從廢水流中分離炭黑的方法

2023-06-07 23:12:41

專利名稱：從廢水流中分離炭黑的方法
從廢水流中分離炭黑的方法
技術領域：
本發明涉及一種從製備乙炔得到的廢水流中除去大部分以細碎形式存 在的炭黑的改進方法。
工業上乙炔尤其通過已由BASF開發且基於烴(優選天然氣)與氧氣的 部分氧化的方法來製備。這例如描述於US 5,824,834和"Ullmann，s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第6版，2000，電子版本，第4.2.1 章，，中。
兩種原料烴和氧氣在使用天然氣情況下首先被預熱至大約500-650°C， 然後將它們混合併且僅在此時使它們在火室中在由所謂的燒嘴板穩定的火 焰中轉化。高乙炔收率要求預熱和預混合。
在約1500°C以上的溫度下的焰色反應通過噴入水而在幾毫秒後淬滅， 即非常快速冷卻至大約卯。C終止了火焰中的自由基鏈反應。這樣防止了 熱力學不穩定的乙炔中間體的降解。反應產物是所謂的裂解氣，其是乙炔、 粗合成氣(主要是H2和CO)、水蒸氣和副產物的混合物。在這種情況下的 副產物之一為炭黑。在壓縮的上遊通常將裂解氣冷卻至大約30-50°C以冷 凝大部分水蒸氣並因此減少待壓縮氣體的量。
經發現作為副產物形成的炭黑在後續工段中會造成麻煩，因此要努力 從裂解氣中除去它以提高該方法的效力。
主要通過用水洗滌含炭黑的氣體進行去除，按照該方法這會生成炭黑 含量為大約0.1-3重量％的廢水(通常也稱為"炭黑水")。在本文中發現特 別成問題的是炭黑大部分以細碎形式存在；炭黑粒子的尺寸通常為幾納米 至幾毫米。乙炔合成高溫區中形成的初級粒子具有20-300nm的直徑。按 照乙炔合成中的工藝條件，這些初級粒子可以凝聚形成尺寸為至多1mm 的粒子，通常形成尺寸為0.001-0.05mm的粒子。
炭黑粒子可以懸浮在炭黑水中或者漂浮在未^f皮水潤溼的表面上。待淨 化廢水的其他成分可以是烴或無機鹽如鈉鹽。通常加入氫氧化鈉溶液以中和工藝中形成的有機酸並因此來防止腐蝕。因此，pH通常為7-10.5。
由於炭黑的小粒度和精細分布，發現藉助過濾設備從乙炔製備的廢水 中直接除去炭黑粒子是複雜的且對其在已知方法中的效力而言是令人不滿 意的。DE-A 3528598公開了一種淨化源於高溫法的含炭黑廢水流的方法。 在這種情況下，將添加劑(如碳酸釣或消石灰)以相當大的量(2-10kg/m"加 入廢水中，然後供入絮凝劑並且緊接其後使如此預處理的廢水進行過濾， 重力過濾後接加壓過濾(權利要求l)。然而，發現這種方法對於淨化來自乙 炔製備的含炭黑廢水流而言是不利的。例如，兩級過濾需要複雜的設備如 帶式過濾器，其除了高採購成本以外還伴有對維護和能量需求而言的增加 成本和不便。直聯式兩級過濾的方案還導致這樣的缺點在待淨化廢水變 化產生的情況下或者如果在一個工段中發生阻塞的話，這裡不能靈活地作 出反應；緩衝和去耦這些工藝步驟的可能性將成為必要性。另一個複雜因 素是由重力過濾得到的濾餅由於增加的固體含量而可能已經很難處理，同 時該方法的效力被另外提供的固體添加劑(如碳酸鈣)減少了該濾餅中炭黑 的濃度這一事實而進一步限制。也不利的是另外提供的添加劑(如碳酸鈣) 增加了待處理濾餅的量。這導致更高程度的設備複雜性以儲存添加劑(儲存 容器)和計量供入它們(控制計量速率)。
因此，本發明的目的是提供一種淨化包含炭黑且在乙炔製備中得到的 廢水流的改進方法，其中炭黑在廢水中以細碎形式存在，該方法避免了提 及的缺點並且能夠以從工藝技術觀點來看是簡單的且具有高度操作可靠性 的有效方式除去炭黑，同時能夠對不同操作條件靈活地作出反應。同時會 得到可通過焚燒或掩埋處理來處理的固體殘渣。
為此，發現了 一種淨化包含炭黑且在乙炔製備中得到的廢水流的方法， 其中炭黑以細碎形式存在於廢水中，該方法包括通過沉降使廢水進行固體 濃縮並隨後通過加壓過濾使在沉降中得到的炭黑淤渣進一步脫水來除去炭
蘿
本發明的炭黑水的濃縮藉助重力在常規沉降容器(例如增稠器或層狀 澄清器)中進行。增稠得到固體濃度為1-4重量％，優選為2-3重量％的炭 黑淤渣。通過沉降得到的炭黑淤渣可用排代泵，優選偏心螺杆泵有利地傳
4送。本發明實施方案的優點是沉降設備和加壓過濾可以以空間分離的方式 設立。此外，沉降容器在合適尺寸的情況下可以同時用作炭黑淤渣緩衝器。 沉降容器的必備澄清面積取決於廢水中存在的炭黑濃度和體積流動。基於
澄清面積的裝料通常為0.5-5m3/m2*h，優選為0.5-3m3/m2*h。應觀察到1-2
小時的水力停留時間。沉降容器通常由柱形部件和促進炭黑淤渣排放的下
部錐形部件組成。錐角優選為70-100°,優選90°。
直徑與高度之比為1:1至1:3，優選為1:1至1:1.5。
因此，在炭黑水同時連續產生的後續工段中可以對不同固體負栽靈活
地作出反應、使用間歇式加壓過濾和進行維護工作，結果顯著提高了本發
明方法的效力。
沉降中得到的炭黑淤渣隨後在脫7JC設備中進行加壓過濾。優選藉助排 代泵將炭黑淤渣從沉降段輸送至加壓過濾段。推薦用於進行加壓過濾的脫 水設備為間歇式設備如箱式壓濾機、膜式壓濾才幾或連續篩選壓帶機。
為了改進脫水，另外可以將絮凝劑(F)混入炭黑淤渣中。絮凝劑的優選 量為0.5-5g/kg固體。絮凝劑的計量加入優選以溶液的形式進行；這可以例 如在送料泵的上遊和脫7Ki殳備的上遊進行，或者優選在送料泵的下遊和緊 臨脫7JC設備的上遊進行。為此，推薦如例如在EP 0710625 Bl中所述的混 合設備以得到易脫水的絮凝懸浮液。
所用有機絮凝劑可以是商業品牌。這些為基於丙烯醯胺或丙烯酸的水 溶性化合物。在本發明方法中，發現陰離子絮凝劑特別合適。絮凝劑的所 需量為l-10g活性物質/kg炭黑。絮凝劑優選作為濃度為0.05-0.2%的水溶 液使用。絮凝劑溶液在本發明沉降的上遊的計量加入可以直接加入炭黑水 管線。藉助靜態混合器或獨立攪拌容器可以進行非常好的混合。
已發現有用的送料泵特別是偏心螺杆泵(活塞膜泵、壓縮空氣膜泵)。 其中高剪切力出現在液體中的泵(例如離心泵)不合適。箱式壓濾機的沉積 程度為待除去炭黑的至少95%。在篩選壓帶機的情況下，可達到卯％。炭 黑粒子汙染的濾液可以再循環至沉降段以便進一 步澄清。
所得濾餅為固體且易碎，其固體含量為20-30重量％，優選為23-25 重量％。濾餅的稠度滿足掩埋處理的要求。在合適焚燒設備中處理得到的
5濾餅由於濾餅的內肯&(熱值)而通常是更經濟可行的方案。
本發明的另 一 目的包括藉助預處理使漂浮的炭黑充分分散在廢水中。 此外，應當可以從炭黑水中基本上除去工藝中溶解的烴。
由於其化學或物理性能而漂浮於水面上的炭黑部分優選在沉降的上遊 利用合適表面活性劑而懸浮以便在沉降容器中實現炭黑固體的基本上完全 沉積。這些為水溶性大分子化合物，其通過主要是線性脂肪醇的烷氧基化 製備並且作為表面活性物質來提高炭黑粒子的潤溼性。在本發明方法中， 發現對疏水物質具有好的潤溼性能的非離子產物特別合適。為了不妨礙後 續工段的操作，表面活性劑應具有非常低的發泡趨勢。表面活性劑的合適
量為l-10g/kg炭黑。表面活性劑在沉降的上遊的計量加入可以直接加入炭 黑水管線。藉助泵、靜態混合器或獨立攪拌容器進行非常好的混合。通過 加入表面活性劑形成的泡沫會干擾本發明方法的操作(在沉降中或在泵 中)，藉助本領域技術人員所知的消泡劑可有效地減少泡沫形成。
若需要的話，在沉降的上遊通過加入活性炭(AC)可有利地減少廢水流 中存在的可吸附的有機烴。溶解的有機化合物在活性炭上被吸附。活性炭 在加壓過濾段與炭黑一起從廢水中脫除。已發現有利的活性炭用量為5-15g AC/g DOC(溶解的有機碳)。活性炭在特殊情況下的確切要求可由本領域技 術人員通過記錄吸附等溫線確定。活性炭優選在攪拌容器中作為濃度約為 10-20重量％的含水懸浮液加入炭黑水中。
為了改iii口壓過濾中炭黑淤渣的過濾性能(增加過濾面積負載；實現濾 餅中最低乾物質含量)，可將過濾助劑加入炭黑水中。為此，合適的物質尤 其是無機物質如來自焚燒設備的灰分。所需調節量為0.1-lkg助劑/kg炭黑。 過濾助劑可在沉降的上遊或加壓過濾的上遊加入。
本發明方法提供了 一種淨化源於乙炔製備的負載炭黑的廢水流且從工 藝技術觀點來看是簡單的有效方法。這裡在低程度的設備複雜性下能夠除 去炭黑，同時另外允許對不同操作條件靈活地作出反應，這進一步提高了 本發明方法的效力。 實施例
在下述實施例中，使用來自乙炔工藝且固體濃度為l-2g/l的超細碎固體的炭黑汙染廢水。 實施例1
將20 13炭黑水以lm3/h的體積流速供入直徑為1.3m的實驗設備增稠 器中。為使炭黑固體絮凝，將陰離子絮凝劑計量加入進料管線中並用靜態 混合器混合。絮凝劑的用量為0.7kg/t固體。在增稠器中，使炭黑水沉降並 濃縮至固體濃度為25g/l(2.5重量％)。所得炭黑淤渣(沉降物)隨後在具有10 個尺寸為400 x 400 x 30mm的箱的箱式壓濾才幾中脫水。濾布材料由透氣性 為201/dm2/min的聚丙烯構成。所用送料泵為調速型偏心螺杆泵。為了改 進脫水性能，在送料泵的下遊將絮凝劑加入管線中並藉助自調式混合器混 合(EP 0710625 Bl)。這裡，絮凝劑的用量為1.8kg/t固體。進入箱式壓濾積^ 的起始體積流速為2501/h。 l小時之後，過濾壓力達到16巴，藉助送料泵 的對應閉環控制使其在另外約1小時內保持恆定。在約2小時的總過濾時 間之後，過濾結束並從箱式壓濾機取出濾餅。所得壓實濾餅具有24%的固 體含量且非常易於從濾布中除去。濾餅的較低熱值為4560kJ/kg，所以它 可以有效地焚燒。 實施例2
在下述實施例中，使用來自乙炔工藝且帶有超細碎固體的炭黑汙染廢 水。在樣品已靜置短時間之後，所有的炭黑在液體表面上漂浮並形成高度 為l-2cm的炭黑層。7JC相基本上非常清澈。將40mg商品形式的陰離子表 面活性劑混入1升炭黑7JC樣中。藉助磁力攪拌器混合2小時。表面活性劑 起顯著的潤溼和M作用，使得處理之後炭黑已經完全懸浮。形成的泡沫 不穩定。大約15mm的初始泡沫高度在30秒之後降至不到lmm。大約2 分鐘之後，泡沫幾乎完全分解，所以通過本發明方法進行純化是可能的。
權利要求
1. 一種淨化包含炭黑且在乙炔製備中得到的廢水流的方法，其中炭黑在廢水中以細碎形式存在，所述方法包括通過下列步驟來除去炭黑a. 通過沉降使所述廢水進行固體濃縮並隨後b. 通過加壓過濾使沉降中得到的炭黑淤渣進一步脫水。
2. 根據權利要求l的方法，其中將包含有機絮凝劑，優選陰離子絮凝 劑的水溶液緊臨沉降的上遊供入所述廢水中。
3. 根據權利要求1或2的方法，其中將表面活性劑在沉降的上遊加入 所述廢水中以提高漂浮炭黑粒子的潤溼性。
4. 根據權利要求l-3中任一項的方法，其中將活性炭在沉降的上遊加 入所述廢水中以吸附廢水中溶解的有機物質。
5. 根據權利要求3的方法，其中將消泡劑加入所述廢水中。
6. 根據權利要求l的方法，其中將包含有機絮凝劑，優選陰離子絮凝 劑的水溶液緊臨加壓過濾的上遊混入所述炭黑淤渣中。
7. 根據權利要求l-6中任一項的方法，其中將懸浮固體作為過濾助劑 加入所述包含炭黑的廢水流中。
8. 根據權利要求l-7中任一項的方法，其中藉助排代泵將沉降中得到 的所述炭黑淤渣供入加壓過濾設備中。
9. 根據權利要求8的方法，其中藉助偏心螺杆泵將沉降中得到的所述 炭黑淤渣供入加壓過濾i殳備中。
全文摘要
本發明涉及一種淨化在乙炔生產中產生的含炭黑廢水流的方法，其中炭黑在廢水中以細碎態存在，所述方法包括通過沉降使廢水進行固體濃縮並隨後通過加壓過濾使沉降中得到的炭黑淤渣進一步脫水來分離炭黑。
文檔編號C02F1/54GK101522577SQ200780036268
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月12日 優先權日2006年9月28日
發明者A·伯姆, P·施密茨-貝德 申請人:巴斯夫歐洲公司