ES2327881T3 - Metodo y aparato para el tratamiento de corrientes de sal. - Google Patents
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Abstract
Un método para tratar una primera corriente que comprende material oxidable, una sal y agua, en un reactor (150) a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una presión de al menos 220u10 5 Pa (220 bar), caracterizado por las etapas de: - conducir una segunda corriente que comprende agua al reactor, donde la segunda corriente está sustancialmente libre de sales y está a una presión de al menos aproximadamente 220u10 5 Pa (220 bar) y a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC; - mezclar la primera corriente con la segunda corriente aguas arriba del reactor para formar una corriente mixta, comprendiendo la corriente mixta el material oxidable de la primera corriente, donde la primera corriente está a una presión y a una temperatura tal que la sal en la primera corriente permanece sustancialmente disuelta en la primera corriente y donde la corriente mixta está a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una presión de al menos aproximadamente 220u10 5 Pa (220 bar); - introducir la corriente mixta en el reactor, y - hacer reaccionar al menos una parte de la materia oxidable de la corriente mixta dentro del reactor.
Description
Método y aparato para el tratamiento de
corrientes de sal.
Esta invención se refiere generalmente a la
inhibición de la obturación en sistemas de reacción con agua
supercrítica. Más particularmente, la invención se refiere a la
inhibición de la obturación en componentes aguas arriba de un
reactor de agua supercrítica.
Los materiales que se hacen reaccionar en
sistemas de oxidación con agua supercrítica ("SCWO") funcionan
típicamente a presiones relativamente altas y altas temperaturas
(por ejemplo, al menos aproximadamente a 700ºF y 3200 psia
(aproximadamente 370ºC y 220 bar)). Otros sistemas pueden funcionar
en las proximidades de las condiciones supercríticas para el agua
(es decir, al menos aproximadamente 500ºF y aproximadamente 2000
psia (aproximadamente 260ºC y 138 bar). Las sales inorgánicas
tienden a tener una baja solubilidad en agua supercrítica. A una
presión constante, la solubilidad de las sales aumenta al aumentar
la temperatura del agua. Cuando la temperatura se acerca a
aproximadamente 10ºF (aproximadamente 5ºC) de la temperatura
supercrítica del agua, la solubilidad de las sales inorgánicas
tiende a caer a valores bajos. Simultáneamente, aumenta la
solubilidad de los compuestos orgánicos, normalmente relativamente
insolubles en agua. Este aumento en la solubilidad tiende a
estimular la oxidación de los compuestos orgánicos.
La materia oxidable que se hace reaccionar o se
oxida en los sistemas SCWO puede provocar que se formen sólidos o
carbonilla dentro del reactor debido a la baja insolubilidad de los
productos de oxidación en agua supercrítica. Como alternativa, las
propias corrientes (especialmente las corrientes de residuos
peligrosos) pueden contener sales o sólidos que tienden a ser
insolubles en condiciones supercríticas. La presencia de sales o
sólidos en la zona de reacción del reactor tiende a provocar
problemas. Por ejemplo, si se generan cantidades considerables de
sales o sólidos, las sales o sólidos pueden obturar parcial o
totalmente el reactor, reduciendo de este modo la eficacia del
reactor y/o provocando cierres costosos del reactor para propósitos
de mantenimiento. Das las temperaturas y presiones particularmente
altas a las que funcionan estos sistemas, la sustitución y/o
mantenimiento del equipo en tales sistemas tiende a ser costosa. Por
lo tanto, la obturación en estos sistemas tiende a ser un problema
particularmente difícil de abordar.
El problema de la obturación se puede acentuar
si se mezclan aditivos con la corriente a tratar. Por ejemplo, los
aditivos se pueden mezclar con una corriente dada para subir o bajar
su pH (por ejemplo, para el propósito de reducir la corrosión) o
para neutralizar elementos corrosivos en la corriente. Estos
aditivos o compuestos producidos a partir de aditivos pueden
provocar a su vez obturación en el sistema. A modo de ejemplo, si
una corriente tiene un pH bajo, un profesional puede intentar
añadir hidróxido sódico (NaOH) a la corriente para subir el pH. Si
la corriente residual contiene compuestos clorados, la oxidación de
estos compuestos producirá típicamente ácido clorhídrico (HCl).
Para inhibir la corrosión debida a HCl, así como a otros compuestos
ácidos, se añade típicamente NaOH para neutralizar estos productos
ácidos. La reacción del NaOH con HCl produce típicamente la sal
cloruro sódico (NaCl). La sal formada puede provocar la obturación
del reactor. Por tanto, se han limitado necesariamente los aditivos
disponibles para controlar el pH de la corriente y/o la corrosión
del sistema mediante consideraciones prácticas con respecto a la
obturación del sistema.
Durante al menos un procedimiento de tratamiento
se calienta agua hasta condiciones supercríticas antes de entrar en
el reactor, típicamente antes de que se añadan los oxidantes. Para
corrientes residuales que contienen sal, la elevación a condiciones
supercríticas puede provocar que se produzca la precipitación antes
de alcanzar el reactor. Por tanto, puede producirse la obturación
del sistema dentro del calentador y los conductos aguas arriba del
reactor. Aunque se conocen diversos diseños de reactor para prevenir
la obturación de la corriente residual dentro del reactor, se ha
hecho poco hasta ahora para prevenir la obturación en el calentador
o en los conductos que conducen al reactor. Por lo tanto, es
deseable elaborar un método y un sistema para prevenir la
precipitación de sales dentro del sistema aguas arriba del reactor
debido a la elevación a condiciones supercríticas. Un método de
este tipo puede ayudar a prevenir la obturación del sistema.
Los conjuntos de reactor convencionales que
funcionan en las proximidades de las condiciones supercríticas para
el agua se describen en detalle en las siguientes patentes o
solicitudes de patente:
Patente de Estados Unidos Nº 5.403.533 de
Hazlebeck et al., Patente de Estados Unidos Nº 4.141.829 de
Thiel et al., Patente de Estados Unidos Nº 4.292.953 de
Dickinson, Patente de Estados Unidos Nº 4.338.199 de Modell,
Patente de Estados Unidos Nº 4.377.066 de Dickinson, Patente de
Estados Unidos Nº 4.380.960 de Dickinson, Patente de Estados Unidos
Nº 4.543.190 de Modell, Patente de Estados Unidos Nº 4.564.458 de
Burleson, Patente de Estados Unidos Nº 4.593.202 de Dickinson,
Patente de Estados Unidos Nº 4.594.164 de Titmas, Patente de
Estados Unidos Nº 4.792.408 de Titmas, Patente de Estados Unidos Nº
4.822.394 de Zeigler et al., Patente de Estados Unidos Nº
4.822.497 de Hong et al., Patente de Estados Unidos Nº
4.861.497 de Welch et al., Patente de Estados Unidos Nº
4.891.139 de Zeigler et al., Patente de Estados Unidos Nº
4.113.446 de Modell et al., Patente de Estados Unidos Nº
5.106.513 de Hong, Patente de Estados Unidos Nº 4.898.107 de
Dickinson, Patente de Estados Unidos Nº 4.983.296 de McMahon et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.011.614 de Gresser et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.053.142 de Sorensen et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.057.231 de Mueller et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.133.877 de Rofer et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.183.577 de Lehnann, Patente
de Estados Unidos Nº 5.192.453 de Keckler et al., Patente de
Estados Unidos Nº 5.221.486 de Fassbender, Patente de Estados
Unidos Nº 5.232.604 de Swallow et al., Patente de Estados
Unidos Nº 5.232.605 de Baur et al., Patente de Estados Unidos
Nº 5.240.619 de Copa et al., Patente de Estados Unidos Nº
5.250.193 de Sawicki et al., Patente de Estados Unidos Nº
5.252.224 de Modell et al., Patente de Estados Unidos Nº
4.822.497 de Hong et al., Patente de Estados Unidos Nº
5.551.472 de McBrayer et al., Solicitud de Patente de
Estados Unidos con Número de Serie 08/399.703 de McBrayer et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.620.606 de McBrayer et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.582.715 de McBrayer et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.591.415 de McBrayer et
al., Patente de Estados Unidos Nº 5.552.039 de McBrayer et
al., y la Solicitud de Patente de Estados Unidos con Número de
Serie 08/254.956 de Eller et al., Solicitud de Patente de
Estados Unidos con Número de Serie 08/657.899 de McBrayer et
al. Las patentes y solicitudes de patente a las que se ha hecho
referencia anteriormente se incluyen en este documento como
referencia.
