催化超临界水氧化法处理焦化废水的试验研究

焦化废水是在煤气净化、煤制焦炭和回收焦化产品的过程中产生的,其成分复杂,危害性大,常规的处理方法很难达到理想的效果。本次试验采用超临界水氧化技术对焦化废水进行处理研究,对废水中COD,NH_(3)-N等污染指标进行检测,通过采用新型混合催化剂,降低超临界水氧化所需反应条件,使出水效果满足GB 16171-2012炼焦化学工业污染物排放标准。

超临界水氧化法处理含油污泥的特性分析

伴随我国原油需求量的日益增加,含油污泥作为原油使用过程中的额外产物也保持增长。超临界水氧化技术作为一种具有前景的有机废物处理终端技术被国内外学者广泛关注。采用超临界水氧化技术处理含油污泥可以实现含油污泥彻底的减量化和无害化,并且对氧化过程中释放的热量进行回收可以实现含油污泥资源化利用。采用小型高温高压反应釜对不同过程参数下的含油污泥降解规律进行研究,并对三相产物进行检测分析,在此基础上探究不同反应温度及反应时间下的含油污泥超临界水氧化动力学分析。结果表明:当反应温度为640℃时,COD(化学需氧量)去除率达到99.41%,出水COD为465 mg/L。超临界水氧化反应中的动力学参数:活化能为43.83 kJ/mol,指前因子为1136.12 s^(-1)。结果表明超临界水氧化技术可以实现含油污泥无害化处理。

高浓度肼类废水超临界水氧化系统的研制

针对高浓度肼类废水处理的需要,开展了一体化工业级连续式超临界水氧化系统的研制。介绍了设备的工作原理和工艺特点,设计开发了反应器及配套的进料、供氧、预热、冷却、排盐及控制系统。针对高温、高压、过氧的使用条件,进行了安全性设计分析。开展了利用真实肼类废水的调试试验,并获取了最优工艺参数。结果显示,该设备可以实现入水COD为10000mg/L左右的高浓度肼类废水快速高效处理,主要指标满足GJB 3485A-2011标准的要求,处理量达到50L/h。设备能够满足高浓度肼类废水处理的工程需要,并具备拓展应用的能力。

国产镍基合金C-HRA-1以及C-HRA-2在超临界水中的氧化性能研究

针对超(超)临界电站锅炉高温受热面材料蒸汽侧氧化问题,该文开展国产镍基合金C-HRA-1在620~650℃/25 MPa以及C-HRA-2在650℃/25 MPa超临界水环境的氧化实验研究。利用精密电子天平、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)以及原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)等对材料氧化动力学、氧化膜微观形貌以及氧化膜物相组成进行分析。同时,开展600℃/25 MPa超临界水环境氧同位素标记实验,探究镍基合金C-HRA-1在超临界水中的氧化机理。结果可知,C-HRA-1与C-HRA-2氧化后的主要物相为Cr_(2)O_(3)和NiCr_(2)O_(4),NiO、CoO、MoO_(3)以及NiFe_(2)O_(4)也被检测到;合金中阳离子向外扩散导致了氧化膜的生长。国产镍基合金C-HRA-1在超临界水中表现出较高的抗氧化性能。

锌灰资源化回收及超临界水热合成纳米氧化锌系统工艺

为了对锌灰进行资源化回收及对其经济性进行分析,将湿法回收工艺和超临界水热合成技术相结合,将锌灰生成价值较高的纳米氧化锌产品,采用Aspen Plus软件平台,建立了完整的系统工艺,并分析了系统运行过程中的物料成本及能耗成本。在硫酸浓度为2 mol·L^(-1)、固液比为1∶8、浸出温度为50℃、浸出时间为2 h、搅拌器转速为300 r·min^(-1)的条件下,锌灰中锌的浸出率达到了95%以上。除杂过程除去了Fe、Al、Ni、Cu等杂质,除杂后的溶液中锌的质量分数达到了97%。利用锌灰浸出液在400℃和25 MPa的超临界条件下,合成了平均粒径为26 nm的纳米氧化锌,晶体结晶度良好,纯度较高。通过与纯物料所合成的纳米氧化锌进行对比,验证了该技术的可行性,显著提升了系统运行的经济性。

超临界水热合成纳米氧化锌的动力学及聚乙烯吡咯烷酮耦合作用机理研究

为了获得超临界水热合成过程中纳米氧化锌的结晶动力学机理及表面改性作用机理,分析了温度、时间驱动下的结晶动力学曲线,获得了纳米氧化锌在成核、生长过程的速率及活化能。同时采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对氧化锌进行原位表面改性,通过分析不同比例PVP和KOH作用下合成的氧化锌形貌,获得了PVP和KOH的耦合作用机理。实验结果表明:纳米氧化锌在成核过程中的活化能为603.06 kJ·mol^(-1),在生长过程中的活化能为63.10 kJ·mol^(-1),在成核阶段比生长阶段消耗的能量更多;在前驱物、KOH、PVP的物质的量浓度比为1∶3∶2时合成了粒径最小的纳米氧化锌颗粒,平均粒径为6.9 nm;当KOH、PVP的浓度比过高时,纳米氧化锌颗粒表面过量的PVP使其成为凝胶类沉积物,形成一种团聚体从而导致合成纳米颗粒的粒径变大。

基于硝酸钠超临界水氧化技术处理磷酸三丁酯的实验研究

放射性磷酸三丁酯是一种常见的放射性有机废物,其妥善处理对于核工业的可持续发展极为重要。采用连续式超临界水氧化设备,以硝酸钠为氧化剂对磷酸三丁酯的氧化分解进行了探究。结果表明:磷酸三丁酯降解产物无毒害物,气相产物为N_(2)、CO_(2),液相产物中含有NO_(3)^(-)、PO_(4)^(3-)及未反应的有机物,证实了以硝酸钠为氧化剂超临界水氧化技术处理磷酸三丁酯的可行性。通过对反应温度、反应压力、停留时间等因素对有机物去除率影响的研究,确定了磷酸三丁酯超临界水氧化反应的最优化反应条件:反应温度500℃、反应压力22.5 MPa、过氧系数1.5、停留时间55.7 s。在此条件下,有机物去除率达到95%以上。

污染物超临界水氧化技术防腐蚀研究进展

超临界水氧化(SCWO)技术以超临界水(SCW)为介质,将有机污染物深度降解为CO_(2)、H_(2)O和N_(2)以及无机盐等小分子化合物,具有反应快、降解彻底,无二次污染等明显优势,被誉为最有前途的污染物末端处理技术之一。然而,由于有机污染物氧化过程及中间产物复杂,使得设备工况环境苛刻且变化范围大,长时间运行极易遭受严重的腐蚀。为了提升污染物超临界水氧化系统的防腐蚀性能,使其实现规模化应用,科学家们通过耐腐蚀反应器研发,工程材料(金属、合金、陶瓷等)腐蚀过程和机理研究,卓有成效的工艺过程优化,强化了超临界水氧化系统中腐蚀发生、发展的认识,对防腐蚀技术的研发具有显著的促进作用,并已取得不少创新性成果。这些成果为开发新型防腐蚀超临界水氧化设备积累了丰富的基础数据,对其处理效果和效率提升,能量及运行成本核算等工业化设计提供了线索。

超临界水氧化技术能量回收工艺

超临界水氧化技术具有高温、高压特点,高温产物的能量回收是实现超临界水氧化技术工业化的关键。设计2种超临界水能量回收工艺,以火用效率和能量效率为目标函数,研究预热温度400~600℃、体系压力21~29 MPa、透平压力0.1~23 MPa和乏汽温度160~200℃条件下能量回收情况。结果表明:其热能回收优先于压力能回收的工艺,预热温度600℃、反应压力23 MPa、透平出口压力0.1 MPa和换热器热流股出口温度为211.85℃时具有更高火用效率和能量效率,分别为87.7%和76.7%。优先回收热能有利于超临界水氧化技术发展。

超临界水氧化放射性有机废物过程中核素处理的研究进展

超临界水氧化技术处理放射性有机废物具有高效减容、核素稳定化等显著优势,是放射性废物处理领域的新型环保技术。从实际应用的角度综述了常见放射性核素在超临界水氧化过程中的分布、迁移和转化特性,比较分析了几种吸附剂对产物中核素的去除性能,总结提出了当前研究的现状及存在的问题,并对核素在去除过程中仍存在的问题进行了展望,以期为超临界水氧化法处理放射性废物的工业应用提供参考和指导。

