧罐220的目的在于， 避免在污泥处理过程中将常压氧气直接加压至临界点压强以上所消耗的巨大 能耗。

请参阅图2，作为上述技术方案的一个优化方案，超临界反应系统还包括 与蒸汽透平310及第一水罐320，蒸汽透平310和第一水罐320通过蒸汽换热 管连通，部分蒸汽换热管位于激冷区130中；其中，第一水罐320用于向蒸 汽换热管提供蒸发液，蒸汽换热管用于使激冷区中的一次产物和蒸汽换热管 中的蒸发液换热，使得蒸发液变为蒸汽，蒸汽透平310用于从蒸汽换热管接 收蒸汽，并将蒸汽中含有的热能转化为机械能。

具体地，第一水罐320向蒸汽换热管提供蒸发液(蒸发液可为水等沸点 较低的液体)，蒸汽换热管部分位于激冷区130中，蒸发液在经过该部分位 于激冷区130中的蒸汽换热管时，与蒸汽换热管外部的一次产物进行换热， 形成高温的蒸汽。该蒸汽继续通过蒸汽换热管，最终输送至蒸汽透平310(可 采用冲动式透平)，该蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，从喷 嘴中喷出，带动工作叶片旋转，从而从旋转的叶片获得动能。通过上述手段， 能够更充分地利用一次产物中含有的热能，降低超临界氧化反应中热能的浪 费。可以理解的是，在激冷区130中使一次产物降温的过程中，若采用使一 次产物与冷却液混合降温的方式，则在该混合降温的过程中也会产生大量蒸 汽，因此，可通过超临界反应器上的气相出口以及配套管路，将上述一次产 物与冷却液混合产生的蒸汽导出激冷区，与上述蒸发液蒸发所产生的蒸汽一 同输送至蒸汽透平310并加以利用。

请参阅图2、进一步地，本发明提供的超临界反应系统还包括蒸汽换热器 410、第一分离器420及第二分离器430；蒸汽换热器410包括换热腔体和换 热腔体内的部分蒸汽换热管，且换热腔体内的部分蒸汽换热管位于激冷区中 的部分蒸汽换热管和所述第一水罐之间；其中，第一分离器420通过换热腔 体与激冷区130连通，第一分离器420用于接收并分离二次产物，生成三次 气体产物和三次液体产物；第二分离器430与第一分离器420连通，用于对 接收并分离三次液体产物，生成二氧化碳气体和第一渣水，蒸汽换热器用于 使蒸汽换热管内的蒸发液与换热腔体内的二次产物换热。

在应用本发明提供的超临界反应系统进行污泥的超临界处理的具体过程 中，一次产物在激冷区130中被冷却，生成的二次产物由超临界反应器100 上的液固出口排出，并通过配套管路被导入换热腔体，进而被导入第一分离 器420，连通换热腔体和第一分离器420的管路上可设有减压阀孔板等降压装 置，使二次产物的压强降至临界点压强以下。由于此时的二次产物仍具有远 高于通常大气压的压强，因此该第一分离器420可为高压分离器(对压强较 高的混合物进行分离的装置)，以更好地对二次产物进行分离。在该第一分 离器420的作用下，二次产物被分离为三次气体产物和三次液体产物，其中， 三次气体产物包括少量的可燃气体，如一氧化碳气体、氢气及甲烷等，因此 在经过适当降压后，三次气体产物可作为燃料使用；三次液体产物则包括水、 溶解在水中的少量二氧化碳以及少量固体残渣。

在上述过程中，二次产物在进入第一分离器420之前需通过蒸汽换热器 410中的换热腔体，由于换热腔体内还设有蒸汽换热管，蒸汽换热管中通过蒸 发液，蒸发液优选为软水等不易使管路产生阻塞的液体。在蒸汽换热器410 中，换热腔体中的二次产物将与蒸汽换热管内的蒸发液换热，从而进一步降 低二次产物的温度，以便进行后续的管路传输以及分离过程等；并且，二次 产物在冷却液在进入激冷区130前对冷却液进行预热，从而使得冷却液在通 过位于激冷区130内的蒸汽换热管之前具有较高的初始温度，从而提高蒸发 液转化为蒸汽的效率，

上述在第一分离器420中生成的三次液体产物通过管路进入第二分离器 430，该连通第一分离器420和第二分离器430的管路上可设有减压阀孔板等 降压装置，以进一步降低三次液体产物的压强，通入第二分离器430的三次 液体产物的压强较低，因此第二分离器430可为低压分离器(对压强较低的 混合物进行分离的装置)，以便对该三次液体产物进行分离。在第二分离器 430的作用下，三次液体产物被分离为二氧化碳气体和第一渣水，其中，二氧 化碳气体可作为工业用原料气体，第一渣水包括水和少量固体残渣，可在过 滤后排放。

请参阅图2、作为上述技术方案的又一优化方案，超临界反应系统还包括 排渣锁斗510，以及与排渣锁斗510分别连通的液氮罐520、第二水罐530及 第三水罐540；排渣锁斗510与超临界反应器100中的激冷区130连通，用于 从激冷区130接收固体残渣；液氮罐520用于向排渣锁斗510充入氮气，以 使排渣锁斗510内的气压与激冷区130内的气压相等；第二水罐530还和激 冷区130连通，用于在超临界氧化反应器运行时，向激冷区130提供冷却液， 且第二水罐530还用于在对激冷区130进行清洗时，向激冷区130及排渣锁 斗510提供清洗液，对激冷区130和排渣锁斗510进行清洗并生成第二渣水； 第三水罐540与排渣锁斗510连通，用于回收第二渣水。其中：

