再循環触媒を使用する湿式空気酸化方法
プロセス流れを処理する系及びプロセス。水性混合物中の少なくとも１種の望ましくない成分を処理するために、触媒が、湿式酸化法を高温及び高圧下で促進する。水性混合物を、高温及び過圧下に、触媒及び酸化剤と接触させることができる。少なくとも一部の触媒を、ｐＨ調整により沈殿させ、水性混合物と接触させるために再循環することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）項に基づく優先権を、その全体が参照により本明細書に援用される２００７年１月２２日出願の米国特許仮出願第６０／８８５９６６号：発明の名称「再循環銅触媒を使用する湿式空気酸化プロセス」に対して、主張する。
【０００２】
１．発明分野
本発明は、一般にプロセス流れの処理に、より特定すると、その中の望ましくない成分を処理するための接触湿式酸化系及びプロセスに、関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連分野の記載
湿式酸化は、プロセス流れを処理するためのよく知られている技術であり、例えば、廃水中の汚染物質を分解するために、広く使用されている。このプロセスは、望ましくない成分を、酸化剤、通常は酸素含有ガスからの分子状酸素、により高温及び高圧下で水性相酸化することを伴う。このプロセスにより、有機汚染物質を、二酸化炭素、水、及び酢酸等の生分解性短鎖有機酸に、転換することができる。硫化物、メルカプチド及びシアン化物を始めとする無機成分も、また、酸化することができる。焼却の代替法として、湿式酸化は、幅広い様々な用途で、後で放出するために、プロセス内再循環のために、又は精製のための慣用の生物学的処理プラントを供給するための前処理ステップとしてプロセス流れを処理するために、使用することができる。接触湿式酸化は、伝統的な非接触湿式酸化を有効に強化するものとして登場した。接触湿式酸化プロセスは、通常、より低い温度及び圧力で、従って、より低い資本経費で、より高度の分解を可能にする。処理すべき水性流を、酸化剤と混合し、高温及び高圧下で触媒と接触させる。不均一系触媒は、典型的には、床の上に存在し、その上方を、水性混合物が通過するか、又は、固体粒子の形態で存在し、酸化に先立って水性混合物とブレンドされる。触媒は、再使用のために、湿式酸化ユニットの下流で酸化流出液から濾取することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つ又は複数の実施形態では、本発明は、接触湿式酸化のためのプロセス及び系に関する。一実施形態では、接触湿式酸化プロセスは、処理すべき少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を提供することを含んでなる。水性混合物を触媒及び酸化剤と高められた温度で過圧下に接触させて、少なくとも１種の望ましくない成分を処理し、酸化された水性混合物を形成する。酸化された水性混合物のｐＨレベルを調整することにより、少なくとも一部の触媒を沈殿させて、沈殿触媒を形成する。少なくとも一部の沈殿触媒を再循環して、水性混合物と接触させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
他の実施形態では、接触湿式酸化系は、湿式酸化ユニット；湿式酸化ユニットに流体接続されていて、少なくとも１種の望ましくない成分を含んでなる水性混合物の源；湿式酸化ユニットに流体接続されていて、水性混合物の源と湿式酸化ユニットとの間に配置されている、水性混合物に溶解可能な触媒の源；酸化された水性混合物のｐＨレベルを、湿式酸化ユニットの下流で、検出するように構成されているｐＨ感知装置；ｐＨ感知装置と連絡していて、触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録しているｐＨ感知装置に応答して、酸化された水性混合物のｐＨレベルを、触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲外のレベルに、調整する制御信号を生じるように構成されているｐＨ制御装置；湿式酸化ユニットの下流に配置され且つこれと流体接続していて更にｐＨ制御装置の下流に配置されている、触媒の少なくとも一部を沈殿させるように構成されている分離器；並びに、分離器の出口、及び、触媒の源の少なくとも１個の入口及び湿式酸化系への入口に流体接続している再循環管路を含んでなる。
【０００６】
他の実施形態では、接触湿式酸化プロセスで使用された触媒の再循環を容易にする方法は、ｐＨ感知装置と連絡している制御装置を有するｐＨ監視系を提供することを含んでなり、ここで、この制御装置は、利用される触媒について所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録しているｐＨ感知装置に応答して、水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように構成されている。
【０００７】
本発明の利点、新規な特徴及び対象は、添付の図面と共に以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００８】
添付の図面は、規模を写すことを意図したものではない。図面では、様々な図面に示されている同一の又はほぼ同一の構成要素はそれぞれ、同様の数字で表されている。明確さのために、全ての構成要素を全ての図面で表示しているとは限らない。本発明の好ましい非限定的な実施形態を、添付の図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の湿式酸化系の一実施形態による系統図である。
【図２】触媒再循環プロセスを包含する本発明の湿式酸化系の実施形態による系統図である。
【図３】２ステップ沈殿プロセスを伴う触媒再循環プロセスを包含する本発明の湿式酸化系の実施形態による系統図である。
【図４】銅に関して本明細書で参照されるプールベダイアグラムである。
【図５】バナジウムに関して本明細書で参照されるプールベダイアグラムである。
【図６】鉄に関して本明細書で参照されるプールベダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、その応用において、以下の記述で説明されているか、図面で説明されている構成要素の構成及び配置の詳細に、限定されるものではない。本発明は、本明細書に例示されているもの以上の様々な方法で実態化、実行又は実施することができる。
【００１１】
１つ又は複数の実施形態では、本発明は、プロセス流れを処理するための１つ又は複数の系及びプロセスに関する。典型的な操作では、開示されている系は、地域共同体、産業又は住宅源からのプロセス流れを受け入れることができる。例えば、系が廃水を処理する実施形態では、プロセス流れは、自治体廃水スラッジ又は他の大規模汚水系に由来してよい。プロセス流れは、また、例えば、食品加工プラント、化学加工施設、ガス化プロジェクト又はパルプ及び紙プラントに由来してもよい。プロセス流れは、操作により、系を通して、系の上流又は下流へと移動させることができる。
【００１２】
本明細書で使用する場合、「プロセス流れ」という用語は、処理のために系に輸送することができる水性混合物を指している。処理の後に、プロセス流れは、上流プロセスに戻してもよく、廃棄物として系から出してもよい。水性混合物は、典型的には、酸化することができる少なくとも１種の望ましくない成分を含んでいる。望ましくない成分は、例えば、公衆衛生、プロセス設計及び／又は審美的考慮のために、水性混合物からの除去の対象となる任意の物質又は化合物であってよい。一部の実施形態では、酸化することができる望ましくない成分は、有機化合物である。或る種の無機成分、例えば、硫化物、メルカプチド及びシアン化物もまた、酸化することができる。スラリー等の、系により処理すべき水性混合物の源は、プラントからの直接的な配管又は保持容器の形態を取っていてよい。
【００１３】
本発明の１つ又は複数の実施形態では、望ましくない成分又はその分解産物中の１つ又は複数の特定の化学結合を分解することが望ましい。酸化反応は、酸化可能な有機汚染物質を、二酸化炭素、水、及び酢酸等の生分解可能な短鎖有機酸に、転換することができる分解技術の１つである。本発明の一側面は、１種又は複数の望ましくない成分を含有する水性混合物の酸化処理のための系及びプロセスに関する。
【００１４】
一実施形態では、少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を湿式酸化する。水性混合物は、酸化剤を用いて高められた温度で過圧下に、少なくとも１種の望ましくない成分を処理するのに十分な期間、酸化される。酸化反応は、望ましくない成分中の１つ又は複数の化学結合の完全性を実質的に分解することができる。本明細書で使用する場合、「実質的に分解」という語句は、少なくとも約９５％の分解と定義される。本発明のプロセスは、通常、酸化され得る任意の望ましくない成分の処理に適用することができる。
【００１５】
開示されている湿式酸化プロセスは、酸化される化合物に適した任意の公知のバッチ式又は連続式湿式酸化ユニットで実施することができる。典型的には、水性相酸化は、図１に例示されているような連続フロー湿式酸化系で実施することができる。任意の酸化剤を使用することができる。酸化剤は、通常、空気、酸素富化空気又は実質的に純粋な酸素等の、酸素含有ガスである。本明細書で使用する場合、「酸素富化空気」という語句は、約２１％を超える酸素含有量を有する空気と定義される。
【００１６】
典型的な操作では、図１を参照すると、貯蔵タンク１０として示されている源からの水性混合物は、導管１２を通して高圧ポンプ１４に流れ、ここで、ポンプにより水性混合物を加圧する。水性混合物を、コンプレッサー１６により供給される加圧酸素含有ガスと、導管１８内で混合する。水性混合物は、熱交換機２０を流れ、ここで、酸化が開始される温度に加熱される。次いで、加熱された供給混合物は、入口３８で反応容器２４に入る。湿式酸化反応は、通常、発熱性であり、反応器で生じる反応熱により、混合物の温度を所望の値まで更に上昇させることができる。大部分の酸化反応が、所望の程度の酸化を達成するのに十分な滞留時間を提供する反応容器２４内で生じる。次いで、酸化された水性混合物及び酸素が消耗されたガス混合物が、反応器から、圧力制御バルブ２８により制御される導管２６を通して、外に出される。熱い酸化された流出液が熱交換機２０を横切り、ここで、流入する原料水性混合物及びガス混合物により冷却される。冷却された流出液混合物は、導管３０を通して分離容器３２に流れ、ここで、液体及びガスが分離される。液体流出物は、分離容器３２から下部導管３４を通して外に出、一方で、排ガスは、上部導管３６を通して排気される。その組成及び大気への排出要件に応じて、排ガスの処理が、下流の排ガス処理ユニットにおいて必要なこともある。湿式酸化流出液は、典型的には、精製（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のための生物学的処理プラントに排出してもよい。流出液を、また、湿式酸化系による更なる処理のために再循環することもできる。
【００１７】
典型的には、十分な酸素含有ガスを系に供給して、湿式酸化系排ガス中に残留酸素を維持するが、典型的には、過圧ガス圧は、液相中の水を選択された酸化温度に維持するのに十分である。例えば、２４０℃での最小系圧力は３３気圧であり、２８０℃での最小圧力は６４気圧であり、３７３℃での最小圧力は２１５気圧である。一実施形態では、水性混合物は、約３０気圧から約２７５気圧の圧力で酸化される。湿式酸化プロセスは、水の臨界温度である３７４℃未満の高められた温度で行なうことができる。一実施形態では、湿式酸化プロセスを、約１５０℃及び約６気圧の圧力から約３２０℃及び約２００気圧の圧力までの範囲の高められた温度で行なうことができる。一部の実施形態では、湿式酸化プロセスを、超臨界高温で行なうことができる。反応室内での水性混合物の滞留時間は、一般に、所望の程度の酸化を達成するのに十分であるのがよい。一部の実施形態では、滞留時間は、約１時間を超え約８時間までである。少なくとも１つの実施形態では、滞留時間は、少なくとも約１５分から約６時間までである。一実施形態では、水性混合物を約１５分から約４時間酸化される。他の実施形態では、水性混合物は、約３０分から約３時間酸化される。
【００１８】
１つ又は複数の実施形態では、湿式酸化プロセスは、接触湿式酸化プロセスである。酸化反応を、触媒により媒介させることができる。通常、処理すべき少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を、触媒及び酸化剤と高められた温度で過圧下に接触させる。通常、反応速度を高め、並びに／又は、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）及び／若しくは全有機炭素（ＴＯＣ）の大きな低減を始めとする系の全体分解除去効率を改善するのには、有効量の触媒で、十分である。触媒は、また、湿式酸化系の全体エネルギー必要量を低下させるのにも役立ちうる。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態では、触媒は、周期表のＶ、ＶＩ、ＶＩＩ及びＶＩＩＩ族の任意の遷移金属であってよい。一実施形態では、例えば、触媒は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ又はこれらの合金若しくは混合物であってよい。遷移金属は、元素であってもよく、金属塩等の化合物で存在してもよい。一実施形態では、遷移金属触媒は、バナジウムである。他の実施形態では、遷移金属触媒は、鉄である。更に他の実施形態では、遷移金属触媒は、銅である。
【００２０】
触媒を水性混合物に、湿式酸化系の任意の地点で加えることができる。触媒を、水性混合物と混合することができる。一実施形態では、触媒源４０が貯蔵タンク１０に流体接続している、図１に示されているとおりの湿式酸化ユニットに供給する水性混合物の源に、触媒を、加えることもできる。一部の実施形態では、触媒を、湿式酸化ユニットに直接加えることもできる。他の実施形態では、また、加熱及び／又は加圧に先立って、水性混合物に触媒を供給することもできる。
【００２１】
