New feed system for water-insoluble organic and/or highly concentrated wastewaters in the supercritical water oxidation process

Abstract

Varios residuos industriales que son insolubles en agua a temperatura ambiente, muy concentrados o muy diluidos son difíciles de tratar mediante oxidación en agua supercrítica (GASC). Esta limitación conlleva diferentes problemas de funcionamiento relacionados con el bombeo, el precalentamiento y el control térmico durante su tratamiento. Un nuevo sistema de alimentación que se describe aquí evita los problemas antes mencionados y es adecuado para tratar aguas residuales y sustancias orgánicas insolubles en agua con una amplia gama de concentraciones. El nuevo sistema de alimentación ha sido probado en una planta piloto que incluye tres corrientes de alimentación independientes: (1) una corriente de alimentación acuosa precalentada que contiene agua o aguas residuales diluidas, (2) una corriente de alimentación no precalentada que contiene residuos insolubles en agua ( es decir, desechos de petróleo) o aguas residuales altamente concentradas y (3) una corriente de aire utilizada como fuente de oxígeno. Una vez mezclada la corriente de alimentación acuosa en estado supercrítico con el residuo insoluble en agua, se obtuvo una fase homogénea supercrítica y posteriormente se añadió el oxidante para que las reacciones de oxidación se produjeran a alta velocidad y liberaran una cantidad importante de calor. Un control adecuado de estos caudales de alimentación con esta solución tecnológica ampliaría la versatilidad del proceso GASC respecto a la concentración de residuos a tratar (normalmente limitada a entre un 5 y un 20% de materia orgánica), ya que permite el tratamiento combinado de residuos diluidos. (<5%) en la alimentación acuosa y residuos muy concentrados (cerca del 100%) en la alimentación insoluble en agua. De este modo se puede controlar la concentración óptima en el reactor, permitiendo que la planta siga siendo autosuficiente energéticamente o genere excedentes de energía, y mantener el funcionamiento de la planta piloto en condiciones seguras simplemente ajustando el caudal de la corriente insoluble en agua. El trabajo descrito aquí se refiere al mejor procedimiento y condiciones operativas para mezclar las tres corrientes antes mencionadas (agua-aceite-aire) que conduzcan a un desempeño seguro y eficiente de un proceso altamente exotérmico.

Several industrial wastes that are either insoluble in water at room temperature, very concentrated or very dilute are difficult to treat by supercritical water oxidation (SCWO). This limitation leads to different operating problems related to pumping, preheating and thermal control during their treatment. A new feed system that is described here avoids the aforementioned problems and is suitable to treat water-insoluble organics and wastewaters with a wide range of concentrations. The new feed system has been tested in a pilot plant that includes three independent feed streams: (1) a preheated aqueous feed stream that contains water or a dilute wastewater, (2) a non-preheated feed stream containing the water-insoluble waste (i.e., oil waste) or the highly concentrated wastewater and (3) an air stream used as a source of oxygen. Once the aqueous feed stream in the supercritical state was mixed with the water-insoluble waste, a supercritical homogeneous phase was obtained and the oxidant was subsequently added so that the oxidation reactions took place at a high rate and released a significant amount of heat. Appropriate control of these feed streams with this technological solution would extend the versatility of the SCWO process in respect of the concentration of residues to be treated (normally limited to between 5 and 20% organic matter), since it allows the combined treatment of dilute residues (<5%) in the aqueous feed and very concentrated residues (close to 100%) in the water-insoluble feed. The optimum concentration in the reactor can thus be controlled, making it possible for the plant to remain self-sufficient in energy or to generate surplus energy, and to maintain the pilot plant operation under safe conditions by simply adjusting the flow rate of the water-insoluble stream. The work described here concerns the best procedure and operating conditions to mix the three aforementioned streams (water–oil–air) leading to safe and efficient performance of a highly exothermal process.