Co to jest utlenianie na mokro?
Utlenianie na mokro jest procesem chemicznym służącym do usuwania zanieczyszczeń organicznych ze strumieni ścieków. Proces ten polega na podgrzewaniu zanieczyszczonej wody do wysokich temperatur i wtryskiwaniu powietrza pod wysokim ciśnieniem. Reakcje powietrza z zanieczyszczeniami utleniają je do zwykłych gazów, takich jak dwutlenek węgla, które są następnie oddzielane od strumienia wody.
Wprowadzanie powietrza o niższych ciśnieniach do strumieni wody wywołuje efekt mieszania, ale nawet w wyższych temperaturach powietrze tylko częściowo reaguje z wszelkimi zanieczyszczeniami organicznymi. Zwiększenie ciśnienia powyżej punktu krytycznego wody, w którym cząsteczki wody nie są ani cieczą ani parą, tworzy jedną fazę po wprowadzeniu powietrza. Powietrze będzie bardzo dobrze reagowało z materiałami organicznymi, a późniejszy etap, w którym ciśnienie zostanie zmniejszone, usunie wszelkie pozostałe powietrze i gazy powstałe w wyniku reakcji.
Woda ma punkt krytyczny, temperaturę i ciśnienie, powyżej których pary i cieczy nie można postrzegać jako oddzielnych faz. Ten punkt krytyczny wynosi około 3206 psia (221 barów) i 705 ° F (374 ° C). Powyżej tego punktu woda jest znana jako płyn nadkrytyczny i w tych warunkach często zachodzą reakcje utleniania na mokro.
Alternatywny proces, który pozwala na zastosowanie niższych temperatur i ciśnień, jest realizowany za pomocą katalizatora. Strumień odpadów jest sprężany powietrzem i przepuszczany przez odpowiedni katalizator, który może różnić się w zależności od zanieczyszczeń. Katalizator pomaga w reakcji chemicznej między powietrzem a materiałami organicznymi, ale nie jest zużywany ani niszczony przez reakcję. Katalityczne reakcje utleniania na mokro mogą zachodzić w warunkach podkrytycznych, co może obniżyć koszty operacyjne i wykorzystywać naczynia o niższych ciśnieniach.
Materiały konstrukcyjne reaktorów i związane z nimi urządzenia stosowane do utleniania na mokro muszą być starannie dobierane. Wysokie temperatury mogą osłabić wiele metali, co może zagrozić ich wytrzymałości na utrzymanie niezbędnych ciśnień. Niektóre zanieczyszczenia organiczne wytwarzają związki kwasowe podczas reakcji, a wiele metali nie nadaje się do ochrony przed korozją. Ogrzane powietrze pod ciśnieniem może utleniać i osłabiać materiały stosowane do uszczelnień i uszczelek, należy więc wybrać materiały obojętne, które będą odporne na trudne warunki pracy.
Ze względu na wysokie ciśnienia i temperatury potrzebne do reakcji utleniania na mokro wstępne podgrzewanie strumieni powietrza i ścieków może poprawić efektywność energetyczną. Można zastosować wymienniki ciepła, które wykorzystują płyny o wysokiej temperaturze opuszczające reaktor do podgrzewania strumieni powietrza i wody. Dodatkowe ciepło może powstać w wyniku reakcji powietrza z substancjami organicznymi, a użycie tego ciepła może zmniejszyć koszty operacyjne systemu.