СПОСОБ ОЧИСТКИ
METHOD OF TREATMENT

Изобретение относится к способу удаления жидких, газообразных и/или растворенных компонентов из технологического потока.
Такой способ известен из патентного документа WO 94/03249, в котором раскрывается применение пористых полимеров, поры которых заполнены удерживаемой (связанной) экстракционной жидкостью, для удаления гидрофобных компонентов из водных растворов. Средний диаметр пор пористого полимера составляет 0,1 мкм и более. Пористые материалы, описанные в указанном источнике, очень эффективны при использовании для удаления органических компонентов, таких как, например, бензол, толуол, этилбензол, ксилол и полициклические ароматические углеводороды, такие как, например, нафталин и антрацен, которые плохо растворяются или вообще не растворяются в водных растворах. Однако эти материалы гораздо менее эффективны при использовании для удаления более растворимых органических компонентов, таких как, например, фенол, дихлорметан и метилтрибутиловый эфир. Количество пористого материала, необходимое для существенного снижения концентрации таких компонентов в водном технологическом потоке, например для снижения их концентрации в сточных водах в 1000 раз, слишком велико, и размеры очистного устройства, содержащего пористый материал, становятся слишком большими.
Целью настоящего изобретения является создание улучшенного способа удаления компонентов из технологического потока, который обеспечивает более эффективное удаление более растворимых компонентов.
Эта цель достигается с помощью способа, содержащего следующие стадии:
a) осуществление контакта технологического потока с пористым материалом с диаметром пор от 0,01 мкм до 50 мкм, в которых находится удерживаемая экстракционная жидкость; и
b) осуществление последующего контакта обработанного технологического потока с адсорбентом.
Предлагаемый в изобретении способ обеспечивает эффективное удаление плохо растворимых или нерастворимых компонентов, таких как, например, бензол, толуол и ксилол, а также более растворимых компонентов, таких как дихлорметан и метилтрибутиловый эфир. Еще одно достоинство способа заключается в том, что размеры очистного устройства, содержащего пористый материал и адсорбент, могут быть существенно уменьшены, в результате чего может быть получен положительный экономический эффект. Пористый материал будет извлекать плохо растворимые или нерастворимые компоненты, которые в противном случае необратимо поглощались бы адсорбентом, и поэтому срок службы адсорбента в предлагаемом способе увеличивается или же может использоваться меньшее количество адсорбента. Увеличение срока службы или уменьшение количества адсорбента делают способ привлекательным с экономической точки зрения. Еще одним достоинством предлагаемого в изобретении способа является возможность удаления извлеченных компонентов из экстракционной жидкости в пористом материале путем регенерации паром.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения размер слоя пористого материала выбирается таким образом, чтобы количество плохо растворимых или нерастворимых компонентов уменьшалось более чем в 100 раз, предпочтительно более чем в 1000 раз и наиболее предпочтительно более чем в 10000 раз. В этом случае адсорбент, который также способен адсорбировать плохо растворимые или нерастворимые компоненты, может быть использован почти исключительно для удаления компонентов, которые не удаляются пористым материалом. Это обстоятельство также способствует увеличению срока службы адсорбента, что делает предлагаемый способ более привлекательным с экономической точки зрения. Необходимо отметить, что определение размеров слоя пористого материала вполне по силам специалисту в данной области техники.
Или же указанный эффект может быть достигнут за счет использования слоя пористого материала, предлагаемого в изобретении, имеющего такие размеры, которые позволяют снизить концентрацию плохо растворимых или нерастворимых органических компонентов в технологическом потоке не менее чем до 5% растворимости наиболее растворимого компонента, предпочтительно не менее чем до 0,5% и наиболее предпочтительно не менее чем до 0,05%. Для целей определения растворимости компонента, имеющего наибольшую растворимость из плохо растворимых или нерастворимых органических компонентов в технологическом потоке, компонент выбирается предпочтительно из группы, состоящей из бензола, толуола, этилбензола, ксилола и из полициклических ароматических углеводородов, таких как, например, нафталин и антрацен.
В качестве пористого материала в изобретении может использоваться пористый полимер. В качестве примеров подходящих полимеров можно указать полиэтилен низкого и высокого давления, полипропилен, полистирол, акрилонитрил-бутадиен-стирольные терполимеры, стирол-акрилонитрильные сополимеры, стирол-бутадиеновые сополимеры, поли-4-метил-пентен-1 и полибутилен.
