使用再循环的铜、钒或铁催化剂的湿式空气氧化方法_4

文档序号:8946925阅读:来源:国知局
出沉淀的催化剂的任何形式的分离器。可W通过管线238和224使包含浓缩的固化的催化 剂的溶液返回到系统300的入口,W与进入的工艺物料流混合,而基本不含催化剂的经氧 化的流出物可通过管线222取出。在一些实施方案中,可W将所述再循环的催化剂的至少 一部分引导至催化剂源40。两步系统的益处是,只有所述湿式氧化单元的流出物的一小部 分需要调节抑W沉淀催化剂。可W经再循环用于稀释水的那部分流出物可具有保留在其 中的可溶的催化剂,运是合意的。抑调节剂源226可W被用于通过W与对于上文讨论的关 于铜催化剂的实例类似的方式加入酸或苛性碱化合物来溶解可通过管线224行进的催化 剂。所述湿式氧化单元的再循环流出物的抑也将是非常接近于用于保持所述催化剂可溶 于所述湿式氧化系统中所需的抑。
[008引在图2和图3中所例示的系统中,可W仅仅通过调节经氧化的含水混合物的抑来 沉淀催化剂。在一些实施方案中,可W仅仅通过W单一方向调节经氧化的含水混合物的pH 来沉淀催化剂。在一些实施方案中,可W仅仅通过采用单一的抑调节剂来调节经氧化的含 水混合物的抑来沉淀催化剂。在一些实施方案中,可W仅仅通过将经氧化的含水混合物的 抑调节至在其下所述催化剂基本不溶于或至少部分不溶于所述经氧化的含水混合物中的 抑范围内的抑来沉淀催化剂。在一些实施方案中,抑调节可在不添加任何化学物质下实 现,例如通过例如电去电离过程,从而使催化剂沉淀。在其它实施方案中,可W将额外的化 学物诸如硫化物离子源如硫化钢或硫化氨加入至经氧化的含水混合物,W增强动力学,或 W其它方式促进催化剂的沉淀。在一些实施方案中,催化剂可W被溶解在待在第一范围内 的抑下被经氧化的含水混合物中,并且在与所述第一范围不重叠的第二范围内的抑下从 经氧化的含水混合物中沉淀出来。
[0084] 根据一个或多个实施方案,当必要或需要时,所述经湿式氧化的液体流出物流可 W通过如图1所例示的被连接到氧化反应器容器24的下游的二级处理单元80进行处理, W除去残留的不需要的成分(存在和/或抛光)。二级处理单元80可W是化学洗涂器、生 物洗涂器、吸附介质床或其它单元操作。在一些实施方案中,可W实施包括用臭氧和紫外光 对湿式氧化流出物进行氧化处理的高级氧化步骤。运种高级氧化处理通常在容器或槽中在 或接近环境溫度和压力下实施。可W将二级处理单元80的尺寸制成提供与所需程度的抛 光一致的表面积。或者,液体流出物还可W再循环回到反应器容器24,用于进一步处理。还 可能需要在废气处理单元的下游对废气进行处理,运取决于废气的组成W及对大气的排放 要求。
[00化]用于检测目标的臭气成分的浓度的传感器可W设置在湿式氧化单元24的上游和 /或下游W便于系统控制。例如,传感器可W位于导管26处,并且与控制器70连通,W确定 和/或控制液体流出物流是否应被转移到二级处理单元80,W满足规定的环境法规。
[0086] 应当理解,可W对所说明的系统和方法作出数种改变、修改和改进。例如,一个或 多个湿式氧化系统可W被连接到工艺物料流的多个源。在一些实施方案中,所述湿式氧化 系统可W包括用于测量所述系统的其它性质或操作条件的另外的传感器。例如,所述系统 可包括用于在不同点处的溫度、压降和流速的传感器,W便于系统监控。根据一个或多个实 施方案,所述催化剂可W在所述湿式氧化方法过程中得到补充。
[0087] 本公开内容预期现有设施的修改用W改造一个或多个系统或组件W实施本公开 内容的技术。现有的湿式氧化系统可W根据在本文中示例性地讨论的一个或多个实施方案 使用至少一些先前存在的设备进行修改。例如,可W设置一个或多个抑传感器,并且根据 本文中所呈现的一个或多个实施方案的控制器可W在预先存在的湿式氧化系统中实施,W 提高催化剂溶解度或促进催化剂再循环。
