超临界水氧化技术的研究与应用进展

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1、超临界水氧化技术的研究与应用进展摘要：超临界水氧化技术是利用超临界水作为反应介质，彻底破坏有机物质的一种新型氧化技术。介绍了超临界水的特性和超临界水氧化的基本原理及反应器装置，综述了超临界水氧化的反应机理、动力学、工程应用，以及有毒有机污染物处理等方面的研究进展。关键词：废水处理氧化超临界水　　美国学者Modell于80年代中期提出的以超临界水作为化学反应介质，彻底氧化破坏有机物的技术，即超临界水氧化技术（SuPercriticalPa时，水处于超临界状态。此时，水的物理性质发生了巨大的变化，既不同于液态的水，又有别于气态的水。在通常条件下，水的密度不随压力而改变，而超临界水的密度却

2、可通过改变温度和压力将其控制在气体和液体之间。其它性质如介电常数，粘度，扩散系数，离子积等均发生了改变，例如，在标准状态（25℃，0.101MPa）下，水的介电常数为78.5，而在600℃，24.6MPa的超临界条件下，介电常数仅为1.2。超临界水能与非极性物质如戊烷，己烷，苯，甲苯等有机物完全互溶。一些通常状态下只能少量溶于水的氧气，氮气，二氧化碳，空气可以以任意比例溶于超临界水中。而无机物质，特别是盐类，在超临界水中的溶解度很低。正由于这些溶剂化特性，使超临界水成为有机物质氧化的理想介质。　　1.2超临界水氧化机理和反应途径　　超临界水氧化是利用超临界水作为反应介质来氧化分解有机

3、物，其过程类似于湿式氧化，不同的是前者的温度和压力分别超过了水的临界温度和临界压力。超临界水的特性使有机物、氧化剂、水形成均一的相，克服了相间的传质阻力。高温高压大大提高了有机物的氧化速率，因而能在数秒内将碳氢化合物氧化成CO２和H２O，将杂核原子转化为无机化合物，其中磷转化为磷酸盐，硫转化为硫酸盐，氮转化为N２或N２O。由于相对较低的反应温度（比较焚烧而言），不会有NOx或SO2形成。另外，超临界水氧化反应是放热反应。只要进料具有适宜的有机物含量，仅需输人启动所需的外界能量，整个反应可靠自身维持进行。　　由于超临界水氧化过程类似于同样温度范围内的气相氧化化学过程。为此，大量的研究集

4、中在相对较简单的物质如氢气，一氧化碳，甲烷，甲醇的超临界水氧化的机理探讨上。　　国外研究人员发现尽管反应途径众多，但一些基本反应步骤对几乎所有有机物的超临界水氧化都是至关重要的，这些步骤是：　　　H2O2＝2OH　　　2HO2＝H2O2+O2　　　OH＋HO2＝H2O＋O2　　　H2O2十OH＝H2O+HO2　　1.3　反应动力学研究　　有机物的SCPa，430－585℃，停留时间7－30s条件下氧化速率的研究。发现对于大多数有机化合物，在550℃以上，停留时间接近20S就可以取得满意的转化率。　　2超临界水氧化技术工艺与装置　　Modell首先提出的超临界水氧化技术的工艺流程见图1

5、。　　根据此原理设计了各种规模的反应系统。但无论哪种工艺基本上分成7个主要步骤：进料制备及加压；预热；反应；盐的形成和分离；淬冷，冷却和能量／热循环；减压和相分离；流出水的清洁（如果有必要）。　　目前，超临界水氧化反应系统有两种基本形式。其一是地面体系；另外一种是地下体系。地面体系借助高压泵或压缩机达到反应所需的高压，而地下系统则利用深井所提供的水的静压力进行加压。至于反应器则基本上有三类，（见图2）即管式反应器，罐式反应器（又称MODAR罐式反应器）和蒸发壁（TranspiringWallReactor，简称TWR）反应器。　　其中管式反应器是最普通的反应器，罐式反应器可以用于处理

6、含盐废水，盐份不处于超临界条件下，停留在罐底，可以排出。TWR（TranspiringWallReactor）则是借鉴蒸汽轮机的原理而设计的，蒸发壁使清洗水通过圆柱形反应器壁的孔进人，在反应器内壁表面形成一个气膜以避免内壁接触到腐蚀性物质和防止盐的沉积。　　3超临界氧化技术的应用　　表1列出了一些有机物的超临界水氧化处理结果。有机物名称压力/Mpa温度/℃停留时间/s氧化剂去除率/%参考