CN106255667B - 专用于废物处理的浸没式等离子体焰炬的出口喷嘴的布置 - Google Patents

专用于废物处理的浸没式等离子体焰炬的出口喷嘴的布置 Download PDF

Info

Publication number
CN106255667B
CN106255667B CN201580022076.7A CN201580022076A CN106255667B CN 106255667 B CN106255667 B CN 106255667B CN 201580022076 A CN201580022076 A CN 201580022076A CN 106255667 B CN106255667 B CN 106255667B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
plasma
spraying equipment
injection
equipment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580022076.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106255667A (zh
Inventor
让玛丽·巴罗内特
弗洛朗·莱蒙特
马吉迪·马布鲁克
米克·马尔尚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of CN106255667A publication Critical patent/CN106255667A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106255667B publication Critical patent/CN106255667B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/085—High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/04—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste liquors, e.g. sulfite liquors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2204/00—Supplementary heating arrangements
    • F23G2204/20—Supplementary heating arrangements using electric energy
    • F23G2204/201—Plasma
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/10—Liquid waste
    • F23G2209/101—Waste liquor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于装备等离子体焰炬的喷射和冷却系统，配备有所述系统的等离子体焰炬，以及用于处理包括这种等离子体焰炬的液体溶液的设施。本发明还涉及一种用于通过喷射到由浸没在不同液体溶液中的这种等离子体焰炬生成的等离子体中来处理液体溶液的方法。

Description

专用于废物处理的浸没式等离子体焰炬的出口喷嘴的布置
技术领域
本发明涉及废物处理领域，例如有利地，化学废液的处理领域。
更具体地，本发明涉及通过安装液体喷射系统并增加修改的燃烧气体冷却系统而得到的，浸没式等离子体焰炬的出口喷嘴的布置。这样，本发明提出一种用于装备等离子体焰炬的喷射和冷却系统，按照这种方式配备的等离子体焰炬，以及用于包括或使用这种等离子体焰炬来处理液体溶液的设施和方法。
背景技术
目前，通过涉及由各种装置加热的炉式反应器(可以是不同的类型，例如静止炉或旋转炉)的热方法，执行各种各样的废液例如有机废物、有害废物和/或放射性废物的处理。
这样，废物处理方法实施连接到相对大量的气体处理系统的热单元，以执行某些元素例如氯的冷却、过滤和中和。这通常导致尺寸大的单元受到高温。受到这种高温的某些元素例如氯、磷、硫等的存在，加剧了气体的腐蚀性，这迫使制造商要么选择通常非常昂贵的超合金，要么接受方法的某些部件的频繁更换。
涉及的反应器可以是不同的类型。它们可由通过焦耳效应、等离子体焰炬或诸如丙烷的气体燃料的燃烧而加热的炉构成。因此，处理的温度可根据负载的性质而改变。例如，如果负载由十二烷型碳氢化合物构成，则该负载可每小时每1升(L/h)产生大约10kW的热功率，该热功率需要被排放。另一方面，如果负载由水溶液构成，则等离子体的功率将部分地用于其蒸发。因此，在方法中涉及的反应器的温度特性基本上受到待处理的液体的性质影响。
根据方法，液体的引入可以改变。它们要么引入炉的热点的中心，要么引入功率源中。例如，液体可蒸发在燃料气体中或者直接引入等离子体中。根据情况，它们可单独地被处理或与固体混合。举例来说，专利申请EP 0,469,737提出了一种用于处理空气等离子体中的液体的方法和设备[1]。在该示例中，等离子体在耐火的反应器中燃烧，液体引入生成等离子体的气流中。这种方法需要相对笨重的设备，其原因是尤其必须通过洗涤塔处理产生的气体。
此外，无论使用的方法如何，似乎是：由于散热的原因而且由于与被选择为生产反应器的材料兼容的原因，可基本上改变液体的性质。
之前已经提出了针对废物处理问题的、涉及浸没的等离子体使用的多个方案。例如，可能提到了N.V.Alekseev等人的公布文本，其报告了一种处理方法，其中等离子体流入包含水溶液的容器中，该水溶液受到每升水中几十毫克的苯酚污染[2]。在这种情况下，等离子体用于产生过氧化氢，其使得溶解的有机化合物氧化。G.Fortin等人的公布文本也提到了一种涉及氩气/氮气等离子体焰炬的方法，该等离子体焰炬在填充有含氰化物的沥出物的反应器的底部燃烧[3]。进一步由同一作者提交国际申请以保护该发明[4]。
在任何情况下，已经开发了这些方法以处理水溶液，其中该水溶液包含少量待去除的物质：在第一种情况下是几ppm的苯酚，在第二种情况下是几ppm的氰化物。这些物质通过在溶液的中心操作的等离子体焰炬而逐步降解，所述焰炬产生有机化合物的氧化所需要的化学自由基。
最近，国际申请WO 2011/064361提出了一种用于处理化学废物尤其是废液的方法，该方法在速度和效率方面有所提高，适合于处理液体而不管液体的性质和/或成分如何，使用在其生产和/或使用时更简单、更紧凑和成本更低的设备[5]。在该国际申请中描述的方法的原理基于吹动式电弧等离子体焰炬，待处理的液体引入该等离子体焰炬中。该等离子体焰炬使得布置在填充有不同于待处理的液体的溶液尤其是填充有水的反应器的底部的氧等离子体，执行引入其中的有机化合物的燃烧；它产生直接急冷且纯净的气体。
该技术提供各种优点，这些优点是：(i)气体的非常快速的急冷防止形成不期望的化合物例如二恶英或呋喃；(ii)通过在不同于待处理的液体的溶液中尤其在水中中和，直接处理潜在的腐蚀性元素例如诸如氯、氟和磷；(iii)通过某一水位鼓泡，直接粗滤气体；以及(iv)系统通常保持冷的，这样能够容易保护系统免于腐蚀的风险。
这样，在国际申请WO 2011/064361中描述的方法能够执行有机液体的快速降解，在含磷的碳氢化合物的每小时1升(1L/h)处理期间其破坏效率接近99.98％。
此外，国际申请WO 2011/064361描述了一种置于等离子体焰炬的端部的部件，该部件形成额外的燃烧区并适合于具有两种不同类型的通道，一种通道适合于输送氧化剂气体，另一种通道用于将待处理的溶液引入等离子体的中心。
