Сверхкритическое водное окисление - Supercritical water oxidation

Сверхкритическая вода (красная область)

Сверхкритическое водное окисление (SCWO) - это процесс, который происходит в воды в температуры и давление выше термодинамической критическая точка. В этих условиях вода становится жидкостью с уникальными свойствами, которые могут быть использованы для разрушения опасные отходы Такие как полихлорированный бифенил s (печатная плата). Жидкость имеет плотность между водой пар жидким при стандартных условиях и демонстрирует высокие газ -подобные скорости диффузии наряду с высокими жидкость -подобная частота столкновений. Кроме того, поведение воды как растворителя изменяется (по сравнению с жидкой водой в докритическом состоянии) - она ​​ведет себя гораздо меньше, чем полярный растворитель. В результате растворимость поведение "обратное", так что хлорированные углеводороды становятся растворимыми в воде, позволяя однофазная реакция водных отходов с растворенным окислитель. Обратная растворимость также вызывает соли к осадок из раствора, то есть их можно обрабатывать обычными методами для остатков твердых отходов. Эффективные реакции окисления происходят при низкой температуре (400-650 ° C) с пониженным NOx производство.

SCWO можно классифицировать как зеленая химия или как чистая технология. Повышенные давления и температуры, необходимые для SCWO, обычно встречаются в промышленных применениях, таких как нефтепереработка и химический синтез.

Уникальным дополнением к миру сверхкритического окисления воды (SCW) является образование пламени под высоким давлением внутри среды SCW. Пионер работает на высоком давлении сверхкритическое водяное пламя были проведены профессором ЕС Франком в Немецком университете Карлсруэ в конце 80-х годов. Работы в основном были направлены на предупреждение условий, которые могут вызвать спонтанное возникновение нежелательного пламени в процессе беспламенного окисления SCW. Это пламя вызовет нестабильность системы и ее компонентов. ETH Zurich продолжил исследование гидротермального пламени в реакторах непрерывного действия. Растущие потребности в методах обработки и уничтожения отходов побудили японскую группу Ebara Corporation изучить пламя SCW как средство защиты окружающей среды. Исследования гидротермального пламени также начались в исследовательском центре NASA Glenn Research Center в Кливленде, штат Огайо.

Реактор сверхкритических жидкостей
Реактор с сверхкритическими жидкостями (SFR) в Центре исследования горения (CRF) Национальной лаборатории Сандиа, 1995 год.
Оптическая ячейка высокого давления и высокой температуры.
Оптическая ячейка высокого давления и высокой температуры.

Фундаментальные исследования

Фундаментальные исследования сверхкритического окисления воды проводились в 1990-х годах в Исследовательском центре горения (CRF) Сандианской национальной лаборатории в Ливерморе, Калифорния. Первоначально предложенная в качестве технологии уничтожения опасных отходов в соответствии с Киотским протоколом, множественные потоки отходов были изучены Стивеном Райсом и Рассом Ханушем, а гидротермальное (сверхкритическая вода) пламя исследовали Ричард Р. Стипер и Джейсон Д. Эйкен. Среди изученных потоков отходов были военные красители и пиротехника,[1][2] метанол,[3][4] и изопропиловый спирт.[5] В качестве окислителя использовали перекись водорода, и Эрику Круазе было поручено провести подробные измерения разложения перекиси водорода в сверхкритических условиях воды.[6]

Были серьезные инженерные проблемы, связанные с отложением солей.[7] и химическая коррозия в этих реакторах со сверхкритической водой, и Энтони Лаженесс возглавил группу, исследовавшую эти проблемы. Для решения этих проблем Лаженесс разработал реактор с прозрачной стенкой.[8] который создает перепад давления через стенки внутренней втулки, заполненной порами, для непрерывной промывки внутренних стенок реактора пресной водой. Руссу Ханушу поручили строительство и эксплуатацию реактора со сверхкритическими жидкостями (SFR).[9] использовался для этих исследований. Среди тонкостей дизайна были Инконель 625 сплава, необходимого для работы при таких экстремальных температурах и давлениях, а также конструкции оптических ячеек высокого давления и высоких температур, используемых для фотометрического доступа к реагирующим потокам, которые включают герметичные уплотнения из золота 24 карата и сапфировые окна.[10][11]

Коммерческие приложения

Несколько компаний в Соединенные Штаты сейчас работают над коммерциализацией сверхкритических реакторов для уничтожения опасные отходы. Широкое коммерческое применение технологии SCWO требует конструкции реактора, способной противостоять обрастание и коррозия в сверхкритических условиях.[нужна цитата ]

В Японии существует ряд коммерческих приложений SCWO, в том числе одна установка для обработки галогенированных отходов, построенная Organo. В Корее две коммерческие единицы были построены Hanwha.