Un problema de los métodos de la técnica
anterior para el tratamiento de corrientes de sal usando reacciones
en agua supercrítica es la obturación en los componentes aguas
arriba de un reactor de agua supercrítica. Los conductos se pueden
obturar y el reactor se puede obturar.
Este problema se resuelve mediante los métodos y
sistemas como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas de la
patente.
La Figura 1 representa un diagrama de bloques
que representa un conjunto de reactor para la mezcla de una
corriente residual caliente con una corriente residual más fría.
La Figura 2 representa un diagrama de bloques
que representa un conjunto de reactor para la mezcla de una
corriente residual que contiene material oxidable con una corriente
residual que contiene sal.
El punto crítico de un disolvente es la
temperatura y presión por encima de las que el disolvente no se
puede licuar aumentando la presión. Cuando se calienta por encima
de su temperatura crítica, el agua alcanza un estado supercrítico
en el que la densidad del agua disminuye a aproximadamente de 0,15 a
0,2 gramos/cm^{3}. Como se usa en esta patente, la expresión
"agua supercrítica" pretende significar agua que está en este
estado supercrítico. El agua supercrítica tiende a tener
propiedades de solubilidad significativamente diferentes a las del
agua subcrítica. Como se usa en esta patente, la expresión "agua
subcrítica" pretende significar agua a una temperatura y presión
por debajo del punto crítico. Las sustancias orgánicas, que son
normalmente sustancialmente insolubles en agua subcrítica, tienden
a volverse altamente solubles en agua supercrítica. Como
alternativa, las sustancias inorgánicas que son típicamente solubles
en agua subcrítica tienden a volverse sustancialmente insolubles en
agua supercrítica.
Como se usa en esta patente, la expresión
"condiciones supercríticas para el agua" pretende significar
una temperatura mayor de aproximadamente 700ºF (aproximadamente
370ºC) y una presión mayor de aproximadamente 3200 psia
(aproximadamente 220 bar). Como se usa en esta patente la expresión
"en las proximidades de las condiciones supercríticas para el
agua" pretende significar temperaturas de aproximadamente 550ºF a
1200ºF (aproximadamente 288ºC a 650ºC) y presiones de
aproximadamente 2000 psia a 5000 psia (aproximadamente 138 bar a
345 bar). Como se usa en esta patente, la expresión "condiciones
subcríticas para agua" pretende significar temperaturas por
debajo de aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC) y presiones
por debajo de 3200 psia (aproximadamente
220 bar).
220 bar).
La insolubilidad de los materiales inorgánicos
en agua supercrítica tiende a presentar problemas para reactores
que funcionan con agua que tiene un elevado contenido de sal (por
ejemplo, agua de mar). En condiciones de procesado típicas, el agua
contaminada se calienta típicamente hasta condiciones supercríticas
antes de entrar en el reactor. Típicamente, cuando la solución que
contiene sal se acerca a aproximadamente 10ºF (aproximadamente 5ºC)
del punto crítico del agua, la solubilidad de las sales disueltas
disminuye a niveles muy bajos. Parece ser que las sales disueltas
en el agua tienden a precipitar cuando el agua se calienta cerca de
condiciones supercríticas. Esta precipitación puede provocar
depósitos de sal dentro del calentador y los conductos que conducen
al reactor. Finalmente, el reactor se puede obturar y requerir
revisión.
El agua que contiene materiales orgánicos
halogenados tales como cloroformo, cloruro de metileno,
dicloroetileno y otros y/o compuestos que contienen azufre puede
presentar también problemas similares. Durante el procesado de
soluciones que contienen compuestos halogenados y/o compuestos que
contienen azufre, se pueden añadir aditivos de ajuste del pH (por
ejemplo NaOH o NaHCO_{3}) a las soluciones para neutralizar los
productos ácidos producidos dentro del reactor. Estos aditivos se
añaden típicamente antes de que la solución se introduzca en el
reactor. El precalentamiento del agua que incluye disolventes
halogenados y/o compuestos que contienen azufre y aditivos puede
provocar la precipitación de los aditivos. Esta precipitación puede
provocar obturación dentro del calentador y de los conductos que
conducen al reactor.
Una realización de un método para evitar la
precipitación de sales a partir de una corriente que contiene sal
antes de que la corriente alcance un reactor implica mantener la
corriente de agua que contiene sal a temperaturas por debajo de las
condiciones supercríticas cuando la corriente de sal se transfiere
al reactor. Después de que la corriente de sal alcance el reactor,
la temperatura de la corriente de sal se sube preferiblemente a la
temperatura apropiada mezclando la corriente de sal, dentro del
reactor, con una segunda corriente que se ha calentado por encima
de la temperatura supercrítica del agua. La temperatura de la
segunda corriente es preferiblemente lo suficientemente alta para
que la mezcla de la segunda corriente con la corriente de sal
produzca una mezcla que tiene una temperatura por encima de la
temperatura supercrítica del agua (es decir, por encima de
aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC)). Dentro del reactor,
las sales inorgánicas pueden precipitar; sin embargo, esto es un
problema bien conocido que se controla fácilmente mediante el uso de
diversos diseños de reactor conocidos en la técnica.
Con respecto al sistema 100 representado en la
Figura 1, se describe con más detalle una realización de un método
para la destrucción de contaminantes en corrientes de sal. Una
primera corriente (por ejemplo, una corriente residual, una
corriente de proceso, una corriente de agua de mar, etc.) que
incluye una sal y materia oxidable se introduce en el sistema
preferiblemente por el conducto 112. Los ejemplos de materia
oxidable pueden incluir diversos compuestos orgánicos disueltos o
suspendidos en el agua, así como compuestos inorgánicos. Un ejemplo
de una corriente de sal es agua de mar contaminada con compuestos
orgánicos.
En otra realización, la fuente de suministro 110
puede contener una sal inorgánica para neutralizar los productos de
oxidación. Durante la reacción de compuestos orgánicos halogenados o
que contienen azufre en un reactor de agua supercrítica, los
compuestos orgánicos se oxidan para producir productos ácidos. Estos
productos ácidos tienden a corroer los componentes del sistema si
no están neutralizados. Típicamente, se puede añadir a la corriente
contaminada una sal básica (por ejemplo, NaOH o NaHCO_{3}),
preferiblemente antes de la reacción de los compuestos orgánicos,
para neutralizar los productos de oxidación ácidos formados. Se
puede introducir una primera corriente que incluye material
oxidable en el sistema por el conducto 112. Cuando la primera
corriente se introduce en el sistema se puede añadir una sal de
neutralización desde la fuente de suministro de sal 110 para formar
una primera corriente residual que contiene sal.
La primera corriente, constituida por una mezcla
de material oxidable y sal, se conduce preferiblemente a través del
conducto 112 a la primera bomba 122. La primera bomba 122 lleva
preferiblemente la primera corriente a una presión en las
proximidades de las condiciones supercríticas para el agua. Una
bomba de desplazamiento positivo está disponible comercialmente en
Feluwa, Alemania. La primera corriente se lleva a una presión
preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 2000 psia a 5000
psia (aproximadamente 138 bar a 345 bar), más preferiblemente, por
encima de aproximadamente 3200 psia (aproximadamente 220 bar).
