ЭКСТРАКЦИЯ ФЕНОЛА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2008 года по МПК C02F1/26 C07C39/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу обработки сточных вод и, в частности, к способу удаления фенола из сточных вод.

Уровень техники

Различные химические процессы генерируют потоки сточных вод, содержащих фенол. Например, в широко применяемом процессе фенол получают пероксидным окислением кумола в гидропероксид кумола, который затем расщепляют на фенол и ацетон. При этом образуется также альфа-метилстирол (AMS), который можно выделить в качестве побочного продукта или прогидрировать в кумол и затем вернуть в фенольный процесс. Потоки сточных вод из такого процесса содержат растворенный фенол, который должен быть удален, прежде чем вода попадет в окружающую среду.

Ранее использовались разные способы удаления фенолов (фенол и крезол) из потоков сточных вод, включая химические реакции, адсорбцию на ионообменных смолах и жидкостную экстракцию.

В экстракционных способах фенолсодержащую воду обрабатывают экстрагентом. Обычно экстрагентом служит растворитель, не смешивающийся с водой, но в котором предпочтительно растворяется фенол. Затем фенол выделяют из потока экстрагента. Применялись различные экстрагенты, включая бензол, толуол, ксилол, кумол и другие ароматические или алифатические жидкости.

Например, в патенте США №3963610, Hauschuiz et al., раскрыт способ удаления фенола из сточных вод с использованием кумола в качестве экстрагента. Кумол промывают водным раствором карбоната натрия и затем гидроксидом натрия для выделения фенола в виде фенолята.

В патенте США №6071409, Bondy, раскрыт способ обработки фенольных сточных вод простыми эфирами для удаления и выделения фенолов.

В традиционном способе водный поток на выходе, содержащий фенол, обрабатывают экстракцией растворителем для удаления фенола путем одностадийной экстракции, который включает рецикл растворителя. Свежий растворитель подают из верхней части головной колонны AMS, и он представляет собой кумол и другие углеводороды. Фенол выделяют из растворителя промыванием каустиком и затем возвращают обратно в процесс.

Более конкретно фиг.1 показывает известную ранее систему 10 для выделения фенола и ацетона из продуктов окисления и расщепления кумола. Способы и аппаратура для окисления кумола в гидропероксид кумола и расщепления гидропероксида кумола на фенол и ацетон хорошо известны. Выходящий поток 11 после расщепления гидропероксида кумола содержит ацетон, фенол и побочные продукты, такие как кумол, AMS и другие компоненты (например, бензол, толуол, этилбензол, бутилбензол). Выходящий поток 11 направляют в разделительную колонну (сплиттер) 12, в которой происходит фракционирование на верхний поток 13, содержащий ацетон, кумол и AMS, и нижний поток 14, содержащий фенол и некоторое количество AMS. Нижний поток 14 направляют в дистилляционную колонну 21, где AMS отделяют в виде верхнего потока 22, а фенол и другие более тяжелые компоненты отделяют в виде нижнего потока 23. Нижний поток 23 затем направляют на дальнейшую очистку в дистилляционную колонну 24, где очищенный фенол отделяют в виде верхнего потока 25 и более тяжелые компоненты в виде нижнего потока 26.

Верхний поток 13 из сплиттера 12 направляют в дистилляционную систему 15, где ацетон отделяют в виде верхнего потока 16, а кумол и AMS отделяют в виде нижнего потока 17. Нижний поток 17 направляют в дистилляционную систему 18, которая отделяет смесь кумол-AMS фракционированием на верхний поток 19, содержащий кумол и другие компоненты, и нижний поток 20, содержащий AMS.

Верхний поток из дистилляционной системы 18 затем направляют в известную ранее систему 50 для выделения фенола из сточных вод. Как показано на фиг.2, поток сточных вод 52 направляют в емкость 51 для первичного удаления фенола. Можно, но не обязательно, предварительно обработать поток сточных вод кислотой (например, Н₂SO₄) для превращения содержащихся в воде фенолятов в фенол, который можно удалить с помощью углеводородного экстрагента. Поток 19, содержащий кумол и другие углеводороды, вводят в бак 51 и дефенолированные воды удаляют с потоком 53. Поток углеводородного растворителя, содержащий основную массу фенола, направляют в потоке 55 в емкость для промывки щелочью 56. Щелочной раствор (например, 20% водный NaOH) добавляют в емкость в виде потока 57 для превращения фенола снова в фенолят (фенолят натрия), который преимущественно растворяется в воде и после этого удаляется водным потоком 58. Часть потока 58 необязательно может быть возвращена в поток 57. Поток углеводородов удаляют с потоком 59. Часть углеводородного растворителя возвращают в потоке 54 обратно в поток 19. Другую часть 60 направляют на дальнейшую обработку.

Необходимо разработать улучшенный способ экстракции фенола из потока сточных вод, который можно сочетать со способом получения фенола и ацетона из кумола.

Сущность изобретения

Здесь предложен способ экстракции фенола из потока сточных вод. Способ используется в сочетании с процессом производства ацетона и фенола из кумола и включает последнюю колонну ацетона и нижний поток из последней колонны ацетона для выделения альфа-метилстирола. Способ экстракции фенола из сточных вод включает контактирование фенолсодержащего потока сточных вод со свежим углеводородным растворителем, причем углеводородный растворитель является углеводородной составляющей нижнего потока из последней ацетоновой колонны, для получения потока сточных вод без фенола и отработанного углеводородного растворителя; и перевод по меньшей мере части отработанного растворителя в систему выделения альфа-метилстирола без рецикла части отработанного углеводородного растворителя в стадию контактирования фенолсодержащих сточных вод. Предпочтительно, чтобы основная часть фенола удалялась из отработанного углеводорода, например, промывкой щелочью, перед стадией передачи отработанного углеводородного растворителя в систему выделения альфа-метилстирола.

Предпочтительно, чтобы поток свежего углеводорода, полученный из нижнего потока последней ацетоновой колонны, был промыт водой до контактирования фенолсодержащего потока сточных вод для удаления захваченного фенолята.

Преимуществом способа и системы настоящего изобретения является то, что предлагается значительно усовершенствованный способ выделения фенола из сточных вод по сравнению с известными способами.

Здесь описаны различные воплощения со ссылкой на чертежи, где:

фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму потоков известной ранее системы для выделения фенола и ацетона в методе окисления кумола, которая включает систему экстракции фенола из потока сточных вод;

фиг.2 представляет схематическую диаграмму потоков известной системы для экстракции фенола из сточных вод;

фиг.3 представляет схематическую диаграмму потоков системы для выделения фенола и ацетона в методе окисления кумола, которая включает систему изобретения для экстракции фенола из сточных вод; и

фиг.4 представляет схематическую диаграмму потоков системы настоящего изобретения для экстракции фенола из сточных вод.

Подробное описание предпочтительного воплощения (S)

На фиг.3 показан метод 10А выделения фенола и ацетона из продукта окисления и расщепления кумола. Метод 10А включает систему 100 выделения фенола настоящего изобретения. Цифры, как и на фиг.1, показывают такие же позиции. Можно видеть, что система выделения фенола использует нижний поток 17 из последней ацетоновой колонны 15, а не верхний отгон 19 системы 18 выделения AMS. Последняя ацетоновая колонна выделяет ацетон в верхний поток 16 и более высококипящие компоненты, включая AMS и кумол, в нижний поток 17. Такая новая схема имеет то преимущество, что увеличенный верхний поток углеводородного растворителя исключает необходимость рецикла растворителя в системе 100 выделения фенола. Таким образом, в качестве растворителя используется только свежий углеводород «на один проход» без рецикла, что приводит к понижению содержания фенола в обработанных сточных водах. «Свежий» углеводородный растворитель - это растворитель, который еще не использовался на стадии контактирования для выделения фенола из сточных вод. «Отработанный» углеводородный растворитель - это растворитель, который контактировал со сточными водами на стадии контактирования.

На фиг.4 показана диаграмма потоков системы 100 для выделения фенола из потока сточных вод. Система 100 включает аппарат экстракции растворителем, в котором сточные воды контактируют с органическим растворителем, в котором предпочтительно растворяется фенол. Предпочтительно, чтобы свежий углеводородный растворитель получали из нижнего потока (поток 17) последней ацетоновой колонны, как описано выше. Поток 17 включает кумол, альфа-метилстирол («AMS»), небольшие количества других ароматических углеводородов и ацетон, а также небольшое количество воды и вводится в отстойник 110, где вода опускается на дно и удаляется через кран 112. Органические соединения, т.е. кумол и AMS, подаются с потоком 111 в бак промывки растворителем, куда добавляют водный конденсат в потоке 113. Следы захваченного фенолята и/или ацетона отмываются от сточных вод в потоке 115. Промывка растворителем обычно проводится при температуре от примерно 30°С до примерно 50°С, предпочтительно от примерно 40°С до примерно 45°С.