更に他の実施形態では、触媒が、処理すべきプロセス流れに既に存在していてもよい。酸化ユニットに供給される水性混合物は、触媒材料を含有していてもよい。例えば、遷移金属が、接触湿式酸化系により処理すべき廃棄物流れ中に存在してもよい。水性スラリー、例えば揮発性有機炭素を含有する水性スラリー、は、触媒として作用し得る金属を含有することがある。例えば、水性混合物は、ガス化副生成物のスラリーであってよい。
【００２２】
１つ又は複数の実施形態では、触媒は、水性混合物に可溶であって湿式酸化プロセスを促進するものであってよい。通常、水性混合物の特性は、水性混合物中の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。例えば、処理すべき水性混合物のｐＨレベルが、水性混合物中の特定の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。
【００２３】
一部の実施形態では、触媒を、水性混合物の特性に基づいて選択することができる。図１に示されているとおり、湿式酸化系は、処理すべき水性混合物の特性を検出するように構成された感知装置５０を含んでいてよい。一部の実施形態では、感知装置５０は、水性混合物のｐＨレベルを検出するように構成されたｐＨ感知装置であってよく、湿式酸化プロセスのための触媒を、水性混合物の検出されたｐＨレベルに基づき選択することができる。
【００２４】
様々な触媒についての溶解性とｐＨレベルとの関係は、一般に当業者に知られている。電位−ｐＨ平衡ダイアグラムが、様々な触媒−水系について構築されていて、その参照方法を熟知している当業者であれば、容易に利用することができる。例えば、Ｐｏｕｒｂａｉｘ，Ｍ．Ｍ．、Ｔｈｅ Ａｔｌａｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉａ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：Ｔｅｘａｓ １９７４から入手可能なプールベダイアグラムと一般に称されるものの再現を、それぞれ、銅、バナジウム及び鉄に関して図４〜６に示す。
【００２５】
１つ又は複数の実施形態では、検出されたｐＨレベルで溶解可能な触媒を選択して、湿式酸化プロセスを強化する。従って、図４を参照すると、１つ又は複数の実施形態では、ｐＨ感知装置５０により検出された水性混合物のｐＨレベルが、約２未満又は約１３超である場合には、銅を含有してなる触媒を、触媒源４０のために選択することができる。同様に、図５を参照すると、検出されたｐＨレベルが約４．５超である場合には、バナジウムを含有してなる触媒を選択することができる。図６を参照すると、検出されたｐＨレベルが約４未満である場合には、鉄を含有してなる触媒を選択することができる。本明細書で例示されたもの以外の他の触媒を利用することができる。
【００２６】
他の実施形態では、触媒を選択し、水性混合物の１つ又は複数の特性を操作して、選択された触媒の溶解可能形態での存在を促進して、湿式酸化プロセスを強化することができる。例えば、水性混合物のｐＨレベルを感知装置５０により検出し、調整して、選択された触媒を水性混合物に溶かすことができる。ｐＨ調整剤は、湿式酸化系内の任意の地点で水性混合物に加えることができるが、好ましくは、触媒が、酸化反応の間じゅう、水性混合物内で溶解可能であるように、添加する。一部の実施形態では、ｐＨ調整剤の源６０は、図１に示されているとおり、水性混合物の源１０に流体接続されていてよい。ｐＨ調整剤の源６０は、通常、水性混合物のｐＨレベルを望ましい値又は範囲に調整することができる、酸又は塩基等の、任意の物質又は化合物を包含してよい。例えば、アルカリ金属水酸化物を、水性混合物のｐＨレベルを調整するために利用することができる。一実施形態では、アンモニアを使用して、触媒を溶かすことができる。
【００２７】
この場合にも、様々な触媒についての可溶性とｐＨレベルとの関係は、当業者に、通常、知られている。前記で検討したとおり、プールベダイアグラムから、選択された触媒が溶解可能となる所望のｐＨ範囲を決定するための情報を得ることができる。図４を参照すると、選択された触媒が銅を含んでなる場合には、水性混合物のｐＨレベルを、約２未満又は約１３超に調整することができる。同様に、図５を参照すると、選択された触媒がバナジウムを含んでなる場合には、水性混合物のｐＨレベルを約４．５超に調整することができる。鉄を含んでなる触媒が選択される場合には、図６を参照すると、水性混合物のｐＨレベルを、約４未満のレベルに調整することができる。
【００２８】
一部の実施形態では、湿式酸化系は、弁及びポンプを作動させる等の−これらに限られないが−系の又は系の成分の操作パラメーターの少なくとも１つを調整又は調節するための制御装置７０を含んでいてもよい。制御装置７０は、図１に示されているとおり、感知装置５０と電子的に連絡していてよい。制御装置７０は、通常、選択された触媒について所定のｐＨ溶解性範囲外のｐＨレベルを登録しているｐＨ感知装置５０に応答して、水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように構成されていてよい。例えば、制御装置７０は、ｐＨ調整剤源６０と関連している１つ又は複数の弁に制御信号を与えて、ｐＨ調整剤を水性混合物源１０に加えることができる。
【００２９】
制御装置７０は、典型的には、湿式酸化系の構成要素に入力信号を送り又は構成要素から出力信号を受け取る、プログラマブルロジック制御装置（ＰＬＣ）又は分散制御システム等の、マイクロプロセッサに基づく装置である。通信網により、任意の感知装置又は信号発生装置を、制御装置７０又は関連コンピューター系からかなりの距離に、位置させることができる一方で、それらの間でデータを送ることもできる。このような通信機構を、無線プロトコルを利用するものを始めとする−これらに限られないが−任意の適切な技術を利用して実行することができる。
【００３０】
酸化ユニットの典型的な操作に関して前記で検討したとおり、酸化反応器の下流で、酸化された水性混合物から液体流出物を分離する。一部の実施形態では、分離プロセスにより、触媒を液体流出物から回収することができる。例えば、一部の実施形態では、触媒を、流出液流れから沈殿させることができる。一実施形態では、結晶器を使用して、触媒を回収することができる。次いで触媒を、湿式酸化系に再循環することができる。
【００３１】
図２は、触媒循環系を包含する湿式酸化系の他の実施形態を図示している。この実施形態では、プロセス流れは、管２０２を通して系２００に入ることができる。系２００で利用することができる触媒には、周期表のＶ、ＶＩ、ＶＩＩ及びＶＩＩＩ族の任意の遷移金属が含まれる。一部の実施形態では、例えば、触媒は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、又はこれらの合金若しくは混合物であってよい。遷移金属は元素であってもよく金属塩等の化合物で存在してもよい。一実施形態では、遷移金属触媒は、バナジウムである。他の実施形態では、遷移金属触媒は、鉄である。更に他の実施形態では、遷移金属触媒は、銅である。
【００３２】
１つ又は複数の実施形態では、触媒は、水性混合物に可溶であって湿式酸化プロセスを強化してもよい。通常、水性混合物の特性は、水性混合物中の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。例えば、処理すべき水性混合物のｐＨレベルが、水性混合物中の特別の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。
【００３３】
１つ又は複数の実施形態では、入ってくる水性混合物のｐＨレベルで溶解可能である触媒を選択して、湿式酸化プロセスを強化することができる。図１のｐＨ感知装置５０と同様のｐＨ感知装置を、図２の湿式酸化系２００の入力に導入して、入ってくる水性混合物のｐＨの示度を得ることができる。従って、図４を参照すると、水性混合物のｐＨレベルが約２未満又は約１３超である場合、１つ又は複数の実施形態では、銅を含有してなる触媒を選択することができる。同様に、図５を参照すると、水性混合物のｐＨレベルが約４．５超である場合には、バナジウムを含有してなる触媒を選択することができる。図６を参照すると、水性混合物のｐＨレベルが約４未満である場合には、鉄を含有してなる触媒を選択することができる。本明細書に例示されているもの以外の他の触媒も利用することができる。
【００３４】
図２を参照すると、触媒は、系の入口でプロセス流れに添加してもよく、下記で更に検討する再循環触媒を含む水性混合物を通してもよい管２２４を通って管２０２を流れる間に添加してもよい。新鮮な触媒を、また、再循環触媒と共に添加することもできる。
【００３５】
他の実施形態では、触媒又は触媒の一部は、処理すべきプロセス流れに既に存在していてもよい。酸化ユニットに供給される水性混合物は、触媒材料を含有していてもよい。例えば、遷移金属が、接触湿式酸化系により処理すべき廃棄物流れ中に存在していてもよい。水性スラリー、例えば揮発性有機炭素を含有する水性スラリー、は、触媒として作用しうる金属を含有することがある。例えば、水性混合物は、ガス化副生成物のスラリーであってよい。
【００３６】
プロセス流れを、反応器２０６に入る前に、熱交換機２０４に通過させて、所与の滞留時間の間、所望の温度に加熱することができる。処理が完了した後に、処理されたプロセス流れを、反応器２０６から管２０８を通して出す。次いで、処理されたプロセス流れを、熱交換機２１０により冷却してもよく、これは、一部の実施形態では、熱交換機２０４と同じ熱交換機であってよい。処理されたプロセス流れを、ｐＨ調整剤の源２１２からの酸又はアルカリ化合物を添加することにより、ｐＨ調整することができる。ｐＨ調整剤がｐＨ調整剤の源２１２から添加されている間、酸化された水性混合物のｐＨを監視し、ｐＨが所定の点に達したときにｐＨ調整を中断する信号を与えるように、ｐＨ感知装置（図示せず）をｐＨ調整剤の源２１２と連絡させて設けてもよい。代わりの実施形態では、ｐＨ感知装置（図示せず）を、ｐＨ調整剤の源２１２の下流に位置させ、図１に示されている制御装置７０等のｐＨ制御装置（図示せず）に接続することができるが、ここで、この制御装置は、ｐＨ調整剤の源２１２に付随している輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管を通って、ｐＨ調整剤の源から酸化された水性混合物に入るｐＨ調整剤の流れを制御して、所定の範囲内にｐＨを維持するように構成されている。一部の実施形態では、ｐＨ調整剤の源２１２からのｐＨ調整剤の添加を手動で制御することができる。一部の実施形態では、図２に示されている気液分離器２１４の上流に代えて、気液分離器２１４の下流で管２１８にｐＨ調整剤を導入するように、ｐＨ調整剤の源２１２を構成することができる。他の実施形態では、清澄機２２０にＰＨ調整剤を直接導入するように、ｐＨ調整剤の源２１２を構成することができる。
【００３７】
例えば、銅が触媒として使用される場合、可溶性水酸化銅を含有する処理されたプロセス流れを、約８０℃に冷却し、気液分離器２１４の上流若しくは下流で又は清澄機２２０内で、水酸化銅の溶解性が低い（２５℃で＜１ｐｐｍ）条件である約６から約１２の範囲にｐＨ調整する。一部の実施形態では、ｐＨを、約８から約９の範囲に調整してもよく、一部の実施形態では、ｐＨを約９に調整してもよい。管２１６を通して排ガスを放出する気液分離器２１４を通過した後に、処理されたプロセス流れを、管２１８を通して、清澄機２２０に輸送することができ、そこで、酸素の存在下、８０℃、約６から約１２のｐＨで、少なくとも一部の水酸化銅を、酸化銅粒子に変換する。一部の実施形態では、清澄機中で、約８から約９の範囲のｐＨで、水酸化銅を酸化銅粒子に変換し、一部の実施形態では、清澄機中で、約９のｐＨで、水酸化銅を酸化銅粒子に変換する。酸化銅粒子は、清澄機２２０中で沈殿し、濃縮流出スラリーの少なくとも一部を除去し、管２２４を通して、系２００の入口に再循環させ、一方で、実質的に銅を含有しない酸化された流出液を、管２２２を通して除去することができる。管２２４（図示せず）及び／又はｐＨ制御装置（図示せず）と連絡しているｐＨ感知装置からの信号に応答して、ｐＨ調整剤の源２２６からの酸又はアルカリ化合物を添加することにより、再循環される銅を含有する流出液のｐＨを、望むように、調整することができる。ｐＨ調整剤を、再循環される銅を含有する流出液に添加して、銅触媒が溶解可能であるレベルにｐＨを調整することができる。例えば、銅は、通常、約６未満又は約１２超のｐＨレベルで可溶であるので、再循環される銅を含有する流出液が約６から約１２のｐＨを有する場合には、酸を再循環される銅を含有する流出液に添加してｐＨレベルを約６未満に低下させ又は苛性化合物を添加して再循環される銅を含有する流出液のｐＨレベルを約１２超に上昇させ、少なくとも一部の銅触媒を溶解させることができる。一部の実施形態では、少なくとも一部の再循環される触媒を、触媒の源４０に向けることもできる。
【００３８】
一部の用途では、系をより効率的にし、系の運転中に使用される化学薬品の量を低減するために、２ステップ触媒沈殿プロセスを使用することが有利であることもある。図３は、２ステップ触媒沈殿プロセスを利用する湿式空気酸化系の実施形態を図示している。図３に示されているとおり、２ステップ触媒沈殿プロセスを伴う系３００は、一組の清澄機２２８及び２３０を利用することができる。一実施形態では、ｐＨ調整剤の追加の源２１２が、気液分離器２１４の上流に配置されていてよい。系３００の一部の実施形態では、ｐＨ調整剤の源並びに関連輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管が存在してもよく、これらは、気液分離器２１４の上流又は下流の位置に及び／又は清澄機２２８、清澄機２３０若しくはその両方へ、ｐＨ調整剤を輸送するように、構成される。複数のｐＨ感知装置（図示せず）を、系３００の任意の構成要素の上流又は下流の位置に位置させ、図１に示されている制御装置７０等のｐＨ制御装置（図示せず）に結合させることができるが、このｐＨ制御装置は、系の至るところに位置しているｐＨ調整剤の１つ又は複数の源、例えばｐＨ調整剤の源２３４、からのｐＨ調整剤の流れを、ｐＨ調整剤の１つ又は複数の源と関連している輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管を通して、制御するように構成及び配置されている。
【００３９】
