Способ регенерации активированных углей

(19) (11) 20/ 1 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМ ВИДЕТЕЛЬСТВ орб и хив истка ромыш я,РОВАНистк шленных сточных в сорбционной обраб Эке я к очист тно Изобретениводы и промьв частности енных сточных вод, области сорбционно обработки про и регенерации быть использо кой, нефтехим лях промышлен отработанного очистки стоко орг сляемь Цел шениеью изо времен емкост нерг ии у реге окис ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт коллоидной химиимии воды им. А. В. Думанского(56) Когановский А. М. и др. Ои использование сточных вод вленном водоснабжении. М.: Хими1983, с, 202,(54) С 110 СОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВИНЫХ УГЛЕЙ(57) Изобретение относится к оводы и промычастности к о ыщленных сточных водадсорбентов, и можетано в легкой, химичесческои и других отрасости для регенерации активного угля послесодержащих труднбокические вещества.етения является сокрарегенерации, снижение и упрощение процесса ля, насыщенного труднорганическими веществ сточных вод и регенерации адс ентовЦелью изобретения является сокращение времени регенерации, снижение энергоемкости и упрощение процесса регенерации углей, насыщенных трудноокисляемыми органическими вешествами. Для осуществления способа на отработанный в процессе очистки сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические вещества, активный уголь дополнительно наносят горючие органические вещества и подвергают уголь термоокислительной обработке парогазовой смесью, содержащей не более 5,0 об,% кислорода при 220 -о230 С. Способ позволяет сократить время регенерации в 1,5-1,7 раза, снизить энергоемкость процесса на 60-80% и уменьшить потери угля при многократной регенерации. 5 табл,Регенерацию отработанного при очистке сточных вод активного угля ведут путем термоокислительной деструкции адсорбированных органических веществ, включающим прогрев угля парогазовой смесью с содержанием кислорода не более 5 об,% до температуры входящих газов, деструкцию ведут в присутствии дополнительно нанесенного на активный уголь горючего органического вещества, которое выступает инициатором начала термоокислительной деструкции трудноокисляемых органических веществ.Использование этой особенности дает возможность быстрого проведениягде С, Н, 8, О, С 1, Р, Вг - число атомов обозначенных элементов в моле кулах органических веществ или смесей органических веществ.Примером таких веществ могут служить бензин, керосин, бензол, толуол, газоконденсат, которые также ограни ченно растворимы в воде и адсорбируются на активном угле.Для осуществления способа сточную воду, содержащую красители или поверхностно-активные вещества (ПАВ) в ко личестве 40-150 мг/л, или сточную воду, содержащую смесь красителей, по ф верхностно-активных и других трудноокисляемых органических веществ, количество которых характеризуется ве личинами ХПК 70-150 мг 0/л, Фильтруют снизу вверх через слой активного угля высотой 2,5-3,0 м в адсорбционной колонне со скоростью 6 м/мч до насыщения угля трудноокисляемым органическим веществом. Затем сверху вниз через слой угля Фильтруют воду, содержащую горючее органическое вещество со скоростью 3 м /м.ч до прои скока его через слой активного угля. После этого отработанный активный уголь подвергают термоокислительной обработке в той же колонне, снабженной устройством для получения парогазовой смеси заданного состава и температуры, Содержание кислорода в парогазовой смеси поддерживают в диапазоне 0,5-4,0 об, . Парогазовую смесь с температурой 210-300 С пропускают через неподвижный слой отработанного угля сверху вниз со скоростью 0,05 - 0,22 м/с. Обработку отработанного активного угля парогазовой смесью проводят до полного выгорания адсорбиро-, ванных органических веществ, которое определяют по снижению максимальной температуры в нижнем слое угля до тем-, пературы, входящей в лобовой слой активного угля парогазовой смеси, и по 40 процесса регенерации отработанного при очистке сточных вод активного уг-. ля с небольшими затратами тепловой энергии при невысоких потерях адсор 5 бента.