排渣锁斗510包括接管法兰、衬筒、锥筒、球形封头及连接组件等部件。 其作用为清理激冷区130中的固体残渣，在本发明实施例中，排渣锁斗510 可设置在激冷区130的下部，用于间歇性地对激冷区130内的固体残渣进行 清理，避免激冷区130内灰渣累积及盐浓度增加。在具体进行清理时，需先 通过液氮罐520向排渣锁斗510通入高压氮气，以使排渣锁斗510内的气压 等于激冷区130内的气压，而后使激冷区130与排渣锁斗510连通，并通过 第二水罐530向排渣锁斗510和激冷区130内分别提供清洗液(清洗液可为 一次水等相对洁净的工业用水，在进入排渣所和激冷区130前需通过高压泵 等升压装置进行加压，以使清洗液能够顺利进入激冷区130及排渣锁斗510)， 对排渣锁斗510和激冷区130内的残渣进行冲洗，冲洗后的清洗液内含有固 体残渣，即为上述第二渣水，第二渣水由第三水罐540接收且可在过滤后排 放。

此外，若采用使第一产物与冷却液混合的方法使第一产物降温，则还可 通过第二水罐530向激冷区130提供冷却液，以充分利用第二水罐530的储 液功能，降低超临界反应系统的制造成本，可以理解的是，在第二水罐530 和激冷区130的管路上设有升压装置，以在通过第二水罐530向超临界反应 器的激冷区130提供清洗液时，使冷却液能够顺利进入激冷区130。

请参阅图2，进一步地，优选液氮罐520还与反应区110连通。如此设计， 使得在超临界反应器100内的超临界氧化反应出现异常时，可使液氧罐220 停止向反应区110内输送氧气，并使液氮罐520向反应区110内输送氮气， 以在保持超临界反应器100中气压正常的前提下，逐渐以氮气代替超临界反 应器中的氧气，使得超临界氧化反应停止，以提高超临界氧化器的安全性。

请参阅图3、本发明还提供了一种污泥的超临界处理方法，采用上述任一 项技术方案所提供的超临界反应系统，对含碳料浆进行处理，超临界反应系 统包括超临界反应器，超临界反应器包括反应区、换热区及激冷区，换热区 内设有换热装置，污泥的超临界处理方法包括：

步骤11、通过换热装置，向超临界反应器中的反应区内导入含碳料浆。 含碳料浆为污泥和一定量的水配置而成，将含碳料浆加压至临界点压强以上 之后，将其通入换热装置，进而反应区内，可以理解的是，同时还需向反应 区内通入氧气，以对含碳料浆中的有机污染物进行氧化。

步骤12、使含碳料浆在反应区内进行超临界氧化反应，以生成一次产物。 一般地，初始的含碳料浆在进入反应区内时温度较低，可能无法自发地开始 超临界氧化反应，因此，在初始的含碳料浆通入反应区时可能需要对反应区 进行一定程度的加热，以便超临界氧化反应得以开始进行。

步骤13、换热区从反应区接收一次产物，并通过一次产物含有的热能对 换热装置内的含碳料浆进行预热。一次产物包括氧化物及一些未被消耗的含 碳料浆和氧气等，由于超临界氧化反应是一种放热反应，因此一次产物中含 有大量的热能，而换热装置中存在步骤11中通入的含碳料浆，因此，在换热 区内，一次产物和含碳料浆通过换热装置的管壁进行换热，从而使得一次产 物的温度上升至接近临界点温度。

步骤14、激冷区从反应区和换热区接收一次产物，并对一次产物进行冷 却，以生成二次产物和蒸汽。通常地，激冷区内通入有冷却液，该冷却液和 进入激冷区内的一次产物混合，使一次产物迅速降温并生成二次产物及蒸汽。 其中，冷却液可为一次水，则二次产物包括水、各种非水的氧化物以及固体 残渣等，蒸汽是一次产物与冷却液混合时，冷却液中的水蒸发而产生的水蒸 气，其中含有大量的热能。

相对于现有技术，本发明提供的污泥的超临界处理方法具有的优势与上 述超临界反应系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

请参阅图4、进一步地，为了进一步利用一次产物中含有的热能，在本发 明实施例中，超临界反应系统还包括蒸汽透平及第一水罐，蒸汽透平和第一 水罐通过蒸汽换热管连通，则污泥的超临界处理方法还包括：

步骤21、第一水罐向蒸汽换热管提供蒸发液。蒸发液可为相对于临界点 温度沸点较低的液体，以便利用一次产物的热能蒸发并产生蒸汽。

步骤22、蒸汽换热管使激冷区中的一次产物与蒸汽换热管中的蒸发液换 热，使得蒸发液变为蒸汽。在该步骤中，蒸发液从一次产物中获得热能，从 而得以升温并蒸发，形成高温的蒸汽。可以理解的是，对蒸发液进行蒸发的 一次产物，可为由反应区直接进入激冷区的部分一次产物，也可为对含碳料 浆预热完毕，从换热区返回激冷区的一次产物。只要一次产物的温度高于激 冷区内的蒸发液温度，即可用于使蒸发液升温。

步骤23、蒸汽透平从蒸汽换热管接收蒸汽，并将蒸汽中含有的热能转化 为机械能。具体地，蒸汽由超临界反应器上的气相出口排出，并经过管路输 送至蒸汽透平(蒸汽透平可采用冲动式透平)，该蒸汽在喷嘴中膨胀，速度 增大，温度压力降低，从喷嘴中喷出，带动工作叶片旋转，从而从旋转的叶 片获得动能，并可利用该获得的动能带动其他机械设备。通过上述手段，能 够回收利用蒸汽中含有的热能，减少超临界氧化反应中蒸汽所携带的热能的 浪费。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同 或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不 同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以 描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。