СПОСОБ ОЧИСТКИ ФЕНОЛОСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PURIFYING PHENOL-POLLUTED WATER AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки фенолосодержащей воды с использованием колонны для азеотропной дистилляции. Более конкретно - настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки фенолосодержащей воды, согласно которому в колонне для азеотропной дистилляции, где фенолосодержащую воду подвергают азеотропной дистилляции в присутствии азеотропного агента для воды, концентрацию фенола в сточной воде стабильно понижают до низкого уровня благодаря использованию автоматического газового хроматографа в линии для сточной воды от бака для стационарного разделения, расположенного в верхней части колонны для азеотропного разделения, с последующим контролем работы колонны для азеотропного разделения путем непрерывного мониторинга концентрации фенола в сточной воде при помощи автоматического газового хроматографа и быстрого определения изменения концентрации фенола в сточной воде.
Уровень техники
Описан способ очистки продукта реакции фенола и ацетона, согласно которому в способе обработки реакционного продукта, полученного путем взаимодействия фенола с ацетоном в присутствии кислотного катализатора, реакционный продукт разделяют на колоночный остаточный продукт (I), состоящий из непрореагировавшего фенола и бисфенола А, и колоночный верхний продукт (I), состоящий из непрореагировавшего фенола, непрореагировавшего ацетона и воды в первом процессе дистилляции, колоночный верхний продукт (I) разделяют на колоночный остаточный продукт (II), состоящий из непрореагировавшего фенола и воды, и колоночный верхний продукт (II), состоящий из ацетона, после чего колоночный остаточный продукт (II), полученный во втором процессе дистилляции, разделяют на колоночный остаточный продукт (III), состоящий из фенола и колоночного верхнего продукта (III), состоящего из воды, в третьем процессе дистилляции (например, см. патентный документ 1).
Кроме того, описан способ очистки сточных вод, согласно которому фенолосодержащую сточную воду подвергают азеотропной дистилляции в присутствии азеотропного агента, после чего фенол отделяют и восстанавливают (например, см. патентный документ 2).
В способе очистки раствора смеси фенола и воды в присутствии азеотропного агента для воды с использованием колонны для азеотропной дистилляции раствор смеси разделяют на колоночный остаточный продукт, состоящий из фенола, и колоночный верхний продукт, состоящий из воды и азеотропного агента, при этом самым важным моментом в способе очистки с использованием колонны для азеотропной дистилляции является предотвращение попадания фенола в верхнюю часть колонны. При попадании фенола в верхнюю часть колонны фенол, в конце концов, попадает в сточную воду. Как правило, осуществляя контроль за колонной для азеотропной дистилляции, сливаемую жидкость обычно подвергают анализу, определяя ее состав в колонне при помощи установленного в ней термометра. Однако в том случае, когда концентрация фенола, подаваемого в верхнюю часть колонны и подлежащего анализу, составляет порядка м.д., концентрацию фенола, подаваемого в верхнюю часть колонны на основании температурных данных, контролировать чрезвычайно трудно.
Далее, поскольку бак для стационарного разделения (отстойник) для разделения азеотропного агента и воды установлен в верхней части колонны для азеотропного разделения и для разделения азеотропного агента и воды в таком баке для стационарного разделения требуется время удержания, составляющее несколько десятых долей минуты, после попадания фенола в верхнюю часть колонны и повышения концентрации фенола в баке для стационарного разделения, сточную воду с высокой концентрацией фенола на некоторое время сливают из бака для стационарного разделения.
Перед сбросом в море или реку фенолосодержащую сточную воду, очищенную в колонне для азеотропного разделения, обычно подвергают очистке от активированного осадка в баке для активированного осадка, установленного на заводе. По этой причине после подачи сточной воды с высокой концентрацией фенола в бак для активированного осадка такой осадок немедленно "успокаивают" и сточную воду сливают без удаления фенола, тем самым оказывая огромное отрицательное воздействие на окружающую среду.
Кроме того, данная проблема не ограничивается проблемой оборудования для очистки сточных вод, такого как бак для активированного осадка, но оборудование всей установки или всего завода в худшем случае находится в состоянии простоя, причиняя огромные убытки. Во избежание подобной ситуации для очистки сточной воды с высокой концентрацией фенола обычно осуществляют операцию, на которой после колонны для азеотропной дистилляции устанавливают устройство для экстрагирования типа "жидкость-жидкость" (экстракционная дистилляционная колонна), или после хранения фенолосодержащей воды в баке для сточной воды и ее последующей подачи в оборудование для очистки активированного осадка после подтверждения концентрации фенола в баке для сточной воды. Поскольку такие меры являются неэкономичными и колонну для азеотропного разделения меняют всего лишь на короткое время, когда концентрация фенола в баке для сточной воды повышается и превышает уровень очистки активированного осадка, в который переходит фенол, возникает необходимость повторной очистки сточной воды в баке для сточной воды в колонне для азеотропной дистилляции, усложняющей данный процесс.