Оптимальные результаты были получены для полимеров на основе полиолефинов. В этом случае предпочтительным является использование пористого материла на основе полипропилена.
Пористый материал может использоваться в форме волокон, пленки, гранул или порошка, однако предпочтительным является использование гранулированного или порошкообразного материала со средним диаметром частиц от 0,1 мм до 10 мм.
Пористый материал, используемый в изобретении, по меньшей мере частично заполнен экстракционной жидкостью, которая связана ("фиксируется") в порах материала. Такая "фиксация" жидкости может быть обеспечена за счет использования пористого материала со средним диаметром пор в диапазоне 0,01-50 мкм, предпочтительно в диапазоне 0,1-30 мкм и наиболее предпочтительно в диапазоне 0,2-15 мкм. Кроме того, экстракционная жидкость в большинстве случаев является жидкостью, имеющей минимальную растворимость в среде, в которой должна осуществляться экстракция, для минимизации потерь экстракционной жидкости при осуществлении предлагаемого в изобретении способа, а также для удерживания жидкости в неподвижном состоянии в порах пористого материала. Как правило, растворимость таких жидкостей в среде, в которой должна осуществляться экстракция, не превышает 100 мг на 1000 мл.
Подходящая жидкость для предлагаемого в изобретении способа должна иметь максимально возможное химическое сродство с органическими компонентами, которые должны экстрагироваться. В качестве примеров таких подходящих экстракционных жидкостей можно указать жидкости в форме глицериновых эфиров одной или нескольких, предпочтительно ненасыщенных, жирных кислот и масел, таких как пальмовое масло, оливковое масло, арахисовое масло, вазелиновое масло, рыбий жир, например жир из сельди, льняное масло, соевое масло и касторовое масло. Также две или более таких экстракционных жидкостей могут использоваться вместе.
Предпочтительно экстракционная жидкость заполняет по меньшей мере 30% объема пор пористого материала. Более предпочтительным для предлагаемого в изобретении способа является заполнение экстракционной жидкостью по меньшей мере 50% объема пор пористого материала. В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения экстракционная жидкость заполняет по меньшей мере 90% объема пор.
В качестве адсорбента в настоящем изобретении может использоваться любой материал, и в особенности пористый материал, подходящий для адсорбции компонентов, которые должны извлекаться из технологического потока, и в частности подходящий для адсорбции компонентов, имеющих бóльшую растворимость. В качестве примеров подходящих адсорбентов можно указать активный уголь, углеродную сажу, синтетические частицы, состоящие из различных полимеров, пористые неорганические материалы, которые могут быть модифицированы органическими заместителями, например пористый диоксид кремния или диоксид титана, цеолиты, такие как молекулярные сита, силикагели и пористый оксид алюминия, включая активированные типы. До настоящего времени оптимальные результаты были получены с использованием адсорбентов, выбранных из группы активного угля, цеолитов, карбонизированного сульфированного поперечно сшитого полистирола и поперечно сшитого полистирола, такого как, например, полистирол, сшитый дивинил-бензолом. Активный уголь менее предпочтителен, поскольку адсорбция им компонентов при осуществлении предлагаемого в изобретении способа является необратимой, и адсорбент не может быть регенерирован в достаточной степени, например, с помощью пара.
Пористый материал и адсорбент большей частью используются внутри очистного устройства в форме раздельных слоев. Отношение объемов пористого материала и адсорбента зависит от типов удаляемых компонентов (плохо растворимых/нерастворимых в отличие от более растворимых компонентов) и концентраций этих компонентов в технологическом потоке. Обычно отношение объемов пористого материала, поры которого заполнены экстракционной жидкостью, и адсорбента находится в диапазоне между 20:1 и 1:20, предпочтительно между 10:1 и 1:10 и наиболее предпочтительно между 5:1 и 1:5.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа пористый материал, который насыщается компонентами, экстрагированными из технологического потока, регенерируют, предпочтительно с помощью пара или горячего воздуха, или раствора кислоты или щелочи, в зависимости от характера экстрагируемых компонентов. Если экстрагируемые компоненты в основном органические, то пористый материал регенерируют предпочтительно с использованием пара или горячего воздуха.
Предпочтительно регенерацию осуществляют таким образом, чтобы компоненты, которые выходят из пористого материала, не входили в контакт с адсорбентом, поскольку они будет необратимо поглощаться адсорбентом, в результате чего будет уменьшаться срок его службы.
Изобретение также относится к очистному устройству для удаления жидких, газообразных и/или растворенных компонентов из технологического потока, содержащему:
a) впускное отверстие для ввода технологического потока в очистное устройство;
b) первый слой пористого материала со средним диаметром пор в диапазоне 0,01-50 мкм, причем поры пропитываются удерживаемой экстракционной жидкостью;
c) второй слой адсорбента;
d) выпускное отверстие для вывода технологического потока из очистного устройства, причем первый слой расположен между впускным отверстием и вторым слоем, который расположен между первым слоем и выпускным отверстием.
Такое очистное устройство подходит для осуществления предлагаемого в изобретении способа. Технологический поток, содержащий компоненты, которые должны быть удалены, подается в очистное устройство через впускное отверстие. Затем технологический поток входит в контакт с первым слоем пористого материала, пропитанного экстракционной жидкостью, после чего концентрация плохо растворимых или нерастворимых компонентов снижается по меньшей мере в 100 раз, предпочтительно по меньшей мере в 1000 раз и наиболее предпочтительно по меньшей мере в 10000 раз. Также происходит экстракция более растворимых компонентов, однако в гораздо меньшей степени. Затем технологический поток, обработанный указанным образом, входит в контакт со вторым слоем, состоящим из адсорбента, после чего концентрация более растворимых компонентов снижается по меньшей мере в 100 раз, предпочтительно по меньшей мере в 1000 раз и наиболее предпочтительно по меньшей мере в 10000 раз. Затем очищенный технологический поток выводится из очистного устройства через выпускное отверстие.
В одном из вариантов осуществления изобретения первый и второй слои располагаются рядом друг с другом в одной колонке. В таком варианте обеспечивается уменьшение размеров очистного устройства, его конструкция упрощается, и он становится более эффективным с экономической точки зрения.
В одном из вариантов осуществления очистного устройства первый и второй слои располагаются в двух раздельных субблоках. Такие субблоки соединяются путем соединения выпускного отверстия первого субблока, содержащего первый слой, с впускным отверстием второго субблока, содержащего второй слой, так что в такой конструкции может осуществляться предлагаемый в изобретении способ.
Также предусматривается использование третьего субблока, содержащего слой пористого материала, пропитанного экстракционной жидкостью, который подключается параллельно с первым субблоком. При таком устройстве можно пропускать (необработанный) технологический поток через третий субблок, когда концентрация компонентов, которые должны быть экстрагированы, в потоке на выходе первого субблока повышается до недопустимого уровня. Тем временем, пористый материал первого слоя, который насыщается экстрагированными компонентами, может быть регенерирован, например, с использованием пара или горячего воздуха.
Изобретение иллюстрируется на следующих Примерах.
Примеры
Две стеклянные колонки диаметром 5 см каждая были размещены последовательно, одна за другой. В первой колонке размещался слой МРР-10 (пористый полипропилен, пропитанный касторовым маслом в качестве экстракционной жидкости, компания Akzo Nobel); высота слоя материала - 5 см. Во второй колонке был размещен слой адсорбента XAD-4 (пористая полистирол-винилбензольная смола, компания Rohm & Haas) высотой 10 см. Первая и вторая колонки были соединены таким образом, чтобы через них последовательно мог проходить поток воды.
Поток содержал 575 ppm фенола и 285 ppm толуола. Интенсивность водяного потока составляла 3,7 л/ч.
Концентрации фенола и толуола на выходе измерялись после первой колонки, содержащей МРР-10, и после второй колонки, содержащей XAD-4. Полученные результаты, в зависимости от времени, отражены в нижеприведенной Таблице.
Таблица 1
Концентрация на выходе первой колонки
Концентрация на выходе второй колонки
Время (мин)
Фенол (ppm)
Толуол (ppm)
Фенол (ppm)
Толуол (ppm)
1
5
0
0
0
10
3
0
0
0
20
365
0
4
0
40
445
0
21
0
60
480
0
68
0
80
515
0
180
0
100
519
0
304
0
120
536
0
435
0
Из полученных результатов можно видеть, что толуол экстрагируется полностью пористым материалом первой колонки, и что фенол начинает проходить в значительных количествах через первый слой МРР-10 уже через 20 минут. Концентрация фенола на выходе второй колонки существенно ниже, чем его концентрация на выходе первой колонки. Этот эксперимент показывает, что толуол может быть экстрагирован полностью пористым материалов в соответствии с изобретением, в то время как второй слой существенно увеличивает временной интервал до прохождения значительных количеств фенола, не загрязненного толуолом.