过甲酸生产系统和方法与流程

过甲酸生产系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年3月9日提交的美国临时申请第62/987,186号的优先权，其通过引用的方式并入本文。
技术领域
3.本公开总体涉及过甲酸生产系统和用于生产过甲酸的方法，并且具体地涉及具有两个或更多个反应器单元的过甲酸生产系统，反应器单元被配置为在发生破坏性事件时和/或之后维持所需的过甲酸生产水平。


背景技术：

4.过甲酸通常用于对水或水溶液进行消毒。例如，过甲酸可用于处理排泄水、园艺用水或需要处理的任何水。过甲酸对于有害微生物(如真菌、病毒、细菌、酵母和藻类)来说是一种有效消毒剂，并降解为无害副产物，包括二氧化碳、氧气和水。
5.现有的过甲酸生产系统通常在反应器中结合酸和过氧化氢来生产过甲酸。在其中在盘管式反应器中生产过甲酸的生产系统中，在生产任何过甲酸之前，需要至少10分钟，通常为至少20分钟的快速启动时间。因此，计划内的停机时间(如用于维护)或由于例如反应器故障导致的计划外的停机时间可能会在停机时间的整个持续时间和/或切换至第二反应器所必需的快速启动时间期间中断过甲酸的生产。因此，无论是计划内还是计划外，此类情况都可能会导致一定时间段的零过甲酸生产或减少的过甲酸生产。其中多个冗余设备组合在一起的系统也可能会增加复杂性，并且通常需要多个前体源和多个产物出口。
6.过甲酸生产通常涉及将一种或多种酸(如甲酸)与过氧化氢以特定、恒定的比例混合以生产过甲酸。至少部分地由于其易于生产和无害副产物，过甲酸可以用于处理水和水溶液。然而，由于其不稳定性，过甲酸通常是在有需要时在现场生产。
7.过甲酸的高通量应用包含市政供水处理、工厂化养殖用水处理等。在一些情况下，需要连续且不间断的水处理，如在暴风雨期间及之后、在吸引大量人群的事件期间及之后或在其中整体流量改变或未改变的情况下水中微生物浓度升高的时间段内处理市政供水。在一些情况下，需要不同量的过甲酸，如大雨之后不久需要更大量的过甲酸，在水位降低后或干旱期间需要减少量的过甲酸，或者响应于废水中水分的自然波动而变化的量。增加负责生产过甲酸的设备的数量可能会满足高通量应用的需求，但是每个设备的单独故障率仍会导致存在一定时间段的零过甲酸生产的概率，更不必说添加额外设备的成本增加。
8.因此，具有在破坏性事件发生时维持所需的过甲酸生产水平的能力和/或具有在相对较短的时间段内动态改变过甲酸流量和/或浓度以对生产需求做出反应的能力的过甲酸生产系统将是有益的。
附图说明
9.详细描述参照附图进行阐述。使用相同的附图标记可以表示相似或相同的项目。
各种实施例可以利用除了附图中示出的元件和/或部件之外的元件和/或部件，并且在各个实施例中可以不存在一些元件和/或部件。附图中的元件和/或部件不一定按比例绘制。在整个公开中，取决于上下文，单数和复数术语可以互换使用。
10.图1是根据本公开的过甲酸生产系统的实施例的示意图。
11.图2是根据本公开的过甲酸生产系统的实施例的示意图。
12.图3是根据本公开的反应器单元的实施例的示意图。
13.图4是根据本公开的反应器单元的实施例的示意图。
具体实施方式
14.本文提供了过甲酸生产系统和生产过甲酸的方法，包含可有利地降低或消除反应器故障或停机时间对过甲酸生产的影响、提高系统的可靠性、提高系统对变化的生产需求做出反应的能力、降低其中结合多个生产构件的系统的复杂性或其组合的过甲酸生产系统和生产方法。本公开包括过甲酸生产系统的非限制性实施例。本文中详细描述这些实施例以使本领域普通技术人员能够实践所述过甲酸生产系统和生产过甲酸的方法，尽管应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行逻辑改变。
15.在整个本公开中，各个方面以范围格式呈现。应当理解的是，采用范围格式的描述仅为了方便和简洁起见，并且不应当解释为是对本公开的范围的硬性限制。因此，对范围的描述应被视为已经具体公开了所有可能的子范围以及所述范围内的单独数值。例如，对范围的描述，如1至6应被认为具有具体公开的子范围，如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。无论范围的宽度为多少，这都适用。