已经进行研究以扩展操作范围并提高处理速率，其不管通过何种燃烧气体都能够实现良好的降解率，其中质量可根据处理的产品极大地改变。在一些情况下，气体中的CO含量可接近10％，根据排放标准，这要求在反应器的出口安装后燃烧室或者从处理范围中排除某些液体。
因此，发明人给自己设定了进一步改进在国际申请WO 2011/064361中描述的方法的目标，以尤其提高释放的气体的质量同时进一步增加有机化合物的破坏效率。
换句话说，发明人给自己设定了提出一种技术改进的目标，进行该技术改进着眼于在气体在反应器的溶液例如水中急冷之前优化气体的性质和成分，其中处理等离子体浸没在反应器的溶液的中心。
发明内容
通过本发明实现目标组和其他事项，本发明提出基本上修改浸没式焰炬的出口几何结构，更具体地，在等离子体焰炬的出口处增加多个级，以确保有机物质的最优的破坏，同时伴随着完全氧化的燃烧气体产物。
图1在其右边部分回顾在国际申请WO 2011/064361中描述的方法的构思，并在左边插入处提供在等离子体焰炬的出口处增加的部件的视图，其正好表示了本发明的聚焦点。
该组件依次包括喷射设备、氧化稀释设备、再喷射设备以及冷却设备，该组件能够确保来自该方法的气体完全且快速的氧化，且使这些气体获得与各种排放标准一致的成分。这样，本发明涉及一种喷射和冷却系统，该系统用于装备等离子体焰炬，具有用于容纳等离子体和燃烧气体的腔，并包括：
-第一喷射设备，设计为：(用于)将待处理的液体溶液喷射到所述腔中，所述待处理的液体溶液在下文中称为溶液S1，
-第二喷射设备，抵靠所述第一喷射设备布置，且设计为：(用于)将氧化剂气体喷射到所述腔中，
-冷却设备，设计为(用于)冷却容纳在所述腔中的气体，
所述系统包括第三喷射设备，所述第三喷射设备插入在所述第二喷射设备和所述冷却设备之间，且设计为：(用于)将不同于待处理的液体溶液的液体溶液喷射到所述腔中，所述不同于待处理的液体溶液的液体溶液在下文中称为溶液S3，所述的四个设备是中空的、并同轴地对齐并且限定所述腔。
换句话说，根据本发明的改进基于等离子体焰炬的喷嘴出口的布置，其中该布置已经配备有以彼此叠置的方式布置的4个技术元件，它们是：
-第一设备或第一级，用于喷射待处理的液体，设计为尽可能近地将待处理的液体输送到等离子体火焰：尽可能近地将待处理的液体(尤其是有机液体)引进到等离子体，这确保了该液体中存在的化合物的挥发和快速预氧化；
-第二设备或第二级，用于喷射能够由氧气再次充实(re-enrichment)的氧化剂气体，这保证化学计量条件并增强化合物的氧化和处理气体的燃烧；
-第三设备或第三级，用于喷射除了待处理的溶液之外的液体，从而保证气体快速冷却到平衡漂移所需要的温度水平，有利于气体的优质氧化并因此有利于排放标准；以及
-最后一个设备或最后一级，用于在反应结束时冷却，给气体提供足够的驻留时间，以能够完成反应并实现化学平衡要求，这样，在气体在反应器的溶液中急冷之前能够优化燃烧。
在废液处理的范围内，由根据本发明的喷射和冷却系统提供的优点基本上涉及有机化合物的破坏效率和气体排放质量。此外，除了与由根据本发明的喷射和冷却系统提供的改进相关联的优点之外，还发现了在国际申请WO2011/064361中描述的方法所固有的优点，即：破坏了喷射到等离子体的中心的、待处理的溶液，其中，该等离子体在不同于待处理的溶液的溶液中(尤其在水中)燃烧；气体在水中准瞬时地急冷；挥发性物质的准瞬时的冷凝；通过洗涤效应从气体中除尘；以及在鼓泡期间气体的中和。
根据本发明的系统的第一喷射设备，设计为(用于)将待处理的溶液S1引入所述腔中，其包括至少一个第一通道，所述第一通道通向所述腔且通道设计为(用于)在其中输送所述溶液S1。该设备可包括至少两个第一通道、至少三个第一通道或至少四个通道，所述第一通道通向所述腔且设计为(用于)在其中输送所述溶液S1。
第一通道可具有任何方向。它们可朝着等离子体出口孔定向、朝着第二喷射设备定向或垂直于等离子体焰炬轴线定向。所有的第一通道可具有相同的方向或至少两个不同的方向。然而，作为有利的可选项，所有的第一通道朝着等离子体出口孔定向。
有利地，该第一设备由适合于待处理的溶液S1的材料制成。这种材料通常是金属例如铜或合金，尤其是非氧化的合金，例如不锈钢或者基于镍和铬并包括在由铁、钼、锰、铌和铜构成的组中选择的至少一个元素的合金，这种合金的具体示例在市场上以因科内尔(Inconel)品牌销售。这种材料还可以是陶瓷。此外，该第一设备可具有内部水循环冷却装置。
根据本发明的系统的第二喷射设备，设计为(用于)将氧化剂气体引入所述腔中，其包括至少一个第二通道，所述第二通道通向所述腔且设计为(用于)在其中输送所述氧化剂气体。该设备可包括至少两个第二通道、至少三个第二通道或至少四个第二通道，所述第二通道通向所述腔且设计为(用于)在其中输送所述氧化剂气体。
第二通道可具有任何方向。它们可朝着第一喷射设备定向、朝着第三喷射设备定向或垂直于等离子体焰炬轴线定向。所有的第二通道可具有相同的方向或至少两个不同的方向。然而，作为有利的可选项，所有的第二通道朝着第三喷射设备定向。
有利地，该第二喷射设备由适合于待处理的溶液S1的材料制成。这种材料通常是金属例如铜或合金，尤其是非氧化的合金，例如不锈钢或者基于镍和铬并包括在由铁、钼、锰、铌和铜构成的组中选择的至少一个元素的合金，这种合金的具体示例在市场上以因科内尔品牌销售。此外，该第二设备可具有内部水循环冷却装置。
根据本发明的系统的第三喷射设备，设计为(用于)将不同于待处理的液体溶液的液体溶液喷射到所述腔中，所述不同于待处理的液体溶液的液体溶液在下文中称为溶液S3，其包括至少一个第三通道，所述第三通道通向所述腔且设计为：(用于)在其中输送所述溶液S3。该设备可包括至少两个第三通道、至少三个第三通道或至少四个第三通道，所述第三通道通向所述腔且设计为(用于)在其中输送所述溶液S3。
第三通道可具有任何方向。它们可朝着第二喷射设备定向、朝着冷却设备定向或垂直于等离子体焰炬轴线定向。所有的第三通道可具有相同的方向或至少两个不同的方向。然而，作为有利的可选项，所有的第三通道垂直于等离子体焰炬轴线定向。
有利地，该第三喷射设备由适合于待处理的溶液S1的材料制成。这种材料通常是金属例如铜或合金，尤其是非氧化的合金，例如不锈钢或者基于镍和铬并包括在由铁、钼、锰、铌和铜构成的组中选择的至少一个元素的合金，这种合金的具体示例在市场上以因科内尔品牌销售。此外，该第三设备可具有内部水循环冷却装置。
根据本发明的系统的冷却设备，设计为(用于)冷却容纳在所述腔中的气体，其具有足够的长度以确保存在于待处理的溶液中的有机负载完全且最优的氧化。有利地，所述冷却设备包括通过内部水循环冷却的至少一个护套。
此外，有利地，该冷却设备由适合于待处理的溶液S1的材料制成。这种材料通常是金属例如铜或合金，尤其是非氧化的合金，例如不锈钢或者基于镍和铬并包括在由铁、钼、锰、铌和铜构成的组中选择的至少一个元素的合金，这种合金的具体示例在市场上以因科内尔品牌销售。
在根据本发明的喷射和冷却系统中，在由第一喷射设备、第二喷射设备和第三喷射设备构成的组中选择的至少一个喷射设备包括内部水循环冷却装置。在一个具体的实施例中，这些设备中的至少两个设备包括内部水循环冷却装置。这样，第一喷射设备和第二喷射设备、第一喷射设备和第三喷射设备或者第二喷射设备和第三喷射设备包括内部水循环冷却装置。在一个甚至更具体的实施例中，第一喷射设备、第二喷射设备和第三喷射设备都包括内部水循环冷却装置。
本发明还涉及一种等离子体焰炬，其配备有如上限定的喷射和冷却系统。任何等离子体焰炬，特别是任何电弧等离子体焰炬，尤其是任何吹动式电弧等离子体焰炬，适合于在本发明的范围内使用。根据本发明的等离子体焰炬的功率和强度将根据待处理的溶液S1和根据待喷射的流速来选择。
本发明进一步涉及一种用于处理液体溶液S1的设施，该设施包括：
-等离子体焰炬，配备有如上限定的喷射和冷却系统；
-液体溶液S1的容器；
-第一装置，设计为：所述液体溶液S1从所述液体溶液S1的容器输送到所述喷射和冷却系统的第一喷射设备；
-氧化剂气体的容器；
-第二装置，设计为：将所述氧化剂气体从所述氧化剂气体的容器输送到所述喷射和冷却系统的第二喷射设备；
-液体溶液S3的容器；以及
-第三装置，设计为：将所述液体溶液S3从所述液体溶液S3的容器输送到所述喷射和冷却系统的第三喷射设备。
在根据本发明的处理设施中，液体溶液S1的容器可以呈任何形状和体积。它可由适合于液体溶液S1的性质的材料制成。例如，这种材料可以是金属、陶瓷或合金，尤其是非氧化的合金，例如不锈钢。
在本发明的范围内使用的溶液S1可以是任何液体溶液，有利地，倾向于包含至少一种有机、有毒、有害、腐蚀性和/或放射性化合物的有机液体溶液。术语“有机、有毒、有害、腐蚀性和/或放射性化合物”指的是从重金属、放射性元素和有机元素中选择的至少一种元素。通过非限制性的示例，这些化合物从由氯、氟、硫、锌、磷、汞、铅、镉、砷、苯酚、氰化物、亚铁氰化物、草酸、腐殖酸、锶、钌、铯、α发射体例如镅、钚、铀及其混合物构成的组中选择。溶液S1能够以下述形式存在：有机液体、纯液体或混合物、放射性液体、乳剂、微乳剂、水溶液、尤其是有机化合物在水溶液中的悬浮物、包含从粉碎固体获得的微粒的液体、或有害废液。
更具体地，溶液S1可以是包含有机物质(可选地，在矿物质的范围内的有机物质)的任何类型的溶液。这种溶液可从任何民用设施、民用核设施或民用非核设施、或任何军用设施、军用核设施或军用非核设施获得。通过非限制性的示例，溶液S1可从由从污水厂或污水厂污泥获得的溶液、废水、废油、家庭废液、医疗或医院废液、工业废液、来自核设施的废液构成的组中选择。在本发明中，表述“溶液S1”、“液体溶液S1”、“待处理的液体”或“待处理的溶液”是等同的且可互换地使用。
在根据本发明的处理设施中，氧化剂气体的容器可以呈任何形状和体积。氧化剂气体可从由氧气、空气、二氧化碳及其混合物构成的组中选择。有利地，氧化剂气体是氧气。氧化剂气体的容器可以是氧化剂气体的气罐，尤其是加压氧气的气罐。
在根据本发明的处理设施中，液体溶液S3的容器可以呈任何形状和体积。它可由适合于液体溶液S3的性质的材料制成。例如，这种材料可以是金属、塑料、陶瓷或合金，尤其是非氧化的合金，例如不锈钢。
在第一实施例中，液体溶液S3的容器是容纳有不同于待处理的液体溶液S1的溶液S2的反应器。在下文中描述的根据本发明的处理方法中，等离子体浸没在该反应器中，并浸没在该反应器的该溶液S2中。该实施例能够使位于任何有机化合物的等离子体中心的第二通道仍然存在于反应器的溶液中，这样能够进一步提高有机化合物的破坏率。
如国际申请WO 2011/064361中解释的，其中浸没了等离子体的溶液S2执行反应器的冷却，必然不需要附加元件来冷却反应器的壁。该溶液S2还具有处理气体排放物的作用，其原因是它执行对产生的气体的急冷、除尘和中和以及对产生的挥发性物质的冷凝。因此，溶液S2用作冷却器、过滤器和洗涤塔。
溶液S2是水溶液或盐溶液，有利地是水。溶液S2可进一步包含至少一种添加剂，从而确保残留有机物质的破坏。这种添加剂是催化剂，从而确保残留有机物质的深度降解。这些催化剂可以例如激活由等离子体辐射激活的芬顿反应。它们可由芬顿试剂构成，从而确保离子体辐射中的自由基产物。这种催化剂的一个具体示例由金属离子尤其是亚铁离子构成，从而能够产生深度氧化的OH自由基，产生的铁离子通过UV辐射而再次生成亚铁离子。在使用来自等离子体焰炬或其他设备的UV辐射的反应器内部对芬顿型反应的使用，提供的优点在于提供破坏残留有机物质的手段，这种类型的反应适合于处理非常小量(通常大约是1ppm)的有机物质。
此外，溶液S2的pH值可维持在接近中性的值。在本发明中，表述“溶液S2”、“液体溶液S2”和“反应器的溶液”是等同的且可互换地使用。
溶液S2不仅不同于溶液S1，而且不对应于来自尤其是废液(例如溶液S1)的处理的液体溶液，或者不对应于从这种处理产生的液体溶液，例如诸如易于从废液的之前处理获得的、包含部分处理的废物的溶液，从废物的处理获得的熔池、这种熔池的金属层或这种熔池的熔渣层。上面对溶液S2的定义明显包括当使用溶液S2的时候，即，当等离子体浸没在溶液S2中且在喷射溶液S1之前的时候。
在进一步的实施例中，液体溶液S3的容器和包含不同于如上定义的液体溶液S1的溶液S2的反应器是两个不同的元件。换句话说，根据本发明的处理设施进一步具有包含如上定义的不同于液体溶液S1的溶液S2的反应器。在该实施例中，包含在溶液S3的容器中的液体溶液S3通常是水溶液或盐溶液，有利地是水。
无论实施例如何，根据本发明的设施的反应器可以呈任何形状和体积。如国际申请WO 2011/064361中描述的，溶液S2执行反应器的冷却，因此反应器必然不需要由适合于承受非常高的温度的材料制成，其原因是反应器是冷的。有利地，反应器由不锈钢制成。
设计为将液体溶液S1从所述液体溶液S1的容器输送到所述喷射和冷却系统的第一喷射设备的第一装置，可以是适合于将液体从一个舱室输送到不同舱室的任何装置。在这些装置中，可提到液体供应泵和流体静压力液体供应泵。这些装置通过由柔性材料或刚性材料制成的管道流体地连接到液体溶液S1的容器和/或所述喷射和冷却设备的第一喷射设备。
设计为将氧化剂气体从所述氧化剂气体的容器输送到所述喷射和冷却系统的第二喷射设备的第二装置，可以是适合于将气态流体从一个舱室输送到不同舱室的任何装置，例如诸如气体供应泵和泄压阀。这些装置通过由柔性材料或刚性材料制成的管道流体地连接到氧化剂气体的容器和/或所述喷射和冷却系统的第二喷射设备。
设计为将液体溶液S3从所述液体溶液S3的容器输送到所述喷射和冷却系统的第三喷射设备的第三装置，可以是适合于将液体流体从一个舱室输送到不同舱室的任何装置。在这些装置中，可提到液体供应泵和流体静压力液体供应泵。这些装置通过由柔性材料或刚性材料制成的管道流体地连接到液体溶液S3的容器和/或所述喷射和冷却设备的第三喷射设备。
根据本发明的处理设施可进一步包括生成紫外线辐射的设备。清楚的是，该设备不同于在所述设施中存在的等离子体焰炬。任何UV辐射系统，即，能够发射其波长范围处于近紫外范围内的辐射的任何系统，适合于在本发明的范围内使用。可提到处于“霓虹灯”型管的形式的汞蒸汽灯、钠蒸汽灯、发冷光的半导体元件、发光二极管(LED)。生成紫外线辐射的该设备能够再次生成在反应器的溶液S2中存在的芬顿反应催化剂。当根据本发明的处理设施不包括生成紫外线辐射的这种设备时，正是等离子体来再次生成在反应器的溶液S2中存在的芬顿反应催化剂。
根据本发明的处理设施可进一步包括至少一个或多个附加元件，例如针对根据国际申请WO 2011/064361的设施描述的那些元件。有利地，该元件或这些元件从由以下项构成的组中选择：(i’)设计为向等离子体焰炬更具体地向形成该等离子体焰炬的电极施加电流或给定电势的装置；(ii’)设计为给等离子体焰炬供应等离子体形成气体以及可选的第二气体的装置；(iii’)冷凝器；(iv’)空气过滤器；(v’)用于冷却溶液S2的设备；(vi’)用于过滤溶液S2的设备；(vii’)设计为控制和调节溶液S2的pH值的装置；以及(viii’)设计为向溶液S2添加酸或碱的装置。
设计为给等离子体焰炬供应等离子体形成气体以及可选的第二气体的装置，可以是适合于将气态流体输送到舱室例如气体供应泵中的任何装置。这些装置通过由柔性材料或刚性材料制成的管道连接到等离子体焰炬。此外，适合于给等离子体焰炬供应至少一个等离子体形成气体可选地至少一种第二气体的装置，可涉及在等离子体焰炬的阳极和阴极之间向外打开的通道和/或设置在阳极和/或阴极中的通道。
当根据本发明的处理设施操作时，跟随气化、燃烧和/或氧化而生成的气体在溶液S2中鼓泡，在溶液S2中气体急冷且去除其灰尘和可中和的化学物质例如HCl、SO2、SO3、NO2、NO3和P2O5。在排放到设备外部尤其排放到外部环境中之前，气体有利地穿过冷凝器且可选地穿过过滤器。这样，根据本发明的设施可包括冷凝器且可选地包括空气过滤器。有利地，冷凝器且可选地过滤器，安装在反应器的上部。