図３の系３００では、粗い清澄化が、第１の清澄機２２８で起こりうる。第１清澄化ステップからの第１分離溶液の少なくとも一部を、管２３６及び２２４を通して、更なる処理のための希釈水及び触媒供給原料として、系の入口に戻すことができる。第１清澄化ステップからの上澄みの少なくとも一部を、管２３２を通して輸送し、第２清澄機ステップにおいて、ｐＨ調整剤の源２３４からの酸又はアルカリ化合物を添加することによりｐＨを調整した後に、清澄機２３０中で沈殿させる。管２３２において又は清澄機２３０において又はその両方において、上澄みの一部のｐＨを調整することができるように、ｐＨ調整剤の源２３４及び関連輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管を配置及び配列することができる。図２又は図３による系の別の実施形態では、いずれかの又は全ての清澄機を、酸化された水性混合物から沈殿触媒を分離することができる任意の形態の分離器に、置き換えることができる。濃縮された固化触媒を含有する溶液を、管２３８及び２２４を通して系３００の入口に戻し、入ってくるプロセス流れと混合し、一方で、触媒を実質的に含有しない酸化された流出液を、管２２２を通して抜き出すことができる。一部の実施形態では、再循環触媒の少なくとも一部を、触媒４０の源に向けることができる。２ステップ系の利点は、触媒を沈殿させるために、湿式酸化ユニットの流出液の少量のみをｐＨ調整すればよいことである。希釈水のために再循環させることができる流出液の一部は、その中に可溶性触媒を残留させていてもよく、それが望ましい。ｐＨ調整剤の源２２６を利用して、前記銅触媒に関する例について検討したのと同様の方法で、酸又は苛性化合物を添加することにより、管２２４を通して輸送されてもよい触媒を溶解することができる。湿式酸化ユニットの再循環流出液のｐＨは、また、湿式空気酸化系において触媒を溶解可能に維持するのに必要なｐＨに非常に近いものとなるであろう。
【００４０】
図２及び図３に示されている系では、酸化された水性混合物のｐＨを調整するだけで、触媒を沈殿させることができる。一部の実施形態では、例えば、触媒を沈殿させるための電気脱イオン方法等により、化学薬品を何ら加えることなく、ｐＨ調整を達成することができる。他の実施形態では、例えば硫化ナトリウム又は硫化水素のようなスルフィドイオンの源等の、追加の化学薬品を、酸化された水性混合物に添加して、反応速度を早めるか、さもなければ、触媒の沈殿を促進することができる。
【００４１】
１つ又は複数の実施形態では、湿式酸化された液体流出流を、図１に示されているように酸化反応器容器２４の下流に接続されている第２処理ユニット８０により処理して、存在する残留している望ましくない成分を除去し、及び／又は、それが必要であるか望ましい場合には、精製することができる。第２処理ユニット８０は、化学的スクラバ、生物学的スクラバ、吸着媒体床又は他の単位操作であってよい。一部の実施形態では、湿式酸化流出液のオゾン及び紫外光による酸化処理を始めとする高度酸化ステップを行なうことができる。このような高度酸化処理は、典型的には、容器又はタンク中で、周囲温度及び圧力で又はその付近で実施する。第２処理ユニット８０の大きさを調整して、所望の程度の精製と調和する表面積を得ることができる。別法では、液体流出物も、また、更なる処理のために反応器容器２４に再循環させることができる。排ガスの処理も、また、その組成及び大気に放出するための要件に応じて、下流排ガス処理ユニットで必要となることがある。
【００４２】
標的である臭気成分の濃度を検出するための感知装置を、系制御を容易にするために湿式酸化ユニット２４の上流及び／又は下流に備え付けてもよい。例えば、確立された環境規制に適合させるために、感知装置を導管２６に配置し制御装置７０と連絡させて、液体流出物流れを二次処理ユニット８０に振り向けるべきかどうかを決定し及び／又は制御することができる。
【００４３】
数多くの変化、変更及び改善を、図示された系及びプロセスに加えることができることを、理解すべきである。例えば、１つ又は複数の湿式酸化系を、複数のプロセス流れの源に、接続することができる。一部の実施形態では、湿式酸化系は、系の他の特性又は操作条件を測定するための追加の感知装置を包含することができる。例えば、系は、系の監視を容易にするために、温度、圧力低下及び流速のための感知装置を、様々な地点に、包含することができる。１つ又は複数の実施形態では、触媒を、湿式酸化プロセスの間に補充することができる。
【００４４】
本発明は、本発明の技術を実施するために、１つ又は複数の系又は構成要素を改造する既存の設備の変更を企図している。既存の湿式酸化系を、本明細書で例示的に検討された１つ又は複数の実施形態に従って、少なくとも一部の既存の装備を利用して、変更することができる。例えば、１つ又は複数のｐＨ感知装置を装備し、本明細書で示された１つ又は複数の実施形態に従った制御装置を既存の湿式酸化系で実施して、触媒溶解性を促進し又は触媒再循環を容易にすることができる。
【００４５】
本発明のこれらの実施形態及び他の実施形態の機能及び利点は、次の実施例からより十分に理解されるであろう。これらの実施例は、その本質上、例示的なものであることを意図しており、本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではない。次の実施例では、化合物を湿式酸化により処理して、その結合の分解をもたらす。
【００４６】
実施例
ベンチスケール湿式酸化（オートクレーブ）反応器
次の実施例では、ベンチスケール湿式酸化試験を、実験室オートクレーブで行なった。オートクレーブは、バッチ反応器であることにおいて、フルスケール系とは異なり、フルスケールユニットは、連続フロー反応器であってよい。反応期間に亘って十分な酸素を供給するために、高い充填空気がオートクレーブに添加されるべきであるので、オートクレーブは、典型的には、フルスケールユニットよりも高い圧力で、操作される。オートクレーブ試験の結果から、湿式酸化技術の性能の示度が得られ、これは、湿式酸化プロセスのための操作条件をスクリーニングするために有用である。
【００４７】
使用されたオートクレーブは、チタン、合金６００及びニッケル２００から製作されていた。オートクレーブ構造材料の選択は、廃水供給材料の組成に基づいた。使用するために選択されたオートクレーブは、それぞれ、５００又は７５０ｍｌの全体容量を有する。
【００４８】
オートクレーブに、廃水及び酸化後に過剰な残留酸素（約５％）をもたらすのに十分な圧縮空気を充填した。充填されたオートクレーブを、ヒーター／シェーカー機構に入れ、所望の温度（２８０℃から３５０℃）に加熱し、約６０分から約３６０分に亘る所望の時間、温度を保持した。
【００４９】
加熱及び反応期間の間、オートクレーブ温度及び圧力を、計算機制御データ取得系により監視した。酸化の直後に、オートクレーブをヒーター／シェーカー機構から外し、水道水を使用して室温に冷却した。冷却した後に、オートクレーブヘッドスペース中の排ガスの圧力及び体積を測定した。排ガスの試料を永久気体に関して分析した。排ガスの分析に続いて、オートクレーブを圧抜きし、開放した。酸化された流出液をオートクレーブから除去し、貯蔵容器に入れた。一部の流出液を分析に供し、残りの試料を後酸化処理のために使用した。分析作業及び酸化後試験作業に十分な量を生じさせるために、各条件について複数のオートクレーブ試験を行なった。
（実施例１）
【００５０】
均一系銅触媒を利用する湿式酸化プロセス
ベンチスケール湿式酸化試験を２８０℃で、温度で６０分間、様々なｐＨレベル（ｐＨ＝２．２、８．１、１１．５、１２．５及び１３．５）で行なって、酢酸の酸化に対する銅触媒の影響を決定した。データを下表１に示す。
【００５１】
表１．銅触媒を使用した酢酸溶液の湿式酸化（ＷＯ）の結果
【表１】
【００５２】
銅触媒は、２．２及び１３．５のｐＨレベルで最も高い溶解性を示した。酸化された流出液のｐＨが２．２及び１３．５であるとき、それぞれ、約９８％及び８８％の酢酸分解が達成された。これは、また、最も高い比率のＣＯＤ分解（９６．５％、９０％）及びＴＯＣ分解（９６．４％、８８．１％）に対応した。対照的に、溶液のｐＨが、銅が溶解可能でないｐＨ範囲（ｐＨ＝８．１、１１．５及び１２．５）に維持されると、約１７％から３７％の酢酸分解しか達成されなかった。銅が溶解可能でない場合には、同様に、より低い比率のＣＯＤ分解及びＴＯＣ分解が観察された。データは、銅溶解性が、酢酸の酸化を実質的に増加させることを示した。
（実施例２）
【００５３】
均一系バナジウム触媒を利用する湿式酸化プロセス
ベンチスケール湿式酸化試験を、均一系触媒としてのバナジウムを２種の異なるｐＨレベルで使用して、酢酸含有水溶液について行なった。結果を、下表２に示す。
【００５４】
表２．バナジウム触媒を使用した酢酸溶液の湿式酸化の結果
【表２】
【００５５】
酸化条件下に、バナジウムは、約４．５を超えるｐＨレベルで溶解可能である。結果は、溶液のｐＨが２．６でありバナジウムがほぼ不溶であると、２％のＴＯＣ分解しか達成されなかったことを示している。２．６６のｐＨレベルでも、また、低い比率のＴＯＣ分解が生じた。溶液のｐＨが５．３まで高められて（バナジウムを溶解すると）、同じ触媒用量、温度及び温度での時間が維持されると、ＴＯＣ分解は、１７．３％まで上昇した。溶液のｐＨを２．６６から５．３に上昇させると、全有機炭素の分解が約６４％上昇した。データは、バナジウム溶解性が、酢酸の酸化を実質的に上昇させたことを示した。
（実施例３）
【００５６】
均一系鉄触媒を利用する湿式酸化プロセス
ベンチスケール湿式酸化試験を、２種の異なるｐＨレベルのシュウ酸溶液について、２３０℃で１５０分間、行なった。データを、下表３に示す。
【００５７】
表３．鉄触媒を使用したシュウ酸溶液の湿式酸化の結果
【表３】
【００５８】
酸化条件下で、鉄は、約４のｐＨレベル未満で溶解可能である。結果は、鉄触媒をそれが不溶性である高いｐＨレベル（ｐＨ＝１３．６及び１３．７）で使用した場合、酸化は強化されなかったことを示した。溶液のｐＨが、鉄が溶解可能である範囲（ｐＨ＝２．６及び１．７）にあった場合、シュウ酸の分解が、それぞれ、約９５％及び約１００％に上昇した。データは、鉄の溶解性がシュウ酸の酸化を実質的に上昇させたことを示した。
（実施例４）
【００５９】
均一系鉄触媒を利用するクロロフェノールの湿式酸化
クロロフェノールの鉄触媒酸化及び非触媒酸化の両方を、１５０℃で、この温度での９０分間で行なった。データを下表４に示す。
【００６０】
表４．鉄触媒を使用したクロロフェノールの湿式酸化の結果
【表４】
【００６１】
これらの試験は、２．９から２．３へｐＨレベルを低下させることにより鉄触媒の溶解性を上昇させると、ＴＯＣ分解が約７％から約５７％へ上昇することを示した。同様に、ｐＨレベルの低下は、約７．４％から約６８．１％へとＣＯＤ分解を上昇させた。データは、ｐＨレベルの僅かな調整でも、接触湿式酸化プロセスの効率をかなり上昇させることを示した。
（実施例５）
【００６２】
酸化銅再循環試験
銅触媒を回収するためのｐＨ調整を評価するための比較試験を行なった。２セットの試験を行なった。第１セットの試験では、ｐＨ非調整の苛性廃棄ナフテン酸を２００℃で、１２０分の滞留時間及び酸化銅として添加された銅５００ｍｇ／Ｌを用いて酸化した。第２セットの試験は、ｐＨ調整された苛性廃棄ナフテン酸で、２００℃で、滞留時間１２０分及び酸化銅として添加された銅５００ｍｇ／Ｌを用いて行なった。
【００６３】
各セットの試験を、下記と同じ条件で実施した。苛性廃棄ナフテン酸の試料を酸化させて、酸化された流出液を製造した。酸化された流出液を、水酸化ナトリウムを使用して約８．５にｐＨ調整し、遠心分離した。一部の上澄みを除去し、酸化銅を含有する残存流出液を、希釈水として再循環させ、後続の酸化のために新鮮な供給物と混合した。各ランを、複数回反復し、その際、当初供給の酸化により、酸化銅を含有する第１再循環流出液が得られ、これを、新鮮な供給物と混合し、酸化させると、酸化銅を含有する第２再循環流出液が得られた。各再循環物を新鮮な供給物と混合し、表５及び６に示されている循環回数、酸化し後続の再循環物を形成した。
【００６４】
各再循環反復について、ＣＯＤ及びＴＯＣ分解を、２種の異なる方法で、算出した。第１の方法は、オートクレーブに入れられた供給混合物に基づく。先行するランからの酸化された流出液を受け入れたままの苛性廃棄物を希釈するために使用するので、供給ＣＯＤは、酸化された流出液に対する新鮮な供給物の比を使用して算出した。第２の方法は、受け入れたままの供給に基づき、「ＣＯＤ分解−全体」として列挙した。酸化された流出液を希釈のためにＷＡＯ系に戻すので、全体ＣＯＤを低下させることとなる追加の水を系に添加しなかった。
【００６５】
ｐＨ非調整及びｐＨ調整再循環についての結果を、それぞれ、表５及び６に報告する。
【００６６】
【表５】
【００６７】
表５に示されているとおり、酸化された流出液のｐＨを約８．５に調整し、続いて、遠心分離で沈殿させると、可溶性銅２２．９ｍｇ／Ｌが、再循環１で回収され、次いで、これを、更なる酸化のために新鮮な供給物と混合した。可溶性銅を含有する再循環された流出液のｐＨを、新鮮な供給物と混合する前に、酸又は塩基で更に調整することはなかった。
【００６８】
各再循環で回収された可溶性銅の量は、各反復で上昇し、再循環３では、５５．５ｍｇ／Ｌとなった。３回の再循環反復の後に、酸化／再循環系は、５１．８％のオートクレーブＣＯＤ分解効率で、定常状態を達成し始めたが、これは、８８．１％の全体ＣＯＤ分解効率をもたらす。オートクレーブＴＯＣ分解効率は、各反復で８．８％から３８．３％まで上昇したが、再循環３では、８１．２％の全体ＴＯＣ分解効率であった。これらの結果は、銅触媒を含有する酸化された流出液のｐＨ調整により、可溶性銅を含有する再循環流出液が生成され、これは、酸化系に戻し供給することができ、このことにより、酸化系に加えられるべき新鮮な触媒の量を低減することができることを示している。
【００６９】
【表６】
【００７０】
表６に示されているとおり、酸化された流出液のｐＨを約８．５に調整し、続いて、遠心分離で沈殿させると、再循環１では、可溶性銅１５２ｍｇ／Ｌが回収され、次いでこれを、更なる酸化のために新鮮な供給物と混合した。新鮮な供給物と合わせる前に、各再循環物１〜５を、示されている酸でｐＨ調整した。
【００７１】
各再循環で回収された可溶性銅の量は、再循環１から再循環３で、１５２ｍｇ／Ｌから３５４ｍｇ／Ｌへと上昇した。酸化された流出液を約８．５ではなく８にｐＨ調整し、続いて６０℃で沈殿させた結果である再循環４は、１４．７ｍｇ／Ｌのかなり低い可溶性銅を示したが、酸化された流出液を再び約８．５にｐＨ調整して生じた後続の再循環５は再び、２８９ｍｇ／Ｌへの可溶性銅の著しい上昇を示した。
【００７２】