关键过程参数对超临界水氧化降解核工业废树脂的影响研究

以核工业难以有效处理的废阴离子和阳离子交换树脂为研究对象,通过调控反应温度、氧化系数、停留时间、物料浓度等反应条件,探索超临界水氧化过程中不同关键过程参数对废树脂有机物降解的影响规律。研究得出关键过程参数反应温度、氧化系数、停留时间与两种树脂的降解效率呈正相关关系,而物料浓度与树脂降解效率的关系较为复杂;在480℃及以上温度,两种树脂COD去除率基本保持平稳;受反应初期树脂固体颗粒的传质影响,两种树脂的氧化系数需大于130%;阳离子交换树脂在反应过程中会生成强酸性物质抑制反应进行,添加NaOH后,阳离子交换树脂去除效率显著提高。

超临界水氧化技术中反应器腐蚀问题研究现状

本研究介绍了超临界水氧化过程中反应器的腐蚀问题以及国内外关于此类问题的研究。目前研究主要使用特殊结构的反应器以降低腐蚀速率,或者利用晶界工程技术提升材料的抗氧化性解决腐蚀问题,但没有对反应器的腐蚀机制进行研究。因此,本文提出通过试验研究和数值模拟分析探究反应器的腐蚀机制。这对超临界水氧化技术中的发展和应用具有重要的意义。

超临界水氧化技术去除污泥中氮磷的效果研究

超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation,简称SCWO)是当前我国污水处理厂处理污泥的主要手段。超临界水氧化技术作为一种新兴的污泥处理技术,具有处理效率高、无二次污染等优点,被广泛应用于污泥处理领域。该技术通过加温加压形成密闭的环境,将一些有害、复杂的有机物氮、磷化合物转换为对环境污染小、无害的氮、磷的无机成分等。科学工作者针对氮磷元素的去除工作做了大量研究,取得了令人瞩目的成效。本文对超临界水氧化技术去除污泥中氮磷的效果进行了深入分析,并且提出了相关建议,希望能够最大化地处理污泥中的氮、磷含量,同时可以变废为宝,将污泥作为提取磷的原料,从而极大程度上弥补我国磷矿的短缺。

超临界水氧化反应器数值分析

蒸发壁式反应器作为超临界水氧化系统的核心设备,反应区温度及反应器出口温度是指导反应器结构设计的关键因素。通过建立反应器三维几何模型,采用CFD数值模拟手段,计算蒸发壁式反应器内部流场分布,了解分布规律,为反应器结构设计提供依据,保证设备安全稳定运行。

超临界水氧化技术在电厂废水处理中的应用研究

电厂废水处理在环保意识逐渐加强的情况下变得必不可少。作为废水处理的一种创新方式,超临界水氧化技术的高效环保性能卓越。主要对该技术应用于发电厂废水处理方面进行了深入的探讨。首先概述了超临界水氧化技术的基本原理和特点,然后对其在发电厂废水处理中的实际运行效果进行了详细的分析,最后对该技术目前所面临的挑战以及今后的发展趋势进行了深入的探讨。通过本文的研究,对电厂废水处理中超临界水氧化技术的应用价值及发展前景有了更全面的认识。

西岔沟脱灰煤超临界水氧化过程中元素转化规律

燃煤造成的大气污染严重影响我国燃煤电厂的可持续发展,亟待探索高效、超低排放的燃煤发电技术。将煤粉在超临界水中氧化,产生的化学能直接释放至水中,产生超临界水/CO_(2)复合工质,推动汽轮机做功发电,工质做功后可直接回收高浓度CO_(2),实现煤炭的近零排放燃烧发电。采用红外光谱研究脱除矿物质后西岔沟煤中有机官能团变化,以脱除矿物质的西岔沟煤为原料,研究反应终温400~600℃、氧气当量比1.0~1.4条件下,脱灰煤在超临界水氧化环境下的反应特性以及碳、氮、硫元素的迁移规律。结果表明,酸碱联合法脱灰对西岔沟煤结构的影响较小,煤大分子脂肪侧链变短,芳碳率略增加。西岔沟脱灰煤在超临界水中氧化,温度和氧化剂用量对煤转化率的影响较大,气相产物以CO_(2)为主,不产生NO_(x)和SO_(x),低温下有少量CO和H_(2)生成。反应终温超过500℃后,转化的碳被完全氧化为CO_(2)。提高反应终温和氧化剂用量,煤中C、N、S等元素的转化率提高,在反应终温550℃,氧化剂为化学计量的1.4倍条件下,C、N、S转化率分别达97.08%、94.52%和94.41%。