还用作适合于在本发明的范围内使用的除雾器的冷凝器，有利地是单独的流体冷凝器，其中来自燃烧气体的不同流体尤其是来自冷却设备的冷却流体保持在比进入燃烧室的气体的温度低的温度。适合于在本发明的范围内使用的冷凝器可以是管状热交换器或蒸发器型冷凝器。
在本发明的范围内，任何类型的空气过滤器适合于在冷凝器的出口处使用。然而，为了确保高效率的过滤，可使用活性炭型过滤器、玻璃微纤维过滤器或聚四氟乙烯过滤器。举例来说，可提到板式过滤器或空气过滤器。
等离子体焰炬的操作以及溶液S1的成分的气化、燃烧和/或氧化导致溶液S2过热。因此，为了降低饱和蒸汽压力，根据本发明的设施可包括用于冷却溶液S2的设备，即，适合于执行溶液S2的冷却的系统。此外，根据本发明的设施可进一步包括用于过滤溶液S2的设备，即，适合于执行溶液S2的过滤的系统。
这样，根据本发明的设施有利地包括在上游配备有过滤器的交换器。适合于在本发明的范围内使用的交换器是双流型热交换器，其中溶液S2与另一液体或气流交换热，以使溶液S2的温度保持在限制反应器表面的蒸汽压力的水平。该热交换器可以是处于U形管形式的交换器、水平或垂直管状交换器、螺旋交换器或板式交换器。
有利地，过滤器置于交换器的上游，以获得来自燃烧的灰尘和来自溶液S1中存在的矿物质的沉淀的任何固体。在根据本发明的设备的范围内使用的过滤器包括至少一个膜，有利地是纳米过滤型、微细过滤型或超细过滤型的膜。这些膜由孔径限定，该孔径小于灰尘和固体的平均粒径，通常从大约1微米至几十纳米。
在处理期间，溶液S2可根据情况变成酸性的或碱性的溶液。此外，根据本发明的设备可进一步包括设计为控制和调节溶液S2的pH值的装置。
这些装置可包括用于测量pH值的电极，该电极置于反应器中或置于反应器的外部电路中但是连接到反应器。pH值可连续地或间歇性地测量。用于测量pH值的电极直接或间接地连接到设计为向溶液S2添加酸或碱的装置。
本发明进一步涉及一种用于处理如上限定的溶液S1的方法，该方法包括由以下步骤：将所述溶液S1喷射到等离子体中(即，喷射到等离子体的中心)，该等离子体使用如上限定的等离子体焰炬生成且浸没在不同于如上限定的溶液S1的第二液体溶液(在下文中称为溶液S2)中。
在本发明的范围内，术语“溶液S1的处理”指的是减小如上限定的有机、有毒和/或有害化合物的量，并使可能是腐蚀性和/或放射性的化合物稳定，这些化合物在根据本发明的处理之前存在于溶液S1中。该减小可涉及去除这些化合物和/或将这些化合物转换成较低危害的化合物。有利地，跟随根据本发明的处理，最初包含在溶液S1中的化合物中至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或者甚至全部的化合物被去除和/或转换成较低危害的化合物。
有利地，根据本发明的方法包括由以下步骤：
a)从配备有如上限定的喷射和冷却系统的等离子体焰炬生成等离子体；
b)将在步骤(a)中生成的等离子体浸没在如上限定的溶液S2中；
c)通过所述喷射和冷却系统的第二喷射设备将氧化剂气体引进到等离子体附近；
d)通过所述喷射和冷却系统的第三喷射设备将如上限定的溶液S3引进到等离子体附近；以及
e)通过所述喷射和冷却系统的第一喷射设备将如上限定的溶液S1引进到按照这种方式浸没的等离子体中。
通常，步骤(a)、(b)和(c)连续地执行。步骤(c)、(d)和(e)可连续地或同时执行。
根据本发明的方法的步骤(a)在于：从如上限定的等离子体焰炬生成等离子体，尤其是生成吹动式电弧等离子体。有利地，在由电极构成的等离子体焰炬处产生放电，同时等离子体形成气体在生成等离子体的这些电极之间穿过。
适合于使用的等离子体形成气体可以是本领域技术人员已知的任何气体。等离子体形成气体可根据使用的等离子体焰炬技术而改变。在本发明的范围内，等离子体形成气体包括等离子体反应所需要的氧化剂气体和/或保护焰炬的阴极所需要的惰性气体。
在第一可选实施例中，等离子体形成气体仅包括一种氧化剂气体。该可选实施例使用不需要惰性气体保护的焰炬。因此，氧化剂气体可在由氧气、空气、二氧化碳及其混合物构成的组中选择。有利地，氧化剂气体是氧气。
在第二可选实施例中，等离子体形成气体包括如上限定的氧化剂气体和惰性气体。具体地，惰性气体在由氩气、氦气、氮气及其混合物构成的组中选择。有利地，获得的等离子体在由氩气/氧气等离子体、氦气/氧气等离子体以及氮气/氧气等离子体构成的组中选择。
在尤其对应于在方法的步骤(c)期间要求非氧化的气化的情况的第三可选实施例中，等离子体仅与如上限定的惰性气体作用，尤其是与氩气作用，且不需要添加氧气。如果需要氧化以破坏包含在溶液S1中的有机化合物，则随后可添加氧气流以产生惰性气体/氧气等离子体，该氧气流通过如上限定的所述喷射和冷却系统的第二喷射设备来供应。
在第四可选实施例中，等离子体形成气体是再循环到等离子体焰炬的废气。有利地，这种气体包括化合物CO2/O2/氩气。在该可选实施例中，可想到通常使用冷却的铜阳极和阴极的焰炬技术。根据选择的操作模式，可想到其他金属例如钨。这样，在该第四实施例中，使用的等离子体使由该方法排放的气体中所有的或一部分气体再循环，作为等离子体形成气体。
根据本发明的方法的步骤(b)在于：给反应器填充溶液S2，其中，等离子体在步骤(a)期间在反应器中生成。在反应器的填充期间，反应器不会完全填充溶液S2。
在步骤(b)期间，溶液S2具有在20和60℃之间的温度，尤其具有在30℃±5℃附近调节的温度。因此，跟随步骤(a)的反应器相对高的温度降低，有利地降低到溶液(S2)的温度。因此，可在本发明中使用术语“冷的反应器”。
一旦已经启动等离子体，则应该快速地填充反应器以防止系统过热。
根据本发明的方法的步骤(c)在于：给等离子体再次充实氧化剂气体。在本发明的范围内，通过所述喷射和冷却系统的第二喷射设备执行这种再充实。
引入氧化剂气体的速率将取决于使用的等离子体的功率和溶液S1的性质。根据情况，该速率可达到每小时几十升。步骤(c)期间氧化剂气体的引入可连续地执行，或者通过使引入氧化剂气体的阶段和不引入氧化剂气体的阶段交替，可在步骤(c)期间顺序地执行氧化剂气体的引入。
根据本发明的方法的步骤(c)可持续几分钟至几小时或者甚至几天。这样，根据本发明的方法的步骤(c)每天可执行24小时，持续与等离子体焰炬的寿命一致的时间。
根据本发明的方法的步骤(d)在于：使如上限定的溶液S3与等离子体接触，可选地与燃烧气体接触。在本发明的范围内，通过所述喷射和冷却系统的第三喷射设备执行该接触。
引入溶液S3的速率将取决于使用的等离子体的功率和溶液S3的性质。根据情况，该速率可达到每小时几十升。在步骤(d)期间溶液S3的引入可连续地执行，或者通过使引入溶液的阶段和不引入溶液的阶段交替，可在步骤(d)期间顺序地执行溶液S3的引入。
根据本发明的方法的步骤(d)可持续几分钟至几小时或者甚至几天。这样，根据本发明的方法的步骤(e)每天可执行24小时，持续与等离子体焰炬的寿命一致的时间。
根据本发明的方法的步骤(e)在于：使溶液S1与等离子体中心接触，以使如上限定的处理立刻发生。在本发明的范围内，通过所述喷射和冷却系统的第一喷射设备执行该引入。
引入溶液S1的速率将取决于使用的等离子体的功率和溶液S1的性质。根据情况，该速率可达到每小时几十升。在步骤(e)期间溶液S1的引入可连续地执行，或者通过使引入溶液的阶段和不引入溶液的阶段交替，可在步骤(e)期间顺序地执行溶液S1的引入。
根据本发明的方法的步骤(e)可持续几分钟至几小时或者甚至几天。这样，根据本发明的方法的步骤(e)每天可执行24小时，持续与等离子体焰炬的寿命一致的时间。
如上解释的，由于溶液S1与等离子体接触，所以在等离子体中立刻发生溶液S1的化合物的气化、燃烧和/或氧化反应。
在根据本发明的方法的步骤(c)、(d)和(e)之后，分离的气体一旦从等离子体释放则必须快速地中和(尤其是急冷)，以防止形成有毒的复杂分子例如呋喃或二恶英。溶液S2执行这些功能。类似地，来自气化、燃烧和/或氧化反应的灰尘和挥发性化合物分别通过溶液S2去除和冷凝。