[0088] 本公开内容的运些W及其它实施方案的功能和优点将通过W下实施例得到更全 面地理解。运些实施例旨在本质上是说明性的并且不被认为限制本公开内容的范围。在W 下的实施例中,通过湿式氧化处理化合物W实施所述化合物中的键的破坏。 实施例
[0089] 工作台规模湿式氧化(高压蓋)反应器 在W下的实施例中,工作台规模湿式氧化试验在实验室高压蓋中进行。所述高压蓋不 同于其中它们是间歇式反应器的全规模系统,其中所述全规模单元可W是连续流动式反应 器。所述高压蓋通常在高于全规模单元的压力下运行,因为必须将高装载的空气加入到所 述高压蓋,从而为反应的持续提供充足的氧。所述高压蓋试验的结果提供了湿式氧化技术 的性能的指示,并且可用于筛选用于湿式氧化方法的操作条件。
[0090] 所使用的高压蓋由铁、合金600和儀200制造而成。构建的高压蓋材料的选择基 于废水进料的组成。选择使用的高压蓋各自具有500或750ml的总容量。
[0091] 所述高压蓋装载有废水和足够的压缩空气W在氧化之后提供过量的残留氧(约 5%)。将经装载的高压蓋置于加热器/振摇器机构中,加热到所需的溫度(280°C至350°C), 并在该溫度下保持所需的时间,从约60分钟至约360分钟。
[0092] 在加热和反应期间,所述高压蓋的溫度和压力通过计算机控制数据采集系统进行 监控。紧接着氧化之后,将所述高压蓋从加热器/振摇器机构移除,并用自来水冷却至室 溫。在冷却后,测量所述高压蓋顶部空间中的废气的压力和体积。对废气的样品针对永久 性气体进行了分析。在所述废气的分析之后,将所述高压蓋减压并打开。从高压蓋中移除 经氧化的流出物,并放入储存容器中。所述流出物的一部分被提交用于分析,并将其余样品 用于氧化后处理。为了生成用于分析工作和氧化后测试工作的足够的体积,针对每个条件 运行多个高压蓋试验。 阳〇9引 实施例1 使用均质铜催化剂的湿式氧化方法 在280°C下进行工作台规模的湿式氧化试验,其中在此溫度下60分钟时间,W确定铜 催化剂在不同抑水平(pH=2. 2、8. 1、11. 5、12. 5和13. 5)下对乙酸的氧化的影响。数据列 于下面的表1中。
[0094]表 1
[0095] 所述铜催化剂在2. 2和13. 5的抑水平下表现出最高的溶解度。当经氧化的流 出物的抑为2. 2和13. 5时,分别获得约98%和88%乙酸破坏率。运也对应于COD破坏率 巧6. 5%,90%)和TOC破坏率巧6. 4%,88. 1%)的最高百分数。相比之下,当所述溶液的抑保 持在其中铜不可溶的抑范围(pH=8. 1、11. 5和12. 5)时,仅获得约17%至37%的乙酸破坏 率。当所述铜不可溶时,还观察到COD破坏率和TOC破坏率的较低百分数。数据表明铜溶 解度显著地提高了乙酸的氧化。
[0096] 实施例2 使用均质饥催化剂的湿式氧化方法 使用饥作为均质催化剂在两个不同的pH水平下在包含乙酸的水溶液上实施工作台规 模的湿式氧化试验。结果列于下表2中。
[0097]表2
[0098] 在氧化条件下,饥在大于约4.5的抑水平下是可溶的。结果表明,当溶液的抑为 2. 6并且所述饥大部分不可溶时,仅获得了 2%的TOC破坏率。低百分数的TOC破坏率还与 2. 66的抑水平相关。当溶液的抑升高至5. 3 (溶解所述饥),同时保持相同的催化剂用量、 溫度和在此溫度下的时间时,TOC的破坏率增加至17. 3%。通过将溶液的pH从2. 66提高到 5. 3,在总的有机碳的破坏率中存在约64%的增加。数据表明饥溶解度显著地增加了乙酸的 氧化。
