BR112020023137A2

BR112020023137A2 - Separação de oxidação de ozônio em meios líquidos em três operações em unidade para otimização de processo

Info

Publication number: BR112020023137A2
Application number: BR112020023137-1A
Authority: BR
Inventors: Jan Mante; Joerg Schwerdt; Vasuhi Rasanayagam; Rovshan MAHMUDOV; Siavash ISAZADEH
Original assignee: L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2021-04-06
Also published as: CA3098308C; EP3774670A4; US11434153B2; AU2019242446C1; WO2019190979A1; US20190300403A1; EP3774670A1; CA3098308A1; RU2770582C1; AU2019242446B2; AU2019242446A1; CN112119042A

Abstract

separação de oxidação de ozônio em menos liquidos em três operações em unidade para otimização de processo. trata-se de sistemas desacoplados e métodos para produzir um líquido oxidado. o método compreende as etapas de gerar uma água com alto teor de ozônio em uma unidade de transferência de massa, misturar a água com alto teor de ozônio com um líquido de processo em uma unidade de mistura para formar uma mistura homogênea e livre de gás da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo, encaminhar a mistura homogênea e livre de gás a uma unidade de reação e produzir o líquido oxidado na unidade de reação. o método utiliza o líquido de alimentação ácido para gerar ozônio dissolvido em água que tem uma concentração mais alta a uma concentração saturada ou quase saturada em comparação a processos da técnica anterior sob pressão atmosférica e ph neutro ou alcalino.

Description

“SEPARAÇÃO DE OXIDAÇÃO DE OZÔNIO EM MEIOS LÍQUIDOS EM TRÊS OPERAÇÕES EM UNIDADE PARA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSO” Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[0001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Número de Série U.S. 15/938.786, depositado em 28 de março de 2018, que é incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade para qualquer fim.

Campo da Invenção

[0002] A presente invenção refere-se a métodos e a aparelhos para separação de oxidação de ozônio (O3) em meios líquidos em três operações em unidade para otimização de processo, em particular, para separação de oxidação de ozônio em água em três operações em unidade para produzir um líquido oxidado com o uso de ozônio dissolvido na água ("água com alto teor de ozônio"). A água com ozônio dissolvido é água com ozônio dissolvido altamente concentrada livre de gás pressurizado ou quase saturado (por exemplo, dentro de 10% de concentração de saturação, tal como 5% ou 1% ou 0,1%) que é supersaturado, caso esteja sob pressão atmosférica.

Antecedentes

[0003] A oxidação líquida é usada para oxidar um composto em solução. Em um típico processo de oxidação líquida, um gás que contém oxigênio é incorporado em líquido ou meio líquido contaminado para destruir contaminantes químicos no lugar. O gás pode ser usado para remediar uma variedade de compostos orgânicos e inorgânicos, incluindo alguns que são resistentes à degradação natural. Um dentre os oxidantes comuns usados nesse processo é o ozônio (Oz).

[0004] O tratamento de oxidação à base de ozônio é comum no mundo industrial. O ozônio é usado para oxidações de diversos compostos químicos em industriais farmacêuticas. Ele pode ser usado também para substâncias alvejantes e para exterminar micro-organismos em fontes de ar e de água. A maioria das reações de ozônio acontece em meio líquido. Sendo o ozônio um gás, é necessário que seja dissolvido em água ou meio líquido (chamado de transferência de massa) e, em seguida, o ozônio dissolvido (dO3) em água ou meio líquido é usado como um oxidante para reagir com compostos para oxidação. Na indústria, a água ou o meio líquido com ozônio dissolvido podem ser usados, porém sem limitação, nas seguintes áreas: . remoção de micropoluentes e oxidação de componentes orgânicos de difícil degradação em água terciária; . ataque químicos de contaminantes em água (ferro, arsênio, sulfeto de hidrogênio, nitretos, orgânicos complexos e descolonização); . desinfecção da água no lugar de cloro, tal como água potável, líquido de processo etc.; . fornecimento de um auxílio à floculação (aglomeração de moléculas, o que auxilia na filtração, em que o ferro e o arsênio são removidos); e. fabricação de compostos químicos por meio de síntese química; . lavagem de frutos e vegetais frescos para exterminar leveduras, lodo e bactérias; e .º alvejar celulose e papel.

[0005] Atualmente, os processos de dissolução de ozônio, mistura e reação para tratamento de água residual à base de ozônio ocorrem em um único reator, por exemplo, em uma base grande de concreto em usinas de tratamento de água residual (WWTP's). A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de reator de ozônio comum projetado para ter todos os processos de dissolução (transferência de massa), mistura e reação em um único reator 100. Nesses sistemas, o gás ozônio é normalmente injetado por meio de difusores de bolha ou sistemas de injetor de bomba no reator de ozônio. Observa-se no presente documento que, no único reator 100, um processo de mistura pode ou não ocorrer devido ao fato de que o ozônio dissolvido reagirá imediatamente com os reagentes no reator. Exemplos de tais reatores são plantas piloto fabricadas por Wedeco: WWTP Regensdorf & WWTP Lausanne na Suíça e WWTP Emscher Verbund e WWTP Duisburg na Alemanha. Tal sistema tem normalmente um volume grande (por exemplo, 333 m?) de reator, visto que tempos de retenção hidráulicos entre min e 40 min são comuns. Dependendo das diferentes aplicações de oxidação, dosagens comuns de ozônio estão em uma faixa de 2 g e 200 g de ozônio por m? de líquido de processo tratado. Além disso, os reatores únicos mencionados acima operam tipicamente sob pressão atmosférica, cerca de 1 bar, o ozônio não dissolvido e oxigênio em um fluxo de gás de exaustão do único reator não pode ser recuperado sem pressurização adicional, o que resulta em um resíduo de ozônio e/ou oxigênio assim como a energia consumida para gerar o ozônio nos sistemas.

[0006] De modo geral, sabe-se que a taxa de dissolução de ozônio em água (também denominada de taxa de transferência de massa gás-para-líquido) é a etapa de limitação de taxa em comparação à taxa de reação de ozônio dissolvida com constituintes oxidáveis em um líquido de processo. Em muitos processos industriais (por exemplo, uso de ozônio para tratamento avançado ou terciário de água residual), a dissolução de ozônio em água ou transferência de massa de ozônio é a etapa de limitação de tempo em todo o processo. Além disso, em muitos casos, devido ao fato de que tanto a dissolução quanto a reação ocorrem no mesmo reator, esses reatores não são otimizados para a dissolução ou para o processo de reação. Desse modo, a desvinculação da dissolução, mistura e reação do equipamento de injeção de ozônio/aplicação de ozônio causa flexibilidade de processo e possibilita a operação de um gerador de ozônio sob condições tecnicamente otimizadas e mais econômicas e/ou possibilita a reciclagem mais eficiente do gás ozônio Sumário

[0007] É revelado um método para produzir um líquido oxidado, sendo que o método compreende as etapas de gerar uma água com alto teor de ozônio em uma unidade de transferência de massa, misturar a água com alto teor de ozônio com um líquido de processo em uma unidade de mistura para formar uma mistura homogênea e livre de gás da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo, encaminhar a mistura homogênea e livre de gás a uma unidade de reação e produzir o líquido oxidado na unidade de reação.

[0008] É revelado, também, que o método compreende adicionalmente a etapa de injetar gás CO2 ou um ácido em um líquido de alimentação pressurizado, configurado e adaptado para formar um líquido de alimentação ácido e alimentar com o líquido pressurizado de alimentação de ácido a unidade de transferência de massa configurada e adaptada para formar a corpo de líquido ácido pressurizado para gerar a água com alto teor de ozônio na mesma.

[0009] É revelado, também, que o método compreende adicionalmente utilizar o líquido de alimentação ácido para gerar ozônio dissolvido em água que tem uma concentração mais alta a uma concentração saturada ou quase saturada em comparação a processos da técnica anterior sob pressão atmosférica e pH neutro ou alcalino.

[0010] É revelado, também, que o método compreende adicionalmente reciclar gás ozônio de um fluxo de gás de exaustão pressurizado da unidade de transferência de massa para uso como alimentação de ozônio para a unidade de transferência de massa; e/ou reciclar gás oxigênio do fluxo de gás de exaustão pressurizado da unidade de transferência de massa para uso como alimentação de oxigênio para o sistema de tratamento de água residual secundário existente.

[0011] É revelado, também, que um valor de pH da água com alto teor de ozônio está em uma faixa de 3 a 7.

[0012] É revelado, também, que um valor de pH da água com alto teor de ozônio está em uma faixa de 4 a 6.

[0013] É revelado, também, que um valor de pH da água com alto teor de ozônio é 5.

[0014] É revelado, também, que um valor de pH da água com alto teor de ozônio é 4.

[0015] É revelado, também, que a mistura homogênea e livre de gás da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo é uma mistura da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo com uma qualidade de mistura > aproximadamente 95%.

[0016] É revelado, também, uma pressão da água com alto teor de ozônio que está em uma faixa 2 barg a 7 barg.

[0017] É revelado, também, uma pressão da água com alto teor de ozônio que está em uma faixa 3 barg a 6 barg.

[0018] É revelado, também, que uma pressão da água com alto teor de ozônio é cerca de 5 barg.

[0019] É revelado, também, que a pressão da água com alto teor de ozônio da unidade de transferência de massa é mantida até que a água com alto teor de ozônio é injetada no líquido de processo, desse modo, evitando a desgaseificação.

[0020] É revelado, também, que a pressão da mistura homogênea e livre de gás na unidade de reação é aproximadamente 1 bar ou pressão atmosférica.

[0021] É revelado, também, que a pressão da mistura homogênea e livre de gás na unidade de reação é mantida igual à pressão da água com alto teor de ozônio.

[0022] É revelado, também, que a pressão da mistura homogênea e livre de gás na unidade de reação é cerca de 5 barg.

[0023] É revelado, também, que o líquido de processo é composto primariamente de água.

[0024] É revelado, também, que o líquido de processo inclui água fresca, água da bica, água de processo, água efluente, água residual municipal e industrial, água residual já tratada pelo processo de tratamento secundário ou semelhantes.

[0025] É revelado, também, que o líquido de processo tem componentes a serem oxidados.

[0026] É revelado, também, que o líquido de alimentação é composto de água.

[0027] É revelado, também, que o líquido de alimentação inclui água fresca, água da bica, água de processo, água efluente, água residual municipal e industrial, água residual já tratada pelo processo de tratamento secundário e semelhantes.

[0028] É revelado, também, que o líquido de alimentação e o líquido de processo são da mesma fonte.

[0029] É revelado, também, que a concentração de estado estável do ozônio na água com alto teor de ozônio é maior que aproximadamente 150 mg/l.

[0030] É revelado, também, que a concentração de estado estável de ozônio na água com alto teor de ozônio está em uma faixa de aproximadamente 150 mg/l a aproximadamente 300 mg/l.

[0031] É revelado, também, que a concentração de estado estável do ozônio na água com alto teor de ozônio é até aproximadamente 200 mg/l.

[0032] É revelado, também, que a concentração de estado estável do ozônio na água com alto teor de ozônio é até aproximadamente 300 mg/l.

[0033] É revelado, também, um sistema de oxidação líquida para produzir um líquido oxidado, sendo que o sistema compreende uma unidade de transferência de massa configurada e adaptada para gerar uma água com alto teor de ozônio, uma unidade de mistura configurada e adaptada para misturar a água com alto teor de ozônio com um líquido de processo a fim de formar uma mistura homogênea e livre de gás da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo e uma unidade de reação configurada e adaptada para receber a mistura homogênea e livre de gás e produzir um líquido oxidado na mesma.

[0034] É revelado, também, um sistema que compreende adicionalmente uma unidade de ajuste de pH configurada e adaptada para formar um líquido pressurizado de alimentação de ácido e configurada e adaptada adicionalmente para alimentar com o mesmo a unidade de transferência de massa para gerar a água com alto teor de ozônio sob condições ácidas.

[0035] É revelado, também, que o gás CO> ou um ácido mineral é injetado em um líquido de alimentação pressurizado que flui através da unidade de ajuste de pH configurada e adaptada para formar o líquido pressurizado de alimentação de ácido.

[0036] É revelado, também, que um pH da água com alto teor de ozônio é inferior a 7.

[0037] É revelado, também, que um pH da água com alto teor de ozônio é cerca de 5.

[0038] É revelado, também, que um pH da água com alto teor de ozônio é cerca de 4.

[0039] É revelado, também, que a pressão no interior da unidade de transferência de massa está em uma faixa 2 a 7 barg.

[0040] É revelado, também, que a pressão no interior da unidade de transferência de massa está em uma faixa 3 a 6 barg.

[0041] É revelado, também, que a pressão no interior da unidade de transferência de massa é cerca de 5 barg.

[0042] É revelado, também, um método para processo de oxidação líquida com o uso de oxidantes líquidos, sendo que o método compreende as etapas de misturar um oxidante líquido com um líquido de processo em uma unidade de mistura para formar uma mistura homogênea e livre de gás do oxidante e do líquido de processo, encaminhar a mistura homogênea e livre de gás a uma unidade de reação e produzir um oxidado na unidade de reação.

[0043] É revelado, também, que o oxidante é gasoso, que compreende adicionalmente a etapa de gerar o oxidante líquido em uma unidade de transferência de massa.

Notação e Nomenclatura

[0044] A descrição detalhada e as reivindicações a seguir utilizam várias abreviações, símbolos e termos, que são geralmente bem conhecidos na técnica e incluem:

[0045] Conforme usado no presente documento, o artigo indefinido "um" ou "uma" deve ser interpretado de modo geral como significando "um ou mais", salvo quando especificado de outro modo ou claro a partir do contexto como se referindo a uma forma singular.

[0046] Conforme usado no presente documento, "cerca de" ou "em torno de" ou "aproximadamente" no texto ou em uma reivindicação significa +10% do valor declarado, tal como +5% ou +1%.

[0047] Conforme usado no presente documento, "próximo de" ou "quase" no texto ou nas reivindicações significa dentro de 10% do termo declarado, tal como dentro de 5% ou 1%. Por exemplo, "concentração próxima à saturação ou de quase saturação" se refere a até 10% da concentração saturada.

[0048] Conforme usado no presente documento, "diluição ligeira" ou “diluição rápida" no texto ou em uma reivindicação significa um processo de diluição ocorre em aproximadamente alguns segundos, tais como 2 segundos ou 1 segundo ou 0,5 segundo.

[0049] Conforme usado no presente documento, os termos “transferência de ozônio", "transferência de massa de ozônio," e "dissolução de ozônio" devem se referir à dissolução de gás ozônio em água.

[0050] O termo “água com alto teor de ozônio” se refere a água com ozônio dissolvido altamente concentrada livre de gás pressurizado ou quase saturado (por exemplo, dentro de 10% de concentração de saturação, tal como 5% ou 1% ou 0,1%) que é supersaturado, caso esteja sob pressão atmosférica. Uma das aplicações da água com alto teor de ozônio é usada como um oxidante líquido.

[0051] O termo "líquido de alimentação" se refere a um líquido tipicamente composto primariamente de água, tal como água fresca, água da bica, água de processo, água efluente, água residual municipal e industrial, água residual já tratada pelo processo de tratamento secundário ou semelhantes.

[0052] O termo "líquido de processo" se refere a um líquido tipicamente composto primariamente de água, tal como água fresca, água da bica, água de processo, água efluente, água residual municipal e industrial, água residual já tratada pelo processo de tratamento secundário ou semelhantes.

[0053] O termo "líquido oxidado" se refere a um líquido de processo cujos constituintes que não são água foram oxidados parcial ou completamente com um oxidante. Alternativamente, o termo "líquido oxidado" se refere a um líquido produzido que tem componentes que foram oxidados em um líquido de processo por água com alto teor de ozônio. Alternativamente, o termo "líquido oxidado" se refere, em particular, a casos em um líquido que surge de um processo de oxidação, em que vários constituintes orgânicos e inorgânicos presentes no líquido de processo foram convertidos em uma forma oxidada devido à ação de um oxidante adequado.

[0054] O termo "ozonização" se refere a um processo de tratamento de água que destrói micro-organismos e degrada poluentes orgânicos e inorgânicos através de uma infusão de ozônio. A ozonização é uma técnica de tratamento de água química com base na infusão de ozônio em água. A ozonização é um tipo de processo de oxidação avançado, que envolve a produção de espécies de oxigênio muito reativa que possam atacar uma ampla faixa de compostos orgânicos e inorgânicos e todos os micro- organismos.

[0055] O termo "água ozonizada" se refere a um produto de ozônio que borbulha na água que contém níveis de ozônio dissolvidos na água.

[0056] O termo "dosagem de ozônio" é definido como a quantidade de ozônio na fase gasosa alimentada na água (grama/minuto).

[0057] O termo "supersaturado(a)" se refere a uma dissolução líquida de gás que não é estável sob condições atmosféricas e é desgaseificado.