根据本发明的方法包括附加步骤，该附加步骤在于过滤、冷却和/或中和所述溶液S2。应该指出的是，等离子体焰炬的操作和在步骤(c)、(d)和(e)期间发生的反应，尤其在根据本发明的方法的步骤(e)期间发生的反应，可导致位于反应器中的溶液S2过热。
此外，为了降低饱和蒸汽压力，根据本发明的方法可包括附加步骤，该附加步骤在于冷却溶液S2。该附加步骤可发生在方法的步骤(c)、(d)和(e)中的任一步骤期间或之后。有利地，与方法的步骤(c)同时地实施溶液S2的冷却。可选地，与方法的步骤(e)同时地实施溶液S2的冷却。
适合于降低液体温度的任何系统适合用于该冷却步骤。有利地，该步骤使用涉及交换器或冷却塔的并行处理回路。
阻止来自溶液S1的处理和破坏的矿物质微粒的过滤器，有利地安装在回路中，位于用于冷却溶液S2的交换器的上游。
最后，当根据本发明的处理方法完成时，反应器排出溶液S2，从而允许等离子体短时间地显现，该时间是干燥高过焰炬的部件以防止溶液S2进入其喷嘴所需要的时间。该显现时间产生反应器的正常过热。等离子体显现所持续的时间应该是短暂的但是足以干燥高过焰炬的部件。该时间应该在10秒和5分钟之间。
一旦焰炬关闭，则应该维持等离子体形成气体的供应，以完全地干燥焰炬。该供应可维持大于10分钟的时间。
对于本领域技术人员来说，通过阅读在下文中参照附图以说明性的和非限制性的方式给出的示例，本发明的进一步的特点和优点将显现出来。
附图说明
图1是根据国际申请WO 2011/064361和根据本发明的废物处理设备的一般性和示意性的视图，其中作为插入项的是根据本发明的喷射和冷却系统的示意性表示。
图2是根据本发明的适合用于处理废液的设备的吹动式电弧等离子体焰炬的更加详细的视图。
图3涉及根据本发明的喷射和冷却系统的第一喷射设备。图3A是布置在等离子体焰炬上的喷射和冷却系统的第一喷射设备的纵剖局部示意图。图3B是喷射和冷却系统的第一喷射设备的局部透视示意图。
图4涉及根据本发明的喷射和冷却系统的第二喷射设备。图4A是布置在等离子体焰炬上的喷射和冷却系统的第一喷射设备和第二喷射设备的纵剖局部示意图。图4B是喷射和冷却系统的第二喷射设备的局部透视示意图。
图5涉及根据本发明的喷射和冷却系统的第三喷射设备。图5A是布置在等离子体焰炬上的喷射和冷却系统的第一喷射设备、第二喷射设备和第三喷射设备的纵剖局部示意图。图5B是喷射和冷却系统的第三喷射设备的局部透视示意图。
图6涉及根据本发明的喷射和冷却系统的冷却设备。图6A是布置在等离子体焰炬上的喷射和冷却系统的第一喷射设备、第二喷射设备、第三喷射设备和冷却设备的纵剖局部示意图。图6B是喷射和冷却系统的冷却设备的局部透视示意图。
具体实施方式
I.设备
在下文中，术语“轴向”和“径向”相对于等离子体焰炬的轴线AA’来限定。
图1在其右手边部分示出了如国际申请WO 2011/064361[5]中描述的且如本发明中实施的方法的操作原理。
图1示出了在下文中提供的描述。本发明基于浸没在反应器中的吹动式电弧等离子体1的使用，其中，该反应器呈圆柱形并且具有50L的容积且填充有水2。待处理的液体产品3例如为磷酸三丁酯(TBP)和十二烷的混合物，待处理的液体产品通过根据本发明的喷射和冷却系统的第一喷射设备引入等离子体中。一旦位于等离子体中，液体在氧气存在的情况下被立刻带到非常高的温度(大约2000℃)，导致有机物质的完全破坏。
图2表示使用的等离子体焰炬。该等离子体焰炬由传统的等离子体焰炬构成，其中，尤其由钨制成的、呈圆锥形的且受到氩气流保护的难熔金属阴极10生成到阳极11的电弧。阳极11以长度为10cm且直径为10mm的铜护套的形式存在。该电弧被氩气流和氧气流吹动。使用的等离子体焰炬具有用于通过内部水循环来冷却隔膜和阳极的设备12。
图3A和3B表示根据本发明的喷射和冷却系统的第一喷射设备13。该第一设备置于等离子体焰炬的出口处，尤其置于阳极11附近。更具体地，该第一设备以由因科内尔铬镍铁合金制成的冷却金属部件的形式存在，其中，该冷却金属部件在高度上测量为26mm，呈具有圆形截面的圆柱形且具有中央凹部14，该中央凹部14呈具有圆形截面的圆柱形。该中央凹部14形成喷射和冷却系统的腔的一部分。该第一设备具有附接凸缘15，附接凸缘15径向向外突出，具有至少一个孔16以供拉杆通过。有利地，附接凸缘具有四个孔16以供拉杆通过。该第一设备13具有：待处理的液体的循环室17；待处理的液体的至少一个引入通道18，所述引入通道通向所述循环室17；以及待处理的液体的至少一个喷射通道19，所述喷射通道连接到所述循环室17且通向中央凹部14(即，通到喷射和冷却系统的腔中)。待处理的液体的引入通道18通过至少一个孔20通向第一喷射设备13的侧壁。喷射通道19朝着等离子体21的出口孔定向。待处理的液体以每秒钟几厘米的速率喷射，该速率根据在每小时0至4升之间的可调节的流速而改变。
图4A和4B表示根据本发明的喷射和冷却系统的第二喷射设备22。该第二设备22置于第一喷射设备13上且与第一喷射设备13接触。更具体地，该第二设备22以由因科内尔铬镍铁合金制成的金属部件的形式存在，其中，该金属部件在高度上测量为22mm，呈具有圆形截面的圆柱形且具有中央凹部23。限定出中央凹部23的壁具有锥形的内径向表面。实际上，该第二设备22用作喷嘴出口处的扩散器(divergent)。该第二设备22具有：氧化剂气体循环室24；通向所述循环室24的至少一个氧化剂气体引入通道25；以及至少一个氧化剂气体喷射通道26，所述氧化剂气体喷射通道连接到所述循环室24且通向中央凹部23(即，通到喷射和冷却系统的腔中)。氧化剂气体引入通道25通过至少一个孔27通向第二喷射设备22的侧壁。直径为几毫米的喷射通道26朝着第三喷射设备28定向。第二喷射设备具有至少一个孔29以供拉杆通过。有利地，第二喷射设备具有四个孔29以供拉杆通过。
图5A和5B表示根据本发明的喷射和冷却系统的第三喷射设备28。该第三设备28置于第二喷射设备22上且与第二喷射设备22接触。更具体地，该第三设备28以由不锈钢制成的金属部件的形式存在，其中，该金属部件在高度上测量为22mm，呈具有圆形截面的圆柱形且具有中央凹部30，该中央凹部30呈具有圆形截面的圆柱形且具有中央凹部30。限定出中央凹部30的壁具有锥形的内径向表面。该第三设备28具有：如上限定的溶液S3(尤其是水)的循环室31：溶液S3(尤其是水)的至少一个引入通道32，所述引入通道通向所述循环室31；以及溶液S3(尤其是水)的至少一个喷射通道33，所述喷射通道连接到所述循环室31且通向中央凹部30(即，通到喷射和冷却系统的腔中)。溶液S3(尤其是水)的引入通道32通过至少一个孔34通向第三喷射设备28的侧壁。喷射通道33朝着冷却设备35定向。第三喷射设备具有至少一个孔36以供拉杆通过。有利地，第三喷射设备具有四个孔36以供拉杆通过。
图6A和6B表示根据本发明的喷射和冷却系统的冷却设备35。该冷却设备35以由不锈钢制成的金属部件的形式存在，其中，该金属部件在高度上测量为107mm，具有轴(或护套或喷嘴)的形状且具有中央凹部，该中央凹部呈轴(或护套或喷嘴)的形式，其中，内壁限定出具有圆形截面的圆柱形的中央凹部37。在冷却设备35的壁中，冷却设备35具有通道38或多个通道，以用于使冷却剂(例如水)循环。该冷却设备35具有附接凸缘39，径向向外突出的附接凸缘39具有至少一个孔40以供拉杆通过。有利地，附接凸缘具有四个孔40以供拉杆通过。
根据本发明的喷射和冷却系统具有至少一个拉杆或螺栓，它们共同提供设备13、22、28和35彼此的附接和紧固以及这些设备与等离子体焰炬的附接和紧固。这些拉杆穿过孔16、27、34和40。
处理方法使用吹动式电弧等离子体1，吹动式电弧等离子体从配备有喷射和冷却系统并浸没在填充有水溶液2的反应器中的等离子体焰炬获得。该水溶液可进一步包含处于溶解形式的金属离子和过氧化氢，以执行由来自等离子体焰炬的UV辐射维持的芬顿反应(Fenton reaction)。
在氩气-氧气等离子体云(plasma plume)中立刻气化和分解之后，残留的或部分氧化的有机化合物受到通过根据本发明的喷射和冷却系统的第二喷射设备22引入的第二氧气流的作用。
然后，燃烧气体通过水来被急冷，以使燃烧气体达到适合于建立与排放要求兼容的化学平衡的温度水平。通过根据本发明的喷射和冷却系统的第三喷射设备28执行水(还可以是反应器的水溶液)的添加。
气体随后穿过根据本发明的喷射和冷却系统的冷却设备35，其中，在进入水溶液的中心(在水溶液中气体立刻急冷)之前，气体完成冷却并获取其最终成分。
在鼓泡(bubbling)期间，气体去除其灰尘和可中和的化学物质，例如HCl、HF、SOx、NOx、P2O5等。气体随后穿过冷凝器4且排放到外部，其中，冷凝器4还用作除雾器。根据要求的净化水平，气体可受到超高效率(UHE，ultra-high-efficiency)的过滤7，以防止任何微粒的排放。
反应器的水溶液可包含适合于促成处于极低水平的残留化合物的最优降解的离子。例如，可增加与过氧化氢的存在相关联的亚铁离子Fe2+，以促成OH自由基的形成，从而确保残留有机物质的破坏。然后可通过来自电弧等离子体的UV辐射来执行Fe3+/Fe2+转换。
等离子体焰炬的工作和有机物质的燃烧导致位于反应器中的水溶液过热。为了降低饱和蒸汽压力，水在经过交换器6的回路中冷却。水的温度维持在限制反应器表面的蒸汽压力的水平。在交换器6的上游，冷却回路配备有过滤器5，从而从存在于待处理的废水中的矿物质的沉淀物获得固体。该过滤-冷却回路将溶液提取到反应器的下部并将溶液再次引入反应器的上部。
在处理期间，反应器的溶液可根据情况变成酸性的或碱性的溶液。pH值的在线监测8能够通过根据情况9添加碱基酸(acid of a based)来连续地调节pH值的值。如果适用的话，该调节应该考虑由芬顿反应的使用施加的化学要求。
II.操作和性能
用于设计在本发明中描述的改进的实验开发阶段清楚地说明了各个改进步骤。
对包括磷酸三丁酯(TBP)和十二烷的混合物的、待处理的溶液实施测试，该混合物具有含高的NCV(≈10kWh/L)的双特异性。该溶液以每小时3L的供给率喷射到等离子体中。
在图1中表示的布置中，等离子体焰炬在氩气的流速为每分钟30NL和氧气的流速为每分钟180NL时操作。
对溶液的成分做出的测量显示破坏率大于99.5％。各个级在等离子体焰炬的出口处的布置基本上改变了气体排放成分。表示气体混合物的氧化水平的CO和CO2含量在下面的四个方案中被监测：
未处理地喷射到等离子体火焰中：
出口处的CO成分：12％
出口处的CO2成分：4％
喷射到等离子体火焰中，接着由O2再次充实(每分钟40NL)：
出口处的CO成分：9％
出口处的CO2成分：6％
这里注意：增加氧气提供了优质的氧化，而且气体的部分冷却能够使CO/CO2平衡发生热漂移。
喷射到等离子体火焰中，接着由O2再次充实(每分钟40NL)且在喷嘴中冷却：
出口处的CO成分：8％
出口处的CO2成分：9％
由出口喷嘴提供的冷却不足够，其原因是CO水平仍然大大超过排放标准。
喷射到等离子体火焰中，接着由O2再次充实(每分钟40NL)、添加冷却水(每分钟0.3L)且在喷嘴中冷却：
出口处的CO成分：0.2％
出口处的CO2成分：8％
这次最后的测试验证了应用的技术改进的有效性。
参考文献
[1]于1992年2月5日公布的专利申请EP 0,469,737(Tioxide Group ServicesLimited)“破坏过程(Destruction process)”。
[2]Alekseev N.V.、Samokhin A.V.、Belivtsev A.N.和Zhavoronkova V.I.于2000年在高能化学(High Energy Chemistry)上发表的“水溶液中的苯酚的热等离子体射流氧化(Thermal-Plasma Jet Oxidation of PH值enol in Aqueous Solutions)”，第34卷第6期第389-393页。
[3]Fortin L.、Soucy G.、Kasireddy V.、Bernier J.-L.、Boulos M.I于1999年在关于等离子体化学的第14届国际研讨会(ISPC'14，布拉格(捷克共和国))上发表的“用于废水处理的热等离子体的使用(The Use of Thermal Plasma for WastewaterTreatment)”，第2387-2392页。
[4]于1997年6月26日公布的国际申请WO 97/22556(Alcan InternationalLimited)“热等离子体反应器和废水处理方法(Thermal Plasma Reactor and WastewaterTreatment Method)”。
[5]于2011年6月3日公布的国际申请WO 2011/064361(CEA)“用于通过喷射到浸没的等离子体中来处理废物的方法和设备(Method and device for the treatment ofwaste through injection into an immersed plasma)”。

Claims (16)

1.喷射和冷却系统，用于装备等离子体焰炬，具有用于容纳等离子体和燃烧气体的腔，并包括：
-第一喷射设备，所述第一喷射设备设计为：将待处理的液体溶液喷射到所述腔中，所述待处理的液体溶液在下文中称为溶液S1，
-第二喷射设备，所述第二喷射设备抵靠所述第一喷射设备布置，且设计为：将氧化剂气体喷射到所述腔中，
-冷却设备，所述冷却设备设计为：冷却容纳在所述腔中的气体，
所述系统包括第三喷射设备，所述第三喷射设备插入在所述第二喷射设备和所述冷却设备之间，且设计为：将不同于待处理的液体溶液的液体溶液喷射到所述腔中，所述不同于待处理的液体溶液的液体溶液在下文中称为溶液S3，所述的四个设备是中空的、并同轴地对齐并且限定所述腔，
所述系统连续地包括所述第一喷射设备、所述第二喷射设备、所述第三喷射设备和所述冷却设备，所述的设备以彼此叠置的方式放置。
2.根据权利要求1所述的喷射和冷却系统，其特征在于，所述第一喷射设备包括至少一个第一通道，所述第一通道通向所述腔且设计为：在其中输送所述溶液S1。
3.根据权利要求1或2所述的喷射和冷却系统，其特征在于，所述第二喷射设备包括至少一个第二通道，所述第二通道通向所述腔且设计为：在其中输送所述氧化剂气体。
4.根据权利要求1或2所述的喷射和冷却系统，其特征在于，所述第三喷射设备包括至少一个第三通道，所述第三通道通向所述腔，且设计为：在其中输送所述溶液S3。
5.根据权利要求1或2所述的喷射和冷却系统，其特征在于，所述冷却设备包括通过内部水循环冷却的至少一个护套。
6.根据权利要求1或2所述的喷射和冷却系统，其特征在于，
所述第二喷射设备包括至少一个第二通道，所述第二通道通向所述腔且设计为：在其中输送所述氧化剂气体，
所述第三喷射设备包括至少一个第三通道，所述第三通道通向所述腔且设计为：在其中输送所述溶液S3，
所述冷却设备包括通过内部水循环冷却的至少一个护套。
7.等离子体焰炬，配备有根据权利要求1至6中任一项所述的喷射和冷却系统。
8.用于处理液体溶液S1的设施，包括：
-等离子体焰炬，所述等离子体焰炬配备有根据权利要求1至6中的任一项所述的喷射和冷却系统；
-液体溶液S1的容器；
-第一装置，所述第一装置设计为：将所述液体溶液S1从所述液体溶液S1的容器输送到所述喷射和冷却系统的第一喷射设备；
-氧化剂气体的容器；
-第二装置，所述第二装置设计为：将所述氧化剂气体从所述氧化剂气体的容器输送到所述喷射和冷却系统的第二喷射设备；
-液体溶液S3的容器；以及
-第三装置，所述第三装置设计为：将所述液体溶液S3从所述液体溶液S3的容器输送到所述喷射和冷却系统的第三喷射设备。
9.根据权利要求8所述的处理设施，其特征在于，所述液体溶液S3的容器是容纳有不同于待处理的液体溶液S1的溶液S2的反应器。
