Способ регенерации отработанных активных углей

 

О П И С А Н И Е (>44т кх>

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПА ТЕНТУ 61), Зависимый от патента(22) Заявлено I9,06» 70 (21@52340ф3.26 (51) M. Кл.

С ОХВ Ж/08 (32) Приоритет 20 06,69 (30 6920287 (33) Франция

Опубликовано30»08»74Бюллетень № 32

Государственный номнтет

Совета Мнннстроа СССР оо делам нэооретеннй н открытий (s3) удк 66.02:66I..I83. 2: 663.

088.81

Дата опубликования описания Х5, I2» 74 остра нцы

Жак Рафаель Бензариа и Клод Зюндель (Франция т (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Дегремон Сосьетв Женераль д Эпюрасьон а д Ассенисман" (франция (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГЕНЖРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ АКТИВНЫХ

УГЛЕИ

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 комнатнои температуре.

Недостаток этих способов за» ключается в том, что они не обеспечивают достаточной эффективности и полноты обработки.

Цель предлагаемого изобретения заключается в том, что скорость подачи шелочного раствора равна О,I-I м /час, и скорость подачи растворителя выше скорости подачи щелочного вещества— от 0,2 до 10 мз/г, а отношение скорости подачи щелочного раствора к растворителю 2-IG.

11редлагаемыи спосоо заключается в следующем.

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 одий органический растворитель, которыи потом удаляют введением водяного пара. Затем проводят кислотную промывку угля, который после этого можно использовать вновь.

Изобретение заклкиается в изменении сначала полярности угля с помощью щелочного агента, на„ пример гидроокиси щелочного ме44гЮО

3 талла, вытеснении затем растворителем адсорбированных веществ новым образом в тщательно конт ролируемых условиях, удалении растворителя введенйем водяного пара или перегретой воды и восстановлении первоначального со.стояния угля кислотной промывкой. Изобретение основывается на статическом выполнении щелоч ной обработки в условиях практи чески стационарного течения щелочного раствора в колонне, тот да как элюирование растворйтеля 15 производится в условиях другой скорости, условия практически статичеа кого контакта означают, что во время контакта угля и щелочного о вещества оно имеет в колонне очень малую или нулевую скорость. Так, при периодической обработке скорость равна нулю.При непрерывнои обработке течение щелочного вещества достаточно слабое, чтобы соблюда-. лись условия продолжительности контакта. Во всяком случае, око рость остается менее 1 и/час.

Наоборот, злюирующий раствор зо циркулирует в колонне.с большеи скоростью, которая может достигать IO м/час.

В качестве щелочного вещества используют едкий натрий, ка- З5 лий или аммиак. Концентдацея . гидроокиси от 0,5 до 355 по вЬсу подходит для водного раствора. Температура щелочной обрабо.. тки 20-I30, предпочтительно 25-

90, а еще целесообразнее 7080 С. ,Пля обработки растворителем используют водный раствор одного органического растворителя, 4б выбираемого из низших спиртов, и других неполярных растворителей, например ацетона и дихлорэтана. В качестве низшего спирта используют метанол, этанол, пропанол, изопропанол или бутанол, предпочтительным спиртом является изопропиловый, так как он сильно ацсорбируется углем и после легкой рекуперации можно успешно использовать водно-спиртовой раствов, содержащими .av75 об, zsoajo razosoro .спирта

75 об4 изопропилового спирта.

Температура обработки раст.ворителем зависит от его приро ды. Эта температура предпочтительнее ниже или близка к темпрратуре кипения растворителя или его раствора при окружающем давлении. Для высоких температур целесообразно выполнить регенерацию под давлением паров обрабатывающего 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 длй предварительной обработки протекает с очень малой скоростью. Обработка может рассматриваться как статическая, тогда в случае водно-спиртового раствора едкого натрия действует только натрий. По окончании скорость прохода можно увеличить в 5-ХО раз, тогда получается полное элюйрование {как в случае работы с отдельными растворами: с одной стороны с ед,ким натрием и с другой - со спиртом) . Если вещества, задер, жанные углем путем адсорбции, содержатся в определенном объеме элюирующего растворителя, то можно предусматривать их выделение, поскольку они представляют экономическую ценность.

