HUT54586A - Process for oxidizing organic materials - Google Patents

Description

A találmány szerinti eljárásban a szerves vegyületeket nem veszélyes anyagokká vagy füstgázokká / gyártási gáz vagy vizgáz”/ alakítjuk az alábbiak szerint /1/ folyékony fázisú oxidálószert mint például hidrogénperoxidot /vizes/, ózont /vizes/, folyékony oxigént /LOX/ vagy bármely más anyagot amely oldat vagy szuszpenzió formájú és bomlása során oxigént termel, elegyítünk /2/ anyagárammal amely szerves vegyületet tartalmaz oldat formában vagy szilárd hordozóra lecsapott szuszpenziót képefcő formában.

A nyomás alá helyezett levegő / amely körülbelül 21% oxigént és 79% nitrogént tartalmaz mólszázalékban kifejezve/ amelyfolyadék állapotú kevésbé alkalmazható, mint a hidrogénperoxid a következő' okok miatt:

/1/ A levegő megfelelő nyomásra való komprimáláshoz szükséges kompresszor költségei és működtetési költségei jelentősek, mig a találmány szerinti folyékony fázisú oxidálószer közvetlenül bevetethető a szubsztrát folyadékhoz.

/2/ Mivel a komprimált levegő 79 mól% nitrogént tartalmaz, amely inért anyag a reakcióban a komprimált levegő alkalmazásakor hígított oxidálószer áll rendelkezésre és ezaberendezés méreteinek növelését valamint a folyadék-gáz elválasztó berendezés méreteinek növelését követeli meg. Ezt összehasonlítva q hidrogénperoxid bomlással,amely 1 mól vizet képez minden fél mól oxigén képzése mellett,amely utóbbi a találmány szerinti reakcióban felhasználható, a hidrogénperoxid alkalmazása előnyösebb.

/3/ Bizonyítható,hogy a hodrogénperoxid bomlása szabad gyökös oxigén képződéshez vezet, amely kémiai kötéseket igen aktív módon támad.

• ·

Az elegyitési eljárás lehet adagonként! vagy folyamatos·

A folyadékok amelyek ásványi olajok amelyek poloklór-diefenil vegyületeket /?CB/ tartalmaznak higithatók vagy emulzifikálhatók vizes fázisban és igy az eljárásban alkalmas betáplálási anyag álltiható elő, az eljárássá! kóro^ózó, bakteriálisán - káros anyag és idegméreg gázok is méregteleníthetők.

A találmány szerinti eljárással méregteleníthető anyagokat illetve a nem gáz alakú alkalmazható oxigénforrásokat az

l.Táblázatban ismertetjük.

1.Táblázat méregteleníthető anyagok

Hulladék diszperziók, emulziók vagy oldatok. Szerves anyagokat tartalmazó hulladék vizek. Kórokozó hulladékok.

Bakteriálisán fertőző anyagok. Ideggázok.

Dohos olaj.

Veszélyes anyagokkal szennyezett iszapok.

Szerves anyagokat tartalmazó iszap. Tengerinaszád mosóvíz.

TNT alapú nitro-aromás vegyületeket tartalmazó hulladék viz·

Nem meghatározott jellemzőjü olajok, PCB/poliklór-difenil/ szennyezett ásványi olajok.

Nem gáz alakú alkalmazható oxigénforrások

Hidrogénperoxid /vizes/.

Ózon /vizes/·

Bomlás során oxigént termelő szerves oxidok.

Reaktoron belüli viz elektrolízis.

• · • · · · · · 9 · · · · · · • ♦ ···· · k nem reagált folyékony fázisú oxidálószer és a szerves vegyület elegyét kétlépéses eljárásnak vetjük alá. Az első lépésben izotermikus kompressziót végezünk,majd izobár melegítést hajtunk végre és az elegyet szuperkritikus állapotba hozzuk,amikor az oxidációs reakció gyorsan végbemegy ·

Az 1.Ábrán bemutatjuk a találmány szerinti előnyös foganatos! tási módot, de más elrendezés is alkalmazható.