10.根据权利要求8所述的处理设施，其特征在于，所述设施进一步具有容纳有不同于液体溶液S1的溶液S2的反应器。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的处理设施，其特征在于，所述设施进一步包括生成紫外线辐射的设备。
12.根据权利要求9或10所述的处理设施，其特征在于，所述设施进一步包括从由以下项构成的组中选择的至少一个或多个附加元件：(i’)设计为向等离子体焰炬施加电流或给定电势的装置；(ii’)设计为给等离子体焰炬供应等离子体形成气体的装置；(iii’)冷凝器；(iv’)空气过滤器；(v’)用于冷却溶液S2的设备；(vi’)用于过滤溶液S2的设备；(vii’)设计为控制和调节溶液S2的pH值的装置；以及(viii’)设计为向溶液S2添加酸或碱的装置。
13.根据权利要求12所述的处理设施，其特征在于，设计为向等离子体焰炬施加电流或给定电势的所述装置向形成该等离子体焰炬的电极施加电流或给定电势。
14.根据权利要求12所述的处理设施，其特征在于，设计为给等离子体焰炬供应等离子体形成气体的所述装置还给等离子体焰炬供应第二气体。
15.用于处理溶液S1的方法，包括以下步骤：将所述溶液S1喷射到等离子体中，该等离子体使用如权利要求7限定的等离子体焰炬生成且浸没在不同于所述溶液S1的溶液S2中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)从配备有根据权利要求1至6中任一项所述的喷射和冷却系统的等离子体焰炬生成等离子体；
c)通过所述喷射和冷却系统的第二喷射设备将氧化剂气体引进到等离子体附近；
d)通过所述喷射和冷却系统的第三喷射设备将溶液S3引进到等离子体附近；以及
e)通过所述喷射和冷却系统的第一喷射设备将溶液S1引进到按照这种方式浸没的等离子体中。
CN201580022076.7A 2014-04-30 2015-04-28 专用于废物处理的浸没式等离子体焰炬的出口喷嘴的布置 Active CN106255667B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1453977A FR3020663B1 (fr) 2014-04-30 2014-04-30 Amenagement de la tuyere de sortie d'une torche a plasma immerge dediee au traitement de dechets
FR1453977 2014-04-30
PCT/EP2015/059226 WO2015165911A1 (fr) 2014-04-30 2015-04-28 Aménagement de la tuyère de sortie d'une torche à plasma immergé dédiée au traitement de déchets

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106255667A CN106255667A (zh) 2016-12-21
CN106255667B true CN106255667B (zh) 2019-07-26

Family

ID=51518913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580022076.7A Active CN106255667B (zh) 2014-04-30 2015-04-28 专用于废物处理的浸没式等离子体焰炬的出口喷嘴的布置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10711999B2 (zh)
EP (1) EP3137813B1 (zh)
JP (1) JP6615119B2 (zh)
CN (1) CN106255667B (zh)
CA (1) CA2946930C (zh)
FR (1) FR3020663B1 (zh)
WO (1) WO2015165911A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110617483B (zh) * 2019-10-09 2024-07-12 陈庆高 等离子体气化熔融一体炉
KR102701321B1 (ko) * 2022-02-15 2024-08-29 한국핵융합에너지연구원 플라즈마 가스의 예열 가능한 비이송식 공동형 플라즈마 토치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2558571A1 (fr) * 1984-01-23 1985-07-26 Pyrolysis Systems Inc Destruction de dechets par pyrolyse sous plasma
US6372156B1 (en) * 1999-08-19 2002-04-16 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Methods of chemically converting first materials to second materials utilizing hybrid-plasma systems
CN101066791A (zh) * 2007-06-19 2007-11-07 中山大学 三相交流滑动弧非平衡等离子体污水处理装置
CN101508623A (zh) * 2009-03-19 2009-08-19 清华大学 一种涉及遮流构件的等离子体煤裂解反应装置
WO2011064361A1 (fr) * 2009-11-30 2011-06-03 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Procédé et dispositif pour le traitement des déchets par injection dans un plasma immergé
WO2014046593A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Valeas Recycling Ab Plasma induced fuming

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9017146D0 (en) 1990-08-03 1990-09-19 Tioxide Group Services Ltd Destruction process
US5443572A (en) * 1993-12-03 1995-08-22 Molten Metal Technology, Inc. Apparatus and method for submerged injection of a feed composition into a molten metal bath
ES2157471T3 (es) 1995-12-20 2001-08-16 Alcan Int Ltd Reactor termico de plasma y metodo de tratamiento de aguas residuales.
WO2003095072A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-20 Lau, Edmund, Kin, On Hazardous waste treatment method and apparatus