Después de presurizar la primera corriente con
la bomba 122, se conduce la primera corriente a través del
intercambiador de calor 130. El intercambiador de calor 130 se usa
preferiblemente para calentar la primera corriente. Después de que
el funcionamiento del reactor 150 haya empezado, el efluente
caliente que sale del reactor se puede hacer pasar a través del
intercambiador de calor 130 por el conducto 155. La primera
corriente se calienta preferiblemente mediante el paso a través del
intercambiador de calor a una temperatura tal que las sales en la
primera corriente permanecen sustancialmente solubles en la primera
corriente. La temperatura de la primera corriente se mantiene
preferiblemente por debajo de aproximadamente 700ºF (aproximadamente
370ºC). La primera corriente se mantiene preferiblemente a una
presión de al menos aproximadamente 3200 psia (aproximadamente 220
bar). A temperaturas por encima de aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC), la solubilidad de las sales en la primera
corriente se puede reducir. Si la concentración de sales en la
primera corriente es mayor que el límite de solubilidad de la
primera corriente calentada, una parte de las sales pueden separarse
por precipitación de la primera corriente. Estos precipitados
pueden provocar la obturación de los componentes del sistema,
especialmente los conductos. Una ventaja del método descrito es que
la primera corriente que contiene sal se mantiene preferiblemente
por debajo de una temperatura que provocaría la precipitación de
las sales (es decir, aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC))
antes de que la primera corriente alcance el reactor.
Después de que pasar a través del intercambiador
de calor 130, la primera corriente se conduce preferiblemente al
reactor 150. Opcionalmente, la primera corriente se puede conducir a
un calentador (no mostrado). El calentador se puede usar para
calentar la primera corriente a temperaturas por debajo de
aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC). Se puede usar un
calentador para subir la temperatura de la primera corriente cuando
el intercambiador de calor 130 no logra calentar la primera
corriente al nivel de temperatura apropiado.
Preferiblemente, se introduce una segunda
corriente en el sistema por el conducto 116. Preferiblemente, la
segunda corriente es una corriente de agua que está sustancialmente
libre de sales. La segunda corriente puede incluir solamente agua.
Preferiblemente, la segunda corriente es una corriente de agua que
incluye material oxidable. El material oxidable incluye
preferiblemente compuestos orgánicos. Como alternativa, la segunda
corriente puede contener sales. Si la segunda corriente contiene
sales, la concentración o composición química de las sales se
selecciona preferiblemente de tal modo que las sales permanecen
sustancialmente en solución cuando la segunda corriente se lleva a
condiciones supercríticas.
La segunda corriente se hace pasar
preferiblemente por el conducto 116 a la segunda bomba 120. La
segunda bomba 120 lleva la segunda corriente a una presión en las
proximidades de las condiciones supercríticas para el agua.
Preferiblemente, se usa una bomba de desplazamiento positivo para
presurizar la segunda corriente. La corriente se lleva a una
presión preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 2000 psia
a 5000 psia (aproximadamente 138 bar a 345 bar), más
preferiblemente, por encima de aproximadamente 3200 psia
(aproximadamente 220 bar).
Después de presurizar la segunda corriente con
la bomba 120, se conduce la segunda bomba preferiblemente a través
del intercambiador de calor 130. El intercambiador de calor 130 se
usa preferiblemente para calentar la segunda corriente. Después de
que el funcionamiento del reactor 150 haya empezado, el efluente
caliente que sale del reactor se puede hacer pasar a través del
intercambiador de calor 130 por el conducto 155. El paso del
efluente caliente sobre el conducto 124 aumenta preferiblemente la
temperatura de la segunda corriente a las proximidades de las
condiciones supercríticas.
Después de pasar a través del intercambiador de
calor 130, la segunda corriente se transfiere al calentador 134. El
calentador 134 es preferiblemente un calentador a gas.
Preferiblemente, el calentador 134 calienta la segunda corriente a
una temperatura entre aproximadamente 550ºF a aproximadamente 1200ºF
(aproximadamente 290ºC a 650ºC), más preferiblemente, en el
intervalo de aproximadamente 700ºF a aproximadamente 1000ºF
(aproximadamente 370ºC a aproximadamente 540ºC). Preferiblemente,
la segunda corriente se calienta a una temperatura tal que cuando
la segunda corriente se mezcla con la primera corriente, la mezcla
resultante puede alcanzar un pico de temperatura del reactor por
encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC),
preferiblemente por encima de aproximadamente 1000ºF
(aproximadamente 540ºC) y más preferiblemente entre aproximadamente
1000ºF y aproximadamente 1200ºF (aproximadamente 540ºC y 650ºC). El
pico de temperatura del reactor es la temperatura de la corriente
cuando la misma se hace reaccionar en un reactor supercrítico en
condiciones supercríticas. Una ventaja del método descrito es que
se produce poca o ninguna precipitación cuando la segunda corriente
se calienta por encima de 700ºF (aproximadamente 370ºC) ya que la
segunda corriente está sustancialmente libre de sales.
Un sistema de suministro de oxidante incluye un
suministrador de oxidante 140, un conducto suministrador de
oxidante 137 y una válvula suministradora de oxidante 138. El
sistema de suministro de oxidante se puede acoplar para llevar
oxidante a la primera corriente aguas arriba del reactor, la segunda
corriente aguas arriba del reactor y/o al reactor. La válvula
suministradora de oxidante 138 se puede usar para controlar la
cantidad de oxidante que se añade a los componentes del sistema.
En una realización, el sistema de suministro de
oxidante se acopla preferiblemente al mezclador 136.
Preferiblemente, la segunda corriente se conduce a través del
conducto 135 al mezclador 136, donde se puede mezclar con oxidante
del sistema de suministro de oxidante. El sistema de suministro de
oxidante se puede configurar también para añadir oxidante a la
segunda corriente aguas arriba y/o aguas abajo del mezclador.
El oxidante puede ser cualquier fuente
convencional de oxígeno. Los ejemplos de fuentes de oxígeno
incluyen, aunque sin limitación, oxígeno líquido, aire, peróxido de
hidrógeno, ozono, persulfatos, permanganatos, nitratos y sus
correspondientes ácidos, oxoácidos de cloro y sus correspondientes
sales, hipocloritos, ácido cloroso y cloritos, cloratos,
percloratos y sus correspondientes ácidos. Las mezclas de oxidantes
se pueden usar en cantidades sustancialmente o incluso catalíticas.
Se prefieren oxígeno líquido, peróxido de hidrógeno y/o mezclas de
los mismos. Preferiblemente, la cantidad de oxidante añadida es
suficiente para oxidar una cantidad sustancial o sustancialmente
todos los contaminantes en la primera corriente y la segunda
corriente.
La segunda corriente se transfiere
preferiblemente al reactor 150 a través del conducto 139. El reactor
150 se configura preferiblemente para permitir el paso de sales que
pueden separarse por precipitación de una corriente que pasa a
través del reactor en condiciones supercríticas. La segunda
corriente se introduce preferiblemente en el reactor 150 en la
entrada 151 del reactor. Preferiblemente, la segunda corriente se
hace pasar a través del reactor 150, saliendo fuera de la salida
del reactor 153.
En una realización, la primera corriente, que
incluye una mezcla de agua, sal y materiales oxidables se mezcla
preferiblemente con la segunda corriente antes de entrar en el
reactor 150. La primera corriente se puede mezclar con la segunda
corriente antes de añadir el oxidante a la segunda corriente. La
primera corriente se puede conducir por el conducto 141 al conducto
135 donde la primera corriente se mezcla con la segunda
corriente.
En otra realización, la primera corriente se
puede mezclar con la segunda corriente después de que se haya
añadido el oxidante a la segunda corriente, antes de que la segunda
corriente alcance el reactor. La primera corriente se puede
conducir por el conducto 143 al conducto 139 donde la primera
corriente se mezcla con la segunda corriente.
En otra realización, la primera corriente se
puede mezclar con la segunda corriente mientras se hace pasar la
segunda corriente a través del reactor 150. La primera corriente se
puede inyectar en el reactor 150 en una posición aguas abajo de la
entrada 151 del reactor. Preferiblemente, se usa al menos un
orificio de inyección 157 aguas abajo de la entrada del reactor 151
para permitir la introducción de la primera corriente en el reactor
150.
Preferiblemente, se mezcla una primera parte de
la primera corriente con la segunda corriente antes de la entrada
del reactor 151. Preferiblemente, la primera parte de la primera
corriente se conduce por el conducto 141 y/o 143 a los conductos
135 y 139 respectivamente de tal modo que la primera parte de la
primera corriente se mezcla con la segunda corriente. También se
puede inyectar en el reactor 150 una segunda parte de la primera
corriente mientras que la segunda corriente pasa a través del
reactor. Se pueden usar al menos un punto de inyección,
preferiblemente una pluralidad de puntos de inyección 157, para
introducir la segunda parte de la primera corriente en el
reactor.