[0099] 实施例3 使用均质铁催化剂的湿式氧化方法 在230°C下在两个不同的pH水平下在草酸溶液上实施150分钟的工作台规模湿式氧化 试验。数据列于下表3中。
[0100]表3
阳1〇U 在氧化条件下,铁在低于约4的抑水平下是可溶的。结果表明,当铁催化剂在其中 它是不可溶的高抑水平(pH=13. 6和13. 7)下使用时不存在氧化的增强。当溶液的抑为 在其中铁是可溶的(pH=2. 6和1. 7)范围内时,草酸的破坏率分别增加至约95%和约100%。 数据表明铁溶解度显著地增加了草酸的氧化。 阳102] 实施例4 使用均质铁催化剂的氯酪的湿式氧化 氯酪的铁催化的和非催化的氧化反应二者在150°C下进行90分钟在此溫度的时间。数 据被列于下表4中。 阳10引 表4
[0104] 运些试验表明通过将抑水平从2. 9降低至2. 3增加铁催化剂的溶解度导致TOC破 坏率从约7%增加至约57%。类似地,降低抑水平将COD破坏率从约7. 4%提高至约68. 1%。 数据表明即使是轻微的抑水平的调节也显著地提高了催化湿式氧化方法的效率。 阳105] 实施例5 氧化铜再循环测试 实施用W评估抑调节W回收铜催化剂的对比试验。实施两组试验。在第一组试验中, 在200°C下氧化非抑调节的环烧控碱渣(naphthenicspentcaustic),其中停留时间为 120分钟且加入5000mg/L作为氧化铜的铜。在200°C下对pH调节的的环烧控碱渣实施第 二组试验,其中停留时间为120分钟且加入500mg/L作为氧化铜的铜。 阳106] 在如下的相同的条件下运行每组试验。氧化环烧控碱渣的样品,W产生经氧化的 流出物。使用氨氧化钢将经氧化的流出物的抑调节至约8. 5并离屯、。移除上清液的一部 分并将包含氧化铜的剩余的流出物作为稀释水再循环返回并与新鲜的进料合并用于随后 的氧化。每次运行经历若干次重复,其中起始进料的氧化产生包含氧化铜的第一再循环流 出物,将其与新鲜的进料合并并氧化,产生包含氧化铜的第二再循环流出物。每次再循环物 与新鲜的进料合并用于氧化和形成在表5和表6所示的循环数的后续再循环。 阳107] 对于每次再循环重复而言,W两种不同的方法计算所述COD破坏率和TOC破坏率。 第一种方法是基于被放置在高压蓋中的进料混合物。由于来自先前的试验中的经氧化的流 出物被用于稀释所述原样接收的碱渣,因此使用新鲜的进料对经氧化的流出物的比率来计 算进料的COD。第二种方法是基于所述原样接收的进料并被列为"COD破坏率-整体"。由 于经氧化的流出物返回到WAO系统用于稀释,因此没有将会降低整体COD的额外的水加入 到该系统。
[0108] 对于非抑调节的和抑调节的再循环的结果分别列于表5和表6中。 阳109]表5
[0110] 如表5所示,将氧化的流出物的抑调节至约8. 5之后,在再循环1中通过用离屯、 沉降回收的22.9mg/L可溶的铜,然后将其与新鲜的进料合并用于进一步的氧化。在与新 鲜的进料合并之前,没有用酸或碱进一步调节包含可溶的铜的再循环流出物的pH。 阳111] 在每次再循环中回收的可溶的铜的量在再循环3中在每次迭代中增加至55. 5 mg/L。在=次再循环迭代之后,氧化/再循环系统开始达到稳态条件,其中高压蓋COD破坏 效率为51. 8%,运导致了 88. 1%的整体COD破坏效率。高压蓋TOC破坏效率随每次迭代从 8. 8%增加至38. 3%,其中再循环3的整体TOC破坏效率为81. 2%。运些结果表明,包含铜催 化剂的经氧化的流出物的抑调节可能
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