Промытый свежий углеводородный растворитель затем направляют потоком 114 в колонну экстракции фенола 140, которая работает в режиме противотока. Фенолсодержащие сточные воды вводят в верхнюю часть колонны 140 в потоке 116, и они движутся вниз. Колонна 140 предпочтительно является насадочной колонной, содержащей один или более слоев насадки. Содержание фенола в сточных водах обычно превышает 1000 млн.д. и находится в интервале от примерно 5000 млн.д. до 10000 млн.д. Сточные воды можно, но не обязательно, предварительно обработать кислотой (например, H₂SO₄) для превращения фенолятов в фенол, который затем удаляют с помощью углеводородного растворителя. Растворитель, содержащий отмытый кумол и AMS, входит в нижнюю часть колонны 140 и поднимается вверх благодаря его меньшей плотности. Отходящие сточные воды, из которых удаляют фенол, отбирают с потоком 117, и они обычно содержат не более 100 млн д. остаточного фенола. Противоточную экстракцию фенола растворителем предпочтительно проводить при температуре в интервале от примерно 30°С до примерно 50°С, более предпочтительно от примерно 35°С до примерно 40°С.

Отработанный растворитель, содержащий экстрагированный фенол, направляют с потоком 118 в емкость 120 для отмывки щелочью. Щелочь типа раствора гидроксида натрия (например, 20 мас.% NaOH) добавляют с потоком 119. По меньшей мере значительная часть фенола в отработанном углеводородном растворителе реагирует со щелочью, образуя фенолят (например, фенолят натрия), который затем переходит в водный поток 121, содержащий фенолят. Отработанный углеводородный растворитель, содержащий главным образом кумол и AMS, отбирают из емкости щелочной промывки 120 в потоке 122. Предпочтительно направлять всю порцию отработанного растворителя для дальнейшего выделения, т.е. в систему 18 выделения AMS. Отработанный углеводородный растворитель даже частично не возвращают в колонну 140 удаления фенола из сточных вод.

Пример и сравнительный пример, приведенные ниже, иллюстрируют соответственно систему настоящего изобретения и известную ранее систему и демонстрируют преимущества системы настоящего изобретения.

Пример

Для системы выделения фенола из сточных вод, показанной на фиг.3 и 4, был составлен материальный баланс. Для обработки применяли традиционное оборудование. Материальный баланс, приведенный в таблице 1, включает скорости потоков в кг/час и состав в мас. процентах в скобках. Выделены следующие потоки:

111 - поток углеводородного растворителя в емкость промывки растворителем 130.

114 - поток углеводородного растворителя из емкости промывки 130, направляющийся в противоточную колонну экстракции растворителем 140.

118 - поток углеводородного растворителя с экстрагированным фенолом из колонны экстракции растворителем 140.

116 - поток фенолсодержащих сточных вод, введенный в колонну экстракции растворителем 140.

117 - поток сточных вод без фенола из колонны экстракции растворителем.

Таблица 1 111114118116117Другие ароматические соединения*46,7
(0,30%)46,7
(0,30%)46,7
(0,29%)  AMS3,767.9
(23,84%)3,767.9
(23,84%)3,767.9
(23,65%)--Вода---16,518.4
(94,95%)16,518.4
(95,68%)Ацетон8,40
(0,05%)8,4
(0,05%)8,4
(0,05%)86,4
(0,50%)86,4
(0,50%)Фенол--132,1
(0,83%)133,5
(0,77%)1,38
(0,01%)Кумол11,979.3
(75,81%)11,979.3
(75,81%)11,979.3
(75,18%)--Фенолят натрия-----Другие**0,10
(<0,001%)0,10
(<0,001%)0,10
(<0,001%)657,8
(3,78%)657,8
(3,81%)Всего15,802.4
(100,00%)15,802.4
(100,00%)15,934.4
(100,00%)17,396.1
(100,00%)17,263.9
(100,00%)* Бензол, толуол, этилбензол, бутилбензол.
** Различные соли и другие компоненты.

Как видно, содержание фенола в потоке сточных вод уменьшается с 0,77% (7700 млн.д.) до 0,01% (100 млн.д.).

Сравнительный пример

Для системы, показанной на фиг.1 и 2, для выделения фенола из сточных вод был составлен материальный баланс. Для обработки применяли традиционное оборудование. Материальный баланс, приведенный в таблице 2, включает скорости потоков в кг/час и состав в мас. процентах в скобках. Выделены следующие потоки:

19 - отгон углеводородного растворителя из головной колонны AMS (часть флегмы).

54 - поток рецикла углеводородного растворителя из емкости щелочной промывки 56.

55 - поток углеводородного растворителя с экстрагированным фенолом из емкости экстракции растворителем 51.

52 - поток фенолсодержащих сточных вод, вводимый в емкость экстракции растворителем 51.

53 - поток сточных вод без фенола из емкости экстракции растворителем 51.

