由于鸡粪含有少量金属与细菌、病毒寄生虫等病原体,处理不当不仅会造成资源的浪费也会对环境产生危害。超临界水气化技术可以将鸡粪中的有机质转化为富氢气体及热能,是一种清洁、高效、无污染的能源化利用和无害化处理技术。本研究应用化工流程模拟软件Aspen Plus V14,建立了三种鸡粪超临界水气化合成氨及供热模型,三种系统处理能力均为33.33t/h-66.67t/h总物料(总物料浓度为15wt.%-7.5wt.%),旨在通过分析系统的热力学性能和经济性,为超临界水气化处理生物质的系统优化提供理论依据,主要从以下几个部分开展工作: (1)基于Aspen Plus软件,将PR-BM方程、RK-SOAVE方程分别作为系统气化制氢、合成氨部分的物性方法,选取了各反应器模型并规定了模型假设。根据SCWG反应器驱动方式的不同,建立了三种鸡粪SCWG合成氨及供热系统,对三种系统各个部件和流股进行了设置,并验证了系统热力学模型的合理性。 (2)为了得到三种系统在不同运行参数下的反应结果,研究了 SCWG反应温度、总物料浓度及SCWG反应压力对三种系统产物流量和SCWG反应产物气化特性的影响。结果表明,适当升高SCWG反应温度、降低SCWG反应压力可使SCWG反应器出口的H2流量和三种系统的NH3产量增加。 (3)为了考察三种系统在不同运行参数下的热力学性能,讨论了 SCWG反应温度、总物料浓度及SCWG反应压力对三种系统能量效率、?效率和?损的影响,并考察了三种系统热力学性能对运行参数的敏感程度。结果表明,SCWG-燃烧炉-合成氨及供热系统热力学性能最大的影响因素是SCWG反应温度,剩余两个系统的热力学性能最大的影响因素是总物料浓度,适当提高SCWG反应温度可使三个系统的能量效率和?效率均升高。 (4)应用年收入需求法对三种系统的典型工况(系统处理能力为50t/h,SCWG反应温度为650℃,总物料浓度为10wt.%,SCWG反应压力为25MPa)进行了经济性分析,并对NH3生产成本进行了灵敏度分析。结果表明,SCWG-SCWO-合成氨及供热系统的NH3生产成本最低可达1585.27元/吨,与其他合成氨系统相比,具有较大的经济优势。灵敏度分析表明,利率、电能消耗和总投资成本对三种系统的NH3生产成本影响较大。 (5)通过改变反应产物和运行参数对系统进行了优化。研究表明,当产物由供热水变为供热蒸汽(145℃、0.41MPa)时,系统的热力学效率有显著提高。以供热蒸汽为产物时,SCWG-SCWO-太阳能合成氨及供热系统的能量效率最高达到73.20%,与其他生物质SCWG系统相比具有较高的热力学效率。