使用再循环催化剂的湿空气氧化方法
【专利说明】
[0001] 本申请是国际申请日为2008年1月22日（国际申请号为PCT/US2008/000784)、 进入国家阶段申请号为200880002713. 4、发明名称为"使用再循环催化剂的湿空气氧化方 法"的申请的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 依照35 U. S. C. § 119(e)，本申请要求2007年1月22日提交的名称为"WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED COPPER CATALYST"的美国临时申请序列号60/885966 的优先权，将其整体引入本文作为参考。
[0004] 发明背景 1.
技术领域
[0005] 本发明总的涉及对工艺流（process stream)的处理，更特别地涉及用于处理其中 不合需要的组分的催化湿氧化系统和方法。 2.
【背景技术】
[0006] 湿氧化是公知的用于处理工艺流的技术，广泛用于例如消灭废水中的污染物。该 方法包括在升高的温度和压力下用氧化剂（通常是来自含氧气体的分子氧）对不合需要的 组分的水相氧化。该方法可以将有机污染物转化为二氧化碳、水和可生物降解的短链有机 酸（例如乙酸）。也可以将包括硫化物、硫醇盐和氰化物的无机组分氧化。作为焚烧的替代 方式，湿氧化可以用于广泛的应用以处理工艺流用于随后排放、工艺内再循环（in-process recycle)，或作为用于供给用于精制的常规生物处理装置的预处理步骤。催化湿氧化呈现 为对传统非催化湿氧化的有效改进。催化湿氧化方法通常在较低的温度和压力下可以实现 更强的破坏（destruction)，因此具有较低的资金成本。将待处理的含水流与氧化剂混合， 在升高的温度和压力下与催化剂接触。非均相催化剂通常存在于该含水混合物通过其上的 床上，或者以在氧化之前与该含水混合物共混的固态颗粒的形式。可以将该催化剂从该湿 氧化单元下游的氧化流出液中过滤出来以重复利用。
【发明内容】
[0007] 依照一种或多种实施方案，本发明涉及用于催化湿氧化的方法和系统。依照一种 实施方案，催化湿氧化方法包括提供包含至少一种待处理的不合需要的组分的含水混合 物。在升高的温度和超大气压力下将该含水混合物与催化剂和氧化剂接触，以处理该至少 一种不合需要的组分，并形成经氧化的含水混合物。通过调节该经氧化的含水混合物的PH 水平，沉淀至少一部分该催化剂以形成沉淀的催化剂。将至少一部分该沉淀的催化剂再循 环以与该含水混合物接触。
[0008] 依照另一方面，催化湿氧化系统包括：湿氧化单元；包含至少一种不合需要的组 分的含水混合物的来源，与该湿氧化单元流体连接（fluidly connected);可溶于该含水混 合物中的催化剂的来源，与该湿氧化单元流体连接，位于该含水混合物的来源和该湿氧化 单元之间；pH传感器，经构造以检测该湿氧化单元下游的经氧化的含水混合物的pH水平； 与该pH传感器通讯（in communication with)的pH控制器，经构造以产生控制信号，以 响应于记录催化剂的预设pH溶解性范围内的pH水平的pH传感器，将该经氧化的含水混 合物的PH水平调节到催化剂的预设pH溶解性范围之外的水平；分离器，经构造以沉淀至 少一部分该催化剂，位于该湿氧化单元的下游并与其流体连通（in fluid communication with)，且位于该pH控制器的下游；和再循环管线，与该分离器的出口流体连接（fluidly connected)，与该催化剂的来源中的至少之一的入口和该湿氧化系统的入口流体连接。
[0009] 依照另一实施方案，促进催化湿氧化方法中所用的催化剂再循环的方法包括提供 pH监控系统，其具有与pH传感器通讯的控制器，该控制器经构造以产生控制信号，以响应 于记录所用催化剂的预设PH溶解性范围之内的pH水平的该pH传感器，调节含水混合物的 pH水平。