В частности, использование

; изопропилового спирта в качестве элюирующего растворителя интересно потому, что этот спирт, легко и почти йолностью рекуперируется путем отгонки его азеотропа. Наконец, малые количества элюирующего агента делают операцию экономичной.

Обработка, предложенная в изобретении, включает после под- сушивания введение пара, нозволяющего извлечь из угля растворитель, занявший место продуктов, адсорбированных углем во

44I700 елкого натрия и спирта или сме, щенным раствором с изменением скорости пропускания при пред

I, 55

5 время его исйользования. Темпесаттра и давление пара должны быть подобраны для каждого случая отдельно. Давление пара может составлять 2 бар, в необхо- 5 димом случае перегретым, или же можно пользоваться перегретой водой, пропуская ее через колон. ну, или даже током горячего воз духа. Далее уголь обрабатывают lo кислотой, с которой удаляются адсорбированные углем неорганические минеральные производные, например производные серы, карбонаты, металлические солй и 15 т.д.

Предпочтительной кислотой яв ляется минеральная, например соляная, серная илй фосфорная.

Кислота может быть также орга- 2о нической, например муравьиной или уксусной.

Конечная операция может быть дополнена промывкой чистой водой. 25

Предлагаемый способ может одинаково хорошо применяться для угля в зернах и в порошке.

Для зернистого угля высота обрабатываемого слоя может дости- зо гать I0 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 I500 м /г.

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

Области применения изобретения следующие.

Регенерация активных углей, 45 использовавшихся для очистки сахарных соков. Угли, содержащие органические вещества до

20 вес., включая аминокислоты, регенер руются непрерывным или периодическим способом в вертикальных колоннах с отношением диаметра к высоте I:I00, работая или отдельными растворами ; варйтельной обработке и элюированим например эта скорость увеличивается от I до 5.

Регенерация активных углей, очищающих питаемые воды.

P е г е н е р а ц и я активных углей для очистки промышленных сточных вод под заводом красителей или производных фенолов, алкилфенолов, детергентов или нитрофенолов.

Р e r е н е р а ц и я активных углей, очищающих бытовые или промышленные отходы, для физико-химической обработки или . для тротичноИ обработки.

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

При практическом применении способа изобретения можно работать с разгрузкой отработанного 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, или 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 молекулярных сит, йонообменных смол.

Пример 1. Целью этого примера являетря подтвердить важность условий пропускания обрабатывающих:растворов через колонну с отработанным активным . углем. Берут некоторое количест; во yrza коричневого цвета, слу;жившего для очистки сточнйх вод химического завода по производу ству красителей. уголь загружа ют в» стеклянную трубку с отношением диаметра, равного 0 I длины (диаметр 3 см, длина ЭО см), Столб угля подходящим образом утряхивают, чтобы не было каналов для прохода жидкости, трубку помещают в стеклянную рубашку, в которой может циркулировать горячая вода для нагревания угля до 50-80 С, Верх колонки соединяют с до зирующим насосом, позволяющим подавать разные и измеримые ко, личества жидкости. Низ колонки соединяют со стеклянной трубкой, в которой установлен фотоэле-мент, соединенный с самописцем.

При йрохождении через трубку бесцветной жидкости самописец 2о чертит нулевую линию. Если через трубку проходит окрашенная жипкость, то самописец чертит кривую, йзмеряя непрозрачность, которая является функцией содер- 25 жания красителя в жидкости. Измерение качественное превращается в количественное, если измеряется величина поверхности, ограничиваемой записанной кривой.

А. Через загруженную и оборудованную таким образом колонку пропускают различные жидкости и отмечают результаты, полученные на самописце. Из зарегистрированных результатов можно сделать следующие выводы:

I) если допускается чистая вода то никакой записи нет,"

2 если пропускается водйый раствор едкого натрия с содержа- 4О нием от I до 5j0 АЙАТ, то получается легкое непрерывное окрашивание, отмечаемое самописцем;

3) ТВКое же наблюдение, КаЕ 45 во втором пункте, имеется при воде, подкисленной серной кислотой и органическими кислотамиуксуснои или муравьиной.

