廖傳華 李永生 朱躍釗

(南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇南京,210009)

造紙黑液超臨界水氧化過(guò)程的能流分析與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

廖傳華 李永生 朱躍釗＊

(南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇南京,210009)

超臨界水氧化是解決難降解高濃度廢水的有效途徑,但處理工藝的高能耗成為限制其推廣應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。采用能流分析的方法,對(duì)造紙黑液超臨界水氧化過(guò)程中的能量消耗和產(chǎn)生情況進(jìn)行了分析,通過(guò)熱平衡分析和壓力分析,考察了各工藝條件對(duì)過(guò)程能耗的影響,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上提出了降低超臨界水氧化過(guò)程運(yùn)行成本的措施。

造紙黑液;超臨界水氧化;能流分析法;熱平衡;壓力

造紙廠產(chǎn)生的廢水是一種相當(dāng)難處理的高濃度工業(yè)廢水。非木纖維(秸稈)造紙過(guò)程中產(chǎn)生的廢水有:蒸煮后的紙漿原液經(jīng)壓濾后殘留的廢液(即黑液);分離濃液產(chǎn)生的漂洗水;造紙機(jī)產(chǎn)生的白水。有的造紙過(guò)程還會(huì)產(chǎn)生脫墨廢水。造紙機(jī)產(chǎn)生的白水,經(jīng)處理后可以回用,但黑液和漂洗水則無(wú)法循環(huán)使用。造紙?jiān)嫌玫慕斩?均含有纖維素、木質(zhì)素和半纖維素(聚糖類)三部分,造紙僅取用其中的纖維素(約占40%),而其中約占25%的木質(zhì)素與約占28%的半纖維素以及木糖、鉀、氮、磷等,則隨黑液廢棄。木質(zhì)素是帶有芳香結(jié)構(gòu)的立體網(wǎng)狀聚合物,具有在自然條件下不易降解和降低水的透明度兩大特點(diǎn),因而導(dǎo)致造紙廢水具有廢水量大、色度大、堿性強(qiáng)、有機(jī)污染物濃度高等特點(diǎn)。不同來(lái)源的黑液其CODCr濃度在15.0～16.0 g/L之間[1-2]。若黑液不能得到有效的處理而直接排放,不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境,而且造成了資源的大量浪費(fèi)。因此,解決造紙工業(yè)污染物排放的關(guān)鍵在于對(duì)黑液徹底有效的治理,特別是為數(shù)不少的以草纖維為原料、規(guī)模不大的中小造紙企業(yè),急需適宜的制漿造紙廢液治理技術(shù)解決廢液排放問(wèn)題。

應(yīng)用多種氧化技術(shù)在較短的氧化時(shí)間內(nèi)將難降解毒性有機(jī)物完全無(wú)害化、不產(chǎn)生二次污染,已成為環(huán)保界研究的熱點(diǎn)。近年來(lái),發(fā)展較快的以生成氧化自由基為主體的深度氧化技術(shù),利用高活性的自由基引發(fā)自由基鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng),進(jìn)攻大分子有機(jī)物并與之反應(yīng)。由于氧化自由基的介入,明顯降低了氧化反應(yīng)的活化能,極大地提高了氧化反應(yīng)的速率,從而迅速破壞有機(jī)物分子結(jié)構(gòu),達(dá)到氧化去除有機(jī)物的目的,實(shí)現(xiàn)高效的深度氧化治理[3]。根據(jù)自由基的方式和反應(yīng)條件的不同,可將深度氧化技術(shù)分為超臨界水氧化法、光化學(xué)催化氧化法、濕式氧化法等。

自Medoll[4]于1982年提出超臨界水氧化(SupercriticalWaterOxidation,SCWO)污水處理工藝迄今,美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行高濃度難降解有機(jī)物的治理[5]。我國(guó)的一些研究者[6-8]近年來(lái)也對(duì)醇類、酚類、苯類、含氮及含硫等有機(jī)廢水進(jìn)行了超臨界水氧化的實(shí)驗(yàn)研究,取得了滿意的效果。然而,和其他一些水處理方法相比,超臨界水氧化法處理污染的費(fèi)用相對(duì)較高,因此,本研究采用能流分析的方法,對(duì)超臨界水氧化過(guò)程中的能量消耗與產(chǎn)生情況進(jìn)行分析,通過(guò)熱平衡和壓力分析,提出降低超臨界水氧化過(guò)程運(yùn)行成本的措施,以突破高成本對(duì)其工業(yè)化的瓶頸。

1 超臨界水氧化系統(tǒng)的物能消耗

超臨界水氧化反應(yīng)過(guò)程所用的氧化劑可以是純氧氣、空氣(含21%的氧氣)或H2O2等。使用純氧氣或H2O2可減小反應(yīng)器的體積,降低設(shè)備投資,但氧化劑成本提高;使用空氣作為氧化劑,雖然運(yùn)行成本可以降低,但反應(yīng)器等設(shè)備的體積加大,相應(yīng)增加設(shè)備的投資,并且導(dǎo)致電力需求過(guò)大。

(1)過(guò)程的耗氧量

超臨界水氧化反應(yīng)過(guò)程中消耗的氧氣量可以由有機(jī)污染物降解的CODCr來(lái)計(jì)算,用消耗氧氣的質(zhì)量表示反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)熱。盡管各種物質(zhì)和組分的反應(yīng)熱和所需空氣量不同,但它們消耗每千克空氣所釋放的熱量卻大致相同,因此,當(dāng)測(cè)得廢水或污泥的CODCr后,就可以求出超臨界水氧化反應(yīng)所需的氧氣量A,其計(jì)算公式為

式中:A為需要的氧氣量,kg/L;CODCr為廢水化學(xué)需氧量指標(biāo),g/L。

(2)過(guò)程的機(jī)械能耗

超臨界水氧化系統(tǒng)中的主要耗能設(shè)備為給待處理廢水加壓用的高壓泵和給氧化劑加壓用的高壓泵或壓縮機(jī)。

對(duì)于高壓泵,可根據(jù)其處理量和要求的壓頭計(jì)算其需要的功率:

式中:W1為高壓泵消耗的功率,kW;m1為待處理廢水的流量,kg/s;P為泵的出口壓力,MPa;ρ為待處理廢水的密度,kg/m3;η1為高壓泵的效率。

對(duì)于壓縮機(jī),假設(shè)氣體為理想氣體且壓縮過(guò)程為絕熱壓縮過(guò)程,壓縮機(jī)的能耗可通過(guò)下式計(jì)算:

式中:W2為壓縮機(jī)消耗的功率,kW;η2為壓縮機(jī)的效率;P0為壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力,MPa;k為氣體的絕熱指數(shù);m2為壓縮機(jī)的進(jìn)氣量,m3/s。

超臨界水氧化系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中消耗的機(jī)械能W為上述兩部分能耗之和,即

高壓泵和壓縮機(jī)的排出壓力為超臨界水氧化系統(tǒng)的操作壓力。由式(2)和式(3)可以看出,系統(tǒng)的操作壓力越高,則高壓泵和壓縮機(jī)消耗的能量越多,系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也越高,因此應(yīng)根據(jù)超臨界水氧化過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[9]和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果[10],盡量降低系統(tǒng)的操作壓力。

(3)熱量消耗

采用超臨界水氧化的首要條件,是將待處理廢水和氧化劑加熱至臨界溫度以上。超臨界水氧化系統(tǒng)中,加熱廢水和氧化劑消耗的熱量可分別計(jì)算如下:

式中:Q1、Q2為加熱廢水和氧化劑所需的熱量, kW;t0為廢水和氧化劑的初始溫度,℃;T為超臨界水氧化系統(tǒng)的操作溫度,℃;c1(t)、c2(t)為廢水和氧化劑的比熱,kJ/(kg·℃)。

外界需供給的熱量為上述兩部分之和,即

由式(5)和式(6)可以看出,對(duì)于某特定的待處理物料,待處理的廢水量越大,操作溫度越高,加熱所需的熱量越多,系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也越高,因此也應(yīng)根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果盡量降低系統(tǒng)的操作溫度。

2 超臨界水氧化系統(tǒng)的熱平衡分析

從資源的角度看,廢水中所含的高濃度化學(xué)耗氧物質(zhì)(COD)是一種資源和能源的載體[11],在反應(yīng)器中與氧化劑發(fā)生反應(yīng)時(shí)將放出大量的熱量Q3

式中:H為每千克COD的代謝能,即1.4×107J。

由式(8)可知,待處理廢水的COD越高,雖然消耗的氧化劑增多,但系統(tǒng)放出的熱量也增多。最經(jīng)濟(jì)的方法是充分利用系統(tǒng)放出的熱量作為加熱待處理廢水的熱源,也就是說(shuō),讓系統(tǒng)放出的熱量與加熱過(guò)程所需的熱量保持平衡,這對(duì)待處理廢水的CODCr及處理溫度均有一定的要求。為此,忽略加熱氧化劑消耗的熱量,聯(lián)立式(5)、式(6)和式(8),考察廢水CODCr及處理溫度對(duì)熱平衡的影響[12]。

將式(9)中的T定為超臨界水氧化過(guò)程的最低溫度,即水的臨界溫度(374.3℃),即可求解讓兩者保持平衡所需的最小CODCr:

綜合考慮超臨界水氧化過(guò)程中氧化劑加熱所需的熱量、系統(tǒng)的熱損等,要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自運(yùn)行,廢水的CODCr(或有機(jī)物含量)應(yīng)不小于30000 mg/L,這與文獻(xiàn)[13-15]報(bào)道的結(jié)果是一致的。如果廢水的CODCr低于這一最小值,則需外界供給熱量;如果廢水的CODCr高于這一最小值,則有可能實(shí)現(xiàn)熱量的凈輸出。當(dāng)然,如果待處理廢水的CODCr太小,采用超臨界水氧化技術(shù)雖然可以得到較好的處理效果,但過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性較差,此時(shí)宜采用濕式氧化法。

式(9)的計(jì)算條件是系統(tǒng)的操作溫度為水的臨界溫度,事實(shí)上,所有超臨界水氧化系統(tǒng)的操作溫度都高于這一溫度(這是為了保證更快的氧化速率和更高的COD去除率),隨著操作溫度的升高,加熱所需的熱量增大,而系統(tǒng)放出的熱量不變,因此要保持系統(tǒng)的自熱運(yùn)行,要求廢水含有更多的有機(jī)物。

3 超臨界水氧化系統(tǒng)的壓力分析

經(jīng)超臨界水氧化反應(yīng)后的流出液具有很高的壓力和溫度,要實(shí)現(xiàn)處理后流出液的回用或直接排放,還需將其降溫降壓。降壓過(guò)程會(huì)損失大量的壓力能,如果能采用適當(dāng)?shù)拇胧┗厥绽脡毫δ?可提高能源的利用率,減少資源浪費(fèi),對(duì)提高超臨界水氧化過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性具有重大意義?，F(xiàn)有的壓力能利用方法大部分是采用透平膨脹功將其壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械功而加以回收利用[16]。

超臨界水氧化反應(yīng)流出液在透平膨脹機(jī)中膨脹產(chǎn)生的機(jī)械功W3可按式(10)計(jì)算:

式中:W3為透平膨脹機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功,kJ/kg; P1為透平膨脹機(jī)的進(jìn)口絕對(duì)壓力,MPa;P2為透平膨脹機(jī)的出口絕對(duì)壓力,MPa;ρ為超臨界水氧化反應(yīng)流出液的密度,kg/m3。

由式(10)可以看出,環(huán)境溫度、系統(tǒng)壓力等因素的變化都將對(duì)超臨界水氧化反應(yīng)流出液的壓力產(chǎn)生影響。隨著超臨界水氧化反應(yīng)系統(tǒng)操作壓力的增大,其壓力將增大;同樣,隨著節(jié)流后壓力的減小,其壓力也將增大,通過(guò)透平膨脹機(jī)可以回收的機(jī)械功也越多。

4 超臨界水氧化過(guò)程的能流

對(duì)于特定的超臨界水氧化過(guò)程,可在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)待處理廢水的CODCr確定所需氧化劑的種類并計(jì)算氧化劑的需要量,確定相應(yīng)的輸送設(shè)備,采用如圖1所示的工藝流程進(jìn)行操作。根據(jù)流程,可將超臨界水氧化過(guò)程分為5個(gè)系統(tǒng):進(jìn)料系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、分離系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)。

圖1 超臨界水氧化的工藝流程

進(jìn)料系統(tǒng)可分別對(duì)待處理廢水和氧化劑進(jìn)行加壓輸送;加熱系統(tǒng)可分別對(duì)待處理廢水和氧化劑進(jìn)行加熱;反應(yīng)系統(tǒng)可使氧化劑與廢水中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng);分離系統(tǒng)可將反應(yīng)后流出液進(jìn)行固液分離和氣液分離;能量回收系統(tǒng)可對(duì)反應(yīng)流出液進(jìn)行能量回收。

根據(jù)前述的物料消耗及能量分析,對(duì)超臨界水氧化過(guò)程能流的描述如圖2所示。

圖2 超臨界水氧化過(guò)程的能流圖

進(jìn)料系統(tǒng)在對(duì)待處理廢水和氧化劑加壓時(shí)需分別消耗由外界供給的機(jī)械能W1和W2;加熱系統(tǒng)在對(duì)待處理廢水和氧化劑加熱時(shí)需各自消耗由外界供給的熱量Q1和Q2。這兩部分由外界供給的能量可保證超臨界水氧化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

反應(yīng)系統(tǒng)中,含能物質(zhì)CODCr與氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)而放出熱量Q3,但同時(shí)伴有熱損失Qs,因此反應(yīng)后流出液具有較高的溫度。與此同時(shí),因超臨界水氧化系統(tǒng)要在較高壓力條件下才能正常運(yùn)行,經(jīng)反應(yīng)系統(tǒng)后的流出液具有較高的壓力。要實(shí)現(xiàn)流出液的回用或直接排放,需對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫和節(jié)流降壓,在此過(guò)程中會(huì)放出熱量Q4和能量W3,從節(jié)能的角度,這部分能量是回收利用的重點(diǎn)。

理論上講,反應(yīng)后流出液從反應(yīng)狀態(tài)的高溫降溫至可回用或排放的溫度,其降溫幅度較大,如果伴隨著降壓,還會(huì)發(fā)生相變,因此放出的熱量Q4較多,需對(duì)其進(jìn)行合理利用。然而,在不同的溫度段,Q4的品位不同,應(yīng)分段利用:初始階段,反應(yīng)后流出液的溫度較高,其值較大,可用于產(chǎn)生蒸汽;隨著冷卻過(guò)程的進(jìn)行,其溫度已逐步降低,則可將其用于對(duì)待處理廢水的預(yù)熱。

5 超臨界水氧化過(guò)程經(jīng)濟(jì)分析示例

受江蘇省江陰市某造紙企業(yè)的委托,對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的黑液進(jìn)行超臨界水氧化試驗(yàn)研究,其初始CODCr為7000 mg/L。試驗(yàn)處理量為500 L/h,采用H2O2作為氧化劑,操作溫度為460℃,操作壓力為28 MPa,反應(yīng)后流出液的CODCr為68 mg/L(由南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定)。

(1)H2O2的消耗量

0.015×500=7.5 kg/h

實(shí)際過(guò)程中H2O2需過(guò)量,取過(guò)量系數(shù)為110%,則有

(2)加壓用高壓柱塞泵的功耗

加壓黑液用的高壓柱塞泵選用江蘇省無(wú)錫前洲高壓泵廠生產(chǎn)的3P40(3P00-II)型高壓泵,額定流量為0.62 m3/h,額定功率為W1=2.4 kW。

加壓H2O2用的高壓柱塞泵選用江蘇省無(wú)錫前洲高壓泵廠生產(chǎn)的3P40(3P00-II)型高壓泵,其額定流量為0.08 m3/h,其功率為W2=1.4 kW。

(3)加熱器的功耗

在加熱過(guò)程中,廢水和H2O2的比熱會(huì)隨溫度的升高而變小,為簡(jiǎn)化計(jì)算,其平均比熱分別取0.8kJ/(kg·℃),則有

(5)壓力能的回收

由此可知,CODCr為7000 mg/L的造紙黑液在超臨界水氧化過(guò)程中放出的熱量無(wú)法滿足用于給待處理黑液和氧化劑加熱所消耗的熱量,也就是說(shuō),為維持反應(yīng)過(guò)程的正常運(yùn)行,需不斷由外界給系統(tǒng)供應(yīng)熱量。

整個(gè)反應(yīng)過(guò)程最大的消耗是氧化劑,工業(yè)H2O2(含35%H2O2)的價(jià)格約為1400元/t(2009年10月28日江蘇無(wú)錫雅爾佳H2O2價(jià)格快報(bào)),僅就氧化劑而言,過(guò)程的運(yùn)行成本為:

如果綜合考慮過(guò)程的熱損失、外界對(duì)超臨界水氧化過(guò)程補(bǔ)充的能量、過(guò)程回收的熱量等,其運(yùn)行成本約為20元/t。在達(dá)到同等處理效果的前提下,采用焚燒法的處理成本約為1500元/t,采用催化氧化法的處理成本約為50元/t。由此可見(jiàn),采用超臨界水氧化技術(shù)進(jìn)行難降解高濃度工業(yè)廢水的處理,在經(jīng)濟(jì)上具有較大的優(yōu)勢(shì),具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。

6 超臨界水氧化過(guò)程的成本分析

文獻(xiàn)[17]表明,相對(duì)其他水處理技術(shù)而言,超臨界水氧化過(guò)程的運(yùn)行成本一般都偏高,這也是限制其大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸。根據(jù)前面的物能消耗分析可知,超臨界水氧化過(guò)程的運(yùn)行成本主要包括兩部分:運(yùn)行過(guò)程中消耗的氧化劑成本與能量成本。

(1)氧化劑成本

為保證難降解高濃度廢水中的有機(jī)物能夠徹底地發(fā)生氧化反應(yīng),氧化劑的加入必須過(guò)量,例如氧氣,其加入過(guò)量度OE(Oxygen Excess)為

其中,氧氣化學(xué)計(jì)量為根據(jù)氧化反應(yīng)式(1)計(jì)算的理論用量。

(2)能耗成本

當(dāng)裝置輸入的熱量Q1+Q2與超臨界水氧化過(guò)程的放熱量Q3之和大于超臨界水氧化過(guò)程中裝置的損失Qs時(shí),不僅可以維持過(guò)程的自熱運(yùn)行,而且還會(huì)有凈能量輸出。如果能使這部分熱量得到充分的回收及綜合利用,可大大提高過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性,真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。因此,從節(jié)能的角度看,應(yīng)對(duì)超臨界水氧化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上,綜合考慮系統(tǒng)熱平衡網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)超臨界水氧化系統(tǒng)的熱集成,以降低過(guò)程的運(yùn)行費(fèi)用。

7 提高超臨界水氧化過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益的措施分析

要實(shí)現(xiàn)超臨界水氧化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用,必須盡可能降低過(guò)程的運(yùn)行成本。

(1)減少氧化劑的用量

由上述的經(jīng)濟(jì)分析可以看出,氧化劑價(jià)格相對(duì)昂貴,在超臨界水氧化系統(tǒng)的運(yùn)行成本中占較大的比例,節(jié)省其用量可以大幅降低過(guò)程的運(yùn)行成本。Cocero等[18]研究認(rèn)為,OE不超過(guò)10%就可以滿足廢水中全部有機(jī)物氧化分解的需要。還有研究者提出OE可以不超過(guò)5%[19]。

(2)充分利用反應(yīng)熱

由熱平衡及熱效率分析可知,當(dāng)待處理廢水的有機(jī)物含量超過(guò)一定程度時(shí),反應(yīng)過(guò)程的放熱量不僅能很好地維持反應(yīng)過(guò)程的自運(yùn)行,而且還有凈熱量的輸出,因此,采用高效的換熱設(shè)備,充分利用過(guò)程的反應(yīng)熱對(duì)待處理廢水和氧化劑進(jìn)行加熱,可大幅減少外界的供熱量;同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施良好的絕熱,盡可能減少系統(tǒng)的熱損失。所有這些都能有效提高過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。研究表明[20],采用超臨界透平或蘭金循環(huán),可以很好地回收反應(yīng)熱,維持系統(tǒng)自熱平衡。

(3)壓力能的回收利用

高壓超臨界水氧化反應(yīng)流出液在透平膨脹機(jī)中膨脹時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械功,膨脹機(jī)進(jìn)口壓力越高,出口壓力越低,可回收的機(jī)械功也越多,因此可采用高效的壓力能回收裝置,通過(guò)回收過(guò)程的壓力能,將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)加壓用的高壓柱塞泵或/和壓縮機(jī),可有效降低過(guò)程的機(jī)械能耗。然而,增大超臨界水氧化反應(yīng)器的進(jìn)口壓力將增大高壓柱塞泵等加壓設(shè)備的能耗,因此,應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,確定合適的進(jìn)出口壓力。

(4)不同工藝流程的耦合

對(duì)于超臨界水氧化系統(tǒng),單獨(dú)采用熱量利用或壓力能回收的方法對(duì)提高過(guò)程經(jīng)濟(jì)性的作用不太明顯,可根據(jù)各種待處理廢水的特性,實(shí)現(xiàn)超臨界水氧化過(guò)程與熱量回收及壓力能回收利用過(guò)程的耦合,以最大程度地降低過(guò)程的能耗而提高其經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究,作者提出了基于超臨界水氧化過(guò)程的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng),將超臨界水氧化系統(tǒng)、熱量回收系統(tǒng)、壓力能回收系統(tǒng)等進(jìn)行耦合,通過(guò)降低超臨界水氧化系統(tǒng)的運(yùn)行成本而提高過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性[21]。

6 結(jié) 論

超臨界水氧化技術(shù)用于高濃度有機(jī)廢水的處理具有廣闊的應(yīng)用前景,但設(shè)備投資大、運(yùn)行費(fèi)用高是其工業(yè)化應(yīng)用瓶頸。通過(guò)熱平衡分析和壓力分析,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量的充分利用,有利于提高過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。

[1] 周思毅,羅 毅.我國(guó)小草漿廠污染治理技術(shù)分析和評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)研究,1999,12(5):24.

[2] 賈金平,葉建昌.造紙黑液處理技術(shù)的進(jìn)展[J].上海環(huán)境科學(xué), 2000,19(12):565.

[3] 陳之基.生物難降解有機(jī)污染物廢水深度氧化治理技術(shù)進(jìn)展[J].染料與染色,2003,40(2):109.

[4] ModellM.Using supercriticalwater to destroy toughwaters[J].ChemicalWeek,1982,4:21.

[5] 廖傳華,朱廷風(fēng).超臨界流體與環(huán)境治理[M].北京:中國(guó)石化出版社,2007.

[6] 張召思.超臨界水氧化(SCWO)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].環(huán)境技術(shù),2002(4):23.

[7] 向海濤,王 濤,沈忠耀.乙醇廢水的超臨界水氧化處理工藝研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2002,22(1):17.

[8] 丁軍委,陳峰秋,吳素芳,等.超臨界水氧化法處理含酚廢水[J].環(huán)境污染與防治,2000,22(1):1.

[9] 廖傳華,李永生,朱躍釗.制漿黑液超臨界水氧化過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J].中華紙業(yè),2010,31(5):63.

[10] 褚旅云,廖傳華,方 向.超臨界水氧化法處理印染廢水的研究[J].水處理技術(shù),2009,35(8):84.

[11] 郝曉地,胡沅勝,魏 麗.廢水中有機(jī)物的能源轉(zhuǎn)化與利用[J].節(jié)能環(huán)保技術(shù),2007(8):17.

[12] 廖傳華,超臨界水氧化過(guò)程研究[D].南京:南京工業(yè)大學(xué),2009.

[13] Veruabstag Bamband,Kim Jae-Duck.Supercritical water oxidation for the destruction of toxic organic wastewater:A review[J].Jorunal of Environmental Science,2007,19:513.

[14] Roberto M.Serikawaa,Takashi Usuia,Tatuya Nishimuraa,et al. Hydrothermal Flames in SupercriticalWaterOxidation:Investigation in a Pilot Scale Continuous Reactor[J].Fuel,2002(81):1147.

[15] 荊國(guó)林,霍維晶,崔寶臣.超臨界水氧化技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32(10):69.

[16] 鞠茂偉,常宇清,周一卉.工業(yè)中液體壓力能回收技術(shù)綜述[J].節(jié)能技術(shù),2005,23(5):518.

[17] 錢勝華,張敏華,董秀芹,等.影響超臨界水氧化技術(shù)工業(yè)化的原因及對(duì)策[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2008,25(5):465.

[18] CoceroM J,Alonso E,SanzM T,et al.,Supercriticalwater oxidation process under energetically selfsufficientoperation[J].J.of Supercritical Fluids,2002,24:37.

[19] Lavric E D,Weyten H,Ruyck J D,et al.Delocalized organic pollutant destruction through a selfsustanining supercriticalwater oxidation process[J].Energy Conversion and Management,2005, 46:1345.

[20] Lavric E D,Weyten H,Ruyck J D,et al.Supercriticalwateroxidation inprovements through chemical reactors energy intergration[J]. Applied Ther mal Engineering,2006,26:1385.

[21] 廖傳華,李永生.基于超臨界水氧化過(guò)程的能源環(huán)境系統(tǒng)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2009,3(12):2233.

Abstract:Supercriticalwater oxidation is a recommended treatment method for high concentration and difficult degradation wastewater,but high energy consumption in the process greatly influences the application of the treatment.The energy consumed and the energy produced during supercriticalwater oxidation of pulping black liquorwere analyzed using energy-flow analysismethod,the effects of process conditions on energy consumption were investigated through the analyses of heat balance and pressure energy.Economic evaluation was carried outwith experimental results.Base on these,the measures for reducing operation cost of supercriticalwater oxidation processwere put for ward.

Keywords:pulping black liquor;supercriticalwater oxidation;energy-flow analysismethod;heat balance;pressure energy

(責(zé)任編輯:常 青)

Energy-flow Analysis and Econom ic Evaluation of SupercriticalWater Oxidation Process of Pulping Blac k L iquor

L IAO Chuan-hua L I Yong-sheng ZHU Yue-zhao＊

(College ofM echanical and Power Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing, Jiangsu Province,210009)
(＊E-mail:zyz@njut.edu.cn)

X793

A

1000-6842(2010)03-0058-06

2010-04-15(修改稿)

廖傳華,男,1972年生;博士,副教授;主要從事干燥技術(shù)和超臨界流體技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)工作。

＊通信聯(lián)系人:朱躍釗,E-mail:zyz@njut.edu.cn。