專利名稱：通過注入浸沒的等離子體中而處理廢物的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理廢物，如有利地液體化學廢物的領域。更具體而言，本發(fā)明提出了一種處理化學廢物的方法，該方法基于通過直接將其 注入浸沒于填充有液體如水的反應器中的等離子體中而銷毀(破壞，destruction)這些廢 物。本發(fā)明也涉及可以應用于本方法范圍的裝置(設備，device).
背景技術：
現今任何類型的液體廢物如危險和/或放射活性有機液體的處理，都是通過采用 可能利用不同方式進行加熱而具有不同性質如靜態(tài)爐或轉爐的爐型反應器的熱工藝來完 成。因此，處理廢物的方法都采用連接至尺寸相對大的氣體處理系統(tǒng)的熱單元，而確 保冷卻、過濾及中和某些元素如氯。這一般表現為經歷高溫的大尺寸單元。某些元素如氯、 磷、硫、 的存在，如果經受高溫，則增強氣體的腐蝕性質，這就迫使設計者選擇經常非常 昂貴的超合金(super-alloy),或接受這個工藝某些部分的頻繁更換。所應用的反應器可具有不同的類型。這些可以是通過焦耳效應，通過等離子體焰 炬或通過像丙烷的氣體燃料的燃燒而加熱的爐。處理溫度因此可根據負荷(load)的性質而 不同。例如，如果這些是十二烷類型的烴類，則這種負荷可能會逐漸轉化成約10kW/L/h的 熱功率(thermal power)，這個功率不得不進行耗散。另一方面，如果這是水溶液，則該等離 子體的功率將會部分用于確保其氣化(蒸發(fā))。在該工藝中涉及的反應器的溫度行為因此顯 著受到要處理的液體的性質的影響。根據這種方法，液體的引入可能是不同的。這些液體要么引入至爐的熱區(qū)中心， 要么引入到功率源(power source)0例如，這些液體在可燃性氣體中氣化或直接引入至等 離子體中。這些液體根據這種情況可單獨處理或作為與固體的混合物進行處理。作為一 個實例，專利申請EP 469 737提出了一種在空氣等離子體中處理液體的方法和裝置[1]。 在該實例中，等離子體在耐火材料的反應器中燃燒而液體則引入到產生等離子體的氣體流 中。這種方法需要相對繁復的裝置，因為所產生的氣體不得不特別地經由洗滌塔(washing columns)進行處理。另外，不管所采用的方法如何，看起來液體的性質可能不僅因為熱釋放還因為與 選擇用于制作反應器的材料的相容性而顯著不同。已經有人提出涉及使用浸沒等離子體的廢物處理問題的幾種解決方案。例如，可 提到的是N. V. Alekseev等人的出版物,在其所涉及的處理方法中，等離子體迸發(fā)(burst out)進入裝有由每升水幾十毫克苯酚所污染的水溶液的容器內[2]。在這種情況下，等離 子體用于產生氧化溶解的有機化合物的過氧化氫。G. Fortin等人的出版物也提到了采用 在用負載氰化物的浸出液(浸析液)填充的反應器底部燃燒的氬/氮等離子體焰炬的方法 [3]。而且同樣是這些作者也提交了國際專利申請以保護該項發(fā)明[4]。
在所有情況下，這些方法都是開發(fā)用于處理含有少量要去除的產品(產物， product)的水溶液在第一種情況下是幾個ppm的苯酹,在第二種情況下是幾個ppm的氰 化物。這些產品通過在溶液中心運行的等離子體焰炬，也就是產生需要用于氧化有機化合 物的化學自由基的焰炬而逐漸分解棹。因此，對于處理尤其是液體化學廢物而在快速性和有效性方面改進的方法，仍存 在實際需求，這些方法在其實現和/或其應用中采用較簡單的、更緊湊的且不太昂貴的裝 置，可以處理液體，而不管其性質和/或組成如何。

發(fā)明內容
采用本發(fā)明，可以找到以上所列出的技術缺陷和問題的補救措施。實際上，后者提 出了用于處理廢物尤其是液體廢物的方法和裝置，其基于直接將廢物注入浸沒干與含廢物 溶液分開的溶液中的燃燒等離子體核心。作為提醒，在采用浸沒等離子體的現有技術的方 法中，后者是在待處理的溶液核心之中展開的。本發(fā)明人的工作能夠證明，直接將廢物注入等離子體中使其可完全瞬時銷毀(破 壞，destruction),而同時已進行的實驗證明，待去除化合物的消失需要幾十分鐘[3]或甚 至幾個小時[2]。當適用于本發(fā)明范圍的等離子體焰炬(等離子體炬，plasma torch)采用氧操作 時，所獲得的離子化羽(ionized plume)極具反應活性。因此氧化作用直接在其水平下完 成而不需要經由專門為此目的產生的活性自由基。而且，本發(fā)明的方法可以通過在確保冷卻、中和以及過濾的環(huán)路(loop)中循環(huán)反 應器的溶液而進行連續(xù)操作。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于處理此后表示為溶液S1的液體溶液的方法，包 括將所述溶液S1注入到此后表示為溶液S2且與所述溶液S1分開的第二液體溶液中的浸沒 等離子體中的步驟。對于“溶液S1的處理”，是指在本發(fā)明的范圍內有毒和/或有害有機組分含量的減 少和可能是腐蝕性和/或放射反應活性的那些(物質)的穩(wěn)定化，這些組分在根據本發(fā)明的 處理之前存在于溶液S1中。這種減少可能涉及去除這些組分和/或將其向有害性較小的 組分轉化。溶液S1中可能存在的有毒有害的腐蝕性和/或放射活性的有機組分可包括重金 屬；放射活性元素和有機成分(organic element)。作為非限制性實例,這些組分選自由氯、 氟、硫、鋅、磷、汞、鉛、鎘、神、苯酚、氰化物、亞鐵氰化物(氰亞鐵酸鹽)、草酸鹽、腐植酸、鍶、 釕、銫、a發(fā)射體如镅、钚和鈾，以及它們的混合物所組成的組。有利的是，溶液S1中最初所 含的化學組分的至少70%，至少80%，至少90%，至少95%，至少96%，至少97%，至少98%，至少 99%或甚至全部按照本發(fā)明的處理而被去除和/或轉化成有害性較小的組分。適用于本發(fā)明范圍的溶液S1可以是任何液體，有利地是有機溶液，其可以包含至 少ー種先前限定的有毒有害的腐蝕性和/或放射活性的有機組分。溶液S1可以以純的或 混合的有機液體、放射活性液體、乳液、微乳液、水溶液、尤其是有機化合物在水溶液中的懸 浮液、含有源自固體或危險液體廢物的噴霧的含粒子的液體而出現。更具體而言，溶液S1可以是任何類型的含有結合或未結合于礦物質的有機物質的溶液。這種溶液可以來自民用應用(civil applications),無論是或不是(原子)核的 (nuclear),或來自所有軍事應用，無論是或不是(原子)核的。作為非限制性實例，溶液S1可 以選自由源自廢水凈化廠(purification plant)或源自廢水凈化廠的游衆(zhòng)、源自廢水、源 自廢油、源自家庭液體流出物(domestic liquid effluent)、源自醫(yī)療或醫(yī)院液體流出物、 源自工業(yè)液體流出物和源自核電廠的液體流出物的溶液所組成的組。在本發(fā)明中，術語“溶 液S1 ”、“液體溶液S1 ”、“待處理的液體”或“待處理的溶液”都是等同的，且可以互換使用。根據本發(fā)明的方法采用等離子體。作為提醒，等離子體是離子化狀態(tài)的氣體，傳統(tǒng) 上認為是物質的第四種狀態(tài)。為了獲得大氣壓下的氣體離子化，使用等離子體焰炬。有利的是，這種適用于本發(fā)明范圍的等離子體是電弧等離子體。更具體而言，這種 適用于本發(fā)明范圍的等離子體是吹弧等離子體(blown arc plasma)。適用于本發(fā)明范圍的溶液S2是其中浸沒本發(fā)明方法中所用等離子體的溶液。首先，浸沒這種等離子體的溶液S2確保了裝置(B卩，反應器)的冷卻，而不必需要冷 卻反應器壁的附加組件。這種溶液S2也在發(fā)射氣體的處理中起到一定作用，因為其確保了 粉塵(dust)的冷卻、去除和所產生氣體的中和以及揮發(fā)性產物的冷凝。溶液S2因此起到了 冷卻器、過濾器和洗漆塔(washing column)的作用。溶液S2是水溶液或鹽溶液(saline solution)，有利地是水。溶液S2可以進一 步含有至少一種添加劑確保殘余有機物質的銷毀。這種添加劑是確保殘余有機物質的 廣泛降解的催化劑。這些催化劑，例如，可以活化等離子體輻射活化的芬頓反應(Fenton reactions)。這些可以是確保等離子體照射之下產生自由基的芬頓試劑。另外，溶液S2的 pH可以維持至接近中性的值。在本發(fā)明中，短語“溶液S2”，“液體溶液S2”和“反應器溶液” 是等同的且可以互換使用。溶液S2不僅與溶液S1分開而且也并不對應于來自尤其是液體廢物的處理的液體 溶液如溶液S1或這種處理所得的液體溶液，諸如含有可能源自液體廢物初步處理的部分處 理后的廢物的溶液，來自廢物處理的熔融浴(molten bath)，這種熔融浴的金屬層或來自這 種熔融浴的爐渣層。以上溶液S2的限定顯然應當理解為是在后者應用的時刻，即當等離子 體浸沒其中時且在注入溶液S1之前的時刻。根據本發(fā)明的方法有利地包括以下的連續(xù)步驟a)生成如先前限定的等離子體；b)將步驟(a)中生成的所述等離子體浸沒于如先前限定的溶液S2中；c)將如先前限定的溶液S1引入所述由此浸沒的等離子體中。步驟(a)、(b)和(C)連續(xù)實施。根據本發(fā)明的方法的步驟(a)由以下構成由等離子體焰炬生成等離子體且尤其 是吹弧等離子體。有利的是，在由電極構成的等離子體焰炬處產生電性放電，而等離子體氣 體穿過這些產生等離子體的電極之間。這種可以使用的等離子體氣體可以是任何本領域內技術人員所熟知的氣體。它可 以根據所使用的等離子體焰炬技術而不同。在本發(fā)明的范圍內，等離子體氣體包括等離子 體反應活性所需的氧化氣體和/或保護焰炬陰極(cathode)所需的中性氣體。在第一個替換方式中，這種等離子體氣體僅僅包括氧化氣體(oxidizing gas)。這 個替換方式采用的焰炬并不需要任何中性保護氣體。氧化氣體由此可以選自由氧、空氣、二氧化碳及其混合物組成的組。氧化氣體有利地為氧。在第二個替換方式中，等離子體氣體包括如先前限定的氧化氣體和中性氣體。中 性氣體尤其選自由氬、氦、氮及其混合物組成的組。有利的是，所獲得的等離子體選自由氬 /氧等離子體、氦/氧等離子體和氮/氧等離子體組成的組。在第三個替換方式中，顯著對應于本方法步驟(c)期間尋求非氧化氣化時的情況， 這種等離子體僅僅采用如先前限定的中性氣體操作，尤其是采用氬氣而不需要加入氧。如 果需要氧化作用銷毀溶液&中所含的有機組分時，則可以增加氧流(氧氣流)，而產生中性 氣體/氧等離子體。在第四個替換方式中，這種等離子體氣體是向等離子體焰炬再循環(huán)的排放氣體。 這種氣體有利地包括化合物co2/o2/氬。在這個替換方式中，可以設想通常在冷卻銅中采 用陽極和陰極的焰炬技術。根據所選的操作模式，可以設想(使用)其它金屬如鎢。因此，在 該第四個替換方式中，所施加的等離子體將該工藝排放的所有或部分氣體作為等離子體氣 體而進行再循環(huán)。根據本發(fā)明的方法的步驟(b)由以下構成用溶液&填充步驟(a)期間其中產生 等離子體的反應器。在反應器填充期間，后者并不完全填充溶液S2。步驟(b)期間，溶液S2所具有的溫度為2(T60°C，而尤其是30°C ±5°C附近的受控 溫度。因此，有利的是步驟(a)之后反應器的相對高溫降低至溶液(S2)的溫度。因此，在本 發(fā)明中有可能稱之為“冷反應器”。一旦引發(fā)等離子體，則反應器就不得不快速填充才能避免系統(tǒng)加熱(發(fā)熱、升溫， heating)。根據本發(fā)明的方法的步驟(c)由以下構成使溶液Si與等離子體的核心接觸而使 如先前限定的處理瞬間發(fā)生?？商鎿Q地，溶液Si可以經由設置于等離子體焰炬之中的通道引入或注入至等離子 體中而尤其是等離子體核心中。另外，溶液Si可以經由盡可能靠近等離子體的外部裝置引入或注入到等離子體而 尤其是等離子體核心中。無論采用哪種替換方式，溶液Si的引入速率將取決于所用的等離子體的功率和溶 液3:的性質。根據這種情況，可以獲得每小時幾十升。步驟(c)期間溶液Si的引入可以通過引入和不引入溶液的時刻交替而連續(xù)或按序 完成。根據本發(fā)明的方法的步驟(c)可以持續(xù)幾分鐘至幾小時或甚至幾天。因此，根據 本發(fā)明的方法的步驟(c)可以每天實施持續(xù)24小時而與等離子體焰炬的壽命一致。正如前面的解釋，溶液Si組分的氣化、燃燒和/或氧化的反應在溶液Si —旦接觸 等離子體時就在等離子體中瞬間發(fā)生。根據本發(fā)明的方法的步驟(c)期間，解離的(dissociated)氣體一旦逸出等離子 體就不得不迅速中和而顯著淬滅(驟冷，quench)，從而避免形成有毒的復雜分子如呋喃或 二噁英。正是溶液&確保了這些功能。而且，來自氣化、燃燒和/或氧化反應的粉塵和揮 發(fā)性化合物通過溶液S2的方式而分別被除去和冷凝。根據本發(fā)明的方法包括由過濾、冷卻和/或中和所述溶液S2構成的額外步驟。值得強調的是，根據本發(fā)明的方法步驟(c)期間等離子體焰炬的操作和其間的反應可能導致 位于反應器中的溶液S2加熱。另外，為了降低飽和蒸氣壓，根據本發(fā)明的方法可以包括由冷卻溶液&構成的額 外步驟。這種額外步驟可以發(fā)生于該方法步驟(c)期間或之后。有利的是，溶液S2的冷卻 同時實施于本發(fā)明方法的步驟(c)中。任何能夠降低液體溫度的系統(tǒng)都可以用于這種冷卻步驟。有利的是，這個步驟采 用涉及交換器(換熱器，exchanger)或空氣冷卻器的平行處理環(huán)路。確保源自處理和源自溶液Si銷毀的礦物質顆粒被阻斷的過濾器有利地放置于這 個環(huán)路上，處于冷卻溶液S2所用的換熱器上游。最后，當根據本發(fā)明的處理方法完成之時，反應器吹洗溶液S2由此使等離子體在 較短的持續(xù)期內顯露出來，這段持續(xù)期是確保焰炬頂上部分的干燥從而避免溶液S2滲透進 入其噴嘴中所需要的。這個浸沒時間產生反應器的正常加熱。等離子體顯現的這段持續(xù)時 間應該要短，但卻足以確保焰炬頂上部分的干燥。這可以為10秒飛分鐘。一旦焰炬熄滅，不得不維持等離子體氣體的供給，從而確保焰炬的全部(total)干 燥。這種供給可維持超過lOmin的持續(xù)時間。本發(fā)明也涉及可以適用于根據本發(fā)明的方法范圍內的裝置。這種裝置包括-反應器；-等離子體焰炬且尤其是吹弧等離子體焰炬；-能夠將如前所限定的溶液S2引入所述反應器中的第一裝置；-能夠將如前所限定的溶液Si引入由所述等離子體焰炬生成的所述等離子體中的 第二裝置，所述第二裝置不同于上述第一裝置；和_能夠將至少一種如前所限定的等離子體氣體供給所述等離子體焰炬的裝置。根據本發(fā)明的裝置的反應器可以是任何形狀和任何體積。正如先前的解釋，溶液 S2確保了反應器的冷卻，后者因此不必需要由能夠耐受非常高溫的材料制成，因為其是冷 的。有利的是，其是不銹鋼(材質)。任何等離子體焰炬且尤其是任何吹弧等離子體焰炬可能都適用于本發(fā)明的范圍。 適用于本發(fā)明范圍的等離子體焰炬的功率和強度將根據要處理的溶液Si和注入的流速進 行選擇。另外，根據本發(fā)明的裝置進一步包括能夠施加提供于等離子體焰炬而更具體而言 是構成所述等離子體焰炬的電極的電流或電勢(電壓)的裝置。這些能夠將溶液S2引入反應器、能夠將溶液Si引入(或注入)所發(fā)生的等離子體 中、和能夠將等離子體氣體和可選的第二氣體供給等離子體焰炬的裝置，可以是任何藉此 可將液體或氣體流體引入隔間(compartment)的裝置。在這些裝置中，可以提及的是液體 供給泵、氣體供給泵和通過靜水壓供給液體的裝置。這些裝置通過柔軟材料或剛性材料的管道連接至反應器和/或等離子體焰炬。能夠將溶液Si引入(或注入)由所述等離子體焰炬發(fā)生的等離子體的裝置，可能涉 及設計放置于等離子體焰炬端部的部件之內的通道。構成反應器附加組件而通過任何合適的裝置(手段，means)連接至后者的這個部 件(部分，part)有利地位于等離子體焰炬陽極的延長部分(extension),以便形成具有鞘或 噴嘴形狀的額外的燃燒區(qū)。這個部件的壁可以是通過內部水循環(huán)冷卻的金屬。這種金屬可以選擇為不銹的。對于這個部件，有可能延長氣體的停留時間和保護燃燒不受溶液S2過快 淬滅。有利的是，能夠將溶液Si引入(或注入)該部件所具有的等離子體中的通道，也能夠 引入氧化氣體?？商鎿Q地，這個部件可以具有兩種獨特類型的通道，其中之一能夠傳送氧化 氣體而另一則能夠引入溶液Si。與能夠將溶液Si引入(或注入)由所述等離子體焰炬發(fā)生的等離子體中的裝置相 關的另一替換方式，可以采用盡可能緊靠等離子體設置的外部裝置。這可以是將溶液Si射 流發(fā)射到等離子體內部的噴嘴。最后，能夠將至少一種等離子體氣體和可選的至少一種第二氣體供給等離子體焰 炬的裝置可能涉及向等離子體焰炬陽極和陰極之間敞開的通道和/或設置于陽極和/或陰 極中的通道。當根據本發(fā)明的裝置運行時，氣化、燃燒和/或氧化之后產生的氣體在溶液S2中 鼓泡，在溶液S2中發(fā)生淬滅而純化其粉塵和可中和的化學物質如HC1、S02、S03、N02、N03和 p205。在排放出裝置而尤其是排放進入外部介質之前，它們有利地進入冷凝器而隨后可選地 進入過濾器。因此，根據本發(fā)明的裝置可以包含冷凝器和可選的空氣過濾器。有利的是，冷凝器 和可選的過濾器安裝于反應器的上部。這種可以適用于本發(fā)明范圍的也具有液滴捕集器(droplet catcher)作用的冷凝 器，有利地是具有獨立流體的冷凝器，其中不同于燃燒氣體而尤其是冷卻裝置的冷卻劑流 體的流體維持溫度低于進入燃燒室的氣體溫度。這種可以適用于本發(fā)明范圍的冷凝器可以 是管式換熱器或蒸發(fā)器類型的冷凝器。任何類型的空氣過濾器都可以用于本發(fā)明范圍內的冷凝器的出口處。然而，為了 確保高效過濾，可以使用活性碳過濾器類型、玻璃微纖維過濾器類型或聚四氟乙烯過濾器 類型的過濾器。作為實例，可以提及的有板式過濾器Megalam 或空氣過濾器Micrcmin 。等離子體焰炬的運行以及溶液Si組分的氣化、燃燒和/或氧化，會導致溶液S2發(fā) 熱。因此，為了降低飽和蒸氣壓，根據本發(fā)明的裝置可以包含能夠確保溶液&冷卻的系統(tǒng)。 另外，根據本發(fā)明的裝置可以進一步包含能夠確保溶液S2過濾的系統(tǒng)。因此，根據本發(fā)明的裝置有利地包含提供于過濾器上游的交換器。這種可以適用 于本發(fā)明范圍的交換器是其中溶液s2與另一種液體或氣體流交換而維持溶液s2溫度處于 限制反應器表面蒸氣壓的水平的雙流式換熱器。這種換熱器可以是具有U型管的交換器、 具有水平或垂直管式歧管的交換器、螺旋交換器(spiral exchanger)或板式交換器。過濾器有利地設置于交換器的上游而回收燃燒粉塵和任何溶液Si中存在的礦物 質沉淀而成的固體。適用于本發(fā)明裝置的范圍的過濾器包含至少一種有利的納米過濾、微濾或超濾類 型的膜。這些膜通過小于粉塵和固體平均粒徑，通常是達幾十納米的一微米量級的孔徑限定。在處理期間，溶液S2根據情況可以是酸性或堿性的。而且根據本發(fā)明的裝置可以 進一步包含能夠監(jiān)控和調節(jié)溶液S2的pH的裝置。這些裝置可以包括設置于反應器中或反應器外部但連接于后者的電路(circuit) 中而測定pH的電極。pH值的測定可以連續(xù)或間歇式地進行。測定pH值的電極直接或間接地連接于能夠向溶液S2中加酸或堿的裝置?？傊?，本發(fā)明的優(yōu)點很多，且源自于該裝置的能力，尤其是同時確保若干單元操作 的反應器的能力，這些優(yōu)點有-銷毀注入到在與待處理溶液分開的溶液即溶液&中燃燒的等離子體核心中的待 處理溶液即溶液Si，-溶液S2 中氣體的準瞬時淬滅(quasi-instantaneous quenching),-揮發(fā)性物質的準瞬時冷凝，-通過沖洗效應從氣體中去除粉塵，-在鼓泡期間中和氣體。這種功能的累積確保了用于處理氣體的系統(tǒng)的非常顯著的簡化，因為_冷卻系統(tǒng)不再是強制性的；-氣體中可冷凝化合物的存在受到抑制，如保留于溶液&中的固體和沉淀。因此， 過濾可能限于其中廢物排放標準執(zhí)行至極端情況下的非常高效的過濾器；-沖洗氣體的系統(tǒng)不再是必要的。由此獲得極端簡化而緊湊的系統(tǒng)，其中在冷凝器之前存在一個反應器。在過濾器 之前，增加一個交換器，與反應器平行而確保處理溶液即溶液S2的溫度得以維持。最后一個優(yōu)點是維持系統(tǒng)處于低溫，這使之能夠良好控制腐蝕和限制與反應器材 料的大量選擇相關的成本，這是從資金上更加可承受的。例如，可以采用具有冷卻雙壁的不 銹鋼構建反應器。處理工藝期間的非強制性冷卻，在這種情況下確保了開始和停止階段期間的安全 性功能，并且在反應器的隨機吹洗的情況下也是如此。可能發(fā)生沉積的物質，直接進入溶液 s2中而截留于與交換器串聯設置的過濾器中。一旦參照附圖而閱讀了此后作為舉例說明并非作為限制所提供的實施例，對于本 領域內的技術人員而言，本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將會進一步顯而易見。


圖1是根據本發(fā)明用于處理液體廢物的裝置的一般示意圖。圖2是可以應用于根據本發(fā)明處理液體廢物的裝置中的吹弧等離子體焰炬的更 詳細圖示。
具體實施例方式I.裝置圖1舉例說明了以下提供的描述內容。本發(fā)明基于浸沒于填充水(2)而體積為50L 的圓柱形反應器中的吹弧等離子體(1)的使用。待處理的液體產物(3)如含磷的烴的混合 物通過設置于用氧工作的焰炬中的通道系統(tǒng)而被引入等離子體中。一旦處于等離子體中， 液體在氧存在下瞬間被升到2000°C量級的非常高的溫度，產生的后果是有機物質的完全銷 毀(破壞)。圖2舉例說明了所用的等離子體焰炬。這是傳統(tǒng)的等離子體焰炬，其中鎢耐火陰 極(10)，錐形，由氬氣流(12)保護，朝著陽極(11)產生電弧。陽極(11)以長度10cm而直徑10mm的鞘形式出現。這種電弧通過II氣(12)和氧(13)氣流吹動(blown)。在當尋求非 氧化性氣化時(例如，為了確保C0/H2型合成氣生產)的情況下，等離子體僅僅采用氬氣操 作而并不需要加入氧。如果需要氧化作用破壞有機組分時，則加入氧流(13)而產生氬/氧 等離子體(14)。待處理的液體以lL/h的速率經由設置于安裝在等離子體焰炬尖端處部件 (part)中的通道(16)而注入。這個部件可以包括可選地利用加氧(17)而供給的附加燃燒 區(qū)域(15)而確保這些氣體完全燃燒，燃燒可以通過反應器溶液中過快淬滅(驟冷)而阻斷。 這個燃燒區(qū)域是通過內部水循環(huán)冷卻的噴嘴，其壁是銅質的而其體積為0. 02L量級。來自燃燒的氣體在其發(fā)生瞬間淬滅的反應器溶液中鼓泡。在鼓泡期間，這些氣體 凈化了其粉塵和可中和的化學物種如HC1、S02、S03、N02、N03和P205。隨后它們通過也用作 液滴捕集器的冷凝器(4)而且其隨后向外部排放。根據所需的凈化水平，這些氣體可以進行非常高效的過濾(7)而防止顆粒的任何 排出。這個過濾器是可選的。然而，在處理放射活性廢物期間其可能變得尤為必要。冷凝器(4)構成反應器的上部。它提供有一個或幾個浸沒于確保氣體正確混合和 水滴聚結的填充物(packing)中的冷卻盤管。等離子體焰炬的操作以及有機物質的燃燒都導致位于反應器中的水被加熱。為了 降低飽和蒸氣壓，水通過交換器(6)在回路中冷卻。其溫度維持于限制反應器表面蒸氣壓 的水平。冷卻回路提供于具有確保固體從待處理的流出物中所存在的礦物質沉淀中回收的 過濾器(5)的換熱器(6)上游。這個過濾-冷卻回路在反應器下部排出溶液而將其重新引 入到其上部中。在處理期間，反應器的溶液可以根據情況為酸性或堿性。pH值(8)的在線監(jiān)控使 之能夠根據情況通過加入酸或堿(8)而連續(xù)調節(jié)這個測量。II.操作和件能反應器在無負載下啟動。一旦等離子體焰炬引發(fā)，反應器就填充水，這導致溫度瞬 間回落至室溫。含磷的烴混合物隨后通過設置于等離子體焰炬中的通道或通過非常靠近等 離子體的外部裝置引入到等離子體中。這個處理在平行處理回路中被過濾和冷卻的溶液中 連續(xù)完成。在處理結束時，反應器進行其溶液的吹洗而由此讓等離子體出現約1分鐘，該時 間是確保焰炬頂上部件干燥而避免水滲透進入其噴嘴所需要的。這個浸沒時間產生了將反 應器加熱至約100°c的正常加熱。所實施的測試采用在整個實驗期間內遞送200A的穩(wěn)定強度和接近220V的穩(wěn)定電 壓的45kW焰炬完成。以lL/h處理含磷的烴混合物，提供了在分析所收集的溶液之后計算磷完全溶解 的99. 98%銷毀效率(destruction efficiency)的可能性。在所提及的情況下，回收的溶 液是磷酸溶液，其可以很容易地使用確保磷酸鈉沉淀的堿中和。99. 98%的銷毀效率可通過提高燃燒噴嘴的體積從而延長氣體的停留時間，和通過 向溶液S2中加入確保等離子體輻射影響之下殘余有機物質連續(xù)降解的催化劑而得以提高。 可以設想芬頓型的反應。參考文獻[1]專利申請 EP 469737 (Tioxide Group Services Limited) “Destructionprocess”, 于1992年2月5日公開。[2]Alekseev N. V. , Samokhin A. V. , Bel ivtsev A. N. 和 ZhavoronkovaV. I. , (2000) “Thermal-Plasma Jet Oxidation of Phenol in Aqueous Solutions”, HighEnergy Chemistry, Vol.34, No. 6, pp. 389-3930[3]Fortin L. , Soucy G. , Kasireddy V. , Bernier J. -L. , Boulos M. I (1999) “TheUse of Thermal Plasma for Wastewater Treatment”, 第14次等離子體化學國際研討會(14th International Symposium on Plasma Chemistry) -ISPC' 14,布拉格(捷克),pp. 2387-23920[4]國際申請wo 97/22556 (Alcan International Limited) “Thermal PlasmaReactorand Wastewater Treatment Method”,1997年6月26日。
權利要求
1.一種用于處理表不為溶液Si的液體溶液的方法,包括將所述溶液Si注入浸沒于表 示為溶液S2的第二液體溶液中的等離子體中的步驟，所述溶液S2與所述溶液Si分開。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液Si是含有結合于或未結合于礦 物質的有機物質的溶液，所述溶液可以可選地選自由來自廢水凈化廠或來自廢水凈化廠的 淤漿、來自廢水、來自廢油、來自家庭液體流出物、來自醫(yī)療或醫(yī)院液體流出物、來自工業(yè)液 體流出物和來自核電廠的液體流出物的溶液所構成的組。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述等離子體是吹弧等離子體。
4.根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述溶液S2是水溶液或鹽溶 液，且有利地是水。
5.根據前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述溶液S2含有至少一種確保 殘余有機物質的銷毀的添加劑。
6.根據前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，其包括以下的連續(xù)步驟a)生成如權利要求1或3中限定的等離子體；b)將步驟(a)中生成的所述等離子體浸沒于如權利要求1、4或5中限定的溶液S2中；c)將如權利要求1或2中限定的所述溶液Si引入由此浸沒的等離子體中。
7.根據前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述等離子體選自由氬等離子 體、氦等離子體、氮等離子體或它們的混合物之一的等離子體所構成的組。
8.根據權利要求1至6任一項所述的方法，其特征在于，所述等離子體選自由氬/氧等 離子體、氦/氧等離子體和氮/氧等離子體所構成的組。
9.根據權利要求1至6任一項所述的方法，其特征在于，所述等離子體將所有或部分由 所述方法排放的氣體作為等離子體氣體進行再循環(huán)。
10.根據前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括過濾、冷卻和/ 或中和所述溶液S2的額外步驟。
11.一種裝置，可應用于根據前述權利要求中任一項所述的方法的范圍內，包括-反應器；-等離子體焰炬，且尤其是吹弧等離子體焰炬；-能夠將如權利要求1、4或5中限定的所述溶液S2引入所述反應器中的第一裝置； -能夠將如權利要求1或2中限定的所述溶液Si引入由所述等離子體焰炬生成的等離 子體中的第二裝置，所述第二裝置不同于所述第一裝置；以及-能夠向所述等離子體焰炬供給至少一種等離子體氣體和可選地至少一種第二氣體的>J-U裝直。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，其包含冷凝器和可選的空氣過濾器。
13.根據權利要求11或12所述的裝置，其特征在于，其包含能夠確保所述溶液S2冷卻 的系統(tǒng)。
14.根據權利要求11至13任一項所述的裝置，其特征在于，其包含能夠確保所述溶液 S2過濾的系統(tǒng)。
15.根據權利要求11至14任一項所述的裝置，其特征在于，其包含能夠監(jiān)控和調節(jié)所 述溶液S2的pH的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理液體溶液S1的方法，包括將所述液體溶液S1注入浸沒于第二液體溶液S2的等離子體中的步驟，第二液體溶液S2與所述液體溶液S1分開。本發(fā)明還涉及能夠施用于這種方法的背景中的裝置。
文檔編號F23G5/08GK102667341SQ201080054043
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權日2009年11月30日
發(fā)明者克里斯托弗·拉豐, 尼古拉斯·布德索凱, 弗洛朗·萊蒙特, 讓-瑪麗·巴羅尼 申請人:法國原子能及替代能源委員會