Способ очистки загрязненных водных растворов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Блескин Олег Игоревич Марачук Леонид Иванович Павлович Юрий Олегович Сиротин Андрей Вячеславович Сурус Леонид Иванович Юрша Иосиф Антонович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) Способ очистки загрязненного водного раствора от органических и неорганических веществ, способных окисляться в водной среде до СО 2, Н 2 О и/или 2, заключающийся в том, что загрязненный водный раствор обрабатывают кислородсодержащим газом при температуре 90-140 С в присутствии гетерогенного катализатора в реакторе непрерывного действия, при этом загрязненный водный раствор пропускают сверху вниз противотоком кислородсодержащему газу при отношении расхода газа, подаваемого в реактор, к расходу загрязненного водного раствора, обеспечивающем удаление с отходящей парогазовой смесью 0,2-60,0 загрязняющих веществ, содержащихся в исходном загрязненном водном растворе. Изобретение относится к физической химии, а именно к способам очистки загрязненных водных растворов от органических и неорганических веществ, способных окисляться в водной среде до СО 2, Н 2 О и 2. Изобретение может найти применение в отраслях промышленности, связанных с процессами очистки сточных вод и водных технологических растворов, в частности конденсатов, например, в химической промышленности, производстве минеральных удобрений и др. Известны способы очистки сточных вод и технологических растворов от органических и неорганических примесей путем окисления кислородом или кислородсодержащим газом до СО 2, Н 2 О и 2 на гетерогенных катализаторах. Очистка, как правило, производится при температуре выше 100 С и давлении выше атмосферного в периодическом 1,2 или непрерывном режиме 3. Для достижения глубокой очистки растворов от загрязняющих веществ используют катализаторы на основе оксидов переходных металлов или активированного угля, содержащие от 0,1 до 10 благородного металла (платина, палладий и др.) 3, 4. 9636 1 2007.08.30 Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому изобретению является европейский патент, в соответствии с которым, водные растворы подвергаются очистке в присутствии кислородсодержащего газа при температуре не более 170 С и избыточном давлении до 9 Мпа в присутствии катализатора на основе активированного угля с добавкой благородного металла, преимущественно платины или палладия. Согласно приведенным примерам очистка осуществляется в прямоточном реакторе, заполненным гетерогенным катализатором. Перед подачей в реактор загрязненный раствор смешивается с необходимым количеством воздуха и подогревается до необходимой температуры. Поток загрязненной воды и воздуха подается в верхнюю или нижнюю часть реактора, при этом направление движения потока воды и воздуха всегда совпадает. Недостатком данного способа является низкая производительность по очищаемому раствору, а также низкая эффективность очистки. Так при объемной скорости 0,53.ч-1 эффективность очистки по большинству компонентов не превышала 90964. Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности очистки загрязненных растворов и повышения производительности реактора. Поставленная задача решается следующим образом. Способ очистки загрязненного водного раствора от органических и неорганических веществ, способных окисляться в водной среде до СО 2, Н 2 О и/или 2 заключается в том, что загрязненный водный раствор обрабатывают кислородсодержащим газом при температуре 90-140 С в присутствии гетерогенного катализатора в реакторе непрерывного действия. Согласно изобретению, загрязненный водный раствор пропускают сверху вниз противотоком кислородсодержащему газу при отношении расхода газа, подаваемого в реактор, к расходу загрязненного водного раствора, обеспечивающем удаление с отходящей парогазовой смесью 0,2-60 загрязняющих веществ, содержащихся в исходном загрязненном водном растворе. Проведение процесса очистки в режиме противотока кислородсодержащего газа и загрязненного водного раствора не только обеспечивает протекание каталитической реакции окисления примесей в оптимальном режиме, но и интенсификацию массообмена между раствором и газом таким образом, что происходит перераспределение загрязняющих веществ из нижней части раствора в верхнюю часть, где их концентрация в растворе повышается. С увеличением концентрации загрязняющего вещества увеличивается скорость каталитической реакции его окисления, поэтому эффективность очистки повышается. Одновременно с отдувочными газами удаляются продукты сгорания (СО 2, Н 2 О, 2 и др.) и частично загрязняющие вещества, которые при охлаждении конденсируются с водяными парами или улавливаются водным раствором. Скорость массообмена между жидкой и газовой фазой увеличивается с повышением расхода газа и с уменьшением- разности между температурой насыщения водяного пара при заданных условиях и фактической температурой в реакторе, одновременно увеличивается отдувка не прореагировавших веществ с выходящим из реактора газовым потоком. Количество загрязняющих веществ, ушедших с отдувочными газами, легко оценивается методами инструментального контроля и может служить косвенной характеристикой скорости процесса массообмена. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение скорости каталитической реакции окисления за счет перераспределения концентраций загрязняющих веществ в жидкой фазе внутри слоя катализатора в результате массообмена между жидкостью и газом, следствием чего является повышение эффективности очистки и/или производительности реактора. Исследованиями установлено, что частичная отдувка загрязняющих веществ до содержания загрязнений в отдувочных газах в количестве 0,260 от исходного их количества, поступившего в реактор, обеспечивает достаточную скорость массообменного процесса для эффективной очистки загрязненного раствора. Предлагаемый способ осуществляется для очистки загрязненных водных растворов следующим образом. 2 9636 1 2007.08.30 Пример. Катализатор в количестве от 5 до 50 г загружают в реактор из нержавеющей стали диаметром 20 и высотой 580 мм, пропускают через него сверху вниз загрязненный водный раствор с расходом 501000 мл/ч при температуре 90140 С и заданном давлении. Одновременно в нижнюю часть реактора подают кислородсодержащий газ, например воздух, с расходом 0,525 л/ч таким образом, что потоки воды и газа движутся через слой катализатора навстречу друг другу. Очищенный раствор из нижней части реактора анализируют хроматографическим и аналитическим методами. Выходящий из верхней части реактора газ содержит пары воды и загрязняющие вещества, которые поглощаются дистиллированной водой в охлаждаемом абсорбере. Собранный таким образом конденсат анализируют и по результатам анализа рассчитывают степень отдувки загрязняющих веществ. Результаты примеров, проведенных аналогично вышеописанному примеру, очистки загрязненного метанолом и аммиаком водного раствора по известному и предлагаемому способу приведены в табл. 1. В обоих случаях в реактор было загружено по 30 см 3 (11,4 г) катализатора, содержащего 2,6 палладия на активированном угле марки 0,8 с диаметром частиц 0,8 мм. Концентрация метанола и аммиака в загрязненном растворе составила 35 мг/л по каждому компоненту. Давление в зоне реакции - атмосферное, температура 92 С, объемная скорость раствора 7 ч-1, расход воздуха 2,1 л/ч. В соответствии с известным способом загрязненный раствор подавали в нижнюю часть реактора, поэтому движение раствора происходило в том же направлении, что и воздуха. После охлаждения выходящего из реактора раствора и отделения газовой фазы, газ и раствор анализировали, при этом в газовой фазе не было обнаружено наличия аммиака и метанола, то есть отдувка не происходила. По предлагаемому способу движение воздуха и воды осуществляли противотоком загрязненный раствор подавали в верхнюю часть реактора. Таблица 1 Способ очистки Степень отдувки,Эффективность очистки,метанол аммиак метанол Аммиак Известный 0 0 45 10 Предлагаемый 4 7 59 61 Из табл. 1 видно, что эффективность очистки загрязненной воды по предлагаемому способу существенно выше, чем по известному, что в данном примере особенно заметно при очистке от аммиака. Варианты осуществления предлагаемого способа приведены в табл. 2. Таблица 2 Степень отдувки газом,В т.ч. за Общая эффек- счет реакКислородг тивность содержащий 3 3 ции окислер газ ния 3 3 3 3 13 Воздух 2,5 8 49 66 47 58 13 Воздух 0 0 26 21 26 21 14 Воздух 0 0,2 50 22 50 22 4,0 Воздух 0,7 1,0 87 85 86 84 17 Воздух 8 20 100 95 91 75 40 Воздух 47 63 100 97 52 34 237 0,05225 25 100 100 75 75 остальное 9636 1 2007.08.30 Обозначения С - концентрация компонента в исходном растворе Р - избыточное давление в реакторе- температура в реакторе- объемная скорость раствора г/ - отношение расхода газа, подаваемого в реактор, к расходу раствора. В этой серии опытов очистку осуществляли с использованием катализатора, содержащего 1 палладия на углеродистом материале сибуните. Из табл. 2 видно, что с повышением степени отдувки загрязняющего компонента от 0 до 8 существенно возрастает не только общая эффективность очистки, но и эффективность очистки за счет реакции каталитического окисления. Оптимальной для ведения процесса очистки является степень отдувки 0,2-60 загрязняющих веществ от их количества, содержащегося в исходном очищаемом растворе. При степени отдувки менее 0,2 влияние этого фактора на процесс очистки незначительно. Повышение степени отдувки более 60 приводит к неоправданному увеличению энергетических затрат. В опыте 7 вместо воздуха отдувку производили азотом, содержащим 0,05 кислорода. В этом случае реакция окисления загрязняющих веществ происходила также за счет кислорода, растворенного в очищаемом растворе. Таким образом, в результате использования предлагаемого изобретения достигается высокая эффективность очистки загрязненного раствора (95-100 ) при повышенной производительности реактора (объемная скорость водного раствора до 14 ч-1) и при умеренно высокой температуре (до 140 С), т.е. поставленная техническая задача решена. Источники информации 1., 1999. - . 277-278. 2. . . . , 1999. - . 38, 1743-1753. 3.0514177 1, 2001. 4. ЕР 1116694 А 2, 2001 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4