Патентный документ 1: публикация выложенного японского патента №Н6-135874.
Патентный документ 2: публикация выложенного японского патента №2000-107748.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение вышеописанных задач, и его целью является разработка способа и устройства для очистки фенолосодержащей воды с использованием колонны для азеотропной дистилляции, где фенолосодержащую воду подвергают азеотропной дистилляции в присутствии азеотропного агента для воды, концентрацию фенола в сточной воде стабильно понижают до низкого уровня без использования устройства для экстрагирования типа "жидкость-жидкость" (экстракционная дистилляционная колонна) и т.п. на стороне ее выхода, с последующим контролем работы колонны для азеотропного разделения путем непрерывного мониторинга концентрации фенола в сточной воде, сливаемой из стационарного бака для разделения, расположенного в верхней части колонны для азеотропного разделения, и быстрого определения изменения концентрации фенола в сточной воде.
Авторы настоящего изобретения провели серьезные исследования для достижения вышеупомянутой цели. В результате, авторы настоящего изобретения обнаружили, что концентрация фенола в сточной воде может быть стабильно снижена до более низкого уровня путем непрерывного мониторинга концентрации фенола в сточной воде, сливаемой из бака для стационарного разделения, расположенного в верхней части колонны для азеотропного разделения, при помощи автоматического устройства для газовой хроматографии и последующего быстрого определения изменения концентрации фенола в сточной воде, и на основании данного открытия разработали настоящее изобретение.
Таким образом, настоящее изобретение включает:
(1) Способ очистки фенолосодержащей воды, отличающийся тем, что работу колонны для азеотропной дистилляции, где фенолосодержащую воду подвергают азеотропной дистилляции в присутствии азеотропного агента для воды, регулируют при помощи автоматического газового хроматографа, расположенного в линии для сточной воды из верхнего бака для стационарного разделения, расположенного в верхней части колонны для азеотропного разделения, а затем быстрого измерения и мониторинга концентрации фенола в сточной воде с использованием автоматического газового хроматографа;
(2) Способ очистки фенолосодержащей воды, описанный в п.(1), в котором азеотропный агент принадлежит по меньшей мере к одному виду азеотропных агентов, выбранных из ксилола, толуола, бензола, циклогексана, кумена и этилбензола;
(3) Способ очистки фенолосодержащей воды, описанный в п.(1), в котором линия для подачи анализируемого образца в автоматический газовый хроматограф оборудована установкой для коалесценции;
(4) Устройство для очистки фенолосодержащей воды, включающее колонну для азеотропного разделения и верхний бак для стационарного разделения, расположенный в верхней части колонны для азеотропного разделения, в котором автоматический газовый хроматограф установлен в линии для сточной воды из бака для разделения с целью определения концентрации фенола в сточной воде; и
(5) кроме того, устройство для очистки фенолосодержащей воды, описанное в п.(4), включающее установку для коалесценции в линии для подачи анализируемого образца в автоматический газовый хроматограф.
Краткое описание чертежа
Чертеж представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример способа очистки фенолосодержащей воды согласно настоящему изобретению.
Разъяснение ссылочных обозначений
1: Колонна для азеотропной дистилляции
2: Конденсатор в верхней части колонны
3: Бак для стационарного разделения
4: Азеотропный агент
5: Вода
6: Установка для коалесценции
7: Автоматический газовый хроматограф
8: Бак для сточной воды
9: Бак для сточной воды
10: Оборудование для очистки активированного осадка
11: Ребойлер
А: Фенолосодержащая вода
В: Смешанные пары азеотропного агента и воды
С: Фенол
FIC-1: Автоматический регулятор потока
FIC-2: Регулятор обратного потока
FIC-3: Регулятор выпускаемого потока
FIC-4: Регулятор выпускаемого потока
TI: Термометр
TIC: Автоматический регулятор температуры
LIC: Регулятор уровня жидкости
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Способ очистки фенолосодержащей воды согласно настоящему изобретению отличается тем, что работу колонны для азеотропной дистилляции, где фенолосодержащую воду подвергают азеотропной дистилляции в присутствии азеотропного агента для воды, регулируют при помощи автоматического газового хроматографа в линии для сточной воды из верхнего бака для стационарного разделения, расположенного в верхней части колонны для азеотропного разделения, а затем непрерывно измеряют и отслеживают концентрацию фенола в сточной воде с использованием автоматического газового хроматографа.
Автоматический газовый хроматограф для измерения количества фенола, используемый в настоящем изобретении, представляет собой обычно используемое устройство и не имеет конкретных ограничений при условии, что оно способно регулировать колонну для разделения и рабочие условия, при которых может быть установлено содержание фенола порядка м.д.
В данном случае автоматический газовый хроматограф представляет собой устройство, в котором отбор проб и анализ осуществляются автоматически без участия оператора.
В действительности, в следующих примерах и в сравнительном примере анализ осуществляют при помощи представленного ниже автоматического газового хроматографа. Конкретно, анализ осуществляют при помощи Analyzer Type GC8A & Processor Type GC8P & FID (пламенно-ионизационный детектор), изготовленный YOKOGAWA ELECTRIC CORPORATION, в следующих условиях: температура в термостатической камере составляет 105°С, в качестве газа-носителя используют азот, при этом используют модели колонн №№YGC-5181G-1902 и YGC-5171B-1810.
Кроме того, небольшое количество свободного азеотропного агента может присутствовать в растворе для анализа, помещаемом в автоматический газовый хроматограф. В том случае, если азеотропный агент содержится в растворе для анализа, свободный азеотропный агент может вызвать аналитическую ошибку автоматического газового хроматографа. Конкретно, при использовании для анализа в автоматическом газовом хроматографе капелек свободного азеотропного агента следует обратить внимание на то, что аналитический результат определения концентрации фенола автоматическим газовым хроматографом является очень высоким, поскольку большое количество фенола содержится в свободном азеотропном агенте, несмотря на то, что действительная концентрация фенола не является высокой. Как упомянуто выше, поскольку "успокоение" активированного осадка вызывает серьезную проблему, то при очистке сточной воды с высокой концентрацией фенола в оборудовании для активированного осадка требуется осуществить операцию по переключению подачи сточной воды в бак для сточной воды до тех пор, пока в результате повторного анализа фенола с использованием ручного хроматографа не будет установлено, что проблема с концентрацией фенола отсутствует.
Чтобы избежать упомянутых проблем, в линии для подачи анализируемого образца в автоматический газовый хроматограф предпочтительно устанавливают устройство для коалесценции. После того как свободный азеотропный агент, содержащийся в анализируемом образце в небольшом количестве, удаляют в установленном устройстве для коалесценции, анализируемый образец может быть подан в автоматический газовый хроматограф, тем самым способствуя предотвращению аналитической ошибки, вызываемой присутствием азеотропного агента в автоматическом газовом хроматографе. Азеотропный агент, собранный установкой для коалесценции, возвращают в бак для стационарного разделения.
Установка для коалесценции не имеет конкретных ограничений при условии, что она выполняет функцию по сбору свободного азеотропного агента и включает, например, патронный фильтр (1 микрон, целлюлозная смола), изготовленный CUNO К.К.
Азеотропный агент для воды, используемый в настоящем изобретении, включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из ксилола, толуола, бензола, циклогексана и этилбензола, при этом предпочтительно он представляет собой этилбензол, который является наиболее экономичным.
Колонна для азеотропной дистилляции, используемая в настоящем изобретении, не имеет особых ограничений, при этом дистилляционная колонна, обычно используемая для дистилляции, может быть использована как таковая. Кроме того, может быть использована либо дистилляционная колонна насадочного типа, либо многоступенчатая дистилляционная колонна тарельчатого типа. При обычных рабочих условиях азеотропной дистилляционной колонны рабочие условия в ней являются следующими: абсолютное давление в колонне составляет приблизительно от 70 до 80 кПа, температура в нижней части колонны составляет от 160 до 170°С, температура в верхней части колонны составляет от 80 до 90°С, а флегмовое число (R/D) составляет приблизительно от 2 до 2,5.
Контроль за работой азеотропной дистилляционной колонны осуществляют, наблюдая за результатами показаний автоматического газового хроматографа, согласно настоящему изобретению непрерывно измеряющего концентрацию фенола в сточной воде. Контроль осуществляют, например, используя следующую методику.
Образцы для анализа отбирают с интервалом в 15 минут и концентрацию фенола измеряют при помощи автоматического газового хроматографа. В том случае, если верхний предел допустимой концентрации фенола установлен на уровне 200 м.д. мас., а результаты измерений показывают, что концентрация фенола, измеряемая с интервалом в 15 минут, равна 100 м.д., что составляет приблизительно половину верхнего предела допустимой концентрации, то процедуру осуществляют, повышая флегмовое число азеотропной дистилляционной колонны приблизительно на 0,01 выше первоначально заданной величины, и наблюдают за последующим изменением концентрации фенола. Даже при повышении концентрации фенола процедуру осуществляют, дополнительно повышая флегмовое число приблизительно на 0,01. Кроме того, если в результате регулирования коэффициента флегмового числа улучшения не происходит, то операцию регулируют таким образом, что заданная величина температуры в нижней части азеотропной дистилляционной колонны снижается, либо снижают объем подаваемого фенола.
Подобный непрерывный анализ концентрации фенола автоматическим газовым хроматографом, мониторинг изменений величин (анализ), полученных автоматическим газовым хроматографом, объема подаваемой в азеотропную дистилляционную колонну фенолосодержащей воды, температуры в нижней части колонны, коэффициента флегмового числа и т.п., позволяет очищать фенолосодержащую воду, в которой концентрацию фенола стабильно снижают до низкого уровня использования устройства для экстрагирования типа "жидкость-жидкость" (экстракционная дистилляционная колонна) и т.п. на стороне ее выхода.
Далее, способ очистки фенолосодержащей воды согласно настоящему изобретению поясняется со ссылкой на прилагаемый чертеж.
На чертеже проиллюстрирован пример способа очистки фенолосодержащей воды согласно настоящему изобретению.
Прежде всего подлежащую очистке фенолосодержащую воду А подают в колонну для азеотропной дистилляции 1 через автоматический регулятор потока (FIC-1). В колонне для азеотропной дистилляции 1 фенолосодержащую воду А нагревают ребойлером 11, при этом температуру в нижней части колонны устанавливают на заданном уровне при помощи автоматического регулятора температуры (TIC).
Смешанные пары В азеотропного агента и воды, выходящие из верхней части колонны для азеотропной дистилляции 1 конденсируют конденсатором 2 в верхней части колонны и подают в бак для стационарного разделения 3, а затем подвергают стационарному разделению на азеотропный агент 4 и воду 5. Азеотропный агент 4 дефлегмируют в верхнюю часть колонны для азеотропной дистилляции 1 при заданном коэффициенте флегмового числа (регулятор обратного потока: FIC-2/регулятор выпускаемого потока: FIC-3), а воду 5 подают в баки для сточной воды 8 и 9 или оборудование 10 для очистки активированного осадка в виде сточной воды при помощи регулятора уровня жидкости (LIC) бака для стационарного разделения 3 и регулятора выпускаемого потока (FIC-3). С другой стороны, фенол С сливают из нижней части колонны для азеотропной дистилляции 1.
Автоматический газовый хроматограф 7 для автоматического отбора небольшого объема сточной воды и непрерывного измерения концентрации фенола в сточной воде расположен в линии для сточной воды. Помимо того, установка для коалесценции предпочтительно расположена в линии, подающей образец в автоматический газовый хроматограф 7.
В том случае, если концентрация фенола в сточной воде имеет заданное или меньшее значение, сточную воду направляют непосредственно в оборудование 10 для очистки активированного осадка по нормальной линии. Однако, если по некоторым причинам концентрация фенола в сточной воде, установленная автоматическим газовым хроматографом, превышает заданную величину, то сточную воду отстаивают в баке 8 или 9 для сточной воды. Затем вновь измеряют концентрацию фенола в сточной воде и, если концентрация фенола действительно превышает заданную величину, сточную воду из баков 8 и 9 для сточной воды рециркулируют в колонну для азеотропной дистилляции 1. С другой стороны, после подтверждения факта, что концентрация фенола действительно имеет заданную или меньшую величину, сточную воду из баков 8 и 9 для сточной воды подают в оборудование 10 для очистки активированного осадка.
Настоящее изобретение также предусматривает устройство для очистки фенолосодержащей воды, включающее колонну для азеотропной дистилляции и верхний бак для стационарного разделения, расположенный в верхней части колонны для азеотропной дистилляции, в котором автоматический газовый хроматограф установлен в линии для сточной воды от бака для разделения с целью определения концентрации фенола в сточной воде.