表６に示されているとおり、供給物への酸の添加及び引き続く各再循環１〜５への酸の添加により、ｐＨ調整が再循環物に対して行われない場合よりも早く、系は定常状態に達した。ｐＨ調整された供給物で行われた再循環試験は、定常状態条件が、２再循環反復の後に達成されることを示した。全体ＴＯＣ分解効率は、２循環の後に９０．２％から８９．６％で安定した。同様に、全体ＣＯＤ分解効率は、２循環の後に約９４％で安定した。
【００７３】
同様に、供給物に酸を加え、各再循環１〜５に酸を後で加えると、ｐＨ調整を再循環に対して行なわない場合よりも、高いＴＯＣ及びＣＯＤ分解効率が生じた。表６に示されているとおり、酸を各再循環に加えると、全体ＴＯＣ分解効率は約９０％に上昇し、これに対して、酸を各再循環に加えないと、分解効率は約８１％であった。同様に、各再循環に酸を加えると、全体ＣＯＤ分解効率は約８８％に上昇し、これに対して、各再循環に酸を加えないと、約７２％であった。再循環に硫酸を添加すると、再循環のｐＨは、銅触媒がより可溶性である範囲にし、この可溶性銅の高いレベルを、後続の酸化サイクルにおいて分解効率を上昇させるために利用することができた。
【００７４】
再循環のｐＨを調整し及び調整しない両方の試験ランに関して、酸化された流出液及び触媒をＷＡＯユニットに再循環させる他の利点は、それにより、酸化し難い成分の滞留時間が長くなることである。滞留時間を、添加された希釈水の量に比例して延長した。即ち、必要な希釈水が多いほど、滞留時間は長くなった。再循環試験からの結果は、この増加した滞留時間は、酸化に対して当初は抵抗する一部の成分の分解に有効であることを示した。受け入れたままの苛性化合物のＣＯＤを２６０，０００ｍｇ／Ｌから約４０，０００ｍｇ／Ｌに低下させるために、オートクレーブ中で大量の希釈を使用する必要があったので、酸化されにくい成分での滞留時間も、また、非常に長かった。
【００７５】
本明細書で使用される場合、「複数」という用語は、２個以上のアイテム又は成分を指している。「含有してなる」、「包含する」、「持つ」、「有する」、「含有する」及び「伴う」という用語は、詳細な説明、請求項及びその他のいずれにおいても、オープンエンドな用語であり、即ち、「〜を包含し、これらに限られない」ことを意味している。従って、このような用語の使用は、その後に列挙されている事項及びその等価物、更に追加の事項を包み込むことを意図している。移行的語句「からなる」及び「から本質的になる」のみが、請求項に関して、それぞれ、クローズド又はセミクローズドな移行的語句である。
【００７６】
請求項要素を修飾するための、請求項における「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞の使用は、それ自体、他に対する一請求項要素の任意の優先性、優位性若しくは順序又は方法の実施が行われる時間的な順序を示すものではなく、単に、ある種の名称を有する請求項の一つの要素を、（順番を示す用語を除いて）同じ名称を有する他の要素から区別して、請求項要素を区別するための表示として使用されている。
【００７７】
当業者であれば、本明細書に記載のパラメーター及び配置は例示的であること、及び実際のパラメーター及び／又は配置は、本発明の系及び技術が使用される特定の用途に左右されることを理解するであろう。当業者であれば、また、日常的な実験を行なうだけで、本発明の特定の実施形態と等価のものを認識するか、確認することができるであろう。従って、本明細書に記載の実施形態は、単なる例として示されていること、そして、添付の請求項及びそれと等価なものの範囲内で、本発明を、特別に記載されたものとは別の方法で実施することができることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００７８】
２４ 湿式酸化ユニット
１０ 水性混合物の源
４０ 触媒の源
５０ ｐＨ感知装置
７０ ｐＨ制御装置
３２ 分離器
【技術分野】
【０００１】
本出願は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）項に基づく優先権を、その全体が参照により本明細書に援用される２００７年１月２２日出願の米国特許仮出願第６０／８８５９６６号：発明の名称「再循環銅触媒を使用する湿式空気酸化プロセス」に対して、主張する。
【０００２】
１．発明分野
本発明は、一般にプロセス流れの処理に、より特定すると、その中の望ましくない成分を処理するための接触湿式酸化系及びプロセスに、関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連分野の記載
湿式酸化は、プロセス流れを処理するためのよく知られている技術であり、例えば、廃水中の汚染物質を分解するために、広く使用されている。このプロセスは、望ましくない成分を、酸化剤、通常は酸素含有ガスからの分子状酸素、により高温及び高圧下で水性相酸化することを伴う。このプロセスにより、有機汚染物質を、二酸化炭素、水、及び酢酸等の生分解性短鎖有機酸に、転換することができる。硫化物、メルカプチド及びシアン化物を始めとする無機成分も、また、酸化することができる。焼却の代替法として、湿式酸化は、幅広い様々な用途で、後で放出するために、プロセス内再循環のために、又は精製のための慣用の生物学的処理プラントを供給するための前処理ステップとしてプロセス流れを処理するために、使用することができる。接触湿式酸化は、伝統的な非接触湿式酸化を有効に強化するものとして登場した。接触湿式酸化プロセスは、通常、より低い温度及び圧力で、従って、より低い資本経費で、より高度の分解を可能にする。処理すべき水性流を、酸化剤と混合し、高温及び高圧下で触媒と接触させる。不均一系触媒は、典型的には、床の上に存在し、その上方を、水性混合物が通過するか、又は、固体粒子の形態で存在し、酸化に先立って水性混合物とブレンドされる。触媒は、再使用のために、湿式酸化ユニットの下流で酸化流出液から濾取することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つ又は複数の実施形態では、本発明は、接触湿式酸化のためのプロセス及び系に関する。一実施形態では、接触湿式酸化プロセスは、処理すべき少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を提供することを含んでなる。水性混合物を触媒及び酸化剤と高められた温度で過圧下に接触させて、少なくとも１種の望ましくない成分を処理し、酸化された水性混合物を形成する。酸化された水性混合物のｐＨレベルを調整することにより、少なくとも一部の触媒を沈殿させて、沈殿触媒を形成する。少なくとも一部の沈殿触媒を再循環して、水性混合物と接触させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
他の実施形態では、接触湿式酸化系は、湿式酸化ユニット；湿式酸化ユニットに流体接続されていて、少なくとも１種の望ましくない成分を含んでなる水性混合物の源；湿式酸化ユニットに流体接続されていて、水性混合物の源と湿式酸化ユニットとの間に配置されている、水性混合物に溶解可能な触媒の源；酸化された水性混合物のｐＨレベルを、湿式酸化ユニットの下流で、検出するように構成されているｐＨ感知装置；ｐＨ感知装置と連絡していて、触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録しているｐＨ感知装置に応答して、酸化された水性混合物のｐＨレベルを、触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲外のレベルに、調整する制御信号を生じるように構成されているｐＨ制御装置；湿式酸化ユニットの下流に配置され且つこれと流体接続していて更にｐＨ制御装置の下流に配置されている、触媒の少なくとも一部を沈殿させるように構成されている分離器；並びに、分離器の出口、及び、触媒の源の少なくとも１個の入口及び湿式酸化系への入口に流体接続している再循環管路を含んでなる。
【０００６】
他の実施形態では、接触湿式酸化プロセスで使用された触媒の再循環を容易にする方法は、ｐＨ感知装置と連絡している制御装置を有するｐＨ監視系を提供することを含んでなり、ここで、この制御装置は、利用される触媒について所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録しているｐＨ感知装置に応答して、水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように構成されている。
【０００７】
本発明の利点、新規な特徴及び対象は、添付の図面と共に以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００８】
添付の図面は、規模を写すことを意図したものではない。図面では、様々な図面に示されている同一の又はほぼ同一の構成要素はそれぞれ、同様の数字で表されている。明確さのために、全ての構成要素を全ての図面で表示しているとは限らない。本発明の好ましい非限定的な実施形態を、添付の図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の湿式酸化系の一実施形態による系統図である。
【図２】触媒再循環プロセスを包含する本発明の湿式酸化系の実施形態による系統図である。
【図３】２ステップ沈殿プロセスを伴う触媒再循環プロセスを包含する本発明の湿式酸化系の実施形態による系統図である。
【図４】銅に関して本明細書で参照されるプールベダイアグラムである。
【図５】バナジウムに関して本明細書で参照されるプールベダイアグラムである。
【図６】鉄に関して本明細書で参照されるプールベダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、その応用において、以下の記述で説明されているか、図面で説明されている構成要素の構成及び配置の詳細に、限定されるものではない。本発明は、本明細書に例示されているもの以上の様々な方法で実態化、実行又は実施することができる。
【００１１】
１つ又は複数の実施形態では、本発明は、プロセス流れを処理するための１つ又は複数の系及びプロセスに関する。典型的な操作では、開示されている系は、地域共同体、産業又は住宅源からのプロセス流れを受け入れることができる。例えば、系が廃水を処理する実施形態では、プロセス流れは、自治体廃水スラッジ又は他の大規模汚水系に由来してよい。プロセス流れは、また、例えば、食品加工プラント、化学加工施設、ガス化プロジェクト又はパルプ及び紙プラントに由来してもよい。プロセス流れは、操作により、系を通して、系の上流又は下流へと移動させることができる。
【００１２】
本明細書で使用する場合、「プロセス流れ」という用語は、処理のために系に輸送することができる水性混合物を指している。処理の後に、プロセス流れは、上流プロセスに戻してもよく、廃棄物として系から出してもよい。水性混合物は、典型的には、酸化することができる少なくとも１種の望ましくない成分を含んでいる。望ましくない成分は、例えば、公衆衛生、プロセス設計及び／又は審美的考慮のために、水性混合物からの除去の対象となる任意の物質又は化合物であってよい。一部の実施形態では、酸化することができる望ましくない成分は、有機化合物である。或る種の無機成分、例えば、硫化物、メルカプチド及びシアン化物もまた、酸化することができる。スラリー等の、系により処理すべき水性混合物の源は、プラントからの直接的な配管又は保持容器の形態を取っていてよい。
【００１３】
本発明の１つ又は複数の実施形態では、望ましくない成分又はその分解産物中の１つ又は複数の特定の化学結合を分解することが望ましい。酸化反応は、酸化可能な有機汚染物質を、二酸化炭素、水、及び酢酸等の生分解可能な短鎖有機酸に、転換することができる分解技術の１つである。本発明の一側面は、１種又は複数の望ましくない成分を含有する水性混合物の酸化処理のための系及びプロセスに関する。
【００１４】
一実施形態では、少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を湿式酸化する。水性混合物は、酸化剤を用いて高められた温度で過圧下に、少なくとも１種の望ましくない成分を処理するのに十分な期間、酸化される。酸化反応は、望ましくない成分中の１つ又は複数の化学結合の完全性を実質的に分解することができる。本明細書で使用する場合、「実質的に分解」という語句は、少なくとも約９５％の分解と定義される。本発明のプロセスは、通常、酸化され得る任意の望ましくない成分の処理に適用することができる。
【００１５】
開示されている湿式酸化プロセスは、酸化される化合物に適した任意の公知のバッチ式又は連続式湿式酸化ユニットで実施することができる。典型的には、水性相酸化は、図１に例示されているような連続フロー湿式酸化系で実施することができる。任意の酸化剤を使用することができる。酸化剤は、通常、空気、酸素富化空気又は実質的に純粋な酸素等の、酸素含有ガスである。本明細書で使用する場合、「酸素富化空気」という語句は、約２１％を超える酸素含有量を有する空気と定義される。
【００１６】
典型的な操作では、図１を参照すると、貯蔵タンク１０として示されている源からの水性混合物は、導管１２を通して高圧ポンプ１４に流れ、ここで、ポンプにより水性混合物を加圧する。水性混合物を、コンプレッサー１６により供給される加圧酸素含有ガスと、導管１８内で混合する。水性混合物は、熱交換機２０を流れ、ここで、酸化が開始される温度に加熱される。次いで、加熱された供給混合物は、入口３８で反応容器２４に入る。湿式酸化反応は、通常、発熱性であり、反応器で生じる反応熱により、混合物の温度を所望の値まで更に上昇させることができる。大部分の酸化反応が、所望の程度の酸化を達成するのに十分な滞留時間を提供する反応容器２４内で生じる。次いで、酸化された水性混合物及び酸素が消耗されたガス混合物が、反応器から、圧力制御バルブ２８により制御される導管２６を通して、外に出される。熱い酸化された流出液が熱交換機２０を横切り、ここで、流入する原料水性混合物及びガス混合物により冷却される。冷却された流出液混合物は、導管３０を通して分離容器３２に流れ、ここで、液体及びガスが分離される。液体流出物は、分離容器３２から下部導管３４を通して外に出、一方で、排ガスは、上部導管３６を通して排気される。その組成及び大気への排出要件に応じて、排ガスの処理が、下流の排ガス処理ユニットにおいて必要なこともある。湿式酸化流出液は、典型的には、精製（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のための生物学的処理プラントに排出してもよい。流出液を、また、湿式酸化系による更なる処理のために再循環することもできる。
【００１７】
典型的には、十分な酸素含有ガスを系に供給して、湿式酸化系排ガス中に残留酸素を維持するが、典型的には、過圧ガス圧は、液相中の水を選択された酸化温度に維持するのに十分である。例えば、２４０℃での最小系圧力は３３気圧であり、２８０℃での最小圧力は６４気圧であり、３７３℃での最小圧力は２１５気圧である。一実施形態では、水性混合物は、約３０気圧から約２７５気圧の圧力で酸化される。湿式酸化プロセスは、水の臨界温度である３７４℃未満の高められた温度で行なうことができる。一実施形態では、湿式酸化プロセスを、約１５０℃及び約６気圧の圧力から約３２０℃及び約２００気圧の圧力までの範囲の高められた温度で行なうことができる。一部の実施形態では、湿式酸化プロセスを、超臨界高温で行なうことができる。反応室内での水性混合物の滞留時間は、一般に、所望の程度の酸化を達成するのに十分であるのがよい。一部の実施形態では、滞留時間は、約１時間を超え約８時間までである。少なくとも１つの実施形態では、滞留時間は、少なくとも約１５分から約６時間までである。一実施形態では、水性混合物を約１５分から約４時間酸化される。他の実施形態では、水性混合物は、約３０分から約３時間酸化される。
【００１８】
１つ又は複数の実施形態では、湿式酸化プロセスは、接触湿式酸化プロセスである。酸化反応を、触媒により媒介させることができる。通常、処理すべき少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を、触媒及び酸化剤と高められた温度で過圧下に接触させる。通常、反応速度を高め、並びに／又は、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）及び／若しくは全有機炭素（ＴＯＣ）の大きな低減を始めとする系の全体分解除去効率を改善するのには、有効量の触媒で、十分である。触媒は、また、湿式酸化系の全体エネルギー必要量を低下させるのにも役立ちうる。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態では、触媒は、周期表のＶ、ＶＩ、ＶＩＩ及びＶＩＩＩ族の任意の遷移金属であってよい。一実施形態では、例えば、触媒は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ又はこれらの合金若しくは混合物であってよい。遷移金属は、元素であってもよく、金属塩等の化合物で存在してもよい。一実施形態では、遷移金属触媒は、バナジウムである。他の実施形態では、遷移金属触媒は、鉄である。更に他の実施形態では、遷移金属触媒は、銅である。
【００２０】
触媒を水性混合物に、湿式酸化系の任意の地点で加えることができる。触媒を、水性混合物と混合することができる。一実施形態では、触媒源４０が貯蔵タンク１０に流体接続している、図１に示されているとおりの湿式酸化ユニットに供給する水性混合物の源に、触媒を、加えることもできる。一部の実施形態では、触媒を、湿式酸化ユニットに直接加えることもできる。他の実施形態では、また、加熱及び／又は加圧に先立って、水性混合物に触媒を供給することもできる。
【００２１】
更に他の実施形態では、触媒が、処理すべきプロセス流れに既に存在していてもよい。酸化ユニットに供給される水性混合物は、触媒材料を含有していてもよい。例えば、遷移金属が、接触湿式酸化系により処理すべき廃棄物流れ中に存在してもよい。水性スラリー、例えば揮発性有機炭素を含有する水性スラリー、は、触媒として作用し得る金属を含有することがある。例えば、水性混合物は、ガス化副生成物のスラリーであってよい。
【００２２】
１つ又は複数の実施形態では、触媒は、水性混合物に可溶であって湿式酸化プロセスを促進するものであってよい。通常、水性混合物の特性は、水性混合物中の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。例えば、処理すべき水性混合物のｐＨレベルが、水性混合物中の特定の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。
【００２３】
一部の実施形態では、触媒を、水性混合物の特性に基づいて選択することができる。図１に示されているとおり、湿式酸化系は、処理すべき水性混合物の特性を検出するように構成された感知装置５０を含んでいてよい。一部の実施形態では、感知装置５０は、水性混合物のｐＨレベルを検出するように構成されたｐＨ感知装置であってよく、湿式酸化プロセスのための触媒を、水性混合物の検出されたｐＨレベルに基づき選択することができる。
【００２４】
様々な触媒についての溶解性とｐＨレベルとの関係は、一般に当業者に知られている。電位−ｐＨ平衡ダイアグラムが、様々な触媒−水系について構築されていて、その参照方法を熟知している当業者であれば、容易に利用することができる。例えば、Ｐｏｕｒｂａｉｘ，Ｍ．Ｍ．、Ｔｈｅ Ａｔｌａｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉａ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：Ｔｅｘａｓ １９７４から入手可能なプールベダイアグラムと一般に称されるものの再現を、それぞれ、銅、バナジウム及び鉄に関して図４〜６に示す。
【００２５】
１つ又は複数の実施形態では、検出されたｐＨレベルで溶解可能な触媒を選択して、湿式酸化プロセスを強化する。従って、図４を参照すると、１つ又は複数の実施形態では、ｐＨ感知装置５０により検出された水性混合物のｐＨレベルが、約２未満又は約１３超である場合には、銅を含有してなる触媒を、触媒源４０のために選択することができる。同様に、図５を参照すると、検出されたｐＨレベルが約４．５超である場合には、バナジウムを含有してなる触媒を選択することができる。図６を参照すると、検出されたｐＨレベルが約４未満である場合には、鉄を含有してなる触媒を選択することができる。本明細書で例示されたもの以外の他の触媒を利用することができる。
【００２６】
他の実施形態では、触媒を選択し、水性混合物の１つ又は複数の特性を操作して、選択された触媒の溶解可能形態での存在を促進して、湿式酸化プロセスを強化することができる。例えば、水性混合物のｐＨレベルを感知装置５０により検出し、調整して、選択された触媒を水性混合物に溶かすことができる。ｐＨ調整剤は、湿式酸化系内の任意の地点で水性混合物に加えることができるが、好ましくは、触媒が、酸化反応の間じゅう、水性混合物内で溶解可能であるように、添加する。一部の実施形態では、ｐＨ調整剤の源６０は、図１に示されているとおり、水性混合物の源１０に流体接続されていてよい。ｐＨ調整剤の源６０は、通常、水性混合物のｐＨレベルを望ましい値又は範囲に調整することができる、酸又は塩基等の、任意の物質又は化合物を包含してよい。例えば、アルカリ金属水酸化物を、水性混合物のｐＨレベルを調整するために利用することができる。一実施形態では、アンモニアを使用して、触媒を溶かすことができる。
【００２７】
この場合にも、様々な触媒についての可溶性とｐＨレベルとの関係は、当業者に、通常、知られている。前記で検討したとおり、プールベダイアグラムから、選択された触媒が溶解可能となる所望のｐＨ範囲を決定するための情報を得ることができる。図４を参照すると、選択された触媒が銅を含んでなる場合には、水性混合物のｐＨレベルを、約２未満又は約１３超に調整することができる。同様に、図５を参照すると、選択された触媒がバナジウムを含んでなる場合には、水性混合物のｐＨレベルを約４．５超に調整することができる。鉄を含んでなる触媒が選択される場合には、図６を参照すると、水性混合物のｐＨレベルを、約４未満のレベルに調整することができる。
【００２８】
一部の実施形態では、湿式酸化系は、弁及びポンプを作動させる等の−これらに限られないが−系の又は系の成分の操作パラメーターの少なくとも１つを調整又は調節するための制御装置７０を含んでいてもよい。制御装置７０は、図１に示されているとおり、感知装置５０と電子的に連絡していてよい。制御装置７０は、通常、選択された触媒について所定のｐＨ溶解性範囲外のｐＨレベルを登録しているｐＨ感知装置５０に応答して、水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように構成されていてよい。例えば、制御装置７０は、ｐＨ調整剤源６０と関連している１つ又は複数の弁に制御信号を与えて、ｐＨ調整剤を水性混合物源１０に加えることができる。
【００２９】
制御装置７０は、典型的には、湿式酸化系の構成要素に入力信号を送り又は構成要素から出力信号を受け取る、プログラマブルロジック制御装置（ＰＬＣ）又は分散制御システム等の、マイクロプロセッサに基づく装置である。通信網により、任意の感知装置又は信号発生装置を、制御装置７０又は関連コンピューター系からかなりの距離に、位置させることができる一方で、それらの間でデータを送ることもできる。このような通信機構を、無線プロトコルを利用するものを始めとする−これらに限られないが−任意の適切な技術を利用して実行することができる。
【００３０】
酸化ユニットの典型的な操作に関して前記で検討したとおり、酸化反応器の下流で、酸化された水性混合物から液体流出物を分離する。一部の実施形態では、分離プロセスにより、触媒を液体流出物から回収することができる。例えば、一部の実施形態では、触媒を、流出液流れから沈殿させることができる。一実施形態では、結晶器を使用して、触媒を回収することができる。次いで触媒を、湿式酸化系に再循環することができる。
【００３１】
図２は、触媒循環系を包含する湿式酸化系の他の実施形態を図示している。この実施形態では、プロセス流れは、管２０２を通して系２００に入ることができる。系２００で利用することができる触媒には、周期表のＶ、ＶＩ、ＶＩＩ及びＶＩＩＩ族の任意の遷移金属が含まれる。一部の実施形態では、例えば、触媒は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、又はこれらの合金若しくは混合物であってよい。遷移金属は元素であってもよく金属塩等の化合物で存在してもよい。一実施形態では、遷移金属触媒は、バナジウムである。他の実施形態では、遷移金属触媒は、鉄である。更に他の実施形態では、遷移金属触媒は、銅である。
【００３２】
１つ又は複数の実施形態では、触媒は、水性混合物に可溶であって湿式酸化プロセスを強化してもよい。通常、水性混合物の特性は、水性混合物中の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。例えば、処理すべき水性混合物のｐＨレベルが、水性混合物中の特別の触媒の溶解性に影響を及ぼしうる。
【００３３】
１つ又は複数の実施形態では、入ってくる水性混合物のｐＨレベルで溶解可能である触媒を選択して、湿式酸化プロセスを強化することができる。図１のｐＨ感知装置５０と同様のｐＨ感知装置を、図２の湿式酸化系２００の入力に導入して、入ってくる水性混合物のｐＨの示度を得ることができる。従って、図４を参照すると、水性混合物のｐＨレベルが約２未満又は約１３超である場合、１つ又は複数の実施形態では、銅を含有してなる触媒を選択することができる。同様に、図５を参照すると、水性混合物のｐＨレベルが約４．５超である場合には、バナジウムを含有してなる触媒を選択することができる。図６を参照すると、水性混合物のｐＨレベルが約４未満である場合には、鉄を含有してなる触媒を選択することができる。本明細書に例示されているもの以外の他の触媒も利用することができる。
【００３４】
図２を参照すると、触媒は、系の入口でプロセス流れに添加してもよく、下記で更に検討する再循環触媒を含む水性混合物を通してもよい管２２４を通って管２０２を流れる間に添加してもよい。新鮮な触媒を、また、再循環触媒と共に添加することもできる。
【００３５】
他の実施形態では、触媒又は触媒の一部は、処理すべきプロセス流れに既に存在していてもよい。酸化ユニットに供給される水性混合物は、触媒材料を含有していてもよい。例えば、遷移金属が、接触湿式酸化系により処理すべき廃棄物流れ中に存在していてもよい。水性スラリー、例えば揮発性有機炭素を含有する水性スラリー、は、触媒として作用しうる金属を含有することがある。例えば、水性混合物は、ガス化副生成物のスラリーであってよい。
【００３６】
プロセス流れを、反応器２０６に入る前に、熱交換機２０４に通過させて、所与の滞留時間の間、所望の温度に加熱することができる。処理が完了した後に、処理されたプロセス流れを、反応器２０６から管２０８を通して出す。次いで、処理されたプロセス流れを、熱交換機２１０により冷却してもよく、これは、一部の実施形態では、熱交換機２０４と同じ熱交換機であってよい。処理されたプロセス流れを、ｐＨ調整剤の源２１２からの酸又はアルカリ化合物を添加することにより、ｐＨ調整することができる。ｐＨ調整剤がｐＨ調整剤の源２１２から添加されている間、酸化された水性混合物のｐＨを監視し、ｐＨが所定の点に達したときにｐＨ調整を中断する信号を与えるように、ｐＨ感知装置（図示せず）をｐＨ調整剤の源２１２と連絡させて設けてもよい。代わりの実施形態では、ｐＨ感知装置（図示せず）を、ｐＨ調整剤の源２１２の下流に位置させ、図１に示されている制御装置７０等のｐＨ制御装置（図示せず）に接続することができるが、ここで、この制御装置は、ｐＨ調整剤の源２１２に付随している輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管を通って、ｐＨ調整剤の源から酸化された水性混合物に入るｐＨ調整剤の流れを制御して、所定の範囲内にｐＨを維持するように構成されている。一部の実施形態では、ｐＨ調整剤の源２１２からのｐＨ調整剤の添加を手動で制御することができる。一部の実施形態では、図２に示されている気液分離器２１４の上流に代えて、気液分離器２１４の下流で管２１８にｐＨ調整剤を導入するように、ｐＨ調整剤の源２１２を構成することができる。他の実施形態では、清澄機２２０にＰＨ調整剤を直接導入するように、ｐＨ調整剤の源２１２を構成することができる。
【００３７】