[0058] O termo "homogêneo" se refere a uma mistura dos fluidos com uma qualidade de mistura > aproximadamente 95%. No presente documento, a qualidade de mistura é uma medida da homogeneidade ou uniformidade de uma mistura e é calculado das variáveis básicas estatísticas.

O coeficiente de variação é a medida usada mais comumente. Quanto mais próximo de O esse valor estiver, mais uniforme é a mistura. Para visualização, é subtraído de 1 e especificado em %. Desse modo, qualidade de mistura a 100% (ou coeficiente de variação = 0) se refere à melhor condição de mistura que, no entanto, é praticamente não obtenível. Uma qualidade de mistura >95% é considerada como tecnicamente homogênea.

[0059] O termo "livre de gás" se refere a um líquido sem bolhas individuais visíveis e/ou sem turbidez detectável causados por microbolhas.

[0060] A referência no presente documento a "uma (1) modalidade" ou "uma modalidade" significa que um recurso particular, estrutura ou característica descritos em combinação com a modalidade pode ser incluído em pelo menos uma modalidade da invenção. As ocorrências do sintagma "em uma modalidade” ao longo do presente relatório descritivo não necessariamente se referem todas à mesma modalidade, tampouco são modalidades separadas ou alternativas mutuamente exclusivas de outras modalidades. O mesmo se aplica ao termo “implantação"

[0061] Adicionalmente, o termo "ou" deve significar um "ou" inclusivo e não "ou” exclusivo. Ou seja, salvo quando de outro modo ou claro a partir do contexto, "X emprega A ou B" deve significar quaisquer permutações inclusivas. Ou seja, caso X empregue A; X emprega B; ou X emprega tanto A quanto B, então, "X emprega A ou B" é satisfeito sob as ocorrências supracitadas.

[0062] “Que compreende" em uma reivindicação é um termo de transição aberto que significa que os elementos de reivindicação subsequentemente identificados são uma listagem não exclusiva, isto é, qualquer outra coisa pode ser adicionalmente incluída e permanecer dentro do escopo de "que compreende." "Que compreende" é definido no presente documento como abrangendo necessariamente os termos de transição mais limitados "que consiste essencialmente em" e "consiste em"; "que compreende" pode ser, portanto, substituído por "que consiste essencialmente em" ou "que consiste em" e permanece no escopo expressamente definido de "que compreende".

[0063] "Fornecer" em uma reivindicação é definida de modo que signifique alimentar, abastecer, disponibilizar ou preparar algo. À etapa pode ser realizada por qualquer atuante na ausência de linguagem expressa na reivindicação em contrário.

[0064] As faixas podem ser expressas no presente documento como de cerca de um valor particular e/ou até cerca de outro valor particular. Quando tal faixa é expressa, deve ser entendido que outra modalidade é de um valor particular e/ou ao outro valor particular, juntamente com todas as combinações na dita faixa.

Breve Descrição dos Desenhos

[0065] Para um maior entendimento da natureza e objetivos da presente invenção, deve ser feita referência à descrição detalhada a seguir, tomada em combinação com os desenhos anexos, nos quais elementos semelhantes recebem os mesmos números de referência ou análogos, e em que: A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de reator de ozônio comum projetado para ter todos os três processos de dissolução (transferência de massa), mistura e reação em um único reator 100; A Figura 2 são os resultados calculados de solubilidade de ozônio na água dependendo da temperatura e pressão; A Figura 3 é um diagrama de blocos de uma modalidade exemplificativa de um sistema de oxidação de desvinculação que separa um sistema de oxidação de desvinculação em meios líquidos em três operações em unidade para otimização do processo; e

A Figura 4 é um diagrama de blocos de um dispositivo de ajuste de pH exemplificativo usado na Figura 3.

Descrição de Modalidades Preferenciais

[0066] São revelados métodos e aparelhos para separação ou desvinculação de processo de oxidação em meios líquidos em três operações em unidade para otimização de processo, em particular, para separação de processo de oxidação de ozônio (O3) em água em três operações em unidade para produzir um líquido oxidado com água com alto teor de ozônio. A água com alto teor de ozônio é água com ozônio dissolvido altamente concentrada livre de gás pressurizado ou quase saturada (por exemplo, dentro de 10% de concentração de saturação, tal como 5% ou 1% ou 0,1%) que é supersaturada, caso esteja sob pressão atmosférica. Uma das aplicações da água com alto teor de ozônio é usada como um oxidante líquido para produzir o líquido oxidado.

[0067] O sistema de oxidação de desvinculação revelado separa o sistema de oxidação de desvinculação em três etapas, ou seja, etapas de dissolução (transferência de massa), mistura e reação de ozônio. Com relação à etapa de transferência de massa de ozônio, a solubilidade do ozônio é o maior fator de limitação para fazer com que o ozônio seja dissolvido em água. A solubilidade do ozônio em água é expressa como o ponto de saturação de ozônio em água e dependente da temperatura da água, concentração de gás ozônio, pressão da água, o tamanho de bolhas de gás ozônio etc. A Figura 2 mostra resultados calculados da solubilidade do ozônio em água dependendo da temperatura e pressão. Observa-se que a cinética de transferência de massa de ozônio gasoso para ozônio dissolvido em água aumenta à medida que a pressão é aumentada em um reator. Além da pressão e a temperatura da água, constata-se que a solubilidade do ozônio também depende do pH da água. A valor de pH inferior a 7 favorece o ozônio dissolvido na água.

[0068] Referindo-se à Figura 3, é mostrado um diagrama de blocos de uma modalidade exemplificativa do sistema de oxidação de desvinculação revelado que compreende três unidades separadas, uma unidade de transferência de massa 204, uma unidade de mistura 206 e uma unidade de reação 208. As três unidades separadas são, cada uma, recipientes de pressão e conectados de maneira fluida em série.

Um dispositivo de ajuste de pH 202 alimenta com um líquido pressurizado de alimentação de ácido a unidade de transferência de massa 204. O dispositivo de ajuste de pH 202 pode incluir uma bomba 12 conectada de maneira fluida a um injetor de gás CO, 14, conforme mostrado na Figura 4. A bomba 12 é uma bomba de líquido de alta pressão fornecida para injetar um líquido de alimentação na unidade de transferência de massa 204. No presente documento, o nível de influente, pressão e água da unidade de transferência de massa 204 é controlado por ciclos de controle de realimentação.

O líquido de alimentação é tipicamente composto primariamente de água, tal como água fresca, água da bica, água de processo, água efluente, água residual municipal e industrial, água residual já tratada pelo processo de tratamento secundário ou semelhantes.

O líquido de alimentação é pressurizado pela bomba 12 e, em seguida, passa através do injetor de gás CO2 14 em que CO,» é injetado no líquido de alimentação pressurizado para obter um pH ácido, que foi confirmado experimentalmente para suprimir a formação de radicais livres de OH pela dissociação do ozônio dissolvido em água, desse modo, aumentando a concentração do Oz (dO3) dissolvido posteriormente na água.

As pessoas versadas na técnica reconhecerão que os ácidos minerais ou outros ácidos, diferentemente de gás CO>, também podem ser possíveis fornecer um pH ácido para o líquido de alimentação.

O injetor de gás CO>2 14 pode ser um bocal pode ser um bocal de venturi de gás-líquido que suga o gás CO,» no fluxo de líquido de alimentação pressurizado, caso a pressão do gás CO, disponível seja inferior à pressão no interior da unidade de transferência de massa 204. Retornando-se à Figura 3, com um líquido pressurizado de alimentação de ácido formado pelo dispositivo de ajuste de pH 202 é alimentada a unidade de transferência de massa 204, na qual o gás ozônio é difundido para produzir a água com alto teor de ozônio na unidade de transferência de massa 204. O gás ozônio pode ser gerado por um gerador de ozônio que converte gás oxigênio em gás ozônio. O gás ozônio com o qual a unidade de transferência de massa 204 foi alimentada é uma mistura gasosa de ozônio e oxigênio não convertido.

[0069] Para produzir a água com alto teor de ozônio, o valor de pH da água na unidade de transferência de massa 204 é mantido, de preferência, inferior a 7 adicionando-se o gás CO» (ou ácido mineral ou outro ácido) no líquido de alimentação. Isso é feito instalando-se o injetor de gás CO, 14 entre a bomba 12 e a unidade de transferência de massa 204. À quantidade de CO,» injetada no injetor de gás CO>2 14 e a taxa de fluxo do líquido de alimentação pode ser continuamente monitoradas e ajustada por instrumentação adequada.

[0070] A fim de produzir uma taxa máxima de transferência de massa de ozônio, o valor de pH da água na unidade de transferência de massa 204 é mantido, de preferência, em uma faixa de aproximadamente 3 a 7. Com mais preferência, o valor de pH de água em unidade de transferência de massa 204 é aproximadamente 3 a 5. Com mais preferência, o valor de pH de água na unidade de transferência de massa 204 é mantida a aproximadamente 5. Com mais preferência, o valor de pH de água na unidade de transferência de massa 204 é mantida a aproximadamente 4. Uma pessoa versada na técnica, reconhece que o valor de pH pode ser ajustado controlando-se um fluxo líquido de CO» no líquido de alimentação pressurizado através do injetor de gás CO» 14.

[0071] As bobinas de resfriamento incorporadas na unidade de transferência de massa 204 podem ser ajustadas para manter uma temperatura de água na unidade de transferência de massa 204 a um nível constante desejado para produzir a água com alto teor de ozônio. De preferência, a temperatura da unidade de transferência de massa 204 está em uma faixa 10 ºC a 30 ºC. Com mais preferência, a temperatura da unidade de transferência de massa 204 está em uma faixa 15 ºC a 25 ºC. Com mais preferência, a temperatura da unidade de transferência de massa 204 é mantida a uma temperatura ambiente, tal como aproximadamente 20 ºC a fim de obter uma operação tida como alvo em custos ideais otimizados.

[0072] Durante uma operação contínua do sistema de oxidação de desvinculação revelado, a unidade de transferência de massa 204 é preenchida continuamente com o líquido pressurizado de alimentação de ácido. Um corpo do líquido ácido pressurizado é formado na unidade de transferência de massa 204. De preferência, a pressão de espaço vazio de gás da unidade de transferência de massa 204 é mantida em uma faixa de aproximadamente 2 a 7 barg. Com mais preferência, a pressão de espaço vazio de gás da unidade de transferência de massa 204 é mantida em uma faixa de aproximadamente 3 a 6 barg. Com mais preferência, a pressão do espaço vazio de gás da unidade de transferência de massa 204 é mantida a aproximadamente 5 barg. Correspondentemente, a pressão da alimentação de água na unidade de transferência de massa 204 bombeada pela bomba 12 é levemente maior que a pressão do espaço vazio de gás na unidade de transferência de massa 204 a fim de alimentar com água a unidade de transferência de massa 204. Durante a produção da água com alto teor de ozônio, um fluxo de gás de exaustão que contém ozônio e oxigênio é ventilado para fora da unidade de transferência de massa 204, que pode ser reciclado de volta para a unidade de transferência de massa 204 para reutilização como alimentação de ozônio ou vinculação de volta à solução de tratamento residual da água secundária para uso como uma alimentação de oxigênio, devido ao fato de que o fluxo de gás de exaustão que parte da unidade de transferência de massa 204 tem uma pressão superior à pressão ambiente. A pressão do espaço vazio de gás ou pressão interna da unidade de transferência de massa é ajustável controlando-se uma taxa de fluxo do gás de exaustão. Dessa maneira, a pressão de água com alto teor de ozônio produzida na unidade de transferência de massa 204 está na faixa de aproximadamente 2 a 7 barg. Com mais preferência, a pressão da água com alto teor de ozônio produzida na unidade de transferência de massa 204 está em uma faixa de aproximadamente 3 a 6 barg. Com ainda mais preferência, a pressão da água com alto teor de ozônio produzida na unidade de transferência de massa 204 está em uma faixa de aproximadamente 5 barg.

[0073] A unidade de transferência de massa 204 pode incluir um único estágio de processo de ozonização que tem um reator. À unidade de transferência de massa 204 pode incluir dois estágios do processo de ozonização que tem dois reatores, em que um dentre os dois reatores é um reator de pré-ozonização que utiliza o fluxo de gás de exaustão reciclado que contém ozônio e oxigênio. A unidade de transferência de massa 204 pode aumentar a concentração de estado estável obtenível de ozônio dissolvido em água maior que aproximadamente 150 mg/l, de preferência, até aproximadamente 200 mg/l, com mais preferência, até aproximadamente 300 mg/l. A alta concentração de ozônio dissolvido em água a pressões elevadas pode corresponder à saturação ou próxima à concentração de saturação de ozônio dissolvido em água. Quando a pressão cai, a concentração do ozônio dissolvido em água pode ser supersaturada. A produção da água com alto teor de ozônio pode levar aproximadamente minutos. Além disso, a unidade de transferência de massa 204 pode ter volume muito menor que o sistema de reator de ozônio comum, conforme mostrado na Figura 1. Por exemplo, um reator de aproximadamente 20 m? usado no sistema de oxidação de desvinculação revelado pode ser equivalente a um reator de aproximadamente 333 m? usado no sistema de reator de ozônio comum para gerar a mesma quantidade de ozônio dissolvido.

[0074] A taxa de fluxo do líquido pressurizado de alimentação de ácido com o qual a unidade de transferência de massa 204 foi alimentada e a taxa de fluxo da água com alto teor de ozônio produzida entregue fora da unidade de transferência de massa 204 podem ser ajustadas para manter o volume do líquido na unidade de transferência de massa em um nível aproximadamente constante durante uma operação contínua. A taxa de fluxo do líquido pressurizado de alimentação de ácido com o qual a unidade de transferência de massa 204 foi alimentada e a taxa de fluxo da água com alto teor de ozônio produzida entregue fora da unidade de transferência de massa 204 podem ser aproximadamente iguais. Em seguida, com a água com alto teor de ozônio produzida é alimentada a unidade de mistura 206 onde a água é misturada com um líquido de processo com o qual unidade foi alimentada. A água com alto teor de ozônio é misturada com o líquido de processo para formar uma mistura homogênea da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo para oxidação de micropoluentes, exterminar micro-organismos ou quaisquer processos de oxidação semelhantes. No presente contexto, o líquido de processo é tipicamente composto primariamente de água, tal como água fresca, água da bica, água de processo, água efluente, água residual municipal e industrial, água residual já tratada pelo processo de tratamento secundário ou semelhantes. O líquido de processo tem componentes que devem ser oxidados através de um processo de oxidação líquida. A pressão do líquido de processo encaminhado à unidade de mistura 206 está em uma faixa, porém sem limitação, de 0,1 barg e 1,6 barg. Adicionalmente, em uma modalidade, o líquido de alimentação e o líquido de processo pode ser da mesma fonte.

[0075] A unidade de mistura 206 pode ter entradas de líquido para injetar a água com alto teor de ozônio produzida e o líquido de processo na mesma, respectivamente.

A unidade de mistura 206 inclui um recipiente de pressão ou tubo e um misturador.

O tubo de pressão é conectado de maneira fluida ao misturador.

Um dispositivo de injeção é acoplado ao tubo de pressão.

O líquido de processo passa através do tubo de pressão.

A água com alto teor de ozônio é injetada no fluxo principal do tubo pressão pelo dispositivo de injeção.

A água com alto teor de ozônio e o líquido de processo podem ser injetados na unidade de mistura 206 simultaneamente.

A taxa de fluxo da água com alto teor de ozônio injetado na unidade de mistura 206 pode ser diferente da taxa de fluxo do líquido de processo com o qual a unidade de mistura 206 foi alimentada.

A unidade de mistura revelada é projetada para eliminar gás ozônio de desgaseificação durante a mistura do gás ozônio dissolvido com o líquido de processo.

À unidade de mistura revelada pode entregar uma mistura homogênea e livre de gás da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo à unidade de reação 208. A água com alto teor de ozônio etapa de injeção deve ser, de preferência, possível de limitar a quantidade de desgaseificação antes do misturador na unidade de mistura 206. A desgaseificação de outro modo excessiva de ozônio pode ocorrer à medida que a pressão da unidade de mistura 206 é inferior àquela da unidade de transferência de massa 204. Ou seja, a pressão da unidade de mistura 206 é mantida em uma faixa de aproximadamente O a 5 barg.

Com mais preferência, a pressão da unidade de mistura 206 é mantida em uma faixa de aproximadamente 0,5 a 1,5 barg.

O tempo para processo de mistura pode levar aproximadamente 1 a 5 segundos.

Uma diluição ligeira da água com alto teor de ozônio no líquido de processo pode levar aproximadamente 1 segundo ou menos 1 segundo.

[0076] Durante o processo de injeção, alguma desgaseificação pode ocorrer. Nesse caso, o gás ozônio pode ser dissolvido de volta na água novamente no misturador.

[0077] Uma pessoa de habilidade comum na técnica reconhecerá que a unidade de mistura pode ser usada para misturar quaisquer oxidantes líquidos com o líquido de processo para um processo de oxidação líquida a fim de converter o líquido de processo em um líquido oxidado.