16.任何已知的制造过甲酸的方法都可以用于本文的系统和方法中。例如，过甲酸可以任选地在催化剂的存在下，通过混合70-80wt％的甲酸和30-50wt％的过氧化氢来生产。催化剂可以与甲酸结合以形成液体，该液体含有例如70-80wt％的甲酸和5-15wt％的催化剂，其余为水。合适的催化剂可包括硫酸、硝酸、氢氟酸、磷酸、其盐或其组合。在均衡的状态下，可以产生含有过甲酸、未反应的甲酸、未反应的过氧化氢和水的过甲酸混合物。基于过甲酸混合物的重量，过甲酸混合物中过甲酸的浓度可为，例如，10重量％至16重量％、12重量％至16重量％、7重量％至12重量％或其它浓度，这取决于所用的过氧化氢的浓度。
17.过甲酸生产系统已经被生产为具有多个反应器单元，反应器单元可由单独的可编程逻辑控制器控制，可编程逻辑控制器本身可由主可编程逻辑控制器控制。通过用控制系统接合不同的反应器单元，系统的实施例可以动态地对破坏性事件做出反应，例如，通过降低一个反应器单元负责的生产水平并且同时提高一个或多个其它反应器单元负责的水平，从而维持所需的过甲酸生产水平，而无需任何维修停机时间或将责任从一个设备转移到下一个所需的停机时间。
18.如本文所用，“破坏性事件”是指中断系统的稳定运行的情况。如本文所用，系统的“稳定运行”是指系统的平均负荷，即待处理水的平均流量、微生物的平均浓度和/或活性反应器和活性反应器盘管的平均数量。在一些情况下，由于暴雨或大量人群聚集导致的待处理水的增加的流量可能会因为需要增加的过甲酸流量而中断系统的稳定运行。在一些情况下，在待处理水的流量增加或不增加的情况下，微生物浓度的升高可能会因为需要增加的过甲酸流量或增加的过甲酸浓度或两者而中断系统的稳定运行。在一些情况下，任何单个
反应器单元的全部或部分的计划内或计划外停机时间可能会因为需要另一个反应器单元来提高过甲酸生产而中断系统的稳定运行。在系统中触发响应，即触发系统生产更多或更少过甲酸和/或更高或更低浓度的过甲酸的任何事件为“破坏性事件”。
19.系统的实施例包括反应器单元，每个反应器单元具有一个或多个盘管，盘管通过用于调整温度的构件保持在等温状态。前体可从一端进入盘管，并在它们穿过盘管时发生反应以在离开盘管的另一端之前产生过甲酸。系统的实施例允许选择(i)盘管体积、(ii)盘管长度、(iii)盘管直径、(iv)前体的流量或(v)其组合以确定前体在盘管中的停留时间，以及由此产生的过甲酸的浓度。
20.用于过甲酸生产的系统
21.本文公开了用于过甲酸生产的系统。在一些实施例中，用于生产过甲酸的系统包括两个或更多个反应器单元。反应器单元中的每个可与从属可编程逻辑控制器(splc)通信，使得两个或更多个splc中的每个与不同的反应器单元通信。系统可包括具有主可编程逻辑控制器(mplc)的控制面板，mplc与splc通信。在一些实施例中，系统包括与mplc通信的自动化单元。自动化单元可具有用户界面，用户通过该用户界面监控和/或控制系统。
22.在一些实施例中，mplc、splc中的至少一个和/或反应器单元中的至少一个被配置为在发生破坏性事件时和/或之后维持所需的过甲酸生产水平。
23.如本文所用，“反应器单元”是指在其中生产过甲酸的任何离散单元。反应器单元可以是反应器、包括反应器的设备等。反应器单元可以包括搅拌元件、加热元件、振摇元件等中的一者或多者。反应器单元可由任何合适的材料制成，如不锈钢。根据应用，反应器可具有任何合适的体积，并且其可具有任何合适的形状。
24.在一些实施例中，“反应器单元”包括布置在水浴中的一个或多个盘管。当被设置在允许或将允许全部或部分盘管在水浴的正常运行期间被淹没的位置处时，盘管“布置在水浴中”。水浴可实现对温度的控制，例如，反应物或产物在盘管中、离开盘管时等的温度。一个或多个盘管可具有至少部分地决定前体在盘管中的停留时间的体积。一个或多个盘管可具有至少部分地决定前体在盘管中的停留时间的长度。前体通过盘管的流量可至少部分地决定前体在盘管中的停留时间。因此，修改(i)盘管的体积(例如，通过将反应物流从第一盘管切换到不同体积的第二盘管，如本文所述)、(ii)盘管的长度(例如，通过将反应物流从第一盘管切换到不同长度的第二盘管，如本文所述)、(iii)盘管的直径(例如，通过将反应物流从第一盘管切换到不同直径的第二盘管，如本文所述)、(iv)前体通过盘管的流量、(v)系统的温度，如通过具有加热和/或冷却元件的水浴或(vi)其组合可至少部分地决定所生产的过甲酸的剂量。在一些实施例中，反应器单元具有两个盘管，该两个盘管具有不同的体积、不同的长度和/或不同的直径，使得一个单元能够根据应用的需求生产两种不同浓度的过甲酸。例如，第一盘管具有可被配置为在平均需求期间生产第一浓度的过甲酸的第一体积、第一长度和第一直径，而第二盘管具有可被配置为在高需求期间生产第二浓度的过甲酸的第二更大体积、第二更大长度和/或第二更大直径。第一盘管可被配置为使得前体具有例如30分钟的停留时间，这与待处理水的较低流量相关。第二盘管可被配置为使得前体具有例如10分钟的停留时间，这与待处理水的较高流量相关。在一些实施例中，反应器单元包括多个盘管，每个盘管具有大于、等于或小于任何其它盘管体积的盘管体积。在一些实施例中，反应器单元包括多个盘管，每个盘管具有大于、等于或小于任何其它盘管长度的盘管长