В качестве горючих на активный уголь наносятся органические вещества:1 О4 С+Н+48 - 20- 2 С 1-ЗР -Вг) О,изменению состава отходящих из колонны дымовых газов. Температуру парогазовой смеси на всем пути движенияконтролируют.Адсорбционную емкость активного угля определяют по выходным кривым,построенным при пропускании раствораисследуемого вещества через исходныйактивный уголь и АУ после каждой регенерации,По окончании очередного. цикла адсорбция - регенерация определяют потери активного угля на выгорание. Вкачестве трудноокисляемых использовались следующие органические вещества;Краситель активный ярко-красный5 СХ ТУ 6-14-30-76Краситель активный красный СШ ТУ 6 ТУ 6-14-645-82Краситель активный ярко-желтый 43 йТУ 6-14-691-77Краситель активный оранжевый ЖП 1ТУ 6-14-338-76Краситель активный ярко-голубой 5311ТУ 6-14-530-76Краситель Ьапазо 1 В 1 аи ЗС РРК, СТВА,СЕТСУ. тае 1 аороп ОМТ-РазТе Копг 2, ППК7 ЕВ ЬЕ 11 ЮА Р 1 а 1 ап ОТЯ, - Иег 1.еЧа 1 г.ег ШЖ, 1 ЕВ, РЕП-СНЕМТЕ.УП р и м е р 1, Через адсорбционную колонну, в которую загружено 45 кг активного угля АГГОСТ 20464- 75, пропускают 10 м водного раство 3ра красителя СХконцентрацией 100 мг/л. Адсорбционная емкость АГпо СХ15 мг/л, Посце этого в верхнюю часть колонны подают водный раствор бензола концентрацией 50 мг/л и Фильтруют 0,2 м его через слой активЪного угля со скоростью 3 м/ч до появления следов бензола в воде, выходящей из нижней части колонны. Затемнасыщенный красителем СХактивный уголь с дополнительно нанесенным на йего горючим органическим веществом (бензолом) подвергают термоокислительной обработке парогазовой смесью ссодержанием кислорода 2,5 об,прио220 С на входе в лобовой слой активного угля, Термоокислительную обработку ведут в течение 10 ч до полного выгорания адсорбированных на активном угле органических загрязнений.Об окончании процесса регенерации свидетельствует понижение температуры в нижней части колонны до 220 С и повышение концентрации кислорода в отходящей парогазовой смеси до 2,0 об,%,9584 10 15 20 25 30 154 11 осле завершения процесса регенерации по вьппеописанной схеме проводят адсорбционную очистку следующей порции водного раствора красителя СХна активном угле АГ-З,После проведения пяти циклов адсорбция - регенерация адсорбционная емкость активного угля АГпо красителю СХвосстанавливалась на 98,7 100,0 Х, потери составляли 3,05-3,4 ОХ при расходе природного газа 0,4 м /чЭ (табл. 1, примеры 1-6) .Отработанный активный уголь после проведения пяти циклов адсорбция - регенерация с красителем СХв качестве трудноокисляемого органического вешества подвергают обработке раствором метаупона (ПАВ) концентрацией 100 мг/л с последуюшим нанесением бензола и регенерацией. Процесс проводят по вышеописанной в примере 1 схеме. Проводят еше пять циклов адсорбция - регенерация, Адсорбционная емкость активного угля АГпо метаупону восстанавливается на 97,7- 100,07, потери составляют 2,80-3,2533 при расходе природного газа 0,4 м /ч (табл, 1, примеры 1, 7-10). П р и м е р 2. Для обоснования целесообразности проведения перед регенерацией операции предварительного нанесения горючего органического вешества на отработанный в результате 35 адсорбции трудноокисляемых органических вешеств активный уголь проведено десять циклов адсорбция - регенерация активного угля АГс нанесением на него красителя (5 циклов) и поверхно стно-активного вещества (5 циклов) без обработки угля горючим вешеством.Через адсорбционную колонну, в которую загружено 45 кг активного угляЪАГ-З, пропускают 10 м водного раст вора красителя СХконцентрацией 100 мг/л. Насьппенный красителем активный уголь подвергают термоокислительной обработке парогазовой смесью с содержанием кислорода 2,5 об.Х при 50 300 С на входе н лобовой слой адсоро ь бента при 220 С регенерация не идет Термоокислительную обработку ведут 20 ч до полного выгорания адсорбированных на активном угле красителя или поверхностно-активного вешества, Окончание процесса регенерации активного угля определяют по понижению тем- л пературы на выходе из колонны до 300 фС и повьппению концентрации кислорода в отходяшей парогазовой смеси до 2,0 об,7., После завершения процесса регенерации по вьппеописанной схеме проводят адсорбцию следуюшей порции водного раствора красителя и т.д.После проведения пятой регенерации обработанного красителем активного угля АГраствор красителя СХзаменяют раствором метаупона концентрацией 100 мг/л и по вышеописанной схеме проводят еше пять циклов, восстанавливается адсорбция - регенерация, АдсорбОионная емкость активного. угля АГвосстанавливается на 97,7-100,0 Ж потери составляют 2,65-3,25 И при расходе природного газа 1,0 м /ч.3Показатели 10-ти регенераций активного угля АГприведены в табл. 2,При сравнении данных табл. 1 и 2видно, что присутствие горючего вещества на активном угле уменыпает время регенерации адсорбента, насыщенного трудноокисляемыми органическимивеществами, в 1,9 - 2 раза и позволяет достигнуть такой же степени восстановления адсорбционной способности, При этом расход топлива в единицу времени при практически одинаковомобгаре угля по сравнению с регенерацией адсорбента без горючего вещества уменьшается в 1,25 раза, что совместно с выигрышем во времени приводит, в конечном итоге, к снижениюэнергоемкости процесса в 2,7-2,8 раза,П р и м е р 3. Через адсорбцион+ную колонну, в которую загружено 45 г3активного угля АГ-З, пропускают 15 мсточной воды цеха крашения текстильного предприятия, содержащей красители, поверхностно-активные и другиеорганические вещества, количество которых характеризуется величиной ХПК80 мг Оп/л, со скоростью 8 м/ч. Адсорбционная емкость активного угля попоглошенному органическому веществу,выраженная в единицах ХПК, составляет 20 мг О/г. После этого в верхнюючасть колонны подают водный растворбензина концентрацией 50 мг/л и фильтруют его через слой отработанногоактивного угля сверху вниз со скоростью 3 м/ч до .появления следов бензина в воде, отходящей из нижней частиколонны, Профильтрован 0,2 м раство- эра бензина, активный уголь подвергаюттермоокислительной обработке парогазовой смесью с содержанием кислорода2,5% при 220 С на входе в лобовойслой адсорбента в течение 10 ч. По5окончании регенерации активного угляпроводят очередной фильтроцикл по вышеописанной схемеПроведено 10 циклов адсорбция -регенерация на реальной сточной воде,содержащей трудноокисляемые органические вещества, с добавлением горючего органического вещества. Показатели десяти регенераций активногоугля АГпарогазовой смесью приведены в табл. 3,50 Адсорбпдонная емкость активного угля АГпо органическим веществам, 20 содержащимся в сточной воде цеха крашения текстильного предприятия, восстанавливается на 98-100 Х, а потери угля составляют 2,60-3,15% при расходе природного газа 0,4 м/ч. 25При сравнении данных табл. 1 и 3 видно, что регенерация активного угля АГпбсле насыщения его трудноокисляемыми органическими веществами, содержащимися в сточных водах цеха крашения текстильного предприятия, и горючим веществом по всем приведенным параметрам аналогична регенерации активного угля АГ-З, насыщенного красителем СХили поверхностно-активным веществом типа метаупона в при 35 сутствии бензола, что указывает на достаточно широкую универсальность предлагаемого способа для регенерации активных углей с адсорбированными на них трудноокисляемыми органическими веществами. С целью определения оптимальных значений концентраций кислорода в парогазовой смеси и выяснения ее Влияния на время регенерации 45 и степень обгара активного угля, проведена серия опытов, состоящая из 10-ти циклов адсорбция - регенерация для каждого из следуюших значений концентрации кислорода, об.%: 0,5;1,2; 2,5; 3,5; 4,0.В табл. 4 приведены усредненные показатели регенераций активного угля АГ-З, насыщенного красителем, поверхностно-активным вешеством и труд 55 ноокисляемыми органическими веществами реальных сточных вод цеха крашения текстильного предприятия (ХПК 120 - 130 мг О/л) при вьппеукаэанных значениях концентрации кислорода во входящей в слой активного угля парогазовой смеси. Из данных табл. 4 следует, что при увеличении содержания кислорода в парогазовой смеси выше 3,5 об,7 резко увеличиваются потери АУ, а при уменьшении их ниже 1,2 об,7 значительно возрастает время регенерации, что увеличивает энергетические затраты на проведение данного процесса. Поэтому в процессе регенерации активного угля концентрацию кислорода в парогазовой смеси поддерживают в диапазоне 1,2 - 3,5 об,% при минимальных затратах энергетических ресурсов и допустимой степени обгара.П р и м е р 4. 45 кг АУ АГс введенным в поры угля катализатором МпО в количестве 47. обрабатывают водным раствором красителя СХпо методике примера 1 и подвергают термоокислительной обработке парогазовой смесью с содержанием кислорода 3,57 при 250 С на входе в слой угля. Время регенерации 17 ч. При проведении 5-ти циклов адсорбция - регенерация время регенерации колебалось в пределах 16-17 ч. Процесс регенерацииАУ с нанесенным катализатором является очень неустойчивым, малейшие изменения условий его проведения приводят к вспышке АУ. Следовательно, время регенерации в предложенном способе в 1,5 - 1,7 раза гюньше, чем в известном. Кроме того, присутствие на АУ горючих органических веществ является дополнительным источником тепла, что совместно с уменьшением времени регенерации позволяет снизить энергоемкость процесса на 60 - 807,АУ может быть использован 25 - 35 циклов адсорбция - регенерация при 2,8 - 4,5% потерь за 1 цикл, Однако прочность гранул АУ при регенерации парогазовой смесью в течение 6 ч в присутствии до 57 катализатора (оксида металла) уменьшается в 2 раза, Прочность гранул АУ с введенным катализатором после 8 - 1 О циклов адсорбция - регенерация уменьшается настоль ко, что наблюдается эффект разрушения частиц АУ, что приводит к вымыванию угля в процессе адсорбции и, следовательно, к возрастанию потерь до 5 -15 Х в последующих циклах адсорбции -регенерации. В предложенном способеВремярегенерации, ч Потериактивногоугля, 7 Пример, ПорядкоУ вый ноСтепень Расход природного газа,м /ч3 регенерацииактивномер регенерации по СХпо метаупону го угля,3,15 3,27 3,05 3,40 3,15 100,0 100,0 98,7 99,3 99,3 100,0 100,0 97,7 97,7 99,2 2 15,0 15,0 14,8 14,9 14,9 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 10 11 11 10 10 10 5 13,0 13,0 12,7 12,7 12,9 3,002,80 2,90 3,25 7 8 9 0 после 20 циклов адсорбции - регенерации величина потерь ЛУ не увеличивалась выше 57При использовании других горючих веществ была проведена регенерация АУ АГ-З, насыщенного красителем активным ярким-красным С 1, в условиях, описанных в примере 1. В качестве го- рючей смеси взяты вещества алифатиО ческого ряда (газоконденсат) и вещество ароматического ряда - толуол.Усредненные данные проведенных циклов адсорбции - регенерации приведены в табл. 5.5Таким образом, как следует из вышеизложенного, предложенный способ по простоте выполнения, времени регенерации, а следовательно, и стоимости превосходит известный, а по потерям АУ не уступает ему при проведении до 1 О циклов адсорбция - регенерация, При дальнейшем увеличении циклов адсорбции - регенерации потери АУ в предложенном способе меньше, чем в 25 известном, Кроме того, окислительная деструкция горючих органических веществ проходит в слое активного угля,что предотвращает возможность образования взрывоопасных концентраций горючих веществ с кислородом, так какне требует рецикла части продуктовокисления и десорбции ввиду их полного окисления до нетоксичных веществ,что ведет к упрощению процесса реге-нерации активных углей. формула изобретения Способ регенерации активированных углей, отработанных при очистке сточных врд, включающий термоокислительную деструкцию адсорбированных органических веществ путем прогрева угля парогазовой смесью с содержанием кисо лорода не более 5 об.Ж при 220-300 С, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью сокрашения времени регенерации, снижения энергоемкости и упрощения процесса регенерации угля, насыщенного трудноокисляемыми органическими веществами, через отработанный уголь предварительно фильтруют горючее органическое вещество до его по- явления в Ьильтрате.Порядковый номер регенера- ции Расход природного газа, м /чЭ Адсорбционная емкость угля АГСтепень Потериактивного Времярегенерации, ч регенерацииактивнопо СХпо метаупону угля,7го угля (АУ), Ж 1 Активныйуголь1234567891 О 13,0 15,00 14,9 14,9 15,0 14,8 12,9 12,9 12,7 12,9 12,9 Таблица 3 Степеньобгара, 7. Адсорбционная емкость угля АГпо органич, загрязнен, сточн, вод, мг 0 /г Времярегенерации, ч Степень регенеПример, Порядковый Расход 1 Р номер реге- природного герации газа, мЭ/ч рацииактивного угля,7.3,15 3,05 2,60 2,90 2,85 3,10 3,10 2,90 2,85 3,15 Т а блица 4 Концентра-Степень обгара Степень Время регенерации, ч Условия регенерации Расходприрод- ного регенераЕ ция кислорода, об.7 газа,м /ч 98+2 99+ 1 99+1 99+1 99+4,0 + 1,010 + 1,010 + 1,09 + 0,57 + 0,5 1,45 + 0,10 2,85 + 0,10 3,20 + 0,20 4,35 + 9,30 8,10 + 0,50 0,5 0,4 Регенерация активного угля, насьпценногокрасителем СХсдобавкой бензола 1,2 0,4 0,4 3,5 0,4 0,4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Исходныйуголь12345678910 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 20,0 20,0 20,0 19,9 9,6 19,6 19,8 19,8 19,9 19,8 19,7 100,0 100,0 99,5 980 98,0 99,0 99,0 99,5 99,0 98,5 100,0 99,3 99,3 100,0 98,7 99,2 99,2 97,7 99,2 992 10 10 10 11 11 10 10 10 10 10 20 19 18 20 19 20 19 19 19 19 305 2,90 2,40 3,15 2,80 3,25 2,90 2,65 3,00 2,90Степеньрегенера пень обга И, Х емя регерации, ч сп ентр а 8+ 2 0,0 3: 0 О,кти нераци гля, н енног обав 1,0 99 + 0,5 99 + 0,5 99 + 8,0 + 0,5 + метауп с 0 +,4 0 4 генерация угля, на ганически тивно енного 0 веще 0,0 + 4 твами из реальныхточных вод с добавой бензина 9 0 0 0 0 Таб Время р личество епень тепе бгар рючее вешес регенерации,гене ни,оведенх цикло сходнои е, мг/л 100 100 3,253,30. 10,5 10,0 зоконденсалуол 5 Составитель Л, АнаньеваРедактор М. Бандура Техред А.Кравчук Коррект Кравцова Подписноеобретениям и открытия Раушская наб., д. 4/5 Заказ ВНИИПИ ГКНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г.уж л. Гагарина,101 Концентрация горючего вещества 27 Тираж 413осударственного комитета п113035, Москва, Ж,40 + 0,0