实现均相催化湿式空气氧化的pH控制的制作方法

文档序号:9331936阅读:552来源:国知局
实现均相催化湿式空气氧化的pH控制的制作方法
【专利说明】实现均相催化湿式空气氧化的pH控制
[0001] 对相关申请的交叉引用 本申请是 2011 年 4 月 6 日提交的名为 CATALYTIC WET OXIDATION SYSTEMS AND METHODS的美国申请序号13/081,259的部分继续申请案,后者是2006年10月3日提交的 名为 CATALYTIC WET OXIDATION SYSTEMS AND METHODS 的美国申请序号 11/542, 675(现为 美国专利7, 993, 588)的继续申请案,其每个出于各种目的通过引用以其整体并入本文。
[0002] 发明背景 1.发明领域 本发明大体上涉及工艺流的处理,并且更特别涉及用于处理其中不合意的成分的催化 湿式氧化系统和方法。
[0003] 2.相关技术描述 湿式氧化是用于处理工艺流的公知技术并广泛用于例如破坏废水中的污染物。该方 法涉及不合意的成分在升高的温度和压力下通过氧化剂,通常来自含氧气体的分子氧的水 相氧化。该方法可以将有机污染物转化成二氧化碳、水和可生物降解的短链有机酸,例如乙 酸。也可以氧化无机成分,包括硫化物、硫醇盐和氰化物。作为对焚烧的替代,湿式氧化可 用于多种多样的应用中以处理工艺流以便随后排放、在工艺内循环、或作为预处理步骤以 供给用于深度处理(polishing)的传统生物处理设备。催化湿式氧化已成为对传统非催化 湿式氧化的有效增进。催化湿式氧化方法通常能在更低温度和压力和因此更低的资本成本 下实现更大的破坏。将待处理的含水流与氧化剂混合并在升高的温度和压力下与催化剂接 触。非均相催化剂通常位于床上(含水混合物在其上通过)或是固体微粒的形式(其在氧化 前与含水混合物掺合)。可以在湿式氧化单元下游从氧化流出物中过滤出所述催化剂以再 利用。
[0004] 发明概述 根据一个或多个实施方案,提供了催化湿式氧化方法。该方法可包含提供含有至少一 种待处理的不合意的成分的含水混合物;检测含有至少一种待处理的不合意的成分的含水 混合物的pH值;选择在该含水混合物的检出的pH值下可溶的催化剂,其中该催化剂和检 出的pH值选自:铜在大约4或更低的pH值下、铜在高于大约13的pH值下、f凡在高于大约 4. 5的pH值下和铁在低于大约4的pH值下;使含有至少一种待处理的不合意的成分的含 水混合物与在检出的pH值下可溶的所选催化剂和氧化剂在升高的温度和超计大气压下接 触,以处理所述至少一种不合意的成分;监测该含水混合物的pH值;和在该催化湿式氧化 方法的过程中保持该含水混合物的pH值,以使所述催化剂保持可溶形式。
[0005] 根据一个或多个实施方案,该催化湿式氧化方法包括提供含有至少一种待处理的 不合意的成分的含水混合物;选择催化剂;检测含有至少一种待处理的不合意的成分的含 水混合物的pH值;调节含有至少一种待处理的不合意的成分的含水混合物的pH值,以溶解 所选催化剂,所述pH值选自:当催化剂包含铜时大约4或更低、当催化剂包含铜时高于大 约13、当催化剂包含钒时高于大约4. 5和当催化剂包含铁时低于大约4 ;使该含水混合物与 所选催化剂和氧化剂在升高的温度和超计大气压下接触,以处理所述至少一种不合意的成 分;监测该含水混合物的pH值;和在该催化湿式氧化方法的过程中保持该含水混合物的pH值,以使所选催化剂保持可溶形式。在一个或多个实施方案中,选择催化剂包括选择存在于 该含水混合物中的催化剂。根据某些实施方案,调节pH值包括使用碱金属氢氧化物。
[0006] 根据一个或多个实施方案,在加热前使所述含水混合物与所选催化剂接触。在各 种实施方案中,在加压前使该含水混合物与所选催化剂接触。在某些实施方案中,在连续方 法中氧化该含水混合物。在至少一个方面中,该方法进一步包括补充所述催化剂。在某些 方面中,使所述含水混合物与氧化剂接触包括使该含水混合物与含氧气体接触。在某些方 面中,该方法进一步包括回收所述催化剂。根据某些方面,回收所述催化剂涉及使该催化剂 沉淀。在各种实施方案中,使所述含水混合物氧化足以处理该至少一种不合意的成分的时 间。在某些实施方案中,超计大气压为大约30个大气压至大约275个大气压。根据某些方 面,升高的温度为大约240°C至大约水的临界温度。在另一些方面中,升高的温度高于水的 临界温度。
[0007] 附图简述 附图无意于按比例绘制。在附图中,各图中所示的各相同或几乎相同的组件用类似的 数字表示。为清楚起见,可以并非在每一附图中都标出每一组件。参照附图描述本发明的 优选的非限制性实施方案,其中: 图1是根据本发明的湿式氧化系统的一个实施方案的系统图;且 图2-4是本文中分别对铜、钒和铁所引用的甫尔拜图。
[0008] 发明详述 本发明在其应用中不限于如下列说明中阐述或如附图中图解的组件的构造和布置的 细节。本发明能够具体化并能以本文中举例说明的方式以外的各种方式实施或进行。
[0009] 根据一个或多个实施方案,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,所公开的系统可以从社区、工业或住宅来源处接收工艺流。例如,在该 系统处理废水的实施方案中,该工艺流可以来自城市废水污泥或其它大规模污水系统。工 艺流还可源自例如食品加工厂、化学加工设施、气化工程或纸浆和造纸厂。可以通过该系统 上游或下游的操作使工艺流经过该系统。
[0010] 本文所用的术语"工艺流"是指可送往该系统以供处理的含水混合物。在处理后, 可以将该工艺流送回上游工艺或可作为废物离开该系统。该含水混合物通常包括至少一种 能被氧化的不合意的成分。该不合意的成分可以是例如出于公众健康、工艺设计和/或审 美考虑而旨在从该含水混合物中除去的任何材料或化合物。在某些实施方案中,能被氧化 的不合意的成分是有机化合物。某些无机成分,例如硫化物、硫醇盐和氰化物也可被氧化。 待通过该系统处理的含水混合物例如淤浆的来源可表现为来自工厂或保持容器的直接管 道形式。
[0011] 根据本发明的一个或多个实施方案,希望破坏不合意的成分或其(一种或多种)降 解产物中的一种或多种特定化学键。氧化反应是能将可氧化的有机污染物转化成二氧化 碳、水和可生物降解的短链有机酸,例如乙酸的破坏技术。本发明的一个方面涉及用于含有 一种或多种不合意的成分的含水混合物的氧化处理的系统和方法。
[0012] 在一个实施方案中,将包含至少一种不合意的成分的含水混合物湿式氧化。该含 水混合物在升高的温度和超计大气压下用氧化剂氧化足以处理该至少一种不合意的成分 的时间段。该氧化反应可基本上破坏不合意的成分中的一种或多种化学键的完整性。本文 所用的术语"基本上破坏"被定义为至少大约95%的破坏。本发明的方法通常适用于处理 能被氧化的任何不合意的成分。
[0013] 所公开的湿式氧化方法可以在适合于待氧化的化合物的任何已知的间歇式或连 续式的湿式氧化单元中进行。通常,在如图1中示例性显示的连续流湿式氧化系统中进行 水相氧化。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 氧。本文所用的术语"富氧空气"被定义
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