Способ регенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов Советский патент 1980 года по МПК B01J49/00 C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F101/12 C02F103/00 C02F103/16 C02F103/34 

(54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ СЛАБОКИСЛОТНЫХ И ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАТИОНИТОВ

Изобретение относится к способам регенерации ионообменников при очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности. Известен способ регенерации натрий-катионных фильтров раствором поваренной соли 11. По известному способу регенерацию производя концентрированным раствором поваренной соли Недостатком этого способа является низкая степень очистки воды, обусловленная содержанием в регенерацконном растворе солей жесткости, которые отрицательно влияют на процес Другой недостаток заключается в удорожании процесса, вследствие необходимости использова ния привозной поваренной соли, затрат на ее транспортировку, хранение и приготовление. Кроме того, увеличивается количество сбрасьь ваемых стоков. Наиболее близким к изобретению по технйческой сущности и достигаемому результату является способ регенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов при умягчении морской воды, заключающийся в том, что регенерацию, например, сульфоугпя, производят продувочной водой испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягченной воде. По этому способу регенерационный раствор пропускают через катионит по принципу противотока, а для предотвращения выпадения малорастворимых солей жесткости на зернах ионита регенерационный раствор перед подачей в фильтры подкисляют, переводя таким образом карбонатную и гидратную щелочность в бикарбонатную 2). Недостатком указанного способа является низкая степень очистки воды в процессе ее обработки и высокая стоимость обработки. Первый из перечисленных недостатков вызван тем, что при регенерации полифункционального катионита предварительно подкисленным концентратом или продувочной водой подавляется диссоциация слабокислотных функциональных групп, в результате чего они недостаточно полно восстанавливаются в процессе регенерации и ухудшают степень очистки. Второй недостаток обусловлен снижением рабочей обмспной емкости катионита по той же причине и соответственно возрастанием капитальных затрат на катионитные фильтры.. Для слабокислотных катионитов регенерации по известному способу практически не позволяет восстановить их обменную способность. tt/ лель изобретения - повышение степени регенерации и удёгпевлениепроцесса за счет повышения рабочей обменной емкости катионитов. Поставленная цель достигается предлагаемым Способом регенерации слабокислотных и полифункщональных катионитов, заключающимся в последовательном пропускании через катионит в условиях противотока сначала 0,5-5%-ного раствора кислоты с удельным расходом 2,5-4 кг/м в количестве, эквивалентном 40-80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации а затем продувочной воды испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягченной воде. Отличительным признаком способа является предварительное пропускание через катионит раствора кислотьт, в количестве, эквивалентном 40-80% содержания щелочных ионов в продувошой воде, используемой для регенерации. Другое отличие заключается в том, что через катионит пропускают 0,5-57о-ный раствор кислоты с удельным расходом 2,5-4,0 кг/м. По предлагаемому способу выбор нижних и верхних интервалов значений расхода и концепт рации пропускаемой кислоты зависит от качест венного состава щелочных ионов в продувочной воде. Так, в случае преобладающего содержания в продувочной воде карбонатных ионов, что имеет место при низких давлениях Процесса испарения умягченной водь - до 5 кг/см, рас ход кислоты в процессе регенерации по предлагаемому способу составляет количество, эквива ле1)тное 40% содержания щелочных ионов в про дувочной воде, поскольку для перевода 2 г.эк карбонат-ионов в бикарбонатные необходим лишь 1 г-зкв ионов водорода. При давлении испарения умягче1шой воды выше 5 кг/см ще лочность продувочной воды состоит преимущест i-веннЬ изгидратныхионов, для нейтрализации 1 ГЭкв которых необходим 1 г-экв. ионов вЪдорода. В этом случае раствор кислоты проггускают в количестве, эквивалентном не более 80% содержания щелочных ионов в продув очной воде с тем, чтобы предотвратить попадание кислоты в продукты регенерации при дальнейшем пропускании продувочной воды и отмывочного раствора. Нижний предел концентращга раствора кислоты соответствует использованию серной кислоты, которая при болБйшх концентрациях может вызвйть отложение гипса в к.атионнте и обусловлен тем, что чрезмерное уменьшение концентрации кислоты связано с неоправданным расходом воды на ее прйготовление. Верхний предел концентрации кислоты соответствует случаю исрользования соляной кислоты и обусловлен тем, что при ковдентрациях выше 5% объем раствора кислоты будет очень мал, вследствие чего снижается время контакта катионита с кислотой и уменьшается вероятность омывания кислотой всего слоя загрузки катионита. Удельный расход кислоты изменяется в пределах от 2,5 до 4 кг/м в зависимости от совокупности перечисленных факторов. Технология осуществления способа состоит в том, что в процессе регенерации через катионит пропускают сначала 0,5-5%-ный раствор кислоты с удельным расходом 2,5-4 кг/м в количестве,эквивалентном 40-80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации, а затем продувочную воду испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягчённой воде. Процесс пропускания кислоты продувочной воды осуществляют по принципу противотока. При предварительном пропускании кислоты ионы водорода последней хорошо замещают ионы хсесткости, задержанные слобокислотными функциональными группами катионита, вследствие более высокой селективности последних к ионам водорода. При этом частично переходят Б Н-форму и сильнокислотные функциональ группы, а в продуктах регенерации содер жатся в основном нейтральные соли Жесткости Проскок кислоты в отработанный раствор не происходит, поскольку ее количество по предложенному способу не превыщает общего соД Р апия щелочных ионов в продувочной воде испрльзуемой для регенерации. При пропускании через катионит продувочной воды испарителей и/или паровых котлов ионы натрия регенерационного раствора хорощо замещают ионы водорода из слабокислотной части катионита, так как в продувочной воде содержатся щелочные, карбонатные и гидратные ионы и рН раствора способствует повышенной диссоциации слабокислотных групп. Одйовременно происходит вытеснение ионов жесткости и водорода из сильнокислотных функциональных групп и устранение карбонатной и гидратной щелочности регенерационного раствора продувощюй воды. Вытесненные непрореагировавшие со щелочными ионами ионы водорода, перемещаясь дальще, регенерируют слабокислотные функциональные группы следующих порций кат1юнита и. затем вновь вытесняются ионами натрия продувочной воды и нейтрализуются ее щелочностью, Дапее катиопнт отмывают от. продуктов регенерации умягченной водой. По предлагаемому способу практически полностью восстанавливается обменная емкость всех функциональных групп катионита, в частности его нижних слоев, которые последними соприкасаются с, обрабатываемой водой, в результате чего повышается степень очисткн воды и используемая обменная емкость катионита. После завершения процессов регенерации и отмывки через катионит фильтруют умягченную воду в направлении, противоположном направлению регенерации. Пример. Регенерируют катионитный фильтр, загруженный сульфоуглем, с высотой загрузки 130 см и объемом загрузки 0,2 л истощенный после фильтрования 7,0 л умягчаемой воды, имеющей следующий ионный состав, iviroKB/л: Ж (жесткость) 2,2; Мд 2,2; N3 211,8; НСОз 3,7; 504 67,3; СГ 143; общее содержание солей - Со 214, При кратности упаривания умягченной воды в испарителе, равной 10, и давлении в испарителе 1,2 кг/см получают 0,7 л продувочной воды с концентрацией щелочных ионов в ней, равной, .мгокв,/л: COf 30; НСОГ 7, Щ (щелочность) 15/37, Общее содержание щелочных ионов в продувочной воде составляе 37x0, мгокв. Для перевода карбонатной щелочности в бикарбонатную в этом случае необходимо и достаточно количество кислоты, эквивалентное 40% содержания щелочных ионов в продувошой воде, то есть 26 х 0,4 10,4 мг- экв. При использовании раствора сер ной кислоты концентрацию раствора берут равной 0,5%. Объем ее, необходимый для регенерации, составит в этом случае 0,1 л, а удельны расход кислоты будет равен 2,5 кг/м. В процессе регенерации через катионит в на правлении снизу вверх последовательно пропускают 0, раствор серной кислоты с удель ным расходом 2,5 кг/м в количестве 0,1 л, 10-кратно упаренную умягченную морскую воду со щелочностью 15/37 мг-экв/л в количестве 0,7 л и затем умягченную исходную воду для отмывки фильтра в количестве 1,2 л. После завершения процесса регенерации и от мывки через катионит в направлении сверху вниз фильтруют умягчаемую воду.