超临界CO_(2)印刷电路板换热器热工水力特性研究

对于超临界CO_(2)布雷顿循环中的印刷电路板换热器,其复杂结构与工作介质的特殊物理性质将导致集总参数方法出现较大的计算误差。为提升印刷电路板换热器的换热参数的计算精度,本文基于Modelica语言,采取分节点建模方法,开发了印刷电路板换热器的热工水力特性计算程序,对其稳态运行时的换热参数进行了分析。结果表明:印刷电路板换热器的通道内超临界CO_(2)的对流换热系数沿流动方向发生显著变化。与设计值相比,分节点计算程序的最大相对误差小于3%,计算精度相比于集总参数方法显著提升,因此有必要采取分节点计算方法以提高计算精度。研究结果可为超临界CO_(2)布雷顿循环系统中印刷电路板换热器的设计和仿真提供参考。

新型低铬含铝奥氏体不锈钢在超临界水中的腐蚀行为研究

基于超临界水冷堆对结构材料的需求,研究了一种低铬含铝奥氏体不锈钢(AFAs)在600℃、25 MPa的超临界水(SCW)中的均匀腐蚀行为。采用扫描电镜、能谱仪、电子背散射衍射等技术分析了氧化膜的形貌、结构和化学成分。结果表明,低铬AFAs在SCW中腐蚀动力学符合抛物线规律。Al、Cr含量较低,不足以维持独立的氧化铝膜的形成,而是形成外层为磁铁矿、内层为Cr-Al混合氧化物的双层氧化膜结构。这种氧化膜的保护性较差,对低铬AFAs长期腐蚀不利。本研究揭示了低铬AFAs在SCW中的腐蚀机理,并指出充足的Cr、Al含量是材料在SCW中维持耐腐蚀性的基础。本研究可为超临界水冷堆结构材料选用及AFAs研发提供数据支持。

超临界二氧化碳超声速喷管设计与性能分析

超临界二氧化碳由于其独特的物理性质而受到广泛应用。同时超临界二氧化碳真实气体效应显著,其流动机理和理想气体差别较大,因此需要设计相应的喷管。采用特征线法设计超临界二氧化碳超声速喷管,其中二氧化碳的热力学参数基于S-W方程获得。通过CFD粘性仿真进行边界层修正。分析了改变喷管入口总压、总温对喷管内流场的影响。结果显示,设计工况下喷管出口质量平均马赫数与设计值相差0.033%,喷管内流场品质较好;非设计工况下,由于温度变化会显著改变CO_(2)的热物性参数,入口总温对喷管流场的影响比总压更大,当入口总压和总温分别降低83.33%,52.94%时,出口马赫数分别降低1.16%、提高3.23%。设计工况下喷管流场满足设计要求,非设计工况下喷管出口马赫数与设计值偏差较小。喷管具有较宽的工作域。

基于响应曲面法的超临界CO_(2)萃取油基钻屑油相工艺优化

目的对超临界CO_(2)萃取油基钻屑中油相工艺参数进行优化。方法采用响应曲面法对影响超临界CO_(2)萃取工艺的重要参数进行具体实验并根据实验结果进行数值模拟,通过模拟得出萃取时间、压力、温度和超临界CO_(2)流量等参数的优化数据。结果响应曲面分析了各变量之间对萃取效果的影响,基于萃取数据建立了二次多项式模型,能够较好地拟合实验结果,得出最佳萃取条件为萃取压力25 MPa、温度323.15 K、时间90 min和流量25.0 L/h。结论通过具体实验数据结合响应曲面法得出了最佳萃取条件,在该条件下油类最大去除率为95.22%。利用气相色谱仪-质谱联用仪(GC-MS)分析萃取物前后性状未发生明显变化,该方法能够更好地实现固液分离和资源回收。