Способ регенерации отработанных активных углей Советский патент 1974 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к области химической технологии, в частности, к способам регенерации отработанных активированных углей.

Известные способы регенерации отработанных активированных углей заключаются в том, что обрабатывают щелочным веществом и растворителем в колонке при кокшатном температуре.

Недостаток этих способов заключается в том, что они не обеспечивавэт достаточной эффективности и пЪлноты обработки.

Цель предлагаемого изобретения заключается в том, что скорость подачи щелочного раствора равна 0,1-1 м /час, и скорость подачи растворителя выше скорости подачи щелочного вещества от 0,2 до 10 Mvr, а отношение скорости подачи щелочного раствора к растворителю 2-10.

Предлагаемый спосоо заключается в следущем.

Контактируют активированные угли в колонне с комбинацией из щелочного вещества и растворителей. Щелочную обработку проводят при температуре по крайней мере обычной в течение от 30 мин до 2 час в условиях практически статического контакта щелочного раствора и угля, после чего пропускают через колонну с другой скоростью водный раствор, содержащий по крайней мере один органический растворитель, который потом удаляют введением водяного пара. Затем проводят кислотную промывку угля, который после этого можно использовать вновь.

Изобретение заключается в изменении сначала полярности угля с помощью щелочного агента, например гидроокиси щелочного металла, вытеснении затем растворителем адсорбированных веществ новым образом в тщательно контролируемых условиях, удалении растворителя введением водяного пара или перегретой воды и восстановлении первоначального сог стояния угля кислотной промывкой. Изобретение основывается на статическом выполнении щелоч : ной обработки в условиях практи чески стационарного течения щелочного раствора в колонне, тог да как элюирование растворителя производится в условиях другой скорости. Условия практически статичес кого контакта означают, что во время контакта угля и щелочного вещества оно имеет в колонне очень малую или щглевую скорость. Так, при периодической обработке скорость равна нулю. При непрерывной обработке течение щелочного вешества достаточно слабое, чтооы соблвдались условия продолжительности контакта. Во всяком случае, ско рость остается менее I ц/час. Наоборот, алюирующий раствор циркулирует в колонне-с большей скоростью, которая может достигать 10 . В качестве щелочного вещества используют едкий натрий, каЛИЙ или аившак. Концентрация i гвдроокиси от 0,5 до 3S% по весу подходит для водного раствора. Температура щелочной обрабо тки 20-130, предпочтительно 2590, а еще целесообразнее 70ВО С. Для обработки растворителем используют водный раствор одного органического растворителя, выбираемого из низших спиртов, и других неполярных растворителей, например ацетона и дихлорэтана. В качестве низшего используют метанол, этанол, пропанол, изопропанол или бутанол, предпочтительным спиртом является изопропиловый, так как он сильно адсорбируется углем и после легкой рекуперации можно успешно использовагь водно-спир товрй ваство.в, содержащий .:u 75: об,изо1д)огшлового .спирта, 75 об. изопропилового спирта. Температура обработки растворителем зависит от его природы. Эта температура предпочтительнее ниже или близка к температуре кипения растворителя или его раствора при окружащем давлении. Для высоких температур . целесообразно выполнить регенеращш под давлением паров обрабатыващего раствора. Предварительная обработка щелочным раствором подготавливает элюирование для полноты замещения им органических веществ и максимальной регенерации угля. Использование единого водноспиртового щелочного раствора подходит, если прохождение раствора для предварительной обработки протекает с очень малой скоростью. Обработка может рассматриваться как статическая, тогда в случае водно-спиртового раствора едкого натрия действует только натрий, 1ю окончании скорость прохода можно увеличить в 5-10 раз, тогда получается полное элюирование (как в случае работы с отдельными растворами: с одной стороны с ед,ким натрием и с другой - со спиртом). Если вещества, задоржашше углем путем адсорбции, содержатся в определенном объеме элюирущего растворителя, то можно пре,цусматривать их выделение, поскольку они представляют экопомичес1огю ценность. В частности, использование изопропилового спирта в качестве элюирущего растворителя интересно потому, что этот спирт легко и почти полностью рекуперируется путем отгонки его азеотропа Наконец, малые коли-: чества элюирующего агента делают операцию-экономичной. Обработка, предложенная в изобретении, включает после подсушивания введение пара, позволяющего извлечь из угля растворитель, занявший место продуктов, адсорбированных углем во

врегля егоиспользовашш TeNraeсатупа ж давление пара должны быть подобраны для каадого случая отдельно. Давление пара может составлять 2 бар, в необходимом случае перегретым или же можно пользоваться перегретой водой, пропуская ее через колонну, или даже током ropLsnero воздуха. Далее уголь обрабатывают кислотой, с которой удаляются адсорбированные углем неорганические минеральные производные, например производные серы, карбонаты, металлические соли и т. д

Предпочтительной кислотой является минеральная, например соляная, серная или фосфэрная. Кислота может быть также органической, например гдуравьиной или уксуснсй.