La mezcla de la primera y segunda corrientes
forma preferiblemente una corriente mixta. La temperatura de la
corriente mixta se determina mediante la temperatura tanto de la
primera corriente como de la segunda corriente, así como los
caudales de las dos corrientes. Preferiblemente, estas temperaturas
y caudales se predeterminan de modo que la temperatura de la
corriente mixta es sustancialmente mayor que la temperatura
supercrítica del agua (por ejemplo, mayor que aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC)).
Ya que la corriente mixta pasa a través del
reactor 150, el material oxidable se oxida preferiblemente, Para la
oxidación sustancial completa de todos los materiales oxidables, la
corriente mixta alcanza preferiblemente un pico de temperatura del
reactor por encima de la temperatura supercrítica del agua (por
ejemplo, por encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente
370ºC)) mientras la corriente mixta pasa a través del reactor 150.
Preferiblemente, la temperatura inicial de la corriente mixta se
predetermina de tal modo que el pico de temperatura del reactor es
de entre aproximadamente 1000ºF a 1200ºF (aproximadamente 540ºC a
650ºC). Mientras la corriente mixta pasa a través del reactor 150,
se puede producir el enfriamiento de la corriente mixta por debajo
de 700ºF (aproximadamente 370ºC) debido a la pérdida de calor desde
el reactor 150 al entorno. Esta pérdida de calor se puede compensar
mediante el calor producido durante la oxidación de materiales
oxidables. La oxidación de materiales oxidables con agua
supercrítica, especialmente compuestos orgánicos, es típicamente una
reacción exotérmica (es decir, una reacción química que produce
calor). Esta producción de calor durante la oxidación de compuestos
orgánicos puede provocar que aumente la temperatura del entorno (es
decir, del reactor). Preferiblemente, el calor producido mediante
la reacción del material oxidable mantendrá la corriente mixta a una
temperatura de entre aproximadamente 1000ºF a 1200ºF
(aproximadamente 540ºC a 650ºC). Si está presente una cantidad
suficiente de material oxidable, este calentamiento del reactor
puede ser suficiente para prevenir que se enfríe la corriente
mixta.
Si la cantidad de material oxidable es
relativamente baja, el calor generado mediante la oxidación del
material oxidable puede ser insuficiente para mantener la corriente
mixta a temperaturas por encima de aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC). En tales casos, la corriente mixta se forma
preferiblemente de modo que la corriente mixta tiene una
temperatura inicial que es significativamente más alta de 700ºF
(aproximadamente 370ºC). La temperatura inicial de la corriente
mixta es la temperatura de la corriente mixta cuando se forma la
corriente mixta. Mientras la corriente mixta pasa a través del
reactor 150, la corriente mixta se puede enfriar debido a la
pérdida de calor desde el reactor 150 al entorno. Debido a que la
reacción del material oxidable puede ser insuficiente para mantener
la temperatura inicial, típicamente, la temperatura de la corriente
mixta disminuye según pasa a través del reactor 150. Para asegurar
que la temperatura final (es decir, la temperatura de la corriente
mixta tal cual existe en el reactor 150) se mantiene por encima de
700ºF (aproximadamente 370ºC), la corriente mixta se forma
preferiblemente de modo que la temperatura inicial de la corriente
mixta es significativamente mayor de aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC). Preferiblemente, esta temperatura inicial
más alta de la corriente mixta impide que la temperatura final de la
corriente mixta disminuya por debajo de aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC).
Por ejemplo, las corrientes mixtas que contienen
concentraciones relativamente altas de materiales oxidables pueden
requerir sólo una temperatura inicial que esté levemente por encima
de aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC) para alcanzar un
pico de temperatura del reactor adecuado. Cuando la corriente mixta
pasa a través del reactor 150, el material oxidable se puede oxidar
provocando que aumente la temperatura de la corriente mixta. Este
aumento de temperatura se puede compensar, en cierta medida,
mediante la pérdida de calor desde el reactor 150 al entorno. Si la
concentración de materiales oxidables es relativamente alta (por
ejemplo, al menos mayor de aproximadamente el 5% en volumen del
material oxidable), la oxidación de este material mantendrá
preferiblemente la corriente mixta a temperaturas sustancialmente
por encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC).
Preferiblemente, la temperatura inicial de la corriente mixta está a
o por encima de aproximadamente 750ºF (aproximadamente 400ºC) si la
concentración de materiales oxidables es menor de aproximadamente el
5% en volumen.
Si la concentración de material oxidable es
relativamente baja, la oxidación del material oxidable puede ser
insuficiente para mantener la corriente mixta a una temperatura por
encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC). Mientras
que la corriente mixta pasa a través del reactor 150, la temperatura
de la corriente mixta puede reducirse debido a la pérdida de calor
desde el reactor 150 al entorno. Cuando la concentración de material
oxidable es relativamente baja, la oxidación de este material puede
ser insuficiente para mantener la corriente mixta a temperaturas
sustancialmente por encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente
370ºC). Preferiblemente, la temperatura inicial de la corriente
mixta está a o por encima de aproximadamente 950ºF (aproximadamente
510ºC) cuando la concentración de materiales oxidables está a
aproximadamente el 1% en volumen.
La Tabla 1 ilustra adicionalmente este concepto,
basado en una serie de simulaciones informatizadas de la mezcla de
una corriente caliente con una corriente más fría que contiene sal
en un reactor supercrítico. La simulaciones se basaron en la
introducción de una corriente que contiene sal que está a una
temperatura de aproximadamente 680ºF (aproximadamente 360ºC) en una
corriente caliente que está a una temperatura de 1000ºF
(aproximadamente 540ºC). La corriente que contiene sal se introdujo
en el reactor a un caudal de aproximadamente 100 lb/h (45,36 kg/h).
La concentración de material oxidable dentro de la corriente mixta
se varió del 1% al 6% en volumen. La temperatura de la corriente
mixta representa la temperatura teórica de la corriente mixta que
se requiere para producir un pico de temperatura de 1000ºF
(aproximadamente 540ºC) en el reactor después de la oxidación. La
potencia del calentador se refiere a la cantidad de calor requerida
para producir una corriente caliente a 1000ºF (aproximadamente
540ºC) que tiene el caudal de la corriente caliente dado. Todas las
corrientes se mantienen a una presión de aproximadamente 3200 psia
(aproximadamente 220 bar).
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Con respecto a las simulaciones, la simulación I
muestra que se requeriría una temperatura inicial de la corriente
mixta de aproximadamente 976ºF (aproximadamente 524ºC) para oxidar
sustancialmente el material oxidable a un pico de temperatura del
reactor de aproximadamente 1000ºF (aproximadamente 540ºC) si el
material oxidable está presente a una concentración del 1% en
volumen. Para producir una mezcla que tiene una temperatura de
aproximadamente 976ºF (aproximadamente 524ºC), se ha determinado que
se necesitaría añadir una corriente caliente a aproximadamente
1000ºF (aproximadamente 540ºC) a un caudal de aproximadamente 358
lb/h (162,39 kg/h) a una corriente de sal a aproximadamente 680ºF
(aproximadamente 360ºC) fluyendo a un caudal de aproximadamente 100
lb/h (45,36 kg/h). Se ha determinado que la cantidad de calor
requerida para producir una corriente caliente que tiene una
temperatura de aproximadamente 1000ºF (aproximadamente 540ºC) y un
caudal de 358 lb/h (162,39 kg/h) es de aproximadamente 253.000 btu/h
(74,13 W).
