TWI751311B - 低風險的二氧化氯現場產生系統 - Google Patents

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Abstract

本發明大體上係關於產生二氧化氯。揭示二氧化氯反應器、用於產生二氧化氯及處理水系統之方法。所述反應器可包含混合裝置、與所述混合裝置流體連通之第一進料管線及與所述混合裝置流體連通之第二進料管線。所述反應器可包含與所述混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分。所述混合裝置、所述反應器、所述第一進料管線之一部分及所述第二進料管線之一部分可安置在所述動力水位線內。

Description

低風險的二氧化氯現場產生系統
本發明大體上係關於產生二氧化氯。更特定言之，本發明係關於二氧化氯反應器及產生二氧化氯及處理水系統之方法。
隨著作為殺微生物劑之氣態氯的下降，已研究各種替代方案；包含漂白，用溴化物、溴-氯二甲基乙內醯脲、臭氧及二氧化氯(ClO2)漂白。其中，二氧化氯已關於在多種不同行業中控制微生物生長產生了大量興趣，所述行業包含乳品業、飲料業、紙漿及造紙業、水果及蔬菜加工業、各種罐頭廠、家禽業、牛肉加工業及混雜的其他食品加工應用。由於二氧化氯針對特定環境有害的廢物材料，包含酚、硫化物、氰化物、硫代硫酸鹽及硫醇之選擇性，亦在城市飲用水處理設施及工業廢物處理設施中可見其增加的使用。另外，二氧化氯正在石油及天然氣產業中用於井下應用，作為井增產添加劑。
不同於氯，二氧化氯在溶解於水溶液中時仍為氣體且不電離以形成弱酸。此特性至少部分造成二氧化氯經寬pH範圍之殺生物有效性。此外，二氧化氯經寬pH範圍在低至0.1百萬分率(ppm)之濃度下為高度有效的殺微生物劑。
咸信二氧化氯之殺生物活性係歸因於其穿透細菌細胞壁且與細胞質內之必需胺基酸反應以破壞細胞代謝之能力。此機制比在接觸時之其他氧 化劑更高效且對於軍團菌屬(legionella)、藻類及變形蟲囊腫、梨形鞭毛蟲屬(giardia)囊腫、大腸菌群(coliforms)、沙門氏菌屬(salmonella)、志賀桿菌屬(shigella)及隱胞子蟲屬(cryptosporidium)高度有效。
不幸的是，二氧化氯在溶液中不穩定，具有極短存放期，且因此不可商購。二氧化氯溶液通常必須在其使用點產生，諸如藉由含金屬氯酸鹽或金屬綠泥石之水溶液與液相強酸之間的反應。然而，使用液相強酸引起處理問題及安全問題。
使用氯酸鹽、過氧化氫及酸產生二氧化氯會產生熱且可在不恰當地控制溫度的情況下導致二氧化氯的無意的爆炸分解。
在一些實施例中，揭示產生二氧化氯之方法。所述方法可包含將包括酸之第一溶液經由第一進料管線饋入至混合裝置中；將包括綠泥石之第二溶液經由第二進料管線饋入至混合裝置中；在混合裝置中混合第一溶液及第二溶液以形成反應混合物；將反應混合物饋入至反應器中；使酸與綠泥石在反應器中反應，其中反應器包括與混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分；及在反應器之遠端部分處混合二氧化氯與動力水位線中之動力水。混合裝置與反應器流體連通，且混合裝置、反應器、第一進料管線之一部分及第二進料管線之一部分安置在動力水位線內。
在一些實施例中，酸為鹽酸、磷酸、硫酸、次氯酸或其任何組合。
在其他實施例中，揭示一種產生二氧化氯之方法。所述方法可包含將包括酸之第一溶液經由第一進料管線饋入至混合裝置中；將包括綠泥石之第二溶液經由第二進料管線饋入至混合裝置中；在混合裝置中混合第一溶液及第二溶液以形成反應混合物，其中混合裝置與反應器流體連通；將反應混合物饋 入至反應器中；使酸、氯酸鹽及過氧化氫在反應器中反應，其中反應器包括與混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分，其中混合裝置、反應器、第一進料管線之一部分及第二進料管線之一部分安置在動力水位線內；及在反應器之遠端部分處混合二氧化氯與動力水位線中之動力水。
在一些實施例中，酸為硫酸。
在其他實施例中，揭示一種處理製程水之方法。所述方法可包含產生如本文所述之二氧化氯及將二氧化氯及動力水注入至製程水中。
在一些實施例中，動力水位線包含至少兩個縱向通道，動力水可流經所述縱向通道。
在一些實施例中，反應混合物在反應器中之駐留時間為至少約0.1分鐘，且前驅體速度為至少約25cm/min，其中前驅體速度為第一及第二溶液之速度。
在一些實施例中，本文所描述之方法可包含藉由動力水冷卻混合裝置及反應器。
在一些實施例中，本文所描述之方法可包含以介於約0.001磅/小時至約20磅/小時範圍內的速率產生二氧化氯。
在一些實施例中，本文所描述之方法可包含在約2℃至約80℃範圍內之溫度下操作反應器。
在一些實施例中，所述方法可包含使用選自二氧化氯傳感器、氧化及還原電位、流量計、微生物量測及其任何組合之量測來確定製程水中之二氧化氯需求。
在一些實施例中，冷卻塔包括製程水。
在其他實施例中，揭示一種產生二氧化氯之反應器。反應器可包含混合裝置；與混合裝置流體連通之第一進料管線；與混合裝置流體連通之第二 進料管線；包括與混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分的反應器；其中混合裝置、反應器、第一進料管線之一部分及第二進料管線之一部分安置在動力水位線內。
在一些實施例中，反應器包含盤管平面角度為約l度至約60度之盤繞組態。
在一些實施例中，第一進料管線及第二進料管線彼此相對且彼此針對。
在一些實施例中，反應器包含至少一個接觸區，其中所述接觸區包括比反應器之內徑大至少兩倍的內徑。
在一些實施例中，反應器係在大約等於或大於大氣壓之壓力下操作。大氣壓包含介於約101.3kPa至約33.7kPa範圍內之壓力。在一些實施例中，反應器係在約101.3kPa之壓力下操作。
前文已相當廣泛地概述本發明之特徵及技術優點，以便可更好理解下文之實施方式。下文將描述本發明之額外特徵及優點，其形成本發明之申請專利範圍之主題。熟習此項技術者應瞭解，所揭示之概念及特定實施例可易於用作修改或設計用於實現本發明之相同目的之其他實施例的基礎。熟習此項技術者亦應意識到，此類等效實施例不脫離如在所附申請專利範圍中所闡述的本發明之精神及範疇。
10:槽
11:第一進料管線
12:第二進料管線
13:水位線
14:動力進料管線
15:二氧化氯混合器及反應器
16:製程水
17:泵
18:熱交換器
19:冷卻塔
20:混合裝置
21:反應器
22:近端部分
23:遠端部分
24:動力水位線
25:二氧化氯進料管線
30:接觸區
40:第一進料管線
41:第二進料管線
50:盤管平面角
51:捲徑
60:外通道
61:內通道
70:產物進料管線
71:閥
72:流量計
73:泵
下文特定參考圖式描述本發明之實施方式，在所述圖式中：圖1顯示藉由現場產生二氧化氯處理冷卻塔水之方法之實施例的概念圖；圖2顯示二氧化氯混合器及反應器之實施例；圖3顯示二氧化氯混合器及反應器之實施例； 圖4顯示二氧化氯混合器及反應器之實施例的剖視圖；圖5顯示盤管之實施例；圖6顯示動力水位線及反應器之實施例的剖視圖；且圖7展示藉由現場產生二氧化氯處理冷卻塔水及其他目標之方法之實施例的概念圖。
參看圖式在下文描述各種實施例，其中相同組件一般由相同數字指代。實施例之各種組件的關係及功能可以參考以下實施方式更好地理解。然而，實施例不限於圖式中所說明之彼等。應理解，圖式不一定按比例，且在某些情況下，可能省去對於本文所揭示之實施例的理解非所需之細節，諸如習知製造及組裝。
傳統地，排泄器使用減壓自反應器抽出二氧化氯溶液。減壓係藉由將動力水饋送通過排泄器產生；然而，必須小心地控制動力水之質量及數量以避免產生改變的壓力。改變的壓力可導致二氧化氯生產中之低效率。
在本發明之一些實施例中，揭示用於處理製程水之方法。所述方法可包含將包括酸之第一溶液經由第一進料管線饋入至混合裝置中且將包括氯酸鹽及過氧化氫之第二溶液經由第二進料管線饋入至混合裝置中。第一及第二溶液可接著在混合裝置中混合以形成反應混合物。反應器可與混合裝置流體連通。在混合之後，反應混合物可饋入至反應器中。酸、氯酸鹽及過氧化氫可在反應器中反應，藉此產生二氧化氯。反應器可包含與混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分。混合裝置、反應器、第一進料管線之一部分及第二進料管線之一部分可安置在動力水位線內。當反應混合物離開反應器時，反應混合物可在反應器之遠端部分處與動力水位線中之動力水混合。混合的 二氧化氯及動力水可注射至製程水中。
在一些實施例中，第一溶液可由硫酸及水組成或包括硫酸及水，其中硫酸濃度範圍介於約50重量%至約98重量%。第一溶液中之硫酸濃度可為約78%。在一些實施例中，第二溶液可包括氯酸鹽、過氧化氫及水或由其組成。第二溶液可包括濃度在約25重量%至約60重量%範圍內之氯酸鹽。第二溶液中之氯酸鹽的濃度可為約40重量%。第二溶液中之過氧化氫的濃度可在約2重量%至約30重量%範圍內。第二溶液中之過氧化氫的濃度可為約8重量%。在一些實施例中，酸可為硫酸且氯酸鹽可為氯酸鈉。
在一些實施例中，第一溶液可由鹽酸及水組成或包括鹽酸及水，其中鹽酸濃度範圍介於約5重量%至約38重量%。第一溶液中之鹽酸濃度可為約37%。在一些實施例中，第二溶液可由綠泥石及水組成或包括綠泥石及水。第二溶液之綠泥石濃度範圍可介於約5重量%至約60重量%。第二溶液中之綠泥石濃度可為約25重量%。在一些實施例中，綠泥石可為亞氯酸鈉。
在某些實施例中，至少兩個進料管線將前驅體化學品運載至混合裝置。前驅體可包含第一及第二溶液。在其他實施例中，第三進料管線可將水或其他化學品饋送至混合裝置。在一些實施例中，混合裝置之進料管線可由第一進料管線及第二進料管線組成。
在其他實施例中，所述方法可進一步包含藉由動力水冷卻混合裝置及反應器之步驟。穿過動力水位線之動力水可用以控制進料管線中之溶液的溫度及反應混合物之溫度。
在一些實施例中，反應器可包括盤繞組態，其可進一步增加混合及增強混合。具有盤繞組態之反應器可包含介於約1度至約60度範圍內的盤管平面角。在一些實施例中，盤管平面角可為約5度至約30度。具有盤繞組態之反應器可包含盤管直徑。盤管直徑可在約0.1吋至約16.0吋、約1吋至約16吋、約2吋至 約16吋、約2吋至約10吋或約2吋至約4吋範圍內。
在一些實施例中，動力水位線可包括至少兩個通道。通道可為縱向的。在一些實施例中，動力水位線可為雙密閉管。動力水位線可具有動力水可流經之內通道及外通道，且反應器可安置在內通道內。外通道中之動力水流動速率可不同於內通道中之動力水流動速率。內通道中之動力水流動速率可使得反應混合物之溫度控制在某一範圍內。反應混合物溫度可為約2℃至約80℃、約2℃至約70℃、約35℃至約70℃、約40℃至約70℃或約50℃至約70℃。反應混合物溫度可為約60℃。外通道中之動力水的溫度可不同於內通道中之動力水的溫度。外通道可含有具有足以將二氧化氯稀釋至安全濃度之流速的動力水，所述安全濃度諸如小於約3,000ppm、小於約2,000ppm、小於約1,500ppm、小於約1,000ppm、小於約750ppm、小於約500ppm、小於約250ppm、小於約100ppm或小於約50ppm。
在一些實施例中，第一進料管線及第二進料管線可彼此相對且彼此針對。以此組態，饋送通過第一及第二進料管線之溶液可碰撞且混合。
在一些實施例中，反應器可包含至少一個接觸區。在一些實施例中，反應器可包含至少兩個、三個、四個或更多個接觸區。在其他實施例中，接觸區可包括比反應器之內徑大至少約兩倍的內徑。在一些實施例中，接觸區可包括比反應器之內徑大至少約三倍、四倍或五倍之內徑。
在一些實施例中，酸、氯酸鹽及過氧化氫可在混合裝置中形成反應混合物。第一及第二溶液可經組合以形成反應混合物。使用氯酸鹽及過氧化氫之溶液與酸溶液反應之至少一個優勢為不產生氯氣。不存在氯氣提供更安全且經濟的方法。
在某些實施例中，反應混合物在反應器中之駐留時間可為至少約0.1分鐘。在一些實施例中，反應混合物在反應器中之駐留時間可為至少約1分鐘。 在其他實施例中，反應混合物可在反應器中駐留至少約3分鐘、至少約4分鐘、至少約5分鐘、至少約6分鐘、至少約7分鐘、至少約8分鐘、至少約9分鐘或至少約10分鐘。在一些實施例中，反應混合物在反應器中之駐留時間可為約3.8分鐘。駐留時間可藉由總反應器體積除以總前驅體流動速率計算。
在一些實施例中，前驅體(酸及氯酸鹽/過氧化氫或綠泥石)可以約25cm/min之流速饋入至混合裝置中。在一些實施例中，前驅體可以介於約20cm/min至約200cm/min、約20cm/min至約65cm/min或約20cm/min至約50cm/min之範圍內之流速饋入至混合裝置中。在一些實施例中，前驅體速度可為約25cm/分鐘、約50cm/分鐘或約65cm/min。前驅體速度可藉由總前驅體流動速率除以反應器之截面積計算。
