Mokrá oxidace - Wet oxidation

Mokrá oxidace je forma hydrotermálního ošetření. To je oxidace rozpuštěných nebo suspendovaných složek v voda použitím kyslík jako okysličovadlo. Označuje se jako „oxidace mokrého vzduchu“ (WAO), když vzduch se používá. Oxidační reakce probíhají v přehřátá voda při teplotě nad normální teplotou varu vody (100 ° C), ale pod kritickým bodem (374 ° C).

Systém musí být udržován pod tlakem, aby se zabránilo nadměrnému odpařování vody. To se provádí za účelem kontroly spotřeby energie v důsledku latentní výparné teplo. Dělá se to také proto, že pro většinu oxidačních reakcí je nezbytná kapalná voda. Sloučeniny oxidují za mokrých oxidačních podmínek, které by neoxidovaly za suchých podmínek při stejné teplotě a tlaku.

Mokrá oxidace se komerčně používá asi 60 let. Používá se převážně k čištění odpadních vod. To je často označováno jako Zimpro (od ZIMmerman PROcess), po Fredovi J. Zimmermannovi, který jej komercializoval v polovině 20. století.[1]

Popis systému

Komerční systémy obvykle používají a reaktor s bublinovou kolonou, kde vzduch probublává vertikálním sloupem, který je kapalný a plný horké a tlakové odpadní vody. Čerstvá odpadní voda vstupuje do spodní části kolony a oxidovaná odpadní voda vystupuje z horní části. Teplo uvolněné během oxidace se používá k udržení provozní teploty.

WAO je reakce v kapalné fázi s použitím rozpuštěného kyslíku ve vodě k oxidaci kontaminujících látek v odpadních vodách. Rozpuštěný kyslík se typicky dodává za použití stlačeného vzduchu, lze však také použít čistý kyslík. K oxidační reakci obvykle dochází při mírných teplotách 150 až 320 ° C a při tlacích od 10 do 220 bar. Tento proces přeměňuje organické kontaminanty na oxid uhličitý, vodu a biologicky odbouratelné organické kyseliny s krátkým řetězcem. Anorganické složky, jako jsou sulfidy a kyanidy, se převádějí na nereaktivní anorganické sloučeniny.

V reakci WAO se složité organické molekuly, včetně biologicky odolných sloučenin, rozkládají na jednodušší organické sloučeniny nebo na úplný mineralizovaný stav (CO2, NH3, Cl−, TAK4−2, PO4−3). V odpadních vodách WAO mohou být přítomny jednoduché organické sloučeniny, jako jsou nízkomolekulární karboxylové kyseliny a mineralizované reakční produkty. Z tohoto důvodu odpadní voda WAO obecně vyžaduje před vypuštěním následnou úpravu. WAO odpadní vody jsou obvykle snadno biologicky odbouratelné a vykazují vysoké hodnoty BOD:TRESKA poměry. Standardní metody zpracování, jako je biologické zpracování aktivovaným kalem, se obvykle používají s WAO pro úplné zpracování.[2]

Katalyzátor lze použít v systému WAO ke zlepšení léčby a dosažení vyšší destrukce CHSK. Byly použity heterogenní a homogenní katalyzátory. Heterogenní katalyzátory jsou založeny na drahých kovech uložených na stabilním substrátu. Homogenní katalyzátory jsou rozpuštěné přechodné kovy. Několik procesů, jako je Ciba-Geigy, LOPROX a ATHOS, využívá homogenní katalyzátor.[3][4] Směsné kovové katalyzátory, jako Ce / Mn, Co / Ce, Ag / Ce, byly také účinné při zlepšování zpracování dosaženého v systému WAO.[5]

Zvláštním typem procesu mokré oxidace byl takzvaný systém „VerTech process“. Systém tohoto typu pracoval v Apeldoorn, Holandsko mezi lety 1994 a 2004. Systém byl instalován v podzemní tlakové nádobě (nazývané také gravitační tlaková nádoba nebo GPV). Tlak byl dodáván přiváděním materiálu do reaktoru s hloubkou 1 200 metrů (3 900 ft). Hluboký šachtový reaktor sloužil také jako tepelný výměník, takže nebylo nutné žádné předehřívání. Provozní teplota byla asi 270 ° C s tlakem asi 100 barů (1 500 psi). Instalace byla nakonec ukončena kvůli provozním problémům.[6][7]

Komerční aplikace

Úprava použitým louhem

Většina komerčních systémů mokré oxidace se používá k čištění průmyslových odpadních vod, jako je např sulfid naložený strávený žíravý toky z výroby ethylenu a LPG, jakož i naftenické a kresylové použité žíraviny z rafinérských aplikací.

KlasifikaceTeplota

(Tlak)

Zpracování sloučenin
Nízký110 až 150 ° C

(2-10 bar)

Reaktivní sulfidy
Střední200-220 ° C

(20-45 bar)

Sulfidy, merkaptany
Vysoký240 až 260 ° C

(45-100 bar)

Kyseliny naftenové a kresylové, sulfidy, merkaptany

Typická klasifikace systémů zpracování WAO.[8]

Nízkoteplotní systémy WAO oxidují sulfidy na thiosíran a síran, ale v upraveném odpadu jsou přítomny vysoké koncentrace thiosíranu. Středoteplotní systémy plně oxidují sulfidy na síran a merkaptany se oxidují na sulfonové kyseliny. U sulfidické strávené žíraviny to vede k vysoké destrukci chemické spotřeby kyslíku (COD) (> 90%). Vysokoteplotní systémy se používají k oxidaci organických sloučenin, které jsou přítomny v naftenické a kresylové použité žíravině.