[0078] Então, com a mistura da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo produzido na unidade de mistura 206 é alimentada a unidade de reação 208 na qual um ocorre um processo de oxidação líquida e o líquido de processo é convertido em um líquido oxidado. A pressão da unidade de reação 208 é inferior àquela da unidade de mistura 206 e mantido a aproximadamente 1 bar ou sob pressão atmosférica. O tempo de reação na unidade de reação 208 pode levar aproximadamente 5 minutos.

[0079] A pressão da água com alto teor de ozônio quando encaminhada da unidade de transferência de massa 204 à unidade de mistura 206 pode estar em uma faixa entre 3 barg a 10 barg, com base nas condições de operação da unidade de transferência de massa 204. À pressão do líquido de processo encaminhado à unidade de mistura 206 pode estar em uma faixa entre 0,1 barg e 1,6 barg, dependendo das condições da unidade de reação 208. A pressão da mistura homogênea produzida e livre de gás do líquido de processo e o oxidante líquido livre de gás gerado na unidade de mistura 206 pode estar em uma faixa entre 0,1 barg e 1,5 barg que dependem principalmente das condições a jusante da unidade de reação

208. Uma queda de pressão grande ocorre na unidade de mistura. Desse modo, a unidade de mistura 206 fornece uma transição de pressão ou um tampão de pressão da unidade de transferência de massa 204 em que a cinética de ozônio de alta pressão ocorre na unidade de reação 208 onde o processo de oxidação é realizado aproximadamente à pressão atmosférica. A unidade de mistura 206 reduz a pressão da água com alto teor de ozônio até a pressão do líquido de processo (por exemplo, de 6 bar a 1 bar) que evita a desgaseificação desse modo impedindo a perda de ozônio do ozônio dissolvido. Uma pessoa de habilidade comum na técnica reconhecerá que, caso a unidade de reação 208 possa ser pressurizada para manter a pressão do líquido de processo para mitigar adicionalmente em relação à desgaseificação de ozônio em algumas modalidades.

[0080] Por exemplo, a pressão na unidade de reação 208 pode ser mantida a uma pressão equivalente à pressão da água com alto teor de ozônio que parte da unidade de transferência de massa 204, nesse caso, a unidade de mistura 206 pode até mesmo ser omitida. Por exemplo, caso a pressão da água com alto teor de ozônio seja mantida a 5 barg, e a pressão do líquido de processo também seja mantida a 5 barg, então, uma unidade de mistura não pode ser necessária.

[0081] Além disso, a soma dos tamanhos da unidade de transferência de massa 204 e a unidade de reação 208 é muito menor que aquela de um único reator, mostrado na Figura 1. O tamanho da unidade de mistura 206 em comparação aos tamanhos da unidade de transferência de massa 204 e da unidade de reação 208 pode ser omitido. Por exemplo, a ozonização de 1.000 mº/h de água em um sistema de tanque único com tempo de permanência de 20 min precise de um volume de tanque de 333 mê? sob pressão atmosférica durante todo o processo de oxidação incluindo os processos de dissolução e de reação. Em comparação, conforme mostrado na Figura 5, com uma taxa de fluxo de 50 mº?/h do líquido de alimentação na unidade de transferência de massa 1, um tempo de permanência de 20 minutos, uma pressão de 5 barg e um pH 5, aproximadamente 200 mg/l de água com alto teor de ozônio é obtido com um volume de tanque de 16,7 m? da unidade de transferência de massa 1. Em seguida, a água com alto teor de ozônio é misturada com 950 m?/h de líquido de processo na unidade de mistura 2 e a mistura é encaminhada à unidade de reação 3. Com um tempo de permanência de 5 min sob 1 bar, um volume de tanque de 83,3 m? é necessário para uma taxa de fluxo de 1.000 m?/h do líquido oxidado. A exigência total de volume do sistema de desvinculação revelado é 16,7 m? + 83,3 mê = 100 mê, que é muito menor que o volume de tanque de 333 mº do sistema de tanque único.

[0082] Além de realizar o processo de oxidação na unidade de reação 208 com o uso de água com alto teor de ozônio como um oxidante, outros processos, tais como, processo de desinfecção, também podem ocorrer na unidade de reação 208 com o uso de água com alto teor de ozônio.

[0083] Em um modo de operação contínuo, as taxas de fluxo dos líquidos em vários estágios estão sob controle. A taxa de fluxo do líquido de alimentação com o qual a unidade de transferência de massa 204 foi alimentada, a taxa de fluxo da água com alto teor de ozônio que sai da unidade de transferência de massa 204 e a taxa de alimentação de fluxo da água com alto teor de ozônio para a unidade de mistura 206 são aproximadamente iguais, o que mantém um volume aproximadamente constante da água ácida pressurizada na unidade de transferência de massa

204. A taxa de fluxo da mistura que sai da unidade de mistura 206 está relacionada à taxa de fluxo do líquido de processo com o qual a unidade de mistura 206 é alimentada. A taxa de fluxo do líquido oxidado que sai da unidade de reação 208 é controlado, de preferência, como aproximadamente igual à taxa de fluxo da mistura com o qual a unidade de reator 208 foi alimentada ao longo do tempo. Os volumes das três unidades são projetados para garantir que o líquido oxidado seja produzido continuamente a partir do sistema de oxidação de desvinculação revelado.

[0084] Há vantagens do sistema de oxidação de desvinculação revelado em comparação a um sistema convencional (por exemplo, a Figura 1). O sistema de oxidação de desvinculação revelado em algumas modalidades utiliza um líquido de alimentação ácido para gerar ozônio dissolvido em água que tem uma concentração mais alta de ozônio na concentração saturada ou quase saturada (os níveis dissolvidos de ozônio de estado estável). O sistema de oxidação de desvinculação revelado utiliza recipientes de pressão menores que os sistemas convencionais que economizam espaço e é fácil de operar e fácil de controlar.