A folyékony fázisú oxidálcszer és a vizes szerves oldat vagy iszap elegyét szokásos eljárással megfelelő, körülbelül 5ooo psi nyomásra komprimáljuk és a lo, bajonett bemeneten át a 11 csőreaktorba táplálkguk.A folyadék a 14 külső cső és 15 belső cső közötti gyűrűs térbe,13,jut.A belépő folyadék a 11 reaktor 15 belső csövében levő fütőfolyadékkai izobár melegítési folyamatban hőcserét szenved. 16 szigetelés helyezhető a reaktor bemeneti és kimeneti nyilasához,hogy a hőveszteséget minimálisra csökkentsük. Mivel a hőcsere a kimenő és bemenő áram között nem teljes és a kimeneti áram hőmérséklete csákmegközelíti a bemeneti gőz hőmérsékletet /körülbelül lo fok eltéréssel/ további hőcserélő /az ábrán nem jelzett/ alkalmazható a megfelelő hőmérsékleti szint biztosítására. A 13 gyűrűbe bejutó áram a 11 reaktor lefelé menő ágába kerül amelyet a 17 fütő vesz körül, vagy hőcserélő fűtőköpennyel érintkezik,amelyet a 17 fütő által szolgáltatott hőt pótló égési hőt szolgáltató egységgel érintkezik.

A folyadéknak átadott hő hőmérsékletét körülbelül looo F értéxre növeli , ami megnöveli a reakció sebességet. Ezen körülmények között a folyadék szuperkritikus állapotba kerül és egyetlen rázisu mivel a szerves vegyületek és ac oxigén elegyithetők a szuperkritixus állapotú vízben. Mivel areaktansok és • · · · ·· · * • · · · · · ··· • ·· · · · · · · · a termékek egyetxen íázisban találhatók nincs akadálya a reakció előrehaladásának,ami a fázishatárokon való anyagtranszportból eredne. Az anyagáram visszatér a 14 kimeneti cső végéhez és a 11 reaktor 15 csövébe lép be,majd a bemenő folyadékkal /15 bemenet/ történő hőcsere után kilép a 18 kimeneten keresztül a reaktorból.

Az a feltétel,hogy az elegyet a hatásos átalakítás végrehajtásához szuperkritikus állapotba kell hozni,megköveteli ,hogy a reaktor különleges megterhelésekkel szemben ellennálló legyen. A bajonett tipusu csőreaktor /11/ ennélfogva 52oo psi nyomásnál nagyobb nyomást és 71oF hőmérsékletnél nagyobb hőmérsékletet is elvisel.

A folyamatban végbemenő kémiai reakcióhoz szükséges, hogy hidroxil gyökök és oxigén keletkezzen a folyadék fázisban a viz disszociációja valamint az oxidálószer lebomlása révén. A jellemző folyadék fázisú oxidálószer lebomlási folyamatának , a hidrogénperoxidnak , a reakcióegyenlete:

= /-1/S₂O₂ + Λ/2/ 0₂ + A/ HgO

Ez a reakció biztosítja az oxigént a általános képletű szerves vegyület oxidációjához az alábbi egyenlet szerint:

⁰ = ^V1 ^{+ v}2°2 ^{+ V}5^CO2 ^{+ v}4 ^H2° + ’5 »2 ⁺ + v₆ S0₂ + Vy HC1 + v_QI

A ^az aúott molekulák sztöchiometriai együtthatóit jelzik. A viz bomlásából származó hidroxil gyök közbenső termékeket nem jeleztük. A reakció sztöchiomertikus együtthatóiból eredő atom egyenleget a 2. Táblázatban mutatjuk be.

2.Táblázat

Atom név reaktáns termék .

• · · · · · • · · · · · · · · ·· ·· ···· ·

/folyt./	7
C	szén.	V	v3
H	hidrogén		2 V Vy
0	oxigén	v^kf-2 v2	2v5+v4+2v6
N	nitrogén	v
S	kén	VjEl	V 6
Cl	klór	V	v7
I	inért	νΣΡ	v8

Sztöchiometrikus együtthatók amennyiben v-^=-l v₂ = /-1/2/ / 2i+ /j-n//2+2m-k/ v₅ = i v₄ = /j-n//2 v₅ = 1/2 v₆ = a

Vy = n v₈ = P

Az oxidációs reakció sztöchiometrikusan ν₂/ν^’' vagy /2i + /j-n//2 + 2m -k//2 mól oxigént igényel. További oxigénre van általában szükség ahhoz,hogy a reakciót a veszélyes szerves vegyületek teljes oxidálődása felé eltoljuk.

Amennyiben a reaktorba táplált oxigén mennyisége kevesebb mint a sztöchiometrikusan szükséges, szénmonoxid képződése történik. A reaktor körülményeit ekkor eltolhatjuk a vizgáz” képződés irányába:

= /-1/ CO + /-1/ H₂O + Λ/ C0₂ + /1/ H₂;

• *

A folyamatból származó jellemző gázösszetétel 15 tf% hidrogén, 3o tf% szénmonoxid, és a kiegészítő mennyiségű nitrogén valamint széndioxid. A reaktor kimenetéből elválasztott gázokat egy levegővel működő égető kemencébe vagy forralóba vezethetjük abból a célbői hogy égéshőjükét hasznosítsuk. A 11 reaktor aktív térfogatát vas-króm oxid katalizátorral tölthetjük meg,ami meggyorsítja a reakciót.

Más reakció módosítási eljárás a betáplált anyag összetételének módosítása. A bemenő folyadék szerves anyag tartalmát úgy állíthatjuk be, hogy a folyadék reakció hőmérsékletre való melegítéséhez szükséges hő valamint a külső felületen a reaktorból elvesző hő megeggyezzen a 11 reaktorban! kémia reakcióhővel. Azonban az előnyös folyamatban és foganatositási módban a méregtelenitendő folyadék/vizes oldat/ jellemzően 1 súlyé szerves anyagot tartalmaz,

A kimenő gőz nyomásenergiája hidraulikus motor vagy turbina /nem jelzett/ alkalmazásával hasznosítható.

A találmány szerinti eljárást az alábbi példán részletesen bemutatjuk.

1.példa

Körülbelül looo ppm /súly/ koncentrációjú vizes propilénglikol oldatot és a reakcióhoz szükségeshez viszonyított lo% felesleg oxigént szolgáltató /amennyiben feltesszük, hogy a hidrogénperoxid bomlása teljes/ hidrogénperoxidot táplálunk a 8 szuperkritikus folyadék reaktorba,amelyet a fent ismertettünk.

A Mark· 48 és Mark 46 torpedók alap üzemanyag Ottó II komponensének a propiléngliko-dinitrátnak /PGDN/ helyében,mivel a tesztvizsgálati berendezés a salétromsavval szemben nem ellenálló /amely reakció termék lenne/ propilén-glikolt alkalmazunk.A betáplált

• · anyaghoz megfelelő kationt adunk, hogy a savas reakciótermékeket semlegesítsük.

• ···

Hasonlóan toluollal helyettesítjük a di- és mono- valamint trinitro-toluolt amely a hadiipari un. ” vörös viz” szennyvíz veszélyes anyaga.

Nagyobb mint 96.5$ névleges értékű konverziót érünk el PG /polietilén-glikol/ esetében 75o-86o F hőmérséklet és 5ooo -psi nyomás alkalmazása mellett. A működési körülményeket és az eredményeket a 5«Táblázatbán adjuk meg.

5.Táblázat

Minta	Hőmére. /F/	Nyomás /atm	Sebesség /g/perc/	konverzió /%/
1	86o.5	322.2	19.2	96.7, 98.3
2	785.0	352.8	39.2	96.7, 97.1
3	75o.9	353.5	65.1	96.7, 97.1
4	747.0	353.5	92.0	97.1, 97.9
A konverzió értékre megadott	két érték a	reaktor közép-

pontjában illetve kimeneténél vett mintára vonatkozik.

Az 1.-4. minták tartózkodási ideje a betáplálás sebességétől függően változott. A 11 csőreaktor lo láb hosszú , a 17 fűtőbe 1.5 lábra nyúlik be. A külső 14 cső belső átmérője 1/2 hüvelyk és a belső 15 cső belső átmérője 1/4 hüvelyk, a falvastagságuk o.olo hüvelyk.

A minták tartózkodási ideje sorrendben 5.3, 4.2, 5.7 és 4.o mp. Az eredmények azt mutatj.iák ,h»gy ···«·· · · •· « · · · ··· • · · · · ···· · «· ·· ··«· · *♦ a 92 g/perc betáplálási sebességnél kisebb betáplálás nem jelentősen oefolyásolja a konverzió értékét, ami egyben azt is jelzi, hogy az oxidációs reakció igen gyors.

A fentiekből kitűnik,hogy a 11 bajonett tipusu csöreaktorban a folyékony oxidálószer szuperkritikus körülményen történő alkalmazása mellett egy fázis van jelen, és ennélfogva a fázishatárokon létrejövő tömegátadási ellenállást kiküszöböljük. A reakció igen gyorsan megtörténik és a termékek irányában eltolt. Az alkalmazott hőmérséklet és nyomás érték egyben azt is biztosítja hogy a folyadék sűrűség olyan, hogy az inkább folyadék semiaint gáz vagy gőz halmaz állapotú, és igy viszonylag kis xeaktor térfogat elegendő a reakció végrehajtásához, a reaktános és termeken tövegexe számítva.

Ezen túlmenően nem szükséges a betáplált anyag előkezelése; az eljárás alkalmazható viszonylag kis koncentrációjú szerves anyagok kezelésére vizes közegben; és a reaktor a működési körülmények és katalizátor megválasztásával úgy működtethető,hogy veszélyes anyagok megsemmisítési eljárása mellet fütőgázt termeljen,

A találmányt a példákon és a leírásban részletesen bemutattuk, de a leírásba beleértünk minden az eljárás lényegét nem érintő a szakember által végrehajtható módosítást is.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás szerves anyag oxidálására, azzal 'jellemezve, hogy folyékony fázisú oxidálószert elegyítünk a szerves anyagot tartalmazó vizes betáplált anyagárammal; az elegyet

   32oo psi nyomásra komprimáljuk; az elegyet 71oF hőmérsékletnél magasabb hőmérsékletre hevítjük és megfelelő ideig szuperkritikus állapotban tartjuk ahhoz, hogy az oxidálószer lebomoljon és a szerves anyagot oxidálja; a reakcióelegyet ellénáramban a nem reagált eleggyel lehűtjük; az elreagált és lehűtött elegyet gyűjtjük,
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a folyadékfázisu oxidálószert a szerves vegyületet tartalmazó betáplált anyaggal legalább az oxidációs reakcióban szükséges sztöchiometriai mennyiségben elegyítjük.

   5. Az 1, igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a folyadékfázisu oxidálószert a szerves vegyületet tartalmazó betáplált anyaggal az oxidációs reakcióban szükséges sztöchiometriai mennyiséghez képest felesleg mennyiségben elegyítjük.
3. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a folyadékfázisu oxidálószert a szerves vegyületet tartalmazó betáplált anyaggal sztöchiometrikusnál kisebb mennyiségben elegyítjük,
4. 5. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az alkalmazott folyékony fázisú oxidálószer hidrogénperoxid /vizes/, ózon/vizes/, oxigénné lebomló szervetlen oxid vagy ezek keveréke.
5. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az alkalmazott oxidálószer hidrogénperoxid.
6. 7. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezv e,hogy hogy az oxidálószert és a szerves vegyülete/ke/t olyan mennyiségben adagoljuk,hogy a reakcióhő biztosítsa a reakció hőmérsékletre való felmelegítéshez szükséges hőmennyiséget.