187426. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés vízben rosszul oldódó, illékony szerves oldószerek kinyerésére szennyvizekből, folyadékadszorpciós eljárással
1 2 187 426 A találmány tárgya új eljárás vízben rosszul oldódó, illékony szerves oldószerek kinyerésére szennyvizekből, folyadékadszorpciós eljárással. A találmány ezenkívül kiterjed az eljárás megvalósítására szolgáló új adszorpciós berendezésre is. Ismeretes, hogy a vízben rosszul oldódó szerves oldószerek jelenléte a különféle szennyvizekben, vákuumvizekben, anyalúgokban és egyéb technológiai vizekben, részben ártalmas tulajdonságaik, így mérgező hatásuk, oxigénfogyasztásuk, gőzeik tűz- és robbanásveszélyessége, részben pedig az ezáltal okozott anyagveszteség miatt még kis koncentrációban is igen káros. Az ilyen oldószerek szennyvizekben megengedett koncentrációjának felső határát megszabó környezetvédelmi előírások meglehetősen szigorúak. A szerves komponensek híg vizes oldatból való kinyerésére - ha a desztillációs vagy extrakciós módszerek nem alkalmazhatók vagy nem gazdaságosak - folyadékadszorpció berendezései az esetek túlnyomó részében állóágyas oszlopok, melyekben a szerves komponenst vagy komponenseket tartalmazó vizes oldatot adszorbenságyon vezetik át. Az adszorbenságyban megkötődik a szerves komponens, az ágy fokozatosan telítődik. A telített ágyat regenerálással teszik újabb adszorpcióra alkalmassá. Tehát az állóágyas folyadékadszorpció ciklikus művelet, amelyet azonban két vagy több oszlop alkalmazásával folyamatossá lehet tenni [Scaramelli, A. B., Francis, A.: J. Water Pollut, Control Fed. (1975), 43 (6), 1249-58. Lederman, P. B., Skovronek, M. S.: Chem. Engng. Progress (1979), 71 (4), 93-97]. A folyadékadszorpciós berendezésekben adszorbensként nagy fajlagos felületű szilárd anyagokat alkalmaznak, az adszorbens lehet granulált aktív szén, adszorpciós műgyanta, természetes vagy mesterséges zeolit, esetleg egyéb nagy felületű természetes vagy hulladékanyag. Jelenleg legelterjedtebben az aktív szenet alkalmazzák adszorbensként. Előnye igen nagy fajlagos felülete és nagy porozitása, ami nagy kapacitású, erősen kötő adszorbensek kialakítására teszi alkalmassá. Pórusszerkezetét az aktiválás során úgy tudják befolyásolni, hogy kisebb szerves molekulák megkötésére kiválóan alkalmas legyen. Az aktív szén regenerálását általában magas hőmérsékletű (200-300 *C) gőzzel vagy inert gázzal való átfúvatással végzik. A szerves komponenst a kilépő gázból vagy a gőzzel együtt kondenzáltatják, majd hűtés után szétülepítik. Bebizonyosodott azonban, hogy ilyen módon a megkötött adszorptívumnak csak mintegy 80-95%-a távolítható el az aktív szénről, a kapacitás fokozatosan csökken, és ezért 10-15 ciklus után az aktív szenet ki kell venni az oszlopból és magasabb (900-1000 °C) hőmérsékleten regeneráló kemencében kell aktiválni, inert gáz közegben. A töltet mozgatása és a regenerálás során kb. 10-15%-nyi szénveszteség jön létre porlódás és elégés miatt. Ezenkívül természetesen a regeneráló kemence külön jelentős beruházási költséget jelent. E hátrány kiküszöbölésére újabban műgyanta adszorbenseket ajánlanak. Ilyen eljárások ismertetésével foglalkoznak a következő szakirodalmi helyek; Amicarelli, V., Baldassare, G.: Therm Anal. (1981), 1 433-38; Kennedy, D. C.: Env. Sei. Techn. (1978) 7 (21, 138 -141; Rizzo, J. L„ Shepherd, A. R.: Czem. Engng. (1977) 84 (l), 95-100. Az adszorpciós műgyanta általában apoláros 5 gyantaváz vagy a gyantavázon pozitív és negatív polaritású csoportokat azonos mennyiségben tartalmazó adszorbens. Fajlagos felülete általában kisebb az aktiv szénnél, ezért kapacitása is kisebb. Előnyös viszont homogén pórusszerkezete, amely 10 lehetővé teszi bizonyos komponensek szelektív adszorpcióját. További előnye még az, hogy a megkötödés kevésbé erős, mint az aktív szén esetén, ezáltal a regenerálás könnyebb és tökéletesebb lehet. A regenerálást műgyanta adszorbensnél, ellentét- 15 ben az aktívszén adszorbenssel, elúcióval végzik. Megfelelően kiválasztott eluenst áramoltatnak át az oszlopon, amely a gyanta felületéről leszorítja az adszorptivumot és önmagában feloldja azt. Az eluenst úgy kell megválasztani, hogy az az előbbi cél- 20 nak is jól megfeleljen, ugyanakkor az adszorptívumtól jól elválasztható és olcsó is legyen. A jó eiválaszthatóság azért szükséges, hogy az adszorptivumot tiszta formában vissza tudjuk nyerni, s ugyanakkor az eluenst újra felhasználható formá- 25 ban kapjuk meg. Ezáltal a művelet költségeit lényegesen le lehet csökkenteni. Elúciós regenerálás esetén eluensvisszanyerő rendszert (általában valamilyen desztilláló berendezést) kell az adszorpciós rendszerhez csatlakoztatni. Az eluens-regenerálás 30 fűtési és hűtési energia költségei bizonyos esetekben jelentős részét képviselhetik a teljes szétválasztás költségeinek. [Kennedy, D. C.: Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. (1973), 12 (1), 56-61; Stevens, B. W., Jeffrey, W. K.: Chem. Engng. (1975), 82 (3), 35 84-87.] A zeolit és egyéb típusú adszorbensek kapacitása és regenerálási sajátosságai ez idáig olyan mértékben alulmaradtak az aktív szén és a műgyanták tulajdonságaihoz képest, hogy folyadék-adszorpci- 40 ős műveleteknél úgy tűnik, olcsóságuk ellenére nem tudnak lényeges konkurrenciát jelenteni. [Krasnov, S.: Lakokras, Mater. Primen (1969) 3, 71.] Figyelembe véve a szerves oldószerekkel szenynyezett szennyvizek, vákuumvizek és egyéb techno- 45 lógiai vizek egyre növekvő mennyiségét, komoly szükség van olyan javított eljárásokra, amelyekkel a szerves oldószerek jó hatásfokkal, egyszerű technológiai műveletekkel és berendezésben, olcsón eltávolíthatók. 50 Találmányunk célja olyan javított folyadék-adszorpciós eljárás kidolgozása, amellyel különféle, vizben rosszul oldódo, illékony szerves oldószerek az eddiginél hatékonyabban, egyszerűbben és olcsóbban különíthetők el szennyvizekből. 55 A szakirodalomban gyakran találunk utalást arra, hogy adszorpciós műgyantát kromatográfiás töltetként alkalmaznak. Ilyenkor az elemzési eljárás során a gyantát mintegy 200 °C-ig felfütik, inert gáz hordozót áramoltatnak át rajta, és így biztosít- 6o ják a szerves komponensek előrehaladását, illetve szétválasztását [FF-l 57 A „CHROMOSORB” 102 gyári ismertető (1980)]. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy bizonyos adszorpciós műgyanták jó hatásfokkal 65 regenerálhatok az eddigi elúciós technikák helyett 2
