|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ обработки сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора с помощью химического превращения сульфидов, при этом способ включает следующие этапы, на которых вводят отработавший щелочной раствор в реакционную камеру (18), которая содержит по меньшей мере один акустический силовой преобразователь (22) и один элемент (20) кавитации, обрабатывают отработавший щелочной раствор ультразвуком по меньшей мере от одного акустического силового преобразователя (22), подают газовую смесь, содержащую озон, в реакционную камеру и распределяют газовую смесь, содержащую озон, в отработавшем щелочном растворе с применением элемента (20) кавитации, где сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор реагирует с газовой смесью, содержащей озон, с образованием неорганических сернистых соединений, не содержащих сульфид, при этом измеряют температуру сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора и оценивают ее для контроля количества озона, подлежащего подведению к отработавшему щелочному раствору. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют отработавший щелочной раствор со значением рН от 8 до 14, преимущественно от 9 до 12. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку осуществляют при 400-1500 кГц. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газовая смесь, содержащая озон, представляет собой смесь кислорода/озона. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что сульфиды подвергают превращению с помощью озона при 20-40 °С. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что способ осуществляют в нескольких реакционных камерах, установленных одна за другой. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку и превращение с помощью озона осуществляют при атмосферном давлении. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что после этапа превращения газовую смесь отводят из отработавшего щелочного раствора с сульфидами и пропускают через один или несколько каталитических преобразователей для разложения непрореагировавшего озона и/или для дальнейшего окисления соединений, содержащих серу, особенно сероводорода. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что отработавшим щелочным раствором является каустическая сода. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что неорганическими сернистыми соединениями, не содержащими сульфид, являются в основном сульфаты. 11. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-10 с расходным баком (10) для сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора и реакционной камерой (18), соединенной через поток с расходным баком, где реакционная камера включает по меньшей мере один акустический силовой преобразователь (22) и механический элемент (20) кавитации и в реакционной камере предусмотрен блок (24) питания для газа, содержащего озон, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит один или несколько датчиков (26) температуры и блок (27) контроля, соединенный с датчиком (датчиками) (26) температуры и с блоком (24) питания для контроля количества газа, содержащего озон, который подводится к реакционной камере в зависимости от температуры отработавшего щелочного раствора.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ обработки сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора с помощью химического превращения сульфидов, при этом способ включает следующие этапы, на которых вводят отработавший щелочной раствор в реакционную камеру (18), которая содержит по меньшей мере один акустический силовой преобразователь (22) и один элемент (20) кавитации, обрабатывают отработавший щелочной раствор ультразвуком по меньшей мере от одного акустического силового преобразователя (22), подают газовую смесь, содержащую озон, в реакционную камеру и распределяют газовую смесь, содержащую озон, в отработавшем щелочном растворе с применением элемента (20) кавитации, где сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор реагирует с газовой смесью, содержащей озон, с образованием неорганических сернистых соединений, не содержащих сульфид, при этом измеряют температуру сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора и оценивают ее для контроля количества озона, подлежащего подведению к отработавшему щелочному раствору. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют отработавший щелочной раствор со значением рН от 8 до 14, преимущественно от 9 до 12. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку осуществляют при 400-1500 кГц. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газовая смесь, содержащая озон, представляет собой смесь кислорода/озона. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что сульфиды подвергают превращению с помощью озона при 20-40 °С. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что способ осуществляют в нескольких реакционных камерах, установленных одна за другой. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку и превращение с помощью озона осуществляют при атмосферном давлении. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что после этапа превращения газовую смесь отводят из отработавшего щелочного раствора с сульфидами и пропускают через один или несколько каталитических преобразователей для разложения непрореагировавшего озона и/или для дальнейшего окисления соединений, содержащих серу, особенно сероводорода. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что отработавшим щелочным раствором является каустическая сода. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что неорганическими сернистыми соединениями, не содержащими сульфид, являются в основном сульфаты. 11. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-10 с расходным баком (10) для сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора и реакционной камерой (18), соединенной через поток с расходным баком, где реакционная камера включает по меньшей мере один акустический силовой преобразователь (22) и механический элемент (20) кавитации и в реакционной камере предусмотрен блок (24) питания для газа, содержащего озон, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит один или несколько датчиков (26) температуры и блок (27) контроля, соединенный с датчиком (датчиками) (26) температуры и с блоком (24) питания для контроля количества газа, содержащего озон, который подводится к реакционной камере в зависимости от температуры отработавшего щелочного раствора.
Евразийское 025910 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201491230
(22) Дата подачи заявки
2012.12.18
(51) Int. Cl.
C02F1/36 (2006.01) C02F1/78 (2006.01) C02F1/66 (2006.01) C02F103/18 (2006.01) C02F103/36 (2006.01) C02F103/28 (2006.01)
C02F 101/10 (2006.01)
(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СУЛЬФИДСОДЕРЖАЩЕГО ОТРАБОТАВШЕГО ЩЕЛОЧНОГО РАСТВОРА
(31) 10 2011 121 910.6
(32) 2011.12.21
(33) DE
(43) 2014.09.30
(86) PCT/EP2012/005253
(87) WO 2013/091845 2013.06.27
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
УЛЬТРАСОНИК СИСТЕМЗ ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель:
Пёшль Ульрих, Оливери Кармело
(DE)
(74) Представитель:
Носырева Е.Л. (RU)
(56) DE-A1-102005028660 US-B1-6348129 CN-Y-201330188 CN-Y-2517734 JP-A-2009131827 US-A1-2003132165 US-A-5130032 WO-A1-2008080618
(57) Изобретение относится к способу обработки сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора с помощью химического превращения сульфидов, где способ включает следующие этапы: введение отработавшего щелочного раствора в реакционную камеру (18), которая содержит по меньшей мере один акустический силовой преобразователь (22) и один элемент (20) кавитации; обработка отработавшего щелочного раствора ультразвуком по меньшей мере от одного акустического силового преобразователя (22); подача газовой смеси, содержащей озон, в реакционную камеру и распределение газовой смеси, содержащей озон, в отработавшем щелочном растворе с применением элемента (20) кавитации, где сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор превращают с помощью газовой смеси, содержащей озон, с образованием неорганических сернистых соединений, не содержащих сульфид.
Настоящее изобретение относится к способу обработки сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора с помощью химического превращения сульфидов, особенно с помощью окисления.
Щелочные сточные воды и техническая вода, содержащие сульфиды и называемые далее по тексту также "отработавшими щелочными растворами", образуются в ряде промышленных процессов. Отработавшие щелочные растворы обычно применяют для вымывания кислотных компонентов из различных газовых потоков или для извлечения из потоков отработавших щелочных растворов. Газовые потоки образуются в нефтехимической промышленности, нефтеперерабатывающем производстве, производстве целлюлозы и бумаги и различных химических производственных процессах. Кислотные компоненты включают сероводород, H2S, меркаптаны, RSH и, возможно, углекислый газ и другие органические кислоты. Кроме того, сульфидсодержащие отработавшие щелочные растворы также могут содержать другие органические вещества, которые увеличивают химическую потребность в кислороде (COD) для щелока. Органические вещества включают, в частности, фенолы, органические кислоты и масла.
Загрязненные сульфидсодержащие отработавшие щелочные растворы представляют собой главную проблему утилизации как из-за содержания в них щелочи, так и из-за содержащихся в них кислотных компонентов, особенно сульфидов. Нейтрализация сульфидсодержащих отработавших щелочных растворов с помощью добавления кислоты приводит к высвобождению токсичного сероводорода. Поэтому необходимо превращать содержащиеся в отработавших щелочных растворах кислотные компоненты в форму, подходящую для высвобождения в окружающую среду.
Известны различные способы обработки сульфидсодержащих отработавших щелочных растворов. В документе DE 19612945 А1 описывается химическое превращение сульфидов с диоксидом серы и образование тиосульфата при значении рН приблизительно 6. Однако ни диоксид серы, ни тиосульфат не являются токсикологически безопасными. Более того, требуемое подкисление отработавшего щелочного раствора приводит к значительному количеству солей, которые также подлежат утилизации.
Способ обработки сульфидсодержащих отработавших щелочных растворов с помощью влажного окисления известен из документа US 4350599. В данном способе кислотные компоненты отработавшего щелочного раствора превращают в неорганический сульфат, углекислый газ и воду посредством окисления атмосферным кислородом при повышенной температуре и повышенном давлении. Окисление происходит в закрытой системе, поэтому в большинстве случаев предотвращается утечка вредных веществ в атмосферу. Высокая щелочность сульфидсодержащих отработавших щелочных растворов неизбежно влечет за собой применение отдельных стройматериалов, таких как, например, коррозионно-стойкая никелевая сталь, которая может выдержать условия давления и температуры, преобладающие во время проведения влажного окисления. Поэтому эти способы очень дорогостоящие.
Устройство для обработки отработавшего щелочного раствора с механическим элементом кавитации, установленным в камере, и системой газоснабжения, которая проходит через элемент кавитации, известен из документа WO 2008/080618 А1. Устройство также включает акустический силовой преобразователь, который испускает звуковые волны непосредственно в камеру. Движения элемента кавитации обеспечивают смесь газа, которая подводится с отработавшим щелочным раствором, подлежащим обработке. В качестве второй характеристики звуковые волны с помощью акустического силового преобразователя передаются непосредственно в отработавший щелочной раствор; вследствие этого во всем отработавшем щелочном растворе уменьшается средний размер пузырьков. Силовой преобразователь предназначен, в частности, выполнять роль ультразвукового генератора, который обеспечивает частоты в диапазоне от 400 до 1500 кГц, преимущественно от 600 до 1200 кГц. Предполагается, что устройство можно использовать для обеззараживания сточных вод с помощью обработки озоном.
Настоящее изобретение исходит из проблемы обеспечения рентабельного способа обработки суль-фидсодержащих отработавших щелочных растворов, с помощью которого можно избежать некоторых недостатков известных в уровне техники способов.
Для решения этой проблемы будет обеспечен способ обработки сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора с помощью химического превращения сульфидов в соответствии с настоящим изобретением, при этом способ включает следующие этапы: введение отработавшего щелочного раствора в реакционную камеру, которая содержит по меньшей мере один акустический силовой преобразователь и один элемент кавитации, обработка отработавшего щелочного раствора ультразвуком по меньшей мере от одного акустического силового преобразователя, подача газовой смеси, содержащей озон, в реакционную камеру и распределение газовой смеси, содержащей озон, в отработавшем щелочном растворе с применением элемента кавитации, где сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор превращают с помощью газовой смеси, содержащей озон, с образованием неорганических сернистых соединений, не содержащих сульфиды.
Способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что обработку сульфидсодержа-щего отработавшего щелочного раствора можно осуществлять при условиях окружающей среды. В силу вышесказанного выдвигается меньше требований касательно коррозионной стойкости устройства, применяемого для осуществления способа, и присоединенных трубопроводов. Кроме того, не приходится обеспечивать стойкие к давлению или термостойкие аппараты. Поскольку превращение сульфидсодер-жащего отработавшего щелочного раствора с помощью окисления озоном является экзотермическим
процессом, способ можно контролировать путем мониторинга температуры отработавшего щелочного раствора. Это позволяет осуществлять способ простым путем.
Отработавший щелочной раствор преимущественно будет иметь значение рН приблизительно от 8 до 14, при этом особенно предпочтительно значение рН от 9 до 12. Весь сероводород при таких значениях рН пребывает в форме сульфид-ионов, поэтому риск высвобождения токсичного сероводорода в окружающую среду отсутствует.
Ультразвуковую обработку преимущественно выполняют в диапазоне частот от 400 до 1500 кГц и предпочтительно от 600 до 1200 кГц. Следует отметить, что при частоте менее 400 кГц ускорение реакции окисления между сульфидом и озоном не прогнозируется. Ультразвуковые генераторы с полосой частот свыше 1500 кГц не показывают никакого улучшения производительности.
Ультразвуковая обработка сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора может происходить перед добавлением газовой смеси, содержащей озон, в реакционную камеру, во время и/или после этого.
В соответствии с отдельным вариантом осуществления сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор перед добавлением в реакционную камеру газовой смеси, содержащей озон, является уже обработанным ультразвуком. Не вдаваясь в теорию, полагают, что сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор будет заряжаться энергией посредством ультразвуковой обработки, при этом будут образовываться ОН-радикалы, что способствует последующему превращению сульфидов с помощью озона.
Ультразвуковая обработка во время введения в отработавший щелочной раствор газовой смеси, содержащей озон, и/или после этого вызывает распад пузырьков газа, введенных в отработавший щелочной раствор с помощью элемента кавитации, на очень маленькие части и может привести к молекулярному диспергированию газовой смеси.
Особенно предпочтительна ультразвуковая обработка как перед подачей в реакционную камеру газовой смеси, содержащей озон, так и во время и/или после этого, благодаря чему происходит еще лучшее распределение или молекулярное диспергирование газовой смеси в сульфидсодержащем отработавшем щелочном растворе. Ввиду высокого относительного содержания растворенного газа в сульфидсодер-жащем отработавшем щелочном растворе, полагают, что не только озон, содержащийся в газовой смеси, но также и растворенный кислород будет участвовать в окислении сульфидов и необязательно других органических веществ с образованием неорганических сернистых соединений, не содержащих сульфиды, особенно сульфата, и углекислого газа.
Сульфиды преимущественно превращают с помощью озона при температуре приблизительно 20-40°С. Следовательно, способ в целом может осуществляться при комнатной температуре. Экзотермическое превращение сульфидов с помощью озона или кислорода приводит к повышению температуры в сульфидсодержащем отработавшем щелочном растворе, что можно применить для контроля реакции.
Таким образом, согласно особенно предпочтительному варианту осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением в реакционной камере и/или в питающей или отводящей линиях предусмотрены датчики температуры; замеряемые значения температур могут быть оценены в устройстве контроля. С помощью этой оценки затем можно рассчитать количество озона, которое необходимо подать в реакционную камеру.
Способ преимущественно осуществляют таким образом, чтобы было израсходовано все количество озона, который подается в реакционную камеру. Поэтому последующая обработка отводимых из устройства газов не нужна.
Все же существуют положения касательно условий безопасности для газов, отводимых из устройства, которые пропускаются через каталитический преобразователь для разложения остаточного озона и/или каталитический преобразователь для дальнейшего окисления соединений, содержащих серу, особенно сероводорода и/или диоксида серы.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения может быть обеспечено несколько последовательных реакционных камер, в которых может осуществляться ультразвуковая обработка и превращение отработавшего щелочного раствора с помощью озона в каждом отдельном случае. Вместе с тем можно существенно сократить период времени, требуемый для удаления сульфидов из отработавшего щелочного раствора вплоть до установленного значения концентрации.
Особое предпочтение отдают осуществлению способа в соответствии с настоящим изобретением при атмосферном давлении. Таким образом, не нужно проектировать реакционную камеру и другие трубопроводы устройства в стойком к давлению исполнении.
Более того, способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет создать модульную конструкцию устройства, так что реакционные камеры, которые уже были предварительно изготовлены, при желании могут быть соединены друг с другом и присоединены к расходному баку, в котором содержится сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор. Следовательно, способ может осуществляться на месте в мобильных станциях. Транспортировка сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора, таким образом, не является необходимой.
Основная конструкция реакционной камеры с механическим элементом кавитации и устройством
для подачи газа, содержащего озон, в основном известна из документа WO 2008/080618 А1, на который делается ссылка.
Механический элемент кавитации преимущественно представляет собой вращающуюся направляющую для потока, сконструированную таким образом, чтобы образовывались зоны с максимально возможной скоростью потока вдоль ее поверхности, дабы добиться максимально возможного эффекта кавитации и, следовательно, хорошего перемешивания газовой смеси с отработавшим щелочным раствором.
Механический элемент кавитации проектируют, например, в форме диска или дисковидной формы. При этом диск, который можно использовать, снабжен особыми конструкциями, например эллипсоидными секциями, с очень высокими скоростями потока, развивающимися в непосредственной близости от них.
Газовая смесь, содержащая озон, преимущественно подводится с помощью подающего газопровода непосредственно на поверхность элемента кавитации. Благодаря этому газовая смесь может фактически полностью поступать в отработавший щелочной раствор. Особое предпочтение отдают тому, чтобы газовая смесь, содержащая озон, подавалась в зону наивысшей скорости потока на поверхности элемента кавитации, поскольку таким образом можно получить особенно хорошую смесь. Этого можно добиться в непосредственной близости от вышеуказанных конструкций или в непосредственной близости от края диска.
Акустический силовой преобразователь преимущественно представляет собой пьезоэлектрический элемент, который может быть спроектирован, например, в форме диска.
В реакционной камере можно установить только один, два или множество акустических силовых преобразователей. Каждый из акустических силовых преобразователей преимущественно имеет непосредственный контакт с отработавшим щелочным раствором, поэтому звуковые волны испускаются непосредственно в отработавший щелочной раствор. В данном контексте непосредственный контакт означает, что электропроводящие твердые вещества силового преобразователя не вводят колебания в отработавший щелочной раствор, как это делает, например, волновод. Точнее, отработавший щелочной раствор в данном варианте осуществления находится непосредственно на силовом преобразователе и поэтому сам является источником ультразвука.
Акустический силовой преобразователь в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения работает в импульсном режиме. Длительность этого импульса в настоящем изобретении выбирают таким образом, чтобы пузырьки газа распадались на очень маленькие частички, и газовая смесь, содержащая озон, растворялась в отработавшем щелочном растворе наиболее эффективным из возможных способов. Если предусмотрено несколько акустических силовых преобразователей, то все из них или только несколько из них могут работать в импульсном режиме с одинаковыми или разными длительностями импульсов и частотами импульсов.
При введении отработавшего щелочного раствора реакционная камера преимущественно полностью заполняется отработавшим щелочным раствором, поэтому звуковые волны распространяются по всей реакционной камере и могут отражаться назад в отработавший щелочной раствор со всех сторон. Количество газа, которое вводят, и расход газа преимущественно выбирают таким образом, чтобы над отработавшим щелочным раствором не возникал объем газа.
В предпочтительном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением во время обработки ультразвуком и кавитационной обработки отработавший щелочной раствор течет через реакционную камеру. Таким образом, способ применяется не к постоянному объему отработавшего щелочного раствора, а вместо этого применяется к отработавшему щелочному раствору, протекающему через реакционную камеру, согласно проточному принципу.
В контексте данного описания выражение "реакционная камера" по сути представляет собой непрерывную область от элемента кавитации до области вокруг акустического силового преобразователя (преобразователей). Эти области могут быть в непосредственной близости друг от друга или же находиться обособленно друг от друга; расстояние между областями также определяется по дегазации газовой смеси, введенной в отработавший щелочной раствор с помощью элемента кавитации.
Реакционная камера может состоять из одной камеры, в которой установлены как элемент кавитации, так и акустический силовой преобразователь (преобразователи), или же может состоять из нескольких камер, которые непрерывно соединенных друг с другом с помощью трубопроводов; в каждом отдельном случае элемент кавитации и акустический силовой преобразователь установлены в их собственной камере. Впрочем, в данном случае важным является то, что ультразвук оказывает влияние прямо на элемент кавитации.
Целесообразно, чтобы звуковые волны акустического силового преобразователя (преобразователей) как можно более равномерно распространялись по всей реакционной камере, которая включает элемент кавитации и акустический силовой преобразователь (преобразователи).
Кроме того, настоящее изобретение относится к аппарату для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением с расходным баком для сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора и реакционной камерой, соединенной через поток с расходным баком, где реакционная камера
содержит по меньшей мере один акустический силовой преобразователь и механический элемент кавитации, и где в реакционной камере предусмотрен блок питания для газа, содержащего озон, отличающемуся тем, что устройство дополнительно включает один или несколько датчиков температуры, блок контроля, соединенный с датчиком (датчиками) температуры и с блоком питания для контроля количества газа, содержащего озон, который подводится к реакционной камере в зависимости от температуры отработавшего щелочного раствора.
Способ в соответствии с настоящим изобретением и аппарат в соответствии с настоящим изобретением являются особенно подходящими для обработки сульфидсодержащих отработавших щелочных растворов из нефтехимических заводов и установок в области производства целлюлозы и бумаги. Однако способ не ограничивается этими применениями. В частности, является возможным применение способа для обработки сточных вод из установки для производства биогаза.
Дополнительные отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения следуют из описания ниже и из прилагаемых графических материалов, на которые делается ссылка. В графических материалах показано следующее:
на фиг. 1 показана принципиальная блок-схема способа в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2а и 2b показаны схематические разрезы реакционной камеры аппарата для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1 показана блок-схема способа обработки сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора в соответствии с настоящим изобретением. Сырьевой сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор течет из расходного бака 10 по трубопроводу 12 в насос 14, который доставляет отработавший щелочной раствор в устройство для обработки. Сырьевой щелочной раствор передается насосом по трубопроводу 16 в реакционную камеру 18.
В реакционной камере 18 предусмотрен механический элемент 20 кавитации. Кроме того, реакционная камера включает по меньшей мере один акустический силовой преобразователь 22, в частности ультразвуковой генератор. Вместе с тем, с реакционной камерой 18 соединен генератор 24 озона, из которого в реакционную камеру подводится газовая смесь, содержащая озон. Газовая смесь, содержащая озон, преимущественно может подводиться в реакционную камеру 18 из генератора 24 озона через механический элемент 20 кавитации. Кроме того, на реакционной камере 18 или в ней и/или в питающих линиях или отводящих линиях может быть установлен датчик 26 температуры.
Сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор подается в реакционную камеру 18 при условиях окружающей среды, имеется ввиду при температуре окружающей среды и атмосферном давлении. Затем отработавший щелочной раствор обрабатывается в реакционной камере 18 посредством введения ультразвука из акустического силового преобразователя 22 при частоте в диапазоне от 400 до 1400 кГц, пока отработавший щелочной раствор течет через реакционную камеру.
После этого или одновременно с ультразвуковой обработкой газовая смесь, содержащая озон, вводится в реакционную камеру 18 из генератора 24 озона и тонко диспергируется в отработавшем щелочном растворе с помощью механического элемента 20 кавитации. В способе предпочтительно, чтобы газовая смесь, содержащая озон, подводилась непосредственно через вращающуюся кавитационную пластину элемента 20 кавитации.
Количество озона, вырабатываемого генератором озона, составляет преимущественно по меньшей мере приблизительно 80 г/ч. Меньшие количества озона продлевают период времени, требуемый для завершения превращения сульфидов. Точное количество озона можно определить с учетом количества отработавшего щелочного раствора, подлежащего обработке, и максимальной растворимости озона в отработавшем щелочном растворе.
Окисление сульфидов в отработавшем щелочном растворе с помощью озона и, вероятно, кислорода, ОН-радикалов и пероксосоединений, которое происходит из-за поступления озона и/или ультразвуковой обработки в отработавшем щелочном растворе, начинается почти сразу и приводит к повышению температуры отработавшего щелочного раствора, что можно определить с помощью датчика 26 температуры.
Повышение температуры, определяемое посредством датчики 26 температуры, можно оценить в блоке 27 контроля и применять для контроля количества озона, который вырабатывается генератором озона и подводится в отработавший щелочной раствор. Предпочтительно, чтобы озон вырабатывался и подводился в отработавший щелочной раствор только в такой мере, чтобы в отработавшем щелочном растворе расходовалось и превращалось с сульфидами и другими окисляемыми соединениями все количество озона.
Отработавший щелочной раствор, который очищается с помощью озона, будет выгоняться из реакционной камеры по трубопроводу 28 и обратно переходить в расходный бак 10. На трубопроводе 28 предусмотрена отводящая линия 30, которая может уносить избыточный газ из устройства для обработки. Отработавший щелочной раствор или твердые вещества, которые захватываются газом, могут конденсироваться в охлаждающем устройстве 32 и подаваться обратно в трубопровод 28.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления на реакционной камере 18 или в непосредственной близости от нее предусматривается отводящая линия 30 для избыточного газа. Таким
образом можно предотвратить избыточное давление на участках трубопровода 28.
Более того, газ, который сушится в охлаждающем устройстве 32, может пропускаться через один или несколько каталитических преобразователей 34 для отбора газа, или остаточного озона, и/или серосодержащих соединений до того, как они будут выпущены в атмосферу.
Кроме того, на трубопроводе 28 может быть предусмотрено охлаждающее устройство 36, например теплообменник, для поддержания температуры отработавшего щелочного раствора в заданных пределах. Дополнительно, очищенный отработавший щелочной раствор может быть освобожден в разделительном устройстве 38 от твердых веществ, которые могут образовываться во время превращения сульфидсодер-жащего отработавшего щелочного раствора. Разделительным устройством может быть щелевой фильтр, декантатор или фильтр иного типа.
Отработавший щелочной раствор из расходного бака 10 направляется в цикл до тех пор, пока содержание сульфидов не понизится до фиксированного значения, например, 50 ppm или ниже. К тому же выяснилось, что возврат очищенного отработавшего щелочного раствора в цикл сокращает период обработки в целом.
Альтернативно или дополнительно, также можно определить химическое потребление кислорода отработавшим щелочным раствором; при этом как сульфиды, так и другие органические вещества, которые подобным образом окисляются озоном, вносят свой вклад в него.
Как только достигаются целевые значения сульфидов и/или химического потребления кислорода, расходный бак 10 опорожняется и является доступным для заполнения новым сырьевым щелочным раствором. Очищенный отработавший щелочной раствор может или разбавляться, или нейтрализоваться, и/или подаваться в установку очистки стоков.
Реакционная камера 18 для впуска и химического превращения отработавшего щелочного раствора, показанная на принципиальных схемах фиг. 2а и 2b, имеет впускное отверстие 114 и выпускное отверстие 116. В данном примере реакционная камера 18 спроектирована в виде отдельной камеры.
Процесс протекает согласно проточному принципу, т.е. отработавший щелочной раствор течет с постоянной скоростью потока через впускное отверстие 114 в реакционную камеру 18 и выходит из реакционной камеры 18 через выпускное отверстие 116. Впускное отверстие 114 и выпускное отверстие 116 размещены напротив друг друга на противоположных сторонах реакционной камеры 18 по направлению оси А. При эксплуатации устройство располагается таким образом, что впускное отверстие 114 находится на нижнем конце реакционной камеры 18.
Когда устройство эксплуатируется, вся реакционная камера 18 полностью заполнена отработавшим щелочным раствором.
В непосредственной близости от впускного отверстия 114 находится механический элемент 20 кавитации в форме горизонтальной и вращающейся дискообразной пластины с конструкцией направляющей потока и с противоположными выпуклыми сторонами, которые сходятся в острый наружный край. Элемент 20 кавитации соединен через полый вал 118 с непрерывно контролируемым двигателем 120, который задает скорость вращения элемента 20 кавитации. Элемент 20 кавитации полностью погружен в отработавший щелочной раствор и двигается настолько быстро, что в отработавшем щелочном растворе возникает кавитация.
Подающий газопровод 121 предусмотрен внутри полого вала 118, который является частью системы газоснабжения; газовая смесь, содержащая озон из генератора озона (не показано на схеме), направляется по подающему газопроводу для введения в отработавший щелочной раствор на поверхности элемента 20 кавитации. Для этого подающий газопровод 121 соединен с каналом 122, который заканчивается за пределами реакционной камеры 18 и который может быть соединен с генератором озона (не показано).
В варианте осуществления, представленном в данном документе, подающий газопровод 121 заканчивается непосредственно на поверхности элемента 20 кавитации. Следовательно, газовая смесь, содержащая озон, испускается непосредственно на поверхность элемента 20 кавитации и вводится в отработавший щелочной раствор в зоне наибольшего эффекта кавитации.
Подающий газопровод находится в непосредственной близости от поверхности элемента 20 кавитации, но также он может быть размещен в другом месте, не именно возле элемента 20 кавитации.
Реакционная камера 18 окружена стенкой 124, которая удерживает отработавший щелочной раствор в реакционной камере 18. Кроме того, что в камере размещен элемент 20 кавитации, соединительные трубопроводы также являются частью реакционной камеры 18.
К тому же реакционная камера 18 включает две короткие соединительные детали 130, 132, расположенные под углом 90°, к которым в каждом отдельном случае присоединен акустический силовой преобразователь 22, и которые соединяют акустические силовые преобразователи 22 с камерой, где содержится элемент 20 кавитации. Два акустических силовых преобразователя 22 преимущественно предназначены выполнять роль ультразвуковых генераторов и функционируют в диапазоне частот от 400 до 1500 кГц, преимущественно в диапазоне частот от 600 до 1200 кГц. Соединительная деталь 130 заканчивается высшей точкой впускного отверстия 114, расположенного под углом 90° относительно нее, по
направлению к окружности круга, тогда как соединительная деталь 132 заканчивается высшей точкой выпускного отверстия 116, таким же образом расположенного под углом 90° относительно нее.
Акустические силовые преобразователи 22 соединяют и подают ультразвуковую энергию в виде элементарной волны непосредственно в отработавший щелочной раствор, а также в элемент 20 кавитации, и, фактически, по обе стороны каждого дискообразного силового преобразователя 22.
Для загрузки в отработавший щелочной раствор газовой смеси, содержащей озон, элемент 20 кавитации приводится во вращение так быстро, что в отработавшем щелочном растворе возникает кавитация. Газ, содержащий озон, направляется к поверхности элемента 20 кавитации посредством системы газоснабжения. Практически весь газ, который вводится, запускается в отработавший щелочной раствор благодаря эффекту кавитации.
Поскольку все пространство заполняется звуковыми волнами от акустических силовых преобразователей 22, пузырьки, образуемые элементом кавитации 20, энергией звуковой волны моментально разделяются на очень маленькие частички; при этом возникают пузырьки со средним размером в диапазоне нанометров, и создается большое относительное содержание пузырьков в диапазоне ангстрем. Это приводит к тому, что основная доля газовой смеси, содержащей озон, которая введена в отработавший щелочной раствор, молекулярно диспергируется в отработавшем щелочном растворе. Вот почему весь газ, который вводится, остается в отработавшем щелочном растворе в течение относительно длительного периода времени.
В компоновке, которая показана, первый акустический силовой преобразователь 22 с точки зрения потока также может применяться для звукохимической предварительной обработки отработавшего щелочного раствора, перед тем как будет загружена газовая смесь, содержащая озон. Отработавший щелочной раствор, который вливается, непосредственно подвергается действию звуковых волн от акустического силового преобразователя 22; это приводит к тому, что последующая реакция окисления происходит быстрее.
Пример.
8 л щелочной промывной воды, загруженной сульфидами, из нефтеперерабатывающего завода разбавляли 500 л чистой воды и хранили в расходном баке. Сульфидсодержащий отработавший щелочной раствор, который получали таким образом, имел значение рН 11,93, химическое потребление кислорода (COD) 2364 мг/л и содержание сульфидов 450 мг/л.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением в виде опытной установки с реакционной камерой 18, где предусмотрены механический элемент 20 кавитации и два акустических силовых преобразователя 22, предназначенные выполнять роль ультразвуковых генераторов, до и после элемента кавитации, соединяли с расходным баком посредством насоса. Более того, коммерчески доступный генератор 24 озона (от изготовителя Ozonia AG, Швейцария) соединяли с реакционной камерой.
В отработавший щелочной раствор с помощью генератора озона вводили приблизительно 200 г/ч озона, смешанного с кислородом, и проводили обработку в режиме непрерывного потока. Элемент кавитации работал при приблизительно 3000 об/мин. Ультразвуковой генератор обеспечивал частоту приблизительно 600 кГц с выходной мощностью приблизительно 1400 Вт.
Избыточный или конвертированный газ (по сути воздух или кислород) отводили из устройства по отводящим линиям; порции жидкости, конденсируемые из газа, подавали обратно в устройство в этом способе.
Очищенный отработавший щелочной раствор затем подавали обратно в расходный бак. Способ осуществляли циклически до тех пор, пока содержание сульфидов в отработавшем щелочном растворе не имело установившейся величины меньше 10 ppm. Образцы отбирали из расходного бака и анализировали в отношении содержания сульфидов и COD с интервалами времени, которые были установлены заранее. Измеренные значения приведены в нижеследующей полученной в результате таблице.
Обработка 8 л отработавшего щелочного раствора в 500 л чистой воды
Время,
Образец
COD,
Сульфид,
мин.
мг/л
мг/л
Сырьевой
11,93
22,2
2364
450
11.91
23.6
2454
460
11.9
24,6
300
11.78
26,2
190
11.4
28.2
2043
160
11.42
25.2
11.5
27.2
105
11.42
25,8
1725
120
11.2
30,2
11.42
28.2
11.21
28.2
11,21
30,6
1515
Обработка сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора с применением способа в соответствии с настоящим изобретением уже через приблизительно 2 ч приводит к уменьшению относительного содержания сульфида до значений, меньше граничных, что позволяет внедрять ее в очистные
сооружения для коммунальных или промышленных сточных вод. Способ можно осуществлять с помощью технически доступных средств при условиях окружающей среды, температуре, близкой к температуре окружающей среды, и нормальном давлении. Поскольку друг за другом может быть подключено произвольное число реакционных камер, способ можно применять универсально, а также его можно легко приспосабливать к требованиям заказчика и/или к количеству отработавшего щелочного раствора, подлежащего обработке за единицу времени.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ обработки сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора с помощью химического превращения сульфидов, при этом способ включает следующие этапы, на которых вводят отработавший щелочной раствор в реакционную камеру (18), которая содержит по меньшей мере один акустический силовой преобразователь (22) и один элемент (20) кавитации, обрабатывают отработавший щелочной раствор ультразвуком по меньшей мере от одного акустического силового преобразователя (22), подают газовую смесь, содержащую озон, в реакционную камеру и распределяют газовую смесь, содержащую озон, в отработавшем щелочном растворе с применением элемента (20) кавитации, где сульфид-содержащий отработавший щелочной раствор реагирует с газовой смесью, содержащей озон, с образованием неорганических сернистых соединений, не содержащих сульфид, при этом измеряют температуру сульфидсодержащего отработавшего щелочного раствора и оценивают ее для контроля количества озона, подлежащего подведению к отработавшему щелочному раствору.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют отработавший щелочной раствор со значением рН от 8 до 14, преимущественно от 9 до 12.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку осуществляют при 4001500 кГц.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газовая смесь, содержащая озон, представляет собой смесь кислорода/озона.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что сульфиды подвергают превращению с помощью озона при 20-40°С.
6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что способ осуществляют в нескольких реакционных камерах, установленных одна за другой.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку и превращение с помощью озона осуществляют при атмосферном давлении.
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что после этапа превращения газовую смесь отводят из отработавшего щелочного раствора с сульфидами и пропускают через один или несколько каталитических преобразователей для разложения непрореагировавшего озона и/или для дальнейшего окисления соединений, содержащих серу, особенно сероводорода.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что отработавшим щелочным раствором является каустическая сода.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что неорганическими сернистыми соединениями, не содержащими сульфид, являются в основном сульфаты.
11. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-10 с расходным баком (10) для суль-фидсодержащего отработавшего щелочного раствора и реакционной камерой (18), соединенной через поток с расходным баком, где реакционная камера включает по меньшей мере один акустический силовой преобразователь (22) и механический элемент (20) кавитации и в реакционной камере предусмотрен блок (24) питания для газа, содержащего озон, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит один или несколько датчиков (26) температуры и блок (27) контроля, соединенный с датчиком (датчиками) (26) температуры и с блоком (24) питания для контроля количества газа, содержащего озон, который подводится к реакционной камере в зависимости от температуры отработавшего щелочного раствора.
1.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025910
- 1 -
(19)
025910
- 1 -
(19)
025910
- 1 -
(19)
025910
- 4 -
025910
- 8 -
|