FR2866414B1 (fr) * 2004-02-18 2006-03-17 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede de destruction de dechets liquides, pulverulents ou gazeux par plasma inductif
FR2953278B1 (fr) * 2009-11-27 2012-01-27 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif de destruction thermique de composes organiques par un plasma d'induction.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2558571A1 (fr) * 1984-01-23 1985-07-26 Pyrolysis Systems Inc Destruction de dechets par pyrolyse sous plasma
US6372156B1 (en) * 1999-08-19 2002-04-16 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Methods of chemically converting first materials to second materials utilizing hybrid-plasma systems
CN101066791A (zh) * 2007-06-19 2007-11-07 中山大学 三相交流滑动弧非平衡等离子体污水处理装置
CN101508623A (zh) * 2009-03-19 2009-08-19 清华大学 一种涉及遮流构件的等离子体煤裂解反应装置
WO2011064361A1 (fr) * 2009-11-30 2011-06-03 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Procédé et dispositif pour le traitement des déchets par injection dans un plasma immergé
WO2014046593A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Valeas Recycling Ab Plasma induced fuming

Also Published As

Publication number Publication date
EP3137813A1 (fr) 2017-03-08
CA2946930C (fr) 2022-09-13
EP3137813B1 (fr) 2018-09-12
CN106255667A (zh) 2016-12-21
CA2946930A1 (fr) 2015-11-05
FR3020663A1 (fr) 2015-11-06
US20170059156A1 (en) 2017-03-02
US10711999B2 (en) 2020-07-14
WO2015165911A1 (fr) 2015-11-05
JP6615119B2 (ja) 2019-12-04
JP2017522525A (ja) 2017-08-10
FR3020663B1 (fr) 2016-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Heberlein et al. Thermal plasma waste treatment
US7981371B2 (en) Device and method for destroying liquid, powder or gaseous waste using an inductively coupled plasma
US9028749B2 (en) Apparatus and method for decontaminating and sterilizing chemical and biological agent
KR20220024012A (ko) 산화 공정을 통한 pfas의 파괴 및 오염된 장소로의 운송에 적합한 장치
US11058984B2 (en) Method for treating sulfur hexafluoride using radiation and apparatus for collecting and treating by-products
CN106255667B (zh) 专用于废物处理的浸没式等离子体焰炬的出口喷嘴的布置
Safa et al. Liquid and solution treatment by thermal plasma: a review
KR100729039B1 (ko) 원자력 발전소 증기발생기의 화학세정폐액 처리 장치
US20080190770A1 (en) Treatment of Fluids and/or Sludge with Electro Plasma
US9376334B2 (en) Method and device for treating wastes by means of injection into an immersed plasma
Pascal et al. Plasma chemical degradation of phosphorous-containing warfare agents simulants
US9393519B2 (en) Waste disposal
RU2711292C1 (ru) Способ дезактивации элемента конструкции ядерного реактора
Milelli et al. Thermo-and photo-oxidation reaction scheme in a treatment system using submerged plasma
Mabrouk et al. Development of a submerged thermal plasma process for combustion of organic liquid waste
US9822025B2 (en) Method for treating soil-contaminating water using photocatalytic material
KR101557637B1 (ko) 전자빔을 이용한 육불화황 처리장치
Lemont et al. Innovative plasma routes for liquid radwaste processing
Topolovec et al. Pathways of organic micropollutants degradation in atmospheric pressure plasma processing
Wedman et al. Electrochemical decontamination system for actinide processing gloveboxes
EA040021B1 (ru) Способ дезактивации элемента конструкции ядерного реактора
Brisset et al. Pollutant abatement in liquid phase by cold plasma techniques
JP2006289232A (ja) 分解装置及び方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant