(54) Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl6: C02F 1/26 (54) Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 07/96 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 03/99 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Chemii Przemysłowej im.prof.ignacego M ościckiego, W arszawa, PL (72) Twórcy wynalazku: Jacek Kwiatkowski, W arszawa, PL Ryszard Pepłoński, W arszawa, PL Małgorzata Jarosz, W arszawa, PL Witold Tęcza, Raszyn, PL (74) Pełnomocnik: Królikowska Anna, Instyutut Chemii Przemysłowej im.prof. Ignacego M ościckiego PL B1 (57) 1. Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody, znam ienny tym, że zanieczyszczenia organiczne zawarte w wodzie ekstrahuje się lekkim węglowodorem alifatycznym zawierającym od dwóch do pięciu węgli w cząsteczce, lub mieszaniną takich węglowodorów, w stosunku wagowym od 1:1 do 1:100 względem ilości substancji organicznych zawartych w wodzie, w temperaturze od 283 do 525 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 15MPa, a uzyskaną w ten sposób mieszaninę dwóch faz rozdziela się znanymi sposobami, a następnie z fazy ciężkiej zawarty w niej ekstrahent wydziela się przez striping powietrzem lub azotem w temperaturze od 300 do 325 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 0,3 MPa, i otrzymaną mieszaninę par ekstrahenta z powietrzem lub azotem poddaje się spaleniu.

2 Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody, znam ienny tym, że zanieczyszczenia organiczne zawarte w wodzie ekstrahuje się lekkim węglowodorem alifatycznym zawierającym od dwóch do pięciu węgli w cząsteczce, lub mieszaniną takich węglowodorów, w stosunku wagowym od 1:1 do 1:100 względem ilości substancji organicznych zawartych w wodzie, w temperaturze od 283 do 525 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 15MPa, a uzyskaną w ten sposób mieszaninę dwóch faz rozdziela się znanymi sposobami, a następnie z fazy ciężkiej zawarty w niej ekstrahent wydziela się przez striping powietrzem lub azotem w temperaturze od 300 do 325 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 0,3 MPa, i otrzymaną mieszaninę par ekstrahenta z powietrzem lub azotem poddaje się spaleniu. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lekki węglowodór alifatyczny lub mieszanina lekkich węglowodorów alifatycznych użyta do ekstrakcji zawiera od 1 do 15% objętościowych azotu lub dwutlenku węgla. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że fazę lekką rozpręża się do ciśnienia od 0,1 do 0,5 MPa i ochładza do temperatury od 283 do 520 K, a pozbawiony substancji organicznych ekstrahent zawraca się do ekstrakcji. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że fazę lekką spala się łącznie z gazami ze stripingu. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody. W wielu procesach chemicznych jako produkty uboczne, ścieki, otrzymywane są wodne roztwory węglowodorów i związków organicznych. Związki organiczne, a szczególnie węglowodory aromatyczne, stanowią duże zagrożenie dla środowiska naturalnego i dlatego muszą być usuwane ze ścieków przemysłowych przed spuszczeniem ich do wód powierzchniowych. Ponadto związki organiczne występują w wodach gruntowych i powierzchniowych, i jest konieczne usuwanie ich podczas oczyszczania wody dla celów komunalnych. Znane są metody usuwania związków organicznych z wody za pomocą adsorpcji na węglach aktywnych lub na innych adsorbentach. Do usuwania związków organicznych z wodnych roztworów stosowane są również metody biologiczne, w których wykorzystuje się mikroorganizmy przetwarzające związki organiczne na substancje nieszkodliwe dla środowiska. Sposób według wynalazku polega na tym, że wodę zawierającą zanieczyszczenia organiczne poddaje się ekstrakcji w temperaturze od 283 do 525 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 15 MPa lekkim węglowodorem alifatycznym zawierającym od dwóch do pięciu węgli w cząsteczce, zwanym dalej ekstrahentem, użytym w stosunku wagowym wynoszącym od 1:1 do 1:100 względem związków organicznych zawartych w wodzie, a w wyniku ekstrakcji uzyskuje się fazę lekką, zawierającą wydzielone substancje organiczne i ekstrahent, i fazę ciężką zawierającą wodę i lekki węglowodór lub mieszaninę lekkich węglowodorów alifatycznych. Fazę ciężką z ekstrakcji, zawierającą wodę i rozpuszczony lekki węglowodór alifatyczny, rozpręża się do ciśnienia od 0,1 do 0,3 MPa i w temperaturze od 300 do 325 K poddaje się stripingowi azotem lub powietrzem. Striping polega na przepuszczaniu w kolumnie w układzie przeciwprądowym tych gazów przez ciężką fazę. Gaz po stripingu zawierający powietrze lub azot i lekki węglowodór alifatyczny poddaje się spalaniu. Woda po ekstrakcji i stripingu nie zawiera związków organicznych i ekstrahenta. W sposobie według wynalazku jako ekstrahent można stosować także mieszaninę lekkich węglowodorów alifatycznych zawierających od dwóch do pięciu węgli w cząsteczce. Ekstrahent może zawierać azot i/lub dwutlenek węgla w ilości od 1 do 15% objętościowych.

3 W sposobie według wynalazku można przetwarzać fazę lekką dwoma sposobami w zależności od wpływu ciśnienia i temperatury na rozpuszczalność substancji ekstrahowanych w lekkich węglowodorach alifatycznych. W przypadku gdy zmiany ciśnienia w zakresie od 0,1 do 15 MPa i temperatury w zakresie od 283 do 520 K znacznie wpływają na rozpuszczalność substancji ekstrahowanych, fazę lekką rozpręża się do ciśnienia od 0,1 MPa do 0,5MPa i ochładza się do temperatury od 283 do 520 K. W warunkach tych następuje wydzielenie z ekstrahenta substancji organicznych. Po wydzieleniu substancji organicznych ekstrahent zawracany jest do ekstrakcji. W przypadku, gdy ciśnienie i temperatura we wspomnianych zakresach nieznacznie wpływają na rozpuszczalność substancji organicznych w lekkich węglowodorach alifatycznych, korzystne jest spalanie lekkiej fazy po ekstrakcji łącznie z gazami po stripingu fazy ciężkiej. Sposób według wynalazku pozwala na usunięcie z wody substancji organicznych. Zamknięte obiegi mediów technologicznych czynią go przyjaznym dla środowiska. Przykłady wykonania ilustrują istotę wynalazku nie ograniczając jego zastosowania do podanych niżej przykładów. Schematy instalacji do realizacji sposobu będącego przedmiotem wynalazku przedstawiono na rysunkach 1 i 2. Przykład 1. Proces wydzielania substancji organicznych z wody zrealizowano w aparaturze przedstawionej na rysunku 1. Surowiec-woda zawierająca 0,3% wag. węglowodorów aromatycznych w ilości kg/h sprężany jest pompą P -1 do ciśnienia 5,0 MPa i po przejściu przez wymiennik ciepła E -1, gdzie ulega podgrzaniu do temperatury 315 K. podawany jest do górnej części ekstraktora C -1. Do dolnej części ekstraktora C-1 pompami P-2 (gaz świeży, 108 kg/h) i P-3 (gaz obiegowy, 3492 kg/h) jest podawany ekstrahent-mieszanina lekkich węglowodorów alifatycznych zawierająca 80% obj. propanu i 20% obj. butanu. Szczyt ekstraktora opuszcza mieszanina, w ilości 3586 kg/h, zawierająca ekstrahent i rozpuszczone w nim węglowodory aromatyczne. Natomiast z dołu ekstraktora wyprowadzany jest strumień, w ilości kg/h, zawierający głównie wodę, a ponadto śladowe ilości węglowodorów aromatycznych i lekkich węglowodorów alifatycznych. Strumień odbierany ze szczytu ekstraktora C-1 jest kierowany do podgrzewacza E-3, w którym ulega zagrzaniu do temperatury 395 K. W wyniku podgrzania powstają dwie fazy, które są rozdzielane w separatorze S-1. Dół separatora S-1 opuszcza faza ciężka, w ilości 94 kg/h, zawierająca węglowodory aromatyczne i lekkie węglowodory alifatyczne. Z góry separatora S-1 jest wyprowadzana faza lekka, w ilości 3498 kg/h, zawierająca głównie lekkie węglowodory alifatyczne. Strumień ten po schłodzeniu w chłodnicy E-4 zawracany jest pompą P-3 ponownie do ekstraktora C-1. Strumień z dołu ekstraktora C -1, po rozprężeniu do ciśnienia 0,2 MPa podawany jest do środkowej części kolumny C-2. Do dolnej części kolumny C-2 podawany jest strumień azotu w ilości 65 m3/h. Dół kolumny opuszcza woda pozbawiona węglowodorów. Strumień odbierany z góry kolumny jest kierowany do spalenia łącznie ze strumieniem odbieranym z góry separatora S-2. Ciepło uzyskane ze spalenia tych węglowodorów wykorzystywane jest do wytworzenia pary stosowanej jako medium grzewcze w procesie. Przykład 2. Proces wydzielania substancji organicznych z wody zrealizowano w aparaturze przedstawionej na rysunku 2. Surowiec-woda zawierająca 0,5% wag. fenoli w ilości kg/h, sprężany jest pompą P-1 do ciśnienia 4,5 MPa i po przejściu przez wymiennik ciepła E-1, gdzie ulega podgrzaniu do temperatury 325 K, podawany jest do górnej części ekstraktora C -1. Do dolnej części ekstraktora C-1 podawana jest pompą P-2 mieszanina lekkich węglowodorów alifatycznych, zawierająca 80% obj. propanu i 20% obj. butanu, w ilości 1800 kg/h. Szczyt ekstraktora opuszcza ekstrahent i rozpuszczone w nim fenole, w ilości 1825 kg/h. Natomiast z dołu ekstraktora wyprowadzany jest strumień, w ilości kg/h, zawierający głównie wodę, a ponadto śladowe ilości fenoli i ekstrahenta. Strumień odbierany ze szczytu ekstraktora, po rozprężeniu do ciśnienia 0,25 MPa, jest kierowany do podgrzewacza E-3, w którym ulega zagrzaniu do temperatury 390 K. Strumień z dołu ekstraktora C-1 po rozprężeniu do ciśnienia 0,3 MPa podawany jest do środkowej części kolumny C-2. Do dolnej części kolumny C-2 podawany jest strumień powietrza w ilości 550 m 3/h. Dół kolumny opuszcza woda pozbawiona węglowodorów

4 i fenoli. Strumień odbierany z góry kolumny C-2 jest spalany wraz ze strumieniem odbieranym z góry kolumny C-1. Ciepło uzyskane ze spalenia tych węglowodorów wykorzystywane jest do wytworzenia pary do celów procesowych

5

6 R Y S U N E K 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł