超臨界水氧化能量轉換供熱站系統(tǒng)設計與技術經濟分析.pdf

1、目前，人類正面臨環(huán)境污染與能源危機的嚴峻考驗，有機廢物處理與資源化利用越來越受到重視，而且對污染物排放要求也日益嚴格，超臨界水氧化技術就是在這樣的背景下提出的。 在超臨界水氧化過程中，有機物同氧化劑（通常是氧氣）在均一相中發(fā)生氧化反應，生成CO2和H2O；N元素被轉化為N2和少量的N2O；雜元素如Cl、S、P分別轉化成其對應酸；在較短的反應停留時間內就可以實現(xiàn)有機物的完全轉化；該反應為放熱反應，在一定的有機物濃度下可實現(xiàn)自熱，

2、節(jié)約能源，并適于有毒、有害廢物和高濃度難降解有機廢水的處理。水膜反應器是緩解超臨界水氧化反應設備腐蝕和堵塞的重要方式。此外，回收超臨界水氧化反應產生的能量和CO2，不僅可以提高處理過程的經濟性，還可以實現(xiàn)廢物處理產物的資源化利用。 參考國內外超臨界水氧化系統(tǒng)設計，并結合本課題試驗目的，設計建造了廢液處理量為20L/h的水膜反應器超臨界水氧化反應能量轉換供熱站系統(tǒng)。設計過程中選擇的模擬待處理廢液為濃度為2-10wt％的葡萄糖溶液

3、，其在反應器入口溫度選擇在300-350℃；系統(tǒng)壓力選擇為23-30MPa；反應停留時間30-150s；三路蒸發(fā)水的溫度分別為350/150/20℃，其流量比為R1：R2：R3=4：3：3；系統(tǒng)氧化劑為氧氣，在反應器的入口溫度為常溫，氧氣過量系數(shù)在1-3之間；反應器出口溫度為300℃。供熱站系統(tǒng)的設計計算建立在物質平衡和能量平衡基礎上，設計內容包括反應器、增壓泵、換熱器、電加熱器、閥門、測量裝置、能量回收以及其它部件的設計計算和選型。

4、 對廢液處理量為300m3/d的利用水膜反應器的超臨界水氧化反應系統(tǒng)處理有機廢液的經濟性進行分析。通過對系統(tǒng)物質和能量的平衡計算，并結合經濟性計算的基本理論，得到系統(tǒng)有效能量利用率可達到65.4％，廢液處理成本為33.05元/t，其中氧氣的費用消耗約占總消耗的71.8％。處理工藝的改進以及氧氣生產成本降低或尋找到新的氧化劑及使用方式，均可以在一定程度上降低有機廢液的處理成本。 對于一套給定的超臨界水氧化系統(tǒng)，在諸多的運

5、行參數(shù)中，對廢液處理費用影響最明顯的因素是過量氧氣系數(shù)，隨著過量氧氣系數(shù)的增加，系統(tǒng)能量利用率下降，廢液處理費用快速增長；其次為廢液中有機物的濃度，隨廢液COD值升高，系統(tǒng)的能量利用率和廢液的處理費用均增大，但單位COD的處理費用減?。粡U液處理量增加，系統(tǒng)能量利用率不發(fā)生變化，但廢液處理費用降低；壓力增加，廢液處理費用也將增加；停留時間延長，將會加大系統(tǒng)設備的體積，從而增加設備的投入。綜上所述，在有機廢液的超臨界水氧化技術處理過程中，在