[0010] 从以下结合附图的详述，本发明的优点、新颖性的特征和目的将变得显而易见。
【附图说明】
[0011] 该附图无意于按比例绘制。在附图中，在不同附图中所示的各相同或近似相同的 元件由类似的数字表示。为清楚起见，并非每幅附图中的每个组件都进行标记。优选地，将 参照该附图对本发明的非限制性实施方案进行描述，其中：
[0012] 图1是依照本发明的湿氧化系统的一种实施方案的系统图；
[0013] 图2是包括催化剂再循环方法的本发明的湿氧化系统的实施方案的系统图；
[0014] 图3是包括具有两步沉淀方法的催化剂再循环方法的本发明的湿氧化系统的实 施方案的系统图；
[0015] 图4?6是此处参考的分别用于铜、钒和铁的Pourbaix图。
[0016] 发明详沐
[0017] 在其应用中，本发明并不限定于以下描述中所提出的或附图中所示的元件的构造 和排列的细节。本发明能够以超出此处呈现的示例性的那些之外的各种方式具体化和实施 或执行。
[0018] 依照一种或多种实施方案，本发明涉及一种或多种用于处理工艺流的系统和方 法。在典型操作中，所公开的系统可以接收来自社区、工业或住宅来源的工艺流。例如，在 其中该系统处理废水的实施方案中，该工艺流可以排放自市政废水污泥或其它大规模污水 系统。工艺流也可以源自例如食品加工厂、化学处理设施、气化工程或制浆或造纸厂。该工 艺流可以由该系统的上游或下游的操作移动通过该系统。
[0019] 此处所用的术语"工艺流"是指可输送到该处理系统中的含水混合物。在处理之 后，该工艺流可以返回到上游的工艺中或者可以作为废物离开该系统。该含水混合物通常 包括至少一种能够被氧化的不合需要的组分。该不合需要的组分可以是任意以从该含水混 合物中除去为目标的材料或化合物，例如为了公共健康、工艺设计和/或审美考虑。在一些 实施方案中，该能够被氧化的不合需要的组分是有机化合物。也可以氧化某些无机组分，例 如硫化物、硫醇盐和氰化物。有待该系统处理的含水混合物（例如浆液）的来源可以表现 为来自工厂或储存容器的直通管道。
[0020] 依照本发明的一种或多种实施方案，分解该不合需要的组分或其降解产物中的一 种或多种特定的化学键是合意的。氧化反应是一种破坏技术，能够将可氧化的有机污染物 转化为二氧化碳、水和可生物降解的短链有机酸，例如乙酸。本发明的一个方面包括用于对 包含一种或多种不合需要的组分的含水混合物进行氧化处理的系统和方法。
[0021] 在一种实施方案中，将包括至少一种不合需要的组分的含水混合物湿氧化。在升 高的温度和超大气压力下用氧化剂对该含水混合物氧化足以处理该至少一种不合需要的 组分的时间。该氧化反应可以基本破坏该不合需要的组分中的一种或多种化学键的完整 性。此处所用的短语"基本破坏"定义为至少约95%破坏。本发明的方法可通用于处理任 何能够被氧化的不合需要的组分。
[0022] 所公开的该湿氧化方法可以在任何适用于氧化该化合物的已知的间歇式或连续 式湿氧化单元中进行。通常，在连续流动湿氧化系统中进行水相氧化，如图1中示例性所 示。可以使用任何氧化剂。该氧化剂通常是含氧气体，例如空气、富氧空气或基本纯的氧气。 此处所用的短语"富氧空气"定义为具有超过约21 %的氧含量的空气。
[0023] 在典型操作中并参照图1，来自来源（示为储罐10)的含水混合物通过管道12流 到高压泵14,该高压泵对该含水混合物增压。该含水混合物在管道18中与由压缩机16供 给的增压含氧气体混合，该含水混合物流动通过热交换器20,在其中将该含水混合物加热 到引发氧化的温度。然后该经加热的给料混合物在入口 38处进入反应器容器24。湿氧 化反应通常是放热的，反应器中产生的反应热可以进一步将该混合物的温度升高到合意的 值。在反应器容器24内发生该氧化反应的大部分，其提供足以实现所需氧化程度的滞留时 间。然后经氧化的含水混合物和贫氧气体（oxygen depleted gas)混合物通过由压力控制 阀28控制的管道26离开该反应器