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三门峡化工机械厂副总赵双喜介绍超临界水氧化工艺

耐蚀装置科研攻关的院士工作站和国际合作最新进展

 

 

尊敬的各位领导、专家、同仁们,大家好!

很高兴向大家介绍——超临界水氧化高浓度有机废水技术。

一、超临界水氧化的原理及特点

超临界水氧化(SuperCritical Water Oxidation,简称SCWO)技术是以超临界水(水的临界温度:374 ℃,临界压力:22.1 MPa,大于该温度、压力即为超临界)为介质,利用在超临界条件下不存在气液界面传质阻力来提高反应速率,并与纯氧在均相条件下使有机物彻底氧化的一种新兴技术。同焚烧、湿式催化氧化相比,超临界水氧化具有污染物完全氧化、二次污染小、设备与运行费用相对较低等优势。该技术于20 世纪80年代中期由美国学者Modell教授提出,成为国内外专家研究的热点 。处于超临界状态下的水兼具液态和气态水的性质,其可连续变化的密度、低静电介质常数、低粘滞度等特性,使超临界水成为一种具有高扩散能力、高溶解性的理想反应介质,可以利用温度与压力的变化来控制反应环境、协调反应速率与化学平衡、调节催化剂的选择活性等,来实现超临界水氧化高浓度有机废水。

二、超临界水氧化工艺、实验研究及应用

1、SCWO的工艺是:废水—高压泵—预热器—反应釜;氧气由泵直接进入反应釜,采用氧气作为氧化气体提高了反应速率,缩短了废水中有机物的氧化反应时间,提高了COD的去除率。从反应釜出来的气液混合物—预热器—余热回收器—气液分离器分别排出气、液体;无机盐从反应釜底部排除。系统的工作压力22~26Mpa,工作温度450~600℃。

2、SCWO试验研究:我们分别对一些农药、制药、造纸及军工等行业的高浓度有机废水进行了超临界水氧化试验,从中发现,超临界水氧化影响COD去除率的因素较多,但主要影响参数是:反应温度、反应压力、反应时间和过氧量等。总的趋势是随着参数的提高COD去除率前期提高较快,当提高到一定程度时,COD去除率的提高越来越小,慢慢趋于稳定。对于COD几千到几十万的去除率可达99%以上。

超临界水氧化系统长期在高温、高压、富氧等复杂条件下连续工作,确定系统的最佳运行参数,及反应釜体材料极为重要。不同种类废水的成极其复杂,只有通过大量的试验,才能掌握该技术实际应用的第一手资料。主要技术难点:

(1)确定运行参数:不同的废水、不同的排放要求,只有通过反复试验来确定最佳参数,参数低了达不到要求,参数高了增加了投资及运行费用。

(2)确定材料:研究表明在超临界水的高温氧化过程中,镍基合金的表面能形成富含Cr2O3、NiO等保护膜,其耐腐蚀性明显优于316等不锈钢。对不同的介质类型,必须通过试验选择不同的抗腐蚀材料,才能做到合理、可靠。为此我们与中科院海洋研究所侯宝荣院士签订了合作协议,共同研究超临界水氧化的材料防腐蚀等;与法国美尔森公司、中国防腐蚀工业澳门葡京签订了合作协议,共同研究碳化硅等非金属高强度材料在超临界水氧化的应用。

3、SCWO在环保方面的应用:主要为处理高浓度有机废水,使之变为H2O、CO2 、N2 等无害无。该技术可应用于造纸、石油、电子、化工、医药、制革、印染、军工等行业,尤其是有机污染物浓度COD在3~10%的废水处理,此时,除前期需要预热外,可利用废水自身的热量维持系统运行。利用SCWO处理工业废水,经大量实验和国外工业化运行证明效果良好,可完全消除各种有机物质。目前我们制造12~500L/h连续处理装置已在多家军工企业应用,处理效果良好,达到了国内领先水平,世界先进水平。

三、目前难点

虽然超临界水氧化高浓度有机废水与焚烧、湿式催化氧化等相比,具有污染物完全氧化、二次污染小、运行费用相对较低等优势。但由于前期设备投入较大,以及对新技术的陌生,推广起来难度较大。目前只在一些高污染、高危害领域得到应用,如军工、航天及核废料处理等。我们正在研究如何使用催化剂来降低运行工况、如何使用新材料等来降低前期的设备投入。同时,超临界水氧化高浓度有机废水的推广还需要政府有关环保、科技部门等的大力支持,我们将竭尽全力为之奋斗!

 

 

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