A medida que se aumenta la concentración de
material oxidable, la temperatura de la corriente mixta se puede
reducir permitiendo todavía la oxidación completa de materiales
oxidables a un pico de temperatura del reactor de aproximadamente
1000ºF (aproximadamente 540ºC). Para bajar la temperatura de la
corriente mixta, el caudal de la corriente caliente se puede
reducir mientras se mantiene constante el caudal y la temperatura de
la corriente que contiene sal. Por tanto, cuando la concentración
de material oxidable es de aproximadamente el 6% en volumen, es
necesario que la corriente mixta esté a una temperatura de
aproximadamente 743ºF (aproximadamente 395ºC) o mayor (véase la
simulación 6). Para producir una corriente mixta que tiene una
temperatura de aproximadamente 743ºF (aproximadamente 395ºC) se ha
determinado que el caudal de una corriente caliente a 1000ºF
(aproximadamente 540ºC) debería ser de aproximadamente 47 lb/h
(21,32 kg/h).
Cuando la concentración de material oxidable es
mayor de aproximadamente el 6% en volumen, la corriente que
contiene sal puede tener una temperatura inicial que está por debajo
de aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC) cuando se
introduce en el reactor. La oxidación del material oxidable
aumentará preferiblemente la temperatura de la corriente residual
de tal modo que se alcanzan condiciones supercríticas en el reactor.
Una corriente que contiene sal que tiene una concentración de
material oxidable mayor de aproximadamente el 6% se puede
introducir en el reactor a aproximadamente 680ºF (aproximadamente
360ºC). El calor producido por la oxidación de materiales oxidables
puede ser suficiente para elevar la temperatura de la corriente que
contiene sal por encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente
370ºC) y mantener la temperatura de la corriente de sal a este
nivel hasta que reacciona sustancialmente todo el material oxidable.
Para esta situación puede no requerirse una segunda corriente que
tiene una temperatura mayor que la corriente que contiene sal.
La temperatura inicial de la corriente mixta
formada mezclando la corriente que contiene sal con una segunda
corriente que tiene una temperatura mayor que la corriente que
contiene sal, se puede controlar variando los caudales de la
primera y segunda corrientes y/o la temperatura de la segunda
corriente. Por ejemplo, para elevar la temperatura inicial de la
corriente mixta, se puede reducir el caudal de la primera corriente
o se puede aumentar el caudal de la segunda corriente. Para bajar
la temperatura inicial de la corriente mixta, se puede aumentar el
caudal de la primera corriente o se puede reducir el caudal de la
segunda corriente.
Adicionalmente, la temperatura inicial de la
corriente mixta se puede alterar variando la temperatura de la
segunda corriente. Preferiblemente, la temperatura de la primera
corriente se mantiene tan alta como sea posible sin provocar la
precipitación de sales de la primera corriente. Para ajustar la
temperatura inicial de la corriente mixta, la temperatura de la
segunda corriente se puede alterar. Para aumentar la temperatura
inicial de la corriente mixta, la temperatura de la segunda
corriente se puede aumentar mientras el caudal de la primera y
segunda corrientes permanece constante. Para reducir la temperatura
inicial de la corriente mixta, la temperatura de la segunda
corriente se puede reducir mientras que el caudal de la primera y
segunda corrientes se mantiene constante.
Cuando la primera y segunda corrientes se
mezclan conjuntamente, se forma preferiblemente una corriente mixta
que tiene una temperatura que es al menos de aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC). A temperaturas por encima de
aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC) las sales disueltas en
la corriente mixta pueden separarse por precipitación de la
corriente mixta. Preferiblemente, el reactor 150 se configura para
permitir que las sales precipitadas fluyan a través del reactor sin
impedir sustancialmente el flujo de la corriente mixta. Los
reactores configurados para permitir el flujo de sólidos junto con
fluidos supercríticos incluyen típicamente zonas de reacción que
pueden tener un diámetro relativamente grande. Un reactor de este
tipo se describe en "SCWRO Process for Regeneration of Activated
Carbon and Destruction of Pollutants in Supercritical Water" de
M.J. Cocero et al.
Las sales precipitadas se conducen
preferiblemente fuera del reactor 150 junto con la corriente mixta.
Después de pasar a través del separador 154 la corriente mixta se
conduce preferiblemente al intercambiador de calor 130 a través del
conducto 155. Preferiblemente, el intercambiador 130 permite que
pase a través la corriente mixta del reactor 150 de tal modo que el
calor de la corriente mixta precalentará la primera y segunda
corrientes que pasan a través de los conductos 124 y 126. La
refrigeración de la corriente mixta en el intercambiador de calor
puede provocar que la temperatura de la corriente mixta disminuya
por debajo de aproximadamente 700ºF (370ºC). Si la corriente mixta
disminuye por debajo de 700ºF (370ºC) se pueden redisolver en la
corriente mixta cualquiera de las sales precipitadas. Por tanto, la
obturación del reactor se puede evitar bajando la temperatura de la
corriente mixta después del paso a través del reactor 150.
En otra realización, las sales precipitadas se
pueden retirar de la corriente mixta mediante un separador.
Preferiblemente, el separador se configura para separar
sustancialmente las partículas de sal de la corriente mixta.
Preferiblemente, el conducto 152 conduce la corriente mixta y la sal
precipitada del reactor 150 a un separador 154. El separador 154
puede ser un separador hidrociclónico o un separador por gravedad.
Como alternativa, el separador se puede incorporar en el reactor.
Preferiblemente, el separador 154 se configura para separar
sustancialmente las partículas de sal de la
corriente mixta. Preferiblemente, las partículas de sal separadas se conducen fuera del sistema por el conducto 170.
corriente mixta. Preferiblemente, las partículas de sal separadas se conducen fuera del sistema por el conducto 170.
Preferiblemente, la corriente mixta se
transfiere al refrigerador 156 por el conducto 159. Preferiblemente,
el refrigerador 156 baja la temperatura y presión de la corriente
mixta a condiciones subcríticas. Los gases se liberan
preferiblemente a la atmósfera a través del conducto 158.
Preferiblemente, el agua condensada se transfiere desde el sistema
100 a través del conducto 160.
Se puede usar un controlador 144 para supervisar
el sistema 100 y alterar las condiciones de reacción. El
controlador 144 puede ser un ordenador, un controlador lógico
programable o cualquiera de los otros sistemas controladores
conocidos que se conocen en la técnica. Estos sistemas pueden
incluir un controlador proporcional-integral
("PI") o un controlador-proporcional
integral-derivativo ("PID"). El controlador 144
puede ser parte de un sistema electrónico, digital o neumático. El
controlador 144 también puede enviar y recibir señales ópticamente
hacia y/o desde los componentes del sistema que pueden ser
electrónicos, digitales o neumáticos.
El controlador 144 puede ajustar el caudal de la
primera y segunda corrientes a través del reactor 150. El caudal de
las corrientes se puede ajustar alterando el desplazamiento de la
bomba o la velocidad de la primera y segunda bombas. El controlador
144 puede enviar señales a las bombas para controlar el caudal de
las corrientes. Preferiblemente, el caudal se ajusta de tal modo
que los materiales oxidables se tratan dentro del reactor 150
durante un tiempo suficiente para permitir que el material oxidable
se oxide sustancialmente. El controlador puede ajustar también los
caudales de la primera y segunda corrientes para mantener una
temperatura específica en el reactor. El controlador 144 puede
ajustar también la temperatura de la segunda corriente. El
controlador 144 puede enviar señales al calentador 134 en respuesta
a cambios en la temperatura del reactor 150. Adicionalmente, el
controlador 144 puede ajustar la cantidad de oxidante añadida a la
segunda corriente en el mezclador 136 controlando la válvula de
suministro de oxidante 138. La cantidad de oxidante añadida se
controla preferiblemente en respuesta a cambios en la temperatura
y/o presión del reactor 150. Adicionalmente, el controlador puede
variar la cantidad de oxidante como una función de la concentración
de material oxidable contenido de las corrientes.
