过甲酸生产系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于生产过甲酸的系统和用于生产过甲酸的方法。所述系统可包括两个或更多个反应器单元、两个或更多个从属可编程逻辑控制器、控制面板和主可编程逻辑控制器。所述系统可以在发生破坏性事件时和/或之后修改所述两个或更多个反应器单元中的至少一个中的过甲酸生产，以便维持所需的过甲酸生产水平和/或所需的消毒水平。和/或所需的消毒水平。和/或所需的消毒水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】过甲酸生产系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月9日提交的美国临时申请第62/987,186号的优先权，其通过引用的方式并入本文。


[0003]本公开总体涉及过甲酸生产系统和用于生产过甲酸的方法，并且具体地涉及具有两个或更多个反应器单元的过甲酸生产系统，反应器单元被配置为在发生破坏性事件时和/或之后维持所需的过甲酸生产水平。

技术介绍

[0004]过甲酸通常用于对水或水溶液进行消毒。例如，过甲酸可用于处理排泄水、园艺用水或需要处理的任何水。过甲酸对于有害微生物(如真菌、病毒、细菌、酵母和藻类)来说是一种有效消毒剂，并降解为无害副产物，包括二氧化碳、氧气和水。
[0005]现有的过甲酸生产系统通常在反应器中结合酸和过氧化氢来生产过甲酸。在其中在盘管式反应器中生产过甲酸的生产系统中，在生产任何过甲酸之前，需要至少10分钟，通常为至少20分钟的快速启动时间。因此，计划内的停机时间(如用于维护)或由于例如反应器故障导致的计划外的停机时间可能会在停机时间的整个持续时间和/或切换至第二反应器所必需的快速启动时间期间中断过甲酸的生产。因此，无论是计划内还是计划外，此类情况都可能会导致一定时间段的零过甲酸生产或减少的过甲酸生产。其中多个冗余设备组合在一起的系统也可能会增加复杂性，并且通常需要多个前体源和多个产物出口。
[0006]过甲酸生产通常涉及将一种或多种酸(如甲酸)与过氧化氢以特定、恒定的比例混合以生产过甲酸。至少部分地由于其易于生产和无害副产物，过甲酸可以用于处理水和水溶液。然而，由于其不稳定性，过甲酸通常是在有需要时在现场生产。
[0007]过甲酸的高通量应用包含市政供水处理、工厂化养殖用水处理等。在一些情况下，需要连续且不间断的水处理，如在暴风雨期间及之后、在吸引大量人群的事件期间及之后或在其中整体流量改变或未改变的情况下水中微生物浓度升高的时间段内处理市政供水。在一些情况下，需要不同量的过甲酸，如大雨之后不久需要更大量的过甲酸，在水位降低后或干旱期间需要减少量的过甲酸，或者响应于废水中水分的自然波动而变化的量。增加负责生产过甲酸的设备的数量可能会满足高通量应用的需求，但是每个设备的单独故障率仍会导致存在一定时间段的零过甲酸生产的概率，更不必说添加额外设备的成本增加。
[0008]因此，具有在破坏性事件发生时维持所需的过甲酸生产水平的能力和/或具有在相对较短的时间段内动态改变过甲酸流量和/或浓度以对生产需求做出反应的能力的过甲酸生产系统将是有益的。
附图说明
[0009]详细描述参照附图进行阐述。使用相同的附图标记可以表示相似或相同的项目。
各种实施例可以利用除了附图中示出的元件和/或部件之外的元件和/或部件，并且在各个实施例中可以不存在一些元件和/或部件。附图中的元件和/或部件不一定按比例绘制。在整个公开中，取决于上下文，单数和复数术语可以互换使用。
[0010]图1是根据本公开的过甲酸生产系统的实施例的示意图。
[0011]图2是根据本公开的过甲酸生产系统的实施例的示意图。
[0012]图3是根据本公开的反应器单元的实施例的示意图。
[0013]图4是根据本公开的反应器单元的实施例的示意图。
具体实施方式
[0014]本文提供了过甲酸生产系统和生产过甲酸的方法，包含可有利地降低或消除反应器故障或停机时间对过甲酸生产的影响、提高系统的可靠性、提高系统对变化的生产需求做出反应的能力、降低其中结合多个生产构件的系统的复杂性或其组合的过甲酸生产系统和生产方法。本公开包括过甲酸生产系统的非限制性实施例。本文中详细描述这些实施例以使本领域普通技术人员能够实践所述过甲酸生产系统和生产过甲酸的方法，尽管应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行逻辑改变。
[0015]在整个本公开中，各个方面以范围格式呈现。应当理解的是，采用范围格式的描述仅为了方便和简洁起见，并且不应当解释为是对本公开的范围的硬性限制。因此，对范围的描述应被视为已经具体公开了所有可能的子范围以及所述范围内的单独数值。例如，对范围的描述，如1至6应被认为具有具体公开的子范围，如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。无论范围的宽度为多少，这都适用。
[0016]任何已知的制造过甲酸的方法都可以用于本文的系统和方法中。例如，过甲酸可以任选地在催化剂的存在下，通过混合70
‑
80wt％的甲酸和30
‑
50wt％的过氧化氢来生产。催化剂可以与甲酸结合以形成液体，该液体含有例如70
‑
80wt％的甲酸和5
‑
15wt％的催化剂，其余为水。合适的催化剂可包括硫酸、硝酸、氢氟酸、磷酸、其盐或其组合。在均衡的状态下，可以产生含有过甲酸、未反应的甲酸、未反应的过氧化氢和水的过甲酸混合物。基于过甲酸混合物的重量，过甲酸混合物中过甲酸的浓度可为，例如，10重量％至16重量％、12重量％至16重量％、7重量％至12重量％或其它浓度，这取决于所用的过氧化氢的浓度。
[0017]过甲酸生产系统已经被生产为具有多个反应器单元，反应器单元可由单独的可编程逻辑控制器控制，可编程逻辑控制器本身可由主可编程逻辑控制器控制。通过用控制系统接合不同的反应器单元，系统的实施例可以动态地对破坏性事件做出反应，例如，通过降低一个反应器单元负责的生产水平并且同时提高一个或多个其它反应器单元负责的水平，从而维持所需的过甲酸生产水平，而无需任何维修停机时间或将责任从一个设备转移到下一个所需的停机时间。
[0018]如本文所用，“破坏性事件”是指中断系统的稳定运行的情况。如本文所用，系统的“稳定运行”是指系统的平均负荷，即待处理水的平均流量、微生物的平均浓度和/或活性反应器和活性反应器盘管的平均数量。在一些情况下，由于暴雨或大量人群聚集导致的待处理水的增加的流量可能会因为需要增加的过甲酸流量而中断系统的稳定运行。在一些情况下，在待处理水的流量增加或不增加的情况下，微生物浓度的升高可能会因为需要增加的过甲酸流量或增加的过甲酸浓度或两者而中断系统的稳定运行。在一些情况下，任何单个
反应器单元的全部或部分的计划内或计划外停机时间可能会因为需要另一个反应器单元来提高过甲酸生产而中断系统的稳定运行。在系统中触发响应，即触发系统生产更多或更少过甲酸和/或更高或更低浓度的过甲酸的任何事件为“破坏性事件”。
[0019]系统的实施例包括反应器单元，每个反应器单元具有一个或多个盘管，盘管通过用于调整温度的构件保持在等温状态。前体可从一端进入盘管，并在它们穿过盘管时发生反应以在离开盘管的另一端之前产生过甲酸。系统的实施例允许选择(i)盘管体积、(ii)盘管长度、(iii)盘管直径、(iv)前体的流量或(v)其组合以确定前体在盘管中的停留时间，以及由此产生的过甲酸的浓度。
[0020]用于过甲酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产过甲酸的系统，所述系统包括：两个或更多个反应器单元，其中所述两个或更多个反应器单元中的至少一个反应器单元包括水浴和布置在所述水浴中的一个或多个盘管；两个或更多个从属可编程逻辑控制器(sPLC)，其中所述两个或更多个sPLC中的每个与所述两个或更多个反应器单元中的不同反应器单元通信；控制面板，所述控制面板包括与所述两个或更多个sPLC通信的主可编程逻辑控制器(mPLC)；以及具有用户界面的自动化单元，其中所述自动化单元与所述mPLC通信；其中(i)所述mPLC、(ii)所述两个或更多个sPLC中的至少一个、(iii)所述两个或更多个反应器单元中的至少一个或(iv)其组合被配置为在发生破坏性事件时和/或之后维持所需的过甲酸生产水平。2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述mPLC被配置为从所述自动化单元接收包括所述所需的过甲酸生产水平的第一指令，所述mPLC被配置为从所述两个或更多个sPLC中的每个接收所述两个或更多个反应器单元的状态，所述mPLC被配置为在发生所述破坏性事件时和/或之后，基于所述所需的过甲酸生产水平和所述两个或更多个反应器单元的所述状态向所述两个或更多sPLC中的每个发送第二指令，所述第二指令包括所述所需的过甲酸生产水平的经修改部分，并且所述sPLC被配置为基于所述第二指令修改由所述两个或更多个反应器单元中的至少一个生产的过甲酸的量，使得所述两个或更多个反应器单元的组合的过甲酸生产等于所述所需的过甲酸生产水平。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个反应器单元中的至少一个包括两个盘管和至少一个盘管阀，其中第一盘管具有被配置为生产第一浓度的过甲酸的第一体积，其中第二盘管具有被配置为生产第二浓度的过甲酸的第二体积，其中所述第二浓度大于所述第一浓度，其中所述第二体积不同于所述第一体积，并且其中所述至少一个盘管阀被配置为将前体的供应从所述第一盘管切换到所述第二盘管，或反之亦然。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个反应器单元中的至少一个进一步包括多个盘管和多个盘管阀，其中所述多个盘管中的每个盘管具有盘管体积，其中每个盘管体积大于、等于或小于每个其它盘管体积，其中每个盘管体积被配置为生产一定浓度的过甲酸，并且其中所述多个盘管阀中的每个盘管阀被配置为将前体的供应从所述多个盘管中的一个切换到所述多个盘管中的另一个。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个反应器单元中的每个进一步包括(i)搅拌元件、(ii)加热元件、(iii)冷却元件、(iv)水缓冲罐或(v)其组合。
