KR20150144337A - Wet air oxidation process using recycled copper, vanadium or iron catalyst - Google Patents

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KR20150144337A
KR20150144337A KR1020157032954A KR20157032954A KR20150144337A KR 20150144337 A KR20150144337 A KR 20150144337A KR 1020157032954 A KR1020157032954 A KR 1020157032954A KR 20157032954 A KR20157032954 A KR 20157032954A KR 20150144337 A KR20150144337 A KR 20150144337A
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채드 엘. 펠치
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 공정 스트림들(process streams)을 처리하기 위한 시스템(system) 및 방법에 관한 것이다. 촉매는 수성 혼합물에서 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 처리하기 위한 상승된 온도 및 압력에서의 습식 산화 공정을 가능하게 한다. 수성 혼합물은 반응기(206)에서 상승된 온도 및 대기압초과 압력에서 촉매 및 산화제와 접촉될 수 있다. 촉매의 적어도 일부는 pH 조절제의 소스(234)로부터의 산 또는 알칼리 화합물의 첨가에 의한 pH 조정에 의해 침전되고, 정화기(230)에서 정화 후 라인(line)(238)을 통해 수성 혼합물과 접촉하기 위해 다시 재순환될 수 있다. 유출액을 함유한 재순환된 촉매의 pH는 pH 조정기(226)의 소스로부터 산 또는 알칼리 화합물의 첨가에 의해 조정될 수 있다.The present invention relates to a system and method for processing process streams. The catalyst enables a wet oxidation process at elevated temperature and pressure to treat at least one undesired component in the aqueous mixture. The aqueous mixture may be contacted with the catalyst and oxidizer at elevated temperature and pressure above atmospheric pressure in reactor 206. At least a portion of the catalyst is precipitated by pH adjustment by the addition of an acid or an alkaline compound from the source 234 of the pH adjusting agent and is contacted with the aqueous mixture via line 238 after clarification in the clarifier 230 It can be recycled again. The pH of the recycled catalyst containing the effluent can be adjusted by the addition of an acid or alkaline compound from the source of the pH regulator 226.

Figure P1020157032954
Figure P1020157032954

Description

재순화된 구리, 바나듐 또는 철 촉매를 사용한 습식 공기 산화 공정{WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED COPPER, VANADIUM OR IRON CATALYST}WATER AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED COPPER, VANADIUM OR IRON CATALYST USING RECONFIGURED COPPER,

관련 출원Related application

본 출원은 35 U.S.C. §119(e)에 따라 2007년 1월 22일에 출원된 발명의 명칭이 "WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED COPPER CATALYST"인 미국가출원 일련번호 제60/885,966호를 우선권으로 주장하고 있는 35 U.S.C. § 371에 따라 2008년 1월 22일에 출원된 발명의 명칭이 "WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED CATALYST"인 PCT 출원 PCT/US2008/000784호의 국제 단계 진입으로서 35 U.S.C. § 120에 따라 2009년 7월 21일에 출원된 "WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED CATALYST"의 잇점을 청구하며, 이들 문헌들 각각은 전문에 본원에서 참고로 포함된다.This application claims the benefit of 35 U.S.C. No. 60 / 885,966 entitled " WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED COPPER CATALYST "filed on January 22, 2007 pursuant to §119 (e). PCT Application No. PCT / US2008 / 000784 entitled " WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED CATALYST " filed on January 22, 2008, pursuant to § 371. &Quot; WET AIR OXIDATION PROCESS USING RECYCLED CATALYST "filed on July 21, 2009, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

발명의 분야Field of invention

본 발명은 일반적으로 공정 스트림(process stream)의 처리, 및 보다 특히, 여기에서 요망되지 않는 성분들을 처리하기 위한 촉매 습식 산화 시스템(catalytic wet oxidation system) 및 방법에 관한 것이다.The present invention generally relates to the treatment of process streams and more particularly to catalytic wet oxidation systems and methods for treating components not desired here.

관련 출원의 논의Discussion of Related Application

습식 산화(wet oxidation)는 공정 스트림(process stream)을 처리하기 위한 널리 알려진 기술이고, 예를 들어, 폐수에서 오염물질들을 파괴하기 위해 널리 사용되고 있다. 이러한 방법은 상승된 온도 및 압력에서 산소-함유 가스로부터 산화제, 일반적으로 분자 산소에 의한 요망되지 않는 성분들의 수성 상 산화를 수반한다. 이러한 공정은 유기 오염물을 이산화탄소, 물 및 생분해성 단쇄 유기산, 예를 들어 아세트산으로 변환시킬 수 있다. 설파이드, 메르캅타이드 및 시아나이드를 포함하는 무기 성분들이 또한 산화될 수 있다. 소각(incineration)에 대한 대안으로서, 습식 산화는 후속 배출, 인-프로세스 재순환(in-process recycle)을 위해 또는 폴리싱(polishing)을 위한 통상적인 생물학적 처리 플랜트(biological treatment plant)를 공급하기 위한 사전처리 단계로서 공정 스트림을 처리하기 위해 매우 다양한 적용에서 사용될 수 있다. 촉매 습식 산화는 전통적인 비-촉매 습식 산화에 대한 효과적인 향상으로 나타났다. 촉매 습식 산화 공정은 일반적으로 보다 낮은 온도 및 압력에서 그리고 이에 따라 보다 낮은 자본 비용으로 보다 큰 파괴를 달성할 수 있게 한다. 처리될 수성 스트림(aqueous stream)은 산화제와 혼합되고 상승된 온도 및 압력에서 촉매와 접촉된다. 불균일 촉매는 통상적으로 그 위에서 수성 혼합물이 통과되는 층(bed) 상에 존재하거나, 산화 이전에 수성 혼합물과 블렌딩되는(blend) 고체 미립자 형태로 존재한다. 촉매는 재사용을 위해 습식 산화 유닛의 다운스트림(downstream)의 산화 유출액으로부터 여과될 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Wet oxidation is a well known technique for treating process streams and is widely used, for example, to destroy contaminants in wastewater. This method involves the aqueous phase oxidation of the undesired components from the oxygen-containing gas with an oxidizing agent, typically molecular oxygen, at elevated temperatures and pressures. This process can convert organic contaminants to carbon dioxide, water, and biodegradable short chain organic acids, such as acetic acid. Inorganic components including sulfides, mercaptides and cyanides can also be oxidized. As an alternative to incineration, wet oxidation may be used for subsequent emissions, in-process recycling, or for pretreatment to supply a conventional biological treatment plant for polishing Can be used in a wide variety of applications to process the process stream as a step. Catalytic wet oxidation has been shown to be an effective improvement over traditional non-catalytic wet oxidation. Catalytic wet oxidation processes generally allow for greater failure at lower temperatures and pressures and thus lower capital costs. The aqueous stream to be treated is mixed with an oxidizing agent and contacted with the catalyst at elevated temperature and pressure. The heterogeneous catalyst is usually present in the form of solid particulate present on the bed through which the aqueous mixture is passed, or blended with the aqueous mixture prior to oxidation. The catalyst may be filtered from the downstream oxidation effluent of the wet oxidation unit for reuse.

하나 이상의 양태 또는 구체예에 따르면, 본 발명은 촉매 습식 산화를 위한 공정(process) 및 시스템(system)에 관한 것이다. 일 양태에 따르면, 촉매 습식 산화 공정은 처리될 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 함유한 수성 혼합물을 제공하는 것을 포함한다. 수성 혼합물은 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 처리하고 산화된 수성 혼합물을 형성시키기 위해 상승된 온도 및 대기압초과 압력에서 촉매 및 산화제와 접촉된다. 촉매의 적어도 일부는 침전된 촉매를 형성시키기 위해 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 조정함으로써 침전된다. 침전된 촉매의 적어도 일부는 수성 혼합물을 접촉시키기 위해 재순환된다.According to one or more aspects or embodiments, the present invention relates to a process and system for catalytic wet oxidation. According to one embodiment, the catalytic wet oxidation process comprises providing an aqueous mixture containing at least one undesired component to be treated. The aqueous mixture is contacted with the catalyst and the oxidizing agent at elevated temperature and pressure above atmospheric pressure to treat at least one undesired component and form an oxidized aqueous mixture. At least a portion of the catalyst is precipitated by adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture to form a precipitated catalyst. At least a portion of the precipitated catalyst is recycled to contact the aqueous mixture.

다른 양태에 따르면, 촉매 습식 산화 시스템(catalytic wet oxidation system)은 습식 산화 유닛(wet oxidation unit), 습식 산화 유닛에 유체적으로 연결된 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 포함하는 수성 혼합물의 소스(source), 수성 혼합물의 소스와 습식 산화 유닛 사이에 정위된, 습식 산화 유닛에 유체적으로 연결된 수성 혼합물에서 가용성인 촉매의 소스, 습식 산화 유닛의 다운스트림(downstream)에서의 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하도록 구성된 pH 센서(pH sensor), 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 범위 내에서 pH 수준을 나타내는 pH 센서에 반응하여 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 범위를 벗어난 수준으로 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성된, pH 센서와 소통하는 pH 제어기, 습식 산화 유닛의 다운스트림에 그리고 이와 유체 소통하게 그리고 pH 제어기의 다운스트림에 정위된 촉매의 적어도 일부를 침전시키도록 구성된 분리기, 및 분리기의 유출구에 그리고 촉매의 소스의 적어도 하나의 유입구 및 습식 산화 시스템으로의 유입구에 유체적으로 연결된 재순환 라인(recirculation line)을 포함한다.According to another aspect, a catalytic wet oxidation system comprises a wet oxidation unit, a source of an aqueous mixture comprising at least one undesired component fluidly coupled to the wet oxidation unit, A source of a catalyst that is soluble in an aqueous mixture that is fluidly coupled to the wet oxidation unit, positioned between the source of the aqueous mixture and the wet oxidation unit, the pH level of the oxidized aqueous mixture downstream of the wet oxidation unit, Adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture to a level outside the predetermined pH solubility range for the catalyst in response to a pH sensor exhibiting a pH level within a predetermined pH solubility range for the catalyst, A pH controller in communication with the pH sensor, configured to generate a control signal to control the pH of the wet oxidation unit downstream And a separator configured to fluidly communicate therewith and to settle at least a portion of the catalyst positioned downstream of the pH controller, and a fluid flow control device in fluid communication with the outlet of the separator and at the inlet to at least one inlet of the catalyst source and the wet oxidation system And a connected recirculation line.

다른 양태에 따르면, 촉매 습식 산화 공정에서 사용되는 촉매의 재순환을 촉진시키는 방법은 pH 센서와 소통하는 제어기를 갖는 pH 모니터링 시스템(pH monitoring system)을 제공하는 것을 포함하며, 제어기는 사용된 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 범위 내의 pH 수준을 나타내는 pH 센서에 반응하여 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성된 것이다.According to another aspect, a method of promoting recirculation of a catalyst used in a catalytic wet oxidation process comprises providing a pH monitoring system having a controller in communication with a pH sensor, the controller comprising: And to generate a control signal to adjust the pH level of the aqueous mixture in response to a pH sensor exhibiting a pH level within a predetermined pH solubility range.

다른 양태에 따르면, 촉매 습식 산화 공정은 습식 산화 반응기 내에서 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 처리하고 습식 산화 반응기 내에서 산화된 수성 혼합물을 형성시키기 위해 촉매가 실질적으로 가용성인 제1 범위 내의 pH에서 그리고 상승된 온도 및 대기압초과 압력에서 처리될 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 함유한 수성 혼합물을 촉매 및 산화제와 접촉시키는 것을 포함한다. 이러한 공정은 오로지 침전된 촉매를 형성시키기 위해 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 제2 범위 내의 pH로 조정함으로써 촉매의 적어도 일부를 침전시키고 수성 혼합물과 접촉시키기 위해 침전된 촉매의 적어도 일부를 재순환시키는 것을 추가로 포함한다.According to another aspect, a catalytic wet oxidation process is used to treat at least one undesired component in a wet oxidation reactor and to remove the catalyst at a pH in the first range that is substantially soluble in order to form an oxidized aqueous mixture in the wet oxidation reactor And contacting the aqueous mixture containing the at least one undesired component to be treated at elevated temperature and pressure above atmospheric with a catalyst and an oxidizing agent. This process involves recycling at least a portion of the precipitated catalyst to precipitate at least a portion of the catalyst and to contact the aqueous mixture by adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture to a pH in the second range to form a precipitated catalyst .

일부 구체예에서, pH의 제1 범위 및 pH의 제2 범위는 중첩되지 않는다.In some embodiments, the first range of pH and the second range of pH do not overlap.

일부 구체예에서, 수성 혼합물을 촉매와 접촉시키는 것은 수성 혼합물이 상승된 온도로 되기 전에 일어난다.In some embodiments, contacting the aqueous mixture with the catalyst occurs before the aqueous mixture is brought to an elevated temperature.

일부 구체예에서, 수성 혼합물을 촉매와 접촉시키는 것은 수성 혼합물을 대기압초과 압력이 되게 하기 전에 일어난다.In some embodiments, contacting the aqueous mixture with the catalyst occurs before the aqueous mixture is brought under atmospheric pressure.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 수성 혼합물의 pH 수준을 모니터링하는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, this process further comprises monitoring the pH level of the aqueous mixture.

일부 구체예에서, 수성 혼합물은 연속 공정에서 산화된다.In some embodiments, the aqueous mixture is oxidized in a continuous process.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 촉매를 보충하는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, such a process further comprises supplementing the catalyst.

일부 구체예에서, 수성 혼합물을 산화제와 접촉시키는 것은 수성 혼합물을 산소-함유 가스와 접촉시키는 것을 포함한다.In some embodiments, contacting the aqueous mixture with an oxidizing agent comprises contacting the aqueous mixture with an oxygen-containing gas.

일부 구체예에서, 촉매의 적어도 일부를 침전시키는 것은 산화된 수성 혼합물의 적어도 일부의 pH를 증가시키는 것을 포함한다.In some embodiments, precipitating at least a portion of the catalyst comprises increasing the pH of at least a portion of the oxidized aqueous mixture.

일부 구체예에서, 촉매의 적어도 일부를 침전시키는 것은 산화된 수성 혼합물의 적어도 일부의 pH를 감소시키는 것을 포함한다.In some embodiments, precipitating at least a portion of the catalyst comprises reducing the pH of at least a portion of the oxidized aqueous mixture.

일부 구체예에서, 촉매는 구리를 포함하며, pH의 제1 범위는 6 미만 및 약 12 초과로 이루어진 군으로부터 선택된다.In some embodiments, the catalyst comprises copper and the first range of pH is selected from the group consisting of less than 6 and greater than about 12.

일부 구체예에서, 침전된 촉매는 구리 옥사이드를 포함한다.In some embodiments, the precipitated catalyst comprises copper oxide.

일부 구체예에서, 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하는 것은 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 약 6 내지 약 12의 pH 범위로 조정하는 것을 포함한다.In some embodiments, adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture comprises adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture to a pH range of from about 6 to about 12.

일부 구체예에서, 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하는 것은 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 약 8 내지 약 9의 pH 범위로 조정하는 것을 포함한다.In some embodiments, adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture comprises adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture to a pH range of from about 8 to about 9.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 침전된 촉매의 적어도 일부의 pH를 조정하는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, such a process further comprises adjusting the pH of at least a portion of the precipitated catalyst.

일부 구체예에서, 침전된 촉매의 적어도 일부의 pH를 조정하는 것은 pH를 침전된 촉매의 적어도 일부가 용해되는 수준으로 조정하는 것을 포함한다.In some embodiments, adjusting the pH of at least a portion of the precipitated catalyst comprises adjusting the pH to a level at which at least a portion of the precipitated catalyst is dissolved.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 산화된 수성 혼합물로부터 촉매의 적어도 일부를 침전시키기 전에, 산화된 수성 혼합물을 정화시켜 제1 분리된 용액을 형성시키는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, this process further comprises purifying the oxidized aqueous mixture to form a first separated solution before precipitating at least a portion of the catalyst from the oxidized aqueous mixture.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 제1 분리된 용액을 처리될 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 함유한 수성 혼합물과 접촉시키는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, the process further comprises contacting the first separated solution with an aqueous mixture containing at least one undesired component to be treated.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 실질적으로 모든 촉매를 회수하는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, this process further comprises recovering substantially all of the catalyst.