В Европе шведская компания Chematur Engineering AB коммерциализировала технологию SCWO для обработки отработанных химических катализаторов с целью извлечения драгоценного металла - процесс AquaCat. Агрегат построен для Джонсон Матти в Соединенном Королевстве. Это единственная коммерческая установка SCWO в Европе мощностью 3000 л / ч это самая большая установка SCWO в мире. Технология Chematur Super Critical Fluids была приобретена SCFI Group (Корк, Ирландия ), которые активно коммерциализируют процесс Aqua Critox SCWO для обработки осадка, например удаление красок и осадка сточных вод. Было проведено множество длительных испытаний этих приложений, и благодаря высокой эффективности уничтожения 99,9% + твердый остаток после процесса SCWO хорошо подходит для вторичной переработки - в случае удаления красочного осадка в качестве наполнителя для бумаги и в случае ил сточных вод в виде фосфора и коагулянта. SCFI Group управляет 250 л / ч Демонстрационная установка Aqua Critox в Корке, Ирландия.

Компания Turbosystems Engineering (Калифорния, США) активно коммерциализирует свой запатентованный реактор SCWO с прозрачной стенкой (TWR), уделяя особое внимание применению возобновляемых источников энергии.

374Water Inc. - компания, предлагающая коммерческие контейнеры SCWO, которые превращают твердые биологические вещества и осадок сточных вод в чистую воду и минералы. Он является результатом проекта, финансируемого Фондом Билла и Мелинды Гейтс и базирующегося в Университете Дьюка. [12] Основатели, профессор Марк Дешюсс и Коби Нагар, обладают патентом на реактор для переработки отходов, имеющим отношение к SCWO. [13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Райс, Стивен (1994). «Сверхкритическое водное окисление цветного дыма, красителей и пиротехнических композиций» (PDF). Физика Фор Фун.
  2. ^ Райс, Стивен (1995). «Уничтожение опасных боеприпасов путем сверхкритического окисления воды» (PDF). Физика Фор Фун.
  3. ^ Райс, Стивен (1995). «Гидротермальная кинетика окисления метанола» (PDF). Физика Фор Фун.
  4. ^ Райс, Стивен (1996). «Рамановское спектроскопическое измерение окисления в сверхкритической воде - превращение метанола в формальдегид» (PDF). Физика Фор Фун.
  5. ^ Хантер, Томас (1996). «Рамановское спектроскопическое измерение окисления в сверхкритической воде - превращение изопропанола в ацетон» (PDF). Физика Фор Фун.
  6. ^ Круазе, Эрик (1997). «Разложение пероксида водорода в сверхкритической воде» (PDF). Физика Фор Фун.
  7. ^ Lajeunesse, Энтони (1993). «Исследования осаждения солей в реакторе с водой в сверхкритическом состоянии» (PDF). Физика Фор Фун.
  8. ^ Lajeunesse, Энтони (1997). «Кинетическое исследование окисления морских избыточных опасных материалов в сверхкритической воде для проектирования реактора с транспирационной стенкой» (PDF). Физика Фор Фун.
  9. ^ Хануш, Русь (1995). «Эксплуатация и характеристики реактора сверхкритических жидкостей» (PDF). Физика Фор Фун.
  10. ^ Райс, Стивен (1997). «Стратегии проектирования высокотемпературных оптических ячеек высокого давления» (PDF). Физика Фор Фун.
  11. ^ Райс, Стивен (2000). «Стратегии проектирования оптически доступных высокотемпературных реакторных ячеек высокого давления» (PDF). Физика Фор Фун.
  12. ^ (https://www.watertechonline.com/water-reuse/press-release/14184469/power-verde-inc-companies-merge-to-offer-water-resource-recovery-system-using-supercritical-water-oxidation )
  13. ^ (https://patents.google.com/patent/US20200277213A1/en?q=Scwo&assignee=Duke&oq=Scwo+Duke+ )

внешняя ссылка

По всему миру над этой темой работают несколько исследовательских групп: