Simulation of Supercritical Water Oxidation with Air at Pilot Plant Scale

Abstract

Numerosos investigadores han estudiado los procesos de oxidación de agua supercrítica (OASC). Se ha demostrado la eficacia de este método para tratar una amplia variedad de residuos y se ha descrito la cinética implicada en algunos casos. El fenol está comúnmente presente en las aguas residuales industriales y es extremadamente tóxico. Por tanto, el fenol es un contaminante modelo que ha sido objeto de numerosos estudios por parte de la OASC a escala de laboratorio. En este trabajo se ha utilizado un sistema OASC a escala piloto para comparar conversiones experimentales y predichas en OASC de fenol, utilizando las ecuaciones cinéticas de reacción obtenidas a escala de laboratorio. En este contexto, se empleó el software “PROSIM PLUS” para desarrollar un simulador para la instalación de la planta piloto, con los parámetros cinéticos de reacción ajustados para representar los datos experimentales. En este estudio fue necesario determinar las pérdidas térmicas entre el reactor experimental y su entorno. Estas pérdidas térmicas se obtuvieron de pruebas con agua pura y corrientes de oxidante en ausencia de reacción química. Se utilizó una ecuación que predijo el efecto del caudal y la temperatura sobre las pérdidas térmicas. Se realizaron pruebas experimentales de oxidación con temperatura inicial en el rango de 380 a 425 ºC, a 250 bar y concentraciones de fenol que oscilaron entre 1 y 12 g/l. Se obtuvo una buena concordancia en la simulación ajustando los parámetros cinéticos dentro de su rango de confianza. Este simulador se utilizó para optimizar la OASC de soluciones de fenol en la planta piloto.

Supercritical Water Oxidation (SCWO) processes have been studied by numerous researchers. The effectiveness of this approach to treat a wide variety of wastes has been proved and the kinetics involved in some cases have been described. Phenol is commonly present in industrial wastewaters and it is extremely toxic. Hence, phenol is a model pollutant that has been the subject of numerous studies by SCWO on a laboratory scale. In this work, a pilot-scale SCWO system has been used to compare experimental and predicted conversions in the SCWO of phenol, using the reaction kinetic equations obtained at the laboratory scale. In this context, “PROSIM PLUS” software was employed to develop a simulator for the pilot plant facility, with the reaction kinetic parameters adjusted to represent the experimental data. In this study it was necessary to determine the thermal losses between the experimental reactor and its surroundings. These thermal losses were obtained from tests with pure water and oxidant streams in the absence of chemical reaction. An equation that predicted the effect of flow rate and temperature on the thermal losses was used. Experimental oxidation tests were conducted with initial temperature in the range 380 to 425 ºC, at 250 bar and phenol concentrations ranging from 1 to 12 g/l. Good agreement in the simulation was obtained by adjusting the kinetic parameters within their confidence range. This simulator was used to optimize the SCWO of phenol solutions in the pilot plant facility.