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超临界水氧化技术特点与原理

来源:未知 作者:海恒科研仪器 发布时间:2021-11-16 次浏览

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...

    超临界水氧化技术是以水为介质,利用在超临界条件(温度>374 ℃,P>22.1 MPa)下不存在气液界面传质阻力来提高反应速率并实现完全氧化。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。
    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。也可以通过不同物质溶解度对超临界流体的依赖性,实现反应与分离在同一反应器内完成
 
    1、超临界水氧化技术
    SCWO是指在超临界状态下以水为反应介质,在有氧的条件下进行氧化反应。
    1.1 特点
    a.超临界水氧化中进行的氧化反应是均相反应,反应速率快、反应时间(停留时间)短(<1min)。
    b.有机组分(包括难降解有机物)在适当的温度、压力和一定的停留时间条件下能被完全氧化为CO2、H2O、N2、SO2-4、PO3-4等无机组分,分解率>99%,不产 生中间产物,分解产物对环境无害。
    c.无机组分与盐类在超临界水中的溶解度低,使反应过程中的分离步骤变得容易。
    d.反应系统完全封闭,二次污染小。
    e.反应为放热反应,在一定的有机物浓度(>2%)下可实现自热反应,节约能源,适于有毒、 有害废物和高浓度难降解有机废水的处理。
    1.2 机理   
    超临界水氧化反应是基于自由基反应机理,该理论认为·HO2是反应过程中重要的自由基,在没有引发物的情况下,自由基由氧气攻击*弱的C—H而产生,有机自由基与氧气生成过氧自由基,进一步反应生成的过氧化物相当不稳定,有机物则进一步断裂生成甲酸或乙酸。
    在超临界水中,大分子有机污染物首先断裂为比较小的小分子,其中含有一个碳的有机物经自由基氧化过程一般生成CO中间产物,在超临界水中CO被氧化为CO2
    1.3 氧化剂
    一切富含且较易释放氧的物质均可作为氧化剂,研究中应用较多的是纯氧和空气,近来H2O2与KMnO4也被用作SCWO过程的氧化剂,并且南通海恒科研仪器有限公司在研究中发现H2O2作为氧化剂的动态处理方法既安全又经济。
    1.4 反应影响因素
    以配水为研究对象,以苯酚、苯胺等为去除对象的研究表明:
    a.温度是影响去除率的主要因素,在一定范围内,随着反应温度的提高,TOC的去除率明显提高;
    b.停留时间是影响去除率的重要因素,无论在何种反应条件下,随着停留时间的延长,TOC的去除率总是不断提高,直到反应完全;
    c.压力对TOC去除率的影响与温度有关,在较低温度时压力的提高对TOC去除率有 一定的促进作用,而在较高的温度条件下的压力升高对TOC去除率影响较小;
    d.TOC去除率随起始有机物浓度的增加而提高;
    e.高温运行时过量氧对去除率的影响较小,国内研究认为H2O2的供氧量与氧化 需氧量的比例应保证在1.1∶1。
    1.5 存在的问题
    由于超临界水氧化需较高的温度(>374 ℃,实际反应温度≥500 ℃)和较高的压力(>22 Mp a,实际反应压力≥25 MPa),因而在反应过程中对普通耐腐蚀金属如不锈钢及非金 属碳化硅、氮化硅等有很强的腐蚀性,造成对反应设备材质要求过高;另外对于某些化学性质较稳定的物质,反应需要时间较长。
    超临界水氧化技术的运行费用也较高,但相对于焚烧与湿式催化氧化技术,超临界水氧化仍具有技术与经济上的优势。
    以上原因,特别是反应器防腐问题的存在限制了SCWO技术的大规模工业化。    

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