Параметры

Объем сульфоугля в фильтре, м 10

Концентрация регенерационного раствора солей натрия (продувочная вода),%

Способ известный I предлагаемый

0,2

0,2

13

13 П р и м е р 2, При условиях регенерации, аналогичных приведенным в примере 1, упаривание воды в испарителе производят при давлении 10 кГСМ, В этом случае состав и концентрация щелочных ионов в ней будут таковы, мг-экв/л: СОГ 14; ОН 23, Щ 30/37. Общее содержание щелочных ионов в продувочной воде составляет 37 х 0,7 26 мг-экв. Для перевода COJ в НСО и устранения OHионов в этом случае необходимо и достаточно количество кислоты, эквивалентное 80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, то есть 26 X 0,8 20,8 мг-экв. При использовании раствора соляной кислоты концентрацию его необходимо взять равной 5%, поскольку при 6i.mee высокой концентрации объем раствора будет очень мал и не обеспечит достаточно равномерной и эффективной регенеравди всего слоя загрузки катионита. Объем регенерационного раствора 5%-ной соляной кислоты, содержащей 20,8 мгэкв, Н-ионов, составляет 0,015 л, а удельный расход кислоты при этом равен 4 кг« м. Порядок пропускания растворов при регенерации аналогичен приведенному в примеg j Для сравнения на том же фильтре проводят контрольную серию процессов регенерации и умягчения по известному способу. Сравнительные данные представлены в таблице. Таким образом, как следует из полученных 1данных использование предлагаемого способа регенерации слабокислотных И полифункциональных катионитов в отличие от известного способа позволяет больше чем в 10 раз повысить степень очистки воды, в особенности при умягчении морских вод, и удешевляет процесс за счет повышения рабочей обменной емкости полифункциональных катионитов на 40-60%, а слабокислотных и более того,. Достигаемая по предлагаемому способу глубина очистки воды позволяет использовать ее для питания парогенераторов среднего и даже высокого давления. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемого способа в теплоэнергетике и металлургии составит по ориентировочным расчетам не менее 120 тыс, руб. в год.

7

Формула изобретения

768458 Продолжение таблииь

лентном 40-80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР N 64446, кл. С 02 В 1/22, 19.05.41 (прототип).