En otra realización, un método para prevenir la
obturación de los conductos aguas arriba del reactor puede implicar
la mezcla de dos corrientes subcríticas. Como en el método anterior,
se mantiene preferiblemente una corriente de sal a temperaturas por
debajo de las condiciones supercríticas mientras la disolución se
transfiere al reactor. Se añade también una segunda corriente al
reactor para formar una mezcla de las dos corrientes. La segunda
corriente incluye preferiblemente una cantidad relativamente alta de
material oxidable. La corriente mixta formada mezclando la primera
corriente con la segunda corriente incluye preferiblemente una
cantidad suficiente de material oxidable para provocar una reacción
exotérmica en el reactor. El calor producido mediante la reacción
es preferiblemente suficiente para elevar la temperatura de la
corriente mixta por encima de aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC). El calor producido mediante la reacción de
los materiales oxidables en el reactor permite a la mezcla
permanecer preferiblemente a una temperatura por encima de
aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC) durante un tiempo
suficiente para oxidar una cantidad sustancial o sustancialmente
todo el material oxidable. Típicamente, la concentración de material
oxidable en la corriente mixta está por encima de aproximadamente
el 6%. De esta manera se puede prevenir la obturación aguas arriba
del reactor.
Con respecto al sistema 200 representado en al
Figura 2, se describe con más detalle una realización de un método
para la destrucción de contaminantes en corrientes de sal. Una
primera corriente, que incluye una sal y materia oxidable, se
introduce preferiblemente en el sistema por el conducto 216. Los
ejemplos de materia oxidable pueden incluir diversos compuestos
orgánicos disueltos o suspendidos en agua, así como algunos
compuestos inorgánicos. Un ejemplo de corriente de sal es agua de
mar que incluye compuestos orgánicos.
En otra realización, la fuente de suministro 210
puede contener un aditivo de ajuste del pH para neutralizar los
productos de oxidación. Típicamente, se puede añadir un aditivo de
ajuste del pH (por ejemplo NaOH o NaHCO_{3}) a la primera
corriente para neutralizar los productos de oxidación formados. Se
puede introducir una primera corriente que incluye material
oxidable en el sistema por el conducto 216. Mientras la primera
corriente se introduce en el sistema, se puede añadir un aditivo de
ajuste del pH desde la fuente de suministro 210 para formar una
primera corriente que incluye una sal.
La primera corriente, constituida por una mezcla
de material oxidable y una sal se conduce preferiblemente a través
del conducto 216 a la primera bomba 220. La primera bomba 220 lleva
preferiblemente la primera corriente a una presión en las
proximidades de las condiciones supercríticas para el agua.
Preferiblemente, se usa una bomba de desplazamiento positivo para
presurizar la primera corriente. La primera corriente se lleva a una
presión preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 2000
psia a 5000 psia (aproximadamente 138 bar a 345 bar), más
preferiblemente, por encima de aproximadamente 3200 psia
(aproximadamente 220 bar).
Después de presurizar la primera corriente con
la bomba 220, se conduce la primera corriente preferiblemente a
través del intercambiador de calor 230. El intercambiador de calor
230 se usa preferiblemente para calentar la primera corriente.
Después de que el funcionamiento del reactor 250 haya empezado, se
puede hacerse pasar efluente caliente que sale del reactor a través
del intercambiador de calor 230 por el conducto 255.
Preferiblemente, la primera corriente se calienta mediante el paso
a través de un intercambiador de calor a una temperatura tal que
las sales en la primera corriente permanecen sustancialmente
solubles en la primera corriente. La temperatura de la primera
corriente se mantiene preferiblemente por debajo de aproximadamente
700ºF (aproximadamente 370ºC), la solubilidad de las sales en la
primera corriente se puede reducir. Una ventaja del método descrito
es que la corriente no se calienta por encima de una temperatura (es
decir, por encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente 368ºC))
que provocaría la precipitación sustancial de las sales antes de que
la primera corriente alcance el reactor.
La primera corriente se puede conducir al
calentador 232. El calentador 232 se puede usar para calentar la
primera corriente a temperaturas de hasta aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 368ºC). El calentador 232 se puede usar antes de
que la operación del reactor 250 haya empezado a calentar la primera
corriente. El calentador 232 se puede usar también para elevar la
temperatura de la primera corriente cuando el intercambiador de
calor 230 no logra calentar la corriente residual al nivel de
temperatura apropiado.
Preferiblemente, se introduce una segunda
corriente al sistema por el conducto 212. Preferiblemente, la
segunda corriente es una corriente que incluye material oxidable.
La segunda corriente puede incluir también sales. El material
oxidable incluye preferiblemente compuestos orgánicos.
Preferiblemente, la segunda corriente contiene una cantidad
suficiente de material oxidable tal que cuando se mezcla con la
primera corriente la cantidad de material oxidable presente en la
corriente mixta es suficiente para sostener las condiciones
supercríticas durante la reacción del material oxidable.
En otra realización, la fuente de suministro 214
puede contener material oxidable. Preferiblemente, el material
oxidable es un compuesto orgánico o un grupo de compuestos que se
pueden añadir a la segunda corriente para aumentar la concentración
de materiales oxidables dentro de la corriente. Una segunda
corriente, que puede incluir material oxidable, se puede introducir
en el sistema por el conducto 216. Cuando se introduce la segunda
corriente en el sistema, se puede añadir material oxidable adicional
de la fuente de suministro 214 para formar una segunda corriente
que contiene material oxidable suficiente para sostener condiciones
supercríticas durante la reacción del material oxidable.
La segunda corriente se hace pasar por el
conducto 212 a una segunda bomba 222. Preferiblemente, la segunda
bomba 222 lleva la corriente residual a una presión en las
proximidades de las condiciones supercríticas para el agua. La
segunda corriente se lleva a una presión preferiblemente en el
intervalo de aproximadamente 2000 psia a 5000 psia (aproximadamente
138 bar a 345 bar), más preferiblemente, por encima de
aproximadamente 3200 psia (aproximadamente 220 bar).
Después de presurizar la segunda corriente con
la bomba 222, la segunda corriente se conduce a través del
intercambiador de calor 230. El intercambiador de calor 230 se usa
preferiblemente para calentar la segunda corriente. Después de que
el funcionamiento del reactor 250 haya empezado, se puede hacer
pasar el efluente caliente que sale del reactor a través del
intercambiador de calor 230 por el conducto 255. Preferiblemente,
el efluente caliente se usa para calentar la segunda corriente según
ésta pasa a través del conducto 225.
Después de pasar a través del intercambiador de
calor 230, la segunda corriente se puede conducir al calentador
234. La segunda corriente se calienta preferiblemente mediante el
paso a través del calentador 234 a una temperatura tal que las
sales en la segunda corriente permanecen sustancialmente solubles en
la segunda corriente. El calentador se puede usar para calentar la
corriente a temperaturas de hasta aproximadamente 700ºF (370ºC). El
calentador 234 se puede usar antes de que el funcionamiento del
reactor 250 haya empezado a calentar la segunda corriente. El
calentador 234 se puede usar también para subir la temperatura de la
segunda corriente cuando el intercambiador de calor 230 no logra
calentar la segunda corriente a un nivel de temperatura
apropiado.
Después de que la primera corriente se presuriza
y se calienta, la corriente se conduce preferiblemente a través del
conducto 235 al mezclador 236, donde se puede mezclar con oxidante
del suministrador de oxidante 240 a través de la línea
suministradora de oxidante 237. Como alternativa, el oxidante se
puede suministrar a la primera corriente aguas arriba o aguas abajo
del mezclador 136. En otra realización, la segunda corriente se
puede hacer pasar a través del mezclador 236 para permitir que se
pueda añadir un oxidante, en lugar de la primera corriente. En otra
realización, tanto la primera como la segunda corrientes pueden
pasar a través del mezclador 236 donde se puede añadir un oxidante
a las corrientes. Se puede usar una válvula suministradora de
oxidante 238 para controlar la cantidad de oxidante añadida a la
corriente que pasa. El oxidante puede ser cualquier fuente
convencional de oxígeno. Se prefieren oxígeno líquido, peróxido de
hidrógeno y/o mezclas de los mismos. Preferiblemente, la cantidad
de oxidante añadida es suficiente para oxidar una parte sustancial
o sustancialmente todos los materiales oxidables en la primera y
segunda corrientes.
Preferiblemente, la primera corriente se
transfiere al reactor 250 a través del conducto 239.
Preferiblemente, el reactor 250 se configura para mantener las
condiciones del reactor en las proximidades de las condiciones
supercríticas para el agua. Más preferiblemente, el reactor 250 se
configura para mantener las condiciones del reactor en las
condiciones supercríticas para el agua. Preferiblemente, la primera
corriente se introduce en el reactor 250 en la entrada 251 del
reactor. Preferiblemente, la primera corriente pasa a través del
reactor, saliendo fuera del reactor 253.