Конечная операция может быть дополнена промывкой чистой водой.

Предлагаемый способ может одинаково хорошо применяться для угля в зернах и в порошке. Для зернистого угля высота обрабатываемого слоя может достигать 10 м, для порошкового обработка может производиться над слоем не толще 30-40 см (тогда скорость перколиции меньше, но результаты аналогичные).

Регенерированные отработанные угли имеют удельную поверхность от 500 до 1500 муг.

Способ изобретения применим во всех случаях, когда регенерация отработанного активного угля оказывается необходимой.

Области применения изобретения следующие.

Регенерация активных углей, использовавшихся для очистки сахарных соков. Угли, содержащие органические вещества до 20 вес., включая аминокислоты, регенерируются непрерывным или периодическим способом в вертикальных колоннах с отношением диаметра к высоте 1:100, работая шш отдельными растворами ; едкого натрия и спирта или сме. щенным раствором с изменением скорости пропускания при предварительной обработке и элкжровашШг например эта скорость увеличивается от I до 5.

Регенерация активных углей, очищающих питаемые воды.

Регенерация активных углей для очистки промышленшсс сточных вод под заводом красителей или производных фенолов алкилфенолов, детертентов или нитрофенолов.

Регенерация активных углей, очищащих бытовые шш промышленные отходы, для физико-химической обработки или для третичной обработки.

Процесс изобретения пригоден также для обработки глицериновых вод мь(ловаренного и сорбитолового крахмального производства, это соответствует простовду и экономичному способу регенерации активных углей, используемых в некоторых видах пищевой промышленности.

При практическом применении способа изобретения можно работать с разгрузкой отрабртанного угля для его последующей регзнерации и загрузкой нового угля.

Можно также работать попеременно с двумя колоннами, одна из которых очищает загрязненную жидкость, в то время как другая обрабатывается и регенерируется на месте, шш же разгружается и загружается новым углем.

Наконец, можно использовать непрерывную экстракцию отработанного угля и непрерывное замещение свежим продуктом. Способ изобретения применим также для регенерации других адсорбентов, кроме активного угля,, например молещглярных сит, ионообменных смол.

Пример I. Целью этого примера является подтвердить важность условий пропускания обрабатывавадих растворов через колонну с отработанным активным ; углем. Берут некоторое количест во угля коричневого цвета слу:жившего для очистки сточных вод химического завода по производGfBy красителей. Уголь загружавзт в §текляшную трубку ,с отнршением диаметра, ранного 0,1 длины (диаметр 3 см, длина 30 см), Столб угля подходящим образом утряхивают, чтобы не было каналов для прохода жидкости, трубку помещают в стеклянную рубашку, в KOTOjpOH может циркулировать горячая вода,.длн нагреваНИН угля до 50-80 С.

Верх колонки соединяют с дотзирующим насосом, позволяющим .подавать разные и измеримые коч личества жидкости. Низ колонки соединяют со стеклянной трубкой, в которой установлен фэтоэлемент, соединенный с самописцем. При прохождении через трубку бесцветной жидкости самописец чертит нулевую линию. Если через трубку проходит окрашенная жидкость, то самописец чертит кривую, измеряя непрозрачность, которая является функцией содержания красителя в жидкости. Измерение качественное превращается в количественное, если измеряется величина поверхности, ограничиваемой записанной кривой,

А. Через загруженную и обо рудованную такшл образом колонку пропускают различные жидкости и отмечают результаты, полученные на самописце. Из зарегистрированных результатов можно сделать следующие выводы;

1)если допускается чистая вода, то никакой записи нет;

2)если пропускается водный раствор едкого натрия с содержанием от I до 5j§ v4m5/t, то получается легкое непрерывное окрашатание, отмечаемое самописцем;

3)такое же наблвдение, как во втором пункте, имеется при воде, подкисленной серной кислотой и органическигли кислотами уксусной или муравьиной.

можно констатировать, что для получения снова бесцветной жидкости надо пропустить любой используемой жидкости в 10-100 раг больше объеме угля и можно констатировать, что обрабатываекшй уголь принимает равномерно черный цвет, но во всех блучанх пер воначальныи /цвет нового угля не

достигается. Можно сказать, что регенерация происходит лишь частично, некими бы ни были способ обработки и скорость пропускания жидкостей и, следовательно, количество жидкости, пропускаемой через колонку.

