[发明专利]臭氧催化氧化多级循环反应连续工艺方法

说明书

一种臭氧催化氧化多级循环反应连续工艺方法，适合于以臭氧做氧化剂的化学氧化及水质处理领域应用。该工艺方法具有臭氧循环接触多级利用以及强化工艺反应的功能，克服了目前臭氧工艺中鼓泡反应器效能低、设备尺寸大、不适合大规模自动化生产等不足，在满足连续化自动化生产的同时，能起到降低臭氧消耗和节省设备投入的功效。本工艺采用臭氧催化氧化喷射式非均相等温连续反应器为核心设备，与进料泵、出料泵、引风机以及多个仪表自调控制系统共同组成。根据不同的工艺过程要求，有单台或多台反应器设置方式。臭氧的循环通过反应器中的文丘里喷射器实现，多级反应通过多台反应器串联运行形式实现。

所属技术领域

本发明涉及一种臭氧催化氧化多级循环反应连续工艺方法，适合于以臭氧做氧化剂的化学氧化及水质处理领域的工业化应用，在废矿物油氧化法再生及污水氧化法处理工艺生产过程中，有较强的实用性。

技术背景

臭氧作为一种强氧化剂，其作用受到了新的关注，在规模化的工业领域有了越来越多的应用。

臭氧是仅次于氟的强氧化剂，反应活化能很低，与很多物质的反应一般不需要引发条件，在常态下即可进行。

臭氧是不稳定的气体，很容易分解转变为氧气。常温下空气中臭氧的半衰期约20～50分钟，在水中约半小时，超过50℃时，分解速度大为加快。

工业规模的臭氧，以精滤后的纯氧或空气为原料，应用专门的设备，在高压放电条件下进行制备，受生产技术条件限制，氧气到臭氧的转化率不高，产品的浓度通常只能达到10％左右。

臭氧难以提纯和储存，只能随时制取随时使用。

臭氧反应后的尾气基本是高浓度的氧气，但回收净化的难度大，不做回收利用，因此工业规模臭氧制备的原料成本比较高。

工业产品臭氧的压力一般不超过0.1MPa，且难于升压，故工艺过程基本都在常压下进行。

1体积的水能溶解1.494体积的臭氧，但由于产品臭氧的浓度有限，臭氧分压在总压当中占比不高，故实际工艺使用中，臭氧属于不易溶于水的气体。臭氧对人的呼吸系统有危害作用，根据相关的工业卫生标准，环境臭氧浓度不应超出0.15ppm，对于高于此值的含臭氧尾气，排放时须做环保消除处理。

臭氧对常规金属材料具有强烈的腐蚀性，很多有机材料在臭氧氛围下也会老化失效，因此工业臭氧设备制造材料往往有着较高的价格。

工业生产中，臭氧氧化的目标反应物多是水相状态，故工程实例上臭氧氧化反应是非均相特征。反应速率与反应物的浓度关联较大，大部分的反应是二级不可逆反应，其过程有受扩散控制的瞬时和快速反应，也有受反应控制的中速和慢速反应；有臭氧与目标物的直接氧化反应，也有臭氧溶解于水相后，分解形成羟基自由基，再由羟基自由基参与的间接氧化反应。直接氧化一般时间短、速度快，间接氧化反应则时间长、程度深。羟基自由基的氧化性强于臭氧，其产生一般需要在催化条件下进行。羟基自由基的催化剂有液相与固相形态的多种物质。

臭氧与目标反应物的氧化是放热反应，为了避免臭氧的热分解，防止水相物料的汽化，需采用等温反应器。水质处理工艺中，反应物的浓度一般比较低，工艺过程的温升可以忽略，但高浓度的化学氧化工艺则需要考虑冷却降温问题。

臭氧氧化生产工艺分连续方法和间歇方法。连续工艺方法生产过程操作简单，容易实现自动化，适合大规模生产，但设备的容积效率差，对应的设备投资大，若要在设备投资上节省，就得在生产物料的利用率或动力消耗的控制上相应放宽一些；间歇工艺方法生产过程的优劣正好与连续工艺方法相反，但在克服了连续工艺方法不足的同时，最大的制约性在于只适合于小规模的人工操作，而不适用于大规模的自动化生产。