Cuando la primera corriente se hace pasar a
través del reactor 250 la segunda corriente, que incluye una mezcla
de agua y materiales oxidables, se inyecta preferiblemente en el
reactor. Preferiblemente, la segunda corriente se inyecta en el
reactor en una posición aguas abajo de la entrada 251 del reactor
250. Preferiblemente, se usa al menos un orificio de inyección de
la entrada del reactor 251. Se puede usar una pluralidad de puntos
de inyección aguas abajo del reactor para introducir la segunda
corriente en el reactor 250.
Cuando la segunda corriente se inyecta en el
reactor 250, se forma preferiblemente una corriente mixta.
Preferiblemente, la corriente mixta incluye una mezcla de la
primera corriente y la segunda corriente. El contenido de material
oxidable de la corriente mixta puede depender de la concentración de
material oxidable en la primera y segunda corrientes.
Preferiblemente, la segunda corriente contiene una cantidad
suficiente de material oxidable tal que cuando la segunda corriente
se combina con la primera corriente se forma una corriente mixta que
incluye más de aproximadamente el 6% en volumen de material
oxidable.
Cuando la corriente mixta se conduce a través
del reactor 250, el material oxidable reacciona preferiblemente
para formar productos de oxidación. La oxidación del material
oxidable puede producir reacciones exotérmicas. Las reacciones
exotérmicas de los materiales oxidables pueden provocar que se eleve
la temperatura de la corriente mixta. Preferiblemente, la oxidación
del material oxidable provoca que la temperatura de la corriente
mixta suba por encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente
370ºC). Ya que la corriente mixta está preferiblemente a una
presión por encima de aproximadamente 3200 psia (aproximadamente 220
bar), el aumento en la temperatura puede crear condiciones
supercríticas dentro del reactor. Asegurando una concentración de
material oxidable por encima de aproximadamente el 6% en volumen,
el calor de las reacciones de oxidación podría ser suficiente para
mantener condiciones supercríticas mientras la mezcla se hace pasar
a través del reactor 250.
Una ventaja de este método es que la obturación
de los componentes aguas arriba del reactor 250 se puede reducir.
La obturación de los conductos y otros componentes se produce cuando
una corriente residual se calienta a temperaturas supercríticas
antes de alcanzar el reactor. El calentamiento de una corriente
residual a estas temperaturas puede provocar que las sales
disueltas se separen por precipitación de la corriente residual. Ya
que no es necesario calentar ni la primera ni la segunda corrientes
hasta temperaturas supercríticas (es decir, mayores de
aproximadamente 700ºF (aproximadamente 370ºC) antes de alcanzar el
reactor 250, se puede evitar la precipitación de sales de la
corriente residual.
Después de que la oxidación de materiales
oxidables haya comenzado, la temperatura de la corriente mixta se
puede elevar por encima de aproximadamente 700ºF (aproximadamente
370ºC). A temperaturas por encima de aproximadamente 700ºF
(aproximadamente 370ºC), las sales disueltas en la corriente mixta
pueden separarse por precipitación de la corriente de mezcla. Estas
sales se conducen preferiblemente fuera del reactor 250 junto con la
corriente mixta. Preferiblemente, el conducto 252 conduce la
corriente mixta y la sal precipitada desde el reactor 250 al
separador 254. El separador 254 puede ser un separador
hidrociclónico o un separador por gravedad. Como alternativa, el
separador se puede incorporar dentro del reactor. El separador 254
se configura preferiblemente para separar sustancialmente las
partículas de sal de la corriente mixta. Las partículas de sal
separadas se conducen preferiblemente fuera del sistema por el
conducto 270.
\newpage
Después de pasar a través del separador 254, la
corriente mixta se conduce preferiblemente al intercambiador de
calor 230 a través del conducto 255. Preferiblemente, el
intercambiador de calor 230 permite a la corriente mixta del
reactor 250 atravesar de un modo tal que el calor de la corriente
mixta precalentará la primera y segunda corrientes que pasan a
través de los conductos 224 y 225. Después, la corriente mixta puede
transferirse al refrigerador 256 por el conducto 259.
Preferiblemente, el refrigerador 256 baja la temperatura y presión
de la corriente mixta a condiciones subcríticas. Preferiblemente,
los gases se liberan a la atmósfera a través del conducto 258. El
agua condensada preferiblemente se transfiere del sistema por el
conducto 260.
Se puede usar un controlador 244 para supervisar
el sistema 200 y alterar las condiciones de reacción. El
controlador 244 puede ajustar el caudal de la primera y segunda
corrientes a través del reactor 250. El controlador 244 puede
enviar señales a las bombas para controlar el caudal de las
corrientes. El controlador 244 puede ajustar también la temperatura
de la primera corriente, la segunda corriente o ambas corrientes. El
controlador 244 puede enviar señales a los calentadores 232 y 234
en respuesta a los cambios en la temperatura del reactor 250.
Adicionalmente, el controlador 244 puede ajustar la cantidad de
oxidante añadida a la corriente residual que pasa a través del
mezclador 236 controlando la válvula suministradora de oxidante 238.
La cantidad de oxidante añadida se controla preferiblemente en
respuesta a cambios en la temperatura y presión del reactor 250 y
como una función de la concentración de material oxidable contenido
de las corrientes.
Otras modificaciones y realizaciones
alternativas de los diversos aspectos de la invención resultarán
evidentes para los especialistas en la técnica en vista de esta
descripción. En consecuencia, esta descripción se debe interpretar
sólo como ilustrativa y tiene el propósito de mostrar a los
especialistas en la técnica la manera general de realizar la
invención. Se debe entender que las formas de esta invención
mostradas y descritas en este documento se deben tomar como las
realizaciones preferidas actualmente. Los elementos y materiales se
pueden sustituir por los que se ilustran y describen en este
documento, las partes y procesos se pueden invertir y ciertos
elementos de la invención se pueden utilizar independientemente,
teniendo todo después, como será aparente para un especialista en
la técnica, el beneficio de esta descripción de la invención. Se
pueden hacer cambios en los elementos descritos en este documento o
en las etapas o en la secuencia de etapas de los métodos descritos
en este documento.
Claims (26)
1. Un método para tratar una primera corriente
que comprende material oxidable, una sal y agua, en un reactor
(150) a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una
presión de al menos 220\cdot10^{5} Pa (220 bar),
caracterizado por las etapas de:
- -
- conducir una segunda corriente que comprende agua al reactor, donde la segunda corriente está sustancialmente libre de sales y está a una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220 bar) y a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC;
- -
- mezclar la primera corriente con la segunda corriente aguas arriba del reactor para formar una corriente mixta, comprendiendo la corriente mixta el material oxidable de la primera corriente, donde la primera corriente está a una presión y a una temperatura tal que la sal en la primera corriente permanece sustancialmente disuelta en la primera corriente y donde la corriente mixta está a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220 bar);
- -
- introducir la corriente mixta en el reactor, y
- -
- hacer reaccionar al menos una parte de la materia oxidable de la corriente mixta dentro del reactor.
2. El método de la reivindicación 1 en el que la
corriente mixta se introduce al reactor en una entrada (151) del
reactor y en el que la primera corriente se mezcla con la segunda
corriente en una posición aguas arriba de la entrada del
reactor.
3. Un método para tratar una primera corriente
que comprende un material oxidable, una sal y agua, en un reactor
(150) a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una
presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220
bar), caracterizado por las etapas de:
- -
- introducir una segunda corriente que comprende agua en el reactor, donde la segunda corriente está sustancialmente libre de sales y está a una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220 bar) y una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC;
- -
- introducir la primera corriente en el reactor posteriormente a la introducción de la segunda corriente, donde la primera corriente está a una presión y una temperatura tal que la sal en la primera corriente permanece sustancialmente disuelta en la primera corriente;
- -
- mezclar la primera corriente con la segunda corriente para formar una corriente mixta en el reactor, comprendiendo la corriente mixta el material oxidable de la primera corriente y donde la corriente mixta está a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} (220 bar); y
- -
- hacer reaccionar al menos una parte de la materia oxidable de la corriente mixta dentro del reactor.
4. El método de la reivindicación 3 en el que la
segunda corriente se introduce al reactor en una entrada (151) del
reactor y en el que la primera corriente se introduce al reactor en
la posición (157) aguas abajo de la entrada del reactor.
5. El método de la reivindicación 3 en el que la
segunda corriente se introduce en una entrada (151) del reactor y
en el que la primera corriente se introduce en el reactor en una
pluralidad de orificios de inyección (157) aguas abajo de la
entrada del reactor, estando localizada dicha pluralidad de
orificios de inyección a diferentes distancias de la entrada del
reactor.
6. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 en el que la primera corriente está a una
presión de al menos 220\cdot10^{5} Pa (220 bar) y una
temperatura por debajo de aproximadamente 370ºC.
7. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 que comprende adicionalmente la etapa de
añadir el aditivo de ajuste de pH a la primera corriente antes de
mezclar la primera corriente con la segunda corriente.
8. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 que comprende adicionalmente la etapa de
calentar la primera corriente en un intercambiador de calor (130)
de tal modo que la temperatura de la primera corriente sea de
aproximadamente 343-368ºC.
9. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8 que comprende adicionalmente la etapa de
añadir un oxidante a la segunda corriente antes de mezclar la
primera corriente con la segunda corriente.
10. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9 que comprende adicionalmente la etapa de
hacer pasar la segunda corriente a través de un intercambiador de
calor (130) y un calentador (134) antes de mezclar la primera
corriente con la segunda corriente, en el que el intercambiador de
calor y el calentador juntos llevan la temperatura de la segunda
corriente a al menos aproximadamente 370ºC.
11. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10 que comprende adicionalmente la etapa de
calentar la segunda corriente a una temperatura de aproximadamente
entre 540ºC y 650ºC.
12. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 que comprende adicionalmente la etapa de
variar el caudal de la segunda corriente como una función de la
concentración de material oxidable en la corriente mixta.
13. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12 que comprende adicionalmente la etapa de
variar el caudal de la segunda corriente como una función de la
temperatura de la corriente mixta.
14. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13 que comprende adicionalmente la etapa de
variar la temperatura de la segunda corriente para controlar la
temperatura de la corriente mixta.
15. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14 que comprende adicionalmente la etapa de
ajustar el caudal de la primera corriente de manera que el material
oxidable se trata dentro del reactor durante un tiempo suficiente
para permitir que el material oxidable se oxide sustancialmente.
16. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15 que comprende adicionalmente la etapa de
ajustar el caudal de la primera corriente para mantener una
temperatura especificada dentro del reactor.
17. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16 que comprende adicionalmente la etapa de
hacer pasar la corriente mixta del reactor a través de un
intercambiador de calor (130) y en el que el paso de la corriente
mixta a través del intercambiador de calor calienta sustancialmente
la primera y segunda corrientes antes de que la primera y segunda
corrientes se mezclen conjuntamente.
18. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 17 en el que la segunda corriente comprende
adicionalmente un material oxidable, particularmente compuestos
orgánicos.
19. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18 en el que la sal es cloruro sódico
(NaCl).
20. Un sistema para tratar una corriente mixta
en un reactor a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y
una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220
bar),
caracterizado por:
- -
- un reactor (150) que comprende una entrada (151) y una salida (153), estando configurado el reactor para contener la corriente mixta según fluye a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220 bar) desde la entrada a la salida durante el uso y en el que el reactor se configura para permitir que las partículas fluyan a través del reactor;
- -
- un primer conducto de corriente (124, 132, 135, 139) configurado para transmitir una primera corriente a la entrada (151) del reactor durante el uso, comprendiendo dicha primera corriente agua y estando sustancialmente libre de sales;
- -
- un segundo conducto de corriente (126, 141; 126, 133, 143) conectado para trasmitir una segunda corriente al conducto de la primera corriente durante el uso, comprendiendo dicha segunda corriente material oxidable, una sal y agua;
- -
- un sistema de calentamiento (130, 134), en el que el conducto de la primera corriente y los conductos de la segunda corriente pasan a través del sistema de calentamiento y en el que el sistema de calentamiento se configura para aumentar las temperaturas de la primera y segunda corrientes;
- -
- una fuente de suministro de oxidante (140) acoplada al sistema en la que la fuente de suministro de oxidante se configura para suministrar un oxidante al reactor; y
- -
- un controlador (144) configurado para ajustar el sistema de calentamiento y los caudales de la primera y segunda corrientes, respectivamente, para alcanzar una temperatura de la primera corriente de al menos aproximadamente 370ºC, una temperatura de la segunda corriente a la que dicha sal en dicha segunda corriente permanece sustancialmente disuelta dentro de la segunda corriente y una temperatura de la corriente mixta de al menos aproximadamente 370ºC mientras la corriente mixta se hace fluir a través del reactor durante el uso.
21. Un sistema para tratar una corriente mixta
en un reactor a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y
una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220
bar);
\newpage
caracterizado por:
- -
- un reactor (150) que comprende una primera entrada (151), una segunda entrada (157) y una salida (153), estando el reactor configurado para contener la corriente mixta mientras ésta fluye a una temperatura de al menos aproximadamente 370ºC y una presión de al menos aproximadamente 220\cdot10^{5} Pa (220 bar) desde la entrada a la salida durante el uso y en el que el reactor se configura para permitir que las partículas fluyan a través del reactor y en el que la segunda entrada está aguas abajo de la primera entrada;
- -
- un primer conducto de corriente (124, 132, 135, 139) configurado para transmitir una primera corriente a la primera entrada del reactor durante el uso, comprendiendo dicha primera corriente agua;
- -
- un segundo conducto de corriente (126, 133) conectado para trasmitir una segunda corriente a la segunda entrada del reactor durante el uso, comprendiendo dicha segunda corriente material oxidable, una sal y agua;
- -
- un sistema de calentamiento (130, 134), en el que el conducto de la primera corriente y el conducto de la segunda corriente pasan a través del sistema de calentamiento y en el que el sistema de calentamiento se configura para aumentar la temperatura de las corrientes que pasan a través del primer y segundo conductos;
- -
- una fuente de suministro de oxidante (140) acoplada al sistema en el que la fuente de suministro de oxidante se configura para suministrar un oxidante al reactor; y
- -
- un controlador (144) configurado para ajustar el sistema de calentamiento y los caudales de la primera y segunda corrientes, respectivamente, para alcanzar una temperatura de la primera corriente de al menos aproximadamente 370ºC, una temperatura de la segunda corriente a la que dicha sal en la segunda corriente permanece sustancialmente disuelta dentro de la segunda corriente y una temperatura de la corriente mixta de al menos aproximadamente 370ºC cuando la corriente mixta se hace fluir a través del reactor durante el uso.
22. El sistema de la reivindicación 21 en el que
el reactor comprende una pluralidad de segundas entradas (157) y en
el que dicho conducto de la segunda corriente se configura para
transmitir dicha segunda corriente a dicha pluralidad de segundas
entradas del reactor durante el uso, estando dichas segundas
entradas localizadas a distancias diferentes de dicha primera
entrada del reactor.
23. El sistema de una cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 22 en el que el controlador se configura para
ajustar el sistema de calentamiento para calentar la segunda
corriente para que alcance una temperatura de la segunda corriente
por debajo de aproximadamente 370ºC, preferiblemente entre
aproximadamente 343 y 368ºC.
24. El sistema de una cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 23 en el que el sistema de calentamiento
comprende un intercambiador de calor (130) para calentar la segunda
corriente en el segundo conducto.
25. El sistema de una cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 24 en el que la fuente de suministro de
oxidante se acopla al primer conducto y en el que la fuente de
suministro de oxidante se configura para suministrar el oxidante al
primer conducto antes de que la primera y segunda corrientes se
mezclen.
26. El sistema de una cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 25 en el que el sistema de calentamiento
comprende un intercambiador de calor (130) y un calentador (134)
para calentar la primera corriente en el primer conducto,
particularmente a una temperatura de aproximadamente entre 540ºC y
650ºC.
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