Б. Для сравнения применяют способ изобретения, который состоит в том, что приводят в статический контакт в течение I час с колонкой угля раствор едкого натрия, содержащий 40 г/л, т.е. нормальный раствор при поддержании температуры 80°С, и затем начинают вводить в верх колонки водно-спиртовой раствор, содержащий 50 изопропилового спирта. Тогда констатируют по фотоэлектрическому измерению, .дополнительному определением рН и титрованием,что1 водный едкий натрии в объеме почти равном объему угля, вытекает слабо непрозрачным, т.е. с малым содержанием красителя, но с очень высокой величиной

рН, и что вдруг непрозрачность делается полной и рН возвращается к нейтральной точке. Титрование показывает, что почти

весь натрий проходит во время периода слабой мутности, и вместе с тем констатируется, что мутшй раствор не содержит спирта, по мере введения спирта замечается уменьшение окрашивания и увеличение содержания спирта до момента, когда проходит прозрачный спиртовой раствор и констатируется, что после nponj-ска двух объемов-эквивалентов водно-спиртового раствора, уголь приншлает свой нормальный цвет, он полностью отмыт от загрязнений и готов к обработке паром, а затем кислотой для повторного использования. Однако наблюдается, что обесцвечивание, хотя оно непрерывное и гомогенное во время прохождения одного раствора едкого натрия, в этом случае происходит путем перемещения сверху вниз окрашенной зоны, как если бы эта окрашенная кольцевея зона опускалась гомогенно одноразово вдоль колонки угля. Таким образом, обработка ра створом едкого натрия подгота вливает отделение веществ, адсорбированных углем, вероятно, путем изменения полярности; обработка спиртовым раствором отталщшает эти загшзнения, и спирт)занимавт место в порах Угля.По- идимому, спирт Действуе не как растВО ительГа как элюент. Л jp и м е р 2. Цель этого примера подтверждение синергичнбсти атомов. В той же аппаратуре, как в примере I, обрабатывают угли, слулшвшие для обработки сахарных соков, в следукхцих условиях I) обрабатывают только водным едкигл натрием: устанавливают, что раствор после пропускания содержит только 0,4да экстрагированных веществ; 2; обрабатывают одним водным изопропиловым спиртом: устанавливают, что раствор содержит 1,4 экстрагированных веществ; 3)работают по способу изобре тения, как в примере I, и уста,навливают, что раствор содержит 2,38 экстрагированных веществ. Сравнение и вычисление объемов и титров в трех случаях показывает, что общее экстрагированное количество случаев 3) составляло 440 по отношению к случаю I) и 160 по отношению к случаю 2). Пример 3. Раствор, со держащий 0,001 хлоюфенола и О, 3005 различных дет ергенатов,. пропускают через слой минерального зернистого угля (адсорбента), имеющего удельную поверхность 1000 м /т. Когда концентрация этих веществ в выходящем после обработки растворе достигает IQfo от начальной, адсор бент считается повторившим эффективность . После обезвоживания адсорбент подвергается обработке в колонне, имещей высоту в 5-10 диаметров и снабженной рубашкой для подогрева. В колонну вводится раствор, содержащий 7 г едкого натрия, 0,5 г чистого изопропилового спивта и 128 см волы.иоставляется в контакте с адсорбентом при стационарном режиме за I час . Затем этот раствор пропускают через колонку при 80- С со скоростью I ц/час. Затем жидкость опускается из колонки. Вводится пар и рекуперируется растворитель. Наконец, после пара, вводится раствор соляной кислоты. Полученный адсорбент является регенерированным и используемым. И р и м-е р 4. Через колонку с зернистым углем пропускают фильтрованную сточную воду от производства красителей, в которой невозможно перечислить название всех содержащихся в ней химических продуктов. После пропуска 300 л на I кг угля он оказывается насыщенным. Содержание органических веществ, оставшихся в угле 20%. Тогда уголь обрабатывают, как в примере I, затем он пускается в работу как новый. Результаты, полученные по адсорбции и обесцвечиванию такие же, как и при исходном угле. Пример 5. Отработанный уголь, применявшийся в примере 4, обрабатывался при аммиачным раствором, содержащим 10 вес.% амгжака, 60% этанола и 30 Нд,0. Десорбция более длительная, результаты показывают, что адсорбционная способность угля восстанавливается только на 85-90|. Пример 6. Сточные воды от производства нитропроизводных, например нитробензола или нитротолуола, после фильтрации пропускают через колонку с зернистым адсорбентом, минеральным или растительным, имеющим удельную повепхность порядка от 1000 до I20D MVr. Когда в растворе, выходящем из колонки, по.явлаются эти органические загрязнения, то ко