例えば、銅が触媒として使用される場合、可溶性水酸化銅を含有する処理されたプロセス流れを、約８０℃に冷却し、気液分離器２１４の上流若しくは下流で又は清澄機２２０内で、水酸化銅の溶解性が低い（２５℃で＜１ｐｐｍ）条件である約６から約１２の範囲にｐＨ調整する。一部の実施形態では、ｐＨを、約８から約９の範囲に調整してもよく、一部の実施形態では、ｐＨを約９に調整してもよい。管２１６を通して排ガスを放出する気液分離器２１４を通過した後に、処理されたプロセス流れを、管２１８を通して、清澄機２２０に輸送することができ、そこで、酸素の存在下、８０℃、約６から約１２のｐＨで、少なくとも一部の水酸化銅を、酸化銅粒子に変換する。一部の実施形態では、清澄機中で、約８から約９の範囲のｐＨで、水酸化銅を酸化銅粒子に変換し、一部の実施形態では、清澄機中で、約９のｐＨで、水酸化銅を酸化銅粒子に変換する。酸化銅粒子は、清澄機２２０中で沈殿し、濃縮流出スラリーの少なくとも一部を除去し、管２２４を通して、系２００の入口に再循環させ、一方で、実質的に銅を含有しない酸化された流出液を、管２２２を通して除去することができる。管２２４（図示せず）及び／又はｐＨ制御装置（図示せず）と連絡しているｐＨ感知装置からの信号に応答して、ｐＨ調整剤の源２２６からの酸又はアルカリ化合物を添加することにより、再循環される銅を含有する流出液のｐＨを、望むように、調整することができる。ｐＨ調整剤を、再循環される銅を含有する流出液に添加して、銅触媒が溶解可能であるレベルにｐＨを調整することができる。例えば、銅は、通常、約６未満又は約１２超のｐＨレベルで可溶であるので、再循環される銅を含有する流出液が約６から約１２のｐＨを有する場合には、酸を再循環される銅を含有する流出液に添加してｐＨレベルを約６未満に低下させ又は苛性化合物を添加して再循環される銅を含有する流出液のｐＨレベルを約１２超に上昇させ、少なくとも一部の銅触媒を溶解させることができる。一部の実施形態では、少なくとも一部の再循環される触媒を、触媒の源４０に向けることもできる。
【００３８】
一部の用途では、系をより効率的にし、系の運転中に使用される化学薬品の量を低減するために、２ステップ触媒沈殿プロセスを使用することが有利であることもある。図３は、２ステップ触媒沈殿プロセスを利用する湿式空気酸化系の実施形態を図示している。図３に示されているとおり、２ステップ触媒沈殿プロセスを伴う系３００は、一組の清澄機２２８及び２３０を利用することができる。一実施形態では、ｐＨ調整剤の追加の源２１２が、気液分離器２１４の上流に配置されていてよい。系３００の一部の実施形態では、ｐＨ調整剤の源並びに関連輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管が存在してもよく、これらは、気液分離器２１４の上流又は下流の位置に及び／又は清澄機２２８、清澄機２３０若しくはその両方へ、ｐＨ調整剤を輸送するように、構成される。複数のｐＨ感知装置（図示せず）を、系３００の任意の構成要素の上流又は下流の位置に位置させ、図１に示されている制御装置７０等のｐＨ制御装置（図示せず）に結合させることができるが、このｐＨ制御装置は、系の至るところに位置しているｐＨ調整剤の１つ又は複数の源、例えばｐＨ調整剤の源２３４、からのｐＨ調整剤の流れを、ｐＨ調整剤の１つ又は複数の源と関連している輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管を通して、制御するように構成及び配置されている。
【００３９】
図３の系３００では、粗い清澄化が、第１の清澄機２２８で起こりうる。第１清澄化ステップからの第１分離溶液の少なくとも一部を、管２３６及び２２４を通して、更なる処理のための希釈水及び触媒供給原料として、系の入口に戻すことができる。第１清澄化ステップからの上澄みの少なくとも一部を、管２３２を通して輸送し、第２清澄機ステップにおいて、ｐＨ調整剤の源２３４からの酸又はアルカリ化合物を添加することによりｐＨを調整した後に、清澄機２３０中で沈殿させる。管２３２において又は清澄機２３０において又はその両方において、上澄みの一部のｐＨを調整することができるように、ｐＨ調整剤の源２３４及び関連輸送ポンプ及び／又は弁及び／又は配管を配置及び配列することができる。図２又は図３による系の別の実施形態では、いずれかの又は全ての清澄機を、酸化された水性混合物から沈殿触媒を分離することができる任意の形態の分離器に、置き換えることができる。濃縮された固化触媒を含有する溶液を、管２３８及び２２４を通して系３００の入口に戻し、入ってくるプロセス流れと混合し、一方で、触媒を実質的に含有しない酸化された流出液を、管２２２を通して抜き出すことができる。一部の実施形態では、再循環触媒の少なくとも一部を、触媒４０の源に向けることができる。２ステップ系の利点は、触媒を沈殿させるために、湿式酸化ユニットの流出液の少量のみをｐＨ調整すればよいことである。希釈水のために再循環させることができる流出液の一部は、その中に可溶性触媒を残留させていてもよく、それが望ましい。ｐＨ調整剤の源２２６を利用して、前記銅触媒に関する例について検討したのと同様の方法で、酸又は苛性化合物を添加することにより、管２２４を通して輸送されてもよい触媒を溶解することができる。湿式酸化ユニットの再循環流出液のｐＨは、また、湿式空気酸化系において触媒を溶解可能に維持するのに必要なｐＨに非常に近いものとなるであろう。
【００４０】
図２及び図３に示されている系では、酸化された水性混合物のｐＨを調整するだけで、触媒を沈殿させることができる。一部の実施形態では、例えば、触媒を沈殿させるための電気脱イオン方法等により、化学薬品を何ら加えることなく、ｐＨ調整を達成することができる。他の実施形態では、例えば硫化ナトリウム又は硫化水素のようなスルフィドイオンの源等の、追加の化学薬品を、酸化された水性混合物に添加して、反応速度を早めるか、さもなければ、触媒の沈殿を促進することができる。
【００４１】
１つ又は複数の実施形態では、湿式酸化された液体流出流を、図１に示されているように酸化反応器容器２４の下流に接続されている第２処理ユニット８０により処理して、存在する残留している望ましくない成分を除去し、及び／又は、それが必要であるか望ましい場合には、精製することができる。第２処理ユニット８０は、化学的スクラバ、生物学的スクラバ、吸着媒体床又は他の単位操作であってよい。一部の実施形態では、湿式酸化流出液のオゾン及び紫外光による酸化処理を始めとする高度酸化ステップを行なうことができる。このような高度酸化処理は、典型的には、容器又はタンク中で、周囲温度及び圧力で又はその付近で実施する。第２処理ユニット８０の大きさを調整して、所望の程度の精製と調和する表面積を得ることができる。別法では、液体流出物も、また、更なる処理のために反応器容器２４に再循環させることができる。排ガスの処理も、また、その組成及び大気に放出するための要件に応じて、下流排ガス処理ユニットで必要となることがある。
【００４２】
標的である臭気成分の濃度を検出するための感知装置を、系制御を容易にするために湿式酸化ユニット２４の上流及び／又は下流に備え付けてもよい。例えば、確立された環境規制に適合させるために、感知装置を導管２６に配置し制御装置７０と連絡させて、液体流出物流れを二次処理ユニット８０に振り向けるべきかどうかを決定し及び／又は制御することができる。
【００４３】
数多くの変化、変更及び改善を、図示された系及びプロセスに加えることができることを、理解すべきである。例えば、１つ又は複数の湿式酸化系を、複数のプロセス流れの源に、接続することができる。一部の実施形態では、湿式酸化系は、系の他の特性又は操作条件を測定するための追加の感知装置を包含することができる。例えば、系は、系の監視を容易にするために、温度、圧力低下及び流速のための感知装置を、様々な地点に、包含することができる。１つ又は複数の実施形態では、触媒を、湿式酸化プロセスの間に補充することができる。
【００４４】
本発明は、本発明の技術を実施するために、１つ又は複数の系又は構成要素を改造する既存の設備の変更を企図している。既存の湿式酸化系を、本明細書で例示的に検討された１つ又は複数の実施形態に従って、少なくとも一部の既存の装備を利用して、変更することができる。例えば、１つ又は複数のｐＨ感知装置を装備し、本明細書で示された１つ又は複数の実施形態に従った制御装置を既存の湿式酸化系で実施して、触媒溶解性を促進し又は触媒再循環を容易にすることができる。
【００４５】
本発明のこれらの実施形態及び他の実施形態の機能及び利点は、次の実施例からより十分に理解されるであろう。これらの実施例は、その本質上、例示的なものであることを意図しており、本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではない。次の実施例では、化合物を湿式酸化により処理して、その結合の分解をもたらす。
【００４６】
実施例
ベンチスケール湿式酸化（オートクレーブ）反応器
次の実施例では、ベンチスケール湿式酸化試験を、実験室オートクレーブで行なった。オートクレーブは、バッチ反応器であることにおいて、フルスケール系とは異なり、フルスケールユニットは、連続フロー反応器であってよい。反応期間に亘って十分な酸素を供給するために、高い充填空気がオートクレーブに添加されるべきであるので、オートクレーブは、典型的には、フルスケールユニットよりも高い圧力で、操作される。オートクレーブ試験の結果から、湿式酸化技術の性能の示度が得られ、これは、湿式酸化プロセスのための操作条件をスクリーニングするために有用である。
【００４７】
使用されたオートクレーブは、チタン、合金６００及びニッケル２００から製作されていた。オートクレーブ構造材料の選択は、廃水供給材料の組成に基づいた。使用するために選択されたオートクレーブは、それぞれ、５００又は７５０ｍｌの全体容量を有する。
【００４８】
オートクレーブに、廃水及び酸化後に過剰な残留酸素（約５％）をもたらすのに十分な圧縮空気を充填した。充填されたオートクレーブを、ヒーター／シェーカー機構に入れ、所望の温度（２８０℃から３５０℃）に加熱し、約６０分から約３６０分に亘る所望の時間、温度を保持した。
【００４９】
加熱及び反応期間の間、オートクレーブ温度及び圧力を、計算機制御データ取得系により監視した。酸化の直後に、オートクレーブをヒーター／シェーカー機構から外し、水道水を使用して室温に冷却した。冷却した後に、オートクレーブヘッドスペース中の排ガスの圧力及び体積を測定した。排ガスの試料を永久気体に関して分析した。排ガスの分析に続いて、オートクレーブを圧抜きし、開放した。酸化された流出液をオートクレーブから除去し、貯蔵容器に入れた。一部の流出液を分析に供し、残りの試料を後酸化処理のために使用した。分析作業及び酸化後試験作業に十分な量を生じさせるために、各条件について複数のオートクレーブ試験を行なった。
（実施例１）
【００５０】
均一系銅触媒を利用する湿式酸化プロセス
ベンチスケール湿式酸化試験を２８０℃で、温度で６０分間、様々なｐＨレベル（ｐＨ＝２．２、８．１、１１．５、１２．５及び１３．５）で行なって、酢酸の酸化に対する銅触媒の影響を決定した。データを下表１に示す。
【００５１】
表１．銅触媒を使用した酢酸溶液の湿式酸化（ＷＯ）の結果
【表１】
【００５２】
銅触媒は、２．２及び１３．５のｐＨレベルで最も高い溶解性を示した。酸化された流出液のｐＨが２．２及び１３．５であるとき、それぞれ、約９８％及び８８％の酢酸分解が達成された。これは、また、最も高い比率のＣＯＤ分解（９６．５％、９０％）及びＴＯＣ分解（９６．４％、８８．１％）に対応した。対照的に、溶液のｐＨが、銅が溶解可能でないｐＨ範囲（ｐＨ＝８．１、１１．５及び１２．５）に維持されると、約１７％から３７％の酢酸分解しか達成されなかった。銅が溶解可能でない場合には、同様に、より低い比率のＣＯＤ分解及びＴＯＣ分解が観察された。データは、銅溶解性が、酢酸の酸化を実質的に増加させることを示した。
（実施例２）
【００５３】
均一系バナジウム触媒を利用する湿式酸化プロセス
ベンチスケール湿式酸化試験を、均一系触媒としてのバナジウムを２種の異なるｐＨレベルで使用して、酢酸含有水溶液について行なった。結果を、下表２に示す。
【００５４】
表２．バナジウム触媒を使用した酢酸溶液の湿式酸化の結果
【表２】
【００５５】
酸化条件下に、バナジウムは、約４．５を超えるｐＨレベルで溶解可能である。結果は、溶液のｐＨが２．６でありバナジウムがほぼ不溶であると、２％のＴＯＣ分解しか達成されなかったことを示している。２．６６のｐＨレベルでも、また、低い比率のＴＯＣ分解が生じた。溶液のｐＨが５．３まで高められて（バナジウムを溶解すると）、同じ触媒用量、温度及び温度での時間が維持されると、ＴＯＣ分解は、１７．３％まで上昇した。溶液のｐＨを２．６６から５．３に上昇させると、全有機炭素の分解が約６４％上昇した。データは、バナジウム溶解性が、酢酸の酸化を実質的に上昇させたことを示した。
（実施例３）
【００５６】
均一系鉄触媒を利用する湿式酸化プロセス
ベンチスケール湿式酸化試験を、２種の異なるｐＨレベルのシュウ酸溶液について、２３０℃で１５０分間、行なった。データを、下表３に示す。
【００５７】
表３．鉄触媒を使用したシュウ酸溶液の湿式酸化の結果
【表３】
【００５８】
酸化条件下で、鉄は、約４のｐＨレベル未満で溶解可能である。結果は、鉄触媒をそれが不溶性である高いｐＨレベル（ｐＨ＝１３．６及び１３．７）で使用した場合、酸化は強化されなかったことを示した。溶液のｐＨが、鉄が溶解可能である範囲（ｐＨ＝２．６及び１．７）にあった場合、シュウ酸の分解が、それぞれ、約９５％及び約１００％に上昇した。データは、鉄の溶解性がシュウ酸の酸化を実質的に上昇させたことを示した。
（実施例４）
【００５９】
均一系鉄触媒を利用するクロロフェノールの湿式酸化
クロロフェノールの鉄触媒酸化及び非触媒酸化の両方を、１５０℃で、この温度での９０分間で行なった。データを下表４に示す。
【００６０】
表４．鉄触媒を使用したクロロフェノールの湿式酸化の結果
【表４】
【００６１】
これらの試験は、２．９から２．３へｐＨレベルを低下させることにより鉄触媒の溶解性を上昇させると、ＴＯＣ分解が約７％から約５７％へ上昇することを示した。同様に、ｐＨレベルの低下は、約７．４％から約６８．１％へとＣＯＤ分解を上昇させた。データは、ｐＨレベルの僅かな調整でも、接触湿式酸化プロセスの効率をかなり上昇させることを示した。
（実施例５）
【００６２】
酸化銅再循環試験
銅触媒を回収するためのｐＨ調整を評価するための比較試験を行なった。２セットの試験を行なった。第１セットの試験では、ｐＨ非調整の苛性廃棄ナフテン酸を２００℃で、１２０分の滞留時間及び酸化銅として添加された銅５００ｍｇ／Ｌを用いて酸化した。第２セットの試験は、ｐＨ調整された苛性廃棄ナフテン酸で、２００℃で、滞留時間１２０分及び酸化銅として添加された銅５００ｍｇ／Ｌを用いて行なった。
【００６３】
各セットの試験を、下記と同じ条件で実施した。苛性廃棄ナフテン酸の試料を酸化させて、酸化された流出液を製造した。酸化された流出液を、水酸化ナトリウムを使用して約８．５にｐＨ調整し、遠心分離した。一部の上澄みを除去し、酸化銅を含有する残存流出液を、希釈水として再循環させ、後続の酸化のために新鮮な供給物と混合した。各ランを、複数回反復し、その際、当初供給の酸化により、酸化銅を含有する第１再循環流出液が得られ、これを、新鮮な供給物と混合し、酸化させると、酸化銅を含有する第２再循環流出液が得られた。各再循環物を新鮮な供給物と混合し、表５及び６に示されている循環回数、酸化し後続の再循環物を形成した。
【００６４】
各再循環反復について、ＣＯＤ及びＴＯＣ分解を、２種の異なる方法で、算出した。第１の方法は、オートクレーブに入れられた供給混合物に基づく。先行するランからの酸化された流出液を受け入れたままの苛性廃棄物を希釈するために使用するので、供給ＣＯＤは、酸化された流出液に対する新鮮な供給物の比を使用して算出した。第２の方法は、受け入れたままの供給に基づき、「ＣＯＤ分解−全体」として列挙した。酸化された流出液を希釈のためにＷＡＯ系に戻すので、全体ＣＯＤを低下させることとなる追加の水を系に添加しなかった。
【００６５】
ｐＨ非調整及びｐＨ調整再循環についての結果を、それぞれ、表５及び６に報告する。
【００６６】
【表５】
【００６７】
表５に示されているとおり、酸化された流出液のｐＨを約８．５に調整し、続いて、遠心分離で沈殿させると、可溶性銅２２．９ｍｇ／Ｌが、再循環１で回収され、次いで、これを、更なる酸化のために新鮮な供給物と混合した。可溶性銅を含有する再循環された流出液のｐＨを、新鮮な供給物と混合する前に、酸又は塩基で更に調整することはなかった。
【００６８】
各再循環で回収された可溶性銅の量は、各反復で上昇し、再循環３では、５５．５ｍｇ／Ｌとなった。３回の再循環反復の後に、酸化／再循環系は、５１．８％のオートクレーブＣＯＤ分解効率で、定常状態を達成し始めたが、これは、８８．１％の全体ＣＯＤ分解効率をもたらす。オートクレーブＴＯＣ分解効率は、各反復で８．８％から３８．３％まで上昇したが、再循環３では、８１．２％の全体ＴＯＣ分解効率であった。これらの結果は、銅触媒を含有する酸化された流出液のｐＨ調整により、可溶性銅を含有する再循環流出液が生成され、これは、酸化系に戻し供給することができ、このことにより、酸化系に加えられるべき新鮮な触媒の量を低減することができることを示している。
【００６９】
【表６】
【００７０】
表６に示されているとおり、酸化された流出液のｐＨを約８．５に調整し、続いて、遠心分離で沈殿させると、再循環１では、可溶性銅１５２ｍｇ／Ｌが回収され、次いでこれを、更なる酸化のために新鮮な供給物と混合した。新鮮な供給物と合わせる前に、各再循環物１〜５を、示されている酸でｐＨ調整した。
【００７１】
各再循環で回収された可溶性銅の量は、再循環１から再循環３で、１５２ｍｇ／Ｌから３５４ｍｇ／Ｌへと上昇した。酸化された流出液を約８．５ではなく８にｐＨ調整し、続いて６０℃で沈殿させた結果である再循環４は、１４．７ｍｇ／Ｌのかなり低い可溶性銅を示したが、酸化された流出液を再び約８．５にｐＨ調整して生じた後続の再循環５は再び、２８９ｍｇ／Ｌへの可溶性銅の著しい上昇を示した。
【００７２】
表６に示されているとおり、供給物への酸の添加及び引き続く各再循環１〜５への酸の添加により、ｐＨ調整が再循環物に対して行われない場合よりも早く、系は定常状態に達した。ｐＨ調整された供給物で行われた再循環試験は、定常状態条件が、２再循環反復の後に達成されることを示した。全体ＴＯＣ分解効率は、２循環の後に９０．２％から８９．６％で安定した。同様に、全体ＣＯＤ分解効率は、２循環の後に約９４％で安定した。
【００７３】
同様に、供給物に酸を加え、各再循環１〜５に酸を後で加えると、ｐＨ調整を再循環に対して行なわない場合よりも、高いＴＯＣ及びＣＯＤ分解効率が生じた。表６に示されているとおり、酸を各再循環に加えると、全体ＴＯＣ分解効率は約９０％に上昇し、これに対して、酸を各再循環に加えないと、分解効率は約８１％であった。同様に、各再循環に酸を加えると、全体ＣＯＤ分解効率は約８８％に上昇し、これに対して、各再循環に酸を加えないと、約７２％であった。再循環に硫酸を添加すると、再循環のｐＨは、銅触媒がより可溶性である範囲にし、この可溶性銅の高いレベルを、後続の酸化サイクルにおいて分解効率を上昇させるために利用することができた。
【００７４】
再循環のｐＨを調整し及び調整しない両方の試験ランに関して、酸化された流出液及び触媒をＷＡＯユニットに再循環させる他の利点は、それにより、酸化し難い成分の滞留時間が長くなることである。滞留時間を、添加された希釈水の量に比例して延長した。即ち、必要な希釈水が多いほど、滞留時間は長くなった。再循環試験からの結果は、この増加した滞留時間は、酸化に対して当初は抵抗する一部の成分の分解に有効であることを示した。受け入れたままの苛性化合物のＣＯＤを２６０，０００ｍｇ／Ｌから約４０，０００ｍｇ／Ｌに低下させるために、オートクレーブ中で大量の希釈を使用する必要があったので、酸化されにくい成分での滞留時間も、また、非常に長かった。
【００７５】
本明細書で使用される場合、「複数」という用語は、２個以上のアイテム又は成分を指している。「含有してなる」、「包含する」、「持つ」、「有する」、「含有する」及び「伴う」という用語は、詳細な説明、請求項及びその他のいずれにおいても、オープンエンドな用語であり、即ち、「〜を包含し、これらに限られない」ことを意味している。従って、このような用語の使用は、その後に列挙されている事項及びその等価物、更に追加の事項を包み込むことを意図している。移行的語句「からなる」及び「から本質的になる」のみが、請求項に関して、それぞれ、クローズド又はセミクローズドな移行的語句である。
【００７６】
請求項要素を修飾するための、請求項における「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞の使用は、それ自体、他に対する一請求項要素の任意の優先性、優位性若しくは順序又は方法の実施が行われる時間的な順序を示すものではなく、単に、ある種の名称を有する請求項の一つの要素を、（順番を示す用語を除いて）同じ名称を有する他の要素から区別して、請求項要素を区別するための表示として使用されている。
【００７７】
当業者であれば、本明細書に記載のパラメーター及び配置は例示的であること、及び実際のパラメーター及び／又は配置は、本発明の系及び技術が使用される特定の用途に左右されることを理解するであろう。当業者であれば、また、日常的な実験を行なうだけで、本発明の特定の実施形態と等価のものを認識するか、確認することができるであろう。従って、本明細書に記載の実施形態は、単なる例として示されていること、そして、添付の請求項及びそれと等価なものの範囲内で、本発明を、特別に記載されたものとは別の方法で実施することができることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００７８】
２４ 湿式酸化ユニット
１０ 水性混合物の源
４０ 触媒の源
５０ ｐＨ感知装置
７０ ｐＨ制御装置
３２ 分離器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理すべき少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を供給すること；
前記水性混合物を、高められた温度で過圧下に、触媒及び酸化剤と接触させて、前記少なくとも１種の望ましくない成分を処理して、酸化された水性混合物を形成すること；
前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを調整することにより、前記触媒の少なくとも一部を沈殿させて、沈殿触媒を形成すること；
前記沈殿触媒の少なくとも一部を再循環して、前記水性混合物と接触させること；
を含んでなる接触湿式酸化プロセス。
【請求項２】
前記水性混合物の温度を高める前に前記水性混合物を前記触媒に接触させる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記水性混合物を前記過圧にする前に前記水性混合物を前記触媒に接触させる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記水性混合物のｐＨレベルを監視することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記水性混合物を連続プロセスで酸化する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記触媒を補充することを更に含んでなる、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記水性混合物を前記触媒に接触させることが、前記水性混合物と酸素含有ガスと接触させることを含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記触媒の少なくとも一部を沈殿させることが、前記酸化された水性混合物の少なくとも一部のｐＨを上昇させることを含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記触媒の少なくとも一部を沈殿させることが、前記酸化された水性混合物の少なくとも一部のｐＨを低下させることを含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記触媒が銅を含有してなるものである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記沈殿触媒が、酸化銅を含有してなるものである、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを調整することが、前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを約６から約１２の範囲内に調整することを含んでなる、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを調整することが、前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを約８から約９の範囲内に調整することを含んでなる、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記沈殿触媒の少なくとも一部のｐＨを調整することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記沈殿触媒の少なくとも一部のｐＨの調整が、前記沈殿触媒の少なくとも一部が溶解するレベルに前記ｐＨを調整することを含んでなる、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記酸化された水性混合物から前記触媒の少なくとも一部を沈殿させる前に、前記酸化された水性混合物を清澄化し、それにより、第１分離溶液を形成することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記第１分離溶液を、少なくとも１種の処理すべき望ましくない成分を含有する前記水性混合物と接触させることを更に含んでなる、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
実質的に全ての前記触媒を回収することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記少なくとも１種の望ましくない成分を処理するのに十分な期間、前記水性混合物を酸化する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記過圧が、約６気圧から約２００気圧である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記高められた温度が、約１５０℃からほぼ水の臨界温度までである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記高められた温度が水の臨界温度より高いものである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２３】
湿式酸化ユニット；
前記湿式酸化ユニットに流体接続されていて、少なくとも１種の望ましくない成分を含有してなる水性混合物の源；
前記湿式酸化ユニットに流体接続されていて、前記水性混合物の前記源と前記湿式酸化ユニットとの間に配置されている、前記水性混合物に溶解可能な触媒の源；
酸化された水性混合物のｐＨレベルを、前記湿式酸化ユニットの下流で、検出するように構成されているｐＨ感知装置；
前記ｐＨ感知装置と連絡しており、前記触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録している前記ｐＨ感知装置に応答して、前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを、前記触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲外のレベルに調整する制御信号を生じるように構成されている、ｐＨ制御装置；
前記湿式酸化ユニット下流に配置され且つこれと流体接続していて、前記ｐＨ制御装置の下流に配置されている、前記触媒の少なくとも一部を沈殿させるように構成されている分離器；並びに
前記分離器の出口並びに前記触媒の源の少なくとも１個の入口及び前記湿式酸化系への入口とに、流体接続している再循環管路を含んでなる、接触湿式酸化系。
【請求項２４】
前記湿式酸化ユニットの下流に接続されている第２処理ユニットを更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項２５】
前記分離器及び前記湿式酸化ユニットの少なくともいずれかの下流に位置し且つそれに流体接続しているアルカリ化合物の源を更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項２６】
前記分離器及び前記湿式酸化ユニットの少なくともいずれかの下流に位置し且つそれに流体接続している酸の源を更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項２７】
