KR20120013957A - 개선된 수성상 산화 공정 - Google Patents

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조지 지. 포스터
프레더릭 피. 케슬러
맬컴 드레이퍼
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얼쓰 리뉴얼 그룹, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 매우 다양한 공급원료를 산화시키기 위해 사용될 수 있는 개선된 산화 공정에 관한 것이다. 산화는 공급원료를 질산과 같은 산화성 산과 혼합시키는 반응기 내에서 수행된다. 반응 혼합물은 또한 황산과 같은 이차 산화성 산 및 물을 포함하고/거나 산소 기체를 용해시키고 이와 기계적으로 혼합된다. 반응기는 적어도 약 2070 kPa 또는 바람직하게는 적어도 약 2800 kPa과 같은 상승된 압력에서 유지될 수 있다. 반응 혼합물의 온도는 불과 210℃로 유지될 수 있다. 본원에 기술된 다양한 구현예에서, 공정은 반응기로부터의 재순환된 유출물을 공급원료와 배합시키는 단계, 하나 이상의 산화성 산을 공급원료와 배합시키는 단계, 공급원료를 분쇄시켜서 입자의 크기를 감소시키는 단계, 공급원료를 고압 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급하는 단계, 반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계, 및/또는 반응기로부터의 기체의 전부 또는 거의 전부를 액체 유출물을 통해 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

개선된 수성상 산화 공정 {IMPROVED AQUEOUS PHASE OXIDATION PROCESS}
관련 특허출원에 대한 참조
본 특허출원은 미국 특허출원 제 12/416,412호, 12/416,419호, 12/416,424호, 12/416,431호 및 12/416,438호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 모두 2009년 4월 1일에 출원되었고, 발명의 명칭은 "개선된 수성상 산화 반응(IMPROVED AQUEOUS PHASE OXIDATION REACTION)"이었다. 이들 출원은 5개 모두 본원에 참고문헌으로 인용되었다. 1998년 9월 29일자로 허여된, 발명의 명칭이 "수성상 산화를 위한 포괄적 에너지 생성 방법(COMPREHENSIVE ENERGY PRODUCING METHODS FOR AQUEOUS PHASE OXIDATION)"인 미국 특허 번호 제 5,814,292호가 본원에 참고문헌으로 인용되었다. 저촉의 경우에, 본원에 명백히 기술되고 제시된 내용은 참고문헌으로 인용된 어느 내용보다도 우선한다. 결과적으로, 본원에 참고문헌으로 인용된 내용 중 어느 내용에 포함된 용어(명시적이든 또는 묵시적이든)의 모든 정의는 부인된다. 특허청구범위 직전의 문단은 앞선 문장에 기술된 부인을 전제조건으로 하여 본원에 명백히 기술된 어느 용어에 부여된 의미를 기술한다.
다양한 공급 재료를 효과적으로 그리고 비용 효율적으로 산화시킬 수 있는 공정을 개발하기 위한 많은 시도가 수년에 걸쳐 이루어져 왔다. 이를 공정 중 많은 것은 초기에 광석으로부터의 금속의 제련 및 제거에 사용하기 위해 개발되었다. 이들 공정은 다량의 에너지를 소비하고, 비독성 기체를 방출시키고, 공정에 들어가는 모든 금속의 완전한 회수를 거의 달성하지 못하였다. 이들은 또한 제련과 관련된 매우 특정한 용도에 국한되었으며, 이로 인하여 이들은 다른 공급 재료와 함께 사용하기에 매우 부적합하였다.
다양한 공급 재료를 산화시키기 위해 다른 공정이 또한 개발되었다. 그 중 하나는 특히 질산 및 황산의 용액 중에서 공급 재료를 산화시키는 수성상 산화 공정이었다. 반응은 불과 약 210℃로 유지된 가압 반응기 내에서 일어났다. 산소 기체가 첨가되어, 공급 재료의 산화 동안 생성된 질산의 환원 생성물의 상당한 부분을 재산화시켰다.
상기 공정은 당시의 종래 기술보다 현저한 진전이 있었지만, 여전히 많은 문제점을 가졌다. 일례로, 공정은 질산의 환원 생성물을 산화시키기 위해 상당한 양의 산소 기체를 사용하였다. 산소 기체는 초기에 수성상 내로 버블링되지만, 반응기의 헤드 스페이스 내에서 빠르게 분리되고 수집되어, 결국 제거되었다. 수성상에 충분히 산소를 공급하기 위해 다량의 산소 기체를 공급하는 것이 필요하였다.
상기 공정에 의한 또 다른 문제점은 수성상 중에서 산소 기체의 양을 제어하는 것에 관련되었다. 수성상 중의 산소 기체의 양을 직접 측정하는 것이 어려웠다. 그러나, 헤드 스페이스 중에서 산소 기체의 양을 측정하는 것은 비교적 간단하였다. 결과적으로, 반응기에 공급되는 산소 기체의 양은 상기 측정을 기준으로 제어되었다. 불행히도, 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 양은 수성상 중의 산소 기체의 양과 관계가 거의 없다. 수성상에 공급되는 산소 기체의 양을 정확하게 제어하는 것은 어려운 것으로 판명되었다.
상기 공정과 관련된 다른 문제점은 이를 연속적으로 작동시키는 것이 시도되었을 때에 나타났다. 반응기는 고도로 가압되었으며, 압력은 시간 경과에 따라 현저히 변동하였다. 이로 인하여 공급 재료를 반응기 내로 일정한 속도로 인입시키는 것이 어려웠다. 공급 재료는 분출되다가 정지되다가 하면서 단속적으로 들어가려는 경향이 있었으며, 이는 반응을 제어하는 데에 문제점을 발생시켰다. 분출된 공급 재료가 반응기에 들어갈 때마다, 그 재료가 완전히 산화하기에 충분히 오래 반응기 내에서 체류될 수 있도록 많은 파라미터가 조정되어야 하였다.
공정은 추가로 입자 크기, 균일성, 수분 함량 등과 같은 물리적 특징의 변동에 의해 복잡해졌다. 이들 문제점은 반응기 내로의 진입지점까지도 포함한 다양한 지점에서의 플러깅 및 막힘, 예측할 수 없는 체류 시간 및 반응 속도, 공정 제어 어려움 등에 의하여 나타났다. 이들 문제점은 공정 설비의 과대화 그리고 공급 재료들 사이의 불일치를 고려한 체류 시간의 연장을 초래하였다.
개선된 수성상 산화 공정의 많은 구현예가 아래에 기술되어 있다. 개선된 공정으로 종래의 수성상 산화 공정과 관련된 많은 문제점들 및 단점들이 감소되거나 해소된다.
요약
공급원료를 산화시키기 위한 개선된 공정의 다양한 구현예가 본원에 기술되어 있다. 공정은 임의의 적합한 유기 또는 무기 공급원료를 산화시키기 위해 사용될 수 있다. 하나의 구현예에서, 공정은 도시 및/또는 농장 폐기물, 예를 들어, 탈수된 오물, 도시 슬러지 케이크 또는 동물질 비료를 산화시키기 위해 사용된다.
공급원료는 하나 이상의 산화성 산에 의해 수성 반응 혼합물 중에서 산화된다. 하나의 구현예에서, 산화성 산은 현장에서 재생된다. 산소 기체는 반응 혼합물에 공급되어 산화성 산의 환원 생성물을 재산화시킨다. 반응기는 적합한 압력 및 온도로 유지되어 산화성 산의 재생을 용이하게 한다. 공정에 사용될 수 있는 적합한 산화성 산에는 질산 및 황산이 포함된다.
일부 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에 공급되기 전에 처리되어, 균일한 물리적 특성을 제공하고 빠르고 효율적으로 산화되기에 더 적합해질 수 있다. 상기 처리는 공급원료를 분쇄시켜서, 입자가 공급원료가 반응기에 쉽게 들어가도록 하는 균일한 크기를 갖게 하고/거나, 공급원료를 반응기로부터의 재순환된 유출물과 배합시키고/거나 공급원료를 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 하나 이상의 산화성 산과 배합시키는 것을 포함한다.
일단 반응기에 들어가면, 공급원료는 빠르고 효율적으로 산화된다. 일부 구현예에서, 반응기의 헤드 스페이스로부터의 기체, 특히 산소 기체는 반응 혼합물 내로 분산되다. 이는 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 임펠러가 회전함에 따라 임펠러를 통해 반응 혼합물 내로 흐르도록 하는 중공 임펠러에 의해 달성될 수 있다. 결과는 반응 혼합물 중의 기체의 조성이 헤드 스페이스 내의 기체의 조성과 유사하거나 동일하다는 점이다. 특히, 반응 혼합물의 용해 및 비용해 기체 부분 중의 산소 기체의 농도는 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도와 동일하지는 않지만 유사하다. 반응 혼합물은 활발히 혼합되어, 혼합물에 들어가는 산소 기체의 총량을 감소시킬 수 있다.
반응 혼합물 중의 기체는 액체 유출물 스트림의 일부로서 제거될 수 있다. 다시 말해서, 반응 혼합물 중에 용해되고 용해되지 않은 기체는 반응 혼합물 유출물과 함께 제거된다. 반응기 상의 분리 기체 제거 포트는 불필요하지만, 다른 용도로 제공될 수 있다.
일단 유출물이 반응기로부터 배출되면, 이는 냉각되고, 압력은 기체가 분리되도록 감소된다. 유출물은 활발히 교반되어, 분리를 가속시키고 이를 더욱 완전하게 만들 수 있다. 유출물의 일부분은 상기 언급된 바와 같이 공정의 초기로 다시 재순환되고, 공급원료와 배합될 수 있다.
하나의 구현예에서, 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물 중 어느 하나 또는 둘 모두 또는 하나 이상의 산화성 산과 배합하여 일차 공급원료를 생성시킨다. 일차 공급원료는 반응기 내로 공급되어 산화된다. 일차 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다.
또 다른 구현예에서, 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물 중 어느 하나 또는 둘 모두 또는 하나 이상의 산화성 산과 배합되어 일차 공급원료를 생성시킨다. 일차 공급원료는 반응기 내로 공급되어 산화된다. 일차 공급원료는 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물은 불과 약 210℃의 온도로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물 중 어느 하나 또는 둘 모두 또는 하나 이상의 산화성 산과 배합되어 일차 공급원료를 생성시킨다. 일차 공급원료는 반응기 내에서 산화된다. 일차 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa으로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물 중 어느 하나 또는 둘 모두 또는 하나 이상의 산화성 산과 배합되어 일차 공급원료를 생성시킨다. 일차 공급원료는 반응기 내에서 산화된다. 일차 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물은 불과 약 210℃의 온도로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kP 으로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 초기 공급원료는 분쇄되어 일차 공급원료를 생성시키며, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 7 ㎜ 이다. 일차 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 일차 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다.
또 다른 구현예에서, 초기 공급원료는 분쇄되어 일차 공급원료를 생성시키며, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 7 ㎜ 이다. 일차 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 일차 공급원료는 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 초기 공급원료는 분쇄되어 일차 공급원료를 생성시키며, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 7 ㎜ 이다. 일차 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 일차 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물이다. 반응기 내의 압력은 불과 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 초기 공급원료는 분쇄되어 일차 공급원료를 생성시키며, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 7 ㎜ 이다. 일차 공급원료는 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급되고 산화된다. 일차 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급된다. 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 부분 반응 혼합물이다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 공급 속도는 반응기 내의 압력이 약 2070 kPa에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을지라도 거의 일정하다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내로 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 공급된다. 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다.
또 다른 구현예에서, 공급원료의 제 1 양은 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급된다. 공급 장치는 가압 반응기로부터 격리되고 공급원료의 제 2 양으로 충전된다. 공급원료의 제 2 양은 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급된다. 공급원료는 가압 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급된다. 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 공급 속도는 반응기 내의 압력이 약 2070 kPa 에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을지라도 거의 일정하다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내로 시간당 불과 약 10% 변동하는 공급 속도로 공급된다. 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 공급 속도는 반응기 내의 압력이 약 2070 kPa 에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을지라도 시간당 불과 약 10% 변동한다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급된다. 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급된다. 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급된다. 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료의 제 1 양은 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급된다. 공급 장치는 가압 반응기로부터 격리되고 공급원료의 제 2 양으로 충전된다. 공급원료의 제 2 양은 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급된다. 공급원료는 가압 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 가압 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 공급원료의 제 1 양 및 공급원료의 제 2 양은 가압 반응기 내에 시간당 불과 약 10% 변동하는 공급 속도로 공급된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료의 제 1 양은 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급된다. 공급 장치는 가압 반응기로부터 격리되고 공급원료의 제 2 양으로 충전된다. 공급원료의 제 2 양은 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급된다. 공급원료는 가압 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 공급원료의 제 1 양 및 공급원료의 제 2 양은 가압 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응기의 헤드 스페이스로부터의 기체는 반응 혼합물 내로 분산된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 반응기에 공급되고, 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 방식으로 헤드 스페이스를 통해 반응 혼합물 내로 분산된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도는 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 반응기에 공급되고, 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 방식으로 반응기의 헤드 스페이스로부터 반응 혼합물 내로 분산된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응기의 헤드 스페이스로부터의 기체는 반응 혼합물 내로 분산된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응기 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도는 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도는 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도는 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 기체는 반응기에 공급되고, 반응기 유출물은 반응기로부터 제거된다. 또한, 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고, 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체를 포함하는 기체는 반응기에 공급된다. 반응기 유출물은 반응기로부터 제거된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 또한, 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고, 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 반응기에 공급되고, 반응기 유출물을 반응기로부터 제거된다. 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양은 측정되고, 반응기에 대한 산소 기체의 공급은 반응기 유출물에서 측정되는 산소 기체의 양을 기준으로 조절된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체를 포함하는 기체는 반응기에 공급된다. 반응기 유출물은 반응기로부터 제거된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다. 또한, 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고, 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 기체는 반응기에 공급되고, 반응기 유출물은 반응기로부터 제거된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 또한, 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고, 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응기에 공급된다. 반응기 유출물은 반응기로부터 제거된다. 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양은 측정되고, 따라서, 산소 기체의 공급은 조절된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 기체는 반응기에 공급되고, 반응기 유출물은 반응기로부터 제거된다. 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양은 측정되고, 따라서, 산소 기체의 공급은 조절된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다.
또 다른 구현예에서, 공급원료는 반응기 내에서 산화되며, 여기에서 공급원료는 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부이다. 산소 기체는 반응기에 공급되고, 반응기 유출물을 반응기로부터 제거된다. 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양은 측정되고, 따라서, 산소 기체의 공급은 조절된다. 반응 혼합물의 온도는 불과 약 210℃로 유지된다. 반응기 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa로 유지된다. 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다.
본원에 언급되는 모든 압력은 다른 식으로 규정하지 않는 한은 게이지 압력임이 인지되어야 한다. 또한, 몰농도에 대한 모든 언급은 달리 서술되지 않는 한, 온도 및 압력에 대한 표준 조건, 즉 0℃ 및 101.325 kPa으로 주어진다.
본원에 기술된 주제의 상기 및 다른 특색, 유용성 및 장점은 첨부 도면에 예시된 바와 같이 아래의 특정 구현예의 더욱 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 공급원료 처리 시스템, 반응 시스템 및 유출물 처리 시스템을 포함하는 개선된 수성상 산화 공정의 블록도이다.
도 2는 도 1의 공급원료 처리 시스템의 한 구현예의 블록도이다.
도 3은 도 1의 공급원료 처리 시스템의 또 다른 구현예의 블록도이다.
도 4는 도 1의 반응 시스템의 한 구현예의 블록도이다.
도 5는 도 1의 유출물 처리 시스템의 한 구현예의 블록도이다.
상세한 설명
다양한 구현예에서, 개선된 산화 공정이 매우 다양한 재료를 산화시키기 위해 사용될 수 있다. 공정은 반응 생성물이 매우 상이할 수 있다 하더라도 공급 재료가 완전히 또는 거의 완전히 산화된다는 점에서 매우 유사한 결과를 가지고 유기 및/또는 재료를 산화시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 공정을 사용하여 산화될 수 있는 특정 재료는 탈수된 오물, 도시 슬러지 케이크 및 동물질 비료를 포함하는 도시 및 농장 폐기물; 혈액, 뼈 및 살을 포함하는 도축장 폐기물; 플라스틱, 고무 및 페인트와 같은 석유계 폐기물; 타이어; 목재 펄프; 신경가스 기체, 도시 쓰레기와 같은 위험한 재료, 및 대표적으로 용광로에서 처리되는 황화물 함유 광석과 같은 금속 광석을 포함하지만, 이들에 국한되지는 않는다.
공정은 매우 다양한 용도를 갖지만, 하기의 설명은 주로 오물 및/또는 비료 기본 공급원료를 산화시키는 것과 관련하여 제공된다. 그러나, 본원에 기술된 개념 및 특색은 일반적으로 다른 재료의 산화에 적용된다. 또한, 각각의 구현예가 기술된 바와 같이, 한 구현예의 특색, 장점 및 특징은 다른 식으로 기재되지 않는 한은 하나의 추각적 구현예를 형성하기 위한 임의의 다른 구현예에 적용될 수 있음이 이해되어야 한다. 더욱더, 본원에 참고문헌으로 인용된 미국 특허 번호 5,814,292에 기술된 원리, 특색, 특징 및 파라미터는 개선된 공정의 다양한 일면을 위해 통합되거나 대체될 수 있다.
도 1을 참조하면, 개선된 수성상 산화 공정(100)의 블록도가 도시되어 있다. 공정(100)은 공급원료 처리 시스템(104), 반응 시스템(106) 및 유출물 처리 시스템(108)을 포함한다. 미가공 공급원료(102)는 공급원료 처리 시스템(104)에 들어가서, 일차 공급원료를 생성시키기 위한 많은 다른 방식으로 변형되고/거나 처리된다. 일차 공급원료는 반응 시스템(106)에 공급되어 산화된다. 반응 시스템(106)으로부터의 유출물은 유출물 처리 시스템(108)에 들어가서, 분리되고/거나 다른 식으로 처리되어 최종 생성물(110)을 생성시킨다. 각각의 시스템(104, 106, 108)은 하기에 더 상세히 기술된다.
개선된 공정은 개념적으로 설명을 위해 3개의 시스템(104, 106, 108)으로 구분된다. 그러나, 각각의 시스템(104, 106, 108) 사이의 구분선은 어느 정도 임의적이고 단단하고 빠른 경계를 나타내지 않음이 인지되어야 한다. 실제로, 하나의 시스템의 다양한 부품은 상이한 시스템의 일부로 쉽게 고려될 수 있다. 이를 고려하여, 3개의 시스템(104, 106, 108)은 공정의 전체 작동을 기술하기 위한 개념적 틀에 불과한 것으로 보아야 한다.
상기 기술된 바와 같이, 미가공 공급원료(102)는 본원에 기술된 방식으로 산화될 수 있는 임의의 적합한 공급원료일 수 있다. 하나의 구현예에서, 공급원료 약 3% 내지 20%가 고체(예를 들어, 18%가 고체)인 오물 또는 비료 기본 재료이다.
도 2는 공급원료 처리 시스템(200)의 한 구현예의 블록도를 도시한 것이다. 미가공 공급원료(102)는 초기에 재순환된 유출물(204)와 혼합되어 중간 공급원료를 생성시킨다. 분쇄기(206)는 중간 공급원료를 분쇄시켜서 분쇄된 공급원료를 생성시킨다. 중간 공급원료의 분쇄는 입자의 크기를 감소시키고, 중간 공급원료를 더욱 균일하게 만든다.
재순환된 유출물(204)은 도 2에 도시된 바와 같이 분쇄기(206) 내에서 또는 분쇄기(206)에 들어가기 전에 미가공 공급원료(102)와 배합될 수 있다. 이들이 분쇄기(206) 내에서 배합되는 경우, 분쇄 작용은 2가지 재료를 함께 혼합시키는 역할을 할 수 있다. 이들이 분쇄기(206)에 들어가기 전에 배합되는 경우, 재순환된 유출물(204) 및 미가공 공급원료(102)는 분리 용기 내에서 혼합될 수 있다.
재순환된 유출물(204)은 분쇄기(206)를 차단하거나 막지 않는 슬러리를 생성시키기에 충분한 양으로 첨가되고/거나 나중 처리 및 수송을 용이하게 한다. 첨가되는 재순환된 유출물(204)의 양은 미가공 공급원료(102)의 특징에 의존하여 변할 수 있다. 일반적으로, 미가공 공급원료(102)가 건조한 경우, 더 많은 양의 재순환된 유출물(204)이 사용되며, 반면에 미가공 공급원료(102)가 이미 적합한 양의 액체를 포함하는 경우에는, 더 적은 양이 사용되거나, 전혀 사용되지 않을 수 있다. 특정 공급원료가 이들이 공정(100)에 들어가기 전에 탈수되어야 할 정도로 습윤일 수 있는 것이 또한 가능하다.
특정 구현예에서, 특히 미가공 공급원료(102)가 오물 또는 비료 기본 재료인 구현예에서, 중간 공급원료 중의 재순환된 유출물(204) 대 미가공 공급원료(102) 중의 용적비는 약 0.5 대 1.5 또는 바람직하게는 약 0.75 대 1.25일 수 있다. 하나의 구현예에서는, 거의 동일한 용적부의 재순환된 유출물(204) 및 미가공 공급원료(102)가 배합되어 중간 공급원료를 생성시킨다.
재순환된 유출물(204)는 상승된 온도에서 공급되어, 미가공 공급원료(102)를 이들 2가지지 함께 혼합되는 경우에 가열하게 될 수 있게 된다. 생성된 중간 공급원료는 주변 온도보다 상당히 높을 수 있다. 재순환된 유출물(204)는 약 40℃ 내지 90℃, 바람직하게는 50℃ 내지 75℃의 온도에서 공급될 수 있다. 예를 들어, 중간 공급원료는 약 37℃ 내지 50℃일 수 있다.
하기에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 반응기(402)로부터의 유출물(도 4)은 공급원료의 발열성 산화에 의해 가열된다. 재순환된 유출물(204)은 이것이 반응기(402)로부터 배출된 후에 냉각되지 않기 때문에(자연적으로 또는 활동적으로 냉각되지 않음) 단순히 상승된 온도로 있을 수 있다. 재순환된 유출물(204)는 또한 열교환기에서 가열되어 이를 상승된 온도에서 유지시킬 수 있다. 하기에서 더 상세히 기술되는 하나의 예에서, 재순환된 유출물(204)은 미가공 공급원료(102)와 혼합되기 전에 격리 탱크 또는 용기 내에 저장되어 이를 상승된 온도에서 유지시킬 수 있다.
중간 공급원료는 분쇄되어 입자 크기를 감소시키고, 공급원료의 균일성을 개선시키고, 공급원료가 고르게 제어되어 펌핑되게 하고, 슬러리 중에 현탁된 고체를 유지시킨다. 이는 자주 도입 오프닝의 막음 없이 상승된 압력에서 작동하는 반응기(402) 내로 공급원료를 공급하는 것을 더 쉬어지게 만든다.
크기 및 균일성이 또한 중요하며, 그 이유는 반응 속도가 이들 요인, 특히 입자 크기를 기준으로 현저히 변하기 때문이다. 더 큰 입자는 일반적으로 완전히 산화하기 위해 더 긴 체류 시간을 필요로 한다. 공급원료가 큰 입자 및 작은 입자를 둘 모두 갖는 경우, 큰 입자는 체류 시간에 영향을 주는 경향이 있다. 따라서, 일반적으로 작고 균일한 입자를 갖는 공급원료를 생성시키는 것이 바람직하다. 이는 특히 공급원료가 오물 및/또는 비료와 같은 유기물을 포함하는 경우에 적용된다.
공급원료를 분쇄시켜서 반응 속도를 증가시키면, 반응기(402)의 감소하고/거나 반응기(402) 내로의 공급원료의 공급 속도가 증가할 수 있다. 조절은 공정(100)의 경제성에 대해 유익한 효과를 갖는다.
하나의 구현예에서, 분쇄된 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 7 ㎜, 불과 4 ㎜, 불과 2.5 ㎜, 바람직하게는 불과 1.5 ㎜, 또는 적합하게는 불과 0.5 ㎜이다. 또 다른 구현예에서, 분쇄된 공급원료의 적어도 약 98% 입자의 최대 치수는 불과 7 ㎜, 불과 4 ㎜, 불과 2.5 ㎜, 바람직하게는 불과 1.5 ㎜, 또는 적합하게는 불과 0.5 ㎜이다. 또 다른 구현예에서, 분쇄된 공급원료의 적어도 실질적으로 모든 입자의 최대 치수는 불과 7 ㎜, 불과 4 ㎜, 불과 2.5 ㎜, 바람직하게는 불과 1.5 ㎜, 또는 적합하게는 불과 0.5 ㎜이다.
도 2를 참조하면, 분쇄된 공급원료는 분쇄기(206)로부터 혼합 용기(208)로 이동하여, 일차 산화성 산 또는 제 1 산(210) 및 이차 산화성 산 또는 제 2 산(212)과 배합되어 일차 공급원료를 생성시킨다. 추가적 양의 재순환된 유출물(204)이 용기(208) 내에서 배합되어 바람직한 농도의 산(210, 212)을 생성시키거나 공급원료의 농도 또는 다른 특성을 변경시킨다.
상기 방식으로의 공급원료의 사전 처리는 특히 오물 및/또는 비료와 같은 유기물을 포함하는 공급원료에 대해 반응기(402) 내에서의 산화환원 반응의 속도를 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 산(210, 212)은 일차 공급원료 중의 유기 섬유 및 다른 유기물의 탈리그닌화를 개시한다. 탈리그닌화는 공급원료 중의 입자의 크기를 추가로 감소시고 이들을 반응 시스템(106)에서 화학적 침식에 노출시키기 때문에 유익하다.
도 2에 도시된 구현예에서, 탈리그닌화는 산(210, 212)을 포함하는 재순환된 유출물(204)이 먼저 재순환된 유출물(204)과 배합될 때에 시작된다. 따라서, 탈리그닌화는 재순환된 유출물(204)이 분쇄기(206) 내에서 미가공 공급원료(102)와 배합될 때에 개시되고, 추가적 산(210, 212)이 용기(208) 내에 첨가될 때에 가속된다.
일차 산화성 산(210) 및 이차 산화성 산(212)은 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 산(210, 212)의 농도(즉, 고체 부분을 제외한 일차 공급원료의 농도)가 각각 개시 시에 반응기(402) 내에서의 산(210, 212)의 농도와 거의 동일해질 때까지 첨가된다.
일차 산화성 산(210)은 질산일 수 있고, 이차 산화성 산(212)은 황산일 수 있다. 질산은 공급원료를 산화시키기 위한 산화제로서 작용한다. 질산은 공급원료를 신속하고 완전히 산화시키기에 충분한 양으로 포함된다.
황산의 황산염 이온은 염 생성 반응 생성물을 안정한 황산염으로 전환시켜서, 일차 산화제로서 계속 작용하기 위한 산 상태로 질산을 남긴다. 황산염은 질소 함유 화합물과 반응하여 질산암모늄, 폭발성 물질, 및/또는 다른 바람직하지 않은 반응 생성물의 생성을 방지한다. 대신에, 황산염은 질소 화합물과 반응하여 황산암모늄을 생성시킨다. 황산은 질산암모늄의 생성을 방지하기에 충분한 양으로, 그러나 황을 침전시키고 현저한 양의 황산을 휘발시키기에는 충분하지 않은 양으로 제공된다.
하나의 구현예에서, 질산은 적어도 약 0.08 몰/L, 바람직하게는 적어도 약 0.5 몰/L, 또는 적합하게는 적어도 약 0.84 몰/L의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 질산은 불과 약 4.2 몰/L, 바람직하게는 불과 약 3.3 몰/L, 또는 적합하게는 불과 약 2.5 몰/L의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 질산은 약 0.08 몰/L 내지 4.2 몰/L, 바람직하게는 약 0.5 몰/L 내지 3.3 몰/L, 또는 적합하게는 약 0.84 몰/L 내지 2.5 몰/L의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다.
중량 기준으로, 질산은 적어도 약 0.5 중량%, 바람직하게는 적어도 약 3 중량%, 또는 적합하게는 적어도 약 5 중량%의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 질산은 불과 약 25 중량% 바람직하게는 불과 약 20 중량%, 또는 적합하게는 불과 약 15 중량%의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 질산은 약 0.5 중량% 내지 25 중량%, 바람직하게는 약 3 중량% 내지 20 중량%, 또는 적합하게는 약 5 중량% 내지 15 중량%의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다.
황산과 관련하여, 하나의 구현예에서, 황산은 적어도 약 0.1 몰/L 이상, 바람직하게는 적어도 약 0.12 몰/L, 또는 적합하게는 적어도 약 0.16 몰/L의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 황산은 불과 약 1 몰/L, 바람직하게는 불과 약 0.54 몰/L, 또는 적합하게는 불과 약 0.32 몰/L의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 황산은 약 0.1 몰/L 내지 1 몰/L, 바람직하게는 약 0.12 몰/L 내지 0.54 몰/L, 또는 적합하게는 약 0.16 몰/L 내지 0.32 몰/L의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다.
중량 기준으로, 황산은 적어도 약 0.9 중량%, 바람직하게는 적어도 약 1.1 중량%, 또는 적합하게는 적어도 약 1.5 중량%의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 황산은 불과 약 10 중량%, 바람직하게는 불과 약 5 중량%, 또는 적합하게는 불과 약 3 중량%의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 황산은 약 0.9 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 1.1 중량% 내지 5 중량%, 또는 적합하게는 약 1.5 중량% 내지 3 중량%의 고체를 제외한 일차 공급원료 중의 농도를 달성하도록 첨가될 수 있다.
혼합 용기(208)는 임의의 적합한 탱크, 파이프, 또는 재료들을 보유 및/또는 혼합시킬 수 있는 다른 용기일 수 있다. 혼합 용기(208)는 산(210, 212)에 대해 화학적으로 저항성인 재료로 제조되어야 한다. 적합한 재료는 플라스틱, 스테인레스강, 티탄 등을 포함한다. 대안적 구현예에서, 분쇄기(206) 및 혼합 용기(208)는 함께 배합되어, 모든 재료가 동일한 용기 내에서 분쇄 및/또는 혼합되게 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일차 공급원료는 혼합 용기(208)로부터 배출되며, 반응기(402) 내로 공급되기 전에 저장 용기 또는 탱크(214) 내에 저장된다. 하나의 구현예에서, 저장 용기(214)는 격리되어 일차 공급원료의 온도를 유지시키고 에너지를 보존할 수 있다. 일반적으로, 반응기(402)내로 공급되기 전에 장기간 동안 일차 공급원료를 저장하는 것은 바람직하지 않음이 유의되어야 한다. 산(210, 212)의 존재는 일차 공급원료를 분리시키고, 텍스쳐를 반응기(402) 내로 공급하는 것을 어렵게 만드는 방식으로 변화시킬 수 있다.
이제, 일차 공급원료는 반응기(402) 내로 공급되도록 준비된다. 이는 하나 이상의 공급 장치(216)를 사용하여 달성된다. 하나의 구현예에서, 일차 공급원료는 저압 펌프, 및 진공 및 중력 흐름의 배합을 통해 공급 장치(216)에 전달된다. 그러나, 일차 공급원료를 공급 장치(216)에 전달하기 위해 임의의 적합한 방법이 사용될 수 있음이 인지되어야 한다.
공급 장치(216)는 일차 공급원료를 반응기(402) 내에 안정된 속도로 공급하기 위해 사용된다. 공급 속도의 비교적 작은 변동이 산화환원 반응의 큰 변동을 유발할 수 있음이 발견되었다. 공급 속도가 강하되면, 반응기(402)는 공급이 차단되고, 공급 속도가 상승하면, 반응기(402)는 과공급된다.
산화환원 반응은 온도 및 압력과 같은 다른 파라미터보다 공급 속도 변동에 훨씬 더 민감하다. 이러한 이유로, 공급 속도를 치밀하게 제어하는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 반응기(402)가 압력 및 온도의 비교적 큰 변동을 나타내기 때문에 단순한 문제가 아니다. 압력 스윙은 일차 공급원료를 반응기(402) 내로 안정된 속도로 공급하는 것을 특히 어렵게 만든다.
공급 장치(216)는 일차 공급원료를 안정된 속도로 공급하도록 하는 임의의 적합한 배열을 가질 수 있다. 하나의 구현예에서, 공급 장치(216)는 유압식으로 작동되거나 전동된다. 예를 들어, 공급 장치(216)는 일차 공급원료를 처분하거나 반응기(402) 내로 공급하는 하나 이상의 유압식 램을 포함할 수 있다. 적합한 유압식 전동 공급 장치의 일례는 순환 램 펌프이다.
또 다른 구현예에서, 공급 장치(216)는 기어모터에 의해 작동되거나 전동된다. 예를 들어, 공급 장치(216)는 결과적으로 일차 공급원료를 반응기(402) 내로 공급하는 스크류를 회전시키는 기어모터를 포함한다. 공급 장치(216)는 심지어는 약 13,800 kPa의 반응기의 안전 작동 압력 한계까지의 반응기(402) 내의 압력 변동이 공급 속도를 현저히 변동시키지 않도록 배열될 수 있다.
하나의 구현예에서, 공급 장치(216)는 유압식으로 또는 기어로 작동되는 압출기 및/또는 인젝터이다. 다중 공급 장치(216)는 반응기(402)로의 일차 공급원료의 연속 공급을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 다중 공급 장치(216)는 순차적으로 작동하고 재충전될 수 있다. 하나의 공급 장치(216)가 공급원료를 반응기(402) 내로 주입하면, 또 다른 공급 장치(216)가 일차 공급원료로 재충전될 수 있다. 또한, 다중 공급 장치(216)의 사용은 하나 이상의 장치(216)가 유지 또는 보수를 위해 작동되지 않으면서, 장치(216) 중 나머지가 반응기(402)로의 공급원료의 연속 공급을 제공하도록 하기 때문에 유용하다.
공급 장치(216)는 일차 공급원료를 시간당 약 10% 이하, 바람직하게는 시간당 약 5% 이하, 또는 적합하게는 시간당 약 2% 이하로 변동하는 속도로 반응기 내로 공급할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 공급 장치(216)는 일차 공급원료를 거의 일정한 공급 속도로 반응기 내로 공급한다. 공급 장치(216)는 반응기(402) 내의 압력이 약 2070 kPa에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을지라도, 공급 속도를 유지시킬 수 있다.
공급 장치(216)는 일차 공급원료를 반응기(402) 내로 공급할 경우에 반응기(402)의 고압에 노출된다. 그러나, 공급 장치(216)는 저장 용기(214)로부터 일차 공급원료로 충전되는 경우에 저압일 수 있다. 밸브(218, 220)는 공급 및 재충전 작업 동안 공급 장치(216)를 반응기(402)로부터 선택적으로 격리시키기 위해 사용될 수 있다. 공급 장치(216)가 일차 공급원료를 반응기(402) 내로 공급할 경우에, 밸브(218)는 폐쇄되고, 밸브(220)는 개방된다. 공급 장치(216)가 일차 공급원료로 재충전되는 경우에, 밸브(220)는 폐쇄되고, 밸브(218)는 개방된다.
밸브(218, 220)는 또한 공급 장치(216)를 격리시키기 위해 사용되어, 이것이 보수되면서 반응기(402)가 계속 작동할 수 있도록 할 수 있다. 더욱이, 밸브(218, 220)는 또한 과압이 발생하는 동안 반응기(402)로부터 공급원료 처리 시스템(104) 내로의 역류를 방지할 수 있다. 밸브(218, 220)이 공급 장치(216)로부터 분리되는 것으로 기술된다 하더라도, 밸브(218, 220)는 공급 장치(216)의 필수 부품으로서 제공될 수 있다.
부품의 과도한 마멸 및/또는 밸브(218)가 개방될 때의 혼합 용기(208) 내로의 역류를 유발하지 않으면서 공급 장치(216)가 고압 상태로부터 저압 상태로 전이되게 하는 압력 방출 시스템(222)이 구비될 수 있다. 한 구현예에서, 압력 방출 시스템은 과잉 압력을 흡수할 수 있는 탱크를 포함할 수 있다.
공급원료 처리 시스템(104)는 도 2에 도시된 것 이외에 많은 다른 방식으로 배열될 수 있는 것으로 인지되어야 한다. 예를 들어, 도 3은 공급원료 처리 시스템(300)의 또 다른 구현예의 블록도를 도시한 것이다. 상기 구현예는 미가공 공급원료가 혼합 용기(208)에 들어가기 전에 분쇄기에 들어가지 않는 것을 제외하고는 공급원료 처리 시스템(200)과 유사하다. 또한, 일차 공급원료는 분리 저장 용기 내에 저장되지 않는다.
공급원료 처리 시스템(300)은 미가공 공급원료(102)가 분쇄될 필요가 없는 경우에 적합할 수 있다. 예를 들어, 미가공 공급원료(102)는 사전에 작은 입자로 균일해질 수 있다. 또한, 혼합 용기(208)은 일차 공급원료가 혼합 용기(208)로부터 반응기(402) 내로 이동하도록 저장 용기로서 작용할 수 있다. 공급원료 처리 시스템(104)의 많은 변경이 또한 고려된다.
도 4를 참조하면, 반응 시스템(400)의 한 구현예의 블록도가 도시되어 있다. 반응 시스템(400)은 공급원료 처리 시스템(104)로부터의 처리된 공급원료를 수용하는 반응기(402)를 포함한다. 반응기(402)는 보급 산 공급원(404), 산소 기체 공급원(406), 제어 기체 공급원(408) 및 재순환된 기체 공급원(410)과 유체 연통된다. 반응기(402)는 하나 이상의 센서(412) 및 임펠러 또는 분산 장치(414)를 포함한다. 반응기(402)의 온도는 에너지 제어 시스템(416)에 의해 제어될 수 있다.
시동 시에, 반응기(402)는 초기에 일차 산화성 산 및 이차 산화성 산의 수용액을 포함하는 초기 반응 혼합물로 충전된다. 하나의 구현예에서, 일차 산화성 산은 질산이고, 이차 산화성 산은 황산이다. 반응기(402)는 초기에 상기 기술된 농도를 갖는 질산과 황산의 수성 혼합물로 충전된다. 예를 들어, 동일한 용적의 약 3.35 몰/L의 질산 및 0.4 몰/L의 황산이 반응기(402) 내에서 배합되어 초기 반응 혼합물을 생성시킬 수 있다.
반응기(402)는 초기 반응 혼합물로 임의의 적합한 수준으로 충전될 수 있다. 하나의 구현예에서, 초기 반응 혼합물은 반응기(402)의 용적의 약 25% 이상 또는 적합하게는 반응기의 용적의 약 35% 이상을 점유한다. 또 다른 구현예에서, 초기 반응 혼합물은 반응기(402)의 용적의 약 80% 이하 또는 적합하게는 반응기(402)의 용적의 약 70% 이하를 점유한다. 또 다른 구현예에서, 초기 반응 혼합물은 반응기(402)의 용적의 약 25% 내지 80% 또는 적합하게는 반응기(402)의 용적의 약 35% 내지 70%를 점유한다. 바람직하게는, 초기 반응 혼합물은 반응기(402)의 용적의 약 50%를 점유한다. 이들 구현예 중 임의의 것에서, 반응기(402)의 용적의 나머지 부분, 즉 헤드 스페이스는 기체에 의해 점유된다.
헤드 스페이스는 초기에 산소 기체 및/또는 하나 이상의 다른 기체, 바람직하게는 비활성 기체로 충전된다. 산소 기체는 하기에 더 상세히 기술되는 바와 같이 반응 혼합물 중에서 질산을 재생시키기 위해 사용될 수 있다. 산소 기체(406)는 임의의 적합한 공급원으로부터 공급될 수 있다. 예를 들어, 산소 공급원은 공기, 순산소, 또는 심지어는 또 다른 반응의 생성물일 수 있다.
하나의 구현예에서, 개시 시에 헤드 스페이스 내의 기체는 적어도 약 2 용적% 바람직하게는 적어도 약 5 용적%, 또는 적합하게는 적어도 약 8 용적%의 산소 기체를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 개시 시에 헤드 스페이스 내의 기체는 약 불과 60 용적%의 산소 기체, 바람직하게는 불과 약 45 용적%의 산소 기체, 또는 적합하게는 불과 약 35 용적%의 산소 기체를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 개시 시에 헤드 스페이스 내의 기체는 약 2 내지 60 용적%의 산소 기체, 바람직하게는 5 내지 45 용적%의 산소 기체, 또는 적합하게는 8 내지 35 용적%의 산소 기체를 포함한다.
헤드 스페이스는 또한 비활성이거나 다른 식으로 산환환원 반응에 약영향을 줄 수 없는 다른 기체로 충전될 수 있다. 적합한 기체는 질소, 아르곤 등을 포함한다. 이들 기체는 도 4에서 제어 기체(408)로서 공급된다.
시동 시에, 온도 및 압력은 작동 조건에 도달할 때까지 함께 증가된다. 예를 들어, 온도가 60℃에 도달하는 경우, 압력은(기체를 헤드 스페이스에 첨가함으로써) 약 1035 kPa까지 증가된다. 150℃에서, 압력은 약 2070 kPa까지 증가된다. 혼합물이 작동 온도에 도달하면, 압력은 약 3450 kPa까지 증가된다. 온도 및 압력은 처리 동안 초기 수준에서 상당히 변동할 수 있음이 인지되어야 한다.
초기 반응 혼합물은 임펠러(414)가 반응 혼합물을 활발히 혼합 또는 교반시킴에 따라 에너지 제어 시스템에 의해 150℃ 이상까지 가열된다. 반응기(402)는 반응기(402)의 외측에서 가열 재킷과 유체 연통하고 있는 에너지 제어 시스템(416) 내의 열교환기를 사용하여 가열될 수 있다. 대부분의 경우에, 반응기(402)는 단지 개시 시에 가열되는 것을 필요로 함이 인지되어야 한다. 산화환원 반응이 시작되면, 작동 동안 반응기(402)를 계속 가열하는 것은 충분히 발열성이다. 대신에, 반응기(402)는 반응 혼합물의 온도를 최대 한계점 미만으로 유지시키기 위해 사용되는 내부 냉각 코일을 포함할 수 있다.
에너지 제어 시스템(416)은 열교환기, 열원, 열 싱크, 및 다양한 스트림, 반응기 등으로부터 열을 부가 및/또는 추출하기 위해 사용될 수 있는 다른 에너지 전달 장치 및 부품의 임의의 수, 유형 또는 배열의 수집체로서 관찰될 수 있음이 인지되어야 한다. 예를 들어, 에너지 제어 시스템(416)은 하나 이상의 열교환 코일을 사용하여 열을 공급 및/또는 제거하기 위해 사용되는 보조 열원을 포함할 수 있다. 많은 다른 예가 또한 고려된다.
임펠러(414)는 반응 혼합물을 골고루 그리고 활발히 혼합시키고, 헤드 스페이스로부터의 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키기 위해 사용된다. 임펠러(414)는 이들 혼합물을 충분히 혼합하고 분산시킬 수 있는 한은 임의의 적합한 설계 또는 배열을 가질 수 있다. 하나의 구현예에서, 임펠러는 기체 동반 임펠러일 수 있다. 기체는 기체를 반응기(402)의 헤드 스페이스로부터 연속적으로 재순환시키는 중공 샤프트에 부착된 임펠러 블레이드에 의해 분산된다. 기체는 샤프트의 상부 근처의 오프닝에 들어가고, 임펠러 블레이드의 팁에 위치한 분산 포트를 통해 배출된다. 임펠러 블레이드의 고속 회전은 팁에서 저압 영역을 생성시킨다. 블레이드의 팁에서 압력은 임펠러(414)의 속도가 증가함에 따라 강하되어, 기체를 헤드 스페이스로부터 반응 혼합물을 통해 분산시키는 속도를 증가시킨다.
반응기(402)는 또한 헤드 스페이스 기체의 분산 및 반응 혼합물의 일반적 교반을 향상시키는 하나 이상의 배플을 포함할 수 있다. 기체의 전달은 액체상에 대한 임펠러(414)의 팁의 상대 속도에 의해 제어되어, 임펠러(414)의 팁에서 압력을 감소시켜서(즉, 진공을 생성시켜서), 기체를 반응 혼합물 내로 이동시킨다. 배플은 임펠러(414)에 비해 액체 반응 혼합물의 회전을 지연시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 임펠러(414)의 작동을 향상시킬 수 있다. 상기 목적을 위해 구체적으로 설계된 배플이 반응기(402) 내에 위치할 수 있다. 대안적으로, 반응기(402)에 통합되거나 첨가된 냉각 코일 및/또는 구조체가 배플로서 작용할 수 있다. 하나의 구현예에서, 냉각 코일은 구불구불한 형태를 가질 수 있다.
센서(412)는 파라미터, 즉 온도, 압력 또는 액체 수준 중 하나 이상을 측정할 수 있다. 센서(412)는 자동화 제어 시스템을 실행하고, 단순히 작동기에 반응기(402)의 상태에 대한 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 반응기(402)는 비상 블로우다운 시스템 및 기체 방출 포트를 가질 수 있다.
비상 블로우다운 시스템은 반응기(402)로부터 비상 블로우다운 방지 용기까지 연결되는 큰 직경의 고압 파이프를 포함한다. 비상 과열/과압의 경우에, 파이프는 신속하게 반응기(402)를 비상 블로우다운 방지 용기 내로 비울 것이다. 용기는 주위 환경에 대한 어떠한 누출도 없이 반응기(402)의 모든 내용물을 수용할 것이다.
기체 배출 포트는 원래 기체를 반응기(402)로부터 제거하기 위해 사용되지는 않는다. 대신에, 기체는 주로 반응기 유출물 중에서 제거된다. 반응기(402)는 바람직한 산출물을 수용할 수 있는 임의의 적합한 크기를 가질 수 있다.
일단 반응기(402)가 이의 시동 파라미터에 도달하면, 이는 일차 공급원료를 수용하고 산화시키는 것을 시작하도록 준비된다. 일차 공급원료가 반응기(402)에 들어간 직후에, 산화환원 반응은 안정된 작동 상태에 도달한다. 이 시점에서, 반응 혼합물은 일차 공급원료 , 초기 개시 산화성 산, 물, 용해 및 비용해 기체 및 다양한 반응 생성물을 포함한다. 산화환원 반응은 안정된 상태에서 무기한 지속될 수 있다. 반응기(402) 내의 조건은 시간 경과에 따라 상당히 변할 수 있지만, 이들은 반응에 악영향을 줄 만큼 많이 변하지 않는다.
일부 양상에서, 헤드 스페이스 내의 산소 기체 농도 및 반응 혼합물에 의해 점유된 용적와 같은 반응기(402)의 개시 파라미터는 작동 동안 유지된다. 예를 들어, 산소 기체 농도는 작동 동안 상기 기술된 수준으로 유지된다. 또한, 반응 혼합물은 초기 반응 혼합물과 동일한 용적의 반응기(402)를 점유할 수 있다. 따라서, 초기 반응 혼합물과 관련하여 상기 기술된 용적량은 작동 동안 반응 혼합물에 동등하게 적용된다.
반응기(402) 내의 압력은 용액 중에 질산의 반응 생성물을 유지시켜서 이들이 산소와 반응하여 질산을 재생시키도록 하기에 충분한 수준으로 유지된다. 하나의 구현예에서, 반응기(402) 내의 압력은 적어도 약 2070 kPa, 바람직하게는 적어도 약 2410 kPa, 또는 적합하게는 적어도 약 2800 kPa로 유지된다. 또 다른 구현예에서, 반응기(402) 내의 압력은 불과 약 6900 kPa 이하, 바람직하게는 불과 약 6200 kPa, 또는 적합하게는 불과 약 5515 kPa로 유지된다. 또 다른 구현예에서, 반응기(402) 내의 압력은 약 2070 kPa 내지 6900 kPa, 바람직하게는 약 2410 kPa 내지 6200 kPa, 또는 적합하게는 약 2800 kPa 내지 5515 kPa로 유지된다.
반응기(402) 내의 압력은 산소 기체(406), 제어 기체(408) 또는 재순환된 기체(410)을 선택적으로 첨가함으로써 유지될 수 있다. 산소 기체(406)의 농도가 낮은 경우, 산소 기체(406)가 첨가되어 압력을 증가시킨다. 그러나, 추가적 산소 기체(406)가 필요하지 않은 경우, 제어 기체(408)도 재순환된 기체(410)도 압력을 증가시키기 위해 첨가되지 않는다. 산화환원 반응은 반응기(402) 내측의 압력에 또한 기여하는 기체를 발생시키는 것으로 이해되어야 한다. 반응기(402)의 높은 작동 압력으로 인해, 산소 기체(406), 제어 기체(408) 및/또는 재순환된 기체(410)는 6900 kPa를 초과하는 압력으로 공급되어, 이들이 반응기(402) 내로 흐르도록 할 수 있다.
반응 혼합물의 온도는 질산이 분해되는 것을 방지하지만 공급원료의 빠른 산화를 조장하는 수준으로 유지된다. 온도는 상기 기술된 바와 같은 에너지 제어 시스템(416)에 의해 제어된다. 하나의 구현예에서, 반응 혼합물의 온도는 불과 210℃ 또는 바람직하게는 불과 205℃로 유지된다. 또 다른 구현예에서, 반응 혼합물의 온도는 적어도 약 150℃ 또는 바람직하게는 적어도 약 160℃로 유지된다. 또 다른 구현예에서, 반응 혼합물의 온도는 약 150℃ 내지 210℃ 또는 바람직하게는 약 160℃ 내지 205℃로 유지된다.
작동 동안, 임펠러(414)는 헤드 스페이스로부터의 충분한 양의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시켜서 질산을 재생시키도록 배열된다. 산소는 반응기 외측의 어떠한 처리도 없이 질산 감소 생성물과 반응하여 질산을 생성시킨다. 재생되는 질산의 양은 변할 수 있다. 하나의 구현예에서, 질산의 최소한 대부분이 재생되며, 바람직하게는 질산의 적어도 75%가 재생되거나, 적합하게는 질산의 적어도 90% 가 재생된다.
임펠러(414)는 헤드 스페이스로부터의 기체를 반응 혼합물을 통해 순환시켜서, 반응 혼합물 중의 기체의 농도가 반응 혼합물 중에 용해되거나 용해되지 않은 기체의 농도와 동일하지는 않지만 매우 유사해지도록 한다. 이의 장점은 반응 혼합물에 공급되는 산소 기체의 양이 헤드 스페이스에서 취해지는 산소 기체 측정으로 기준으로 치밀하게 제어될 수 있다는 점이다. 하나의 구현예에서, 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도는 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 이내, 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 10% 이내, 적합하게는 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 5% 이내이다.
헤드 스페이스 내의 기체의 조성은 산화환원 반응에 의해 생성되는 반응 생성물을 제어하도록 조절될 수 있다. 바람직하게는, 반응기 내측의 기체의 조성이 하기의 파라미터를 충족시키는 경우에 바람직한 반응 생성물이 최대화된다 : 산소는 상기 제공된 농도를 갖고, 이산화탄소는 5% - 25 용적%이고; 일산화탄소는 2% - 10 용적%이고; 아산화질소(N2O)는 2% - 5 용적%이며, 나머지는 아르곤 및/또는 질소 및 미량 불순물로서 소량의 NOx 및 SOx이다.
반응 혼합물 중의 산화성 산의 농도는 개시 시의 농도와 동일하거나 유사할 수 있다. 추가적 산이 필요에 따라 보급 산 공급원(404)로부터 첨가된다.
반응기(402) 내측에서, 공급원료는 복잡한 발열성 산화환원 공정을 일으킨다. 반응 혼합물 중의 질소 화합물은 질소 화합물이 기체상 질소 및/또는 아산화질소(N2O)로 환원되록 변경된다. 상기 기재된 것들 이외에, NOX 형태의 화합물은 미량 수준을 초과하여 반응 혼합물 중에서 생성되지 않는다. 반응 혼합물 중의 질소 화합물의 일부분은 하기에 기재되는 착물 탄화수소 내로 혼입된다.
공급원료 중의 탄소의 상당한 부분은 이산화탄소 및/또는 일산화탄소로 산화된다. 이산화탄소 또는 일산화탄소로 산화되지 않는 공급원료 중의 탄소의 부분은 중탄화수소 분자 내로 혼입된다. 산화 전위가 지속된 저수준으로 유지되는 경우에, 공급원료 중의 탄소의 일부분은 푸라논 및 푸란디온, 및 파라핀과 같은 다른 착물 탄화수소로 환원된다.
반응 혼합물 중의 수소는 일차적으로 물로 산화된다. 그러나, 특정 조건에서, 수소는 아민-디하이드로플루오라이드 형태의 유기 하이드로플루오라이드와 같은 착물 탄화수소 내로 혼입된다. 인, 칼륨, 암모니아, 철 등과 같은 다른 소량/미량 성분은 황산염, 질산염 및 다른 더 많은 착염을 생성시킨다.
반응기 유출물은 반응기(402)로부터 연속적으로 추출될 수 있다. 반응기 유출물은 주로 염을 포함한 산성수(및 일부 구현예에서는, 상기 기재된 바와 같은 소량의 착물 탄화수소)를 포함하며, 그 이유는 이들이 모두 반응이 완결될 때에 잔류하기 때문이다. 하나의 구현예에서, 반응기(402)로부터 제거되는 기체의 전부는 아니지만 대부분은 반응기 유출물과 함께 배출된다. 유출물과 함께 배출되는 기체는 반응 혼합물 중의 용해 및 비용해 기체, 즉 반응 혼합물의 기체상 부분이다.
하나의 구현예에서, 반응기(402)로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고, 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다. 또 다른 구현예에서, 반응기(402)로부터 배출되는 반응 혼합물의 약 98 중량% 이상은 반응기 유출물 중에서 배출되고, 반응기로부터 배출되는 기체의 약 98 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다. 또 다른 구현예에서, 반응기(402)로부터 배출되는 반응 혼합물의 최소한 실질적으로 전부는 반응기 유출물 중에서 배출되고, 반응기로부터 배출되는 기체의 최소한 실질적으로 전부는 반응기 유출물 중에서 배출된다.
반응기(402)로부터의 배출 시에, 유출물은 에너지 제어 시스템(416)에 들어갈 수 있다. 에너지 제어 시스템(416)은 에너지를 공정으로부터 추출하고, 작동 반응기(402)의 온도를 유지시키는 2가지의 일차 기능을 제공한다. 에너지는 유출물을 에너지를 생성 단부에 대해 하니스로 전달하는 약간 감소된 압력의 열교환기로 흐르게 함으로써 추출될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이 제 2 기능이 달성된다.
반응기 유출물 중의 임의의 비소모 질산은 질산의 비등점 미만으로 냉각되기 전에 이를 분출시킴으로써 제거될 수 있음이 유의되어야 한다. 또한, 임의의 과량의 물이 에너지 제어 시스템에서 분출될 수 있다. 유출물로부터 물을 분출시키거나 다른 식으로 분리시킬 필요성은 공급원료에 첨가되는 물의 양을 제한함으로써 감소될 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 유출물 처리 시스템(500)의 한 구현예의 블록도가 도시되어 있다. 유출물 처리 시스템(500)은 에너지 제어 시스템(416)으로부터 배출된 후의 유출물을 수용한다. 많은 센서(506)가 사용되어 냉각된 유출물의 pH 및 전도도와 같은 파라미터를 측정한다. 상기 정보는 혼합 용기(208)에 첨가되는 산(210, 212)의 양을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 유출물의 pH가 낮아지면, 혼합 용기(208)에 첨가될 필요가 있는 산이 적어진다.
냉각된 유출물은 기체 분리 시스템(502) 내로 유동하여, 압력이 분리 설비 내측의 주변 압력으로 강하하게 된다. 상기 시점에서, 유출물은 활발히 교반되어 용해 및 비용해 기체를 제거한다. 기체 분리 시스템(502)으로부터, 액체/고체 스트림은 혼합 영역(510)으로 이동하는 스트림의 일부부 및 고체 분리 시스템(504)으로 이동하는 스트림의 일부분으로 구분된다. 고체 분리 시스템(504)로부터, 스트림은 혼합 영역(510)으로 이동하는 부분 및 폐수 처리부(514)로 이동하는 나머지 부분으로 구분된다. 혼합 영역(510)으로부터, 유출물은 공급원료 처리 시스템(104)로 다시 재순환되다. 도 4에 도시된 바와 같이, 재순환된 유출물은 이것이 공급원료 처리 시스템(104)에 도달하기 전에 에너지 제어 시스템(416)에서 가열된다. 고체 분리 시스템(504)으로부터 회수된 고체는 저장, 해양수송 및/또는 처분될 수 있는 최종 고체 생성물로 정련시키기 위해 후처리부로 전달된다.
기체는 기체 분리 시스템(502)으로부터 센서(508)을 통해 이동하고, 반응기(402) 또는 기체 처리 시스템(516)으로 다시 재순환될 수 있다. 상이한 기체가 기체 처리 시스템(516)에서 분리된다. 기체 처리 시스템(516)으로부터, 산소, 및 반응기(402)에 대해 필요한 양의 아르곤/질소가 가압 보유 탱크 내로 펌핑된다. 기체 처리 시스템에서, 반응기(402)에 대해 필요한 기체는 처리되고, 저장, 포장, 해양 수송 및/또는 처분을 위해 처리되고 최종 기체 생성물(518)로 이동한다.
예시적 구현예
하기에서는, 본원에 기술된 주제의 많은 예시적 구현예가 참조된다. 하기의 구현예는 현재 기술되는 바와 같은 주제의 다양한 특색, 특징 및 장점을 포함할 수 있는 수가지 선택된 구현예만을 예시한다. 따라서, 하기의 구현예는 가능한 구현예 모두를 포괄하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 또한, 한 구현예의 특색 및 특징은 다른 구현예에 동등하게 적용되도록 이해될 수 있고 이해되어야 하며, 하기에 설명되는 특정 구현예으로부터 변하는(예를 들어, 더 넓게 등) 범위를 갖는 주제를 기술할 수 있는 추가적 구현예를 제공하기 위한 다양한 구현예으로부터 임의의 많은 다른 특색과 배합하여 사용될 수 있고 사용되어야 한다. 따라서, 본원에 기술된 주제의 임의의 배합이 고려된다.
한 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 반응기로부터의 유출물을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 및 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계를 포함한다. 방법 일차 공급원료를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 초기 공급원료, 유출물 및 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 초기 공급원료, 유출물, 질산 및 이차 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 를 포함할 수 있으며, 고체를 제외한, 일차 공급원료 중의 질산 및 이차 산화성 산의 농도는 각각 개시 시 반응기 내에서 질산 및 이차 산화성 산의 농도와 거의 동일할 수 있다. 일차 공급원료는 입자를 포함할 수 있으며, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 이다. 유출물은 주변 온도에 비해 상승된 온도에 있을 수 있다. 유출물은 산성일 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 반응기로부터의 유출물을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함한다. 방법은 일차 공급원료를 분쇄시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 초기 공급원료, 유출물 및 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 초기 공급원료, 유출물, 질산 및 이차 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 포함할 수 있으며, 고체를 제외한, 일차 공급원료 중의 질산 및 이차 산화성 산의 농도는 각각 개시 시에 반응기 내에서 질산 및 이차 산화성 산의 농도와 거의 동일할 수 있다. 일차 공급원료는 입자를 포함할 수 있으며, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 이다. 유출물은 주변 온도에 비해 상승된 온도에 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함한다. 방법은 일차 공급원료를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 산화성 산은 일차 산화성 산일 수 있으며, 방법은 초기 공급원료, 일차 산화성 산 및 이차 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 포함할 수 있다. 고체를 제외한, 일차 공급원료 중의 일차 산화성 산 및 이차 산화성 산의 농도는 각각 개시 시에 반응기 내에서 질산 및 이차 산화성 산의 농도와 거의 동일할 수 있다. 일차 공급원료는 입자를 포함할 수 있으며, 일차 공급원료 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 이다. 산화성 산은 질산을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 반응기로부터의 유출물을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다. 방법은 일차 공급원료를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 초기 공급원료, 유출물 및 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 초기 공급원료, 유출물, 질산 및 이차 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 포함할 수 있으며, 고체를 제외한, 일차 공급원료 중의 질산 및 이차 산화성 산의 농도는 각각 개시 시에 반응기 내에서 질산 및 이차 산화성 산의 농도와 거의 동일할 수 있다. 일차 공급원료는 입자를 포함할 수 있으며, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 이다. 반응기 내의 압력은 적어도 2800 kPa 일 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 및 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 반응기로부터의 유출물을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃ 의 온도로 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료 및 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃ 의 온도로 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료를 분쇄시켜서 입자를 포함하는 일차 공급원료를 생성시키는 단계로서, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수가 불과 7 ㎜인 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계를 포함한다. 방법은 일차 공급원료를 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 산화성 산을 일차 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 초기 공급원료 및/또는 일차 공급원료와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응기로부터의 유출물을 일차 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 초기 공급원료 및/또는 일차 공급원료와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물을 포함할 수 있다. 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 일 수 있다. 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 2.5 ㎜일 수 있다. 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 1.5 ㎜ 일 수 있다. 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 0.5 ㎜ 일 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료를 분쇄시켜서 입자를 포함하는 일차 공급원료를 생성시키는 단계로서, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수가 불과 7 ㎜ 인 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함한다. 방법은 질산을 일차 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 초기 공급원료 및/또는 일차 공급원료와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응기로부터의 유출물을 일차 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 초기 공급원료 및/또는 일차 공급원료와 배합시키는 단계. 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 이차 산화성 산을 포함할 수 있다. 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 2.5 ㎜일 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료를 분쇄시켜서 입자를 포함하는 일차 공급원료를 생성시키는 단계로서, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수가 불과 7 ㎜ 인 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다. 방법은 질산 및 이차 산화성 산을 일차 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 초기 공급원료 및/또는 일차 공급원료와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응기로부터의 유출물을 일차 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 초기 공급원료 및/또는 일차 공급원료와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물을 포함할 수 있다. 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 2.5 ㎜일 수 있다. 반응기 내의 압력은 적어도 2800 kPa일 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 초기 공급원료를 분쇄시켜서 입자를 포함하는 일차 공급원료를 생성시키는 단계로서, 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수가 불과 7 ㎜ 인 단계; 일차 공급원료를 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급하는 단계; 일차 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 일차 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다. 일차 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 2.5 ㎜일 수 있다. 초기 공급원료는 반응기로부터의 유출물을 포함할 수 있다. 방법은 질산 및 이차 산화성 산을 일차 공급원료가 반응기에 들어가기 전에 초기 공급원료 및/또는 일차 공급원료와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응기로부터의 유출물을 초기 공급원료와 배합시켜서 중간 공급원료를 생성시키는 단계; 중간 공급원료를 분쇄시켜서 분쇄된 공급원료를 생성시키는 단계; 및 분쇄된 공급원료, 질산 및 이차 산화성 산을 배합시켜서 일차 공급원료를 생성시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급하는 단계; 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 공급 속도는 반응기 내의 압력이 약 2070 kPa에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을 지라도 거의 일정하다. 공급원료는 슬러리일 수 있다. 슬러리는 질산 및/또는 이차 산화성 산을 포함할 수 있다. 방법은 순차적으로 작동되고 재충전되어 공급원료를 반응기 내로 공급하는 복수의 공급 장치를 포함할 수 있다. 공급원료는 입자를 포함할 수 있으며, 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 이다. 공급원료는 유압식으로 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급될 수 있다. 공급원료는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급될 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급하는 단계; 및 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계를 포함한다. 방법은 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 공급원료는 입자를 포함할 수 있으며, 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 이다. 방법은 순차적으로 작동되고 재충전되어 공급원료를 반응기 내로 공급하는 복수의 공급 장치를 포함할 수 있다. 공급원료는 반응기로부터의 유출물및/또는 산화성 산을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료의 제 1 양을 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급하는 단계; 공급 장치를 가압 반응기로부터 격리시키는 단계; 공급 장치를 공급원료의 제 2 양으로 충전시키는 단계; 공급원료의 제 2 양을 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급하는 단계; 공급원료 가압 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 약 적어도 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다. 방법은 공급 장치를 가압 반응기로부터 격리시키는 밸브를 포함할 수 있다. 공급원료의 제 1 양 및 공급원료의 제 2 양은 가압 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급될 수 있다. 공급 장치를 공급원료의 제 2 양으로 충전시키는 단계는 가압 반응기로부터 크게 감소되는 압력에서 수행될 수 있다. 반응기 내의 압력은 적어도 2800 kPa 일 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급하는 단계; 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 공급 속도는 반응기 내의 압력이 약 2070 kPa에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을 지라도 거의 일정하다. 공급원료는 입자를 포함할 수 있으며, 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수는 불과 4 ㎜ 이다. 방법은 순차적으로 작동되고 재충전되어 공급원료를 반응기 내로 공급하는 복수의 공급 장치를 포함할 수 있다. 공급원료는 반응기로부터의 유출물및/또는 산화성 산을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내로 시간당 불과 약 10% 변동하는 공급 속도로 공급하는 단계; 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 공급 속도는 반응기 내의 압력이 약 2070 kPa에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을지라도 시간당 불과 약 10% 변동한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급하는 단계; 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급하는 단계; 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 유압식으로 또는 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 반응기 내로 공급하는 단계; 공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료의 제 1 양을 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급하는 단계; 공급 장치를 가압 반응기로부터 격리시키는 단계; 공급 장치를 공급원료의 제 2 양으로 충전시키는 단계; 공급원료의 제 2 양을 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급하는 단계; 공급원료 가압 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 가압 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 공급원료의 제 1 양 및 공급원료의 제 2 양은 가압 반응기 내에 시간당 불과 약 10% 변동하는 공급 속도로 공급된다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료의 제 1 양을 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급하는 단계; 공급 장치를 가압 반응기로부터 격리시키는 단계; 공급 장치를 공급원료의 제 2 양으로 충전시키는 단계; 공급원료의 제 2 양을 공급 장치에 의해 가압 반응기 내로 공급하는 단계; 공급원료 가압 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 공급원료의 제 1 양 및 공급원료의 제 2 양은 가압 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급된다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 기체 반응기의 헤드 스페이스로부터 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함한다. 방법은 중공이며 헤드 스페이스로부터의 기체를 임펠러를 통해 반응 혼합물 내로 흐르게 하는 임펠러를 사용하여 헤드 스페이스로부터의 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 헤드 스페이스로부터의 기체를 기체 동반 임펠러를 사용하여 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 산소 기체를 반응기에 공급하는 단계 및 반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응 혼합물 내로의 헤드 스페이스로부터의 기체의 분산을 향상시키기 위해 반응 혼합물 내에 위치한 배플을 포함할 수 있다. 방법은 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 헤드 스페이스 내의 기체는 2 내지 60 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 반응기에 공급하는 단계; 반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 방식으로 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함한다. 헤드 스페이스 내의 기체는 2 내지 60 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다. 방법은 중공이며 헤드 스페이스로부터의 기체를 임펠러를 통해 반응 혼합물 내로 흐르게 하는 임펠러를 사용하여 헤드 스페이스로부터의 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 헤드 스페이스로부터의 기체를 기체 동반 임펠러를 사용하여 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 10% 내에서 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 5% 내에서 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 기체 동반 임펠러를 사용하여 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 헤드 스페이스는 2 내지 60 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다. 헤드 스페이스는 5 내지 45 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 반응기에 공급하는 단계; 반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 방식으로 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다. 방법은 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 10% 내에서 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 중공이며 헤드 스페이스로부터의 기체를 임펠러를 통해 반응 혼합물 내로 흐르게 하는 임펠러를 사용하여 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 기체 동반 임펠러를 사용하여 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 반응기의 헤드 스페이스로부터의 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응기 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지시키는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급하는 단계; 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지시키는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 기체를 반응기에 공급하는 단계; 및 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계를 포함하며; 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고; 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다. 방법은 반응기의 헤드 스페이스로부터의 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법에서, 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 약 98 중량% 이상은 반응기 유출물 중에서 배출되고; 반응기로부터 배출되는 기체의 약 98 중량% 이상은 반응기 유출물 중에서 배출된다. 방법은 기체를 반응기 유출물로부터 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 공급원료를 반응기 유출물의 최소한 일부와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 반응기의 헤드 스페이스는 5 내지 45 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 기체를 반응기에 공급하는 단계로서, 공급되는 기체가 산소 기체를 포함하는 단계; 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함하며; 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급되고; 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고; 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다. 방법은 반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 반응기의 헤드 스페이스는 5 내지 45 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다. 방법은 공급원료를 반응기 유출물의 최소한 일부와 배합시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 반응기에 공급하는 단계; 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계; 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양을 측정하는 단계; 및 반응기에 대한 산소 기체의 공급을 반응기 유출물에서 측정되는 산소 기체의 양을 기준으로 조절하는 단계를 포함한다. 방법은 반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 비활성 기체를 반응기에 공급하여 적어도 약 2070 kPa의 압력을 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 반응기의 헤드 스페이스는 2 내지 60 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다. 반응기의 헤드 스페이스는 5 내지 45 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 기체를 반응기에 공급하는 단계로서, 공급되는 기체가 산소 기체를 포함하는 단계; 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급되고; 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고; 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다. 방법은 반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 반응기 유출물을 냉각시키는 단계; 및 기체를 반응기 유출물로부터 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. 반응기 유출물은 저압에서 활발히 혼합되어 기체를 분리시킬 수 있다. 반응기의 헤드 스페이스는 5 내지 45 용적%의 산소 기체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 기체를 반응기에 공급하는 단계; 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 반응기로부터 배출되는 반응 혼합물의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출되고; 반응기로부터 배출되는 기체의 적어도 약 94 중량%는 반응기 유출물 중에서 배출된다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응기에 공급하는 단계; 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계; 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양을 측정하는 단계; 반응기에 대한 산소 기체의 공급을 반응기 유출물에서 측정되는 산소 기체의 양을 기준으로 조절하는 단계; 및 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 반응기에 공급하는 단계; 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계; 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양을 측정하는 단계; 반응기에 대한 산소 기체의 공급을 반응기 유출물에서 측정되는 산소 기체의 양을 기준으로 조절하는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따라, 방법은 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산, 이차 산화성 산 및 산소 기체를 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 산소 기체를 반응기에 공급하는 단계; 반응기 유출물을 반응기로부터 제거하는 단계; 반응기 유출물 중의 산소 기체의 양을 측정하는 단계; 반응기에 대한 산소 기체의 공급을 반응기 유출물에서 측정되는 산소 기체의 양을 기준으로 조절하는 단계; 반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계; 및 적어도 약 2070 kPa의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하며; 산소 기체는 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 양으로 반응 혼합물에 공급된다.
특허청구범위에 열거된 용어는 사전에서(예를 들어, 넓게 사용되는 일반적인 참조 사전 및/또는 관련 기술 사전)에서 관련 용어에 대한 참조에 의해 결정되는 바와 같이 이들의 원래의 통상적인 의미(예를 들어, 목공구로서 "플레인(평면)"의 정의는 항공기 등을 언급하기 위해 사용되는 경우의 용어 "플레인"의 사용에 관련되지 않음)이 제공되어야 하고, 이들 출처 중 어느 하나 또는 조합에 의해 제공되는 가장 넓은 의미와 함께 당업자들에 의해 공통적으로 이해되는 의미가 특허청구범위의 용어에 제공되어야 하며(에를 들어, 2가지 이상의 관련 사전적 용어가 조합되어 용어 등의 조합의 가장 넓은 의미를 제공하여야 하며), 단지 하기의 예외가 있다 :(a) 본원에서, 어떤 용어가 원래의 통상적인 의미보다 더 확장적인 방식으로 사용되는 경우, 이 용어는 원래의 통상적인 의미에 더하여 추가적 확장적 의미가 제공되어야 하거나,(b) 어떤 용어가 구절 "본원에 사용되는 바와 같은 무엇이 무엇을 의미한다" 또는 유사한 표현(예를 들어, "본원에서 상기 용어는 무엇을 의미한다", "본원에 규정된 바와 같이", "상기 설명[용어]을 목적으로 무엇을 의미한다" 등)이 뒤따르는 용어를 열거함으로써 상이한 의미를 갖도록 명백히 규정되는 경우. 특정 예에 대한 언급, "즉"의 사용, 단어 "발명"의 사용 등은 예외(b)를 인용하거나 열거된 특허청구범위 용어의 범위를 다른 방식으로 제한하는 것을 의미하지 않는다. 예외(b)가 적용되는 경우를 제외하고, 본원에 포함된 어느 것도 특허청구범위의 포기 또는 부인으로 고려되지 않아야 한다. 특허청구범위에 열거된 내용은 본원에 나타낸 임의의 특정 구현예, 특징 또는 특징들의 조합과 동연적이 아니고, 동연적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 이는 단지 특정 특징 또는 특징들의 조합의 단일 구현예가 본원에서 예시되고 기술되는 경우에도 해당된다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 특허청구범위 용어의 종래 및 원래의 의미의 관점에서 가장 넓은 해석으로 읽혀지고 제공되어야 한다.
본원에 사용되는 바와 같이, "좌측", "우측", "전", "후" 등과 같은 공간적 또는 사전적 용어는 도면에 도시된 바와 같은 내용에 관한 것이다. 그러나, 본원에 기술된 내용이 다양한 대안적 배향을 추정할 수 있으며, 따라서, 이러한 용어는 제한된 것으로서 고려되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 더욱더, 본원(즉, 특허청구범위 및 명세서)에 사용되는 바와 같이, 부정관사 및 정관사와 같은 관사는 단수 또는 복수를 함축할 수 있다. 또한, 본원에 사용되는 바와 같이, 앞서 "어느 하나" 없이 사용되는 경우의 단어 "또는"(또는 "또는"이 명백히 배타적인 것을 의미하는 유사한 표현, 예를 들어 x 또는 y 중 단지 하나)는 포괄적인 것으로 해석되어야 한다(예를 들어, "x 또는 y"는 x 또는 y 중 하나 또는 둘 모두를 의미한다). 또한, 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 또한 포괄적인 것으로 해석되어야 한다(예를 들어, "x 및/또는 y"는 x 또는 y 중 하나 또는 둘 모두를 의미한다). "및/또는" 또는 "또는"이 일군의 3가지 이상의 항목내 대해 접속사로서 사용되는 경우에, 이 군은 단지 하나의 항목, 함께 모든 항목 또는 항목의 임의의 조합 또는 수를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 더욱이, "갖는다", "갖는", "포함한다", "포함하는"과 같은 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 용어는 용어 "이루어진다", "이루어진"과 유의어인 것으로 구성되어야 한다.
달리 시사되지 않는 한, 명세서(특허청구범위와 상이함)에 사용되는 치수, 물리적 특징 등을 표현하는 것과 같은 모든 수치 또는 표현은 모든 경우에 용어 "약"에 의해 변경되는 것으로 이해된다. 적어도, 그리고 특허청구범위의 등가물의 원칙의 적용을 제한하기 위한 시도가 아닌 것으로서, 용어 "약"에 의해 변경되는 명세서 또는 특허청구범위에 열거된 각각의 수치적 파라미터는 최소한 열거된 중요한 숫자의 수에 비추어, 그리고 반올림(반내림) 기술을 적용함으로써 구성되어야 한다. 더욱이, 본원에 기술된 모든 범위는 임의의 그리고 모든 하위 범위 또는 그 안에 포함되는 임의의 그리고 모든 개별적 값을 열거한 특허청구범위에 대한 지지를 포함하고 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 10의 규정된 범위는 1의 최소값과 10의 최대값의 사이 및/또는 이들 값을 포함하는 임의의 그리고 모든 하위 범위 또는 개별적 값; 즉, 1 이상의 최소값으로 시작하고 10 이하의 최대값으로 끝나는 모든 하위 범위(예를 들어, 5.5 내지 10, 2.34 내지 3.56 등) 또는 1 내지 10의 임의의 값(예를 들어, 3, 5.8, 9.9994 등)을 열거한 특허청구범위에 대한 지지를 포함하고 제공하는 것으로 고려되어야 한다.
(102) : 미가공 공급원료
(104) : 공급원료 처리 시스템
(106) : 반응 시스템
(108) : 유출물 처리 시스템
(204) : 재순환된 유출물
(210) : 일차 산화성 산
(212) : 이차 산화성 산
(206) : 분쇄기
(208) : 혼합 용기
(214) : 저장 용기
(216) : 공급 장치
(218),(218) : 밸브
(222) : 압력 방출 시스템
(404) : 보급 산
(406) : 산소
(408) : 제어 기체
(410) : 재순환된 기체
(412),(508) : 센서
(414) : 임펠러
(416) : 에너지 제어 시스템
(502) : 기체 분리 시스템
(504) : 고체 분리 시스템
(510) : 혼합 영역
(512) : 고체 생성물
(514) : 폐수 처리부
(516) : 기체 처리 시스템
(518) : 최종 기체 생성물

Claims (25)

  1. 공급원료를 반응기 내에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및
    반응기의 헤드 스페이스로부터의 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 중공이며 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 임펠러를 통해 상기 반응 혼합물 내로 흐르게 하는 임펠러를 사용하여 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 상기 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 기체 동반 임펠러를 사용하여 상기 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 산소 기체를 상기 반응기에 공급하는 단계 및 상기 반응기의 상기 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 혼합물 내로의 상기 헤드 스페이스로부터의 기체의 분산을 향상시키기 위해 상기 반응 혼합물 내에 위치한 배플을 포함하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 적어도 약 2070 kPa 의 상기 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 헤드 스페이스 내의 기체가 2 내지 60 용적%의 산소 기체를 포함하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    산소 기체를 반응기에 공급하는 단계;
    반응기의 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 질산의 최소한 대부분을 재생시키기에 충분한 방식으로 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계; 및
    반응 혼합물을 불과 약 210℃의 온도에서 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 헤드 스페이스 내의 기체가 2 내지 60 용적%의 산소 기체를 포함하는 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 중공이며 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 임펠러를 통해 상기 반응 혼합물 내로 흐르게 하는 임펠러를 사용하여 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 상기 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 기체 동반 임펠러를 사용하여 상기 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 청구항 8에 있어서, 적어도 약 2070 kPa 의 상기 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 상기 반응기의 상기 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 25% 내에서 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 10% 내에서 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 반응 혼합물의 기체상 부분 중의 용해 및 비용해 산소 기체의 농도를 반응기의 헤드 스페이스 내의 산소 기체의 농도의 약 5% 내에서 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 헤드 스페이스로부터의 산소 기체를 기체 동반 임펠러를 사용하여 상기 반응 혼합물 내로 분산시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 헤드 스페이스가 2 내지 60 용적%의 산소 기체를 포함하는 방법.
  18. 청구항 13에 있어서, 상기 헤드 스페이스가 5 내지 45 용적%의 산소 기체를 포함하는 방법.
  19. 공급원료를 반응기 내로 거의 일정한 공급 속도로 공급하는 단계;
    공급원료를 반응기에서 산화시키는 단계로서, 공급원료가 질산 및 이차 산화성 산을 또한 포함하는 반응 혼합물의 일부인 단계; 및
    적어도 약 2070 kPa 의 반응기 내의 압력을 유지시키는 단계를 포함하는 방법으로서,
    공급 속도는 반응기 내의 압력이 약 2070 kPa에서 6,900 kPa까지 변할 수 있을지라도 거의 일정한 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 공급원료가 슬러리인 방법.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 슬러리가 질산 및/또는 이차 산화성 산을 포함하는 방법.
  22. 청구항 19에 있어서, 순차적으로 작동되고 재충전되어 상기 공급원료를 상기 반응기 내로 공급하는 복수의 공급 장치를 포함하는 방법.
  23. 청구항 19에 있어서, 상기 공급원료가 입자를 포함하며, 상기 공급원료의 적어도 약 95% 입자의 최대 치수가 불과 4 ㎜인, 방법.
  24. 청구항 19에 있어서, 상기 공급원료가 유압식으로 동력공급되는 공급 장치에 의해 상기 반응기 내로 공급되는 방법.
  25. 청구항 19에 있어서, 상기 공급원료가 기어모터에 의해 동력공급되는 공급 장치에 의해 상기 반응기 내로 공급되는 방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6238116B2 (ja) * 2012-12-04 2017-11-29 株式会社リコー 流体浄化装置
CN110921901A (zh) * 2019-12-07 2020-03-27 衡水均凯化工有限公司 一种碱性废液的处理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2916203A1 (de) * 1979-04-21 1980-11-06 K E W A Kernbrennstoff Wiedera Verfahren zur behandlung von brennbaren, festen, radioaktiven abfaellen
US4350599A (en) * 1980-12-29 1982-09-21 Sterling Drug Inc. Process for treatment of caustic waste liquors
MX171672B (es) * 1988-07-19 1993-11-10 Safe Waste Systems Inc Composicion para encapsular cromo, arsenico y otros metales toxicos presentes en desechos y procedimiento para tratar los mismos
EP0568736A1 (en) * 1992-05-06 1993-11-10 WASTE TREATMENT PATENTS & RESEARCH N.V. Method for co-processing organic wastes and spent nitric acid wash water
CZ282553B6 (cs) * 1993-01-27 1997-08-13 R & O Mining Processing Ltd. Hydrometalurgické znovuzískávání kovů z komplexních rud
US5785868A (en) * 1995-09-11 1998-07-28 Board Of Regents, Univ. Of Texas System Method for selective separation of products at hydrothermal conditions
JPH1043710A (ja) * 1996-08-02 1998-02-17 Hitachi Ltd 金属酸化物および被酸化性物質を含む廃棄物の処理方法およびその処理装置
JPH10146574A (ja) * 1996-11-20 1998-06-02 Mitsubishi Materials Corp 飛灰の処理方法
US5814292A (en) * 1996-12-19 1998-09-29 Energy Research Group Comprehensive energy producing methods for aqueous phase oxidation
CN1213097C (zh) * 1997-08-20 2005-08-03 东芝株式会社 废弃物处理方法和废弃物处理装置
SE518803C2 (sv) * 1999-09-03 2002-11-26 Chematur Eng Ab Metod och reaktionssystem med högt tryck och hög temperatur som är lämpat för superkritisk vattenoxidation
JP2002045823A (ja) * 2000-08-07 2002-02-12 Shiro Yoshizaki 重金属類除去方法
JP2003299941A (ja) * 2002-04-04 2003-10-21 Kurita Water Ind Ltd 水熱酸化反応処理装置および方法
CN1232662C (zh) * 2002-09-03 2005-12-21 福州大学 一种从工业废渣中提取钴的方法

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