Čištění kalů z čistíren odpadních vod

Téměř tolik systémů se také používá k léčbě biologické pevné látky, v následujících situacích pasterizovat a snížit objem materiálu k likvidaci. K tepelné úpravě dochází při teplotách 210 - 240 ° C. 4% suchá pevná suspenze může být zpracována v systému WAO, kde je dezinfikována a upravený odpad může být odvodněn na 55% suchých pevných látek pomocí filtračního lisu.[4]

Další aplikace

Oxidace mokrého vzduchu se také používá k úpravě řady dalších průmyslových vod a odpadních vod, které zahrnují:

· Nebezpečný odpad[9]

· Inhibitory kinetického hydrátu (KHI) z vyrobené vody[10]

· Polyol ether / styren monomer (POSM) odpadní voda[11]

· Krystalizátor síranu amonného matečný likér[11]

· Farmaceutická odpadní voda[11]

· Kyanidová odpadní voda[11]

· Prášková regenerace aktivního uhlí[11]

Viz také

Reference

  • Zimmermann, F. Nakládání s odpady, US patent 2665249, 1950.
  • Mishra, V .; Mahajani, V .; Joshi, J. "Oxidace vlhkého vzduchu", Ind. Eng. Chem. Res. ", 34, 2-48, 1995.
  • Maugans C .; Ellis, C. „Wet Air Oxidation: A Review of Commercial Sub-Critical Hydrothermal Treatment“, dvacátá první výroční mezinárodní konference o technologiích spalování a tepelného zpracování, New Orleans, 13. – 17. Května 2002. WAO History Paper
  • Patria, L .; Maugans, C .; Ellis, C .; Belkhodja, M .; Cretenot, D .; Luck, F .; Copa, B. "Mokré procesy oxidace vzduchu", Pokročilé oxidační procesy pro úpravu vody a odpadních vod, S. Parsons Editor, str. 247–274. 2004, IWA Publishing.
  • Giudici, D .; Maugans, C. "Zlepšení průmyslové syntézy methylmethakrylátu aplikací procesu oxidace mokrým vzduchem (WAO)", Papír MMA WAO
  1. ^ "Historie Zimpro". Vyvolány February 2010. Zkontrolujte hodnoty data v: | accessdate = (Pomoc)| archiveurl = | archivedate = 2013-03-31
  2. ^ Kumfer, B .; Lehmann, D. Oxidace vlhkého vzduchu obtížně zpracovatelných proudů farmaceutického odpadu. Vodní praxe 2007, 2, 1-11.
  3. ^ Levec, J .; Albin, P. Katalytické procesy oxidace mokrým vzduchem: přehled. Katalýza dnes. 2007, 124, 172-184.
  4. ^ A b Luck, F. Mokrá oxidace vzduchu: minulost, přítomnost a budoucnost. Katalýza dnes 1999, 53, 81-91.
  5. ^ Silva, A .; Marques, R .; Quinta-Ferreira, R. Katalyzátor na bázi oxidu ceričitého pro mokrou oxidaci kyseliny akrylové při prevenci rizik pro životní prostředí. Aplikovaná katalýza 2004, 47, 269-279.
  6. ^ Bhargava, S.K .; Tardio, J .; Prasad, J .; Folger, K .; Akolekar, D.B .; Grocott, SC mokrá oxidace a katalytická mokrá oxidace. Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 1221-1258.
  7. ^ Kolaczkowski, S.T .; Plucinski, P .; Beltran, F.J .; Rivas, F.J .; McLurgh, D.B. Oxidace mokrého vzduchu: přehled technologických procesů a aspektů konstrukce reaktoru. Chemical Engineering Journal 1999 73, 143-160.
  8. ^ Kumfer, B .; Clark, M. „Oxidace použitého louhu v ropných rafinériích vlhkým vzduchem“, Mezinárodní konference o vodě (IWC), San Antonio, TX, 4. – 8. Listopadu 2012.
  9. ^ Heimbuch, J .; Wilhelmi, A. Oxidace mokrého vzduchu - způsob úpravy vodných toků nebezpečného odpadu. Journal of Hazardous Material. 1985, 12, 187-200.
  10. ^ Kumfer, B .; Clark, M .; Cook, S .; Garza, T .; Jackson, S. „Úprava vyrobené vody obsahující KHI oxidací mokrého vzduchu“, Mezinárodní konference o hydrátech plynů (ICGH), Peking, Čína, 28. července - 1. srpna 2014.
  11. ^ A b C d E Patria, L .; Maugans, C .; Ellis, C .; Belkhodja, M .; Cretenot, D. Luck, F., Copa, B; Procesy oxidace vlhkého vzduchu. v Pokročilé oxidační procesy pro úpravu vody a odpadních vod, Parsons, S .; IWA Publishing: London, 2004, 247-274.