用于降低废水中总有机碳的方法_2

文档序号:9713018阅读:来源:国知局
在此方法中,蒽醌法中形成的过氧化氢通常在氢化/再氧化周期之后 通过萃取而从各自的工作溶液中分离。所述萃取基本上可优选用纯水进行,并得到粗的过 氧化氢水溶液。虽然可以将由此得到的粗的过氧化氢水溶液通过蒸馏而进一步纯化,但是 根据本发明,优选使用这种未经蒸馏纯化的粗的过氧化氢水溶液。此外,通常可以使粗的过 氧化氢水溶液进行进一步的萃取阶段,在该萃取阶段中,使用合适的萃取剂,优选有机溶 剂。更优选地,用于此进一步萃取阶段的有机溶剂与在蒽醌法中使用的溶剂相同。优选仅使 用工作溶液中的一种溶剂进行该萃取,且最优选仅使用工作溶液中的最非极性溶剂。如果 使粗的过氧化氢水溶液进行这样的进一步的萃取阶段,则得到所谓的粗的经洗涤的氧化氢 溶液。
[0034]令人惊讶地,已发现即使废水中存在痕量的蒽醌和/或其衍生物也极大地加快了R0膜的失效。这一发现是出乎预料的,因为在废水中,与以高几个数量级的更高浓度存在的 其他化合物如二醇类相比较,蒽醌和/或蒽醌衍生物仅以重量ppb(每十亿的重量份数)范围 的浓度存在。
[0035]根据本发明,已惊讶地发现,在本发明的吸附阶段(b)中,优选地,如果用于制备氧 化烯烃的方法是使用过氧化氢作为环氧化剂来进行的且所述过氧化氢是通过蒽醌法制备 的,则可能存在于混合物Ml中的蒽醌和/或蒽醌衍生物被选择性吸附并从而被截留。尽管蒽 醌和/或蒽醌衍生物的浓度通常非常低,通常在最高达100重量ppb的范围内,如1至100重量 ppb(每十亿的重量份数),但是在阶段(b)中吸附这些少量的蒽醌和/或蒽醌衍生物可阻止 反渗透膜的迅速失效。
[0036]可包含在混合物Ml中的其他氧化物优选选自甲醛、甲醛二甲基乙缩醛、乙醛二甲 基乙缩醛、甲酸甲酯、甲酸、乙酸,以及它们中两种或更多种的组合。
[0037]如之前所述的,在氧化烯烃的制备中所使用的过氧化氢可包含痕量的蒽醌和/或 蒽醌衍生物。例如,如果丙烯与过氧化氢水溶液在有机溶剂如甲醇或乙腈的存在下反应,则 通常得到一种包含有机溶剂、环氧丙烷、水以及氧化物副产物(如丙二醇)和杂质(如蒽醌 和/或蒽醌衍生物)的混合物。便利地,可根据各组分的沸点采用任意适用的技术,优选通过 蒸发、汽提、蒸馏或其两种或更多种的组合而将各组分从环氧丙烷中分离。水的沸点相对较 高,其通常在下游处理的一个或更多个后期阶段中分离。从而获得与本发明的含水混合物 Ml相应的包含蒽醌和/或蒽醌衍生物的废水流分。
[0038]优选地,混合物Ml中含有的蒽醌和/或蒽醌衍生物的量的范围为1至100重量ppb(每十亿的重量份数),优选2至80重量ppb,优选3至60重量ppb,相对于混合物Ml的总重量 计。
[0039] 因此,含水混合物Ml优选包含的水的量为至少95重量%,更优选至少98重量%,更 优选至少99重量%,更优选至少99.4重量%,相对于含水混合物Ml的总重量计,其中含水混 合物Ml还包含的至少两种氧化物的量的范围为0.01至1重量%,优选0.01至0.5重量%,更 优选0.01至0.3重量%,更优选0.01至0.2重量%,其中所述至少两种氧化物中的至少一种 为蒽醌和/或蒽醌衍生物,其在含水混合物Ml中占有的量的范围为1至100重量ppb,且所述 至少两种氧化物中的至少一种选自甲醇、乙醇、丙醇、甲氧基丙醇(Μ0Ρ)、一丙二醇(MPG)、二 丙二醇(DPG)、三丙二醇(TPG)、二丙二醇甲醚(DPGME)、三丙二醇单甲醚(TPGME)、乙醛和羟 丙酮,蒽醌衍生物优选选自2-乙基蒽醌、四氢化-2-乙基蒽醌、2-异丙基蒽醌、2-仲丁基蒽 醌、2-叔丁基蒽醌、2-仲戊基蒽醌、1,3-二甲基蒽醌、2,3-二甲基蒽醌、1,4-二甲基-蒽醌、2, 7-二甲基蒽醌、戊基蒽醌、四氢化戊基蒽醌、以及它们中两种或更多种的组合。
[0040] 关于根据(a)所使用的相关的吸附剂,不存在特殊限制,条件是至少一种氧化物可 以以预期的量吸附于其上。优选地,根据(a)的吸附剂选自活性炭、有机聚合物、硅胶、分子 筛以及它们中两种或更多种的组合。
[0041] 活性炭可作为含碳的源材料的碳化和活化后得到的粉末或颗粒而提供。
[0042] 可被用作吸附剂的有机聚合物优选为具有多种空隙尺寸和表面积的直径为0.3至 0.8mm的微球。有机聚合物吸附剂通常通过苯乙烯、丙烯酸酯和二乙烯基苯的聚合作用或共 聚作用而获得,其具有可允许有机化合物可逆吸附的多孔结构。优选地,本发明中所使用的 有机聚合物为聚苯乙烯类聚合物。更优选所述有机聚合物为与二乙烯基苯交联的聚苯乙 稀。
[0043]硅胶为多孔、无定形形式的Si02且硅胶可作为粉末、颗粒或小球而获得。其通常通 过硅酸钠与乙酸之间的反应以及随后的一系列的后处理方法(如老化、酸洗等)来制备。这 些后处理方法导致多种孔径分布。可将二氧化硅表面上的羟基(0H)基团官能化以提供显示 特殊化学和物理性质的特性硅胶。
[0044] 分子筛可为具有重复孔隙网络的天然或合成的晶质铝硅酸盐。合成的分子筛可通 过在高压釜中的热水合成以及随后通过与某些阳离子如似 +、1^+、0&2+、1(+或順4+的离子交换 而制备。可获得具有多种孔径分布的分子筛。离子交换步骤之后可接着将所获得的材料干 燥,可任选采用粘合剂将其制粒以形成大孔小球。
[0045] 优选地,根据(a)的吸附剂的总孔体积的范围为0.1至3cm3/g,更优选0.2至2.5cm3/ g,更优选0.5至1.5cm3/g,该孔体积根据DIN66134测定。
[0046] 优选地,根据(a)的吸附剂的平均孔径范围为5至900埃(1埃=l(T1()m),更优选10至 600埃,更优选12至300埃,更优选15至100埃,更优选17至70埃,该平均孔径根据DIN66134 测定。
[0047] 优选地,根据(a)使用的吸附剂的BET表面积的范围为500至1500m2/g,更优选800 至1450m2/g,更优选900至1400m2/g,该BET表面积根据DIN66131测定。
[0048] 通常,(a)中的接触可以以任意合适的方式进行。例如,接触可以以分批模式或半 连续模式进行。优选(a)中的接触以连续模式进行。优选地,吸附剂在装备有合适的过滤器 或烧结物(frits)的适宜容器中作为固定床而提供。容器优选由一种或更多种在(a)中的接 触条件下为惰性的材料制成。举例来说,可提及玻璃或不锈钢。
[0049] 装载有吸附剂的容器优选为管状或柱状,且优选还装备有栗、检测器、冷却装置、 进料装置和除料装置。优选地,包括吸附剂且进一步装备有栗、检测器、冷却装置、进料装置 和除料装置的容器形成了(a)中所使用的吸附装置。优选地,混合物Ml被引入这样的吸附装 置中并以确定的流速流经吸附剂,从而脱去氧化物。因而获得混合物M2。
[0050] 关于进行(a)中的接触的混合物Ml的流速,不存在特殊限制。优选地,(a)中进行接 触的柱床体积(BV)的范围为0.01至20h-1,更优选0.05至10h-1,更优选0.1至7h-1,更优选0.3 至61Γ1,更优选0.5至51Γ1,其中柱床体积(BV)被定义为以升/小时计的混合物Ml的流速相对 于以升计的吸附剂的体积的比率。
[0051 ] 优选地,(a)中进行接触的压力范围为0.7至20bar,优选0.8至15bar,更优选0.9至lObar,更优选1至5bar。
[0052] 优选地,(a)中进行接触的温度范围为5至80°C,优选10至60°C,更优选15至45°C。 优选地,接触在室温下进行。
[0053] 优选地,(a)中的接触使用1至8个吸附装置进行。(a)中的接触优选使用2至8个串 联的吸附装置进行,优选使用2至6个吸附装置,例如2、3、4、5或6个串联的吸附装置。
[0054]步骤(b)
[0055] 根据本发明的步骤(b),从吸附剂中分离出含水混合物M2,其中混合物M2已脱去了 在(a)中吸附的氧化物。
[0056]优选地,(b)中的含水混合物M2从吸附剂的分离通过选自过滤、离心、倾析、蒸发以 及它们中两种或更多种的组合而获得。更优选地,在混合物Ml与吸附剂接触之后获得的含 水混合物M2是通过过滤、优选在混合物Ml流经吸附剂之后通过过滤而从吸附剂分离的,所 述吸附剂优选作为固定床而包括在装备有过滤器或玻璃料的容器中。
[0057]优选地,(a)中所吸附的至少一种氧化物为蒽醌和/或蒽醌衍生物。优选地,包含在 混合物Ml中的蒽醌和/或蒽醌衍生物的至少80%、更优选至少90%、更优选至少95%、更优 选至少99%在(a)中吸附。
[0058]本发明的发明者惊讶地发现,根据步骤(a),通过接触混合物Ml而获得一种混合物M2,其极大地脱去了蒽醌和/或蒽醌衍生物。具体的结果显示,通过使用诸如活性炭或聚苯 乙烯树脂之类的吸附剂,蒽醌和/或蒽醌衍生物可在吸附剂上截留至少2000小时(约83天)。 因此,当混合物Ml以适当的流速流经吸附剂时,混合物M2在至少2000小时内不包含可检测 水平的蒽醌和/或蒽醌衍生物。因此,在至少2000小时内,(c)中的反渗透装置中的反渗透膜 不与蒽醌和/或蒽醌衍生物接触。
[0059] 还发现本发明的吸附剂基本上完全吸附混合物Ml中所含有的乙二醇醚,如MPG、DPGME或TPGME,其中乙二醇醚通常通过反渗透装置截留。由于乙二醇醚通常以相对高的量 (约Ο. 1至约0.5重量% )包含在混合物Ml中,因此,当使用活性炭或聚苯乙烯树脂作为吸附 剂时,其漏出可在约2小时至约25小时的时间范围内观察到。然而,令人非常惊讶的是,吸附 剂在被乙二醇醚失效之后很长时间内仍旧截留蒽醌和/或蒽醌衍生物。因此,结果表明,在 很长的时间段内,甚至在高几个数量级的更大量的竞争结合吸附的氧化物的存在下,吸附 剂对于保护反渗透装置免于有害组分的破坏也是极其有用的。
[0060]此外,由于在一定的时间段内,根据(b),其他氧化物也被截留,因此本发明也涉及 吸附剂在处理从制备氧化烯烃、优选环氧丙烷的方法得到的废水中用于代替反渗透装置的 用途,其中所述吸附剂优选选自活性炭、有机聚合物、硅胶、分子筛以及它们中两种或更多 种的组合,其中所述有机聚合物优选为聚苯乙烯类聚合物,其中所述吸附剂优选用在将在 所述吸附剂下游的第一个失效的反渗透装置、优选至少部分失效的反渗透装置从工序中取 出并将第二个、优选新的反渗透装置纳入所述吸附剂的下游工序以替代第一个反渗透装置 的时间空隙中。
[00611在(a)中的接触之后,(b)中获得的混合物M2的TOC相对于混合物Ml的TOC是降低 的。混合物M2的TOC取决于吸附剂的耗竭状态。(b)中得到的混合物M2的TOC可为混合物Ml的 TOC的至多95%,例如至多90%、至多50%或至多10%。通常,(b)中得到的混合物M2的TOCS: 为混合物Ml的TOC的至多0.2%,例如至多0.1 %、至多0.06%或至多0.02%。
[0062] 因此,还发现,本发明的吸附剂 特别是在其有效状态下 在特定的时间段 内可替代反渗透装置。这一发现在大规模生产中是非常重要的,因为在大规模生产中,在一 定时间段后,必须将反渗透装置从工序中取出,例如用于更换或再生各个反渗透膜。由于吸 附剂(如所描述的)可除去混合物Ml中除了蒽醌和/或蒽醌衍生物之外的氧化物,因此在没 有可用于在不中断连续操作的前提下转换各废水流的平行的反渗透装置的情况下,本发明 的吸附剂可在那段时期内发挥反渗透装置的作用,在该期间,从料流中取走失效的反渗透 装置,并将新的反渗透装置纳入工序中。
[0063] 因此,本发明也涉及吸附剂在处理从制备氧化烯烃、优选环氧丙烷的方法得到的 废水中用于替代反渗透装置的用途,其中所述吸附剂优选选自活性炭、有机聚合物、硅胶、 分子筛以及它们中两种或更多种的组合,其中所述有机聚合物优选为聚苯乙烯类聚合物, 其中所述吸附剂优选用在将在所述吸附剂下游的第一个失效的反渗透装置、优选至少部分 失效的反渗透装置从工序中取出并将第二个、优选新的反渗透装置纳入所述吸附剂的下游 工序以替代第一个反渗透装置的时间空隙中。
[0064]步骤(c)
[0065]根据本发明的步骤(c),由(b)获得的混合物M2中的氧化物通过使混合物M2在至少 一个包含反渗透膜的反渗透装置中进行反渗透而获得一种脱去该氧化物的含水混合物M3。 [0066]优选地,根据(c)的反渗透膜选自管式膜、毛细管膜、螺旋膜、中空纤维膜以及它们 中两种或更多种的组合。
[0067] 管式膜是非自承式膜(non-self-supportin
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