Un procedimiento para la oxidación con agua supercrítica caracterizado por las etapas de:

- provocar que una primera corriente de proceso que contiene agua y material orgánico fluya en una cámara de reacción (11);

- añadir un primer flujo de oxidante a dicha primera corriente de proceso en déficit estequiométrico;

- hacer reaccionar material orgánico en dicha primera corriente de proceso con dicho primer flujo de oxidante generalmente a través de oxidación con agua supercrítica en una primera sección de reacción (12);

- añadir una segunda corriente de proceso que contiene agua y material orgánico a dicha primera corriente de proceso aguas abajo de dicha primera sección de reacción (12), teniendo dicha segunda corriente de proceso una temperatura que es inferior a una temperatura de dicha primera corriente de proceso aguas abajo de dicha primera sección de reacción (12) para reducir de ese modo una temperatura en una sección de enfriamiento brusco (14) de dicha cámara de reacción ubicada aguas abajo de dicha primera sección de reacción;

- añadir un segundo flujo de oxidante a dicha primera corriente de proceso aguas abajo de dicha primera sección de reacción (12); y

- hacer reaccionar material orgánico en dichas corrientes de proceso primera y segunda con dicho segundo flujo de oxidante generalmente a través de oxidación con agua supercrítica en una segunda sección de reacción (13) de dicha cámara de reacción ubicada aguas abajo de dicha sección de enfriamiento brusco.

Procedimiento para la oxidación con agua supercrítica de una corriente que contiene material oxidable

5 Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la oxidación con agua supercrítica.

Descripción de la técnica relacionada y antecedentes de la invención

El control de la temperatura de reacción es esencial para mantener el control de muchos procesos de reacción y, por lo tanto, los resultados finales producidos por tales procesos. En algunos casos, las reacciones exotérmicas avanzan tan rápidamente que, a menos que se controlen, generan temperaturas que ponen en peligro la integridad del propio recipiente de reacción. Muchas reacciones producen subproductos de reacción que, si la temperatura no se controla de forma apropiada, pueden avanzar hasta reacciones secundarias no deseadas adicionales.

El documento US 5.770.174 expedido a Eller y col. da a conocer una invención en la que las reacciones de oxidación en un reactor que funciona en condiciones de agua supercrítica o casi supercrítica están controladas por inyección simultánea y/o secuencial de agua y uno de los reactivos (a intervalos espaciados y/o programados en el tiempo) en una corriente de proceso que fluye compuesta por agua en condiciones supercríticas o casi supercríticas y el otro reactivo. El reactivo inyectado puede ser o bien oxidante o bien material que va a oxidarse, dependiendo del desequilibrio estequiométrico de la corriente de proceso. Inyectando agua, la temperatura de reacción se reduce rápidamente. Sin embargo, la inyección simultánea de reactivo reinicia la reacción de modo que la temperatura aumenta de nuevo y el proceso de reacción se convierte en una serie de fases de reacción que se controlan para impedir que la temperatura de reacción supere una temperatura máxima predeterminada que, por ejemplo, puede determinarse por las limitaciones del material de construcción.

Sumario de la invención

El inventor de la presente invención ha observado, sin embargo, que la invención dada a conocer por Eller y col. puede mejorarse para obtener un proceso de oxidación con agua supercrítica con mayor capacidad en el caso de que el contenido orgánico de la corriente de proceso sea demasiado elevado para manejarse mediante una única fase de reacción.

Además, la presente invención tiene como objetivo mejorar la capacidad cuando se manejan corrientes de proceso que son altamente viscosas y pueden obstruir intercambiadores de calor del sistema de reacción, tal como por ejemplo corrientes de lodo de depuración, corrientes de lodo de residuos del papel, y corrientes de lodo de la fabricación de agua potable, así como corrientes de proceso que son difíciles de concentrar con respecto a su contenido orgánico, tal como corrientes que contienen compuestos orgánicos tanto grandes como pequeños, particularmente copuestos orgánicos grandes no volátiles y pequeños volátiles.

Un procedimiento para la oxidación con agua supercrítica de acuerdo con la presente invención comprende las etapas de provocar que una primera corriente de proceso que contiene agua y material orgánico fluya en una cámara de reacción; añadir un primer flujo de oxidante a la primera corriente de proceso en déficit estequiométrico;

45 hacer reaccionar material orgánico en la primera corriente de proceso con el oxidante en una primera fase de reacción; añadir una segunda corriente de proceso que contiene agua y material orgánico a la primera corriente de proceso que ha reaccionado, teniendo la segunda corriente de proceso una temperatura que es inferior a una temperatura de la primera corriente de proceso para reducir de ese modo la temperatura en la cámara de reacción; añadir un segundo flujo de oxidante a las corrientes de proceso; y hacer reaccionar material orgánico en las corrientes de proceso primera y segunda con el segundo flujo de oxidante en una segunda fase de reacción.

El primer flujo de oxidante se añade a la primera corriente de proceso para controlar la reacción de la primera corriente de proceso de modo que la temperatura más alta en la cámara de reacción no superará una temperatura máxima permitida. Preferiblemente, la temperatura se detecta en la cámara de reacción, y la adición del primer flujo 55 de oxidante se controla en respuesta a la temperatura detectada.

La segunda corriente de proceso que contiene agua y material orgánico se añade a la primera corriente de proceso que ha reaccionado para enfriar bruscamente la primera corriente de proceso. Simultáneamente, la segunda corriente de proceso contiene contenido orgánico adicional que va a oxidarse en la segunda fase de reacción junto con el contenido orgánico de la primera corriente de proceso que no se oxidó en la primera fase de reacción. Por lo tanto la segunda corriente de proceso puede denominarse corriente de alimentación/enfriamiento brusco.

Siempre que la capacidad de las dos fases de reacción pueda manejar más de una única corriente de proceso con respecto a su COD (demanda química de oxígeno) , el contenido orgánico en la segunda corriente de proceso puede 65 oxidarse junto con la oxidación de la segunda fase de la primera corriente de proceso. Si el contenido en COD de la segunda corriente es demasiado alto de modo que el efecto de enfriamiento de la segunda corriente de proceso no es suficientemente alto, puede añadirse agua de enfriamiento brusco adicional al proceso para reducir la concentración de COD global.

El segundo flujo de oxidante, que preferiblemente se añade a las corrientes de proceso aguas debajo de la entrada de la segunda corriente de proceso, se añade en exceso estequiométrico si la segunda fase de reacción es la última fase de reacción de la cámara de reacción para garantizar la oxidación completa de las corrientes de proceso primera y segunda; de lo contrario el segundo flujo de oxidante se añade preferiblemente en déficit estequiométrico para controlar la velocidad de reacción en la segunda fase de reacción.

La invención es perfectamente adecuada para manejar corrientes de proceso que son altamente viscosas y pueden obstruir un intercambiador de calor del sistema de reacción, puesto que la segunda corriente de proceso puede inyectarse en el proceso de reacción directamente sin calentarse mediante, por ejemplo, un intercambiador de calor.

La invención es también adecuada para manjar corrientes de proceso que son difíciles de concentrar con respecto a su contenido orgánico y que por lo tanto pueden tener "espacio" para más material orgánico en la segunda fase de reacción. La segunda corriente de proceso se inyecta para enfriar bruscamente la primera fase de reacción y para alimentar adicionalmente la segunda fase de reacción.

Por tanto, la primera corriente de proceso es preferiblemente lodo o aguas residuales de moderadamente a poco viscosos que tienen un contenido orgánico suficiente para mantener una reacción autosostenible, mientras que la segunda corriente de proceso puede ser una corriente de proceso viscosa o una corriente de proceso que no produce suficiente energía para mantener una reacción autosostenible. La primera corriente de proceso y corriente de alimentación/enfriamiento brusco pueden tener también la misma composición, en cuyo caso el procedimiento descrito da como resultado una capacidad aumentada en comparación con el enfriamiento brusco con agua normal que se pone en práctica en el documento US 5.770.174.

Otras características y ventajas de la invención se entenderán más fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con las revindicaciones adjuntas y el dibujo adjunto.

Descripción detallada de las realizaciones

Un reactor típico adaptado para utilizar los principios de la invención se ilustra esquemáticamente en el dibujo.

El reactor comprende una cámara de reacción alargada o tubo 11. La cámara de reacción 11 tienen tres secciones diferentes: una primera fase o sección de reacción 12, una segunda fase o sección de reacción 13, y una fase o sección de enfriamiento brusco 14 ubicada entre las secciones de reacción 12, 13.

La cámara de reacción 11 comprende dos entradas 15, 16 y una salida 17 que, por supuesto, están interconectadas aparatos de entrada y salida apropiados y dispositivos de control para controlar las velocidades de flujo de las diversas corrientes y flujos hacia la cámara de reacción 11. La configuración, etc., de los aparatos de entrada y salida y dispositivos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la oxidación con agua supercrítica caracterizado por las etapas de:

-provocar que una primera corriente de proceso que contiene agua y material orgánico fluya en una cámara de reacción (11) ; -añadir un primer flujo de oxidante a dicha primera corriente de proceso en déficit estequiométrico; -hacer reaccionar material orgánico en dicha primera corriente de proceso con dicho primer flujo de oxidante generalmente a través de oxidación con agua supercrítica en una primera sección de reacción (12) ;

-añadir una segunda corriente de proceso que contiene agua y material orgánico a dicha primera corriente de proceso aguas abajo de dicha primera sección de reacción (12) , teniendo dicha segunda corriente de proceso una temperatura que es inferior a una temperatura de dicha primera corriente de proceso aguas abajo de dicha primera sección de reacción (12) para reducir de ese modo una temperatura en una sección de enfriamiento brusco (14) de dicha cámara de reacción ubicada aguas abajo de dicha primera sección de reacción; -añadir un segundo flujo de oxidante a dicha primera corriente de proceso aguas abajo de dicha primera sección de reacción (12) ; y -hacer reaccionar material orgánico en dichas corrientes de proceso primera y segunda con dicho segundo flujo de oxidante generalmente a través de oxidación con agua supercrítica en una segunda sección de reacción (13) de dicha cámara de reacción ubicada aguas abajo de dicha sección de enfriamiento brusco.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho primer flujo de oxidante se añade para controlar la oxidación con agua supercrítica en dicha primera sección de reacción de modo que una temperatura máxima en dicha primera sección de reacción no superará una temperatura máxima permitida.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, que comprende las etapas de detectar una temperatura en dicha cámara de reacción en un extremo aguas abajo de dicha primera sección de reacción; y controlar la adición de dicho primer flujo de oxidante en respuesta a dicha temperatura detectada.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, controlándose dicho procedimiento para obtener una temperatura de dicha primera corriente de proceso que es superior a una temperatura necesaria para obtener condiciones supercríticas para el agua en un extremo aguas abajo de dicha primera sección de reacción.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicha segunda corriente de proceso tiene una temperatura considerablemente por debajo de la temperatura supercrítica del agua, y preferiblemente de manera esencialmente similar a una temperatura de un entorno circundante, en el que dicho procedimiento se lleva a cabo.

6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicha segunda corriente de proceso se 40 añade a dicha primera corriente de proceso directamente sin tener que calentarse.

7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dichas corrientes de proceso primera y segunda tienen contenidos similares.

45 8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que dichas corrientes de proceso primera y segunda se forman a partir de una única fuente de agua y material orgánico.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que dicha segunda corriente de proceso es altamente viscosa. 50

10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que dicha segunda corriente de proceso está compuesta por lodo de depuración, lodo de residuos del papel, o lodo de la fabricación de agua potable.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que dicha primera corriente de proceso es 55 difícil de concentrar con respecto a su contenido orgánico.

12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que dicha primera corriente de proceso contiene compuestos orgánicos tanto grandes como pequeños, particularmente copuestos orgánicos grandes no volátiles y pequeños volátiles.

13. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que dicha segunda corriente de proceso se añade a dicha primera corriente de proceso a través de una primera entrada (18) ; y dicho segundo flujo de oxidante se añade a dicha primera corriente de proceso a través de una segunda entrada (19) , estando ubicada dicha segunda entrada aguas abajo de dicha primera entrada.

14. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que dicho segundo flujo de oxidante y dicha segunda corriente de proceso se añaden a dicha primera corriente de proceso a través de una entrada común.

15. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que dicho segundo flujo de oxidante se añade en exceso estequiométrico a la sección de reacciónás aguas abajo de dicha cámara de reacción.