В оборудовании для очистки фенолосодержащей воды линия, подающая образец для измерений в автоматический газовый хроматограф, предпочтительно оборудована установкой для коалесценции по вышеприведенной причине.
Примеры
Далее, настоящее изобретение разъясняется более подробно с помощью примеров, однако оно вовсе не ограничивается приведенными примерами.
Пример 1
Фенолосодержащую воду (30 мас.% фенола и 70 мас.% воды) очищают со скоростью 5 т/час, используя этилбензол в качестве азеотропного агента, в колонне для азеотропной дистилляции. Колонну для азеотропной дистилляции регулируют при пониженном абсолютном давлении (70 кПа), устанавливая температуру в нижней части колонны на уровне 168°С. Температура в верхней части колонны составляет от 81 до 82°С.
Фенол подают из нижней части колонны со скоростью 1,5 т/час, а этилбензол и воду подают из верхней части колонны в азеотропном составе, после чего конденсируют в конденсаторе в верхней части колонны, а затем подвергают стационарному разделению на этилбензол и воду в баке для стационарного разделения. Отделенную воду подают в оборудование для очистки сточной воды (оборудование для активированного осадка) в виде сточной воды (3,5 т/час, годовой дренируемый объем: около 30000 тонн).
Концентрацию фенола в растворе образца сточной воды из линии для сточной воды подвергают непрерывному анализу через установку для коалесценции (фильтр размером 1 микрон, целлюлозная смола) в автоматическом газовом хроматографе. Непрерывный анализ осуществляли в течение года, регулируя объем подаваемого в колонну для азеотропной дистилляции сырья, температуру, флегмовое число и т.п. путем мониторинга изменения получаемых результатов (анализ), измеряемых при помощи автоматического газового хроматографа. В результате, концентрация фенола в сточной воде может быть сохранена на уровне 20 м.д. мас. или менее в течение года и непосредственно направляться в оборудование для очистки потока без прохождения через бак для сточной воды. Кроме того, в аналитических данных автоматического газового хроматографа не было обнаружено никаких аномальных результатов.
Пример 2
Фенолосодержащую воду очищали в колонне для азеотропной дистилляции таким же способом, как и в примере 1, за исключением того, что установка для коалесценции в линии для образцов сточной воды из линии для дренажа отсутствовала. Очистку осуществляли в течение года. В течение данного периода пик высокой концентрации фенола наблюдался приблизительно один раз в месяц. В таком случае осуществлялась операция, при которой подачу сточной воды переключали с оборудования для активированного осадка (оборудование для очистки потока) на бак для сточной воды до тех пор, пока не возобновлялся отбор образца и не прекращались проблемы с концентрацией фенола, что подтверждалось данными другого ручного газового хроматографа, при этом данная операция продолжалась три часа.
Сравнительный пример 1
Фенолосодержащую воду очищали в колонне для азеотропной дистилляции таким же способом, как и в примере 1, за исключением того, что отсутствовало использование автоматического газового хроматографа. Операцию осуществляли без изменений в течение года при температуре в верхней части колонны, составляющей от 81 до 82°С. Один раз была осуществлена подача сточной воды в бак для сточной воды, был отобран образец раствора из бака, который затем был подвергнут анализу при помощи ручного газового хроматографа. В том случае, если концентрация фенола в сточной воде составляла 200 м.д. мас. или менее, что позволяло подавать ее в оборудование для очистки потока, сточную воду подавали в оборудование для очистки потока (оборудование для активированного осадка), в иных случаях повторную очистку осуществляли при помощи колонны для азеотропной дистилляции. Объем повторной очистки составил десятую часть от всего объема дренирования в течение года (приблизительно 3000 тонн), а эффективность очистки сточной воды составила приблизительно 4000 тонны/год в расчете на пар (500 ккал/т-пар).
Промышленная применимость
Целью данного изобретения является разработка способа и устройства для очистки фенолосодержащей воды, согласно которому в колонне для азеотропной дистилляции, где фенолосодержащую воду подвергают азеотропной дистилляции в присутствии азеотропного агента для воды, концентрацию фенола в сточной воде стабильно понижают до низкого уровня без использования устройства для экстрагирования типа "жидкость-жидкость" (экстракционная дистилляционная колонна) и т.п. на стороне ее выхода, путем мониторинга концентрации фенола в сточной воде, сливаемой из бака для стационарного разделения, расположенного в верхней части колонны для азеотропного разделения, а затем быстрого определения изменения концентрации фенола в сточной воде.