일부 구체예에서, 수성 혼합물은 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 처리하기에 충분한 시간 동안 산화된다.In some embodiments, the aqueous mixture is oxidized for a time sufficient to treat at least one undesired component.

일부 구체예에서, 대기압초과 압력은 약 30 기압 내지 약 275 기압이다.In some embodiments, the atmospheric pressure excess pressure is from about 30 atmospheres to about 275 atmospheres.

일부 구체예에서, 상승된 온도는 약 240℃ 내지 약 물의 임계 온도(critical temperature)이다.In some embodiments, the elevated temperature is from about 240 ° C to about the critical temperature of water.

일부 구체예에서, 상승된 온도는 물의 임계 온도를 초과한다.In some embodiments, the elevated temperature exceeds the critical temperature of water.

일부 구체예에서, 촉매의 적어도 일부를 침전시키는 것은 2 단계 촉매 침강 공정으로 달성된다. 2 단계 촉매 침강 공정은 제1 상청액 및 가용성 촉매를 포함하는 제1 분리된 용액을 형성시키기 위해 제1 정화기(first clarifier)에서 러프 정화(rough clarification)를 수행하고, 제1 분리된 용액의 적어도 일부를 수성 혼합물과 접촉시키고, 고형화된 촉매, 및 촉매가 실질적으로 존재하지 않는 산화된 유출액을 형성시키기 위해 제2 정화기에서 제1 상청액의 적어도 일부를 침강시키고, 제2 정화기로부터의 고형화된 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키고, 제2 정화기로부터 촉매가 실질적으로 존재하지 않는 산화된 유출액을 배출시키는 것을 포함한다.In some embodiments, precipitating at least a portion of the catalyst is accomplished by a two stage catalyst settling process. The two-stage catalyst settling process may be performed by performing a rough clarification in a first clarifier to form a first separate solution comprising a first supernatant and a soluble catalyst, Contacting the solidified catalyst with an aqueous mixture and precipitating at least a portion of the first supernatant in a second clarifier to form a solidified catalyst and an oxidized effluent in which substantially no catalyst is present, And discharging an oxidized effluent substantially free of catalyst from the second clarifier.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 제2 정화기에서 제1 상청액의 적어도 일부를 침강시키기 전에 제1 상청액의 적어도 일부의 pH를 조정하는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, the process further comprises adjusting the pH of at least a portion of the first supernatant before precipitating at least a portion of the first supernatant in the second clarifier.

일부 구체예에서, 이러한 공정은 수용액과 접촉하기 전에 제2 정화기로부터 고형화된 촉매의 pH를 조정하는 것을 추가로 포함한다.In some embodiments, the process further comprises adjusting the pH of the solidified catalyst from the second clarifier prior to contacting the aqueous solution.

일부 구체예에서, 촉매는 바나듐을 포함하며, pH의 제1 범위는 약 4.5를 초과한다.In some embodiments, the catalyst comprises vanadium and the first range of pH is greater than about 4.5.

일부 구체예에서, 촉매는 철을 포함하며, pH의 제1 범위는 약 4 미만이다.In some embodiments, the catalyst comprises iron and the first range of pH is less than about 4.

일부 구체예에서, 촉매는 구리를 포함하며, pH의 제1 범위는 약 4 미만 및 약 12 초과로 이루어진 군으로부터 선택된다.In some embodiments, the catalyst comprises copper and the first range of pH is selected from the group consisting of less than about 4 and greater than about 12.

일부 구체예에서, pH의 제1 범위는 약 2 미만 및 약 13 초과로 이루어진 군으로부터 선택된다.In some embodiments, the first range of pH is selected from the group consisting of less than about 2 and greater than about 13.

다른 양태에 따르면, 촉매 습식 산화 시스템은 습식 산화 유닛, 습식 산화 유닛에 유체적으로 연결된 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 포함하는 수성 혼합물의 소스, 습식 산화 유닛에 유체적으로 연결되고 습식 산화 유닛과 촉매가 실질적으로 가용성인 제1 범위 내의 pH를 갖는 수성 혼합물의 소스 사이에 정위된 수성 혼합물에서 가용성인 촉매의 소스, 습식 산화 유닛에서 형성된 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하도록 구성된 센서, pH 센서와 소통하고 제1 범위 내의 pH 수준을 나타내는 pH 센서에 반응하여 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 촉매가 실질적으로 불용성인 제2 범위 내의 pH로 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성된 pH 제어기, 습식 산화 유닛의 다운스트림에 그리고 pH 제어기의 다운스트림에 직접 유체 소통되고 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH 수준의 조정에 의해 촉매의 적어도 일부를 침전시키도록 구성된 분리기, 및 분리기의 유출구에 그리고 촉매의 소스 중 적어도 하나의 유입구 및 습식 산화 시스템으로의 유입구에 유체적으로 연결된 재순환 라인을 포함한다.According to another aspect, a catalytic wet oxidation system includes a source of an aqueous mixture comprising a wet oxidation unit, at least one undesired component fluidly coupled to the wet oxidation unit, a source of an aqueous mixture fluidly connected to the wet oxidation unit, A source of a catalyst that is soluble in an aqueous mixture positioned between a source of an aqueous mixture having a pH in a first range wherein the catalyst is substantially soluble, a sensor configured to detect a pH level of the oxidized aqueous mixture formed in the wet oxidation unit, A pH controller configured to generate a control signal to adjust the pH level of the oxidized aqueous mixture to a pH in a second range in which the catalyst is substantially insoluble in response to a pH sensor communicating with the pH sensor and exhibiting a pH level within the first range, Downstream of the oxidation unit and directly downstream of the pH controller, A separator configured to deposit at least a portion of the catalyst by adjusting the pH level of the aqueous mixture formed and a recycle line fluidly connected to the outlet of the separator and to the inlet of at least one of the sources of the catalyst and the inlet to the wet oxidation system .

일부 구체예에서, 시스템은 습식 산화 유닛의 다운스트림에 연결된 제2 처리 유닛(secondary treatment unit)을 추가로 포함한다.In some embodiments, the system further comprises a secondary treatment unit connected downstream of the wet oxidation unit.

일부 구체예에서, 시스템은 분리기 및 습식 산화 유닛 중 적어도 하나의 다운 스트림에 정위되고 여기에 유체적으로 연결된 알칼리 화합물의 소스를 추가로 포함한다.In some embodiments, the system further comprises a source of an alkaline compound that is positioned downstream and downstream of at least one of the separator and the wet oxidation unit and is fluidly coupled thereto.

일부 구체예에서, 시스템은 분리기 및 습식 산화 유닛 중 적어도 하나의 다운스트림에 정위되고 여기에 유체적으로 연결된 산의 소스를 추가로 포함한다.In some embodiments, the system further comprises a source of acid that is positioned downstream and at least one of the separator and the wet oxidation unit and is fluidly coupled thereto.

일부 구체예에서, 촉매는 구리를 포함하며, pH의 제1 범위는 6 미만 및 약 12 초과로 이루어진 군으로부터 선택된다.In some embodiments, the catalyst comprises copper and the first range of pH is selected from the group consisting of less than 6 and greater than about 12.

일부 구체예에서, 시스템은 분리기에서 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하도록 구성된 pH 제어기와 소통하는 제2 pH 센서를 추가로 포함하며, pH 제어기는 분리기에서의 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 약 6 내지 약 12 범위 내로 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 추가로 구성된다.In some embodiments, the system further comprises a second pH sensor in communication with a pH controller configured to detect a pH level of the oxidized aqueous mixture in the separator, wherein the pH controller adjusts the pH level of the oxidized aqueous mixture in the separator to about Lt; RTI ID = 0.0 > 6 to about 12 < / RTI >

일부 구체예에서, pH 제어기는 분리기에서의 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 약 8 내지 약 9 범위로 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 추가로 구성된다.In some embodiments, the pH controller is further configured to generate a control signal to adjust the pH level of the oxidized aqueous mixture in the separator to a range from about 8 to about 9.

일부 구체예에서, pH 제어기는 분리기에서의 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 약 9로 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 추가로 구성된다.In some embodiments, the pH controller is further configured to generate a control signal to adjust the pH level of the oxidized aqueous mixture in the separator to about 9.

일부 구체예에서, 시스템은 산화된 수성 혼합물을 정화하여 폐기물(reject)을 형성시키도록 구성된 분리기의 다운스트림에 그리고 여기에 유체적으로 연결된 정화기를 추가로 포함한다.In some embodiments, the system further comprises a purifier fluidly connected to and downstream of the separator configured to purify the oxidized aqueous mixture to form a reject.

일부 구체예에서, 시스템은 폐기물의 적어도 일부를 시스템에서 습식 산화 유닛의 업스트림에 그리고 이와 유체 소통하는 위치로 이동시키고 폐기물을 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 포함하는 수성 혼합물과 접촉시키도록 구성된 도관을 추가로 포함한다.In some embodiments, the system includes a conduit configured to move at least a portion of the waste to a location upstream of and in fluid communication with the wet oxidation unit in the system and to contact the waste with an aqueous mixture comprising at least one undesired component .

일부 구체예에서, 실질적으로 모든 촉매가 회수된다.In some embodiments, substantially all of the catalyst is recovered.

일부 구체예에서, 시스템은 재순환 라인과 유체적으로 연결된 pH 조절제의 소스를 추가로 포함한다.In some embodiments, the system further comprises a source of pH adjuster fluidly connected to the recycle line.

일부 구체예에서, 시스템은 재순환 라인에서의 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하도록 구성된, pH 제어기와 소통하는 제3 pH 센서를 추가로 포함하며, pH 제어기는 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 범위를 벗어나는 pH 수준을 나타내는 제3 pH 센서에 반응하여 재순환 라인에서의 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 추가로 구성된다.In some embodiments, the system further comprises a third pH sensor in communication with a pH controller, configured to detect the pH level of the aqueous mixture in the recycle line, wherein the pH controller is configured to detect a pH above the predetermined pH solubility range for the catalyst Level of the aqueous mixture in the recycle line in response to a third pH sensor indicative of the level of the recycle line.

다른 양태에 따르면, 촉매 습식 산화 공정에서 사용되는 촉매의 재순환을 촉진시키는 방법은 pH 센서와 소통하는 제어기를 갖는 pH 모니터링 시스템(pH monitoring system)을 제공하는 것을 포함하며, 제어기는 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 내의 pH 수준을 나타내는 pH 센서에 반응하여 촉매 습식 산화 공정에서 형성된 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하고 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH의 조정에 의해 촉매를 침전시키기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성된다.According to another aspect, a method for promoting recirculation of a catalyst used in a catalytic wet oxidation process includes providing a pH monitoring system having a controller in communication with a pH sensor, the controller comprising: to adjust the pH level of the oxidized aqueous mixture formed in the catalytic wet oxidation process in response to a pH sensor exhibiting a pH level within the pH solubility and to generate a control signal to settle the catalyst only by adjusting the pH of the oxidized aqueous mixture .

기술된 양태 및 구체예들의 장점들, 신규한 특징들, 및 목적들은 첨부된 도면과 함께 하기 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.The advantages, novel features, and objects of the described aspects and embodiments will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings.

첨부된 도면은 일정한 비례로 그려지도록 의도된 것은 아니다. 도면에서, 다양한 도에서 예시된 각 동일하거나 거의 동일한 성분은 유사한 숫자에 의해 표현된다. 명확하게 할 목적으로, 모든 성분이 모든 도면에 표지될 수 있는 것은 아니다. 비제한적인 구체예는 첨부된 도면을 참조로 하여 기술될 것이다.
도 1은 습식 산화 시스템의 일 구체예에 따른 시스템 다이아그램(system diagram)이다.
도 2는 촉매 재순환 공정을 포함하는 습식 산화 시스템의 일 구체예에 따른 시스템 다이아그램이다.
도 3은 2 단계 침전 공정을 갖는 촉매 재순환 공정을 포함하는 습식 산화 시스템의 일 구체예에 따른 시스템 다이아그램이다.
도 4 내지 도 6은 구리, 바나듐 및 철 각각에 대한 본원에서 참조된 푸르오베 다이아그램(Pourbaix diagram)이다.
The accompanying drawings are not intended to be drawn to scale. In the drawings, each identical or nearly identical component illustrated in the various figures is represented by a similar number. For the sake of clarity, not every element may be labeled on all drawings. Non-limiting embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is a system diagram according to one embodiment of a wet oxidation system.
2 is a system diagram according to one embodiment of a wet oxidation system including a catalyst recycle process.
3 is a system diagram according to one embodiment of a wet oxidation system comprising a catalyst recycle process with a two-step precipitation process.
Figures 4 to 6 are Pourbaix diagrams referred to herein for copper, vanadium and iron, respectively.

본원에 기술된 양태 및 구체예는 하기 설명에 기술되거나 도면에 예시된 성분들의 구조 및 배열의 세부사항에 대한 이의 적용에서 제한되지 않는다. 본원에 기술된 양태 및 구체예는 다른 구체예일 수 있고 실행되거나 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 본원에서 사용되는 어법(phraseology) 및 용어(terminology)는 설명의 목적을 위한 것이고, 제한적인 것으로 여겨지지 않을 것이다. 본원에서 "포함하는(including, comprising)," "갖는(having)," "함유하는(containing)," "수반하는(involving)" 및 이의 변형들은 하기에 나열된 항목들, 및 이의 균등물 뿐만 아니라 추가 항목들을 포함하는 의미를 갖는다.The aspects and embodiments described herein are not limited in its application to the details of the structure and arrangement of the components described in the following description or illustrated in the drawings. The aspects and embodiments described herein may be of different embodiments and may be practiced or carried out in various ways. Also, the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting. As used herein, the terms "including," "having," "containing," "involving," and variations thereof, as well as the items listed below and their equivalents, It has the meaning to include additional items.

하나 이상의 구체예에 따르면, 본 발명은 공정 스트림을 처리하기 위한 하나 이상의 시스템 및 방법에 관한 것이다. 통상적인 작업에서, 기술된 시스템은 지역사회, 산업 또는 주택 소스들로부터 공정 스트림(process stream)을 수용할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 폐수를 처리하는 구체예에서, 공정 스트림은 도시 폐수 슬러지(nunicipal wastewater sludge) 또는 다른 대규모 하수 처리 시스템(large-scale sewage system)으로부터 전달될 수 있다. 공정 스트림은 또한, 예를 들어 식품 가공 플랜트(food processing plant), 화학물질 가공 설비, 가스화 프로젝트(gasification project), 또는 펄프 및 페이퍼 플랜트(pulp and paper plant)로부터 비롯될 수 있다. 공정 스트림은 시스템의 업스트림 또는 다운스트림에서의 작업에 의해 시스템을 통해 이동될 수 있다.According to one or more embodiments, the present invention relates to one or more systems and methods for processing a process stream. In a typical operation, the described system may receive a process stream from a community, industry or residential source. For example, in embodiments where the system processes wastewater, the process stream may be delivered from a municipal wastewater sludge or other large-scale sewage system. The process stream can also originate from, for example, a food processing plant, a chemical processing facility, a gasification project, or a pulp and paper plant. The process stream may be moved through the system by operation in the upstream or downstream of the system.

본원에서 사용되는 용어 "공정 스트림"은 처리를 위해 시스템으로 전달 가능한 수성 혼합물을 지칭한다. 처리 후에, 공정 스트림은 업스트림 공정으로 되돌어갈 수 있거나 폐기물로서 시스템에서 배출될 수 있다. 수성 혼합물은 통상적으로 산화될 수 있는 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 포함한다. 요망되지 않는 성분은 예를 들어, 공중 위생, 공정 디자인(process design) 및/또는 심미적 고려사항을 위해 수성 혼합물로부터 제거될 타겟화된 임의의 물질 또는 화합물일 수 있다. 일부 구체예에서, 산화될 수 있는 요망되지 않는 성분은 유기 화합물이다. 특정 무기 성분들, 예를 들어 설파이드, 메르캅타이드 및 시아나이드가 또한 산화될 수 있다. 시스템에 의해 처리되는 수성 혼합물의 소스, 예를 들어 슬러리(slurry)는 플랜트(plant) 또는 보유 용기로부터 직접 배관(direct piping)의 형태로 취할 수 있다.The term "process stream" as used herein refers to an aqueous mixture that is transferable to a system for treatment. After processing, the process stream may be returned to the upstream process or may be discharged from the system as waste. The aqueous mixture typically contains at least one undesirable component that can be oxidized. The undesired component may be any targeted matter or compound to be removed from the aqueous mixture for example for public health, process design and / or aesthetic considerations. In some embodiments, the undesirable components that may be oxidized are organic compounds. Certain inorganic components such as sulfides, mercaptides and cyanides can also be oxidized. The source of the aqueous mixture to be treated by the system, for example a slurry, can take the form of direct piping from a plant or holding vessel.

본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 요망되지 않는 성분 또는 이의 분해 산물(들)에서 하나 이상의 특정 화학적 결합을 파괴하는 것이 요망될 수 있다. 산화 반응은 산화 가능한 유기 오염물을 이산화탄소, 물 및 생분해성 단쇄 유기산, 예를 들어 아세트산으로 변환시킬 수 있는 하나의 파괴 기술이다. 본 발명의 하나의 양태는 하나 이상의 요망되지 않는 성분을 함유한 수성 혼합물의 산화성 처리를 위한 시스템 및 방법을 포함한다.According to one or more embodiments of the present invention, it may be desirable to destroy one or more specific chemical bonds in an undesired component or its degradation product (s). Oxidation reactions are one breakdown technique that can convert oxidizable organic contaminants to carbon dioxide, water, and biodegradable short chain organic acids, such as acetic acid. One aspect of the invention includes a system and method for the oxidative treatment of an aqueous mixture containing one or more undesired components.

일 구체예에서, 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 포함한 수성 혼합물은 습식 산화된다. 수성 혼합물은 상승된 온도 및 대기압초과 압력에서 적어도 하나의 요망되지 않는 성분을 처리하는데 충분한 기간 동안 산화제로 산화된다. 산화 반응은 요망되지 않는 성분에서 하나 이상의 화학적 결합의 보전(integrity)을 실질적으로 파괴할 수 있다. 본원에서 사용되는 구 "실질적으로 파괴하다"는 적어도 약 95% 파괴로서 정의된다. 본 발명의 공정은 일반적으로 산화될 수 있는 임의의 요망되지 않는 성분의 처리에 적용 가능하다.In one embodiment, the aqueous mixture comprising at least one undesired component is wet oxidized. The aqueous mixture is oxidized with an oxidizing agent for a period of time sufficient to treat at least one undesired component at elevated temperature and pressure above atmospheric pressure. The oxidation reaction may substantially destroy the integrity of one or more chemical bonds in the undesired component. As used herein, the phrase "substantially destroyed" is defined as at least about 95% failure. The process of the present invention is generally applicable to the treatment of any undesired components that can be oxidized.

기술된 습식 산화 공정은 화합물을 산화시키기 위해 적합한 임의 공지된 배치(batch) 또는 연속 습식 산화 유닛(continuous wet oxidation unit)에서 수행될 수 있다. 통상적으로, 수성 상 산화는 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 연속 흐름 습식 산화 시스템(continuous flow wet oxidation system)에서 수행된다. 임의 산화제가 사용될 수 있다. 산화제는 대개 산소-함유 가스, 예를 들어 공기, 산소-풍부 공기, 또는 필수적으로 순수한 산소이다. 본원에서 사용되는 구 "산소-풍부 공기"는 약 21% 보다 높은 산소 함량을 지닌 공기로서 규정된다.The described wet oxidation process may be performed in any known batch or continuous wet oxidation unit suitable for oxidizing the compound. Typically, aqueous phase oxidation is carried out in a continuous flow wet oxidation system, as exemplarily shown in FIG. Any oxidizing agent may be used. The oxidant is usually an oxygen-containing gas, such as air, oxygen-rich air, or essentially pure oxygen. As used herein, the phrase "oxygen-rich air" is defined as air having an oxygen content of greater than about 21%.

통상적인 작업에서 그리고 도 1을 참조로 하여, 저장 탱크(storage tank)(10)로서 도시된, 소스로부터의 수성 혼합물은 도관(12)을 통해, 수성 혼합물을 가압시키는 고압 펌프(14)로 흐른다. 수성 혼합물은 도관(18) 내에서 압축기(16)에 의해 공급된 가압된 산소-함유 가스와 혼합된다. 수성 혼합물은 열 교환기(20)를 통해 흐르는데, 여기에서 수성 혼합물은 산화를 개시하는 온도로 가열된다. 가열된 공급 혼합물(feed mixture)은 이후에 유입구(38)에서 반응기 용기(24)로 진입한다. 습식 산화 반응은 일반적으로 발열적이며, 반응기에서 발생된 반응 열은 혼합물의 온도를 요망되는 수치로 추가로 상승시킬 수 있다. 대부분의 산화 반응은 반응기 용기(24) 내에서 일어나는데, 이는 요망되는 산화 정도를 달성하기에 충분한 체류 시간을 제공한다. 산화된 수성 혼합물 및 산소 결핍 가스 혼합물은 이후에 압력 제어 밸브(pressure control valve)(28)에 의해 제어된 도관(26)을 통해 반응기에서 배출된다. 본원에서 사용되는 용어 "산화된 수성 혼합물" 또는 "산화된 유출액"은 반응기 용기(24)의 다운스트림에서의 임의 화학작 처리 이전에 반응기 용기(24)에서 배출되는 산화된 유체를 지칭한다. 액체-기체 분리는 그러한 용어가 본원에서 사용되는 바와 같이 "화학적 처리"로 여겨지지 않는다. 고온의 산화된 유출액은 열 교환기(20)를 가로지르는데, 여기서 이는 유입하는 원료 수성 혼합물 및 가스 혼합물에 대해 냉각된다. 냉각된 유출액 혼합물은 도관(30)을 통해 분리기 용기(32)로 흐르는데, 여기서 액체 및 가스가 분리된다. 오프 가스(off gas)가 상부 도관(36)을 통해 배기되면서, 액체 유출액은 하부 도관(34)을 통해 분리기 용기(32)에서 배출된다. 오프 가스의 처리는 이의 조성 및 대기로 배출시키기 위한 요건에 따라 다운스트림 오프 가스 처리 유닛(downstream off gas treatment unit)에서 요구될 수 있다. 습식 산화된 유출액은 통상적으로 폴리싱을 위해 생물학적 처리 플랜트(biological treatment plant)로 배출될 수 있다. 유출액은 또한, 습식 산화 시스템에 의해 추가 처리하기 위해 재순환될 수 있다.In a typical operation and with reference to Figure 1, the aqueous mixture from the source, shown as a storage tank 10, flows through conduit 12 to a high pressure pump 14 which pressurizes the aqueous mixture . The aqueous mixture is mixed with pressurized oxygen-containing gas supplied by compressor (16) in conduit (18). The aqueous mixture flows through heat exchanger 20, where the aqueous mixture is heated to the temperature at which it initiates oxidation. The heated feed mixture then enters the reactor vessel 24 at the inlet 38. The wet oxidation reaction is generally exothermic and the heat of reaction generated in the reactor can further raise the temperature of the mixture to the desired value. Most of the oxidation reactions take place in the reactor vessel 24, which provides a residence time sufficient to achieve the desired degree of oxidation. The oxidized aqueous mixture and the oxygen depleted gas mixture are then discharged from the reactor via conduit 26, which is controlled by a pressure control valve 28. The term " oxidized aqueous mixture "or" oxidized effluent " as used herein refers to an oxidized fluid that is discharged from the reactor vessel 24 prior to any chemical treatment in the downstream of the reactor vessel 24. Liquid-gas separation is not considered a "chemical treatment" as such terms are used herein. The hot oxidized effluent traverses the heat exchanger 20 where it is cooled relative to the incoming feed aqueous mixture and gas mixture. The cooled effluent mixture flows through conduit 30 to separator vessel 32 where the liquid and gas are separated. As the off gas is vented through the upper conduit 36, the liquid effluent is discharged from the separator vessel 32 through the lower conduit 34. The treatment of the off-gas may be required in a downstream off gas treatment unit according to its composition and requirements for discharge into the atmosphere. The wet oxidized effluent can typically be vented to a biological treatment plant for polishing. The effluent can also be recycled for further processing by a wet oxidation system.

충분한 산소-함유 가스는 통상적으로 습식 산화 시스템 오프 가스(wet oxidation system off gas)에서 잔류 산소를 유지시키기 위해 시스템에 공급되며, 대기압초과 가스 압력은 통상적으로 선택된 산화 온도에서 액체 상에 물을 유지시키기 위해 충분하다. 예를 들어, 240℃에서의 최소 시스템 압력(minimum system pressure)은 33 기압(atmosphere)이며, 280℃에서의 최소 압력은 64 기압이며, 373℃에서의 최소 압력은 215 기압이다. 일 구체예에서, 수성 혼합물은 약 30 기압 내지 약 275 기압의 압력에서 산화된다. 습식 산화 공정은 물의 임계 온도인 374℃ 미만의 상승된 온도에서 작동될 수 있다. 일 구체예에서, 습식 산화 공정은 약 150℃의 상승된 온도 및 약 6 기압의 압력 내지 약 320℃의 상승된 온도 및 약 200 기압의 압력 범위에서 작동될 수 있다. 일부 구체예에서, 습식 산화 공정은 초임계 상승된 온도에서 작동될 수 있다. 반응 챔버 내에서 수성 혼합물에 대한 체류 시간은 일반적으로 요망되는 산화 정도를 달성하기 위해 충분해야 한다. 일부 구체예에서, 체류 시간은 약 1시간 초과 내지 최대 약 8시간이다. 적어도 하나의 구체예에서, 체류 시간은 적어도 약 15분 내지 최대 약 6시간이다. 일 구체예에서, 수성 혼합물은 약 15분 내지 약 4시간 동안 산화된다. 다른 구체예에서, 수성 혼합물은 약 30분 내지 약 3시간 동안 산화된다.A sufficient oxygen-containing gas is typically supplied to the system to maintain the residual oxygen in a wet oxidation system off gas, and the atmospheric pressure excess gas pressure is typically maintained at a selected oxidation temperature to maintain water in the liquid phase It is enough for. For example, the minimum system pressure at 240 ° C is 33 atmospheres, the minimum pressure at 280 ° C is 64 atmospheres, and the minimum pressure at 373 ° C is 215 atm. In one embodiment, the aqueous mixture is oxidized at a pressure of from about 30 atmospheres to about 275 atmospheres. The wet oxidation process may be operated at an elevated temperature of less than 374 < 0 > C, which is the critical temperature of water. In one embodiment, the wet oxidation process may be operated at an elevated temperature of about 150 < 0 > C and a pressure ranging from a pressure of about 6 atmospheres to an elevated temperature of about 320 < 0 > C and a pressure of about 200 atmospheres. In some embodiments, the wet oxidation process may be operated at a supercritical elevated temperature. The residence time for the aqueous mixture in the reaction chamber should generally be sufficient to achieve the desired degree of oxidation. In some embodiments, the residence time is greater than about 1 hour up to about 8 hours maximum. In at least one embodiment, the residence time is at least about 15 minutes up to about 6 hours. In one embodiment, the aqueous mixture is oxidized for about 15 minutes to about 4 hours. In another embodiment, the aqueous mixture is oxidized for about 30 minutes to about 3 hours.

하나 이상의 구체예에 따르면, 습식 산화 공정은 촉매 습식 산화 공정이다. 산화 반응은 촉매에 의해 매개될 수 있다. 처리될 적어도 하나의 요망되지 않는 구성성분을 함유한 수성 혼합물은 일반적으로 상승된 온도 및 대기압초과 압력에서 촉매 및 산화제와 접촉된다. 촉매의 유효량은 일반적으로 반응 속도를 증가시키고/거나 화학적 산소 요구량(COD) 및/또는 전체 유기 탄소량(TOC)의 향상된 감소를 포함하는, 시스템의 전체 파괴 제거 효율을 개선시키기 위해 충분할 수 있다. 촉매는 또한, 습식 산화 시스템의 전체 에너지 요건을 낮추기 위해 제공될 수 있다.According to at least one embodiment, the wet oxidation process is a catalytic wet oxidation process. The oxidation reaction may be mediated by a catalyst. The aqueous mixture containing at least one undesired component to be treated is generally contacted with the catalyst and the oxidizing agent at elevated temperature and pressure above atmospheric pressure. An effective amount of catalyst may generally be sufficient to increase the rate of reaction and / or to improve the overall destruction removal efficiency of the system, including a chemical oxygen demand (COD) and / or an overall reduction in total organic carbon (TOC). The catalyst may also be provided to lower the overall energy requirement of the wet oxidation system.

적어도 하나의 구체예에서, 촉매는 주기율표의 V, VI, VII 및 VIII족의 임의 전이 금속일 수 있다. 일 구체예에서, 예를 들어, 촉매는 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, 또는 이들의 합금 또는 혼합물일 수 있다. 전이 금속은 원소일 수 있거나 화합물, 예를 들어 금속 염에 존재할 수 있다. 일 구체예에서, 전이 금속 촉매는 바나듐이다. 다른 구체예에서, 전이 금속 촉매는 철이다. 또 다른 구체예에서, 전이 금속 촉매는 구리이다.In at least one embodiment, the catalyst may be any transition metal of Groups V, VI, VII, and VIII of the Periodic Table. In one embodiment, for example, the catalyst may be V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, or alloys or mixtures thereof. The transition metal may be an element or may be present in a compound, e.g., a metal salt. In one embodiment, the transition metal catalyst is vanadium. In another embodiment, the transition metal catalyst is iron. In another embodiment, the transition metal catalyst is copper.

촉매는 습식 산화 시스템에서 임의의 포인트에 수성 혼합물에 첨가될 수 있다. 촉매는 수성 혼합물과 혼합될 수 있다. 일 구체예에서, 촉매는 수성 혼합물의 소스에 첨가되어 촉매 소스(catalyst source)(40)가 저장 탱크(10)에 유체적으로 연결되는 도 1에 예시된 바와 같이 습식 산화 유닛에 공급될 수 있다. 일부 구체예에서, 촉매는 습식 산화 유닛에 직접적으로 첨가될 수 있다. 다른 구체예에서, 촉매는 또한 가열 및/또는 가압 전에 수성 혼합물에 공급될 수 있다.The catalyst may be added to the aqueous mixture at any point in the wet oxidation system. The catalyst may be mixed with an aqueous mixture. In one embodiment, a catalyst may be added to the source of the aqueous mixture to feed the wet oxidation unit as illustrated in Figure 1, where the catalyst source 40 is fluidly connected to the storage tank 10 . In some embodiments, the catalyst may be added directly to the wet oxidation unit. In other embodiments, the catalyst may also be fed to the aqueous mixture prior to heating and / or pressurization.

또 다른 구체예에서, 촉매는 처리될 공정 스트림에 이미 존재할 수 있다. 산화 유닛에 공급된 수성 혼합물은 촉매 물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 전이 금속은 촉매 습식 산화 시스템에 의해 처리될 폐 스트림(waste stream)에 존재할 수 있다. 수성 슬러리(aqueous slurry), 예를 들어 휘발성 유기 탄소를 함유한 수성 슬러리는 촉매로서 작용할 수 있는 금속을 함유할 수 있다. 예를 들어, 수성 혼합물은 가스화 부산물의 슬러리일 수 있다.In another embodiment, the catalyst may already be present in the process stream to be treated. The aqueous mixture fed to the oxidation unit may contain a catalytic material. For example, the transition metal may be in a waste stream to be treated by a catalytic wet oxidation system. An aqueous slurry, for example an aqueous slurry containing volatile organic carbon, may contain a metal that can act as a catalyst. For example, the aqueous mixture may be a slurry of gasification by-products.

하나 이상의 구체예에 따르면, 촉매는 습식 산화 공정을 향상시키기 위해 수성 혼합물에 용해될 수 있다. 일반적으로, 수성 혼합물의 특징은 수성 혼합물에서 촉매의 용해도에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 처리될 수성 혼합물의 pH 수준은 수성 혼합물에서 특정 촉매의 용해도에 영향을 미칠 수 있다.According to one or more embodiments, the catalyst may be dissolved in the aqueous mixture to improve the wet oxidation process. In general, the characteristics of the aqueous mixture can affect the solubility of the catalyst in the aqueous mixture. For example, the pH level of the aqueous mixture to be treated can affect the solubility of a particular catalyst in an aqueous mixture.

일부 구체예에서, 촉매는 수성 혼합물의 특징을 기초로 하여 선택될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 습식 산화 시스템은 처리될 수성 혼합물의 특징을 탐지하도록 구성된 센서(sensor)(50)를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 센서(50)는 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하도록 구성된 pH 센서일 수 있으며, 습식 산화 공정을 위한 촉매는 수성 혼합물의 탐지된 pH 수준을 기초로 하여 선택될 수 있다.In some embodiments, the catalyst may be selected based on the characteristics of the aqueous mixture. As illustrated in FIG. 1, the wet oxidation system may include a sensor 50 configured to detect the characteristics of the aqueous mixture to be treated. In some embodiments, the sensor 50 may be a pH sensor configured to detect the pH level of the aqueous mixture, and a catalyst for the wet oxidation process may be selected based on the detected pH level of the aqueous mixture.

다양한 촉매에 대한 용해도와 pH 수준 간의 관계는 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 전위-pH 평형 다이아그램(potential-pH equilibrium diagram)은 다양한 촉매-물 시스템(catalyst-water system)에 대해 구성되고, 당업자들에게 참조되는 방법으로 당업자에게 용이하게 입수 가능하다. 예를 들어, 이의 재현(reproduction)은 일반적으로 Pourbaix, M. M.로부터 입수 가능한 푸르오베 다이아그램(Pourbaix diagram)으로서 지칭된다. 문헌 [The Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqeous Solutions, National Association of Corrosion Engineers: Texas 1974]에는 도 4 내지 6에서 구리, 바나듐 및 철 각각에 대해 제시되어 있다.The relationship between solubility and pH level for various catalysts is generally known to those skilled in the art. The potential-pH equilibrium diagram is constructed for a variety of catalyst-water systems and is readily available to those skilled in the art as referenced by those skilled in the art. For example, reproduction thereof is generally referred to as the Pourbaix diagram available from Pourbaix, M.M. The Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqeous Solutions, National Association of Corrosion Engineers (Texas 1974), is presented for each of copper, vanadium and iron in FIGS.

하나 이상의 구체예에 따르면, 탐출된 pH 수준에서 가용성인 촉매는 습식 산화 공정을 향상시키기 위해 선택될 수 있다. 이에 따라, 도 4를 참조로 하여, pH 센서(50)에 의해 탐지된 수성 혼합물의 pH 수준이 약 2 미만인 경우(또는 일부 구체예에서, 약 4 미만 또는 약 4.5 미만인 경우), 또는 약 12 초과 또는 약 13 초과인 경우, 구리를 포함하는 촉매는 하나 이상의 구체예에 따르면 촉매 소스(40)에 대해 선택될 수 있다. 마찬가지로, 도 5를 참조로 하여, 바나듐을 포함하는 촉매는 검출된 pH 수준이 약 4.5를 초과할 때 선택될 수 있다. 도 6을 참조로 하여, 철을 포함하는 촉매는 검출된 pH 수준이 약 4 미만일 때 선택될 수 있다. 본원에서 예시적으로 제시된 촉매 이외의 다른 촉매들이 사용될 수 있다.According to one or more embodiments, a catalyst that is soluble at the exploited pH level can be selected to enhance the wet oxidation process. Accordingly, referring to FIG. 4, when the pH level of the aqueous mixture detected by the pH sensor 50 is less than about 2 (or, in some embodiments, less than about 4 or less than about 4.5), or greater than about 12 Or greater than about 13, the catalyst comprising copper may be selected for the catalyst source 40 according to one or more embodiments. Likewise, referring to FIG. 5, a catalyst comprising vanadium can be selected when the detected pH level exceeds about 4.5. Referring to FIG. 6, the catalyst comprising iron can be selected when the detected pH level is less than about 4. Other catalysts than those exemplified herein may be used.

다른 구체예에서, 촉매가 선택될 수 있으며, 수성 혼합물의 하나 이상의 특징은 습식 산화 공정을 향상시키기 위해 가용성 형태의 선택된 촉매의 존재를 증진시키도록 조작될 수 있다. 예를 들어, 수성 혼합물의 pH 수준은 센서(50)에 의해 탐지될 수 있고, 수성 혼합물에서 선택된 촉매를 가용화시키기 위해 조정될 수 있다. 선택된 촉매는 오로지 수성 혼합물의 pH의 조정에 의해 수성 혼합물에서 용해될 수 있다. 선택된 촉매는 수성 혼합물에서 선택된 촉매의 가용화를 촉진시키기 위해 임의 착화제, 예를 들어 암모니아의 첨가 없이, 수성 혼합물에서 용해될 수 있다. pH 조절제는 습식 산화 시스템 내에서 임의 포인트에 수성 혼합물에 첨가될 수 있지만, 바람직하게, 촉매가 산화 반응 동안 수성 혼합물 내에서 용해될 수 있도록 첨가된다. 일부 구체예에서, pH 조절제의 소스(60)는 도 1에 예시된 바와 같이 수성 혼합물의 소스(10)에 유체적으로 연결될 수 있다. pH 조절제의 소스(60)는 일반적으로 수성 혼합물의 pH 수준을 요망되는 수치 또는 범위로 조정할 수 있는 임의 물질 또는 화합물, 예를 들어 산 또는 염기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알칼리 금속 하이드록사이드는 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 일 구체예에서, 암모니아는 촉매를 용해시키기 위해 사용될 수 있다.In other embodiments, a catalyst may be selected, and one or more characteristics of the aqueous mixture may be manipulated to enhance the presence of the selected catalyst in soluble form to improve the wet oxidation process. For example, the pH level of the aqueous mixture can be detected by the sensor 50 and adjusted to solubilize the selected catalyst in the aqueous mixture. The selected catalyst may be solubilized in the aqueous mixture only by adjusting the pH of the aqueous mixture. The selected catalyst may be dissolved in the aqueous mixture without the addition of any complexing agent, such as ammonia, to facilitate solubilization of the selected catalyst in the aqueous mixture. A pH adjusting agent may be added to the aqueous mixture at any point within the wet oxidation system, but is preferably added such that the catalyst can be dissolved in the aqueous mixture during the oxidation reaction. In some embodiments, the source 60 of the pH adjuster may be fluidly coupled to the source 10 of the aqueous mixture as illustrated in FIG. The source 60 of the pH adjusting agent may generally comprise any substance or compound capable of adjusting the pH level of the aqueous mixture to a desired value or range, such as an acid or base. For example, an alkali metal hydroxide may be used to adjust the pH level of the aqueous mixture. In one embodiment, ammonia can be used to dissolve the catalyst.

또한, 다양한 촉매에 대한 용해도와 pH 수준 간의 관계는 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 푸르오베 다이아그램은 선택된 촉매가 용해 가능한 요망되는 pH 범위를 결정하기 위한 정보를 제공할 수 있다. 도 4를 참조로 하여, 수성 혼합물의 pH 수준은 선택된 촉매가 구리를 포함할 때, 약 2 미만(또는 일부 구체예에서, 약 4 미만 또는 약 4.5 미만) 또는 약 12 초과 또는 약 13 초과로 조정될 수 있다. 마찬가지로, 도 5를 참조로 하여, 수성 혼합물의 pH 수준은 선택된 촉매가 바나듐을 포함할 때, 약 4.5 보다 높게 조정될 수 있다. 철을 포함하는 촉매가 선택될 때, 수성 혼합물의 pH 수준은 도 6을 참조로 하여 약 4 미만의 수준으로 조정될 수 있다.In addition, the relationship between solubility and pH levels for various catalysts is generally known to those skilled in the art. As discussed above, the Purbe de Diagram can provide information for determining the desired pH range at which the selected catalyst is soluble. 4, the pH level of the aqueous mixture is adjusted to less than about 2 (or in some embodiments, less than about 4 or less than about 4.5) or greater than about 12 or greater than about 13 when the selected catalyst comprises copper . Similarly, referring to FIG. 5, the pH level of the aqueous mixture can be adjusted above about 4.5 when the selected catalyst comprises vanadium. When a catalyst containing iron is selected, the pH level of the aqueous mixture can be adjusted to a level of less than about 4 with reference to FIG.

일부 구체예에서, 습식 산화 시스템은 시스템의 적어도 하나의 작동 파라미터(operating parameter) 또는 시스템의 부품, 비제한적으로, 예를 들어 구동 밸브(actuating valve) 및 펌프(pump)를 조정하거나 통제하기 위한 제어기(70)를 포함할 수 있다. 제어기(70)는 도 1에 예시된 바와 같이 센서(50)와 전자 소통할 수 있다. 제어기(70)는 일반적으로 선택된 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 범위를 벗어나게 pH 수준을 조정하는 pH 센서(50)에 반응하여 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(70)는 수성 혼합물 소스(10)에 pH 조절제를 부가하기 위해 pH 조절제 소스(60)와 결합된 하나 이상의 밸브에 제어 신호를 제공할 수 있다.In some embodiments, the wet oxidation system includes at least one operating parameter of the system or a component of the system, such as, but not limited to, a controller for adjusting or controlling an actuating valve and pump, (70). The controller 70 may be in electronic communication with the sensor 50 as illustrated in FIG. The controller 70 can be configured to generate a control signal to adjust the pH level of the aqueous mixture in response to a pH sensor 50 that adjusts the pH level beyond the predetermined pH solubility range for the selected catalyst . For example, the controller 70 may provide a control signal to one or more valves associated with the pH adjuster source 60 to add a pH adjuster to the aqueous mixture source 10.

제어기(70)는 통상적으로, 습식 산화 시스템의 부품들로 및 이로부터 입력 및 출력 신호를 수용하거나 전송하는, 마이크로프로세서-기반 디바이스(microprocessor-based device), 예를 들어 프로그래밍 가능한 논리 제어기(PLC) 또는 분산 제어 시스템(distributed control system)이다. 통신 네트워크(communication network)는 제어기(70) 또는 관련된 컴퓨터 시스템(computer system)으로부터 상당한 거리에 임의 센서 또는 신호-발생 디바이스(signal-generating device)를 위치시킬 수 있으며, 이는 여전히 이들 사이에 데이타(data)를 제공하게 한다. 이러한 통신 메카니즘은 무선 프로토콜(wireless protocol)을 사용하는 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의 적합한 기술을 사용함으로써 달성될 수 있다.Controller 70 is typically a microprocessor-based device, e.g., a programmable logic controller (PLC), that receives or transmits input and output signals to and from components of a wet oxidation system. Or a distributed control system. A communication network may place any sensor or signal-generating device at a considerable distance from the controller 70 or an associated computer system, ). This communication mechanism may be achieved by using any suitable technique, including, but not limited to, using a wireless protocol.

산화 유닛의 통상적인 작동과 관련하여 상기에서 논의된 바와 같이, 액체 유출액은 산화 반응기의 다운스트림에서 산화된 수성 혼합물로부터 분리된다. 일부 구체예에서, 촉매는 분리 공정에 의해 액체 유출액으로부터 회수될 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 촉매는 유출액 스트림으로부터 침전될 수 있다. 일 구체예에서, 결정기(crystallizer)는 촉매를 회수하기 위해 사용될 수 있다. 촉매는 이후에 습식 산화 시스템으로 다시 재순환될 수 있다.As discussed above in connection with the normal operation of the oxidation unit, the liquid effluent is separated from the oxidized aqueous mixture downstream of the oxidation reactor. In some embodiments, the catalyst may be recovered from the liquid effluent by a separation process. For example, in some embodiments, the catalyst may be precipitated from the effluent stream. In one embodiment, a crystallizer can be used to recover the catalyst. The catalyst may then be recycled back to the wet oxidation system.

도 2는 촉매 재순환 시스템(catalyst recycling system)을 포함하는 습식 산화 시스템의 다른 구체예를 예시한 것이다. 이러한 구체예에서, 공정 스트림은 라인(202)을 통해 시스템(200)으로 진입할 수 있다. 시스템(200)에서 사용될 수 있는 촉매는 주기율표의 V, VI, VII 및 VIII족의 임의 전이 금속을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 예를 들어, 촉매는 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, 또는 이들의 합금 또는 혼합물일 수 있다. 전이 금속은 원소일 수 있거나 화합물, 예를 들어 금속 염에 존재할 수 있다. 일 구체예에서, 전이 금속 촉매는 바나듐이다. 다른 구체예에서, 전이 금속 촉매는 철이다. 또 다른 구체예에서, 전이 금속 촉매는 구리이다.Figure 2 illustrates another embodiment of a wet oxidation system comprising a catalyst recycling system. In this embodiment, the process stream may enter system 200 through line 202. The catalysts that may be used in system 200 may include any transition metal of group V, VI, VII and VIII of the periodic table. In some embodiments, for example, the catalyst may be V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, or alloys or mixtures thereof. The transition metal may be an element or may be present in a compound, e.g., a metal salt. In one embodiment, the transition metal catalyst is vanadium. In another embodiment, the transition metal catalyst is iron. In another embodiment, the transition metal catalyst is copper.

하나 이상의 구체예에 따르면, 촉매는 습식 산화 공정을 향상시키기 위해 수성 혼합물에 용해될 수 있다. 일반적으로, 수성 혼합물의 특징은 수성 혼합물에서 촉매의 용해도에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 처리될 수성 혼합물의 pH 수준은 수성 혼합물에서 특정 촉매의 용해도에 영향을 미칠 수 있다.According to one or more embodiments, the catalyst may be dissolved in the aqueous mixture to improve the wet oxidation process. In general, the characteristics of the aqueous mixture can affect the solubility of the catalyst in the aqueous mixture. For example, the pH level of the aqueous mixture to be treated can affect the solubility of a particular catalyst in an aqueous mixture.

하나 이상의 구체예에 따르면, 유입하는 수성 혼합물의 pH 수준에서 가용성인 촉매는 습식 산화 공정을 향상시키기 위해 선택될 수 있다. 도 1의 pH 센서(50)와 유사한 pH 센서는 유입하는 수성 혼합물의 pH의 지시를 제공하기 위해 도 2의 습식 산화 시스템(200)의 입력부에 도입될 수 있다. 이에 따라, 도 4를 참조로 하여, 수성 혼합물의 pH 수준이 약 2 미만(또는 일부 구체예에서, 약 4 미만 또는 약 4.5 미만) 또는 약 12 초과 또는 약 13 초과인 경우에, 구리를 포함하는 촉매는 하나 이상의 구체예에 따라 선택될 수 있다. 마찬가지로, 도 5를 참조로 하여, 바나듐을 포함하는 촉매는 수성 혼합물의 pH 수준이 약 4.5 보다 높을 때 선택될 수 있다. 도 6을 참조로 하여, 철을 포함하는 촉매는 수성 혼합물의 pH 수준이 약 4 미만일 때 선택될 수 있다. 본원에 예시적으로 제시된 것 이외의 다른 촉매가 사용될 수 있다.According to one or more embodiments, a catalyst that is soluble at the pH level of the incoming aqueous mixture may be selected to enhance the wet oxidation process. A pH sensor similar to the pH sensor 50 of FIG. 1 may be introduced to the input of the wet oxidation system 200 of FIG. 2 to provide an indication of the pH of the incoming aqueous mixture. Accordingly, with reference to FIG. 4, when the pH level of the aqueous mixture is less than about 2 (or, in some embodiments, less than about 4 or less than about 4.5) or greater than about 12 or greater than about 13, The catalyst may be selected according to one or more embodiments. Likewise, referring to FIG. 5, the catalyst comprising vanadium can be selected when the pH level of the aqueous mixture is higher than about 4.5. Referring to FIG. 6, the catalyst comprising iron can be selected when the pH level of the aqueous mixture is less than about 4. Other catalysts than those exemplified herein may be used.

도 2를 참조로 하여, 촉매는 시스템의 유입구에서 또는 이러한 것이 라인(224)을 관통하여 라인(202)을 통해 흐를 때 공정 스트림에 첨가될 수 있으며, 이는 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이 재순환된 촉매를 포함하는 수성 혼합물을 수반할 수 있다. 새로운 촉매가 또한 재순환된 촉매와 함께 첨가될 수 있다.2, a catalyst may be added to the process stream at the inlet of the system or as it flows through line 202 through line 224, which may be added to the recycle Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > catalyst. A new catalyst may also be added with the recycled catalyst.

다른 구체예에서, 촉매 또는 촉매의 일부는 처리될 공정 스트림에 이미 존재할 수 있다. 산화 유닛에 공급된 수성 혼합물은 촉매 물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 전이 금속은 촉매 습식 산화 시스템에 의해 처리될 폐 스트림에 존재할 수 있다. 수성 슬러리, 예를 들어 휘발성 유기 탄소를 함유한 수성 슬러리는 촉매로서 작용할 수 있는 금속을 함유할 수 있다. 예를 들어, 수성 혼합물은 가스화 부산물의 슬러리일 수 있다.In other embodiments, a portion of the catalyst or catalyst may already be present in the process stream to be treated. The aqueous mixture fed to the oxidation unit may contain a catalytic material. For example, the transition metal may be present in the waste stream to be treated by a catalytic wet oxidation system. The aqueous slurry containing an aqueous slurry, for example, volatile organic carbon, may contain a metal that can act as a catalyst. For example, the aqueous mixture may be a slurry of gasification by-products.

공정 스트림은 열 교환기(204)를 통해 진행할 수 있는데, 여기서 공정 스트림은 반응기(206)에 진입하기 전에 제공된 체류 시간 동안 요망되는 온도로 가열될 수 있다. 처리가 완료된 후에, 처리된 공정 스트림은 라인(208)을 통해 반응기(206)를 빠져나간다. 처리된 공정 스트림은 이후에 열 교환기(210)에 의해 냉각될 수 있으며, 이는 일부 구체예에서, 열 교환기(204)와 동일한 열 교환기일 수 있다. 처리된 공정 스트림은 pH 조절제의 소스(212)로부터 산 또는 알칼리 화합물의 첨가에 의해 pH 조정될 수 있다. pH 조절제가 pH 조절제의 소스(212)로부터 첨가됨에 따라 산화된 수성 혼합물의 pH를 모니터링하고 pH가 사전결정된 포인트에 도달할 때 pH 조정을 방해하기 위해 신호를 제공하기 위해 pH 센서(미도시됨)는 pH 조절제의 소스(212)와 소통하게 제공될 수 있다. 대안적인 구체예들에서, pH 센서(미도시됨)는 pH 조절제의 소스(212)의 다운스트림에 위치되고 pH 제어기(미도시됨), 예를 들어 도 1에 예시된 제어기(70)에 연결될 수 있으며, 이러한 pH 제어기는 pH를 사전결정된 범위 내에서 유지하기 위하여 pH 조절제의 소스로부터 pH 조절제의 소스(212)와 관련된 전달 펌프들 및/또는 밸브들 및/또는 배관을 통해 산화된 수성 혼합물로의 pH 조절제의 흐름을 제어하도록 구성된다. 일부 구체예에서, pH 조절제의 소스(212)로부터의 pH 조절제의 첨가는 수작업으로 조절될 수 있다. 일부 구체예에서, pH 조절제의 소스(212)는 도 2에 도시된 바와 같이 기체/액체 분리기(214)의 업스트림 대신에, 기체/액체 분리기(214)의 다운스트림의 라인(218)에 pH 조절제를 도입하도록 구성될 수 있다. 다른 구체예에서, pH 조절제의 소스(212)는 pH 조절제를 정화기(220)으로 직접적으로 도입하기 위해 구성될 수 있다.The process stream may be passed through a heat exchanger 204 where the process stream may be heated to a desired temperature during the residence time provided before entering the reactor 206. After the process is complete, the processed process stream exits the reactor 206 via line 208. The processed process stream may thereafter be cooled by heat exchanger 210, which in some embodiments may be the same heat exchanger as heat exchanger 204. The treated process stream may be pH adjusted by the addition of an acid or an alkaline compound from the source 212 of the pH modifier. a pH sensor (not shown) is provided to monitor the pH of the oxidized aqueous mixture as the pH adjuster is added from the source 212 of the pH adjuster and to provide a signal to interfere with the pH adjustment when the pH reaches a predetermined point, May be provided to communicate with the source 212 of the pH adjuster. In alternative embodiments, a pH sensor (not shown) is located downstream of the source 212 of pH adjuster and is connected to a pH controller (not shown), for example, controller 70 illustrated in FIG. 1 And such a pH controller may be connected to the source 212 of the pH adjuster from the source of the pH adjuster to maintain the pH within a predetermined range and / To control the flow of the pH adjusting agent. In some embodiments, the addition of the pH adjusting agent from the source 212 of the pH adjusting agent can be adjusted by hand. In some embodiments, the source 212 of the pH adjuster may be coupled to a downstream line 218 of the gas / liquid separator 214, instead of upstream of the gas / liquid separator 214 as shown in FIG. 2, As shown in FIG. In another embodiment, the source 212 of the pH adjuster may be configured to directly introduce the pH adjuster into the clarifier 220.

예를 들어, 구리가 촉매로서 사용되는 경우에, 가용성 구리 하이드록사이드를 함유한 처리된 공정 스트림은 대략 80℃로 냉각될 수 있으며, 기체/액체 분리기(214)의 업스트림 또는 다운스트림에, 또는 정화기(220) 내에서 약 6 내지 약 12 범위로 조정된 pH가 컨디셔닝되는데, 그러한 조건 하에서, 구리 하이드록사이드의 용해도가 낮다(25℃에서 <1ppm). 일부 구체예에서, pH는 약 8 내지 약 9의 범위로 조정될 수 있으며, 일부 구체예에서, pH는 약 9로 조절될 수 있다. 기체/액체 분리기(214)로 통과시킨 후에, 오프-가스가 라인(216)을 통해 방출되는 경우에, 처리된 공정 스트림은 라인(218)을 통해 정화기(220)로 이동할 수 있으며, 여기서 80℃에서, 약 6 내지 약 12의 pH에서 산소의 존재 하에, 구리 하이드록사이드의 적어도 일부는 구리 옥사이드 미립자로 전환된다. 일부 구체예에서, 구리 하이드록사이드는 약 8 내지 약 9 범위의 pH에서 정화기에서 구리 옥사이드 미립자로 전환되며, 일부 구체예에서, 구리 하이드록사이드는 약 9의 pH에서 정화기에서 구리 옥사이드 미립자로 전환된다. 구리 옥사이드 미립자는 정화기(220)에서 침강할 수 있으며, 농축된 유출액 슬러리의 적어도 일부는 제거되고 라인(224)을 통해 시스템(200)의 유입구로 다시 재순환될 수 있으며, 구리가 본질적으로 존재하지 않는 산화된 유출액은 라인(222)을 통해 제거될 수 있다. 재순환된 구리 함유 유출액의 pH는 요망되는 경우에 라인(224)과 소통하는 pH 센서(미도시됨) 및/또는 pH 제어기(미도시됨)로부터 신호에 반응하여 pH 조절제의 소스(226)로부터 산 또는 알칼리 화합물의 첨가에 의해 조절될 수 있다. pH 조절제는 pH를 구리 촉매가 가용성인 수준으로 조절하기 위해 재순환된 구리 함유 유출액에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 구리가 일반적으로 약 6 미만 또는 약 12 초과의 pH 수준에서 가용성이기 때문에, 재순화된 구리 함유 유출액 약 6 내지 약 12의 pH를 갖는 경우에, 산은 재순환된 구리 함유 유출액에 대한 pH 수준을 약 6 미만으로 감소시키기 위해 첨가될 수 있거나, 대안적으로 부식성 화합물은 구리 촉매의 적어도 일부를 가용화시키기 위해 재순환된 구리 함유 유출액의 pH 수준을 약 12 초과로 증가시키기 위해 첨가될 수 있다. 재순환된 촉매의 적어도 일부는 일부 구체예들에서 촉매(40)의 소스로 유도될 수 있다.For example, where copper is used as the catalyst, the treated process stream containing soluble copper hydroxide may be cooled to approximately 80 ° C and either upstream or downstream of the gas / liquid separator 214, or A pH adjusted to a range of about 6 to about 12 in the clarifier 220 is conditioned, under which the solubility of copper hydroxide (<1 ppm at 25 ° C) is low. In some embodiments, the pH can be adjusted to a range from about 8 to about 9, and in some embodiments, the pH can be adjusted to about 9. After passing through the gas / liquid separator 214, when the off-gas is discharged through the line 216, the processed process stream can travel through the line 218 to the purifier 220 where it is heated to 80 ° C , In the presence of oxygen at a pH of from about 6 to about 12, at least a portion of the copper hydroxide is converted to copper oxide fine particles. In some embodiments, the copper hydroxide is converted to copper oxide microparticles in a clarifier at a pH in the range of about 8 to about 9, and in some embodiments, the copper hydroxide is converted to a copper oxide microparticle in a clarifier at a pH of about 9 do. The copper oxide microparticles may settle in the clarifier 220 and at least a portion of the concentrated effluent slurry may be removed and recycled back to the inlet of the system 200 via line 224, The oxidized effluent may be removed via line 222. The pH of the recycled copper-containing effluent may be adjusted from acid source 226 of the pH adjuster in response to a signal from a pH sensor (not shown) in communication with line 224 and / or a pH controller (not shown) Or by addition of an alkaline compound. The pH adjuster may be added to the recycled copper-containing effluent to adjust the pH to a level at which the copper catalyst is soluble. For example, if the re-inoculated copper-containing effluent has a pH of from about 6 to about 12, since the copper is generally soluble at a pH level of less than about 6 or greater than about 12, the acid will have a pH for the recycled copper- Level to less than about 6, or alternatively the corrosive compound may be added to increase the pH level of the recycled copper-containing effluent to greater than about 12 to solubilize at least a portion of the copper catalyst. At least a portion of the recycled catalyst may be directed to the source of the catalyst 40 in some embodiments.

일부 적용들에서 시스템을 더욱 효율적으로 만들고 시스템의 작동 동안 사용되는 화학물질들의 양을 감소시키기 위해 2 단계 촉매 침강 공정을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 도 3은 2 단계 촉매 침강 공정을 사용하여 습식 공기 산화 시스템의 일 구체예를 예시한 것이다. 도 3에 예시된 바와 같이, 2 단계 촉매 침강 공정을 갖는 시스템(300)은 한 세트의 정화기들(228 및 230)을 사용할 수 있다. 일 구체예에서, pH 조절제의 임의의 소스(212)는 기체/액체 분리기(214)의 업스트림에 정위될 수 있다. 시스템(300)의 일부 구체예에서, pH 조절제의 소스 및 관련된 전달 펌프 및/또는 밸브 및/또는 배관은 pH 조절제를 기체/액체 분리기(214)의 업스트림 또는 다운스트림의 위치들로 및/또는 정화기(228), 정화기(230), 또는 둘 모두로 전달하기 위해 존재하고 구성될 수 있다. 여러 pH 센서들(미도시됨)은 시스템(300)의 부품들 중 임의의 업스트림 또는 다운스트림에 위치되고 pH 제어기(미도시됨), 예를 들어 도 1에 예시된 제어기(70)에 연결될 수 있으며, 이러한 pH 제어기는 시스템 전반에 걸쳐 위치된 하나 이상의 pH 조절제 소스들, 예를 들어 pH 조절제의 소스(234)로부터 pH 조절제의 소스 또는 소스들과 관련된 전달 펌프들 및/또는 밸브들 및/또는 배관을 통해 pH 조절제의 흐름을 제어하기 위해 구성되고 배열된다.In some applications it may be advantageous to use a two-stage catalyst settling process to make the system more efficient and reduce the amount of chemicals used during operation of the system. Figure 3 illustrates one embodiment of a wet air oxidation system using a two-stage catalyst settling process. As illustrated in FIG. 3, a system 300 with a two-stage catalyst settling process can use a set of purifiers 228 and 230. [ In one embodiment, any source 212 of pH modifier may be positioned upstream of the gas / liquid separator 214. In some embodiments of system 300, the source of the pH adjuster and associated transfer pump and / or valves and / or piping may be configured to direct the pH adjuster to upstream or downstream locations of the gas / liquid separator 214 and / The purifier 228, the purifier 230, or both. Several pH sensors (not shown) are located upstream or downstream of any of the components of the system 300 and can be connected to a pH controller (not shown), for example, the controller 70 illustrated in FIG. 1 Which may include one or more pH adjuster sources located throughout the system, for example, the transfer pumps and / or valves associated with the source or sources of the pH adjuster from the source 234 of the pH adjuster, and / And is configured and arranged to control the flow of the pH adjusting agent through the piping.

도 3의 시스템(300)에서, 러프 정화(rough clarification)는 제1 정화기(228)에서 일어날 수 있다. 제1 전화 단계로부터의 제1 분리된 용액의 적어도 일부는 추가 처리를 위한 희석수 및 촉매 공급물로서 라인들(236 및 224)을 통해 시스템의 유입구로 되돌아갈 수 있다. 제1 정화 단계로부터의 상청액의 적어도 일부는, pH 조절제의 소스(234)로부터 산 또는 알칼리 화합물을 첨가하여 pH를 조절한 후에, 라인(232)을 통해 이동하고 정화기(230)에서 제2 정화기에서 침전될 수 있다. pH 조절제의 소스(234) 및 관련된 전달 펌프 및/또는 밸브 및/또는 배관은 라인(232)에서 또는 정화기(230)에서, 또는 둘 모두에서 상청액의 일부의 pH를 조정하기 위해 정위되고 배열될 수 있다. 도 2 또는 도 3에 따른 시스템의 대안적인 구체예에서, 임의의 또는 모든 정화기는 산화된 수성 혼합물로부터 침전된 촉매를 분리시킬 수 있는 임의 형태의 분리기로 대체될 수 있다. 농축된 고형화된 촉매를 함유한 용액은 유입하는 공정 스트림과 혼합되도록 라인(238 및 224)을 통해 시스템(300)의 유입구로 되돌아갈 수 있으며, 촉매는 본질적으로 존재하지 않는 산화된 유출액이 라인(222)을 통해 배출될 수 있다. 재순화된 촉매의 적어도 일부는 일부 구체예에서 촉매(40)의 소스로 유도될 수 있다. 2 단계 시스템의 잇점은 단지 습식 산화 유닛의 유출액의 적은 부분이 촉매를 침전시키기 위해 pH 조정될 필요가 있을 것이라는 것이다. 희석수에 대해 재순환될 수 있는 유출액의 일부는 여기에 잔류하는 가용성 촉매를 가질 수 있으며, 이는 요망될 수 있다. pH 조절제의 소스(226)는 상기 구리 촉매에 관한 예에 대하여 논의된 바와 유사한 방식으로 산 또는 부식성 화합물을 첨가함으로써 라인(224)을 통해 이동할 수 있는 촉매를 용해시키기 위해 사용될 수 있다. 습식 산화 유닛의 재순환된 유출액의 pH는 또한, 습식 공기 산화 시스템에서 촉매를 가용성이게 유지시키기 위한 필수적인 pH에 매우 가까울 것이다.In the system 300 of FIG. 3, rough clarification may occur at the first clarifier 228. At least a portion of the first separated solution from the first dialing step may be returned to the inlet of the system through lines 236 and 224 as dilution water and catalyst feed for further processing. At least a portion of the supernatant from the first clarification step is transferred via line 232 after adjusting the pH by the addition of an acid or alkaline compound from the source 234 of the pH adjuster and in a purifier 230 to a second purifier Can be precipitated. The source 234 of pH adjuster and associated transfer pump and / or valve and / or piping may be positioned and arranged to adjust the pH of a portion of the supernatant at line 232 or at purifier 230, or both. have. In an alternative embodiment of the system according to FIG. 2 or FIG. 3, any or all of the clarifiers may be replaced by any type of separator capable of separating the precipitated catalyst from the oxidized aqueous mixture. The solution containing the enriched solidified catalyst may be returned to the inlet of the system 300 via lines 238 and 224 to mix with the incoming process stream and the catalyst may be returned to the inlet 222, respectively. At least a portion of the re-calcined catalyst may be derived to the source of the catalyst 40 in some embodiments. The advantage of the two stage system is that only a small fraction of the effluent of the wet oxidation unit will need to be pH adjusted to precipitate the catalyst. A portion of the effluent that may be recycled to the dilution water may have a soluble catalyst remaining therein, which may be desired. The source 226 of the pH modifier can be used to dissolve the catalyst that can migrate through line 224 by adding an acid or a corrosive compound in a manner similar to that discussed for the copper catalyst example. The pH of the recycled effluent of the wet oxidation unit will also be very close to the required pH to keep the catalyst soluble in a wet air oxidation system.

도 2 및 도 3에 예시된 시스템에서, 촉매는 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH를 조정함으로써 침전될 수 있다. 일부 구체예에서, 촉매는 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH를 단일 방향으로 조정함으로써 침전될 수 있다. 일부 구체예에서, 촉매는 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH를 단일 pH 조절제로 조절함으로써 침전될 수 있다. 일부 구체예에서, 촉매는 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH를 촉매가 산화된 수성 혼합물에서 실질적으로 불용성이거나 적어도 일부 불용성인 소정 범위의 pH 내의 pH로 조정함으로써 침전될 수 있다. 일부 구체예에서, pH 조정은 촉매의 침전을 야기시키기 위해, 예를 들어, 전기탈이온화 공정(electrodeionization process)에 의해 임의 화학물질의 첨가 없이 달성될 수 있다. 다른 구체예에서, 추가 화학물질, 예를 들어 설파이드 이온의 소스, 예를 들어 소듐 설파이드 또는 하이드로겐 설파이드는 동력학(kinetics)을 향상시키거나 그밖에 촉매의 침전을 촉진시키기 위해 산화된 수성 혼합물에 첨가될 수 있다. 일부 구체예에서, 촉매는 제1 범위 내의 pH에서 산화되게 하기 위해 수성 혼합물에서 가용화될 수 있고, 제1 범위와 중첩하지 않는 제2 범위 내의 pH에서 산화된 수성 혼합물로부터 침전될 수 있다.In the system illustrated in Figures 2 and 3, the catalyst can be precipitated by adjusting the pH of the oxidized aqueous mixture only. In some embodiments, the catalyst can only be precipitated by adjusting the pH of the oxidized aqueous mixture in a single direction. In some embodiments, the catalyst can be precipitated by adjusting the pH of the oxidized aqueous mixture to a single pH adjusting agent. In some embodiments, the catalyst can only be precipitated by adjusting the pH of the oxidized aqueous mixture to a pH within a predetermined range of pH that is substantially insoluble or at least partially insoluble in the oxidized aqueous mixture. In some embodiments, pH adjustment can be accomplished without causing the addition of any chemicals, for example, by an electrodeionization process, to cause precipitation of the catalyst. In other embodiments, additional chemicals, such as sources of sulfide ions, such as sodium sulfide or hydrogen sulfide, may be added to the oxidized aqueous mixture to enhance kinetics or otherwise promote precipitation of the catalyst . In some embodiments, the catalyst may be solubilized in an aqueous mixture to cause oxidation at a pH within a first range, and precipitated from the oxidized aqueous mixture at a pH within a second range that does not overlap with the first range.

하나 이상의 구체예에 따르면, 습식 산화된 액체 유출액 스트림은 존재하는 요망되지 않는 성분들을 제거하고/거나 필요하거나 요망되는 경우에 폴리싱하기 위하여 산화 반응기 용기(24)의 다운스트림에 연결된, 도 1에 예시되 바와 같은 제2 처리 유닛(80)에 의해 처리될 수 있다. 제2 처리 유닛(80)은 화학적 세정기(chemical scrubber), 생물학적 세정기(biological scrubber), 흡착 매질층, 또는 다른 유닛 작동일 수 있다. 일부 구체예에서, 오존 및 자외선광으로의 습식 산화 유출액의 산화 처리를 포함하는 발전된 산화 단계가 수행될 수 있다. 이러한 발전된 산화 처리는 통상적으로 용기 또는 탱크에서 주변 온도 및 압력에서 또는 그 부근에서 수행된다. 제2 처리 유닛(80)은 요망되는 폴리싱 정도와 일치하는 표면적을 제공하기 위해 크기화될 수 있다. 대안적으로, 액체 유출액은 또한, 추가 처리르 위해 반응기 용기(24)로 다시 재순환될 수 있다. 오프 가스의 처리는 또한 이의 조성 및 대기로의 배출을 위한 요건에 따라 다운스트림 오프 가스 처리 유닛에서 요구될 수 있다.According to one or more embodiments, the wet oxidized liquid effluent stream may be introduced into the oxidation reactor vessel 24 downstream of the oxidation reactor vessel 24 to remove any undesired components present and / or to polish if necessary or desired, And can be processed by the second processing unit 80 as described above. The second processing unit 80 may be a chemical scrubber, biological scrubber, adsorbent layer, or other unit operation. In some embodiments, an advanced oxidation step including oxidation treatment of the wet oxidation effluent with ozone and ultraviolet light may be performed. This advanced oxidation process is typically carried out at or near ambient temperature and pressure in a vessel or tank. The second processing unit 80 may be sized to provide a surface area consistent with the degree of polishing desired. Alternatively, the liquid effluent may also be recycled back to the reactor vessel 24 for further processing. The treatment of off-gas may also be required in the downstream off-gas treatment unit according to its composition and requirements for discharge into the atmosphere.

타겟화된 악취나는 성분의 농도를 검출하기 위한 센서는 시스템 제어를 촉진시키기 위해 습식 산화 유닛(24)의 업스트림에 및/또는 다운스트림에 제공될 수 있다. 예를 들어, 센서는 도관(26)에 정위될 수 있고, 액체 유출액 스트림이 확립된 환경 규제를 충족시키기 위해 제2 처리 유닛(80)으로 전환되어야 하는지의 여부를 결정하고/거나 제어하기 위해 제어기(70)와 소통할 수 있다.Sensors for detecting the concentration of the targeted odorous component may be provided upstream and / or downstream of the wet oxidation unit 24 to facilitate system control. For example, the sensor may be positioned in conduit 26 and may be connected to a controller (not shown) to determine and / or control whether the liquid effluent stream should be switched to a second processing unit 80 to meet established environmental regulations Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 70 &lt; / RTI &gt;

다수의 대안예, 변형예, 및 개선예들이 예시된 시스템들 및 방법들로 이루어질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 습식 산화 시스템들은 공정 스트림들의 여러 소스들에 연결될 수 있다. 일부 구체예에서, 습식 산화 시스템은 시스템의 다른 성질들 또는 작동 조건들을 측정하기 위한 추가 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 시스템 모니터링을 용이하게 하기 위해 상이한 포인트들에서 온도, 압력 저하, 및 유량에 대한 센서들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체예들에 따르면, 촉매는 습식 산화 공정 동안 재공급될 수 있다.It will be appreciated that many alternatives, modifications, and improvements can be made to the illustrated systems and methods. For example, one or more wet oxidation systems may be connected to multiple sources of process streams. In some embodiments, the wet oxidation system may include additional sensors for measuring other properties of the system or operating conditions. For example, the system may include sensors for temperature, pressure drop, and flow rate at different points to facilitate system monitoring. According to one or more embodiments, the catalyst may be re-fed during the wet oxidation process.

본 발명은 본 발명의 기술들을 실행시키기 위해 하나 이상의 시스템들 또는 성분들을 제공하기 위해 현존하는 설비들의 변형을 고려한다. 현존하는 습식 산화 시스템은 이미 존재하는 장치 중 적어도 일부를 사용하는 본원에서 전형적으로 논의되는 하나 이상의 구체예들에 따라 변형될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 pH 센서들이 제공될 수 있으며, 본원에 존재하는 하나 이상의 구체예들에 따른 제어기는 촉매 용해도를 증진시키거나 촉매 재순환을 촉진시키기 위해 이미 존재하는 습식 산화 시스템에서 실행될 수 있다.The present invention contemplates modifications to existing facilities to provide one or more systems or components for implementing the techniques of the present invention. Existing wet oxidation systems may be modified according to one or more embodiments typically discussed herein using at least some of the devices already present. For example, one or more pH sensors may be provided, and the controller according to one or more embodiments present herein may be implemented in a wet oxidation system that is already present to enhance catalyst solubility or promote catalyst recycle.

본 발명의 이러한 구체예 및 다른 구체예들의 기능 및 장점들은 하기 실시예로부터 더욱 충분히 이해될 것이다. 이러한 실시예는 사실상 예시하기 위해 의도된 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않는다. 하기 실시예에서, 화합물들은 여기에서의 결합의 파괴에 영향을 미치게 하기 위해 습식 산화에 의해 처리된다.The functions and advantages of these and other embodiments of the invention will be more fully understood from the following examples. These embodiments are intended to be illustrative in nature and are not to be construed as limiting the scope of the invention. In the following examples, the compounds are treated by wet oxidation in order to influence the breakdown of the bond here.

실시예Example

벤치 스케일(Bench Scale) 습식 산화 (오토클레이브(Autoclave)) 반응기Bench Scale Wet Oxidation (Autoclave) Reactor

하기 실시예들에서, 벤치 스케일 습식 산화 시험들을 실험실 오토클레이브들에서 수행하였다. 오토클레이브들은 배치 반응기들이라는 점에서 전체 스케일 시스템과 상이하며, 여기서 전체 스케일 유닛(full scale unit)은 연속 흐름 반응기일 수 있다. 높은 공기 충전이 반응 시간 동안 충분한 산소를 제공하기 위해 오토클레이브에 첨가되어야 하기 때문에, 오토클레이브들은 통상적으로 전체 스케일 유닛 보다 더욱 높은 압력에서 작동한다. 오토클레이브 시험들의 결과들은 습식 산화 기술의 성능의 지시를 제공하고, 습식 산화 공정을 위한 작동 조건들을 스크리닝하기 위해 유용한다.In the following examples, bench scale wet oxidation tests were performed in laboratory autoclaves. The autoclaves differ from full scale systems in that they are batch reactors, where the full scale unit may be a continuous flow reactor. Because the high air charge must be added to the autoclave to provide sufficient oxygen during the reaction time, the autoclaves typically operate at higher pressures than the full scale unit. The results of the autoclave tests provide an indication of the performance of the wet oxidation technique and are useful for screening the operating conditions for the wet oxidation process.

사용되는 오토클레이브들은 티탄, 합금 600 및 니켈 200으로부터 제작된 것이다. 오토클레이브 구조 재료의 선택은 폐수 공급 물질의 조성을 기초로 한 것이었다. 오토클레이브들은 사용하기 위해 선택된 것이며, 각각은 500 또는 750 ml의 전체 용량을 갖는다.The autoclaves used were made from titanium, alloy 600 and nickel 200. The choice of autoclaved structural material was based on the composition of the wastewater feed material. The autoclaves are selected for use, each having a total capacity of 500 or 750 ml.

오토클레이브들을 폐수 및 충분한 압축 공기로 채워서 산화(ca. 5%) 이후 과량의 잔류 산소를 제공하였다. 채워진 오토클레이브들을 히터/쉐이커 메카니즘(heater/shaker mechanism)에 배치시키고, 요망되는 온도(280℃ 내지 350℃)로 가열시키고, 온도를 약 60분 내지 약 360분 범위의 요망되는 시간 동안 유지시켰다.The autoclaves were filled with wastewater and sufficient compressed air to provide an excess of residual oxygen after oxidation (ca. 5%). The filled autoclaves were placed in a heater / shaker mechanism and heated to the desired temperature (280 ° C to 350 ° C) and the temperature was maintained for a desired time in the range of about 60 minutes to about 360 minutes.

가열 및 반응 시간 동안, 오토클레이브 온도 및 압력을 컴퓨터 제어된 데이타 획득 시스템에 의해 모니터링하였다. 산화 직후에, 오토클레이브들을 히터/쉐이커 메카니즘으로부터 제거하고, 수돗물을 사용하여 실온으로 냉각시켰다. 냉각 후에, 오토클레이브 헤드-공간(head-space)에서 오프 가스의 압력 및 부피를 측정하였다. 오프-가스의 샘플을 영구 가스에 대해 분석하였다. 오프 가스의 분석 이후에, 오토클레이브를 감압시키고, 개방하였다. 산화된 유출액을 오토클레이브로부터 제거하고, 저장 용기에 배치시켰다. 유출액의 일부를 분석을 위해 제공하고, 나머지 샘플을 후-산화 처리를 위해 사용하였다. 분석 작업 및 후-산화 시험 작업을 위해 충분한 부피를 발생시키기 위해, 각 조건에 대한 다수의 오토클레이브 시험을 수행하였다.During heating and reaction times, the autoclave temperature and pressure were monitored by a computer controlled data acquisition system. Immediately after the oxidation, the autoclaves were removed from the heater / shaker mechanism and cooled to room temperature using tap water. After cooling, the pressure and volume of off-gas in the autoclave head-space was measured. A sample of off-gas was analyzed for permanent gas. After analysis of off-gas, the autoclave was depressurized and opened. The oxidized effluent was removed from the autoclave and placed in a storage vessel. A portion of the effluent was provided for analysis and the remaining sample was used for post-oxidation treatment. A number of autoclave tests were performed on each condition to generate sufficient volume for analytical work and post-oxidation test work.

실시예 1Example 1

균질한 구리 촉매를 사용한 습식 산화 공정Wet oxidation process using homogeneous copper catalyst

다양한 pH 수준들(pH=2.2, 8.1, 11.5, 12.5 및 13.5)에서 아세트산의 산화에 대한 구리 촉매의 영향을 측정하기 위한 온도에서 60분 시간과 함께 280℃에서 벤치 스케일 습식 산화 시험을 수행하였다. 데이타는 하기 표 1에 나타내었다.A bench scale wet oxidation test was performed at 280 占 폚 at a temperature of 60 minutes at a temperature to measure the effect of the copper catalyst on the oxidation of acetic acid at various pH levels (pH = 2.2, 8.1, 11.5, 12.5 and 13.5). The data are shown in Table 1 below.

표 1Table 1

Figure pct00001
Figure pct00001

구리 촉매는 2.2 및 13.5의 pH 수준에서 가장 높은 용해도를 나타내었다. 산화된 유출액의 pH가 2.2 및 13.5일 때, 약 98% 및 88% 아세트산 파괴가 각각 달성되었다. 이는 또한 가장 높은 백분율의 COD 파괴(96.5%, 90%) 및 TOC 파괴(96.4%, 88.1%)에 해당하였다. 반대로, 용액의 pH가 구리가 가용성이지 않은 pH 범위(pH=8.1, 11.5 및 12.5)에서 유지되었을 때, 단지 약 17% 내지 37% 아세트산 파괴가 달성되었다. 구리가 가용성이지 않았을 때, 보다 낮은 백분율의 COD 파괴 및 TOC 파괴가 또한 관찰되었다. 데이타에서는, 구리 용해도가 실질적으로 아세트산의 산화를 증가시켰음을 나타내었다.The copper catalysts showed the highest solubility at pH levels of 2.2 and 13.5. When the pH of the oxidized effluent was 2.2 and 13.5, approximately 98% and 88% acetic acid destruction was achieved, respectively. This also corresponded to the highest percentages of COD breakdown (96.5%, 90%) and TOC breakdown (96.4%, 88.1%). Conversely, when the pH of the solution was maintained in a pH range where the copper was not soluble (pH = 8.1, 11.5 and 12.5), only about 17% to 37% acetic acid destruction was achieved. When the copper was not soluble, lower percentages of COD and TOC breaks were also observed. Data indicated that copper solubility substantially increased oxidation of acetic acid.

실시예 2Example 2

균질한 바나듐 촉매를 사용한 습식 산화 공정Wet oxidation process using homogeneous vanadium catalyst

벤치 스케일 습식 산화 시험들을 두 개의 상이한 pH 수준에서 균질한 촉매로서 바나듐을 사용하여 아세트산을 함유한 수용액 상에서 수행하였다. 결과는 하기 표 2에 나타내었다.Bench scale wet oxidation tests were performed on aqueous solutions containing acetic acid using vanadium as homogeneous catalyst at two different pH levels. The results are shown in Table 2 below.

표 2Table 2

Figure pct00002
Figure pct00002

산화성 조건 하에서, 바나듐은 약 4.5 초과의 pH 수준에서 가용성이다. 결과들은, 용액의 pH가 2.6이며 바나듐이 주로 불용성일 때, 단지 2% TOC 파괴가 달성되었음을 나타낸다. 낮은 백분율의 TOC 파괴는 또한 2.66의 pH 수준과 관련이 있다. 동일한 촉매 용량, 온도 및 온도에서의 시간을 유지하면서, 용액의 pH가 5.3으로 증가되었을 때(바나듐을 가용화시킴), TOC의 파과는 17.3%로 증가되었다. 용액의 pH를 2.66에서 5.3으로 증가시킴으로써, 전체 유기 탄소의 파괴의 약 64% 증가가 존재하였다. 데이타는 바나듐 용해도가 아세트산의 산화를 실질적으로 증가시킴을 나타낸다.Under oxidizing conditions, the vanadium is soluble at a pH level of greater than about 4.5. The results show that only 2% TOC breakdown is achieved when the pH of the solution is 2.6 and the vanadium is predominantly insoluble. A low percentage of TOC breakdown is also associated with a pH level of 2.66. The TOC breakthrough was increased to 17.3% when the pH of the solution was increased to 5.3 (solubilization of vanadium) while maintaining the same catalyst capacity, temperature and temperature for the time. By increasing the pH of the solution from 2.66 to 5.3, there was an approximately 64% increase in the total organic carbon breakdown. The data indicate that vanadium solubility substantially increases the oxidation of acetic acid.

실시예 3Example 3

균질한 철 촉매를 사용한 습식 산화 공정Wet oxidation process using homogeneous iron catalyst

벤치 스케일 습식 산화 시험들을 두 개의 상이한 pH 수준에서 옥살산 용액 상에서 230℃에서 150분 동안 수행하였다. 데이타는 하기 표 3에 나타내었다.Bench scale wet oxidation tests were carried out at 230 DEG C for 150 minutes on oxalic acid solution at two different pH levels. The data are shown in Table 3 below.

표 3Table 3

Figure pct00003
Figure pct00003

산화성 조건들 하에서, 철은 약 4의 pH 수준 미만에서 가용성이었다. 결과들은 철 촉매가 불용성인 높은 pH 수준(pH=13.6 및 13.7)에서 사용되었을 때 산화의 향상이 존재하지 않음을 나타내었다. 용액의 pH가 철이 가용성인 범위(pH=2.6 및 1.7)에 있을 때, 옥살산의 파괴는 각각 약 95% 및 약 100%로 증가되었다. 데이타는 철 용해도가 옥살산의 산화를 실질적으로 증가하였음을 나타낸다.Under oxidative conditions, iron was soluble at a pH level of about 4. The results showed no improvement in oxidation when used at high pH levels (pH = 13.6 and 13.7) where the iron catalyst was insoluble. When the pH of the solution was in the range where iron was soluble (pH = 2.6 and 1.7), the destruction of oxalic acid was increased to about 95% and about 100%, respectively. The data indicate that the solubility of iron substantially increased the oxidation of oxalic acid.

실시예 4Example 4

균질한 철 촉매를 사용한 클로로페놀의 습식 산화Wet oxidation of chlorophenol using homogeneous iron catalysts

클로로페놀의 철 촉매화 및 비-촉매화 산화를 150℃에서 온도에서의 90분 시간 동안 수행하였다. 데이타는 하기 표 4에 표로 나타내었다.Iron catalyzed and non-catalyzed oxidation of chlorophenol was carried out at 150 &lt; 0 &gt; C for 90 minutes at temperature. The data are tabulated in Table 4 below.

표 4Table 4

Figure pct00004
Figure pct00004

이러한 시험들은, pH 수준을 2.9에서 2.3으로 낮춤에 의한 철 촉매의 용해도의 증가가 약 7%에서 약 57%로의 TOC 파괴의 증가를 야기시키는 것을 나타내었다. 마찬가지로, pH 수준의 하향은 COD 파괴를 약 7.4%에서 약 68.1%로 증가시켰다. 데이타에서는, 심지어 pH 수준의 약간의 조정이 촉매 습식 산화 공정의 효율을 유의미하게 증가시키는 것을 지시한다.These tests have shown that increasing the solubility of the iron catalyst by lowering the pH level from 2.9 to 2.3 causes an increase in TOC breakdown from about 7% to about 57%. Similarly, the downward pH level increased the COD breakdown from about 7.4% to about 68.1%. In the data, even a slight adjustment of the pH level indicates a significant increase in the efficiency of the catalytic wet oxidation process.

실시예 5Example 5

구리 옥사이드 재순환 시험Copper oxide recirculation test

구리 촉매를 회수하기 위한 pH 조정을 평가하기 위한 비교 시험들을 수행하였다. 두 개 세트의 시험을 수행하였다. 제1 세트의 시험에서, 비-pH 조절 나프텐 소비 부식제를 200℃에서 120분 체류시간 및 구리 옥사이드로 첨가된 5000 mg/L의 구리와 함께 산화시켰다. 제2 세트의 시험을 120분 체류시간 및 구리 옥사이드로 첨가된 500 mg/L의 구리와 함께 200℃에서 pH 조절 나프텐 소비 부식제와 함께 수행하였다.Comparative tests were conducted to evaluate the pH adjustment to recover the copper catalyst. Two sets of tests were performed. In the first set of tests, the non-pH regulated naphthenic consumption caustic was oxidized at 200 DEG C with residence time of 120 minutes and 5000 mg / L of copper added with copper oxide. A second set of tests was conducted with pH controlled naphthenic consumption caustics at 200 DEG C with copper retention time of 120 minutes and 500 mg / L of copper added with copper oxide.

각 세트의 시험을 하기와 같이 동일한 조건들 하에서 수행하였다. 나프텐 소비 부식제의 샘플을 산화시켜 산화된 유출액을 형성시켰다. 산화된 유출액을 소듐 하이드록사이드를 사용하여 약 8.5로 pH 조정하고, 원심분리하였다. 상청액의 일부를 제거하고, 구리 옥사이드를 함유한 나머지 유출액을 희석수로서 다시 재순화시키고, 후속 산화를 위해 새로운 공급물과 조합하였다. 각 실행은 여러 차례 반복하였으며, 여기서 초기 공급물의 산화는 구리 옥사이드를 함유한 제1 재순환된 유출액을 야기시켰으며, 이를 새로운 공급물과 조합하고, 산화시켜, 구리 옥사이드를 함유한 제2 재순환된 유출액을 야기시켰다. 각 재순환물을 산화를 위해 새로운 공급물과 조합하고, 사이클의 수에 대한 후속 재순환물의 형성은 표 5 및 표 6에 명시되어 있다.Each set of tests was performed under the same conditions as described below. A sample of naphthenic consumption caustic was oxidized to form an oxidized effluent. The oxidized effluent was pH adjusted to about 8.5 using sodium hydroxide and centrifuged. A portion of the supernatant was removed and the remaining effluent containing copper oxide was re-refilled with dilution water and combined with fresh feed for subsequent oxidation. Each run was repeated several times wherein oxidation of the initial feed resulted in a first recycled effluent containing copper oxide which was combined with a fresh feed and oxidized to form a second recycled effluent containing copper oxide . Each recycle is combined with a fresh feed for oxidation and the formation of a subsequent recycle to the number of cycles is specified in Tables 5 and 6.

각 재순환 반복에 대한 COD 및 TOC 파괴를 두 가지의 상이한 방법에서 계산하였다. 제1 방법은 오토클레이브에서 배치된 공급 혼합물을 기초로 한 것이었다. 이전 실행으로부터의 산화된 유출액을 사용하여 수용된 소비 부식제로서 희석시켰기 때문에, 공급물 COD를 산화된 유출액에 대한 새로운 공급물의 비율을 사용하여 계산하였다. 제2 방법은 수용시 공급물을 기초로 한 것이고, "COD 파괴-전체"로서 나열되어 있다. 산화된 유출액이 희석을 위한 WAO 시스템으로 회수되었기 때문에, 추가 물이 전체 COD를 낮추는 시스템에 첨가되지 않았다.The COD and TOC breaks for each recycle loop were calculated in two different ways. The first method was based on the feed mixture placed in the autoclave. Because the oxidized effluent from the previous run was diluted as the consumed caustic that was received, the feed COD was calculated using the ratio of fresh feed to oxidized effluent. The second method is based on feed upon ingestion and is listed as "COD Destruction - Entire ". Since the oxidized effluent was recovered to the WAO system for dilution, the addition was not added to the system to lower total COD.

비-pH 조절 및 pH 조절 재순환에 대한 결과들은 각각 표 5 및 표 6에 보고되었다.Results for non-pH and pH controlled recirculation are reported in Tables 5 and 6, respectively.

표 5Table 5

Figure pct00005
Figure pct00005

표 5에 기술된 바와 같이, 산화된 유출액의 pH를 약 8.5로의 조정 후, 원심분리로의 침강은 재순환 1에서 22.9 mg/L 가용성 구리를 회수하였으며, 이는 이후에 추가 산화를 위해 새로운 공급물과 조합되었다. 가용성 구리를 함유한 재순환된 유출액의 pH는 새로운 공급물과 조합되기 전에 산 또는 염기로 추가로 조절되지 않았다.After adjustment of the pH of the oxidized effluent to about 8.5, as described in Table 5, sedimentation by centrifugation recovered 22.9 mg / L soluble copper in recycle 1, which is then used for further oxidation Were combined. The pH of the recycled effluent containing soluble copper was not further controlled with acid or base prior to combining with the fresh feed.

각 재순환에서 회수된 가용성 구리의 양은 각 반복에서 재순환 3에서 55.5 mg/L로 증가되었다. 3회의 재순환 반복 후에, 산화/재순환 시스템은 88.1%의 전체 COD 파괴 효율을 야기시키는 51.8%의 오토클레이브 COD 파괴 효율과 함께 정류 상태 조건에 도달하기 시작하였다. 오토클레이브 TOC 파괴 효율은 재순환 3에서 81.2%의 전체 TOC 파괴 효율과 함께 각 반복에 따라 8.8%에서 38.3%로 증가하였다. 이러한 결과는, 구리 촉매를 함유한 산화된 유출액의 pH 조절이 산화 시스템에 첨가될 새로운 촉매의 양을 감소시킬 수 있는 산화 시스템에 다시 유도될 수 있는 가용성 구리를 함유한 재순환된 유출액을 형성시킬 수 있음을 나타낸다.The amount of soluble copper recovered in each recycle was increased from recycle 3 to 55.5 mg / L in each iteration. After three recirculation cycles, the oxidation / recirculation system began to reach a steady state condition with an autoclave COD destruction efficiency of 51.8%, resulting in a total COD destruction efficiency of 88.1%. The autoclave TOC destruction efficiency increased from 8.8% to 38.3% with each repetition with a total TOC destruction efficiency of 81.2% in recycle 3. These results show that the pH control of the oxidized effluent containing copper catalyst can form a recycled effluent containing soluble copper that can be redirected to the oxidation system which can reduce the amount of fresh catalyst to be added to the oxidation system .

표 6Table 6

Figure pct00006
Figure pct00006

표 6에 나타낸 바와 같이, 약 8.5로의 산화된 유출액의 pH의 조정 이후 원심분리로의 침강은 재순환 1에서 152 mg/L 가용성 구리를 회수하였고, 이는 이후에 추가 산화를 위한 새로운 공급물과 조합되었다. 새로운 공급물과 조합하기 전에, 각 재순환 1 내지 5를 명시된 바와 같은 산으로 pH 조정하였다. 가용성 구리의 양은 각 재순환에서 재순환 1에서 재순환 3으로 152 mg/L에서 354 mg/L로 증가하였으며, 이는 60℃에서 침전 후 약 8.5 대신에 8로의 산화된 유출액의 pH 조정의 결과인 재순환 4는 14.7 mg/L에서 유의미하게 덜 낮은 가용성 구리를 나타내었으며, 다시 약 8.5로의 산화된 유출액의 pH 조절을 나타내는 후속 재순환 5는 289 mg/L로의 가용성 구리에서의 현저한 증가를 나타내었다.As shown in Table 6, sedimentation by centrifugation after adjustment of the pH of the oxidized effluent to about 8.5 recovered 152 mg / L soluble copper in recycle 1, which was subsequently combined with fresh feed for further oxidation . Prior to combining with the fresh feed, each recycle 1 to 5 was pH adjusted with an acid as specified. The amount of soluble copper was increased from 152 mg / L to 354 mg / L in recycle 1 to recycle 3 in each recycle, which is the result of the pH adjustment of the oxidized effluent to 8 instead of 8.5 after precipitation at 60 ° C Showed a significantly lower soluble copper at 14.7 mg / L, and a subsequent recycle 5 showing pH control of the oxidized effluent to about 8.5 again showed a significant increase in soluble copper at 289 mg / L.

표 6에 나타낸 바와 같이, 공급물에 산의 첨가 및 각 재순환 1 내지 5에 산의 후속 첨가는 시스템이 pH 조절이 재순환에서 이루어지지 않는 경우 보다는 정류 상태에 도달하게 하였다. pH 조절 공급물과 함께 수행된 재순환 시험은 정류 상태 조건이 2회의 재순환 반복 후에 도달되었음을 나타내었다. 전체 TOC 파괴 효율은 두 사이클 후에 90.2% 내지 89.6%에서 안정화되었다. 마찬가지로, 전체 COD 파괴 효율은 2 사이클 후에 약 94%에서 안정화되었다.As shown in Table 6, the addition of acid to the feed and the subsequent addition of acid to each recycle 1 to 5 allowed the system to reach a steady state rather than a pH adjustment not being made in recirculation. The recirculation test carried out with the pH control feed indicated that the steady-state conditions were reached after two cycles of recycle. The overall TOC breaking efficiency stabilized at 90.2% to 89.6% after two cycles. Similarly, the overall COD breaking efficiency stabilized at about 94% after two cycles.

유사하게, 공급물에 산의 첨가, 및 각 재순환 1 내지 5에 산의 후속 첨가는 pH 조절이 재순환에 이루어지지 않는 것 보다 높은 TOC 및 COD 파괴 효율을 야기시킨다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 각 재순환에 산의 첨가는 각 재순환에 산의 첨가 없이 대략 81%의 파괴 효율과 비교하여 전체 TOC 파괴 효율을 대략 90%로 증가시켰다. 유사하게, 각 재순환에 산의 첨가는 전체 COD 파괴 효율을, 각 재순환에 산의 첨가에서 대략 72%와 비교하여 대략 88%로 증가하였다. 재순환에 황산의 첨가는 재순환의 pH를, 구리 촉매가 더욱 가용성인 범위가 되게 하였으며, 이러한 증가된 수준의 가용성 구리는 파괴 효율을 증가시키기 위해 후속 산화 사이클에서 이용 가능하였다.Similarly, the addition of an acid to the feed, and subsequent addition of acid to each recycle 1 to 5, results in higher TOC and COD destruction efficiencies than pH control is not achieved in the recycle. As shown in Table 6, the addition of acid to each recycle increased the overall TOC destruction efficiency to approximately 90% compared to a fracture efficiency of approximately 81% without the addition of acid to each recycle. Similarly, the addition of acid to each recycle increased the overall COD destruction efficiency to approximately 88% compared to approximately 72% in the addition of acid to each recycle. The addition of sulfuric acid to the recycle allowed the pH of the recycle to be in a range where the copper catalyst was more soluble, and this increased level of soluble copper was available in subsequent oxidation cycles to increase the destruction efficiency.

재순환의 pH 조절과 함께 시험 실행 및 이의 없는 시험 실행 둘 모두에 대하여, WAO 유닛으로 역으로 산화된 유출액 및 촉매를 재순환시키는 다른 장점은 성분들을 산화시키는 것을 더욱 어렵게 하기 위해 체류 시간을 증가시켰다는 것이다. 체류 시간은 첨가된 희석수의 양으로 비례하여 연장되었으며, 즉, 희석수가 더욱 많이 요망되는 경우에, 체류 시간이 더욱 길어진다. 재순환 시험으로부터의 결과는, 이러한 증가된 체류 시간이 산화에 대해 초기에 내성인 성분들의 일부를 파괴하는데 효과적이었음을 나타내었다. 수용시 COD를 260,000 mg/L에서 대략 40,000 mg/L로 감소시키기 위해 오토클레이브에서 대량의 희석을 사용하는 것이 필수적이기 때문에, 성분들을 산화시키기에 어려운 체류 시간은 또한 매우 높았다.Another advantage of recirculating the deoxidized effluents and catalysts to the WAO unit, both for test runs with and without pH control of the recycle, is that the residence time is increased to make it more difficult to oxidize the components. The residence time is prolonged proportionally to the amount of diluted water added, i.e., if the dilution water is more desired, the residence time becomes longer. The results from the recycling test indicated that this increased residence time was effective in destroying some of the components that were initially tolerant to oxidation. The residence time, which is difficult to oxidize the components, was also very high, as it was necessary to use large amounts of dilution in the autoclave to reduce COD from 260,000 mg / L to approximately 40,000 mg / L on in situ.

실시예 6Example 6

균질한 구리 촉매를 사용한 습식 산화 공정Wet oxidation process using homogeneous copper catalyst

벤치 스케일 습식 산화 시험을 다양한 pH 수준(pH=2.2, 2.9, 4.3, 4.7, 8.1, 및 11.5)에서 아세트산의 산화에 대한 구리 촉매의 효과를 측정하기 위해 280℃에서 그러한 온도에서 60분 시간 동안 수행하였다. 데이타를 하기 표 7에 나타내었다.The bench scale wet oxidation test was conducted at 280 캜 for 60 minutes at such temperature to determine the effect of the copper catalyst on the oxidation of acetic acid at various pH levels (pH = 2.2, 2.9, 4.3, 4.7, 8.1 and 11.5) Respectively. The data are shown in Table 7 below.

표 7Table 7

Figure pct00007
Figure pct00007

결과들은, 일반적으로 낮은 pH 수치(산성 pH 수치)에서, pH가 증가함에 따라 구리 촉매의 용해도가 감소됨을 나타내었다. 또한, 아세트산 파괴 정도는 또한 pH가 증가함에 따라 감소되었다. 이러한 데이타는 실시예 1로부터 얻어진 결론들, 즉 주로 구리 용해도가 아세트산의 산화를 실질적으로 증가된 것을 추가로 확인한다. 본 실시예에 기술된 바와 같이, 산화 공정은 광범위한 pH 수치 하에서 구리 촉매의 존재에 의해 향상된다. 구리 촉매는 약 2 내지 약 4 범위, 또는 약 4.5의 낮은 pH 수치에서 습식 공기 산화 공정에서 수성 혼합물에서의 요망되지 않는 성분들의 산화를 향상시킬 수 있다.The results showed that at lower pH values (acidic pH values), the solubility of the copper catalyst decreased with increasing pH. In addition, the degree of acetic acid destruction was also decreased with increasing pH. These data further confirm that the conclusions obtained from Example 1, i.e. mainly copper solubility, substantially increased the oxidation of acetic acid. As described in this example, the oxidation process is enhanced by the presence of a copper catalyst under a wide range of pH values. The copper catalyst can improve the oxidation of undesired components in the aqueous mixture in a wet air oxidation process at a low pH value of about 2 to about 4, or about 4.5.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "복수"는 2개 이상의 항목 또는 구성요소를 지칭한다. 용어 "포함하는", "담지하는", "갖는", 및 "함유하는"은, 이것이 기술된 설명에 존재하든 청구범위 등에 존재하든, 비제한적인 용어이며, 즉 이는 "포함하나 이로 제한되지 않는"을 의미한다. 따라서, 이러한 용어의 사용은, 그 후에 열거된 항목, 및 그의 등가물, 뿐만 아니라 추가의 항목을 포괄하도록 의도된다. 단지 전환 어구인 "~로 이루어진" 및 "필수적으로 포함하는"은 청구범위에 대하여 각각 제한적인 또는 반-제한적인 전환 어구이다. As used herein, the term " plurality "refers to two or more items or components. The terms " comprising, "" carrying," "having ", and" containing "are non-limiting terms whether they are present in the description or in the claims, ". Accordingly, the use of such terms is intended to encompass the items listed thereafter, and equivalents thereof, as well as additional items. The transitional phrases " consisting of "and" essentially comprising "are each a restrictive or semi-restrictive phrase for the claims.

청구범위에서 청구 요소를 수식하는 "제1," "제2," "제3" 등의 서수 용어의 사용은, 그 자체로 하나의 청구 요소의 또 다른 청구 요소에 대한 임의의 우선성, 선행성, 또는 순서, 또는 방법의 행위가 수행되는 일시적 순서를 함축하지 않으며, 이들은 (서수 용어의 사용을 제외하고는), 청구 구성요소를 구별하기 위해, 단지 특정 명칭을 갖는 하나의 청구 요소를 동일한 명칭을 갖는 또 다른 요소와 구별하기 위한 라벨로서 사용되는 것이다.The use of ordinal terms such as " first, "" second," " third, "or the like, in modifying the claim element in the claims is intended to encompass any prior claim, Does not imply a temporal order in which the acts of an order, gender, order, or method are carried out, and they (except for the use of ordinal terms) It is used as a label to distinguish it from another element having a name.

당업자는 본원에 기술된 파라미터 및 구성이 예시적인 것이며 실제 파라미터 및/또는 구성이 본 발명의 시스템 및 기술이 사용되는 특정 적용에 의존적인 것임을 인식할 것이다. 당업자는 또한, 본 발명의 특정 구체예에 대해 균등한, 단지 일상적인 실험들을 이용하여 인지할 것이거나 확인할 수 있다. 이에 따라, 본원에 기술된 구체예가 단지 일 예로서 제시되며, 첨부된 청구범위 및 이에 대한 균등물 내에서, 본 발명이 달리 상세하게 기술된 처럼 실행될 수 있는 것으로 이해될 것이다.Those skilled in the art will recognize that the parameters and configurations described herein are exemplary and that actual parameters and / or configurations are dependent upon the particular application for which the systems and techniques of the present invention are used. Those skilled in the art will also recognize or be able to ascertain using equivalent, everyday routine experimentation, specific embodiments of the invention. Accordingly, it is to be understood that the embodiments described herein are presented by way of example only, and that the invention may be practiced as otherwise specifically described within the appended claims and their equivalents.

Claims (20)

촉매가 실질적으로 가용성인 제1 범위 내의 pH에서 그리고 상승된 온도 및 대기압초과 압력(superatmospheric pressure)에서, 처리될 하나 이상의 요망되지 않는 성분을 함유하는 수성 혼합물을 촉매 및 산화제와 접촉시켜 습식 산화 반응기 내에서 하나 이상의 요망되지 않는 성분을 처리하고 습식 산화 반응기 내에서 산화된 수성 혼합물을 형성시키고;
오로지 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을, 침전된 촉매를 형성시키기 위한 제2 범위 내의 pH로 조정함으로써 촉매의 일부 또는 전부를 침전시키고;
침전된 촉매의 일부 또는 전부를 재순환시켜 수성 혼합물과 접촉시키는 것을 포함하는, 촉매 습식 산화 방법(catalytic wet oxidation process).
Contacting the aqueous mixture containing the at least one undesired component to be treated with the catalyst and the oxidizing agent at a pH within the first range where the catalyst is substantially soluble and at elevated temperature and superatmospheric pressure, Treating the at least one undesired component and forming an oxidized aqueous mixture in the wet oxidation reactor;
Precipitating some or all of the catalyst by adjusting the pH level of the oxidized aqueous mixture to a pH in the second range for forming the precipitated catalyst;
A catalytic wet oxidation process comprising recycling some or all of the precipitated catalyst to the aqueous mixture.
제1항에 있어서, pH의 제1 범위 및 pH의 제2 범위가 중첩되지 않는 방법.The method of claim 1, wherein the first range of pH and the second range of pH do not overlap. 제2항에 있어서, 촉매가 구리를 포함하며, pH의 제1 범위가 약 4 미만 및 약 12 초과로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.3. The process of claim 2, wherein the catalyst comprises copper and the first range of pH is selected from the group consisting of less than about 4 and greater than about 12. 제3항에 있어서, pH의 제2 범위가 약 6 내지 약 12인 방법.4. The method of claim 3, wherein the second range of pH is from about 6 to about 12. 제1항에 있어서, 촉매의 일부 또는 전부를 침전시키는 것이
제1 정화기(first clarifier)에서 러프 정화(rough clarification)를 수행하여 제1 상청액, 및 가용성 촉매를 포함하는 제1 분리된 용액을 형성시키고,
제1 분리된 용액의 일부 또는 전부를 수성 혼합물과 접촉시키고,
제2 정화기에서 제1 상청액의 일부 또는 전부를 침강시켜 촉매가 본질적으로 존재하지 않는 산화된 유출액 및 고형화된 촉매를 형성시키고,
제2 정화기로부터의 고형화된 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키고,
촉매가 본질적으로 존재하지 않는 산화된 유출액을 제2 정화기로부터 배출시키는 것을 포함하는 2 단계 촉매 침강 공정(two step catalyst settling process)으로 달성되는 방법.
The process according to claim 1, wherein precipitating part or all of the catalyst
Performing a rough clarification in a first clarifier to form a first separated solution comprising a first supernatant and a soluble catalyst,
Contacting some or all of the first separated solution with an aqueous mixture,
Precipitating some or all of the first supernatant in the second clarifier to form an oxidized effluent essentially free of catalyst and a solidified catalyst,
Contacting the solidified catalyst from the second clarifier with an aqueous mixture,
Wherein the process is accomplished by a two step catalyst settling process that includes discharging an oxidized effluent essentially free of catalyst from the second clarifier.
제5항에 있어서,
제2 정화기에서 제1 상청액의 일부 또는 전부를 침강시키기 전에 제1 상청액의 일부 또는 전부의 pH를 조정하고,
수용액과 접촉시키기 전에 제2 정화기로부터의 고형화된 촉매의 pH를 조정하는 것을 추가로 포함하는 방법.
6. The method of claim 5,
Adjusting the pH of part or all of the first supernatant before precipitating some or all of the first supernatant in the second clarifier,
Further comprising adjusting the pH of the solidified catalyst from the second clarifier prior to contact with the aqueous solution.
제1항에 있어서, 촉매가 바나듐을 포함하며, pH의 제1 범위가 약 4.5를 초과하는 방법.The method of claim 1, wherein the catalyst comprises vanadium and wherein the first range of pH is greater than about 4.5. 제1항에 있어서, 촉매가 철을 포함하며, pH의 제1 범위가 약 4 미만인 방법.The method of claim 1, wherein the catalyst comprises iron and the first range of pH is less than about 4. 습식 산화 유닛(wet oxidation unit);
습식 산화 유닛에 유체적으로 연결된 하나 이상의 요망되지 않는 성분을 포함하는 수성 혼합물의 소스(source);
습식 산화 유닛에 유체적으로 연결되고 수성 혼합물의 소스와 습식 산화 유닛 사이에 정위된 수성 혼합물에 가용성인 촉매의 소스로서, 수성 혼합물이 촉매가 실질적으로 가용성인 제1 범위 내의 pH를 갖는 촉매의 소스;
습식 산화 유닛에서 형성된 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하도록 구성된 센서(sensor);
제1 범위 내의 pH 수준을 나타내는 pH 센서에 반응하여, 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 촉매가 실질적으로 불용성인 제2 범위 내의 pH로 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성된, pH 센서와 소통하는 pH 제어기;
습식 산화 유닛의 다운스트림에 그리고 pH 제어기의 다운스트림에서 직접 유체 소통하고 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH의 조정에 의해 촉매의 일부 또는 전부를 침전시키도록 구성된 분리기(separator); 및
분리기의 유출구에 그리고 촉매의 소스 중 하나 이상의 유입구 및 습식 산화 시스템으로의 유입구에 유체적으로 연결된 재순환 라인(recirculation line)을 포함하는, 촉매 습식 산화 시스템(catalystic wet oxidation system).
A wet oxidation unit;
A source of an aqueous mixture comprising at least one undesired component fluidly coupled to the wet oxidation unit;
As a source of a catalyst that is fluidly coupled to a wet oxidation unit and is soluble in an aqueous mixture that is positioned between the source of the aqueous mixture and the wet oxidation unit, the aqueous mixture comprises a source of a catalyst having a pH in a first range wherein the catalyst is substantially soluble ;
A sensor configured to detect a pH level of the oxidized aqueous mixture formed in the wet oxidation unit;
In communication with a pH sensor configured to generate a control signal to adjust a pH level of the oxidized aqueous mixture to a pH within a second range in which the catalyst is substantially insoluble, in response to a pH sensor exhibiting a pH level within the first range pH controller;
A separator configured to communicate fluid directly downstream of the wet oxidation unit and downstream of the pH controller and to precipitate some or all of the catalyst by adjusting the pH of the oxidized aqueous mixture only; And
A catalystic wet oxidation system comprising a recirculation line fluidly connected to an outlet of the separator and to an inlet to at least one of the sources of the catalyst and an inlet to the wet oxidation system.
제9항에 있어서, 분리기 및 습식 산화 유닛 중 하나 이상의 다운스트림에 정위되고 이에 유체적으로 연결된 알칼리 화합물의 소스를 추가로 포함하는 시스템.10. The system of claim 9, further comprising a source of an alkaline compound that is positioned and fluidically coupled to the downstream of at least one of the separator and the wet oxidation unit. 제9항에 있어서, 분리기 및 습식 산화 유닛 중 하나 이상의 다운스트림에 정위되고 이에 유체적으로 연결된 산의 소스를 추가로 포함하는 시스템.10. The system of claim 9, further comprising a source of acid which is located downstream and in fluid communication with at least one of the separator and the wet oxidation unit. 제9항에 있어서, 촉매가 구리를 포함하며, pH의 제1 범위가 6 미만 및 약 12 초과로 이루어진 군으로부터 선택된 시스템.10. The system of claim 9 wherein the catalyst comprises copper and wherein the first range of pH is less than 6 and greater than about 12. 제12항에 있어서, 분리기에서 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하도록 구성된 pH 제어기와 소통하는 제2 pH 센서를 추가로 포함하며, pH 제어기가 분리기에서의 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 약 6 내지 약 12 범위 내로 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 추가로 구성되는 시스템.13. The method of claim 12, further comprising a second pH sensor in communication with a pH controller configured to detect a pH level of the oxidized aqueous mixture in the separator, wherein the pH controller adjusts the pH level of the oxidized aqueous mixture in the separator to about 6 &Lt; / RTI &gt; to about &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 12. &Lt; / RTI &gt; 제9항에 있어서, 산화된 수성 혼합물을 정화시킴으로써 폐기물(reject)을 형성시키도록 구성된 분리기의 업스트림에 그리고 이에 유체적으로 연결된 정화기를 추가로 포함하는 시스템.10. The system of claim 9, further comprising a clarifier coupled to and upstream of the separator configured to purify the oxidized aqueous mixture to form a reject. 제14항에 있어서, 습식 산화 유닛의 업스트림에 그리고 이와 유체 소통하는 시스템에서의 위치에 폐기물의 일부 또는 전부를 이송시키고 하나 이상의 요망되지 않는 성분을 포함하는 수성 혼합물과 폐기물을 접촉시키도록 구성된 도관을 추가로 포함하는 시스템.15. The method of claim 14, further comprising: providing a conduit configured to transfer some or all of the waste to a location upstream of and in fluid communication with the wet oxidation unit and to contact the waste with an aqueous mixture comprising at least one undesired component Further included systems. 제9항에 있어서, 실질적으로 모든 촉매가 회수되는 시스템.10. The system of claim 9, wherein substantially all of the catalyst is recovered. 제9항에 있어서, 재순환 라인과 유체적으로 연결된 pH 조절제(pH adjuster)의 소스를 추가로 포함하는 시스템.10. The system of claim 9, further comprising a source of a pH adjuster fluidly connected to the recycle line. 제17항에 있어서, 재순환 라인에서 수성 혼합물의 pH 수준을 탐지하기 위해 구성된, pH 제어기와 소통하는 제3 pH 센서(third pH sensor)를 추가로 포함하며, pH 제어기가 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 범위를 벗어난 pH 수준을 나타내는 제3 pH 센서에 반응하여 재순환 라인에서 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 추가로 구성된 시스템.18. The method of claim 17, further comprising a third pH sensor in communication with a pH controller configured to detect a pH level of the aqueous mixture in the recycle line, wherein the pH controller has a predetermined pH solubility And to generate a control signal to adjust the pH level of the aqueous mixture in the recycle line in response to a third pH sensor exhibiting a pH level outside the range. 제9항에 있어서, 촉매가 철을 포함하며, pH의 제1 범위가 약 4 미만인 방법.10. The process of claim 9 wherein the catalyst comprises iron and the first range of pH is less than about 4. & pH 센서와 소통하는 제어기를 갖는 pH 모니터링 시스템(pH monitoring system)을 제공하는 것을 포함하는 촉매 습식 산화 방법에서 사용되는 촉매의 재순환을 촉진시키는 방법으로서, 제어기가 촉매에 대한 사전결정된 pH 용해도 범위 내에서 pH 수준을 나타내는 pH 센서에 반응하여 촉매 습식 산화 방법에서 형성된 산화된 수성 혼합물의 pH 수준을 조정하고 오로지 산화된 수성 혼합물의 pH의 조정에 의해 침전시키기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성된 방법.A method for promoting recirculation of a catalyst used in a catalytic wet oxidation method comprising providing a pH monitoring system having a controller in communication with a pH sensor, the method comprising the steps of: and to generate a control signal to adjust the pH level of the oxidized aqueous mixture formed in the catalytic wet oxidation method in response to the pH sensor indicating the pH level and to precipitate only by adjusting the pH of the oxidized aqueous mixture.
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