度。例如，反应器单元可具有三个盘管，该三个盘管具有不同的体积和/或不同的长度，使得一个单元能够根据应用的需求生产三种不同浓度或剂量的过甲酸。在一些实施例中，反应器单元具有四个盘管、五个盘管、六个盘管或六个以上盘管，这取决于应用的需求。在一些实施例中，反应器单元包括搅拌元件、加热元件、冷却元件或其组合。在一些实施例中，反应器单元包括水缓冲罐，以用于在水浴中循环水并用于在给定盘管中生产过甲酸之前、之间或之后冲洗盘管。
25.如本文所用，盘管的“体积”是指盘管的长度乘以盘管的横截面积。由于前体在盘管中的停留时间影响所生产的过甲酸的浓度，并且由于盘管的体积影响前体在盘管中的停留时间，改变盘管的体积或从具有第一体积的盘管改变为具有第二体积的盘管将导致产生不同浓度的过甲酸。由于盘管的体积与盘管的长度和直径两者相关，因此如本文中所描述的改变“体积”或改变为具有不同“体积”的盘管以试图改变所生产的过甲酸的浓度的任何实例与改变“长度”和改变为具有不同“长度”的盘管可互换。
26.如本文所用，“可编程逻辑控制器”是指能够向其它可编程逻辑控制器、传感器(如热电偶和致动器)等发送通信或从其接收通信的任何计算机化控制器。
27.如本文所用，“自动化单元”是指计算机或能够运行被设计为使用于生产过甲酸的系统自动化的程序指令的其它装置。可以使用任何合适的计算机或其它装置。
28.在一些实施例中，mplc被配置为从自动化单元接收引导系统生产所需水平的过甲酸的第一指令。mplc可进一步被配置为从splc接收两个或更多个反应器单元中的每个的状态。基于所需的过甲酸生产水平和反应器单元的状态，mplc可进一步被配置为向splc发送对应于所需水平的过甲酸的经修改部分的第二指令。splc可被配置为基于第二指令修改由至少一个反应器单元生产的过甲酸的量。以这种方式，来自反应器单元的组合的过甲酸生产可等于所需的过甲酸生产水平。
29.换句话说，一个反应器单元中的破坏性事件可能会导致由splc到mplc的通信的状态。mplc可被配置为后续生成第二指令给splc以修改反应器单元中过甲酸的生产，使得组合的过甲酸生产等于所需的过甲酸生产水平，即使在一个反应器单元中发生了破坏性事件。
30.如本文所用，“等于”所需的过甲酸生产水平是指在所需的过甲酸生产水平的
±
5％以内。
31.如本文所用，“所需水平的过甲酸”是指待由系统生产的过甲酸的量和/或浓度。量可以以生产速率，如以立方米每小时计，并且因此所需水平可指包括一定浓度的过甲酸的流体的流量。量可以以生产的总体积，如l或吨计。浓度可以以通过系统处理的流体中过甲酸的百万分数(ppm)计。所需水平进一步指系统的设定点，并且可由用户通过自动化单元上的用户界面来改变。响应于对消毒的增加或降低的需求，用户可调整所生产的过甲酸的量、过甲酸的生产速率、所生产的过甲酸的浓度或其组合。生产速率、所生产的过甲酸的浓度和量有时被称为过甲酸的“剂量”。
32.本文提供的系统可被配置为具有任意的生产能力。生产能力，例如，可取决于多种因素，如系统配置、反应器单元的数量、运行和备用反应器单元的数量、通过系统或反应器单元的流体的流量等。在一些实施例中，本文提供的系统具有约2m3/s至约12m3/s、约3m3/s至约11m3/s、约4m3/s至约11m3/s、约4m3/s至约10m3/s、约5m3/s至约9m3/s、约5m3/s至约8m3/
s、约5m3/s至约7m3/s、约5m3/s至约6m3/s或约5m3/s的日均流体流量。在一些实施例中，本文提供的系统生产在流经系统或反应器单元的流体中浓度为约1ppm至约10ppm、约1ppm至约8ppm、约1ppm至约7ppm、约1ppm至约6ppm、约2ppm至约6ppm或约3ppm至约6ppm的过甲酸。
33.在一些实施例中，系统包括被配置为向反应器单元中的每个供应过氧化氢的第一源，和被配置为向反应器单元中的每个供应一种或多种酸的第二源。以这种方式，无论反应器单元的数量是多少，可以存在用于向两个或更多个反应器单元供应过氧化氢的单个源和用于向两个或更多个反应器单元供应一种或多种酸的单个源。在一些实施例中，系统包括被配置为供应过氧化氢的多于一个的源，和/或被配置为供应一种或多种酸的多于一个的源。例如，每个反应器单元可与过氧化氢和/或一种或多种酸的不同源通信。
34.如本文所用，“源”是指前体进入系统的任何储器和/或输入部件。源可以指储器，如集装箱、缸、桶等。源可以指输入部件，如阀、管、通道、管道等。源可以指储器和输入部件，如具有引导前体进入系统的管道的缸。源可以指用于供应前体的设备，如具有辅助部件的罐，辅助部件包括控制阀、气候控件、热电偶、控制系统、安全系统等。
35.本文描述的一种或多种酸，如在本文描述的方法中被供应到反应器单元的一种或多种酸，可包括(i)至少一种前体酸或(ii)至少一种前体酸和至少一种催化剂。如本文所用，“前体酸”是指在过甲酸过程中是反应物的酸，如甲酸。如本文所用，“混合酸”是指一种或多种前体酸(如甲酸)和一种或多种催化剂(如硫酸)的混合物。其它合适的催化剂可包括硝酸、氢氟酸、磷酸、硫酸或其盐。
36.在一些实施例中，系统包括与splc通信的两个或更多个过氧化氢泵。过氧化氢泵中的每个可被配置为控制过氧化氢从第一源到反应器单元中的一个的流量。在一些实施例中，系统包括与splc通信的两个或更多个酸泵。酸泵中的每个可被配置为控制酸从第二源到反应器单元中的一个的流量。对于每个反应器单元可存在一个过氧化氢泵和一个酸泵，或者对于每个反应器单元可存在多于一个过氧化氢泵和多于一个酸泵。
37.在一些实施例中，splc中的每个被配置为基于来自mplc的第二指令向过氧化氢泵和酸泵发送第三指令。第三指令可包含待由过氧化氢泵和酸泵实现的经修改流量。换句话说，splc可被配置为通过基于反应器单元的状态和所需的过甲酸生产水平修改过氧化氢和酸到反应器单元的流量来修改一个或多个反应器单元中的过甲酸生产。
38.在一些实施例中，控制面板包括与mplc和自动化单元通信的通信耦合器。在一些实施例中，通信耦合器采用通信协议。在一些实施例中，通信耦合器采用dp通信协议。在一些实施例中，通信耦合器采用tcp通信协议。通信耦合器可将数据从自动化单元传输到与例如所需的过甲酸生产水平相关的mplc，并且通信耦合器可将数据从mplc传输到与例如反应器单元的状态相关的自动化单元。
39.在一些实施例中，控制面板包括与mplc通信的调制解调器。调制解调器可促进将系统连接至互联网，并可通过虚拟私有网络(vpn)将系统连接至互联网。在一些实施例中，系统包括与调制解调器通信的基于云的软件平台。基于云的软件平台可被配置为促进反应器单元的质量控制和/或维护。换句话说，当反应器单元经历破坏性事件时，splc可将反应器单元的状态传输到mplc，并且mplc可通过调制解调器将反应器单元状态传输到基于云的软件平台，从而可由例如系统制造商、故障排除承包商等提供支持。
40.在一些实施例中，系统具有至少一个备用反应器单元，其被配置为在发生破坏性
事件之前生产零或标称量的过甲酸。换句话说，系统可具有被配置为仅在一个或多个其它反应器单元发生破坏性事件的情况下生产过甲酸的备用反应器单元。例如，在发生破坏性事件之前，具有三个反应器单元的系统可具有两个各生产50％的所需水平的过甲酸的反应器单元和一个生产0％的所需水平的过甲酸的反应器单元。
41.如本文所用，“备用”反应器单元是在发生破坏性事件之前生产零或标称量的过甲酸的反应器单元。如前所述，当反应器单元包括盘管时，在反应器单元能够生产过甲酸之前，需要快速启动时间(其包括前体通过盘管的至少一部分所需的时间)。因此，在一些实施例中，“备用”反应器可生产零过甲酸，并且在不需要立即切换到备用反应器的计划内破坏性事件的情况下使用。在其它实施例中，“备用”反应器可生产标称量的过甲酸，从而消除对快速启动时间的需求，并且该备用反应器在需要立即切换备用反应器的计划外破坏性事件的情况下使用。如本文所用，“标称量”的过甲酸是等于或小于特定反应器的最大过甲酸生产能力的10％的量，并且“非标称量”的过甲酸是大于特定反应器的过甲酸生产能力的10％的量。生产能力可以是本文描述的那些中的任一种(例如，所生产的过甲酸的浓度、每单位时间生产的过甲酸的量等)。
42.在其它实施例中，反应器单元中的每个被配置为在发生破坏性事件之前生产所需水平的过甲酸的一部分。换句话说，每个反应器单元可被配置为对过甲酸的整体生产做出贡献。例如，在发生破坏性事件之前，具有三个反应器单元的系统可具有一个负责50％的所需水平的过甲酸的反应器，和两个各负责25％的所需水平的过甲酸的反应器。
43.在一些实施例中，系统包括一个或多个不间断电源(ups)，其与(i)控制面板、(ii)两个或更多个反应器单元、(iii)两个或更多个splc或(iv)其组合通信以确保持续的电力供应。在一些实施例中，与控制面板通信的plc也将通过反应器单元和/或splc与控制面板的连接而向它们供应电力。
44.在一些实施例中，系统包括被配置为接受包含过甲酸的产物的产物出口。例如，可存在被配置为接受由所有反应器单元生产的过甲酸的单个产物出口，这可以降低系统和反应器单元的复杂性和互换性。作为另一实例，系统可包括两个或更多个产物出口。
45.在一些实施例中，系统被配置为在发生破坏性事件时维持所需的过甲酸生产水平。“破坏性事件”可包括需要系统如本文所述工作以维持所需的过甲酸生产水平的任何计划内或计划外事件。例如，破坏性事件可包括两个或更多个反应器单元中的至少一个的故障。在其它实施例中，破坏性事件包括反应器单元的计划维护、反应器单元的更换、辅助部件的维护等。
46.图1是包括反应器单元102的用于生产过甲酸的系统100的实施例的示意图。每个反应器单元102与从属可编程逻辑控制器(splc)104相关联。系统100包括控制面板106，该控制面板包括主可编程逻辑控制器(mplc)108。mplc 108与splc 104和具有用户界面112的自动化单元110通信。mplc 108与自动化单元110通过通信耦合器114进行通信。调制解调器116与mplc 108通信并将信息传输到基于云的软件平台118。第一源120向每个反应器单元102中的盘管132供应过氧化氢，并且第二源122向每个反应器单元102中的盘管132供应酸。过氧化氢的流量由过氧化氢泵124控制，并且酸的流量由酸泵126控制。系统100包括与控制面板106通信的不间断电源(ups)128。系统100包括被配置为从反应器单元102中的每个接受包含过甲酸的产物的产物出口130。
47.在一些情况下，存在两个反应器单元。在其它情况下，存在三个反应器单元。在其它情况下，可存在四个、五个、六个或多于六个反应器单元。根据系统的需求和因素，如反应器单元故障率、反应器单元大小、所需通量、反应器单元的可接受限制、所需备用单元的数量等，在系统中可以使用任何合适数量的反应器单元。
48.在一些情况下，每个反应器单元与不同的splc通信。在其它情况下，两个或更多个splc是单一装置中的子部件，每个splc与反应器单元通信。例如，每个splc可以是与反应器单元通信的离散计算机，或者可存在具有多个离散服务器处理器的服务器组，其中服务器处理器作为各自与反应器单元通信的splc运行。决定描述两个或更多个不同splc仅出于简洁的目的，并且可使用splc的任何合适的配置。在一些情况下，每个splc被定位为靠近其所控制的反应器单元。在其它情况下，每个splc被定位为远离其所控制的反应器单元。
49.在一些情况下，mplc、调制解调器和通信耦合器可以是与控制面板相关联的不同部件，或者它们可以是单个单元(如计算机)中的部件。自动化单元可与控制面板分离，或者其可以与控制面板、mplc、调制解调器和通信耦合器接合以形成单一装置。任何部件都可以接合在一起，因此可存在例如计算机形式的一个、两个、三个或多于三个部件，其被配置为如本文所述彼此通信。
50.在一些情况下，基于云的软件平台被定位为远离系统，使得其与系统通过例如互联网进行通信。在其它情况下，软件平台既以例如本地安装的软件程序的形式位于系统本地，又以例如远程软件的形式位于系统的远程，使得本地安装的软件程序和远程软件彼此通信。基于云的软件程序可使用任何合适的配置，使得可在发生破坏性事件时和/或之后提供维护和支持。
51.在一些情况下，过氧化氢泵可被定位为靠近第一源并远离反应器单元。在其它情况下，每个过氧化氢泵可被定位为靠近其所供应的反应器单元。类似地，酸泵可被定位为靠近第二源并远离反应器单元，或每个酸泵可被定位为靠近其所供应的反应器单元。
52.图2是用于生产过甲酸的系统200的替代实施例的示意图，其示出三个反应器单元102和相应的splc 104、过氧化氢泵124、酸泵126和盘管132。因此，应当理解，本文描述的系统可通过添加必要部件而按比例增加到任何数量的反应器单元，同时保留单个第一源120、单个第二源122、单个产物出口130、单个自动化单元110以及具有mplc108、调制解调器116和耦合器114的单个控制面板106。
53.图3是具有盘管132和水浴302的反应器单元102的实施例的示意图。第一缓冲罐304被配置为储存由第一源(未示出)供应的过氧化氢306，并且第二缓冲罐308被配置为储存由第二源(未示出)供应的酸310。加热元件312被配置为在水浴302中维持所需温度，搅拌元件314被配置为在水浴302中循环水，并且冷却元件316被配置为冷却水浴。水缓冲罐318被配置为储存由水源(未示出)供应的水320，并将水供应至水浴302。缓冲罐318中的水320进一步被配置为在过甲酸生产之前或之后、或在过甲酸生产循环之间冲洗盘管132。缓冲罐318中的水320可通过泵、通过重力或通过用于供应水320的其它合适装置而供应到水浴302和/或盘管132。
54.图4是具有第一盘管402(具有第一长度)和第二盘管404(具有第二长度)的反应器单元102的实施例的示意图。第一长度和第二长度不同，使得第一盘管的体积和第二盘管的体积不同，并且前体在每个盘管中的停留时间也类似地不同。第一盘管402和第二盘管404
也可以具有不同的直径。以这种方式，可由单个反应器单元102生产与两种不同的过甲酸剂量相关的两种不同流量的过甲酸。盘管阀406被配置为控制盘管402、404中的哪一个用于过甲酸生产。在一些情况下，盘管阀将前体流从一个盘管重新引导到另一个盘管，同时在停止前体向另一个盘管流动的情况下向一个盘管提供前体。在一些情况下，阀启动或停止前体向特定盘管的流动，使得每种前体和每个盘管都存在一个阀。可使用盘管阀或多个盘管阀的任何合适的配置来将前体流从一个盘管切换到另一个盘管。
55.在一些情况下，过甲酸在特定盘管中可能需要10-30分钟的停留时间。在其中待处理水的流量增加的情况下，过甲酸生产也相应地增加。在没有如本文所述的多个盘管和控制系统的系统中，响应于增加的待处理水的流量，过甲酸的浓度可能不足以处理水。在本文所述的系统和方法中，可以采用具有增加的体积、增加的长度和/或增加的直径的盘管来增加前体的停留时间，并且因此产生增加的浓度的过甲酸，同时保持处理增加的待处理水的流量所需的增加的流量。
56.在一些实施例中，泵(未示出)可被定位在每个反应器的出口中，如以进一步修改由每个反应器和/或有整个系统生产的过甲酸的剂量。
57.在一些实施例中，图3中描绘的反应器单元可用于图1和图2中描绘的系统的实施例中。在一些实施例中，图4中描绘的反应器单元可用于图1和图2中描绘的系统的实施例中。在一些实施例中，图1和图2中描绘的系统的实施例包括类似于图3和图4中描绘的那些的反应器单元。因此，图1和图2中的系统的实施例中描绘的反应器单元可各自包括多个盘管，使得双反应器系统总共可具有四个、五个、六个或多于六个盘管。因此，图1和图2中的系统的实施例中描绘的反应器单元可包括用于前体的缓冲罐、用于水浴的缓冲罐、加热元件、搅拌元件、一个或多个盘管和/或用于选择盘管的阀。
58.在一些情况下，前体在被设置为比盘管的第二端更靠近水浴的底部的一端处进入盘管，并且在向上通过盘管以到达更靠近水浴的顶部的第二端时，前体反应以产生过甲酸。在其它情况下，流的方向是相反的，其中前体向下移动。在一些情况下，盘管沿平行于底面的纵轴卷曲，使得前体从“左侧”进入，并且过甲酸从“右侧”离开，反之亦然。可以使用任何合适的盘管取向。在一些情况下，当沿其纵轴的任一点观察时，盘管具有圆形横截面。在其它情况下，当沿其纵轴的任一点观察时，盘管具有多边形横截面。盘管可包括任何“管”或类似的导管，“管”或类似的导管具有(i)入口和出口和(ii)允许在水浴中至少部分淹没的任何形状，如本文所述，包括以一个或多个螺旋(例如，弹簧形状、“回形针”形状)、曲线、基本上细长的部分、任何其它特征或其组合为特征的形状。在一些情况下，盘管的形状受到水浴的大小和尺寸的限制，例如，使得“盘管”可以是具有适于过甲酸生产的体积的基本上直的管，只要是水浴具有与盘管的大小和形状相对应的大小和尺寸。
59.在一些情况下，包括两个或更多个盘管的反应器单元具有一个公共水浴，并且每个盘管布置在水浴中。在其它情况下，盘管中的每个被布置在不同的水浴中，其中每个水浴由单独的搅拌元件搅拌、由单独的加热元件加热和/或由单独的冷却元件冷却。
60.在一些情况下，包括两个或更多个盘管的反应器单元具有不同体积、不同长度和/或不同直径的盘管，如前所述。在其它情况下，盘管具有相同的体积、相同的长度和相同的直径。在一些情况下，反应器单元包括一个、两个、三个、四个或多于四个盘管。反应器单元可包括多个盘管，其各自具有不同的体积、不同的长度和/或不同的直径，当被供应特定的
前体流量时，其适于生产特定剂量的过甲酸，从而导致可产生过甲酸的相应数量的不同剂量。反应器单元可包括多个盘管，其中两个或更多个盘管具有相同的体积、相同的长度和相同的直径。
61.在一些实施例中，包括两个反应器单元的系统可以两个反应器单元各负责50％的所需水平的过甲酸来运行。在其它实施例中，一个反应器单元可以初始地负责较大部分的所需水平的过甲酸，而另一个反应器单元可初始地负责较小部分的所需水平的过甲酸。在具有三个或更多个反应器单元的一些实施例中，每个反应器单元可负责相等部分的所需水平的过甲酸。在其它实施例中，每个反应器单元可负责不同部分的所需水平的过甲酸。可以使用生产所需水平的过甲酸的任何合适的责任划分。
62.在一些实施例中，一个或多个反应器单元可初始地负责零过甲酸生产。换句话说，一个或多个反应器单元可以是仅在发生破坏性事件时负责生产过甲酸的备用反应器。
63.在一些实施例中，经历破坏性事件的反应器单元可具有大于零但小于所需水平的初始部分的经修改部分的所需的过甲酸生产水平。换句话说，经历破坏性事件的反应器单元可仅降低过甲酸生产的水平而不完全停止生产。在其它实施例中，经历破坏性事件的反应器单元可将生产降为零，而剩余的反应器单元按比例增加生产以确保生产所需水平的过甲酸。
64.虽然图1和图2中的反应器单元被描绘为具有相同的大小，但反应器单元的大小可以或可以不相同。在一些实施例中，使用两个或更多个相同的反应器单元。在其它实施例中，反应器单元具有不同的大小、不同的构造材料、不同的辅助部件，如搅拌器、盖子、振摇器等。任何合适的反应器单元可与其它合适的反应器单元一起使用。附图中特定反应器单元的描述排除本文设想的其它可能的组合仅出于简洁的目的。
65.用于生产过甲酸的方法
66.本文还公开了生产过甲酸的方法。在一个方面，方法包括提供如本文所描述的任何一种系统。在另一方面，方法包括提供两个或更多个反应器单元。在一些实施例中，该方法包括从具有用户界面的自动化单元向主可编程逻辑控制器(mplc)发送第一指令。该方法可包括从两个或更多个从属可编程逻辑控制器(splc)向mplc发送两个或更多个反应器单元的状态。该方法可包括从mplc向splc发送第二指令，该第二指令对应于待由反应器单元生产的所需水平的过甲酸的经修改部分。该方法可包括基于第二指令修改由反应器单元生产的过甲酸的量。在一些实施例中，mplc、splc和/或反应器单元在发生破坏性事件时和/或之后维持所需的过甲酸生产水平。
67.在一些实施例中，该方法包括从第一源向反应器单元中的每个供应过氧化氢。该方法可包括从第二源向反应器单元中的每个供应酸。在一些实施例中，该方法包括使用两个或更多个过氧化氢泵控制过氧化氢从第一源到反应器单元的流量。在一些实施例中，该方法包括使用两个或更多个酸泵控制酸从第二源到反应器单元的流量。
68.在一些实施例中，修改由反应器单元生产的过甲酸的量包括响应于来自mplc的第二指令，从splc向过氧化氢泵和酸泵发送第三指令，其中第三指令包含经修改流量。
69.在一些实施例中，反应器单元包括布置在一个或多个水浴中的一个或多个盘管。在一些实施例中，修改由反应器单元生产的过甲酸的量包括向盘管阀发送信号，以从具有第一体积、第一长度和第一直径的第一盘管转换到具有第二体积、第二长度和/或第二直径
的第二盘管，如本文所述。第一长度可以不同于第二长度，并且盘管的长度可至少部分地决定前体在盘管中的停留时间，而前体在盘管中的停留时间进而可至少部分地决定所生产的过甲酸的浓度。第一体积可以不同于第二体积，并且盘管的体积可至少部分地决定前体在盘管中的停留时间，而前体在盘管中的停留时间进而可至少部分地决定所生产的过甲酸的浓度。
70.在一些实施例中，该方法包括从自动化单元通过通信耦合器向mplc发送第一指令。在一些实施例中，通信耦合器采用通信协议。在一些实施例中，通信耦合器采用dp通信协议。在一些实施例中，通信耦合器采用tcp通信协议。通信耦合器可将数据从自动化单元传输到与例如所需的过甲酸生产水平相关的mplc，并且通信耦合器可将数据从mplc传输到与例如反应器单元的状态相关的自动化单元。
71.在一些实施例中，该方法包括通过调制解调器向基于云的软件平台发送反应器单元的状态。基于云的软件平台可在服务需要的情况下促进反应器单元的质量控制和/或维护。
72.在一些实施例中，修改由反应器单元生产的过甲酸的量包括将备用反应器中的过甲酸生产从零或标称量增加到所需水平的过甲酸的经修改部分。在其它实施例中，修改由反应器单元生产的过甲酸的量包括将反应器单元中过甲酸的生产从初始部分修改为所需水平的过甲酸的经修改部分。
73.在一些实施例中，该方法包括在电源故障的情况下，从一个或多个不间断电源(ups)向控制面板、反应器单元和/或splc供应电力。
74.在一些实施例中，该方法包括在产物出口处接受来自反应器单元中的每个的包含过甲酸的产物。
75.在另一方面，方法包括提供包含水浴和布置在水浴中的两个或更多个盘管的至少一个反应器单元。在一些实施例中，该方法包含从自动化单元向主可编程逻辑控制器(mplc)发送第一指令。该方法可包含从至少一个从属可编程逻辑控制器(splc)向mplc发送至少一个反应器单元的状态。该方法可包含从mplc向至少一个splc中的每个发送第二指令，该第二指令对应于两个或更多个盘管中的每个中的所需的过甲酸生产水平。
76.在一些实施例中，第二指令响应于破坏性事件而生成，所述破坏性事件包括(i)增加过甲酸流量的需求，(ii)增加过甲酸浓度的需求，(iii)降低过甲酸流量的需求，(iv)降低过甲酸浓度的需求或(v)其组合。
77.在一些实施例中，该方法包括从第一源向至少一个反应器单元供应过氧化氢。该方法可包括从第二源向至少一个反应器单元供应酸。在一些实施例中，该方法包括使用一个或多个酸泵控制过氧化氢从第一源到至少一个反应器单元的流量。在一些实施例中，该方法包括使用一个或多个酸泵控制酸从第二源到至少一个反应器单元的流量。
78.在一些实施例中，修改由至少一个反应器单元生产的过甲酸的量包含响应于来自mplc的第二指令，从至少一个splc向至少一个过氧化氢泵和至少一个酸泵发送第三指令，其中第三指令包含经修改流量。
79.在一些实施例中，修改由至少一个反应器单元生产的过甲酸的量包含向盘管阀发送信号，以从具有第一体积的第一盘管切换到具有第二体积的第二盘管，如本文所述。在一
些实施例中，修改由至少一个反应器单元生产的过甲酸的量包含向盘管阀发送信号，以从具有第一长度的第一盘管切换到具有第二长度的第二盘管，如本文所述。第一长度可以不同于第二长度，并且盘管的长度可至少部分地决定前体在盘管中的停留时间，而前体在盘管中的停留时间进而可至少部分地决定所生产的过甲酸的浓度。第一体积可以不同于第二体积，并且盘管的体积可至少部分地决定前体在盘管中的停留时间，而前体在盘管中的停留时间进而可至少部分地决定所生产的过甲酸的浓度。
80.实例
81.产生了一种用于生产过甲酸的系统的实施例。本实例的系统具有四个反应器单元。该系统由两个容纳有过氧化氢(50wt％，于水中)的28m3储罐和两个容纳有甲酸和硫酸的混合物的28m3储罐供应。两个反应器单元用于生产过甲酸，同时两个反应器单元初始地保持备用。过氧化氢泵和酸泵以200l/h的速率供应前体。
82.本实例的系统根据以下参数运行：
[0083][0084]
这一系统能够容忍两个破坏性事件，即两个反应器单元可(i)离线或(ii)故障，而不影响性能。第三反应器单元的第三破坏性事件将导致最大能力下的一个单元能够在最大流量38,023m3/h下生产1.65ppm的过甲酸或在平均流量19,309m3/h下生产3.25ppm的过甲酸。
[0085]
因此，通过同时控制前体的流量、反应器单元中盘管的体积、反应器单元中盘管的长度或前体流量、盘管体积和盘管长度的组合，可控制所生产的过甲酸的浓度或剂量。在其中需要较低浓度的过甲酸的情况下，需求可由较小体积的盘管、较小长度的盘管和/或增加的前体流量来满足。类似地，在其中需要较高浓度的过甲酸的情况下，需求可由较大体积的盘管、较大长度的盘管和/或较低的前体流量来满足。由于修改前体流量、盘管长度和盘管直径的能力，可实现大范围过甲酸浓度，从而显著提高了过甲酸生产系统的灵活性，而无需高代价的停机时间和次级单元的快速启动时间。
[0086]
在本实例中，储罐被容置在尺寸为2.6m
×
2.4m
×
12.2m的船运集装箱中。船运集装箱是气候受控的，并且包括调制解调器，用于与基于云的软件平台连接以监控和支持服务。每个储罐包括一个围堰(bund)，用于在罐故障的情况下对整个罐体积进行二次密封。由于罐储存在船运集装箱中，由此类罐故障产生的烟气也被包含在内。每个集装箱包含用于测量前体体积和温度的仪器，并带有警报以提醒低水平和低/高温。每个酸源包含甲酸蒸气检测。
[0087]
已经提供了用于生产过甲酸的系统和相关方法。这些系统包括由两个或更多个从属可编程逻辑控制器控制的两个或更多个反应器单元，和具有主可编程逻辑控制器控制的控制面板。在一些实施例中，系统被配置为在发生破坏性事件时和/或之后修改两个或更多个反应器单元中的至少一个中的过甲酸生产水平。
[0088]
虽然本公开已经参考多个实施例进行了描述，但本领域技术人员将理解本公开并不限于此类公开的实施例。相反，可以对本公开进行修改以并入本文未描述但与本公开的
精神和范围相称的任何数量的变化、更改、取代或等效布置。本文所用的条件性语言，如“可以(can、could、might或may)”等，除非另有明确说明，或在所使用的上下文中以其它方式理解，通常旨在传达某些实施例可能包括，而它他实施例可能不包括某些特征、元件和/或功能性能力。另外，虽然已经描述了本公开的各个实施例，但需理解本公开的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，本公开不应被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围的限制。