O sistema de oxidação de desvinculação revelado pode reciclar o gás oxigênio/ozônio no fluxo de gás de exaustão para reutilização ou vincular de volta à solução de tratamento residual da água secundária.

O sistema de oxidação de desvinculação revelado tem, então, o potencial para integrar com soluções de tratamento residuais de água existentes que usam gás oxigênio.

Além disso, o sistema de oxidação de desvinculação revelado pode precisar de menos geração de ozônio inicial devido à eficiência aumentada na dissolução de ozônio e oxidações produtivas, o que reduz significativamente os custos de energia (um fator de custo primário em operação de sistemas de tratamento de líquido de processo com base de ozonização). Visto que todo o processo de oxidação inclui múltiplos processos que têm, cada um, vários fatores ajustáveis, o sistema de oxidação de desvinculação revelado é um flexível no controle de processo.

O sistema de oxidação de desvinculação revelado separa o processo de mistura e o processo de reação do processo de geração de ozônio dissolvido, que aprimora a cinética de reação da oxidação que ocorre na unidade de reação.

Além disso, o sistema de oxidação de desvinculação revelado explora a cinética de ozônio de alta pressão através da pressurização do líquido de alimentação, o que beneficia o aumento da concentração de ozônio dissolvido na água.

[0085] Será entendido que muitas mudanças adicionais nos detalhes, materiais, etapas e disposições de partes, que foram descritas e ilustradas no presente documento a fim de explicar a natureza da invenção, podem ser feitas pelas pessoas versadas na técnica dentro do princípio e escopo da invenção, conforme expresso nas reivindicações anexas. Desse modo, a presente invenção não deve ser limitada às modalidades específicas nos exemplos fornecidos acima e/ou nos desenhos anexos.

[0086] Embora as modalidades da presente invenção tenham sido mostradas e descritas, as modificações das mesmas podem ser feitas por uma pessoa versada na técnica sem haver afastamento do espírito ou ensinamento da presente invenção. As modalidades descritas no presente documento são exemplificativas apenas e não limitativas. Muitas variações e modificações da composição e método são possíveis e são abrangidas pelo escopo da invenção. Logo, o escopo de proteção não se limita às modalidades descritas no presente documento, pois é limitada apenas às reivindicações a seguir cujo escopo deve incluir todos os equivalentes da matéria das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para produzir um líquido oxidado, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: gerar água com alto teor de ozônio em uma unidade de transferência de massa; misturar a água com alto teor de ozônio com um líquido de processo em uma unidade de mistura para formar uma mistura homogênea e livre de gás da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo; encaminhar a mistura homogênea e livre de gás a uma unidade de reação; e produzir o líquido oxidado na unidade de reação.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de: injetar gás CO> ou um ácido mineral em um líquido de alimentação pressurizado configurado e adaptado para formar um líquido de alimentação ácido; e alimentar com o líquido pressurizado de alimentação de ácido a unidade de transferência de massa configurada e adaptada para formar um corpo de líquido ácido pressurizado para gerar a água com alto teor de ozônio na mesma.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de: utilizar o líquido de alimentação ácido para gerar ozônio dissolvido em água que tem uma concentração mais alta a uma concentração saturada ou quase saturada em comparação a processos da técnica anterior sob pressão atmosférica e pH neutro ou alcalino.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de:

reciclar gás ozônio de um fluxo de gás de exaustão pressurizado da unidade de transferência de massa para uso como alimentação de ozônio para a unidade de transferência de massa; e/ou reciclar gás oxigênio do fluxo de gás de exaustão pressurizado da unidade de transferência de massa para uso como alimentação de oxigênio para o sistema de tratamento de água residual secundário existente.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um valor de pH da água com alto teor de ozônio é inferior a 7.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a pressão da água com alto teor de ozônio está em uma faixa de 2 barg a 7 barg.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma concentração de estado estável de ozônio na água com alto teor de ozônio é maior que aproximadamente 150 mg/l.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a concentração de estado estável de ozônio na água com alto teor de ozônio está em uma faixa de aproximadamente 150 mg/| a aproximadamente 300 mg/l.

9. Sistema de oxidação líquida para produzir um líquido oxidado, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de transferência de massa configurada e adaptada para gerar uma água com alto teor de ozônio; uma unidade de mistura configurada e adaptada para misturar a água com alto teor de ozônio com um líquido de processo para formar uma mistura homogênea e livre de gás da água com alto teor de ozônio e do líquido de processo; e uma unidade de reação configurada e adaptada para receber a mistura homogênea e livre de gás e produzir um líquido oxidado na mesma.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de ajuste de pH configurada e adaptada para formar um líquido pressurizado de alimentação de ácido e configurada e adaptada adicionalmente para alimentar com o mesmo a unidade de transferência de massa para gerar a água com alto teor de ozônio sob condições ácidas.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o gás CO> ou um ácido mineral é injetado em um líquido de alimentação pressurizado que flui através da unidade de ajuste de pH configurada e adaptada para formar o líquido pressurizado de alimentação de ácido.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o pH da água com alto teor de ozônio é inferior a 7.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que a pressão no interior da unidade de transferência de massa está em uma faixa de 2 a 7 barg.

14. Método para processo de oxidação líquida com o uso de oxidantes líquidos, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: misturar um oxidante líquido com um líquido de processo em uma unidade de mistura para formar uma mistura homogênea e livre de gás do oxidante e o líquido de processo; encaminhar a mistura homogênea e livre de gás a uma unidade de reação; e produzir um líquido oxidado na unidade de reação.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, em que o oxidante é gasoso, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de gerar o oxidante líquido em uma unidade de transferência de massa.