Можно констатировать, что для получения снова бесцветйой жидкости надо пропустить любой используемой жидкости a IO-IOO уа."больше объема угля и можно констатировать, что обрабатываемый уголь принимает равномерно черный цвет, но во всех случаях пер воначальйый»;цвет нового угля не достигается»,. Можно сказать, что регенерация происходит лищь частично, какими бы ни были способ обработки и скорость пропускания жидкостей и, следовательно, количество жидкости, пропускаемой через колонку.

Б. Для сравнения применяют, способ изобретения, который со стоит в том, что приводят В статический контакт в течение

I час с колонкой угля раствоп едкого натрия, содержащий 40 гул, т.е, нормальныи раствор при поддержании температуры

8о С, m затем начинают вводить в верх колонки водно-спиртовой раствор, содержащий 507 изопропилового спирта. Тогда констатируют по фотоэлектрическому измерению, дополнительному оп ределением рН и титрованием,что 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 возвраща:. ется к нейтральной точке. Тит рование показывает, что почти весь едкий натрий йроходит во время периода слабои мутности, и вместе с тем констатируется, что мутный раствор не содержит спирта, по мере введения спирта замечается уменьшение окрашивания и увеличение содержания спирта до момента, когда проходит прозрачный спйртовой раствор и констатируется, что пос ле пропуска двух объемов-эквивалентов водно-спиртового раствора, уголь принимает свой нормальйый цвет, он полностью отмыт от загрязнении* и готов к обработке паром, а затем кислотои для повторного использова-.. ния. 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

44Г700

9 если бы эта окрашенная кольце» вая зона опускалась гомогенно и одноразово вдоль колонки угля.

Таким образом, обработка раствором едкого натрия "подгот - 5 вливает" отделение веществ, ад-, сорбированных углем, вероятно, путем изменения полярности; обработка спиртовым раствором отталкивает" эти загрязнения 1о и cpmpr) занимает место s nopax .Р угля.По видимому, спирт действует не как раствОяитель, а как элюент.

Пример 2. Цель этого примера — подтве ение синергичности атомов.

В той же аппаратуре, как в примере I, обрабатывают угли, служившие для обработки сахарных соков, в следующих условиях;

I) обрабатывают только водным едким натрием: устанавливают, что раствор после пропускания содержит только 0,4ЭЯ экстрагированных веществ;

2) обрабатывают одниМ водным изопропиловым спиртом: устанавливают, что раствор содержит

I,4g экстрагированных веществ;

3)работают по способу изобретения, как в примере I, и уста.навливают, что раствор содержит

2,383 зкстрагированных веществ.

Сравнение и вычисление объе- з мов и титров в трех случаях показывает, что общее экстрагированное количество случаев 3) составляло 44ОЯ по отношению к случаю I) и I60$ по отношению 4О к случаю 2).

Пример 3. Раствор, содержащий О,ООЯ хлою4енола и

0,00053 различныхдетергенатов, пропускают через слой минераль- 4 ного зернистого угля (адсорбента), имеющего удельную поверхность I000 м /r. Когда концентрация этих веществ в выходящем после обработки растворе дости- 50 гает IOg от начальной, адсор— бент считается повторйвшим эффективность.

После обезвоживания адсорбент подвергается обработке в колонне, имеющей высоту в 5-IO

I0 диаметров и снабженной рубашкой для подогрева.

В колонну вводится раствор, содержащий г едкого натрия, 0,5 r чистого изопропилового спирта и ?28 см волы.и оставляется в контакте с адсорбентом при стационарном режиме за Х час 80 С. Затем этот раствор препускают через колонку при 8о С со скоростью I м/час.

Затем жидкость опускается из колонки. Вводится пар и рекуперируется растворитель. Наконец, после пара, вводится 5Ф-ный раствор соляйой кислоты. Полученный адсорбент является регенерированным и используемым.

Пример 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 íà I кг угля он оказывается насыщенным. Содержание органических веществ, оставшихся в угле 20Я. Tîãäà 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 50 С аммиачйым раствором содержащим

I0 вес.g аммиака, 653 этанола и

ЗОЯ Н О. Десорбцйя более длительная, результаты показывают, что адсорбционная способность угля восстанавливается только на 85-903.

Пример 6. Сточные воды от производства нитропроизводных, например нитробензола или нитротолуола, после фильтрации пропускают через колонку с зернистым адсорбентом, минеральным или растительным, имеющим удельную поверхность порядка от I000 до I200 м /г.

Когда в растворе, выходящем из колонки, появляются эти ор= ганические загрязнения, то коланка считается насыщеннои.

После обезвоживания в колонку вводят раствор следующего со става: 5g едкого натрия, 70Я ацетона, 257. воды.

После введения раствор оставляют на адсорбенте в течение

I час, затем обрабатывают как в предыдущих операциях. 10

Регенерированный адсорбент повторно применим.

Пример 7. Используют отработанный адсорбент примера

6 и при тех же условиях обрабатывают его раствором, содержащим (по весу) 5Я,едкого натрия, 80;. дихлорэтана и I5f. воды.

Получают такие же результаты по регенерации адсорбента, как в примере 6.

Пример 8 ° Этот пример касается обработки активным углем неконцентрированных сахарных соков перед выпариванием.

В колонку, состоящую из стеклянной трубкй длиной 130 см и диаметром I0 см, снабженной внизу пористым диском, заливают водную массу, состояшую из стра- 3О ботанного угля колонки для обработки сахарного сока. Вода, составляющая часть массы, еще содержащая обрабатываемые элементы, вытекает через пористую поверхность. Проверяют, чтобы колонка была совершенно гомогенной и не имела в угле каналов и пустот.

Предварительно проверено, по- 4 сле сушки в шкафу при 100 С отработанного угля, что объем егс равный объему нового угля, весит на I5-25Я больше, причем максимум соответствует такому насыщению, что кажущаяся плотность отработанного угля 0,65g.

Объем адсорбциойной колонки

IO л, через нее сначала пропуска ют горячую воду при 90 С для на- бо грева всего устроиства от 60 до

70 С. Для сравнительного опыта

Составитель

Редак гор repBQHM039TexpeÄ Ст

Заказ фР Изд 1@ / т 7

I2 пропускают сверху IOO л I0$-ного по весу раствора серной кислоты нагретого до I00 С. Выходящий раствор окрашен (цвет кре. пкого чая). Затем колонку промывают горячей водой. Послеопорай нивания колонки часть угля " высушена,при отборе образцов ад.сорбента замечено, что в Равных объемах вес угля на I05 II5$. больше, чем вес нового.

Работая таким же обпазом ппи тех же условиях с ХОЯ-ным по весу раствором едкого натрия констатировано, вес угля составляет

ТОЗ-1I0jC о веса нового угля и выходящий сок черный, цвета крепкого кофе.

Затем проведен опыт обработки согласно предлагаемому изо,бретению. Используют водный gaствор, содержащий от 30 до 607. по весу изопропилового спирта и

I0g едкого натрия при тех же условиях (60-80 С . Этот раствор оставляют в контакте с отработанным углем I час, затем аствор пропускают со скоростью ,3 м/час в течение 2 час.

Найдено, что вес равных объ- емов регенерированного и нового угля почти одинаков и иодное число близко к исходному числу нового угля. В последнем опыте во время осветлительной обработки и очистки сахарных соков достигнуто полное извлечение адсорбционных продуктов.

ЫР:ЩМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ регенерации отработанных активных углей путем обработки их щелочным веществом и растворителем, о т л и ч а юшийся тем, что, с Целью повышения эффективности способа и полноты обработки, отношение скоростей подачи щелочного раствора к растворителю составляет 2-IO«

Л.Мовчан арцева корректор Б реут

Тираж Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

Предгриятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24