在其他實施例中，反應器可在大約等於或大於大氣壓之壓力下操作。
在一些實施例中，方法可包含使用排泄器抽出二氧化氯。在一些實施例中，所揭示之方法不使用排泄器自反應器抽出二氧化氯。在一些實施例中，反應器不包括排泄器。
在一些實施例中，所述方法可包含在介於約2℃至約80℃之範圍內之溫度下操作反應器。在一些實施例中，所述方法可包含在約60℃之溫度下操作反應器。
在一些實施例中，動力水之溫度可介於約2℃至約80℃之範圍內。動力水溫度可在約15℃至約70℃、約30℃至約70℃、約40℃至約70℃、約40℃至約60℃或約50℃至約70℃範圍內。
在一些實施例中，所述方法可包含使用來自諸如二氧化氯傳感器之傳感器、氧化及還原電位、流量計、微生物量測或其任何組合之量測來確定製程水中之二氧化氯需求。在一些實施例中，二氧化氯可添加至冷卻塔中之製程 水。
在一些實施例中，二氧化氯可添加至水系統中。本發明不限於將二氧化氯添加至冷卻塔中之製程水。
在一些實施例中，所述方法可包含過程控制系統，所述過程控制系統包括可程式化邏輯控制器(PLC)、二氧化氯分析儀、壓力傳輸器(PT)及流量傳輸器(FT)，控制用於向反應器饋入化學品及用於動力水的進料泵。
在一些實施例中，所述方法可包含分配系統。分配系統可包含至少兩個獨立控制的投加點。分配系統可包含例如3、4、5、6、7或8個獨立控制的投加點。當不同ClO2生產設定點進入控制器中時，PLC自動計算及調節二氧化氯反應器的所需產量。分配系統可允許二氧化氯溶液直接自排放二氧化氯反應器分配至多個點，因此避免儲槽系統。分配系統可併有ClO2溶液泵及流量計及控制閥以管理各個投配點中之分配。
可用於所揭示之方法之流量計可為任何適合的流量計，諸如(但不限於)鉗夾或脈衝流量計。基於脈衝的流量計使用光學或磁性感測器偵測流動流體之動能且將其轉換為呈數位脈衝形式的電能。流動速率可藉由量測脈衝之週期來確定。
用以饋入第一及第二溶液之泵可與PLC連通。所述PLC亦可與置於產物進料管線上之任何泵連通。
在一些實施例中，反應器可與至少一個產物進料管線流體連通。泵可置於產物進料管線中之每一者上，或在一些實施例中，多個產物進料管線可共用單個泵。
在一些實施例中，本文所揭示之方法中之任一者可包含確定第一進料管線中之第一溶液的流動速率、第二進料管線中之第二溶液的流動速率、產物進料管線中之二氧化氯溶液的流動速率或動力水位線中之動力水的流動速 率。
在一些實施例中，可使用基於不同原理確定流動速率之至少兩個流量計來確定饋入至反應器中之任何溶液的流動速率，以確保饋入至反應器中之前驅體化學品的精確量。
在一些實施例中，本文所揭示之方法中之任一者可包含感測反應器壓力。在一些實施例中，產物進料管線可裝備有止回閥、流量計及進料泵。
在某些實施例中，本文所揭示之方法中之任一者可包含計算二氧化氯劑量。可使用第一溶液、第二溶液、動力水、產物進料管線中之二氧化氯溶液的流動速率及二氧化氯濃度來計算二氧化氯劑量。舉例而言，主線中之二氧化氯濃度可使用下式來計算：主線產物速率=(Fp+Fa+Fw-F產物線)×CClO2，其中Fp為過氧化氫及氯酸鹽之流動速率，Fa為酸之流動速率，Fw為動力水之流動速率，F產物線為連接至主線之任何產物進料管線中之流動速率的總和，且CClO2為二氧化氯之濃度。
可使用PLC設定多個警報及故障安全設定。舉例而言，可藉由監測流量計讀數與泵速率計算之間的差異來偵測泵問題。一些故障安全可包含反應器或產物進料管線上之減壓閥。進料管線中之任一者可具有將讀數傳達至主控制裝置的壓力感測器。舉例而言，主控制裝置可包含PLC及Adam AI/AO(類比輸入/類比輸出)模組。若反應器容納於機櫃中，則機櫃可具有滲漏偵測感測器及機櫃門鎖。
在本發明之其他實施例中，提供一種產生二氧化氯之方法。所述方法可包含將包括酸之第一溶液經由第一進料管線饋入至混合裝置中且將包括氯酸鹽及過氧化氫之第二溶液經由第二進料管線饋入至混合裝置中。所述方法可包含在混合裝置中混合第一溶液及第二溶液。混合裝置可連接至反應器。在混合之後，第一溶液及第二溶液可饋入至反應器中，酸、氯酸鹽及過氧化氫在所述 反應器中反應以形成二氧化氯。所述反應器可包含與所述混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分。混合裝置、反應器、第一進料管線之一部分及第二進料管線之一部分可安置在動力水位線內。所述方法可包含在反應器之遠端部分處混合二氧化氯與動力水位線中之動力水。
