本实用新型属于能源清洁利用以及环境保护技术领域，具体涉及一种旋流撞击超临界水气化反应装置。
背景技术：
超临界水气化技术具有反应快，系统布置紧凑，处理效果极佳等特点，它已经成为生物质、煤炭、危险废弃物等资源化利用的重要技术之一。超临界水气化反应装置是超临界水气化反应发生的重要场所，反应装置内流场设计是影响超临界水气化反应效果的重要因素，因为流场影响物料混合，进而影响浓度分布与温度分布。反应起始阶段升温速率和温度是影响超临界水气化反应中焦油焦炭生成的重要因素，直接混合快速升温可以减少焦油焦炭生成。旋流流场是加强物料混合的重要方式，它已经在多种场合得到应用，撞击流场亦是一种加强物料混合方式，它已经在由传递过程控制的化工过程得到广泛研究，旋流流场与撞击流场组合设计可以协同加强物料混合，因此可以在气化反应装置内设计旋流撞击流场增强流场混合扰动。
超临界水气化效果受起始反应条件影响较大，因此通过合理设计优化起始反应条件，可以单独设计起始反应场所。停留时间同样对气化反应有着重要影响，因此需要合理设计反应装置保证气化反应停留时间。喷嘴系统是气化反应装置不可或缺部分，而且起始反应时间较短，因此可以将气化反应起始阶段场所设计在喷嘴系统内。
固渣是超临界水气化反应过程不可避免产物，当大部分固渣进入后续流程时，其可能引发系统堵塞等问题，因此需要在反应装置内实现大部分固渣分离。旋风分离器结构是常用分离固体颗粒结构，因此可以在反应装置内实现此结构设计，加强反应装置分离固渣能力。旋流流场不仅可以加强流体混合，亦可用于固体颗粒分离，旋流流场存在多种形式，其中之一是直旋混合流场，它已经在多个领域得到应用。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型提供一种旋流撞击超临界水气化反应装置，可在反应装置的喷嘴系统内实现旋流撞击流场，实现物料快速混合升温，增强气化反应效果，还通过插入管前端的支管设计以及插入管、出口管、筒体器壁组成类似旋风分离结构增强反应装置固渣分离能力，而反应后热流体加热插入管内流体，实现插入管保温设计。
为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种旋流撞击超临界水气化反应装置，包括筒体，所述筒体的底部设有固渣出口，所述筒体内伸入有插入管，所述插入管在露出筒体上部所设出口管的末端设有喷嘴系统，所述插入管在插入筒体的前端设置有支管，所述喷嘴系统包括分别与插入管切向连接并相对于插入管呈对称布置的物料管和热水管，所述出口管的侧壁设有排放口。
进一步，所述插入管的前端具有圆弧状或子弹头状端头。
进一步，所述支管包括设于插入管前端顶部中心的第一支管和设于插入管前端侧壁的第二支管。
进一步，所述第二支管设置为多个，且多个第二支管沿插入管周向均匀分布。
进一步，所述第二支管朝向固渣出口倾斜向下布置，其与插入管轴线的夹角为45°至60°。
进一步，所述物料管由切向于插入管的第一锥形管、切向于第一锥形管的第一侧管组成，所述热水管由切向于插入管的第二锥形管、切向于第二锥形管的第二侧管组成。
进一步，所述插入管的前端位于筒体的中下部。
进一步，所述物料管的物料动量与热水管的热水动量之间的比值为0.9至1.1。
本实用新型的有益效果是：
1)本实用新型可在反应装置进口处的喷嘴系统内实现旋流撞击流场，并通过旋流撞击流场实现物料快速混合升温，减少焦油焦炭生成，进而延长催化剂使用寿命；同时通过旋流撞击流场实现超临界水气化反应起始阶段优化；通过物料快速混合升温，实现催化剂在线生成及使用，实现物料催化气化。
2)本实用新型通过插入管前端的支管的布置在反应装置内实现直旋流场设计，进而在反应装置内实现固渣分离，同时通过插入管、筒体器壁和出口管实现类似旋风分离器结构设计，进一步增强反应装置分离固渣能力。
3)本实用新型可在反应装置内实现反应后热流体包裹插入管，进而实现插入管内物料保温，进而保证起始反应阶段的反应温度。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：
图1为旋流撞击超临界水气化反应装置结构示意图；
图2为反应装置的喷嘴系统俯视结构示意图；
附图标记：1-物料管，2-插入管，3-热水管，4-排放口，5-第二支管，6-第一支管，7-固渣出口，8-筒体，9-出口管；11-第一侧管，12-第一锥形管，31-第二侧管，32-第二锥形管。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如附图1、2所示，本实用新型提供的一种旋流撞击超临界水气化反应装置，由喷嘴系统、筒体8、固渣出口7和出口管9组成，其中：插入管2伸入筒体8内部，插入管前端位于筒体8中下部，固渣出口7位于筒体8底部，用于将分离后固渣排出反应装置；出口管9位于筒体8上部，且出口管9与插入管2形成套管结构，实现反应后热流体包裹插入管2，最终实现插入管保温设计；插入管2在露出筒体8上部所设出口管9的末端设有喷嘴系统，插入管2在插入筒体8的前端设置有支管，喷嘴系统包括分别与插入管2切向连接并相对于插入管2呈对称布置的物料管1和热水管3，即物料管1、插入管2和热水管3在进口交汇处组成喷嘴系统，出口管9的侧壁设有排放口4。
本实施例中的插入管2的前端具有圆弧状或子弹头状端头，利于插入管前端上的支管形成直旋流场。
本实施例中的支管包括设于插入管2前端顶部中心的第一支管6和设于插入管2前端侧壁的第二支管5；第二支管5设置为多个，且多个第二支管沿插入管2周向均匀分布。具体的，插入管2上的第二支管5倾斜向下布置，与插入管2轴线的夹角为45-60°，且第二支管5布置两个，中心对称。第一支管6位于插入管前端中心，布置一个，用于实现流体直流流场设计。这样，通过第二支管5及第一支管6的布置在反应装置内实现直旋流场设计，当物料随着流场向下时，同时进行固渣分离。并且通过插入管、筒体器壁和出口管实现类似旋风分离器结构设计，进一步增强反应装置分离固渣能力。
本实施例中的物料管1由切向于插入管2的第一锥形管12、切向于第一锥形管12的第一侧管11组成，热水管3由切向于插入管2的第二锥形管32、切向于第二锥形管32的第二测管31组成，具体的，预热后物料通过第一侧管11切向流入第一锥形管12，而热水通过第二侧管31切向流入第二锥形管32，这样，流体从侧管切向进入锥形管，并在锥形管内形成旋流，同时，第一锥形管12与第二锥形管32分别又切向流入插入管2，两个锥形管中心对称布置，通过切向布置在插入管内实现t型旋流撞击流场设计，来自物料管1的物料动量与来自热水管3的热水动量比值为0.9-1.1，目的是确保旋流撞击流场均匀性，避免出现旋转偏斜。
工作时，经过升压及预热后的物料从第一侧管11切向进入第一锥形管12，在第一锥形管12中形成旋流流场，经过升压及预热后的热水从第二侧管31切向进入第二锥形管32，在第二锥形管32中形成旋流流场，来自物料管1的物料切向进入插入管2，来自热水管3的热水切向进入插入管2，物料和热水在插入管2中旋流撞击，实现物料和热水快速混合，并且在线生成及利用催化剂，混合后物料随旋流向下，从插入管前端的第二支管5和第一支管6排出，在插入管前端于筒体底部之间形成直旋混合流场，物料随着流场向下，在进行反应同时进行固渣分离。随着流场运动至反应装置底部，在插入管2、筒体8器壁和出口管9形成类似旋风分离器结构作用下旋流转向向上，在流场作用下进一步进行固渣分离，在旋流向上过程中反应后热流体包裹插入管2，其后混合物进入出口管9，最后从出口管9排放口4排出反应装置。
另外，预热后的物料中添加过渡金属气化催化剂，如镍、钴、锰、铈、铁、铜、镁等一种或多种，在旋流撞击流场物料直接混合升温过程中实现催化剂在线生成与使用，通过催化剂催化作用增强超临界水气化反应效果。而热水中添加少量惰性微小颗粒如二氧化硅，通过添加惰性颗粒增强旋流冲刷与盐结晶初步控制，进而增强反应装置的防堵塞能力。
本反应装置通过物料管、插入管和热水管在进口交汇处布置喷嘴系统实现旋流撞击流场，通过旋流撞击实现物料快速混合升温，降减少焦油焦炭生成，进而延长催化剂使用寿命，同时实现催化剂在线生成及使用；通过插入管前端支管合理布置实现直旋流场设计，在反应同时进行固渣分离，同时通过插入管、筒体器壁和出口管组合设计实现类似旋风分离器结构设计，进一步增强反应装置分离固渣能力；在反应装置内实现反应后热流体加热插入管内流体，实现插入管保温设计，优化了起始反应阶段的反应温度；通过添加惰性颗粒实现盐结晶初步控制与旋流冲刷增强，增强了反应装置的防堵塞能力。本实用新型有效解决了超临界水气化反应在起始阶段物料快速混合升温问题，并通过直旋混合流场和类似旋风分离器结构设计解决在反应装置内进行固渣分离的问题，同时初步解决插入管保温设计与反应装置防堵塞问题。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
1.一种旋流撞击超临界水气化反应装置，包括筒体(8)，其特征在于，所述筒体的底部设有固渣出口(7)，所述筒体内伸入有插入管(2)，所述插入管在露出筒体上部所设出口管(9)的末端设有喷嘴系统，所述插入管在插入筒体的前端设置有支管，所述喷嘴系统包括分别与插入管切向连接并相对于插入管呈对称布置的物料管(1)和热水管(3)，所述出口管的侧壁设有排放口(4)。
2.根据权利要求1所述的旋流撞击超临界水气化反应装置，其特征在于，所述插入管的前端具有圆弧状或子弹头状端头。
3.根据权利要求1或2所述的旋流撞击超临界水气化反应装置，其特征在于，所述支管包括设于插入管前端顶部中心的第一支管(6)和设于插入管前端侧壁的第二支管(5)。
4.根据权利要求3所述的旋流撞击超临界水气化反应装置，其特征在于，所述第二支管设置为多个，且多个第二支管沿插入管周向均匀分布。
5.根据权利要求4所述的旋流撞击超临界水气化反应装置，其特征在于，所述第二支管朝向固渣出口倾斜向下布置，其与插入管轴线的夹角为45°至60°。
6.根据权利要求1所述的旋流撞击超临界水气化反应装置，其特征在于，所述物料管由切向于插入管的第一锥形管(12)、切向于第一锥形管的第一侧管(11)组成，所述热水管由切向于插入管的第二锥形管(32)、切向于第二锥形管的第二测管(31)组成。
7.根据权利要求1所述的旋流撞击超临界水气化反应装置，其特征在于，所述插入管的前端位于筒体的中下部。
8.根据权利要求1所述的旋流撞击超临界水气化反应装置，其特征在于，所述物料管的物料动量与热水管的热水动量之间的比值为0.9至1.1。
技术总结