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JP2010530793A - System and method for process flow processing - Google Patents

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JP2010530793A
JP2010530793A JP2009542950A JP2009542950A JP2010530793A JP 2010530793 A JP2010530793 A JP 2010530793A JP 2009542950 A JP2009542950 A JP 2009542950A JP 2009542950 A JP2009542950 A JP 2009542950A JP 2010530793 A JP2010530793 A JP 2010530793A
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stream
oxidation
caustic
oxidation unit
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JP2009542950A
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Japanese (ja)
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ホーデシェル、マイケル
ビー モーガンス、クレイトン
エル フェルチ、チャド
フレイディナ、エフゲニヤ
リアン、リー‐シャン
ギフォード、ジョセフ
Original Assignee
シーメンス ウォーター テクノロジース コーポレイション
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Publication date
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Abstract

プロセス流れ処理のためのシステム及び方法。処理システムには、一般的に、脱塩ユニットの下流に結合された酸化ユニットを含むことが可能である。酸化ユニットは、プロセス流れ中の有機還元硫黄汚染物質を酸化して、下流での処理を促進することが可能である。脱塩ユニットは、酸化ユニットの生成物を転換して、鉱物流れを生成することが可能である。いくつかの例では、プロセス流れは、エチレン生産施設又は石油精製所のような工業操業所からの使用済苛性アルカリ流れであってもよい。脱塩ステップにおいて水酸化ナトリウム流れのような新鮮な苛性アルカリ流れを単離し、工業操業所に戻して利用することが可能である。
【選択図】図1
Systems and methods for process flow processing. The treatment system can generally include an oxidation unit coupled downstream of the desalination unit. The oxidation unit can oxidize organic reduced sulfur contaminants in the process stream to facilitate downstream processing. The desalination unit can convert the product of the oxidation unit to produce a mineral stream. In some examples, the process stream may be a spent caustic stream from an industrial plant such as an ethylene production facility or an oil refinery. It is possible to isolate a fresh caustic stream, such as a sodium hydroxide stream, in a desalting step and return it to an industrial operation.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、一般的にプロセス流れの処理に関し、更に詳しくは、その脱塩のためのシステム及び方法に関する。   The present invention relates generally to process stream processing and, more particularly, to systems and methods for its desalination.

酸化は、プロセス流れを処理するための周知の技術であり、例えば廃水中の汚染物質を消滅させるために、広く用いられている。例えば湿式酸化には、酸化剤、一般的には酸素含有ガスからの分子状酸素、による望ましくない成分の高温及び高圧における水相酸化が含まれる。このプロセスによって、有機汚染物質を二酸化炭素、水及び酢酸のような生分解性短鎖有機酸に転換することができる。硫化物及びメルカプチドを始めとする無機構成成分も酸化することが可能であり、シアン化物は加水分解することが可能である。焼却の代替案として、多種多様な用途において、湿式酸化を利用して、例えば引き続く排出のために、プロセス流れを処理することが可能である。   Oxidation is a well-known technique for treating process streams and is widely used, for example, to eliminate contaminants in wastewater. For example, wet oxidation includes aqueous phase oxidation of undesired components at high temperatures and pressures with an oxidant, typically molecular oxygen from an oxygen-containing gas. This process allows organic pollutants to be converted into biodegradable short chain organic acids such as carbon dioxide, water and acetic acid. Inorganic constituents such as sulfides and mercaptides can also be oxidized, and cyanides can be hydrolyzed. As an alternative to incineration, the process stream can be treated in a wide variety of applications using wet oxidation, for example for subsequent discharge.

各種イオン回収法も広く知られている。技法の1つには、既に実質的に脱イオン化された流れから超純水を生産するためだけに殆ど排他的に用いられる連続的電気式脱イオン化(CEDI)システムが関与する。CEDI供給流は、典型的には、逆浸透処理流れである。CEDI供給流れ及び生成物流れは導電率が低く、従って、マトリックスの導電率を高めるため、セルには、通常、樹脂が充填される。セルは交互対をなすように配列され、各対は、一般的に、1つの超純水流れと1つの塩水廃棄流れとを生じさせる。CEDIモジュールの能力は、モジュールの両端の電極間に含まれるセル対の数によって規定される。典型的には、工業規模の用途の場合、モジュール当たり、約30〜120のセル対が用いられる。CEDIモジュールのハウジングは、一方の流れにおいて生産水を集水し、もう一方の流れにおいて廃棄イオン流れを集水するダクト系統を有するように構成される。工業用途は、典型的には、10アンペア以下の範囲内である。   Various ion recovery methods are also widely known. One technique involves a continuous electrical deionization (CEDI) system that is used almost exclusively to produce ultrapure water from an already substantially deionized stream. The CEDI feed stream is typically a reverse osmosis process stream. The CEDI feed stream and product stream have low conductivity, and thus the cells are usually filled with resin to increase the conductivity of the matrix. The cells are arranged in alternating pairs, with each pair typically producing one ultrapure water stream and one saltwater waste stream. The capacity of a CEDI module is defined by the number of cell pairs contained between the electrodes at both ends of the module. Typically, for industrial scale applications, about 30-120 cell pairs are used per module. The CEDI module housing is configured to have a duct system that collects the production water in one stream and the waste ion stream in the other stream. Industrial applications are typically in the range of 10 amps or less.

各側面は、一般的にプロセス流れの処理システム及び方法に関する。
1つ以上の側面によれば、水性供給物を処理するためのシステムは、水性供給物の源に流体接続された酸化ユニットと、酸化ユニットの下流に流体接続され酸化ユニットの生成物を目標化合物に転換するように構成され配列された脱塩ユニットとを、含有してなる。
Each aspect relates generally to a process flow processing system and method.
According to one or more aspects, a system for treating an aqueous feed includes an oxidation unit fluidly connected to a source of the aqueous feed and a product of the oxidation unit fluidly connected downstream of the oxidation unit to the target compound. A desalting unit constructed and arranged to convert to

1つ以上の側面によれば、使用済苛性アルカリを含む水性供給物を処理するためのシステムは、水性供給物の源に流体接続された酸化ユニットと、酸化ユニットの下流に流体的に接続され新鮮な苛性アルカリを生成するように構成され配列された電気化学的脱イオン化ユニットとを、含有してなる。   In accordance with one or more aspects, a system for treating an aqueous feed containing spent caustic includes an oxidation unit fluidly connected to a source of the aqueous feed and fluidly connected downstream of the oxidation unit. An electrochemical deionization unit constructed and arranged to produce fresh caustic.

1つ以上の側面によれば、水性流れの処理方法は、水性流れを酸化して酸化生成物を生成し、酸化生成物を転換して苛性アルカリを生成させることからなる。   According to one or more aspects, a method for treating an aqueous stream comprises oxidizing the aqueous stream to produce an oxidized product, and converting the oxidized product to produce caustic.

その他の側面、実施態様並びにこれらの例示的側面及び実施態様の利点については、詳細に後述する。更に、当然明らかなように、以上の情報及び下記の詳細説明は、様々な側面及び実施態様の説明のための単なる例でしかなく、請求の範囲に記載の側面及び実施態様の性質及び特性を理解するための概要又は構成を提示することを目的とするものである。添付の図面は、様々な側面及び実施態様を図解して、更によく理解できるようにするために掲載されており、本明細書に組み込まれて、その一部を構成している。図面は、明細書の残りの部分と共に、解説され請求の範囲に記載された側面及び実施態様の原理及び働きの説明に役立つ。   Other aspects, embodiments, and advantages of these exemplary aspects and embodiments are described in detail below. Further, it should be understood that the above information and the following detailed description are merely examples for the purpose of describing various aspects and embodiments, and illustrate the nature and characteristics of the claimed aspects and embodiments. It is intended to present an overview or configuration for understanding. The accompanying drawings are included to provide a better understanding of various aspects and embodiments, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings, together with the remainder of the specification, serve to explain the principles and workings of the aspects and embodiments described and claimed.

以下では、添付の図面を参照して、少なくとも1つの実施態様の様々な側面について論考する。これらの図は、一定の比率で描くことを意図したものではないが、種々の図に例示された同じか又はほぼ同じ構成要素は、同様の番号によって表示されている。明瞭化のため、全ての図面において全ての構成要素が表示されているわけではない。これらの図は、図解及び説明のために提示されており、本発明の範囲の限定を意図したものではない。   In the following, various aspects of at least one embodiment will be discussed with reference to the accompanying drawings. These figures are not intended to be drawn to scale, but the same or nearly identical components illustrated in the various figures are labeled with like numbers. For clarity, not all components are shown in all drawings. These figures are presented for purposes of illustration and description and are not intended to limit the scope of the invention.

1つ以上の実施態様による処理システムを例示した図である。FIG. 2 illustrates a processing system in accordance with one or more embodiments. 1つ以上の実施態様による苛性アルカリ流れ処理システムを例示した図である。FIG. 2 illustrates a caustic flow treatment system according to one or more embodiments. 1つ以上の実施態様による連続的電気式脱イオン化ユニットの働きを例示した図である。FIG. 3 illustrates the operation of a continuous electrical deionization unit according to one or more embodiments. 添付例で論考される様々なシステムの配管配置を例示した図である。FIG. 3 illustrates piping arrangements of various systems discussed in the accompanying examples. 添付例で論考される様々なシステムの配管配置を例示した図である。FIG. 3 illustrates piping arrangements of various systems discussed in the accompanying examples. 添付例で論考される様々なシステムの配管配置を例示した図である。FIG. 3 illustrates piping arrangements of various systems discussed in the accompanying examples. 添付例で論考される様々なシステムの配管配置を例示した図である。FIG. 3 illustrates piping arrangements of various systems discussed in the accompanying examples. 添付例で論考される様々なシステムの配管配置を例示した図である。FIG. 3 illustrates piping arrangements of various systems discussed in the accompanying examples. 添付例において論考される試験条件及び結果を要約した表である。2 is a table summarizing test conditions and results discussed in the accompanying examples. 添付例において論考される試験条件及び結果を要約した表である。2 is a table summarizing test conditions and results discussed in the accompanying examples. 添付例において論考されるCEDIモジュールの電力チャートである。Figure 3 is a power chart of a CEDI module discussed in the accompanying examples. 添付例において論考されるCEDIモジュールの電力チャートである。Figure 3 is a power chart of a CEDI module discussed in the accompanying examples. 添付例において論考されるCEDIモジュールの電力チャートである。Figure 3 is a power chart of a CEDI module discussed in the accompanying examples. 添付例において論考されるCEDIモジュールの電力チャートである。Figure 3 is a power chart of a CEDI module discussed in the accompanying examples. 添付例において論考されるCEDIモジュールの電力チャートである。Figure 3 is a power chart of a CEDI module discussed in the accompanying examples. 添付例において論考される電流の効果に関するデータを例示したグラフである。6 is a graph illustrating data regarding the effect of current discussed in the accompanying examples. 添付例において論考される電流の効果に関するデータを例示したグラフである。6 is a graph illustrating data regarding the effect of current discussed in the accompanying examples. 1つ以上の実施態様におけるいくつかの異なるシステム配置についての質量収支を表わした図である。FIG. 4 is a diagram representing mass balance for several different system arrangements in one or more embodiments. 1つ以上の実施態様におけるいくつかの異なるシステム配置についての質量収支を表わした図である。FIG. 4 is a diagram representing mass balance for several different system arrangements in one or more embodiments. 1つ以上の実施態様におけるいくつかの異なるシステム配置についての質量収支を表わした図である。FIG. 4 is a diagram representing mass balance for several different system arrangements in one or more embodiments. 1つ以上の実施態様におけるいくつかの異なるシステム配置についての質量収支を表わした図である。FIG. 4 is a diagram representing mass balance for several different system arrangements in one or more embodiments. 1つ以上の実施態様に従って質量収支の要求を満たすのに必要なCEDI生成物流れ中のNaOHの測定力価を例示した図である。FIG. 4 illustrates the measured titer of NaOH in a CEDI product stream required to meet mass balance requirements according to one or more embodiments.

1つ以上の実施態様が一般的にプロセス流れの処理に関連している。これらのシステム及び方法は、1つ以上の容易に酸化可能な化合物で汚染されたプロセス流れの処理において一般的に有効であり得る。本明細書に記載のシステム及び方法は、プロセス流れを脱塩して下流処理を促進し及び/又は鉱物流れのような生成物を生成することが望ましいと考えられる多種多様な用途で、実施可能である。有利なことには、いくつかの実施態様は、上流での工業用途に対して供給する必要のある新しい、新鮮な又は補充の反応物の量を減らすのにとりわけ役立つ可能性がある。例えば、いくつかの実施態様では、使用済苛性アルカリ供給流を処理して、反応物として用いるために上流のエチレン生産施設又は石油精製所に戻すのに十分な力価と品質とを有する、水酸化ナトリウム流れのような、新しい苛性アルカリ流れを生じさせることが可能である。いくつかのシステム及び方法は、排出前の中和のために、例えば化学物質の添加による、pH補正の必要が軽減されるように、初期プロセス流れのpHレベルに対して調整されたpHレベルで流出するシステムを生じさせるのにも役立ち得る。実施態様によっては、例えば酸化処理ユニット及び脱塩処理ユニットの両方の、装置を効率よく利用し、それらの間の相乗作用を認識して、装置供給者及びエンドユーザの両方に対してかなりの利点をもたらすことが可能なものもある。   One or more embodiments are generally associated with processing a process stream. These systems and methods may be generally effective in the treatment of process streams contaminated with one or more readily oxidizable compounds. The systems and methods described herein can be implemented in a wide variety of applications where it may be desirable to desalinate the process stream to facilitate downstream processing and / or produce a product such as a mineral stream. It is. Advantageously, some embodiments may be particularly useful in reducing the amount of new, fresh or supplementary reactants that need to be supplied for upstream industrial applications. For example, in some embodiments, water having sufficient potency and quality to treat a spent caustic feed stream and return it to an upstream ethylene production facility or petroleum refinery for use as a reactant. It is possible to produce a new caustic stream, such as a sodium oxide stream. Some systems and methods have pH levels adjusted to the pH level of the initial process stream so that the need for pH correction is reduced, for example by addition of chemicals, for neutralization prior to discharge. It can also help create a spilled system. In some embodiments, for example, both the oxidation treatment unit and the desalination treatment unit can be used efficiently and recognized synergies between them, providing significant advantages to both the equipment supplier and the end user. Some can bring

当然明らかなように、本明細書において論考されるシステム及び方法の実施態様は、その応用において、下記記述又は添付図面において例示される構造又は構成の細部に制限されるものではない。これらのシステム及び方法は、他の実施態様で実施することが可能であり、様々な方法で実践又は実施することが可能である。本明細書では例証だけを目的として特定の実施例が提示されるが、これらは制限を意図したものではない。即ち、1つ以上のどの実施態様に関連して論考される作用、要素及び特徴も、他の任意の実施態様における同様の役割から排除するように意図されたものではない。また、本明細書において用いられる表現及び用語は説明のためのものであって、制限とみなすべきではない。「包含する」、「含有してなる」、「有する」、「含む」、「伴う」、及び、その変形の本明細書における利用は、その後に列挙される項目及びその同等物並びに追加項目を包含することを表わしている。   Of course, the system and method embodiments discussed herein are not limited in their application to the details of construction or construction illustrated in the following description or accompanying drawings. These systems and methods can be implemented in other implementations and can be practiced or implemented in various ways. Although specific examples are presented herein for illustrative purposes only, they are not intended to be limiting. That is, the actions, elements and features discussed in connection with any one or more embodiments are not intended to be excluded from a similar role in any other embodiments. Also, the expressions and terms used herein are for the purpose of description and should not be regarded as limiting. The use of “including”, “comprising”, “having”, “including”, “with”, and variations thereof herein includes items listed thereafter and equivalents thereof as well as additional items. It represents inclusion.

1つ以上の実施態様によれば、システムは、処理すべきプロセス流れの源に流体接続することが可能である。プロセス流れは、処理のためそのシステムに一般的に供給可能な任意のプロセス流れであってよい。実施態様によっては、プロセス流れは、水性供給物であってよい。少なくとも1つの実施態様では、プロセス流れは廃水流れであってよい。プロセス流れは、システムの上流又は下流での操作によってシステム内を移動させることが可能である。スラリー又は他の供給流のような、システムによって処理すべき水性混合物の供給源は、プラント又は中間貯蔵容器からの直接配管の形態をとることが可能である。処理後、プロセス流れは、上流プロセスに戻すこともできるし、廃液としてシステムから排出することも可能である。   According to one or more embodiments, the system can be fluidly connected to a source of process flow to be processed. A process flow may be any process flow that can generally be supplied to the system for processing. In some embodiments, the process stream may be an aqueous feed. In at least one embodiment, the process stream may be a wastewater stream. The process flow can be moved through the system by operations upstream or downstream of the system. The source of the aqueous mixture to be treated by the system, such as a slurry or other feed stream, can take the form of direct piping from the plant or intermediate storage vessel. After treatment, the process stream can be returned to the upstream process or discharged from the system as waste liquid.

典型的な操作において、開示のシステムは、地域社会供給源、産業供給源又は居住地供給源からプロセス流れを得ることが可能である。実施態様によっては、プロセス流れが、例えば、食品加工プラント、化学処理施設、ガス化事業、又は、パルプ及び製紙工場から生じる。少なくとも1つの実施態様では、プロセス流れは、エチレンプラント操業所又は石油精製所等の、一般的にポリオレフィンに関連したプロセスからの水性供給物とすることが可能である。例えば、実施態様によっては、水性供給物は、使用済苛性アルカリ供給流であってもよい。   In a typical operation, the disclosed system can obtain a process stream from a community source, an industrial source, or a residential source. In some embodiments, the process stream originates from, for example, a food processing plant, chemical processing facility, gasification business, or pulp and paper mill. In at least one embodiment, the process stream can be an aqueous feed from a process generally associated with polyolefins, such as an ethylene plant or petroleum refinery. For example, in some embodiments, the aqueous feed may be a spent caustic feed stream.

1つ以上の実施態様によれば、プロセス流れは、鉱物のような、溶存固形物を含んでいてもよい。実施態様によっては、鉱物は、更に詳細に後述するように、分離又は転換が可能であれば、生成物流れとしての価値を備える場合もある。他の実施態様では、鉱物は、プロセス流れを使用、処理又は廃棄に不十分なものにする汚染物とみなされる場合もある。従って、プロセス流れを脱塩して、生成物を抽出し、及び/又は、下流処理を容易化することが望ましいこともある。プロセス流れ中には、例として挙げるだけだが、塩化物、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、全有機性炭素(TOC)及び鉄を始めとする他の様々な成分が存在してもよい。   According to one or more embodiments, the process stream may include dissolved solids, such as minerals. In some embodiments, the mineral may have value as a product stream if it can be separated or converted, as described in more detail below. In other embodiments, the mineral may be considered a contaminant that makes the process stream insufficient for use, treatment or disposal. Accordingly, it may be desirable to desalinate the process stream to extract product and / or facilitate downstream processing. Various other components may be present in the process stream, including but not limited to chloride, sodium hydroxide, sodium carbonate, total organic carbon (TOC), and iron.

1つ以上の実施態様によれば、プロセス流れは、1つ以上の目標イオンを含んでいてもよい。本明細書で論考するように、目標イオンの単離及び転換が望ましい場合もある。例えば、プロセス流れ中の目標イオンをシステムによって操作し、価値のある又は望ましい生成物流れを生成することも可能である。実施態様によっては、上流における消耗品又は反応物の消費による反応副生物として、プロセス流れに目標イオンが存在する。実施態様によっては、システムによって目標イオンが単離され、それを、目標化合物の形成又は生成に利用する。従って、プロセス流れ中に存在する目標イオンが、目標化合物の前駆体である場合もある。例えば、生成される目標化合物は、システムの上流のプロセス流れ中に目標イオンを生じさせた元の消耗品又は反応物である可能性もある。次に、目標化合物をシステムの上流に供給して、再利用することも可能である。実施態様によっては、目標化合物は、水酸化ナトリウム又は硫酸アンモニウムのような、苛性アルカリ化合物であってもよい。いくつかのシステム及び方法は、一般的に、目標化合物を含む生成物流れを生じさせてよい。少なくとも1つの実施態様の場合、プロセス流れは、石油精製所又はエチレン生産施設で用いられるような、工業用苛性塔又はMEROX(登録商標)型処理プロセスからの使用済苛性アルカリ流れであってよい。典型的には、使用済苛性アルカリ流れは、苛性塔における新鮮な苛性アルカリの消費による1つ以上の反応副生物を含んでいてもよい。1つ以上の実施態様によれば、一般的に、反応副生物は、対象の目標ナトリウムイオンを含んでいてもよい。例えば、反応副生物としての硫化ナトリウムには問題となる目標ナトリウムイオンが含まれる可能性がある。次に、システムによって目標イオンを転換し、目標化合物を生成することが可能である。例えば、目標ナトリウムイオンを転換して、目標化合物である水酸化ナトリウムを形成することが可能である。このシステムは、溶液中に水酸化ナトリウムを含む生成物流れを送り出すことが可能である。処理すべき使用済苛性アルカリ流れは、任意の新鮮な残留苛性アルカリ等を始めとする、他の化合物を含んでいてもよい。使用済苛性アルカリ流れから新鮮な苛性アルカリ流れを生成して、苛性塔に送り返すのが望ましい場合もある。   According to one or more embodiments, the process stream may include one or more target ions. As discussed herein, isolation and conversion of target ions may be desirable. For example, target ions in the process stream can be manipulated by the system to produce a valuable or desirable product stream. In some embodiments, target ions are present in the process stream as reaction by-products due to upstream consumption of consumables or reactants. In some embodiments, the target ion is isolated by the system and used to form or generate the target compound. Thus, target ions present in the process stream may be precursors of target compounds. For example, the target compound that is produced may be the original consumable or reactant that produced the target ions in the process stream upstream of the system. The target compound can then be fed upstream of the system and reused. In some embodiments, the target compound may be a caustic compound such as sodium hydroxide or ammonium sulfate. Some systems and methods may generally produce a product stream containing the target compound. In at least one embodiment, the process stream may be a spent caustic stream from an industrial caustic tower or MEROX® type treatment process, such as used in an oil refinery or ethylene production facility. Typically, the spent caustic stream may contain one or more reaction by-products from the consumption of fresh caustic in the caustic tower. In general, according to one or more embodiments, the reaction byproduct may include the target sodium ion of interest. For example, sodium sulfide as a reaction by-product may contain target sodium ions that are problematic. The target ion can then be converted by the system to produce the target compound. For example, target sodium ions can be converted to form the target compound sodium hydroxide. This system is capable of delivering a product stream containing sodium hydroxide in solution. The spent caustic stream to be treated may contain other compounds, including any fresh residual caustic. It may be desirable to generate a fresh caustic stream from the spent caustic stream and send it back to the caustic tower.

1つ以上の実施態様によれば、処理すべきプロセス流れは、典型的には、少なくとも1つの望ましくない成分を含んでいる。望ましくない成分は、例えば公衆健康上の配慮、処理設計上の配慮、及び/又は、美観的配慮のために、水性混合物から除去する対象となる如何なる物質又は化合物であってもよい。例えば、望ましくない成分は、毒性であってもよい。実施態様によっては、望ましくない成分が、下流の分離又はイオン回収ユニットの膜による、下流操作を妨げる傾向を有する。例えば、望ましくない成分は、一般的に、好ましくない結果をもたらす可能性のあるプロセス流れの化学的酸素要求量(COD)レベルを高くする原因となるものと特徴付けられる。少なくとも1つの実施態様において、プロセス流れ中の望ましくない成分は、一般的に、酸化することが可能である。実施態様によっては、酸化することが可能な望ましくない成分は、有機化合物である。いくつかの無機成分、例えば硫化物、メルカプチド及びシアン化物、も酸化することができる。少なくとも1つの実施態様では、プロセス流れ中に硫化ナトリウムが存在する可能性がある。非制限的実施態様の1つでは、硫化ナトリウムがSとして少なくとも約25,000ppmまでの濃度で存在する可能性がある。   According to one or more embodiments, the process stream to be processed typically includes at least one undesirable component. The unwanted component may be any substance or compound that is to be removed from the aqueous mixture, for example for public health considerations, process design considerations, and / or aesthetic considerations. For example, the unwanted component may be toxic. In some embodiments, undesired components have a tendency to interfere with downstream operation by downstream separation or ion recovery unit membranes. For example, undesired components are generally characterized as causing high chemical oxygen demand (COD) levels in the process stream that can lead to undesirable results. In at least one embodiment, undesirable components in the process stream are generally capable of being oxidized. In some embodiments, the undesirable component that can be oxidized is an organic compound. Some inorganic components such as sulfides, mercaptides and cyanides can also be oxidized. In at least one embodiment, sodium sulfide may be present in the process stream. In one non-limiting embodiment, sodium sulfide may be present at a concentration of up to at least about 25,000 ppm as S.

本発明の1つ以上の実施態様によれば、処理システムは、第1の処理ユニットを含むことが可能である。実施態様によっては、第1の処理ユニットが一般的にプロセス流れに作用して、その更なる処理を促進する。例えば、第1の処理ユニットは、望ましくない成分又はその分解生成物における1つ以上の特定の化学的結合を妨げるのに、有効であり得る。1つ以上の実施態様によれば、第1の処理ユニットは、下流処理、例えば脱塩ステップ、の有効性、耐用寿命及び/又は適切性を阻害する可能性のあるCODの一因となるような被酸化性汚染物を一般的に処理することができる。従って、第1の処理ユニットは、例えばCODを除去し又は安定化することによって、1つ以上の望ましくない成分の濃度を低下させ又はその性質を変化させることができる。例えば、第1の処理ユニットは、有機還元硫黄汚染物質を分解又は除去することができる。実施態様によっては、第1の処理ユニットは、本明細書において論考するように、下流での抽出のため、少なくとも1つの目標イオンを異なる又は望ましい形態にする。少なくとも1つの実施態様では、通常、更に詳細に後述するように、脱塩ステップに先立つ前処理ステップとして第1の処理ユニットを組み込むことができる。   According to one or more embodiments of the present invention, the processing system can include a first processing unit. In some embodiments, the first processing unit generally affects the process flow to facilitate its further processing. For example, the first processing unit may be effective to prevent one or more specific chemical bonds in the undesired component or its degradation products. According to one or more embodiments, the first processing unit contributes to a COD that may inhibit the effectiveness, useful life and / or suitability of downstream processing, eg, desalination steps. Oxidizable contaminants can generally be treated. Thus, the first processing unit can reduce or alter the nature of one or more undesirable components, for example, by removing or stabilizing COD. For example, the first processing unit can decompose or remove organic reduced sulfur contaminants. In some embodiments, the first processing unit places at least one target ion in a different or desirable form for downstream extraction, as discussed herein. In at least one embodiment, the first processing unit can typically be incorporated as a pretreatment step prior to the desalting step, as described in more detail below.

1つ以上の実施態様によれば、第1の処理ユニット又はステージは、酸化ユニットであってよい。酸化反応は、被酸化性有機汚染物を、二酸化炭素、水及び生分解性短鎖有機酸、例えば酢酸、に転換することが可能な1つの分解技法である。本発明の一側面は、1つ以上の望ましくない成分を含む水性混合物の酸化処理のためのシステム及び方法に関する。酸化ユニットは、硫化物を酸化して無毒性の硫酸イオンを生成し、かつプロセス流れ、例えば使用済苛性アルカリ流れ、の中に存在する他の化学種を酸化することができる。メルカプタンは実質的に無害にすることが可能であり、COD汚染物は、下流での操作にとって、より害の少ない安定な化合物に転換することが可能である。100%の酸化を実現することはできないので、酸化ユニットの酸化生成物には、依然として多少の望ましくない成分が存在する可能性がある。酸化生成物には、残留目標化合物、例えば水酸化ナトリウム及び炭酸ナトリウム、も存在する可能性がある。いくつかの非制限的実施態様の場合、典型的な酸化生成物は、炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムを含み得る。硫酸イオン及び炭酸イオンのような鉱物化生成物も形成され得る。少なくともいくつかの実施態様では、酸化プロセスによって、目標イオン、例えばナトリウム、の少なくとも1つの塩が形成され得る。例えば、ナトリウムは、酸化されたイオンとの塩錯体を、形成し得る。従って、酸化生成物は、元のプロセス流れの場合とは異なる形態で存在する目標イオン、例えばナトリウム、を含む可能性がある。例えば、いくつかの実施態様では、ナトリウムは、通常、酸化ユニットの上流において硫酸ナトリウムとして存在する可能性があるが、硫酸ナトリウム及び/又は炭酸ナトリウムとして酸化ユニットから排出することが可能である。   According to one or more embodiments, the first processing unit or stage may be an oxidation unit. Oxidation is one degradation technique that can convert oxidizable organic contaminants to carbon dioxide, water, and biodegradable short chain organic acids such as acetic acid. One aspect of the present invention relates to systems and methods for the oxidation treatment of aqueous mixtures containing one or more undesirable components. The oxidation unit can oxidize sulfides to produce non-toxic sulfate ions and oxidize other species present in the process stream, such as a spent caustic stream. Mercaptans can be made substantially harmless and COD contaminants can be converted to less harmful and stable compounds for downstream operation. Since 100% oxidation cannot be achieved, there may still be some undesirable components in the oxidation product of the oxidation unit. There may also be residual target compounds, such as sodium hydroxide and sodium carbonate, in the oxidation product. For some non-limiting embodiments, typical oxidation products can include sodium carbonate and sodium sulfate. Mineralized products such as sulfate and carbonate ions can also be formed. In at least some embodiments, the oxidation process may form at least one salt of a target ion, such as sodium. For example, sodium can form a salt complex with oxidized ions. Thus, the oxidation product may contain target ions, such as sodium, that exist in a different form than in the original process stream. For example, in some embodiments, sodium may normally be present as sodium sulfate upstream of the oxidation unit, but can be discharged from the oxidation unit as sodium sulfate and / or sodium carbonate.

1つ以上の実施態様によれば、酸化ユニットにおいて任意の酸化剤を用いることができる。例えば、酸素ガス、オゾン、過酸化物及び過マンガン酸塩並びにそれらの組合せといった任意の酸素源を用いることができる。同様に、任意の酸化技法若しくは技術又はそれらの組合せを利用することも可能である。例えば、いくつかの実施態様では、光酸化技法を利用することができるが、そこでは、酸素の存在下における、還元分子の酸化形態への転換が、光分解によって開始される一連の化学反応によって、通常、実施される。少なくとも1つの実施態様では、例えば紫外光又は可視光を用い得る。1つ以上の実施態様によれば、酸化ユニットは一般的に液相酸化ユニットであり得る。少なくとも1つの実施態様では、液相酸化ユニットは、湿式空気酸化、湿式過酸化物酸化又は超臨界水酸化ユニットのような、湿式酸化ユニットであり得る。   According to one or more embodiments, any oxidizing agent can be used in the oxidation unit. For example, any oxygen source such as oxygen gas, ozone, peroxides and permanganates and combinations thereof can be used. Similarly, any oxidation technique or technique or combinations thereof can be utilized. For example, in some embodiments, photooxidation techniques can be utilized, in which the conversion of a reduced molecule to an oxidized form in the presence of oxygen is by a series of chemical reactions initiated by photolysis. Usually implemented. In at least one embodiment, for example, ultraviolet light or visible light may be used. According to one or more embodiments, the oxidation unit may generally be a liquid phase oxidation unit. In at least one embodiment, the liquid phase oxidation unit may be a wet oxidation unit, such as a wet air oxidation, wet peroxide oxidation or supercritical water oxidation unit.

実施態様の1つでは、例えば、少なくとも1つの望ましくない成分を含む水性混合物又はプロセス流れの湿式酸化が行われる。水性混合物は、少なくとも1つの望ましくない成分を処理するのに十分な継続期間に亘って、高温及び超大気圧において、酸化剤で酸化される。いくつかの非制限的実施態様では、約150℃を超えるプロセス温度が係わる。より具体的に云うと、プロセス温度は約200℃を超えてもよい。実施態様によっては、プロセス温度が約250℃を超える。同様に、継続期間又は滞留時間は変わりうる。実施態様によっては、滞留時間が約半時間から10時間まで変動する。非制限的実施態様のいくつかでは、約1時間の滞留時間が必要とされるが、意図する用途の条件に応じて、より短いか又はより長い滞留時間を採用することが可能である。酸化反応によって、望ましくない成分中における1つ以上の化学結合の完全な状態を実質的に破壊することが可能である。本明細書で用いられる限りにおいて、「実質的に破壊する」は少なくとも約95%の破壊と定義される。本発明のプロセスは、通常、酸化することが可能なあらゆる望ましくない成分の処理に適用可能である。   In one embodiment, for example, wet oxidation of an aqueous mixture or process stream that includes at least one undesirable component is performed. The aqueous mixture is oxidized with an oxidant at elevated temperature and superatmospheric pressure for a duration sufficient to treat at least one undesirable component. Some non-limiting embodiments involve process temperatures above about 150 ° C. More specifically, the process temperature may exceed about 200 ° C. In some embodiments, the process temperature is greater than about 250 ° C. Similarly, the duration or residence time can vary. In some embodiments, the residence time varies from about half an hour to 10 hours. In some non-limiting embodiments, a residence time of about 1 hour is required, although shorter or longer residence times can be employed depending on the intended application conditions. The oxidation reaction can substantially destroy the complete state of one or more chemical bonds in the undesired component. As used herein, “substantially destroy” is defined as at least about 95% destruction. The process of the present invention is generally applicable to the treatment of any undesirable component that can be oxidized.

開示された湿式酸化プロセスは、酸化すべき化合物に適した任意の既知のバッチ式又は連続式の湿式酸化ユニットで実施することができる。典型的には、連続流湿式酸化システムでは、水相酸化が実施される。任意の酸化剤を用いることが可能である。酸化剤は、通常、空気、酸素富化空気又は実質的に純粋な酸素といった、酸素含有ガスである。本明細書で用いられる限りにおいて、「酸素富化空気」という語は、約21%を超える酸素含有率を有する空気と定義される。   The disclosed wet oxidation process can be carried out in any known batch or continuous wet oxidation unit suitable for the compound to be oxidized. Typically, water phase oxidation is performed in a continuous flow wet oxidation system. Any oxidizing agent can be used. The oxidant is typically an oxygen-containing gas, such as air, oxygen-enriched air, or substantially pure oxygen. As used herein, the term “oxygen-enriched air” is defined as air having an oxygen content greater than about 21%.

典型的な工程において、貯蔵タンクのような供給源からの水性混合物は導管を通って高圧ポンプまで流れ、このポンプで加圧される。水性混合物は、圧縮機によって供給される酸素含有加圧ガスと、導管内において、混合される。水性混合物は熱交換器を通って流れ、そこで、酸化が開始する温度まで加熱される。次に、加熱された供給混合物は入口から反応器に流入する。湿式酸化反応は一般的に発熱性であり、反応器内で発生した反応熱が混合物の温度を所望の値まで更に上昇させることが可能である。酸化反応の大部分は反応器内で生じるので、所望の程度の酸化を達成するのに十分な滞留時間が得られる。次に、酸化水性混合物及び酸素減少混合ガスは、反応器から熱交換器に移動する。高温酸化流出物が熱交換器を横断し、流入してくる原料水性混合物及び混合ガスによって冷却される。冷却された流出混合物は、圧力調節弁によって調節された導管を通って分離容器に流入し、そこで液体とガスとが分離される。液体流出物は下方の導管を通って分離容器から出てゆき、一方、排ガスは上方導管から放出される。下流の排ガス処理ユニットにおける排ガスの処理が、その組成及び大気への放出に関する要件によっては、必要になる可能性がある。湿式酸化流出物は、典型的には、放出前の精製のため、生物学的又は化学的処理プラントのような処理プラントに送り込まれてもよい。流出物は再循環して、湿式酸化システムによる更なる処理を施してもよい。本発明の1つ以上の実施態様によれば、流出物は、本明細書において更に詳述される脱塩又はイオン回収ユニットのような第2の単位操作に送ることも可能である。   In a typical process, an aqueous mixture from a source such as a storage tank flows through a conduit to a high pressure pump and is pressurized with this pump. The aqueous mixture is mixed in a conduit with oxygen-containing pressurized gas supplied by a compressor. The aqueous mixture flows through a heat exchanger where it is heated to a temperature at which oxidation begins. The heated feed mixture then flows from the inlet into the reactor. The wet oxidation reaction is generally exothermic and the heat of reaction generated in the reactor can further raise the temperature of the mixture to a desired value. Since most of the oxidation reaction occurs in the reactor, sufficient residence time is obtained to achieve the desired degree of oxidation. Next, the oxidized aqueous mixture and the oxygen-reduced gas mixture are transferred from the reactor to the heat exchanger. The hot oxidation effluent traverses the heat exchanger and is cooled by the incoming raw aqueous mixture and gas mixture. The cooled effluent mixture flows into a separation vessel through a conduit regulated by a pressure regulating valve where the liquid and gas are separated. The liquid effluent exits the separation vessel through the lower conduit, while the exhaust gas is discharged from the upper conduit. Treatment of the exhaust gas in the downstream exhaust gas treatment unit may be necessary depending on its composition and requirements for release to the atmosphere. The wet oxidation effluent is typically sent to a processing plant such as a biological or chemical processing plant for purification prior to release. The effluent may be recycled and further processed by a wet oxidation system. In accordance with one or more embodiments of the present invention, the effluent can be sent to a second unit operation, such as a desalination or ion recovery unit as further detailed herein.

典型的には、湿式酸化システム排ガス中における残留酸素を維持するため、十分な酸素含有ガスがシステムに供給されるし、典型的には、ガスの超大気圧は、選択された酸化温度において水を液相に保つのに十分である。例えば、約240℃における最低システム圧は約33気圧であり、約280℃における最低システム圧は約64気圧であり、約373℃における最低システム圧は約215気圧である。実施態様の1つでは、水性混合物は、約30気圧〜約275気圧の圧力下で酸化される。湿式酸化プロセスは、水の臨界温度である約374℃未満の高温で行なってもよい。実施態様によっては、湿式酸化プロセスは超臨界高温で行われる。反応室内における水性混合物の保持時間は、通常、所望の酸化の程度を達成するのに十分でなければならない。実施態様によっては、保持時間は、約1時間を超え、約8時間以下である。少なくとも1つの実施態様では、保持時間は少なくとも約15分以上、約6時間以下である。実施態様の1つでは、水性混合物は、約15分〜約4時間に亘って酸化される。もう1つの実施態様の場合、水性混合物は、約30分〜約3時間に亘って酸化される。   Typically, sufficient oxygen-containing gas is supplied to the system to maintain residual oxygen in the wet oxidation system exhaust gas, and typically the superatmospheric pressure of the gas supplies water at the selected oxidation temperature. Sufficient to keep in liquid phase. For example, the minimum system pressure at about 240 ° C. is about 33 atmospheres, the minimum system pressure at about 280 ° C. is about 64 atmospheres, and the minimum system pressure at about 373 ° C. is about 215 atmospheres. In one embodiment, the aqueous mixture is oxidized under a pressure of about 30 atmospheres to about 275 atmospheres. The wet oxidation process may be performed at a high temperature below about 374 ° C., the critical temperature of water. In some embodiments, the wet oxidation process is performed at a supercritical high temperature. The retention time of the aqueous mixture in the reaction chamber usually must be sufficient to achieve the desired degree of oxidation. In some embodiments, the retention time is greater than about 1 hour and no greater than about 8 hours. In at least one embodiment, the retention time is at least about 15 minutes and no more than about 6 hours. In one embodiment, the aqueous mixture is oxidized for about 15 minutes to about 4 hours. In another embodiment, the aqueous mixture is oxidized for about 30 minutes to about 3 hours.

1つ以上の実施態様によれば、湿式酸化プロセスは接触的湿式酸化プロセスであってもよい。酸化ユニットにおける酸化反応は、一般的に、触媒によって実現できる。少なくとも1つの処理すべき望ましくない成分を含む水性混合物が、一般的に、高温及び超大気圧下で触媒及び酸化剤と接触させられる。通常、有効量の触媒が、反応速度を高め、並びに/又は、COD及び/若しくはTOCの減少促進を始めとする、システムの全般的分解除去効率を改善するのに、十分である。触媒は、湿式酸化システムの全エネルギ必要量の減少にも役立ち得る。接触的湿式酸化は、伝統的な非接触的湿式酸化の有効な強化法として出現した。一般的に、接触的湿式酸化プロセスによれば、より低い温度及び圧力で、従って、より少ない資本経費で、より一層の分解を実現することが可能になる。処理すべき水性流れは、酸化剤と混合され、高温及び高圧下で触媒に接触させられる。典型的には、不均一触媒は、水性混合物が通過する吸着床上に存在するか又は酸化に先立って水性混合物と配合される固体粒子の形態で存在している。触媒は、湿式酸化ユニットの下流で酸化流出物から濾過して再利用することが可能である。   According to one or more embodiments, the wet oxidation process may be a catalytic wet oxidation process. In general, the oxidation reaction in the oxidation unit can be realized by a catalyst. An aqueous mixture containing at least one undesirable component to be treated is generally contacted with the catalyst and oxidant at elevated temperature and superatmospheric pressure. Typically, an effective amount of catalyst is sufficient to increase the reaction rate and / or improve the overall cracking and removal efficiency of the system, including facilitating COD and / or TOC reduction. The catalyst can also help reduce the overall energy requirements of the wet oxidation system. Catalytic wet oxidation has emerged as an effective enhancement method of traditional non-contact wet oxidation. In general, the catalytic wet oxidation process makes it possible to achieve further decomposition at lower temperatures and pressures, and therefore with lower capital costs. The aqueous stream to be treated is mixed with an oxidant and brought into contact with the catalyst under high temperature and pressure. Typically, the heterogeneous catalyst is present on an adsorbent bed through which the aqueous mixture passes or is present in the form of solid particles that are blended with the aqueous mixture prior to oxidation. The catalyst can be recycled from the oxidation effluent downstream of the wet oxidation unit.

少なくとも1つの実施態様では、触媒は、周期表のV族、VI族、VII族及びVIII族の任意の遷移金属であってよい。例えば、実施態様の1つでは、触媒はV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ag又はそれらの合金若しくは混合物であってよい。遷移金属は、元素でもよく、金属塩のように化合物中に存在していてもよい。1つの実施態様では、遷移金属触媒はバナジウムである。もう1つの実施態様では、遷移金属触媒は鉄である。更にもう1つの実施態様では、遷移金属触媒は銅である。   In at least one embodiment, the catalyst may be any transition metal from Group V, Group VI, Group VII and Group VIII of the Periodic Table. For example, in one embodiment, the catalyst may be V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, or an alloy or mixture thereof. The transition metal may be an element or may be present in the compound like a metal salt. In one embodiment, the transition metal catalyst is vanadium. In another embodiment, the transition metal catalyst is iron. In yet another embodiment, the transition metal catalyst is copper.

触媒は、湿式酸化システムの任意の箇所で水性混合物に添加することができる。触媒は水性混合物と混合することができる。実施態様の1つでは、触媒は、湿式酸化ユニットへ供給する水性混合物の源に添加することができ、その触媒源は貯蔵タンクに流体接続されている。実施態様によっては、触媒は、湿式酸化ユニットに直接添加される。他の実施態様では、触媒は、加熱及び/又は加圧に先立って水性混合物に供給される。   The catalyst can be added to the aqueous mixture at any point in the wet oxidation system. The catalyst can be mixed with an aqueous mixture. In one embodiment, the catalyst can be added to the source of the aqueous mixture that feeds the wet oxidation unit, which is fluidly connected to the storage tank. In some embodiments, the catalyst is added directly to the wet oxidation unit. In other embodiments, the catalyst is fed to the aqueous mixture prior to heating and / or pressurization.

酸化ユニットのような第1の処理ユニットは、一般的に、酸化生成物流れのような生成物流れを生じさせる。従って、酸化ユニットは、プロセス流れを酸化生成物流れに転換することができる。酸化生成物流れは、一般的に、本明細書において論考されるイオン回収又は脱塩ユニットにおけるような後続処理に適合し得る。酸化生成物は、一般的に、望ましくない成分を実質的に含んでいない。酸化生成物は、元のプロセス流れからの1つ以上の目標イオンを含んでいてもよく、所望の生成物を生成させるために、本明細書において論考される更なる処理に付してもよい。   A first processing unit, such as an oxidation unit, generally produces a product stream, such as an oxidation product stream. Thus, the oxidation unit can convert the process stream to an oxidation product stream. The oxidation product stream may generally be compatible with subsequent processing as in the ion recovery or desalination unit discussed herein. The oxidation product is generally substantially free of undesirable components. The oxidation product may contain one or more target ions from the original process stream and may be subjected to further processing as discussed herein to produce the desired product. .

1つ以上の実施態様によれば、第2の処理ユニットは、第1の処理ユニットの下流に流体接続されていてもよい。第2の処理ユニットは、酸化生成物又は酸化生成物流れを受け入れて、更に処理を施すように構成することができる。いくつかの実施態様では、第2の処理ユニットは、一般的に、第1の処理ユニットの酸化生成物を転換して、目標化合物又は目標流れを形成することもできる。目標化合物は、一般的に、システムによって抽出のために単離することが可能であり、生成物流れとして有用である場合もあれば、その除去によって下流での操作が促進される場合もある。いくつかの実施態様では、第2の処理ユニットは、一般的に、酸化生成物流れを脱塩して、下流処理を促進し及び/又は貴重な鉱物が豊富な生成物流れを生成することもできる。第2の処理ユニットは、一般的に、イオンを抽出して、イオンの豊富な生成物流れ並びに鉱物含有率の低下した流れを生じさせることが可能な任意の技術を必要とするものであってもよい。例えば、第2の処理ユニットは、ナトリウム、カリウム、カルシウム、炭酸塩及び硫酸塩を始めとする化合物のイオン回収の実施に有効であり得る。   According to one or more embodiments, the second processing unit may be fluidly connected downstream of the first processing unit. The second processing unit may be configured to receive an oxidation product or oxidation product stream and perform further processing. In some embodiments, the second processing unit may generally convert the oxidation product of the first processing unit to form a target compound or target stream. The target compound can generally be isolated for extraction by the system and may be useful as a product stream, or its removal may facilitate downstream operations. In some embodiments, the second processing unit may generally desalinate the oxidation product stream to facilitate downstream processing and / or produce a valuable mineral rich product stream. it can. The second processing unit generally requires any technique capable of extracting the ions to produce an ion rich product stream as well as a reduced mineral content stream. Also good. For example, the second processing unit may be effective in performing ion recovery of compounds including sodium, potassium, calcium, carbonate and sulfate.

1つ以上の実施態様によれば、脱塩ユニットは、例えば、少なくとも1つのイオン交換樹脂床を含んでいてもよい。イオン交換には、通常、溶液と、通常、樹脂である固体との間における脱塩のためのイオン交換が係わり得る。即ち、イオン交換には、鉱物又は合成ポリマの表面に吸着されたイオンと、その表面に接触している溶液中のイオンとの、可逆交換が関与しうる。目標イオンを除去して、他のイオン、例えば水素イオン、と置換することが可能である。次に、水又は他の再生流体を定期的にイオン交換樹脂床に通して、樹脂に新しい水素イオンを補給し、水酸化ナトリウム流れのような目標化合物を含むすすぎ水を生じさせることによって、イオン交換床から目標イオンが回収される。   According to one or more embodiments, the desalting unit may include, for example, at least one ion exchange resin bed. Ion exchange can usually involve ion exchange for desalting between a solution and a solid, usually a resin. That is, ion exchange can involve reversible exchange between ions adsorbed on the surface of a mineral or synthetic polymer and ions in solution in contact with the surface. It is possible to remove the target ions and replace them with other ions, such as hydrogen ions. Next, water or other regeneration fluid is periodically passed through the ion exchange resin bed to replenish the resin with new hydrogen ions and produce rinse water containing the target compound such as sodium hydroxide stream. Target ions are recovered from the exchange bed.

例えば、カチオン性単量体を陰イオン交換樹脂の構造内で重合させるか、又はその逆を行なうことによって、高分子電解質構造を生じさせることができる。再生されると、この構造は水素の形態の陽イオン基とヒドロキシルの形態の陰イオン基を備え得る。電解質の導入によって、水素イオン及びヒドロキシルイオンが置換されて、それらの中和が生じ、イオン種によって樹脂が飽和することになる。水による再生によって、樹脂基の加水分解が生じ、この間に目標イオンが遊離して回収されることになる。石灰溶液を利用して、イオン交換樹脂床を再生し、水酸化ナトリウムのような目標化合物を生成することも可能である。   For example, polymer electrolyte structures can be produced by polymerizing cationic monomers within the structure of an anion exchange resin or vice versa. When regenerated, this structure may comprise a cationic group in the form of hydrogen and an anionic group in the form of hydroxyl. The introduction of the electrolyte replaces hydrogen ions and hydroxyl ions, resulting in their neutralization and saturating the resin with ionic species. Regeneration with water causes hydrolysis of the resin groups, during which time the target ions are released and recovered. It is also possible to regenerate the ion exchange resin bed using a lime solution to produce a target compound such as sodium hydroxide.

1つ以上の実施態様によれば、濃縮又は分離操作を用いて、イオン回収又は脱塩を実施することも可能である。例えば、蒸留には、一般的に、蒸発及び蒸気を集めるための後続の凝縮が必要になる。結晶化プロセス及びナノ濾過のような濾過プロセスを実施することも可能である。濃縮側に加えられる圧力によって半透膜を強制的に通過させられる水から溶解塩及び金属イオンを除去する濾過プロセスを伴う、逆浸透プロセスを利用することも、同様に、可能である。   According to one or more embodiments, it is also possible to perform ion recovery or desalting using a concentration or separation operation. For example, distillation generally requires evaporation and subsequent condensation to collect steam. It is also possible to carry out a filtration process such as a crystallization process and nanofiltration. It is also possible to utilize a reverse osmosis process involving a filtration process that removes dissolved salts and metal ions from water that is forced through the semipermeable membrane by pressure applied to the concentrate side.

1つ以上の実施態様によれば、脱塩又はイオン除去技術の例には、電気透析、電気式脱イオン化、容量性脱イオン化及び連続的電気式脱イオン化(CEDI)といった電気化学的操作を挙げることができる。1つ以上の実施態様によれば、脱塩ユニットには、一般的に低電圧及び低圧下で操作される静電プロセスに基づく容量性脱イオン化が関与し得る。生成された水は、ポンプで電極アセンブリに通される。水中のイオンは、逆極性に帯電した電極に引き付けられる。これによってイオンは電極で濃縮され、他方、水中のイオン濃度は低下する。次に、清浄化された水がユニットに通される。電極の容量に達すると、水流が停止され、電極の極性が反転される。これによって、イオンは、前に蓄積されていた電極から離れることになる。次に、濃厚な塩水溶液がユニットから排出される。   According to one or more embodiments, examples of demineralization or ion removal techniques include electrochemical operations such as electrodialysis, electrodeionization, capacitive deionization and continuous electrodeionization (CEDI). be able to. According to one or more embodiments, the desalination unit may involve capacitive deionization based on electrostatic processes that are generally operated under low voltage and low pressure. The generated water is pumped through the electrode assembly. The ions in the water are attracted to the electrode charged to the opposite polarity. This concentrates the ions at the electrode, while the ion concentration in the water decreases. The purified water is then passed through the unit. When the electrode capacity is reached, the water flow is stopped and the polarity of the electrode is reversed. This causes the ions to leave the previously stored electrode. Next, a concentrated salt solution is discharged from the unit.

1つ以上の実施態様によれば、連続的電気式脱イオン化(CEDI)プロセスを実施することが可能である。CEDIでは、一般的に、イオン交換樹脂及び膜と直流電流との組合せを利用して、化学物質を必要とせずに、水を連続的に脱イオン化する。CEDIは、電荷がモジュールに加えられる電気化学的プロセスである。電気化学的装置の電極は、通常、ステンレス鋼、酸化イリジウム、酸化ルテニウム及びプラチナといった様々な材料で製造することが可能である。電極は、また、様々な材料で、例えばチタンで、コーティングすることができる。電極によってH+及びOH-イオンが生成される。これらのイオンは、装置に掛けられた電位によって、供給流中のイオンと共に、移動する。モジュールは、膜によって隔てられたセルで構成される。セルの奥行きは、約0.1インチである。膜は、陰イオン及び陽イオンのいずれか一方だけを通過させる。こうして、イオン種がいくつかのセルに集中する一方、他のセルではイオンが減少することになる。イオン流は、モジュールに加えられる電流に、直接関連している。電子は、セルを横切って流れることはない。電子によってイオンが生じるが、CEDIモジュールを横切って流れるのはそれらのイオンである。 According to one or more embodiments, a continuous electrical deionization (CEDI) process can be performed. CEDI generally utilizes a combination of ion exchange resin and membranes and direct current to continuously deionize water without the need for chemicals. CEDI is an electrochemical process in which a charge is applied to the module. Electrochemical device electrodes can typically be made of various materials such as stainless steel, iridium oxide, ruthenium oxide and platinum. The electrode can also be coated with various materials, such as titanium. The electrodes generate H + and OH ions. These ions move with the ions in the feed stream by the potential applied to the device. A module consists of cells separated by a membrane. The depth of the cell is about 0.1 inch. The membrane allows only one of anions and cations to pass through. Thus, ion species are concentrated in some cells while ions are reduced in other cells. The ion current is directly related to the current applied to the module. Electrons do not flow across the cell. Ions are generated by electrons, but it is these ions that flow across the CEDI module.

このプロセスは、典型的には、イオン性膜によって隔てられたセルの利用に依存している。純水の導電率は極めて低いので、純水中を通ってイオンを輸送するのに必要な電圧は極めて高い。樹脂は、水セル中における導電率を高めるために用いられ、これによって所要電圧が低減する。樹脂は、約0.3〜約0.5mmの球体である。樹脂表面は、イオン電荷を有しており、陽イオン性(c)又は陰イオン性(a)である。陽イオン樹脂は、陰イオン性官能基を有しており、これらが陽イオン種を引き付ける(即ち、陽イオン樹脂は、陽イオンを引き付けるのでそう呼ばれる。)。こうして、陽イオンは、陽イオン樹脂上を移動することによってセルを横切って流れることができる。同様に、陰イオン樹脂は、陰イオンの輸送を可能にする。適用時、多くのイオン交換樹脂床が陰イオン樹脂と陽イオン樹脂の両方と混合され、その結果、セルを横切って両タイプのイオンを輸送することが可能になる。   This process typically relies on the use of cells separated by an ionic membrane. Since the conductivity of pure water is very low, the voltage required to transport ions through pure water is very high. The resin is used to increase the electrical conductivity in the water cell, thereby reducing the required voltage. The resin is a sphere of about 0.3 to about 0.5 mm. The resin surface has an ionic charge and is cationic (c) or anionic (a). Cationic resins have anionic functional groups that attract cationic species (ie, cationic resins are so called because they attract cations). Thus, cations can flow across the cell by moving on the cation resin. Similarly, anionic resins allow for the transport of anions. In application, many ion exchange resin beds are mixed with both an anion resin and a cation resin so that both types of ions can be transported across the cell.

膜も陽イオン材料又は陰イオン材料で造られる。IonPure(商標)(シーメンス社)膜は、樹脂とポリエチレンとを混合し、シート状に押出すことによって製作される。これは、不均一構造と呼ばれる。ポリエチレンによって機械的強度が得られ、樹脂によって輸送特性が与えられる。陽イオン膜は陽イオンのみを通過させ、一方、陰イオン膜は陰イオンのみを通過させる。   The membrane is also made of a cationic material or an anionic material. The IonPure ™ (Siemens) membrane is made by mixing a resin and polyethylene and extruding it into a sheet. This is called a non-uniform structure. Polyethylene provides mechanical strength and resin provides transport properties. The cation membrane passes only cations, while the anion membrane passes only anions.

湿潤させると、樹脂及び膜は膨潤し得る。膨潤すると、樹脂は、最大で約100psiまでの力を壁及び膜に及ぼす。膜中の樹脂材料も膨張し、そのため不均質膜の構造が永久的に変わることになる。浄水用途の場合、IonPure(商標)膜の公称漏れ速度は、約20mL/hr/ft2/5psiである。ナトリウムイオンによって生じる膨潤の度合いはヒドロニウムイオンによるよりも低い。従って、高力価の塩水中において、不均質膜の樹脂が収縮すると、樹脂の多孔性が増すことになる。均質膜は樹脂だけで造られており、従って、電流束が増すことになる。均質膜は、不均質膜より高価であるが、その他の点では置き換え可能である。 When wet, the resin and membrane can swell. When swollen, the resin exerts forces up to about 100 psi on the walls and membranes. The resin material in the film also expands, so that the structure of the heterogeneous film changes permanently. For water purification purposes, a nominal leakage rate of IonPure (TM) membrane is about 20mL / hr / ft 2 / 5psi . The degree of swelling caused by sodium ions is lower than that caused by hydronium ions. Therefore, when the resin of the heterogeneous membrane shrinks in high strength salt water, the porosity of the resin increases. Homogeneous membranes are made only of resin, thus increasing the current flux. Homogeneous membranes are more expensive than heterogeneous membranes, but are otherwise interchangeable.

双極膜は、一方の側が陰イオン膜であり、もう一方の側が陽イオン膜である。双極膜は、最も高価なタイプの膜であり、水分解に用いられる。これらの膜は、水分解セルの代わりに用いることが可能である。双極膜は膜内への水拡散に依存しており、高速生産には適さない可能性がある。   The bipolar membrane is an anion membrane on one side and a cation membrane on the other side. Bipolar membranes are the most expensive type of membrane and are used for water splitting. These membranes can be used in place of the water splitting cell. Bipolar membranes rely on water diffusion into the membrane and may not be suitable for high-speed production.

電源によって、装置の電極に直流電流が通される。電極は、モジュールの反対側の最も外側のセルである。電極セルは樹脂を含んでおらず、代わりに高力価の塩水を用いてセルに導電性をもたらしている。膜が電極に接触するのを防ぐため、セル内にプラスチックスクリーンが配置されている。   A direct current is passed through the electrodes of the device by the power source. The electrode is the outermost cell on the opposite side of the module. The electrode cell does not contain a resin and instead uses high strength salt water to provide conductivity to the cell. A plastic screen is placed in the cell to prevent the membrane from contacting the electrode.

陰極(−)は、典型的には、ステンレス鋼から作られるが、他の陽極材料を用いることも可能である。電子は、電源からこの電極を通して流れる。陰極セルでは、これによって水酸化イオンと水素ガスが生じることになる。
4H2O+4e- → 2H2(g)+4OH-
The cathode (-) is typically made from stainless steel, although other anode materials can be used. Electrons flow from the power source through this electrode. In the cathode cell, this produces hydroxide ions and hydrogen gas.
4H 2 O + 4e → 2H 2 (g) + 4OH

金属ナトリウムへのナトリウムの還元(メッキ)は、電子を消費するための代替ルートである。しかしながら、ナトリウムメッキの電位要件がH2(g)の生成に必要な電位より高いので、これが生じることはない。水素生産速度はファラデーの法則から計算され、下記のように書くことが可能である。 Reduction (plating) of sodium to metallic sodium is an alternative route for consuming electrons. However, this does not occur because the sodium plating potential requirement is higher than that required for the production of H 2 (g). The hydrogen production rate is calculated from Faraday's law and can be written as:

Figure 2010530793
Figure 2010530793

ここで、   here,

Figure 2010530793
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は、水素ガスのモル生産速度(モルH2/秒)であり、Aは電流(アンペア)であり、Fはファラデー定数(96,485クーロン/モル)である。 Is the molar production rate of hydrogen gas (mol H 2 / sec), A is the current (ampere), and F is the Faraday constant (96,485 coulomb / mol).

陽極(+)は、耐食導体でコーティングされたチタンである。導体は、典型的には、白金、酸化イリジウム又は酸化ルテニウムである。酸化イリジウムは、シーメンス社製Cシリーズモジュールにおいてコーティングとして、通常、用いられている。高アンペア数の用途では、白金がより優れた材料であろう。電子がセル内の水から引き出され、電源に戻される。これによって酸素ガスが生成される。
2H2O−4e- → O2(g)+4H+
The anode (+) is titanium coated with a corrosion resistant conductor. The conductor is typically platinum, iridium oxide or ruthenium oxide. Iridium oxide is usually used as a coating in C Series modules manufactured by Siemens. For high amperage applications, platinum would be a better material. Electrons are drawn from the water in the cell and returned to the power source. As a result, oxygen gas is generated.
2H 2 O-4e → O 2 (g) + 4H +

酸素の生産速度は、下記の式から計算される。   The oxygen production rate is calculated from the following equation.

Figure 2010530793
Figure 2010530793

ここで、   here,

Figure 2010530793
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は、水素ガスのモル生産速度(モルO2/秒)であり、Aは電流(アンペア)であり、Fはファラデー定数(96,485クーロン/モル)である。 Is the molar production rate of hydrogen gas (mol O 2 / sec), A is the current (ampere), and F is the Faraday constant (96,485 coulomb / mol).

図1を参照すると、処理システム100の操作は、工業用応用装置130から酸化ユニット110にプロセス流れを送ることを伴う。酸化ユニット110から出る酸化生成物流れは、脱塩ユニット120に向けられる。脱塩ユニット120によって、水酸化ナトリウム流れのような、目標化合物流れが生成される。この化合物流れを工業用応用装置130に送り返して、更に利用することが可能である。目標化合物流れは、工業用応用装置130に直接送り込むこともできるし、又は、その上流で反応物源140からの新しい反応物と混合することもできる。放出流れを再循環させて、脱塩ユニット120に戻し、更に処理し及び/又は目標化合物を抽出することもできる。従って、反応物がシステムによってプロセス流れから生成されるので、工業用応用装置130に対して添加する新鮮な反応物の量を少なくすることができる。   Referring to FIG. 1, operation of the processing system 100 involves sending a process stream from the industrial application device 130 to the oxidation unit 110. The oxidation product stream leaving the oxidation unit 110 is directed to the desalting unit 120. The desalting unit 120 produces a target compound stream, such as a sodium hydroxide stream. This compound stream can be sent back to the industrial application device 130 for further use. The target compound stream can be fed directly into the industrial application device 130 or mixed upstream with fresh reactants from the reactant source 140. The discharge stream can be recycled back to the desalination unit 120 for further processing and / or extraction of the target compound. Thus, since the reactants are generated from the process stream by the system, the amount of fresh reactants added to the industrial application device 130 can be reduced.

一側面では、使用済苛性アルカリを処理して、水酸化ナトリウム生成物流れを回収することが可能である。エチレンプラント又は石油精製プラントでは、水酸化ナトリウムのような新鮮な苛性アルカリを用いて、プロセスガスから二酸化炭素及び硫化水素のような酸性ガスを除去し又は洗浄することが可能である。新鮮な苛性アルカリは、水中において約50%のNaOHであり、典型的には、苛性塔で利用するため約10%にまで希釈される。毎時約8トンもの新鮮な苛性アルカリを消費し得る。苛性塔は、メルカプタン、軽質炭化水素、アセトアルデヒド、ナフテン酸及びクレゾール酸のような有機化学種を凝縮させることも可能である。より多くの酸が洗浄されるので、もう役に立たなくなるまで、遊離苛性アルカリの量が減少させられる。この時点において、プラントでは、典型的に、システムから苛性アルカリを除去することになり、それは使用済苛性アルカリとして知られるようになる。   In one aspect, spent caustic can be treated to recover a sodium hydroxide product stream. In ethylene plants or petroleum refineries, fresh caustic such as sodium hydroxide can be used to remove or wash acidic gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide from the process gas. Fresh caustic is about 50% NaOH in water and is typically diluted to about 10% for use in caustic towers. About 8 tons of fresh caustic can be consumed per hour. Caustic towers can also condense organic species such as mercaptans, light hydrocarbons, acetaldehyde, naphthenic acid and cresolic acid. As more acid is washed out, the amount of free caustic is reduced until it is no longer useful. At this point, the plant will typically remove caustic from the system, which becomes known as spent caustic.

典型的な使用済苛性アルカリ流れには、溶液中に溶解した炭酸ナトリウム、硫化物及び高分子量有機化合物が含まれている。液相の硫化物、炭酸塩及び有機酸を保持しているこの流れは、典型的には、高いpHを有する。この流れは、溶解固形物の含有量が多い可能性があるが、一般的には多くの脱塩プロセスに適さない。というのは、反応性硫化物及び有機化合物は、CEDIシステムの膜材料のような脱塩プロセスに適合しない可能性があるからである。ナトリウムのような陽イオンを除去すると硫化物が液体から遊離することになるが、このことは、硫化水素が臭気及び毒性の強い腐食性ガスであるため、多くの場合、望ましくない。   A typical spent caustic stream contains sodium carbonate, sulfide and high molecular weight organic compounds dissolved in the solution. This stream holding liquid phase sulfides, carbonates and organic acids typically has a high pH. This stream may have a high content of dissolved solids but is generally not suitable for many desalting processes. This is because reactive sulfides and organic compounds may not be compatible with desalination processes such as CEDI system membrane materials. Removal of cations such as sodium results in the release of sulfide from the liquid, which is often undesirable because hydrogen sulfide is a highly odorous and toxic corrosive gas.

使用済苛性アルカリ液はWAOを利用して酸化され、次に、CEDIを利用して脱塩される。酸化によって、硫化物は、無害な硫酸塩に転換され、有機化合物は、比較的安定で脱塩プロセスに対してそれほど破壊的でない、炭酸塩及び短鎖有機酸に転換される。酸化された液は、次にCEDIプロセスに送られ、そこで、ナトリウムの一部が除去されて、水酸化ナトリウム生成物流れが生じる。残留流れは、ナトリウムイオンの除去によって多少脱塩され、この結果、流出流のpHの低下も起きる。   The spent caustic liquid is oxidized using WAO and then desalted using CEDI. Oxidation converts sulfides into innocuous sulfates and organic compounds into carbonates and short chain organic acids that are relatively stable and less destructive to the desalting process. The oxidized liquor is then sent to the CEDI process where a portion of the sodium is removed resulting in a sodium hydroxide product stream. The residual stream is somewhat desalted by removal of sodium ions, resulting in a decrease in the pH of the effluent.

1つ以上の追加単位操作を脱塩ユニットの下流に流体接続することが可能である。例えば、濃縮器は、目標生成物流れを、上流の工業操業所に送って利用する前に、その供給を受けて濃縮するように構成することが可能である。化学処理又は生物学的処理を伴うような精製ユニットが、放出前にシステムの流出流を処理するために、存在する場合もある。   It is possible to fluidly connect one or more additional unit operations downstream of the desalination unit. For example, the concentrator can be configured to receive and concentrate the target product stream prior to sending it to an upstream industrial plant for use. There may be a purification unit, such as with chemical or biological treatment, to treat the effluent of the system prior to release.

1つ以上の実施態様によれば、開示されたシステムは連続的に又は間欠的に運転することができる。実施態様によっては、湿式酸化システムは、制限するわけではないが、作動弁及びポンプといったシステム又はシステムの構成部品の少なくとも1つの作動パラメータを調整し又は調節するための制御装置を、含んでいてもよい。制御装置は、システムの少なくとも1つの作動パラメータを検出するように構成された少なくとも1つのセンサと、電子的に通信するようにしてもよい。制御装置は、一般的に、センサが発生する信号に応答して1つ以上の作動パラメータを調整するための制御信号を発生するように、構成することができる。   According to one or more embodiments, the disclosed system can be operated continuously or intermittently. In some embodiments, the wet oxidation system may include, but is not limited to, a controller for adjusting or adjusting at least one operating parameter of the system or system components, such as an operating valve and pump. Good. The controller may be in electronic communication with at least one sensor configured to detect at least one operating parameter of the system. The controller can generally be configured to generate a control signal for adjusting one or more operating parameters in response to a signal generated by the sensor.

制御装置は、典型的には、湿式酸化システムの構成部品との間で入力信号を受信し又は出力信号を送信するプログラマブルロジックコントローラ(PLC)又は分散型制御システムのような、マイクロプロセッサベースの装置である。通信ネットワークによって、任意のセンサ又は信号発生装置を、コントローラ又は付随するコンピュータシステムからかなりの距離をあけて、なお、それらの間でデータの提供をしながら、配置することが可能になる。こうした通信機構は、無線プロトコルを利用する技法(これに限定するわけではないが)を始めとする、任意の適切な技法を利用して実現することが可能である。   The controller is typically a microprocessor-based device such as a programmable logic controller (PLC) or a distributed control system that receives input signals or sends output signals to and from components of the wet oxidation system. It is. The communication network allows any sensor or signal generator to be placed at a significant distance from the controller or associated computer system, while still providing data between them. Such a communication mechanism can be implemented using any suitable technique, including but not limited to techniques that use wireless protocols.

操業上の経済的配慮事項には、オペレータ時間、清浄水、機械及び計装のための電力並びにCEDI電極にアンペア数を提供するための電力が含まれる。CEDIを実施するための電気的コストは、抵抗と、ナトリウムが塩水セルに戻ることになる膜漏れの程度とによって決まる。CEDIを実施することによる経済的利点には、貴重なNaOHの生成が考えられる。更に、従来のWAOの使用済苛性アルカリ用途の場合、中和酸を購入して、酸化された使用済苛性アルカリのアルカリ性を中和しなければならない。アルカリ性のいくらかはCEDIによって除去されているので、中和酸の消費が更に節減される可能性がある。   Operational economic considerations include operator time, clean water, power for machinery and instrumentation, and power to provide amperage to the CEDI electrode. The electrical cost to implement CEDI depends on the resistance and the degree of membrane leakage that will cause sodium to return to the brine cell. An economic advantage of implementing CEDI is the generation of valuable NaOH. In addition, in the case of conventional WAO spent caustic applications, a neutralizing acid must be purchased to neutralize the alkalinity of the oxidized spent caustic. Since some of the alkalinity has been removed by CEDI, the consumption of neutralizing acid can be further saved.

これら及びその他の実施態様の機能及び利点については、下記の例からより十分な理解が得られるであろう。これらの例は、事実上例証を意図したものであって、本明細書で論考される実施態様の範囲を制限するものとみなすべきではない。   The functionality and advantages of these and other embodiments will be better understood from the following examples. These examples are intended to be illustrative in nature and should not be considered as limiting the scope of the embodiments discussed herein.


シーメンス社製CシリーズCEDIモジュールの標準バージョン及び改良バージョンを利用して、実験室試験が実施された。評価作業の目的は、無機塩の合成混合物からNaOH生成物流れを生成するためのCEDIプロセスの有効性を確認し、最大で18g/L NaOHに達するように意図して、生成し得るNaOH生成物の最大力価を求め、市販のNaOHの購入コストに対するこの応用例の経済的意義を評価することであった。3回の試験期間中に試験の報告がなされた。
EXAMPLE Laboratory tests were performed using standard and improved versions of the Siemens C Series CEDI module. The purpose of the evaluation work was to confirm the effectiveness of the CEDI process for producing a NaOH product stream from a synthetic mixture of inorganic salts and to produce a NaOH product with the intention of reaching a maximum of 18 g / L NaOH. To evaluate the economic significance of this application for the cost of purchasing commercially available NaOH. Test reports were made during the three test periods.

I.実験計画
A.試験1〜13
試験1〜13はシーメンス社製CシリーズCEDIモジュールで実施された。構成部品は下記に記載する。
● アルミニウム端板 − 陰極端板
● 陰極 − イリジウム製
● S型セルを造るために用いられたスクリーン
● 陽イオン膜
● 陽イオン樹脂と陰イオン樹脂との60/40v/v混合物を充填したプラスチックフレームであった1型セル。(電流の流れに対して垂直な)セルの横断面形状は平行な3つのセルから構成される。2つの外側チャンバは14″×1.3125″であり、中央チャンバは14″×1.25″である。セルの全横断面積は54.25″2(350cm2)である。
● 陰イオン膜
● やはり陽イオン樹脂の60/40v/v混合物を充填した2型セル(同じフレームが用いられるが、異なるダクト系に直接流れるように反転される)
● 陽イオン膜
● S型セル
● 陽イオン膜
● 1型セル
● 陰イオン膜
● 2型セル
● 陽イオン膜
● S型セル
● 陽極 − やはりイリジウム製
● アルミニウム端板 − 陽極端板
I. Experimental Design A. Tests 1-13
Tests 1-13 were performed on a Siemens C Series CEDI module. The components are described below.
● Aluminum end plate − Cathode end plate ● Cathode − Made of iridium ● Screen used to make S-type cell ● Cation membrane ● Plastic frame filled with 60 / 40v / v mixture of cation resin and anion resin A type 1 cell. The cross-sectional shape of the cell (perpendicular to the current flow) consists of three parallel cells. The two outer chambers are 14 "x 1.3125" and the central chamber is 14 "x 1.25". The total cross-sectional area of the cell is 54.25 ″ 2 (350 cm 2 ).
● Anionic membrane ● Type 2 cell filled with 60/40 v / v mixture of cation resin (same frame is used, but inverted to flow directly to different duct systems)
● Cation membrane ● S type cell ● Cation membrane ● Type 1 cell ● Anion membrane ● Type 2 cell ● Cation membrane ● S type cell ● Anode-also made of iridium ● Aluminum end plate-Anode end plate

各セルは、3つの供給ダクトオプションの1つと3つの放出ダクトオプションの1つとを備えている。
● S型セルは、塩水を供給し、処理済み塩水を放出するためにダクトが設けられた。これらのセルでH2、O2及びCO2ガスが発生し、従って、これらのガスもこの流れと共に排出された。
● 1型セルは、DI水を供給し、DI水を放出するためにダクトが設けられた。
● 2型セルは、DI水を供給し、NaOH生成物を放出するためにダクトが設けられた。場合によっては、2型セルへの供給流は、純粋なDI水ではなく再循環NaOH生成物ということもあった。
Each cell has one of three supply duct options and one of three discharge duct options.
● The S-type cell was provided with a duct to supply salt water and release the treated salt water. These cells generated H 2 , O 2, and CO 2 gases, and therefore these gases were also discharged with this stream.
Type 1 cells were provided with ducts to supply and discharge DI water.
Type 2 cells were provided with ducts to supply DI water and release NaOH product. In some cases, the feed stream to the Type 2 cell was recirculated NaOH product rather than pure DI water.

セル構成を表わす表記は、−S12S12S+である。膜構成を表わす表記は、−caccac+である。いくつかの試験では極性が反転されたが、その場合、モジュールは+S21S21S−になる。モジュールの働きを表わした概略図が図3に示されている。図4A〜4Cに示された3つの異なる配管構成をそれぞれ評価した。   The notation representing the cell configuration is -S12S12S +. The notation representing the film configuration is -caccac +. In some tests the polarity was reversed, in which case the module would be + S21S21S-. A schematic diagram illustrating the operation of the module is shown in FIG. Each of the three different piping configurations shown in FIGS.

モジュールへの電力は、直流電源及び電力制御装置によって供給した。電力制御装置によってモジュールに対するアンペア数を調節した。制御装置は、電圧及びアンペア数を表示した。負(黒)の電線を陰極タブに接続し、正(赤)の電線を陽極タブに接続することによって、配線を実施した。電気系統は、僅か8又は9アンペアの電力しか供給することができず、それを超えると、回路ブレーカが落ちることになる。電線は18ゲージであり、ほんの少しの間だけ作動した後で触ると暖かくなっていた。   Power to the module was supplied by a DC power supply and a power control device. The amperage for the module was adjusted by the power controller. The controller displayed the voltage and amperage. Wiring was performed by connecting a negative (black) wire to the cathode tab and connecting a positive (red) wire to the anode tab. The electrical system can only supply 8 or 9 amps of power, beyond which the circuit breaker will fall. The wire was 18 gauge and was warm to the touch after operating for only a short time.

ロタメータによって供給流量を監視し、シリンダ及びストップウォッチを用いて流出流量を監視した。pH、ガス生成率及びガス組成は監視しなかった。生成されたガスは、再循環塩水と共に供給タンクに戻し、供給タンクの近くにガス抜き管を配置してガス抜きを施した。   The supply flow rate was monitored by a rotameter, and the outflow flow rate was monitored using a cylinder and a stopwatch. The pH, gas production rate and gas composition were not monitored. The generated gas was returned to the supply tank together with the recirculated salt water, and degassing was performed by arranging a degassing pipe near the supply tank.

B.試験14〜17
図4Dには、これらの試験のための配管構成が示されている。この設備は、下記の例外はあるが、先行試験に記載のものと同様であった。
● より強力な電源及び電気ケーブルを利用した。この電源は、220VAC 30Aのコンセントに接続した。8ゲージの配線を利用し、これらの電線は、全ての試験について、触ると冷たい状態のままであった。従来の電源とは異なり、この電源は定電圧を供給し、その結果生じるアンペア数が表示された。
● 大電流の供給が可能な新電極。電極板は、重いチタン端子タブと白金で被覆した電極とを備えていた。
● セルの1つでは、従来のIonPure(商標)不均質膜ではなく、均質膜を用いた。
B. Test 14-17
FIG. 4D shows the piping configuration for these tests. This equipment was similar to that described in the previous test, with the following exceptions.
● A stronger power supply and electrical cable were used. This power source was connected to a 220VAC 30A outlet. Utilizing 8 gauge wiring, these wires remained cold to the touch for all tests. Unlike conventional power supplies, this power supply supplied a constant voltage and displayed the resulting amperage.
● New electrode capable of supplying a large current. The electrode plate had a heavy titanium terminal tab and an electrode coated with platinum.
• One of the cells used a homogeneous membrane rather than the conventional IonPure ™ heterogeneous membrane.

C.試験50〜57
試験50〜57は、図4Eに示す配管構成で実施した。この設備は、下記の例外はあるが、先行試験に記載のものと同様であった。
● チタンのメッシュ電極板による新電極板を用い、塩水流ポート内に製作した。
● 先行試験の場合、陽極、陰極及び中央スクリーンセルへの塩水流は、個別には制御できなかった。バイパスされるセルがないことを保証するため、試験50〜57の場合、これらの塩水流のそれぞれを個別に制御することによってモジュールを改良した。
● 塩水セル内のスクリーンの織り方が、流体流に対して平行及び垂直ではなく斜めになるように構成した。これは、スクリーンにおいて懸念されるベーパロックを最小限に抑えようとして実施した。
C. Test 50-57
Tests 50 to 57 were performed with the piping configuration shown in FIG. 4E. This equipment was similar to that described in the previous test, with the following exceptions.
● A new electrode plate made of titanium mesh electrode plate was used, and it was manufactured in the salt water flow port.
● In the previous test, the salt water flow to the anode, cathode and central screen cell could not be controlled individually. In order to ensure that no cells were bypassed, for tests 50-57, the module was improved by controlling each of these brine streams individually.
● The screen weave in the salt water cell was designed to be diagonal rather than parallel and perpendicular to the fluid flow. This was done in an attempt to minimize vapor locks that were a concern on the screen.

II.試験手順の説明
各実験の実施毎に、供給タンクに先ず塩水を充填した。DI水流を出し、ロタメータニードル弁を用いて水流の調整を行なった。次に主電源を入れ、それによってポンプを作動した。流量及びシステム背圧を各種調節弁を用いて調整した。直流電力制御装置を作動させ、試験アンペア数又は電圧に調整された。供給流及び各流出物の導電率及び温度を、Myron L Co.から市販されているULTRAMETER 6P II導電率メータを利用して、測定し、記録した。数分間に亘ってシステムを安定化させることができた。安定化は導電率計を用いて監視された。アンペア数及び電圧を記録し、供給流、生成物であるNaOH、及び、生成物である塩水の試料を採取した。いくつかの研究のため、一定期間にわたって複数試料を採取した。電源を切り、新鮮なDI水流を停止することによって、モジュールをシャットダウンした。
II. Test Procedure Description For each experiment run, the feed tank was first filled with brine. The DI water flow was taken out and the water flow was adjusted using a rotameter needle valve. The main power was then turned on, thereby operating the pump. The flow rate and system back pressure were adjusted using various control valves. The DC power controller was activated and adjusted to the test amperage or voltage. The conductivity and temperature of the feed stream and each effluent were measured using Myron L Co. Measured and recorded using a ULTRAMETER 6P II conductivity meter commercially available from The system could be stabilized over several minutes. Stabilization was monitored using a conductivity meter. The amperage and voltage were recorded and samples of the feed stream, the product NaOH, and the product brine were taken. For some studies, multiple samples were taken over a period of time. The module was shut down by turning off the power and stopping the fresh DI water flow.

2及びO2ガスは塩水中の泡として発生する。H2の爆発下限(LEL)は4%である。火災及び爆発の危険は、塩水戻り管に換気フードへのガス抜きを設けることによって軽減された。仮想の40A フルスケールユニットの場合、H2をLELの10%未満まで希釈するには、3標準立方フィート/分の空気で十分であると、推定される。この試験作業ではLEL測定結果を収集しなかった。 H 2 and O 2 gases are generated as bubbles in salt water. The explosion lower limit (LEL) of H 2 is 4%. Fire and explosion hazards were mitigated by providing venting hood vents in the salt return pipe. For the hypothetical 40A full scale unit, it is estimated that 3 standard cubic feet per minute of air is sufficient to dilute H 2 to less than 10% of LEL. LEL measurement results were not collected in this test operation.

試験3〜13の場合、供給試料及び生成物試料を、HACH滴定法#8230によって分析した。この滴定を利用して、NaOH、Na2CO3及びNAHCO3の含有量を測定した。Na2SO4濃度を、HACH法#8051を用いて測光法によって測定した。 For tests 3-13, feed samples and product samples were analyzed by HACH titration method # 8230. Using this titration, the contents of NaOH, Na 2 CO 3 and NAHCO 3 were measured. Na 2 SO 4 concentration was measured by photometry using HACH method # 8051.

試験14〜57の場合、pHは、Myron L Co ULTRAMETERを用いて、監視した。NaOH、Na2CO3及びNAHCO3の含有量を、Metohm 785 DMP Titrino自動滴定装置を用いた滴定によって監視した。 For tests 14-57, the pH was monitored using a Myron L Co ULTRAMETER. The contents of NaOH, Na 2 CO 3 and NAHCO 3 were monitored by titration using a Metohm 785 DMP Titrino automatic titrator.

試験57の終わりに当たって、CEDI膜を、ISI ABT WB−6走査型電子顕微鏡を用いて、分析した。   At the end of test 57, the CEDI membrane was analyzed using an ISI ABT WB-6 scanning electron microscope.

III.供給流の説明
供給流の組成は、酸化された使用済苛性アルカリの予想される含有量に基づいている。
● 55g/LのNa2SO4
● 3.1g/LのNa2CO3
● 35g/LのNaHCO3
III. Feed stream description The composition of the feed stream is based on the expected content of oxidized spent caustic.
● 55 g / L Na 2 SO 4
● 3.1 g / L Na 2 CO 3
● 35g / L NaHCO 3

全ての化学物質は、ミズーリ州セントルイスのSigma−Aldrichから購入した試薬級化合物であった。DI水を溶剤として用いた。試験11及び12では、塩の用量を倍にして、飽和した上澄みを混合タンクからデカントすることによって調製した、上記よりも力価の高い供給流を用いた。試験13では、1/4の力価の供給流を用いた。試験50〜57は80g/LのNa2CO3溶液を用いて実施した。 All chemicals were reagent grade compounds purchased from Sigma-Aldrich, St. Louis, MO. DI water was used as the solvent. Tests 11 and 12 used a higher titer feed stream prepared by doubling the salt dose and decanting the saturated supernatant from the mixing tank. Test 13 used a feed stream with a titer of 1/4. Tests 50 to 57 were performed using an 80 g / L Na 2 CO 3 solution.

ほとんどの場合、供給流は、CEDIモジュールを通って再循環され、供給タンクに戻された。従って、供給流のナトリウム濃度は一定ではなかった。   In most cases, the feed stream was recirculated through the CEDI module and returned to the feed tank. Therefore, the sodium concentration of the feed stream was not constant.

IV.試験結果
試験条件及び結果の要約表が、それぞれ、図5A及び5Bに示されている表1及び2に示されている。試験持続期間は、パラメータを記録し、試料を採取するのにかかる時間範囲であり、通常は1〜5分であった。報告された試験時刻はそれらのステップの終了時に記録された。
IV. Test Results Test conditions and results summary tables are shown in Tables 1 and 2 shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. The duration of the test is the range of time it takes to record the parameters and take a sample, usually 1-5 minutes. The reported test time was recorded at the end of those steps.

電流効率は、ナトリウムイオンをNaOH生成物流れに輸送するために利用されたアンペア数の割合である。電流効率は、下記の式を用いてファラデーの法則から計算される。   Current efficiency is the fraction of amperage utilized to transport sodium ions into the NaOH product stream. The current efficiency is calculated from Faraday's law using the following equation:

Figure 2010530793
Figure 2010530793

ここで、 here,

Figure 2010530793
Figure 2010530793

は、NaOH生成物流れにおけるナトリウムのモル流量であり(モルNa/秒)、Aは電流(アンペア)であり、Fはファラデー定数であり(96.485クーロン/モル)、n2はCEDIにおける2型セルの数であり(この場合は2)、ZNaはナトリウムイオンの電荷であり、ここでは+1である。 Is the molar flow rate of sodium in the NaOH product stream (mol Na / sec), A is the current (ampere), F is the Faraday constant (96.485 coulomb / mol), and n 2 is 2 in CEDI. Is the number of type cells (in this case 2), Z Na is the charge of the sodium ion, here +1.

一部の工程の期間中、電圧の関数としてアンペア数を監視するため、電力チャートを記録した。これらのチャートを、図6A〜6Eに示している。電力チャートは、表3に報告されている下記の公称条件における持続的操作中に記録した。   During some steps, power charts were recorded to monitor amperage as a function of voltage. These charts are shown in FIGS. The power chart was recorded during sustained operation at the following nominal conditions reported in Table 3.

表3

Figure 2010530793
Table 3
Figure 2010530793

試験作業の終了時に、モジュールを分解した。膜の1つをSEMによって分析した。この膜によって、樹脂床セル内のDI水から陰極セル内の塩水が分離された。   At the end of the test work, the module was disassembled. One of the membranes was analyzed by SEM. The membrane separated salt water in the cathode cell from DI water in the resin bed cell.

V.試験結果の論考
NaOHの生成に対するCEDIプロセスの有効性
全ての試験で、CEDIプロセスによって塩水からナトリウムイオンを抽出し、NaOH流を生成することが可能であることが、明らかになった。生成物流れにおけるNaOHの力価は0.14〜8g/L NaOHの範囲であった。炭酸塩及び硫酸塩のいずれか一方又は両方によって、生成物NaOHが多少汚染された。生成物流れにおけるNaOHの純度は、30%〜100%の純度であった。汚染源は、損傷又は多孔性による膜漏れに起因する可能性がある(下記参照)。
V. Discussion of test results Efficacy of the CEDI process for the production of NaOH All tests revealed that the CEDI process can extract sodium ions from brine and produce a NaOH stream. The NaOH titer in the product stream ranged from 0.14 to 8 g / L NaOH. The product NaOH was somewhat contaminated by either or both of carbonate and sulfate. The purity of NaOH in the product stream was 30% to 100% purity. The source of contamination can be due to membrane leakage due to damage or porosity (see below).

アンペア数増大の効果
試験3、4及び5は、試験毎に電流を増大させて、同一条件で実施された同一試験である。Na回収率及び生成物流れにおけるNa濃度は、電流の増大につれて高くなった。流出物の温度も上昇した。電流効率は、電流の増大につれて低下した。電流効率が低下すると、電力の利用効率が悪くなり、その結果、温度が上昇する。
Effect of increasing amperage Tests 3, 4 and 5 are the same tests performed under the same conditions with increasing current for each test. The Na recovery and Na concentration in the product stream increased with increasing current. The temperature of the effluent also increased. The current efficiency decreased with increasing current. When the current efficiency decreases, the power utilization efficiency deteriorates, and as a result, the temperature increases.

図7A及び7Bには、結果をグラフで示している。   The results are shown graphically in FIGS. 7A and 7B.

より大きな電流で操作された試験14〜57の間に、アンペア数が大きくなると、時間が経つにつれて性能の低下が生じることが観測された。これが、高電圧における電流の動的挙動を示す図6A〜6Eに示されている。図6Cは、ユニットを起動すると、当初は時間の経過につれてアンペア数が増大することを示している。これは、生成物セル内にNaOHが生じ、それによって導電率が高くなり、従って定電圧におけるアンペア数が増大するためである。13:50頃に、電流が最大値11アンペアに達した。この後、電流は徐々に減少した。   During tests 14-57 operated at higher currents, it was observed that as the amperage increased, performance degradation occurred over time. This is illustrated in FIGS. 6A-6E which show the dynamic behavior of current at high voltage. FIG. 6C shows that when the unit is activated, the amperage initially increases with time. This is because NaOH is generated in the product cell, thereby increasing the conductivity and thus increasing the amperage at constant voltage. At around 13:50, the current reached a maximum value of 11 amps. After this, the current gradually decreased.

次に、システムは、生じたH2、O2及びCO2ガスが集まって定常気泡になり、これが時間とともに大きくなる潜在的ベーパロックを低減し又は排除するため、懸念されるセルに対する流れ及び圧力を個別に制御するように設計した。また、Na+の除去によるCO2ガスの生成を低減し又は排除するため、炭酸ナトリウムが供給流として置換された。電流の経時損失が観測された。大電流は、膜表面のDI側に影響した可能性がある。 Next, the system produces H 2, becomes O 2 and CO 2 gas is gathered stationary air bubbles, which because is with reduced larger potential vapor lock or eliminate time, the flow and pressure for concern The cell Designed to be controlled individually. Also, sodium carbonate was replaced as a feed stream to reduce or eliminate the production of CO 2 gas due to Na + removal. A loss of current over time was observed. The large current may have affected the DI side of the film surface.

苛性アルカリ流量の効果
試験11及び12を同様の供給流及びアンペア数で実施した。これらの試験では、2型セルを通してNaOH生成物流れを再循環させた。生成物NaOHは、小さいパージ流によってシステムから出ていき、DI水によって補充された(即ち、供給及び放出)。こうして、セルを横切る流れの流量が維持されたが、より力価の高い生成物を有する、より小さい流れを生じさせるため、全滞留時間が延長された。
Effect of Caustic Flow Rate Tests 11 and 12 were conducted with similar feed flow and amperage. In these tests, the NaOH product stream was recycled through a Type 2 cell. The product NaOH exited the system with a small purge stream and was replenished with DI water (ie feed and discharge). Thus, the flow rate of the flow across the cell was maintained, but the total residence time was extended to produce a smaller flow with a higher titer product.

試験12では、生成物放出速度を増し、従って、苛性アルカリ流れの滞留時間を短縮した。他の点では、これらの試験は同一であった。滞留時間が短くなると、NaOH生成物流れの力価が減るが、Na回収率は、試験11の場合の4倍高くなり、電流効率も高くなった。これらの結果は、苛性アルカリ流れの滞留時間が長くなると、生成物の力価が増す可能性があるが、全Na回収率及び電気効率は低下する可能性があることを、示唆している。これは、苛性アルカリ流れの高い浸透圧がより多くのNa+イオンの輸送に抵抗するためであると思われるが、大電流を用いることによって克服可能であろう。 In Test 12, the product release rate was increased, thus reducing the residence time of the caustic stream. In other respects, these tests were identical. As the residence time was reduced, the titer of the NaOH product stream decreased, but the Na recovery was four times higher than in Test 11 and the current efficiency was also increased. These results suggest that increasing the residence time of the caustic stream may increase the product titer, but may decrease total Na recovery and electrical efficiency. This appears to be due to the high osmotic pressure of the caustic flow resisting the transport of more Na + ions, but could be overcome by using high currents.

塩水濃度の効果
試験13は、12と同様の条件で実施したが、供給塩水の力価は低かった。試験13は、セル間の漏れを最小限に抑えるため、セル間の差圧を注意深く調整して実施した。試験13は、2型セルからの生成物放出速度を低くして実施されたが、この場合、この試験の実施前には、電流効率及びナトリウム回収率の低下が予想された。意外にも、この試験によって、試験12の場合よりも電流効率が向上し、Na回収率が高くなることが分かった。力価の低い供給塩水を用いると、ナトリウム回収率が高まるように思われる。
Effect of salt water concentration Test 13 was carried out under the same conditions as 12, but the potency of the supplied salt water was low. Test 13 was performed with careful adjustment of the differential pressure between the cells to minimize leakage between the cells. Test 13 was conducted at a lower product release rate from the Type 2 cell, in which case a decrease in current efficiency and sodium recovery was expected prior to performing this test. Surprisingly, it has been found that this test improves the current efficiency and increases the Na recovery rate compared to Test 12. It appears that sodium recovery is increased when using low-potency feed brine.

樹脂効果
試験7は、試験4と同様の条件で実施した。試験4では、CEDIの中央に樹脂充填供給セルを設けたが、試験7では、この中央セルにスクリーンを充填した。試験7の供給流は力価のより高い供給流であり、これがやはり結果に影響を及ぼし、検討を困難にすることになったであろう。というのも2つのパラメータが異なるためである。しかしながら、試験13の分析に基づいて、供給塩水の力価が高くなると電流効率の低下が生じることが予想されたが、試験7と試験と4を比較すると、電流効率は、意外にも、ほぼ同じである。これは、樹脂をスクリーンに置き換えてもプロセスの効率が低下しないことを示唆している。以降の試験は、みな、塩水セルにスクリーンを用いたもので行なった。
Resin Effect Test 7 was performed under the same conditions as Test 4. In Test 4, a resin-filled supply cell was provided at the center of CEDI. In Test 7, the central cell was filled with a screen. The feed stream for Test 7 was a higher titer feed stream that would also affect the results and made it difficult to study. This is because the two parameters are different. However, based on the analysis in Test 13, it was expected that the current efficiency would decrease when the supplied salt water titer increased. However, comparing Test 7 with Test 4, the current efficiency was surprisingly almost The same. This suggests that replacing the resin with a screen does not reduce the efficiency of the process. All subsequent tests were conducted using a screen in a salt water cell.

膜の論考
試験14〜16中は、均質膜が用いられた。これらの試験では、生成物の汚染度が最も高かった。これが多孔性/拡散性に起因するものであったかどうか、あるいは、膜に裂傷があったか否かは明らかではない。
Membrane Discussion During tests 14-16, homogeneous membranes were used. In these tests, the product was most contaminated. It is not clear whether this was due to porosity / diffusivity or whether the membrane was lacerated.

塩水流量増加の効果
試験8及び12は同様の試験であった。試験8は、試験12よりも、塩水流量及び苛性アルカリ流量を、より高くして実施した。試験8の電流効率は、試験12より高く、苛性アルカリ生成物の力価は同様であった。これらの結果は、塩水の流量が増すと効率が向上することを表わしている可能性がある。
Effect of increasing saline flow rate Tests 8 and 12 were similar tests. Test 8 was performed at a higher salt water flow rate and caustic flow rate than Test 12. The current efficiency of Test 8 was higher than Test 12, and the potency of the caustic product was similar. These results may indicate that efficiency increases as the brine flow rate increases.

排ガスの論考
このプロセスによれば、塩水再循環管に排ガスが発生した。排ガス生成速度及び組成は、測定しなかった。目視検査によれば、かなりのガス流が、戻り管に存在し、これがアンペア数を増大させた。このガスには、電極で生じた水素と酸素が、主として、含まれていた。CO2ガスは、供給流にNaHCO3が含まれるが、Na2CO3は含まれない試験でも発生した。
Exhaust Gas Discussion According to this process, exhaust gas was generated in the brine recirculation pipe. The exhaust gas production rate and composition were not measured. According to visual inspection, a considerable gas flow was present in the return pipe, which increased the amperage. This gas mainly contained hydrogen and oxygen generated at the electrode. CO 2 gas was also generated in tests where the feed stream contained NaHCO 3 but no Na 2 CO 3 .

走査型電子顕微鏡(SEM)の結果
この評価では多数の異なるセルパックを試験した。最後の試験の完了後、最後のセルパックを切り開き、膜の試料を保管した。DI水セルから陽イオンセルを単離する陽イオン膜を乾燥させ、金のスパッタリングを施し、SEMに配置して分析を行なった。膜の各側を分析し、結果を図7A及び7Bに示している。塩水側の像は、ポリエチレンシートマトリックス内に懸濁した樹脂粒子がどのように見えるかを示している。キャビティが樹脂より大きいが、SEMのための試料調製において必要な乾燥プロセス中に粒子が収縮したためであり、これは予想されたことである。DI水側の像は同様のものを示しているが、シートマトリックスが異なり、損傷を示している可能性があるように見える。
Scanning Electron Microscopy (SEM) Results A number of different cell packs were tested in this evaluation. After completion of the last test, the last cell pack was cut open and the membrane sample was stored. The cation membrane that isolates the cation cell from the DI water cell was dried, sputtered with gold, and placed in the SEM for analysis. Each side of the membrane was analyzed and the results are shown in FIGS. 7A and 7B. The salt water side image shows how the resin particles suspended in the polyethylene sheet matrix look. Although the cavity is larger than the resin, it is expected because the particles shrunk during the drying process required in sample preparation for SEM. The DI water side image shows the same, but the sheet matrix is different and appears to be possibly damaging.

DI水の論考
試験17〜57に亘って、DI水の調整が効果をもたらすことが観測された。一定条件でDI水の流量を増すと、電流が減少した(図6B)。同様に、DI水の相対圧力を高くすると、電流の減少が生じた。これに関連して、場合によっては、塩水の圧力又は流量を増すと電流が増大することが観測された(図6E)。電流の減少は、溶液中及び樹脂床中においてH+イオン及びOH-イオンを生じさせる水分解反応の結果であるかもしれない。これによって、導電率が高くなる可能性があるが、DI水流量を増すと、これらのイオンが洗い流されて、導電率が低下する。或いは水分解に関連して、塩水及び苛性アルカリセルからのイオンが膜を通ってDI水セル内に漏れ出し、これによって導電率が高くなる可能性がある。同様に、DI水の流量を増すと、これらのイオンをより速く洗い流す可能性がある。DI水の相対的圧力を高めると、一般的に、漏れ率が低下する。しかし、DI水が放出される時までにCEDIプロセスによって汚染イオンが除去されるので、漏れは容易に検出することができない。
DI water considerations Over tests 17-57, it was observed that the adjustment of DI water was effective. When the flow rate of DI water was increased under constant conditions, the current decreased (FIG. 6B). Similarly, increasing the relative pressure of DI water resulted in a decrease in current. In this context, in some cases, it was observed that increasing the salt water pressure or flow rate increased the current (FIG. 6E). Decrease in current, in solution and in the resin bed H + ions and OH - may be the result of causing a ion water decomposition reaction. This can increase the conductivity, but increasing the DI water flow rate will wash away these ions and lower the conductivity. Alternatively, in connection with water splitting, ions from salt water and caustic cells can leak through the membrane and into the DI water cell, thereby increasing conductivity. Similarly, increasing the DI water flow rate may wash out these ions faster. Increasing the relative pressure of DI water generally reduces the leak rate. However, leaks cannot be easily detected because the contaminating ions are removed by the CEDI process by the time DI water is released.

VI.結果
酸化された使用済苛性アルカリからNa+をNaOHとして回収することに関するCEDIの有効性が立証された。再循環を利用することによって、10%のNaといったより高い回収率を達成することが可能になる。望ましい流量で力価の高い苛性アルカリを生成させるためには、大きいアンペア数が必要になる可能性がある。
VI. Results The effectiveness of CEDI for recovering Na + as NaOH from oxidized spent caustic was demonstrated. By utilizing recirculation, it is possible to achieve higher recoveries such as 10% Na. Large amperages may be required to produce high potency caustic at the desired flow rate.

予言的な例
図2には、エチレンプラントに関して予測されるプラントフローダイアグラム(PFD)を示している。表4には、Naの約10%が再循環されるプラントに関する質量収支を示している。この例の場合、CEDIユニットからの生成物NaOHは、全使用済苛性アルカリ流れの約55%の流量で、約1.8重量パーセントのNaOHになる。図8A〜8Dには、いくつかの異なる構成の収支を示している。図9には、例えば同様の収支に基づくことが可能な、質量収支の要求を満たすCEDI生成物流れ中のNaOHの力価を例示している。
Prophetic Example FIG. 2 shows a predicted plant flow diagram (PFD) for an ethylene plant. Table 4 shows the mass balance for a plant in which about 10% of Na is recycled. In this example, the product NaOH from the CEDI unit is about 1.8 weight percent NaOH at a flow rate of about 55% of the total spent caustic stream. Figures 8A-8D show the balance of several different configurations. FIG. 9 illustrates the potency of NaOH in a CEDI product stream that meets mass balance requirements, which can be based, for example, on a similar balance.

表4.10重量%NaOH塔供給流でNa回収率が10%であるエチレンプラントのナトリウム収支

Figure 2010530793
Table 4. Sodium balance of ethylene plant with 10% NaOH tower feed and 10% Na recovery.
Figure 2010530793

このように少なくとも1つの実施態様のいくつかの側面について説明してきたが、当該技術者には様々な変更、修正及び改良が思い浮かぶことは、理解できるであろう。こうした変更、修正及び改良は、本開示の一部をなすように意図されており、本発明の範囲内に含まれるように意図されている。従って、以上の説明及び図面は、ただ例証だけを目的としたものであり、本発明の範囲は、付属の請求項及びその等価物の正しい解釈によって判断すべきである。   Thus, while several aspects of at least one embodiment have been described, it will be appreciated that various changes, modifications and improvements will occur to those skilled in the art. Such alterations, modifications, and improvements are intended to be part of this disclosure, and are intended to be included within the scope of the present invention. Accordingly, the foregoing description and drawings are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention should be determined by proper interpretation of the appended claims and their equivalents.

100 処理システム
110 酸化ユニット
120 脱塩ユニット
130 工業用応用装置
140 反応物質源
100 Treatment System 110 Oxidation Unit 120 Desalination Unit 130 Industrial Application Equipment 140 Reactant Source

Claims (42)

水性供給物の源に流体的に接続された酸化ユニットと、
前記酸化ユニットの下流に流体接続され、前記酸化ユニットの生成物を目標化合物に転換するように構成され配列された脱塩ユニットとを、含有してなる、
水性供給物を処理するためのシステム。
An oxidation unit fluidly connected to a source of aqueous feed;
A desalting unit fluidly connected downstream of the oxidation unit and configured and arranged to convert the product of the oxidation unit into a target compound,
A system for processing aqueous feeds.
前記水性供給物が少なくとも1つのナトリウムベースの化合物を含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the aqueous feed comprises at least one sodium-based compound. 前記水性供給物が少なくとも1つの有機化合物を含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the aqueous feed comprises at least one organic compound. 前記水性供給物が少なくとも1つの硫化物を含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the aqueous feed comprises at least one sulfide. 前記酸化ユニットの生成物が炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムの少なくとも一方を含有してなる、請求項2に記載のシステム。   The system of claim 2, wherein the product of the oxidation unit comprises at least one of sodium carbonate and sodium sulfate. 前記酸化ユニットが液相酸化ユニットを含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the oxidation unit comprises a liquid phase oxidation unit. 前記酸化ユニットが湿式空気酸化ユニットを含有してなる、請求項6に記載のシステム。   The system of claim 6, wherein the oxidation unit comprises a wet air oxidation unit. 前記液相酸化ユニットが超臨界水酸化ユニットを含有してなる、請求項6に記載のシステム。   The system of claim 6, wherein the liquid phase oxidation unit comprises a supercritical water oxidation unit. 前記酸化ユニットが触媒酸化ユニットを含有してなる、請求項6に記載のシステム。   The system of claim 6, wherein the oxidation unit comprises a catalytic oxidation unit. 前記酸化ユニットが、過酸化物、過マンガン酸塩、紫外線又は可視光酸化ユニットを含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the oxidation unit comprises a peroxide, permanganate, ultraviolet or visible light oxidation unit. 前記脱塩ユニットが少なくとも1つのイオン交換樹脂床を含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the desalting unit comprises at least one ion exchange resin bed. 前記脱塩ユニットが電気化学的脱イオンユニットを含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the desalting unit comprises an electrochemical deionization unit. 前記電気化学的脱イオンユニットが、電気透析、逆電気透析、容量性脱イオン化、電気式脱イオン化、連続的電気式脱イオン化又は逆連続的電気式脱イオン化ユニットである、請求項12に記載のシステム。   13. The electrochemical deionization unit according to claim 12, wherein the electrochemical deionization unit is an electrodialysis, reverse electrodialysis, capacitive deionization, electrodeionization, continuous electrodeionization or reverse continuous electrodeionization unit. system. 前記電気化学的脱イオンユニットが連続的電気式脱イオン化ユニットである、請求項13に記載のシステム。   The system of claim 13, wherein the electrochemical deionization unit is a continuous electrodeionization unit. 前記目標化合物が苛性アルカリである、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the target compound is caustic. 前記苛性アルカリが水酸化ナトリウムを含有してなる、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the caustic comprises sodium hydroxide. 前記苛性アルカリが硫酸アンモニウムを含有してなる、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the caustic comprises ammonium sulfate. 前記苛性アルカリが前記酸化ユニット生成物中に存在しない、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the caustic is not present in the oxidation unit product. 前記脱塩ユニットの下流に流体接続された濃縮機を更に含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a concentrator fluidly connected downstream of the desalting unit. 前記水性供給物の源が工業操業所である、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the source of the aqueous feed is an industrial operator. 前記水性供給物の源がエチレン生産施設である、請求項20に記載のシステム。   21. The system of claim 20, wherein the source of the aqueous feed is an ethylene production facility. 前記脱イオン化ユニットの出口が前記工業操業所に流体接続されている、請求項20に記載のシステム。   21. The system of claim 20, wherein an outlet of the deionization unit is fluidly connected to the industrial operation site. 前記酸化ユニット及び脱塩ユニットの少なくとも一方と連絡している制御装置を更に含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a controller in communication with at least one of the oxidation unit and the desalination unit. 脱塩流出流れの特性を検出するように構成されていて前記制御装置と連絡しているセンサを、更に含有してなる、請求項23に記載のシステム。   24. The system of claim 23, further comprising a sensor configured to detect a characteristic of a desalted effluent stream and in communication with the controller. 前記制御装置が、前記脱塩流出流れの検出特性に応答して前記ユニットのうちの1つ又はそれ以上のプロセス条件を調整するように、構成され配列されている、請求項24に記載のシステム。   25. The system of claim 24, wherein the controller is configured and arranged to adjust process conditions of one or more of the units in response to detection characteristics of the desalted effluent stream. . 前記脱塩ユニットの下流に流体接続された精製ユニットを更に含有してなる、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a purification unit fluidly connected downstream of the desalting unit. 前記精製ユニットが生物学的処理ユニットを含有してなる、請求項26に記載のシステム。   27. The system of claim 26, wherein the purification unit comprises a biological processing unit. 前記連続的電気式脱イオン化装置が少なくとも1つの均質膜を含有してなる、請求項14に記載のシステム。   The system of claim 14, wherein the continuous electrical deionization device comprises at least one homogeneous membrane. 前記脱塩ユニットが連続的電気式脱イオン化ユニットを含有してなる、請求項7に記載のシステム。   The system according to claim 7, wherein the desalting unit comprises a continuous electric deionization unit. 前記目標化合物が水酸化ナトリウムを含有してなる、請求項29に記載のシステム。   30. The system of claim 29, wherein the target compound comprises sodium hydroxide. 水性供給物の源に流体接続された酸化ユニットと、
前記酸化ユニットの下流に流体接続され、新鮮な苛性アルカリを生成するように構成され配置されている電気化学的脱イオン化ユニットとを、含有してなる、
使用済苛性アルカリを含有する水性供給物を処理するためのシステム。
An oxidation unit fluidly connected to a source of aqueous feed;
An electrochemical deionization unit fluidly connected downstream of the oxidation unit and configured and arranged to produce fresh caustic.
A system for treating an aqueous feed containing spent caustic.
前記酸化ユニットが湿式空気酸化ユニットを含有してなる、請求項31に記載のシステム。   32. The system of claim 31, wherein the oxidation unit comprises a wet air oxidation unit. 前記電気化学的脱イオン化ユニットが連続的電気式脱イオン化装置を含有してなる、請求項31に記載のシステム。   32. The system of claim 31, wherein the electrochemical deionization unit comprises a continuous electrodeionization device. 前記システムが前記電気化学的脱イオン化ユニットに流出流を再循環させるように構成されている、請求項33に記載のシステム。   34. The system of claim 33, wherein the system is configured to recycle an effluent stream to the electrochemical deionization unit. 前記新鮮な苛性アルカリが水酸化ナトリウム含有してなる、請求項31に記載のシステム。   32. The system of claim 31, wherein the fresh caustic comprises sodium hydroxide. 前記水性供給物の源がエチレン生産施設である、請求項31に記載のシステム。   32. The system of claim 31, wherein the source of the aqueous feed is an ethylene production facility. 水性流れを酸化して、酸化生成物を生成し、
前記酸化生成物を転換して苛性アルカリ流れを生成することからなる、
水性流れの処理方法。
Oxidizing the aqueous stream to produce an oxidation product;
Converting the oxidation product to produce a caustic stream,
A method for treating an aqueous stream.
前記苛性アルカリ流れが水酸化ナトリウムを含有してなる、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein the caustic stream comprises sodium hydroxide. 工業操業所に前記苛性アルカリ流れを供給するステップを更に含有してなる、請求項38に記載の方法。   40. The method of claim 38, further comprising supplying the caustic stream to an industrial operation. 前記水性流れの酸化が約150℃以上の温度で前記水性流れを酸化することからなる、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein oxidizing the aqueous stream comprises oxidizing the aqueous stream at a temperature of about 150 ° C or higher. 前記酸化生成物の転換が前記酸化生成物から目標イオンを単離することからなる、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein the conversion of the oxidation product comprises isolating a target ion from the oxidation product. 前記酸化生成物の転換が、更に、前記単離した目標イオンを再生流体に会合させて、前記苛性アルカリ流れを生成することからなる、請求項41に記載の方法。   42. The method of claim 41, wherein the conversion of the oxidation product further comprises associating the isolated target ions with a regeneration fluid to produce the caustic stream.
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