6.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括：被配置为向所述两个或更多个反应器单元中的每个供应过氧化氢的第一源；以及被配置为向所述两个或更多个反应器单元中的每个供应一种或多种酸的第二源。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述一种或多种酸包括甲酸和催化剂。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述催化剂包括硫酸、硝酸、氢氟酸、磷酸、其盐或其组合。9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述两个或更多个反应器单元中的至少一个进一步包括：被配置为储存由所述第一源供应的过氧化氢的第一缓冲罐，被配置为储存由所述第二源供应的所述一种或多种酸的第二缓冲罐。10.根据权利要求6所述的系统，所述系统进一步包括：与所述两个或更多个sPLC通信的两个或更多个过氧化氢泵，其中所述两个或更多个过氧化氢泵中的每个被配置为控制所述第一源的所述过氧化氢到所述两个或更多个反应器单元中的至少一个的流量；以及与所述两个或更多个sPLC通信的两个或更多个酸泵，其中所述酸泵中的每个被配置为控制所述第二源的所述一种或多种酸到所述两个或更多个反应器单元中的至少一个的流量。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述两个或更多个sPLC中的每个被配置为响应于来自所述mPLC的所述第二指令，向所述两个或更多个过氧化氢泵中的至少一个和所述两个或更多个酸泵中的至少一个发送第三指令，其中所述第三指令包括经修改流量。12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制面板进一步包括与所述mPLC和所述自动化单元通信的通信耦合器，所述通信耦合器被配置为采用通信协议。13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制面板进一步包括：与所述mPLC通信的调制解调器；以及与所述调制解调器通信的基于云的软件平台，其中所述基于云的软件平台被配置为在服务需要时促进(i)质量控制、(ii)所述两个或更多个反应器单元的维护或(iii)其组合。14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括被配置为在发生所述破坏性事件之前生产零过甲酸的至少一个反应器单元。15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括至少一个反应器单元，所述至少一个反应器单元被配置为(i)在发生所述破坏性事件之前生产标称水平的过甲酸，并且(ii)在发生所述破坏性事件时和/或之后生产非标称水平的过甲酸而无需快速启动时间段。16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个反应器单元中的每个被配置为在发生所述破坏性事件之前贡献所述所需的过甲酸生产水平的一部分。17.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括与(i)所述控制面板、(ii)所述两个或更多个反应器单元、(iii)所述两个或更多个sPLC或(iv)其组合通信的一个或多个不间断电源(UPS)。18.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括被配置为接受来自所述两个或更多个反应器单元中的每个的包含过甲酸的产物的产物出口。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述破坏性事件包括(i)所述两个或更多个反应器单元中的至少一个的计划外故障，(ii)计划内的维护时间段，(iii)增加过甲酸流量的需求，(iv)增加过甲酸浓度的需求，(v)降低过甲酸流量的需求，(vi)降低过甲酸浓度的需求或(vii)其组合。20.一种用于生产过甲酸的方法，所述方法包括：提供根据权利要求1所述的系统；从自动化单元向主可编程逻辑控制器(mPLC)发送第一指令；向两个或更多个反应器单元中的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：凯米拉公司，
类型：发明
国别省市：