Un método para la oxidación de agua supercrítica de un flujo de un material orgánico y agua,

haciéndose que elflujo fluya (19) a través de una sección de reactor en masa esencialmente vertical (11) y una sección de reactortubular esencialmente vertical (12) conectadas entre sí, en el que dicha sección de reactor en masa tiene un área ensección transversal que es sustancialmente más grande que el área en sección transversal de dicha sección dereactor tubular, caracterizado por las etapas de:

- alimentar (17) dicho flujo que comprende material orgánico y agua en una entrada en una porción superior dedicha sección de reactor en masa;

- oxidar el material orgánico de dicho flujo a través de la oxidación de agua supercrítica mientras que se estáhaciendo que dicho flujo (19) fluya a través de dicha sección de reactor en masa;

- expulsar (20) dicho flujo a través de una salida (16) en una porción inferior de dicha sección de reactor enmasa; y al interior de dicha sección de reactor tubular;

- oxidar de forma eficiente el material orgánico de dicho flujo a través de la oxidación de agua supercríticamientras que se está haciendo que dicho flujo fluya a través de dicha sección de reactor tubular, en el que

- cada una de las secciones de reactor en masa y tubular oxida por lo menos el 5 % del material orgánicocomprendido en dicho flujo a través de la oxidación de agua supercrítica, oxidando la sección de reactor tubularpor lo menos parte del material orgánico que no se oxidó mediante la sección de reactor en masa;

- en el que se forma material sólido y/o corrosivo en dicha sección de reactor en masa para reducir de este modoel riesgo de obstruir y/o corroer dicho reactor y en el que:

- dicho flujo comprende calcio y azufre;

- un oxidante se alimenta (18) a dicha sección de reactor en masa;

- se forma yeso a partir de dicho flujo en dicha sección de reactor en masa; y

- dicho flujo se alimenta a dicha sección de reactor tubular (12) después de que se haya hecho que fluya a travésde dicha sección de reactor en masa.

Método para la oxidación de agua supercrítica

5 Campo de invención

La presente invención se refiere a un método para la oxidación de agua supercrítica.

Antecedentes de la invención

La oxidación de agua supercrítica es un método para destruir de forma eficiente los contaminantes orgánicos en el lodo y agua de desecho. Se sabe que el método transforma con rapidez y eficiencia el material orgánico que comprende sustancialmente carbono e hidrógeno en dióxido de carbono y agua, a menudo con una eficiencia por encima de un 99 %.

La disposición de reactor más eficiente y económica es el reactor tubular. Para las corrientes de agua de desecho que contienen un material orgánico sólido, el reactor tubular es la solución más práctica debido a que se necesita una velocidad dada para transportar el material sólido a través del reactor. Alternativamente, se usa un reactor en masa vertical, en el que el material sólido se transporta a través del reactor por medio de la gravedad. No obstante, un inconveniente del uso de un reactor vertical de este tipo es que el material sólido, que es más pesado que el agua supercrítica, se transporta más rápido a través del reactor con una eficiencia de destrucción más baja como resultado.

En el documento US 6.551.517 B1 se da a conocer un proceso para llevar a cabo unas reacciones químicas en un

fluido a presión y a una temperatura en un fluido supercrítico que contiene un disolvente y por lo menos un electrolito tal como una sal, en el que se generan unas especies reactivas in situ por electrólisis. De acuerdo con la invención, el fluido fluye hacia arriba en un reactor de depósito que pasa a través de una primera zona de electrólisis inferior con una alta solubilidad de sales y una segunda zona superior en la cual precipitan las sales, a continuación el fluido libre de sal se evacua en la parte superior del reactor de depósito y se dirige al interior de un segundo reactor tubular para alcanzar la fase deseada de avance de la conversión.

Sumario de la invención

Un inconveniente del sistema de reactor que se da a conocer en el documento B1 es que el oxidante no se alimenta

al reactor, sino que éste se genera in situ por electrólisis. Mediante el proceso también se forma hidrógeno, el cual ha de separarse del oxígeno para evitar que el hidrógeno y el oxígeno reaccionen inmediatamente entre sí. Se cree que es caro producir el oxidante de tal forma.

Un inconveniente adicional es que, debido a que la corriente se dirige desde el fondo del depósito hasta la parte de arriba del mismo, cualquier material sólido se hundirá hasta el fondo del depósito y, por lo tanto, se transportará junto con el flujo a través del depósito y a través del segundo reactor tubular. Si el material sólido contiene material orgánico, la eficiencia de destrucción será, por lo tanto, muy baja.

Para algunas corrientes de agua de desecho, un reactor tubular que tiene cortas distancias hasta las paredes de

45 reactor puede tener sus limitaciones. Mientras que se trata lodo de papel de desecho para recuperar el material de relleno de papel para la fabricación de papel, puede formarse algo de yeso en el reactor inmediatamente después de la entrada del oxidante (debido a la formación de ácido sulfúrico que reacciona con el carbonato de calcio en el material de relleno) . El yeso puede pegarse a las paredes de reactor y dar lugar a una obstrucción local bastante rápida del reactor. Tienen lugar unos problemas similares cuando se tratan lodos urbanos si se encuentran presentes unas cantidades de calcio y azufre demasiado altas en el agua de desecho.

Otro problema general con la oxidación de agua supercrítica comprende dificultades en el tratamiento de corrientes de agua de desecho que contienen sales disueltas. En unas condiciones supercríticas para el agua, las sales se vuelven insolubles y las sales pueden precipitarse sobre las superficies de un intercambiador de calor ubicado aguas

55 arriba del reactor, lo que da lugar a que la eficiencia del intercambiador de calor caiga. Una solución para el presente problema es mezclar una corriente que contiene sales disueltas en unas condiciones subcríticas para el agua con una corriente libre de sales en unas condiciones supercríticas para el agua en el reactor tubular, de tal modo que la corriente mixta se encuentra en unas condiciones supercríticas para el agua. De esta forma, puede evitarse una transición de fase en un intercambiador de calor y, en su lugar, la precipitación de las sales tiene lugar en el reactor tubular en el que se mezclan las dos corrientes. No obstante, en algunas aplicaciones la obstrucción del reactor tubular tiene lugar en esta ubicación debido a que algunas sales son “pegajosas” cuando éstas se transforman de disueltas a estado sólido, y a que las distancias hasta las paredes del reactor tubular son cortas.

Otra limitación cuando se usan reactores tubulares para la oxidación de agua supercrítica es, por ejemplo, que los

65 halógenos son muy corrosivos a unas temperaturas altas pero aún subcríticas para el agua y, en particular, a unos valores de pH bajos, a pesar del hecho de que se usan unas aleaciones a base de níquel resistentes a la corrosión como material de construcción. Si el halógeno está comprendido en un compuesto orgánico, no tiene lugar corrosión alguna hasta que el compuesto orgánico se descompone en dióxido de carbono, agua e ión/ iones de halógeno. Para reducir la corrosión, puede inyectarse una substancia de neutralización de pH en una porción de extremo del reactor antes de que la corriente alcance unas temperaturas subcríticas para el agua. Una substancia común para el

ajuste de pH es el hidróxido de sodio. No obstante, una dificultad cuando se alimenta hidróxido de sodio o una sustancia alcalina similar es que éstos apenas son miscibles con el agua supercrítica. Una masa fundida se forma a unas temperaturas supercríticas para el agua, que es fuertemente corrosiva para el material de construcción.

La presente invención proporciona un método que supera, o que por lo menos reduce, los problemas y las limitaciones de los reactores y métodos de la técnica anterior, tal como se describe anteriormente.

La invención se expone en sus varios aspectos en las reivindicaciones 1 -11.

En una realización preferida, el método prevé la formación de un material sólido y/o corrosivo en el interior de la

sección de reactor vertical, preferiblemente lejos de cualquier pared de sección de reacción, sobre la cual el sólido pueda depositarse, y/o paredes que puedan experimentar problemas de corrosión. De forma simultánea, el método debería evitar cualquier formación de un material de obstrucción y/o corrosivo en la sección de reactor no vertical.

Si el flujo contiene un material sólido, éste puede transportarse a través de las secciones de reactor vertical y no vertical en la misma dirección que el flujo y, si la sección de reactor vertical se configura para la precipitación del material sólido a partir del flujo, éste puede transportarse a través de la sección de reactor vertical en la misma dirección que el flujo, y si la sección de reactor no vertical se encuentra aguas abajo de la sección de reactor vertical, el material sólido precipitado puede transportarse también a través de la sección de reactor no vertical en la misma dirección que el flujo.

El método de la presente invención reduce en gran medida los problemas de obstrucción y corrosión.

La presente invención proporciona un método para la oxidación de agua supercrítica, en el que pueden reducirse los problemas con la obstrucción y corrosión, mientras que se mantiene una eficiencia de destrucción muy alta.

Otras características y ventajas de la invención se entenderán más fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada, tomada en conexión con las reivindicaciones adjuntas y los dibujos anexos.

Breve descripción de los dibujos

Cada una de las figuras 1-3 ilustra, en una vista lateral en sección transversal, un reactor que se usa para un método de oxidación de agua supercrítica de acuerdo con una realización respectiva de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones

Un reactor para su... [Seguir leyendo]

1. Un método para la oxidación de agua supercrítica de un flujo de un material orgánico y agua, haciéndose que el flujo fluya (19) a través de una sección de reactor en masa esencialmente vertical (11) y una sección de reactor

tubular esencialmente vertical (12) conectadas entre sí, en el que dicha sección de reactor en masa tiene un área en sección transversal que es sustancialmente más grande que el área en sección transversal de dicha sección de reactor tubular, caracterizado por las etapas de:

- alimentar (17) dicho flujo que comprende material orgánico y agua en una entrada en una porción superior de dicha sección de reactor en masa; -oxidar el material orgánico de dicho flujo a través de la oxidación de agua supercrítica mientras que se está haciendo que dicho flujo (19) fluya a través de dicha sección de reactor en masa; -expulsar (20) dicho flujo a través de una salida (16) en una porción inferior de dicha sección de reactor en masa; y al interior de dicha sección de reactor tubular;

-oxidar de forma eficiente el material orgánico de dicho flujo a través de la oxidación de agua supercrítica mientras que se está haciendo que dicho flujo fluya a través de dicha sección de reactor tubular, en el que -cada una de las secciones de reactor en masa y tubular oxida por lo menos el 5 % del material orgánico comprendido en dicho flujo a través de la oxidación de agua supercrítica, oxidando la sección de reactor tubular por lo menos parte del material orgánico que no se oxidó mediante la sección de reactor en masa; -en el que se forma material sólido y/o corrosivo en dicha sección de reactor en masa para reducir de este modo el riesgo de obstruir y/o corroer dicho reactor y en el que: -dicho flujo comprende calcio y azufre; -un oxidante se alimenta (18) a dicha sección de reactor en masa; -se forma yeso a partir de dicho flujo en dicha sección de reactor en masa; y

-dicho flujo se alimenta a dicha sección de reactor tubular (12) después de que se haya hecho que fluya a través de dicha sección de reactor en masa.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

- dicho flujo se encuentra en unas condiciones supercríticas para el agua y se encuentra esencialmente libre de sales que se disuelven en agua líquida y precipitan en unas condiciones supercríticas para el agua; -un flujo que se encuentra en unas condiciones subcríticas para el agua y comprende una sal disuelta se alimenta (18) a dicha sección de reactor en masa; y -dicho flujo supercrítico y dicho flujo subcrítico se mezclan en dicha sección de reactor en masa,

seleccionándose las temperaturas y los caudales de dicho flujo supercrítico y dicho flujo subcrítico para obtener un flujo mixto que se encuentra en unas condiciones que son supercríticas para el agua para precipitar de este modo dicha sal en dicha sección de reactor esencialmente vertical.

3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que

- dicho flujo se encuentra en una condición ácida, y comprende una substancia corrosiva, en particular un halógeno; y -una substancia de neutralización de pH se alimenta (18) a dicha sección de reactor en masa para neutralizar el ácido y reducir la corrosión cuando el agua se vuelve subcrítica.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha substancia de neutralización de pH es sosa cáustica, que forma una masa fundida que es muy corrosiva en unas condiciones supercríticas para el agua, minimizando la alimentación de dicha substancia de neutralización de pH al interior de dicha sección de reactor en masa el riesgo de que dicha masa fundida se adhiera a las paredes del reactor y crea corrosión.

5. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho flujo comprende lodo, en particular lodo de destintado, incluyendo un material de relleno de papel.

6. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho flujo comprende lodo de depuradora o lodo a 55 partir de la elaboración de agua potable.

7. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha salida de sección de reactor en masa (16) expulsa (20) una sal precipitada junto con dicho flujo.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que

- dicho flujo se encuentra en unas condiciones ácidas, y comprende una substancia corrosiva; y -dicha sección de reactor en masa recibe, en una entrada (15) en una porción superior de dicha sección de reactor en masa, una substancia de neutralización de pH.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicha substancia de neutralización de pH tiene un punto de fusión por debajo de la más baja temperatura posible para obtener unas condiciones supercríticas para el agua; y es capaz de formar una masa fundida oxidante en unas condiciones supercríticas para el agua.

10. El método de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9, en el que dicha substancia corrosiva es un halógeno, en 5 particular cloro, y dicha substancia de neutralización de pH es un hidróxido de sal, en particular, hidróxido de sodio.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-17, en el que el área en sección transversal de dicha sección de reactor en masa es aproximadamente cinco a diez veces más grande que el área en sección transversal de dicha sección de reactor de flujo de tapón.