前記触媒が銅を含有してなるものである、請求項２３に記載の系。
【請求項２８】
前記ｐＨ制御装置と連絡していて且つ前記分離器中の酸化された水性混合物のｐＨレベルを検出するように構成されている、第２ｐＨ感知装置を更に含んでなり、ここで、前記ｐＨ制御装置は、更に、前記分離器中の前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを約６から約１２の範囲内に調整する制御信号を生じるように構成されている、請求項２７に記載の系。
【請求項２９】
前記ｐＨ制御装置が、更に、前記分離器中の前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを約８から約９の範囲に調整する制御信号を生じるように構成されている、請求項２８に記載の系。
【請求項３０】
前記ｐＨ制御装置が、更に、前記分離器中の前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを約８．５に調整する制御信号を生じるように構成されている、請求項２９に記載の系。
【請求項３１】
前記分離器の上流にあり且つそれと流体接続されていて、前記酸化された水性混合物を清澄化して廃棄物を形成するように構成されている、清澄機を更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項３２】
前記廃棄物の少なくとも一部を、前記湿式酸化ユニットの上流で且つそれと流体連絡している系中の位置に輸送し、前記廃棄物を、少なくとも１種の望ましくない成分を含む前記水性混合物と、接触させるように構成されている導管を更に含んでなる、請求項３１に記載の系。
【請求項３３】
実質的に全ての前記触媒が回収される、請求項２３に記載の系。
【請求項３４】
前記再循環管路と流体接続しているｐＨ調整剤の源を更に包含する、請求項２３に記載の系。
【請求項３５】
前記ｐＨ制御装置と連絡していて且つ前記再循環管路中の水性混合物のｐＨレベルを検出するように構成されている第３ｐＨ感知装置を更に含んでなり、ここで、前記ｐＨ制御装置は、更に、前記触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲外のｐＨレベルを登録している前記第３ｐＨ感知装置に応答して、前記再循環管路中の前記水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように、構成されている、請求項３４に記載の系。
【請求項３６】
ｐＨ感知装置と連絡している制御装置を有するｐＨ監視系を提供し、ここで、前記制御装置は、利用される触媒について所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録している前記ｐＨ感知装置に応答して、水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように構成されている、
接触湿式酸化プロセスで使用された触媒の再循環を促進する方法。
【請求項１】
処理すべき少なくとも１種の望ましくない成分を含有する水性混合物を供給すること；
前記水性混合物を、高められた温度で過圧下に、触媒及び酸化剤と接触させて、前記少なくとも１種の望ましくない成分を処理して、酸化された水性混合物を形成すること；
前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを調整することにより、前記触媒の少なくとも一部を沈殿させて、沈殿触媒を形成すること；
前記沈殿触媒の少なくとも一部を再循環して、前記水性混合物と接触させること；
を含んでなる接触湿式酸化プロセス。
【請求項２】
前記水性混合物の温度を高める前に前記水性混合物を前記触媒に接触させる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記水性混合物を前記過圧にする前に前記水性混合物を前記触媒に接触させる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記水性混合物のｐＨレベルを監視することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記水性混合物を連続プロセスで酸化する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記触媒を補充することを更に含んでなる、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記水性混合物を前記触媒に接触させることが、前記水性混合物と酸素含有ガスと接触させることを含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記触媒の少なくとも一部を沈殿させることが、前記酸化された水性混合物の少なくとも一部のｐＨを上昇させることを含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記触媒の少なくとも一部を沈殿させることが、前記酸化された水性混合物の少なくとも一部のｐＨを低下させることを含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記触媒が銅を含有してなるものである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記沈殿触媒が、酸化銅を含有してなるものである、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを調整することが、前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを約６から約１２の範囲内に調整することを含んでなる、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを調整することが、前記水性混合物の少なくとも一部のｐＨを約８から約９の範囲内に調整することを含んでなる、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記沈殿触媒の少なくとも一部のｐＨを調整することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記沈殿触媒の少なくとも一部のｐＨの調整が、前記沈殿触媒の少なくとも一部が溶解するレベルに前記ｐＨを調整することを含んでなる、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記酸化された水性混合物から前記触媒の少なくとも一部を沈殿させる前に、前記酸化された水性混合物を清澄化し、それにより、第１分離溶液を形成することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記第１分離溶液を、少なくとも１種の処理すべき望ましくない成分を含有する前記水性混合物と接触させることを更に含んでなる、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
実質的に全ての前記触媒を回収することを更に含んでなる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記少なくとも１種の望ましくない成分を処理するのに十分な期間、前記水性混合物を酸化する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記過圧が、約６気圧から約２００気圧である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記高められた温度が、約１５０℃からほぼ水の臨界温度までである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記高められた温度が水の臨界温度より高いものである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２３】
湿式酸化ユニット；
前記湿式酸化ユニットに流体接続されていて、少なくとも１種の望ましくない成分を含有してなる水性混合物の源；
前記湿式酸化ユニットに流体接続されていて、前記水性混合物の前記源と前記湿式酸化ユニットとの間に配置されている、前記水性混合物に溶解可能な触媒の源；
酸化された水性混合物のｐＨレベルを、前記湿式酸化ユニットの下流で、検出するように構成されているｐＨ感知装置；
前記ｐＨ感知装置と連絡しており、前記触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録している前記ｐＨ感知装置に応答して、前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを、前記触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲外のレベルに調整する制御信号を生じるように構成されている、ｐＨ制御装置；
前記湿式酸化ユニット下流に配置され且つこれと流体接続していて、前記ｐＨ制御装置の下流に配置されている、前記触媒の少なくとも一部を沈殿させるように構成されている分離器；並びに
前記分離器の出口並びに前記触媒の源の少なくとも１個の入口及び前記湿式酸化系への入口とに、流体接続している再循環管路を含んでなる、接触湿式酸化系。
【請求項２４】
前記湿式酸化ユニットの下流に接続されている第２処理ユニットを更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項２５】
前記分離器及び前記湿式酸化ユニットの少なくともいずれかの下流に位置し且つそれに流体接続しているアルカリ化合物の源を更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項２６】
前記分離器及び前記湿式酸化ユニットの少なくともいずれかの下流に位置し且つそれに流体接続している酸の源を更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項２７】
前記触媒が銅を含有してなるものである、請求項２３に記載の系。
【請求項２８】
前記ｐＨ制御装置と連絡していて且つ前記分離器中の酸化された水性混合物のｐＨレベルを検出するように構成されている、第２ｐＨ感知装置を更に含んでなり、ここで、前記ｐＨ制御装置は、更に、前記分離器中の前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを約６から約１２の範囲内に調整する制御信号を生じるように構成されている、請求項２７に記載の系。
【請求項２９】
前記ｐＨ制御装置が、更に、前記分離器中の前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを約８から約９の範囲に調整する制御信号を生じるように構成されている、請求項２８に記載の系。
【請求項３０】
前記ｐＨ制御装置が、更に、前記分離器中の前記酸化された水性混合物のｐＨレベルを約８．５に調整する制御信号を生じるように構成されている、請求項２９に記載の系。
【請求項３１】
前記分離器の上流にあり且つそれと流体接続されていて、前記酸化された水性混合物を清澄化して廃棄物を形成するように構成されている、清澄機を更に含んでなる、請求項２３に記載の系。
【請求項３２】
前記廃棄物の少なくとも一部を、前記湿式酸化ユニットの上流で且つそれと流体連絡している系中の位置に輸送し、前記廃棄物を、少なくとも１種の望ましくない成分を含む前記水性混合物と、接触させるように構成されている導管を更に含んでなる、請求項３１に記載の系。
【請求項３３】
実質的に全ての前記触媒が回収される、請求項２３に記載の系。
【請求項３４】
前記再循環管路と流体接続しているｐＨ調整剤の源を更に包含する、請求項２３に記載の系。
【請求項３５】
前記ｐＨ制御装置と連絡していて且つ前記再循環管路中の水性混合物のｐＨレベルを検出するように構成されている第３ｐＨ感知装置を更に含んでなり、ここで、前記ｐＨ制御装置は、更に、前記触媒についての所定のｐＨ溶解性範囲外のｐＨレベルを登録している前記第３ｐＨ感知装置に応答して、前記再循環管路中の前記水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように、構成されている、請求項３４に記載の系。
【請求項３６】
ｐＨ感知装置と連絡している制御装置を有するｐＨ監視系を提供し、ここで、前記制御装置は、利用される触媒について所定のｐＨ溶解性範囲内のｐＨレベルを登録している前記ｐＨ感知装置に応答して、水性混合物のｐＨレベルを調整する制御信号を生じるように構成されている、
接触湿式酸化プロセスで使用された触媒の再循環を促進する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１０−５１６４４６（Ｐ２０１０−５１６４４６Ａ）
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４６４４４（Ｐ２００９−５４６４４４）
【出願日】平成２０年１月２２日（２００８．１．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０００７８４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９１５７８
【国際公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５０６３５５３６１）シーメンス ウォーター テクノロジース コーポレイション (18)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２２日（２００８．１．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０００７８４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９１５７８
【国際公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５０６３５５３６１）シーメンス ウォーター テクノロジース コーポレイション (18)
【Ｆターム（参考）】
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