在其他實施例中，提供一種產生二氧化氯之方法。所述方法可包含將諸如酸之第一溶液經由第一進料管線饋入至混合裝置中。諸如綠泥石之第二溶液可經由第二進料管線饋入至混合裝置中。混合裝置可與反應器流體連通。該方法包含在混合裝置中混合第一溶液與第二溶液以形成反應混合物。反應混合物可饋入至反應器中，酸及綠泥石在所述反應器中反應。所述反應器包含與所述混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分。混合裝置、反應器、第一進料管線之一部分及第二進料管線之一部分安置在動力水位線內。所述方法包含在反應器之遠端部分處混合二氧化氯與動力水位線中之動力水。在一些實施例中，酸可為鹽酸、磷酸、硫酸、次氯酸或其任何組合。在一些實施例中，酸可為鹽酸。
在本發明之其他實施例中，提供一種產生二氧化氯之反應器。反應器可包含混合裝置、與混合裝置流體連通之第一進料管線及與混合裝置流體連通之第二進料管線。所述反應器可包含與所述混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分。混合裝置、反應器、第一進料管線之一部分及第二進料管線之一部分可安置在動力水位線內。
在一些實施例中，動力水位線之直徑可大於反應器以及第一及第二進料管線之直徑，使得反應器及進料管線可安置於動力水位線之內腔中。
在一些實施例中，第一進料管線及第二進料管線可如以「T」組態彼此相對且彼此針對，參見例如圖4中之對應於參考標號11及12之組件的定向。
在某些實施例中，反應器可包含至少一個接觸區。接觸區可包含比反應器之內徑大至少兩倍的內徑。當反應混合物流經反應器時，其可到達接觸區，反應混合物可在所述接觸區中進一步混合。接觸區之出口可窄至反應器之直徑。
在一些實施例中，反應器可具有介於約25吋至約300吋範圍內之長度。在一些實施例中，反應器可具有介於以下範圍內之長度：約30吋至約90吋、約30吋至約80吋、約30吋至約70吋、約30吋至約60吋、約30吋至約50吋、約40吋至約90吋、約40吋至約80吋、約35吋至約45吋或約35吋至約60吋。在其他實施例中，反應器之長度可為約40吋。
反應器可水平地、豎直地或以兩者之間的任何角度安置。在一些實施例中，反應器可豎直地安置。在反應器為盤管反應器之實施例中，反應器可螺旋式上升。
在一些實施例中，反應器可具有介於約0.1吋至約4吋之範圍內之內徑。在一些實施例中，反應器可具有介於約1吋至約1.25吋，或約0.25吋至約1.25吋之範圍內之內徑。在一些實施例中，反應器可具有約0.25吋、約2吋、約3吋或約4吋之內徑。在其他實施例中，反應器可具有約1.25吋、約1吋、約0.75吋、約0.375吋或約0.1875吋之內徑。
在一些實施例中，二氧化氯可以介於約0.001磅/小時至約20磅/小時之範圍內之速率產生。在一些實施例中，二氧化氯可以介於約0.02磅/小時至約15磅/小時之範圍內之速率產生。在一些實施例中，二氧化氯可以介於約5磅/小時至約15磅/小時之範圍內之速率產生。由於二氧化氯在較高速率下產生，較大直徑反應器可用於確保反應器中之駐留時間為至少約3分鐘。在一些實施例中，反應器中之駐留時間可為至少約2分鐘。
參看圖式，圖1顯示用於現場處理冷卻塔水之方法之某些實施例 的概念圖。前驅體化學品可現場儲存在槽10中，化學品可自所述槽經由第一進料管線11及第二進料管線12饋入至二氧化氯混合器及反應器15中。水可饋入至混合器中以稀釋饋入至二氧化氯混合器及反應器15中之前驅體化學品。水可經由動力進料管線14饋入至混合器及反應器15中。水位線13可將水供應至動力水位線14及/或其可供應水以在進入混合器之前或在進入混合器之後稀釋酸。二氧化氯可注射至製程水16中，所述製程水可饋入至冷卻塔19中。泵17可經由熱交換器18饋送製程水16。
圖2及圖3顯示二氧化氯混合器及反應器15之一些實施例之較近視圖。第一進料管線11及第二進料管線12可將前驅體化學品引入至混合裝置20中。在一些實施例中，水位線13可將水饋入至混合裝置20中。動力進料管線14可將水供應至動力水位線24。在一些實施例中，動力水位線24中之水可冷卻反應器21。在其他實施例中，動力水位線24中之水稀釋反應器之遠端部分23處之二氧化氯且與其混合。反應器之近端部分22可連接至混合裝置20。混合裝置20中之流體可流出混合裝置20且流入反應器21中。在一些實施例中，反應器21可呈盤繞組態。在一些實施例中，二氧化氯進料管線25將與動力水混合之二氧化氯運載至製程水。一些實施例可包含至少一個接觸區30(舉例而言，參見圖3)。接觸區30可允許增加的反應混合物混合或增加的反應器中之駐留時間以提高反應效率。
圖4顯示一個實施例，其中第一進料管線11及第二進料管線12彼此相對且彼此針對。溶液在混合裝置20中混合且接著進入反應器之近端部分22。反應混合物可繼續流經反應器21，離開反應器之遠端部分23且與動力水位線24中之動力水混合。水可自動力進料管線14饋入至動力水位線24中。在一些實施例中，混合裝置20、反應器21、第一進料管線40之一部分及第二進料管線41之一部分安置在動力水位線24內。
圖5顯示一個實施例，其中反應器21可包括盤繞組態。具有盤繞 組態之反應器可包含介於約5度至約30度之範圍內的盤管平面角50。具有盤繞組態之反應器可包含捲徑51。捲徑可在約0.1吋至約4.0吋範圍內。盤管反應器之內徑可如關於反應器在上文所述。
圖6顯示一個實施例，其中動力水位線包括外通道60及內通道61。反應器21可安置於內通道61之內腔內。以此組態，動力水可經由兩個獨立通道饋入至動力水位線中。外通道60及內通道61可以差異流動速率運載動力水。外通道60中之動力水可與內通道61中之動力水具有不同溫度。
圖7展示處理冷卻塔水及多個目標之方法之某些實施例的概念圖。前驅體化學品可現場儲存在槽10中，化學品可自所述槽經由第一進料管線11及第二進料管線12饋入至二氧化氯混合器及反應器15中。水可經由管線13饋入至混合器中以稀釋饋入至二氧化氯混合器及反應器15中之前驅體化學品。水可經由動力進料管線14饋入至混合器及反應器15中。二氧化氯可注射至可饋入至冷卻塔19中之製程水16中。泵17可經由熱交換器18饋入製程水16。反應器15中產生之二氧化氯可添加至製程水16中或分流至產物進料管線70中以用於處理其他目標。產物進料管線70可包括閥71、流量計72及泵73。可使用PLC(未描繪)來控制所有閥及泵。
實例
實例1
含有約40%氯酸鈉及約8%過氧化氫之溶液及約78%硫酸之水溶液各自以約63mL/h之速率饋送通過0.25吋管，進入0.25吋Kynar三通管接頭(Union Tee)中，所述三通管接頭插入具有約2吋內徑之聚氯乙烯十字管內部。
流經Kynar三通管接頭之前驅體接著流經插入0.5吋管內部之0.25吋管(8mL體積)約40吋。動力水流入聚氯乙烯十字管中且流出0.5吋管(約0.25吋管)，以提供冷卻及稀釋。反應管長度及約26.5cm/min之前驅體速度提供約 3.81分鐘之駐留時間。
各實驗進行約15分鐘，且大約每5分鐘量測二氧化氯濃度。動力水用於兩個目的：稀釋及冷卻。需要約30或更小的水與前驅體比率以建立反應所需的熱量。此產生大於約5,500mg/L之二氧化氯濃度。
前驅體之流速設定於約26.5cm/min。流速可大於約25cm/min以允許氣態氧保持為奈米及微米氣泡且使奈米及微米氣泡加速移動至反應器管之外。
二氧化氯之濃度係使用分光亮度計測定。來自分光亮度計之讀數用於使用校準曲線計算二氧化氯濃度。曲線係根據《檢查水及廢水之標準方法(Standard Methods for the Examinations of Water and Wastewater)》第20版1998中之碘量法(Iodometric Method)4500-ClO2製備。100%反應效率所需的由約40%氯酸鈉及約7.99%過氧化氫組成之溶液的量為約2.86mL以產生約1公克二氧化氯。反應或轉化效率計算自按消耗之Purate的量計之產生之總二氧化氯與理論二氧化氯產量之百分比：η流=(CClO2．QClO2)/(QPurate/2.86)，其中CClO2為二氧化氯之濃度(g/L)，QClO2為二氧化氯之流動速率(L/h)，且QPurate為Purate(約40%氯酸鹽及約7.99%過氧化氫之混合物)之流動速率(mL/h)。
Figure 107109858-A0305-02-0018-1
實例2
在此實驗中，3/8"吋T形件及與其連接之約91.4cm的3/8"吋管分別用作混合裝置及反應器。測試不同滯留時間(藉由反應器體積除以總反應物流動速率計算)及動力水溫度。如上文所述地計算轉化率。Purate為如上文所述之氯酸鹽及過氧化氫之混合物。
Figure 107109858-A0305-02-0018-2
實例3
藉由約5.72cm的1/4"吋管連接至12ml腔室之1/4"吋T形件用於此實驗。腔室亦連接至約26cm的1/4"管。組態與圖3中描繪之反應器類似，其中12 ml腔室可為接觸區。
表3顯示動力水及H2SO4/Purate比對轉化率的影響。表4顯示約62℃之動力水溫度及約14min之駐留時間下之減少量之酸的影響。此等試驗之駐留時間固定於約14min。
Figure 107109858-A0305-02-0019-3
Figure 107109858-A0305-02-0019-4
表5顯示駐留時間及動力水溫度對轉化率的影響。
Figure 107109858-A0305-02-0019-5
實例4
在此實驗中，使用藉由約2呎的1/4"吋管連接至12ml腔室之1/4"吋T形件。腔室亦連接至約10呎的1/4"管。組態與圖3中描繪之反應器類似，其中12ml腔室可為接觸區。反應器之體積為約78.2ml。
Figure 107109858-A0305-02-0020-8
實例5
使用本文所揭示之反應器及替代氯酸鹽作為前驅體之綠泥石測試二氧化氯產生。將約25重量%綠泥石溶液及約29重量%鹽酸溶液饋入至反應器。反應器包含藉由約5.72cm之1/4"吋管連接至12ml腔室之1/4"吋T形件(混合裝置)。腔室亦連接至約26cm的1/4"管。表7顯示隨時間而變之反應效率。
Figure 107109858-A0305-02-0020-9
在較大規模反應器中測試使用綠泥石及鹽酸之二氧化氯產生。反應器包含連接至約91.4cm之3/8"吋管之3/8"吋T形件。表8比較理論產生速率與實際產生速率。
Figure 107109858-A0305-02-0021-10
本文所揭示之任何組合物可包括本文所揭示之化合物/組分中之任一者、由其組成或基本上由其組成。根據本發明，片語「基本上由……組成(consist essentially of/consists essentially of/consisting essentially of)」及其類似片語將申請專利範圍之範圍限制為所指定的材料或步驟且彼等材料或步驟並不實質上影響所主張之發明之基礎及新穎特性。
如本文中所使用，術語「約」係指在由其對應測試量測中得出的標準差產生之誤差內的引用值，且若彼等誤差不能確定，則「約」指代在引用值的10%內。
本文中所揭示及主張之所有裝置及方法均可根據本發明製造及執行，無需過多實驗。儘管本發明可以許多不同形式實施，但在本文中詳細描述本發明之特定較佳實施例。本發明為本發明原理之範例，且並不意欲使本發明限於所說明之特定實施例。另外，除非明確相反地陳述，否則使用術語「一」意欲包含「至少一」或「一或多」。舉例而言，「一個進料管線」意欲包含「至少一個進料管線」或「一或多個進料管線」。
任何以絕對術語或近似術語給出之範圍意欲涵蓋兩者，且本文所用之任何定義意欲闡明且非限制。儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但特定實施例中所闡述之數值應儘可能精確地報導。然而，任何數值均固有地含有因其對應測試量測值中發現之標準偏差所必然引起的某些誤差。此外，本文中揭示之所有範圍應理解為涵蓋其中包含的任何及所有子範圍(包含所有分數及整數值)。
此外，本發明涵蓋一些或所有本文所描述之各種實施例的任何及所有可能之組合。應理解，本文中所描述之目前較佳實施例的各種改變及修改將對熟習此項技術者而言顯而易見。此類改變及修改可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下且在不減少其預期優勢的情況下進行。因此，預期此類改變及修改由所附申請專利範圍涵蓋。
10:槽
11:第一進料管線
12:第二進料管線
13:水位線
14:動力進料管線
15:二氧化氯混合器及反應器
16:製程水
17:泵
18:熱交換器
19:冷卻塔

Claims (15)

  1. 一種產生二氧化氯之方法，包括：將包括酸之第一溶液經由第一進料管線饋入至混合裝置中；將包括綠泥石之第二溶液經由第二進料管線饋入至所述混合裝置中；在所述混合裝置中混合所述第一溶液及所述第二溶液以形成反應混合物，其中所述混合裝置與反應器流體連通；將所述反應混合物饋入至所述反應器中；使所述酸與所述綠泥石在所述反應器中反應，其中所述反應器包括與所述混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分，其中所述混合裝置、所述反應器、所述第一進料管線之一部分及所述第二進料管線之一部分安置在所述動力水位線內；及在所述反應器之所述遠端部分處混合二氧化氯與所述動力水位線中之動力水，其中所述動力水位線為雙密閉管，其具有內通道，其與外通道分隔，其中所述反應器安置於內通道內，且所述動力水流經內通道及外通道，且所述二氧化氯在所述反應器的遠端部分與所述流經內通道及外通道之動力水混合。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述酸為鹽酸、磷酸、硫酸、次氯酸或其任何組合。
  3. 一種產生二氧化氯之方法，包括：將包括酸之第一溶液經由第一進料管線饋入至混合裝置中；將包括氯酸鹽及過氧化氫之第二溶液經由第二饋入管線饋入至所述混合裝置中；在所述混合裝置中混合所述第一溶液及所述第二溶液以形成反應混合物，其中所述混合裝置與反應器流體連通； 將所述反應混合物饋入至所述反應器中；使所述酸、所述氯酸鹽與所述過氧化氫在所述反應器中反應，其中所述反應器包括與所述混合裝置流體連通之近端部分及與動力水位線流體連通之遠端部分，其中所述混合裝置、所述反應器、所述第一進料管線之一部分及所述第二進料管線之一部分安置在所述動力水位線內；及在所述反應器之所述遠端部分處混合二氧化氯與所述動力水位線中之動力水。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中所述酸為硫酸。
  5. 一種處理製程水之方法，包括：如申請專利範圍第1項至第4項中任一項的方法產生二氧化氯；及將所述二氧化氯及動力水注入至所述製程水中。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，進一步包括藉由所述動力水冷卻所述混合裝置及所述反應器。
  7. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中所述反應器包括盤管平面角為約1度至約60度之盤繞組態。
  8. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中所述第一進料管線及所述第二進料管線彼此相對且彼此針對。
  9. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中所述反應器包括至少一個接觸區，其中所述接觸區包括比所述反應器之內徑大至少兩倍的內徑。
  10. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中所述動力水位線包括至少兩個動力水可流經之縱向通道。
  11. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中所述反應器在大約等於或大於大氣壓之壓力下操作。
  12. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中所述反應混 合物在所述反應器中之駐留時間為至少約0.1分鐘，且前驅體速度為至少約25cm/min，其中所述前驅體速度為所述第一及第二溶液之速度。
  13. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，進一步包含以介於約0.001磅/小時至約20磅/小時範圍內之速率產生所述二氧化氯。
  14. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，進一步包含在約2℃至約80℃範圍內之溫度下操作所述反應器。
  15. 如申請專利範圍第5項之方法，其中冷卻塔包括所述製程水。
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