Таблица 2 1954555253Другие ароматические соединения*13,2
(26,04%)10,312.5
(32,5%)10,325.7
(32,40%)  AMS-----Вода---10,604.1
(95,68%)10,604.1
(96,46%)Ацетон1,4
(2,76%)321,1
(1,01%)323,4
(1,01%)45,5
(0,41%)44,6
(0,41%)Фенол-15,9
(0,05%)113,6
(0,36%)108,9
(0,98%)11,2
(0,10%)Кумол30,4
(59,96%)16,675.2
(52,55%)16,696.6
(52,38%)-9,0
(0,08*)Фенолят натрия- ---Другие**5,7
(11,24%)4,408
(13,89%)4413,6
(13,85%)324,2
(2,93%)324,2
(2,95%)Всего50,7
(100,00%)31,732.7
(100,00%)31,872.9
(100,00%)11,082.7
(100,00%)10,993.1
(100,00%)*Бензол, толуол, этилбензол, бутилбензол.
**Различные соли и другие компоненты.

Как видно из таблиц 1 и 2, сточные воды, не содержащие фенола (поток 117), из системы настоящего изобретения содержат всего 0,01% фенола, т.е. 100 млн.д. Поток сточных вод, не содержащих фенола 53, в известном ранее способе содержит 0,1% фенола, т.е. 1000 млн. д. Известный до сих пор способ требует большого объема рецикла растворителя-экстрагента. Однако растворитель, промытый щелочью (поток рецикла 54), все еще содержит равновесное количество фенола (0,05%, 500 млн.д.), что ограничивает эффективность удаления фенола из сточных вод. В отличие от известной ранее системы система настоящего изобретения включает верхний поток системы выделения AMS и систему растворителя «на один проход» без рецикла. Локализация верхнего потока обеспечивает большое количество свежего углеводорода из нижней части последней ацетоновой колонны для использования в качестве растворителя-экстрагента и таким образом исключает необходимость рецикла растворителя в системе удаления фенола из сточных вод. Следовательно, способ настоящего изобретения дает значительно лучшие результаты.

Хотя приведенное описание содержит много специфики, но эту специфику не следует рассматривать как ограничение объема изобретения, а просто как примеры его предпочтительных воплощений. Специалистам будут очевидны многие возможные вариации, которые не противоречат объему и смыслу изобретения, описанным в приведенной формуле.

Изобретение относится к обработке сточных вод и может быть использовано для экстракции фенола из потока сточных вод. Способ применяют в сочетании с методом получения ацетона и фенола из кумола. Способ экстракции фенола из сточных вод включает контактирование в противоточном режиме потока фенолсодержащих сточных вод с потоком углеводородов, полученным из нижнего потока из последней ацетоновой колонны, для получения потока не содержащих фенола сточных вод и фенолсодержащего потока углеводородов. Фенолсодержащий поток углеводородов промывают водным щелочным раствором для получения потока углеводородов, который затем подают в систему выделения альфа-метилстирола. В предпочтительном варианте промывают водой поток углеводородов, полученный из нижнего потока последней ацетоновой колонны, перед контактированием с потоком фенолсодержащих сточных вод. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки сточных вод от фенола и исключение необходимости рецикла растворителя в системе удаления фенола. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Способ экстракции фенола из сточных вод в способе получения ацетона и фенола из кумола, включающем последнюю ацетоновую колонну и систему выделения альфа-метилстирола после последней ацетоновой колонны, включающий:

a) приведение в контакт потока фенолсодержащих сточных вод со свежим углеводородным растворителем, причем указанный углеводородный растворитель представляет собой углеводородную фракцию нижнего потока из последней ацетоновой колонны, для получения не содержащих фенола сточных вод и отработанного углеводородного растворителя; и

b) подачу по меньшей мере части отработанного углеводородного растворителя в систему выделения альфа-метилстирола без рецикла хотя бы части отработанного углеводородного растворителя на стадию (а) фенолсодержащих сточных вод.

а) контактирование в противоточном режиме потока фенолсодержащих сточных вод со свежим углеводородным растворителем, причем указанный углеводородный растворитель представляет собой углеводородную фракцию нижнего потока из последней ацетоновой колонны, для получения не содержащих фенола сточных вод и фенолсодержащего отработанного углеводородного растворителя;

b) удаление большей части фенола из отработанного углеводородного растворителя для получения не содержащего фенола отработанного углеводородного растворителя; и

c) подачу не содержащего фенола отработанного углеводородного растворителя в систему выделения альфа-метилстирола без рецикла хотя бы части отработанного углеводородного растворителя на стадию (а) контактирования с фенол-содержащими сточными водами.