溶劑萃取處理煤氣化廢水時(shí)萃取劑的選擇

1理想萃取劑的條件

????萃取劑的選擇是萃取操作分離效果和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。理想的萃取劑一般滿足如下幾個(gè)條件:

????(1)萃取能力強(qiáng)，萃取容量大。萃取劑對(duì)待分離的物質(zhì)可以提供相對(duì)較高的萃取平衡分配系數(shù)，單位體積或單位質(zhì)量的萃取劑萃取待分離物質(zhì)的飽和容量大。

????(2)化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，安全性好。要求萃取劑有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，加熱時(shí)不易分解，能耐酸、堿、鹽、氧化劑或還原劑的化學(xué)作用，對(duì)設(shè)備腐蝕性小。其揮發(fā)性低，無毒或毒性小，無刺激性，便于安全操作。

????(3)基本物性適當(dāng)。要求萃取劑與原料液的密度差要大，與料液易于分層。萃取過程不產(chǎn)生第三相，不發(fā)生乳化現(xiàn)象。粘度小和表面張力大，保證在萃取和反萃取過程中，傳質(zhì)速度快，兩相分離和流動(dòng)性能好。

????(4)易于反萃取和回收。要求萃取劑與待分離物質(zhì)有合適的結(jié)合能力，從而在改變操作條件的情況下，能較容易地實(shí)現(xiàn)被萃取物質(zhì)和萃取劑的分離，實(shí)現(xiàn)萃取溶劑的再生和循環(huán)利用。

????(5)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。要求萃取劑來源豐富，合成制備方法簡(jiǎn)單，原料易得，價(jià)格低廉。（CWL-M萃取設(shè)備處理煤氣化廢水時(shí)萃取劑的選擇?）

一般來說，很難找到滿足上述所有要求的萃取劑。在選擇萃取劑時(shí)需要根據(jù)實(shí)際工業(yè)情況加以權(quán)衡，以保證滿足主要要求。對(duì)于工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用，萃取劑的高效萃取性能和經(jīng)濟(jì)性則是選擇萃取劑的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

2萃取劑的性能比較和篩選

????針對(duì)處理煤氣化廢水的萃取劑，國內(nèi)外有有很多文獻(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道。有些已經(jīng)成功工業(yè)化實(shí)施，例如河南義馬氣化廠的二異丙醚處理煤氣化廢水流程和華南理工大學(xué)開發(fā)的甲基異丁基酮(MIBK)處理煤氣化廢水流程。還有一些處于研究階段，如某人有關(guān)于甲基叔丁基醚(MTBE)處理含酚廢水的報(bào)道。表2-4中列出了這幾種萃取劑的物理性質(zhì)和萃取性能。下面將主要針對(duì)這幾種萃取劑進(jìn)行介紹和分析。

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????DIPE對(duì)單元酚有較高的萃取性能，萃取效率大于90。但其缺點(diǎn)也是顯而易見的:對(duì)多元酚萃取效果不佳，當(dāng)廢水中多元酚含量較高時(shí)，萃取后總酚濃度依然很大，難以達(dá)到后續(xù)生化處理的要求。另外，DIPE在酚回收裝置中還存在如下問題：COD值偏高，達(dá)不到生化處理的要求，需加1倍量水進(jìn)行稀釋;(2)二異丙醚損失量極大，易造成二次污染。

????針對(duì)DIPE在廢水處理中的不足，某大學(xué)過程系統(tǒng)工程課題組選擇MIBK作為萃取劑，通過大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和工廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，效果十分顯著，已成功應(yīng)用于某煤化工公司。從表3-2可以看到，與DIPE萃取劑相比，MIBK對(duì)廢水中單元酚和多元酚都有很高的分配系數(shù)。使用MIBK作為萃取劑，可以有效地回收廢水中大部分酚類物質(zhì)，從而進(jìn)一步降低煤氣化廢水生化處理前的coD值，處理后的廢水各項(xiàng)指標(biāo)完全滿足后續(xù)生化處理的需要。但另一方面，由于MIBK的高沸點(diǎn)(約116℃)采用MIBK的溶劑回收能耗明顯升高，大約是采用D1PE酚塔能耗的2.4倍。

???采用MTBE、異丙基苯、烴等來萃取回收廢水中酚類物質(zhì)，結(jié)果表明MTBE萃取效果最好，脫酚效率高，對(duì)苯酚的分配系數(shù)在57.4左右。發(fā)明的一項(xiàng)專利中以MTBE為主體萃取劑，將含酚煤化工廢水與萃取劑在萃取塔或多級(jí)混合澄清器中萃取。其工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，溶劑回收能耗低，酚的回收效率高，并且可同時(shí)高效脫除石油烴、焦油類污染物。采用該發(fā)明可以更有力地減輕后續(xù)生化段的負(fù)荷，保證廢水的達(dá)標(biāo)排放或者回收利用。

????從萃取劑成本來看，DIPE和MIBK價(jià)格較貴，生產(chǎn)成本預(yù)算大，而MTBE作為可以替代四乙基鉛的優(yōu)良防爆劑和汽油添加劑，推動(dòng)著其大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，其合成工藝簡(jiǎn)單，原料易得，成本相對(duì)較低。

綜上可知，DIPE和MIBK雖已在實(shí)際工業(yè)中投入應(yīng)用，但都表現(xiàn)了明顯的不足。DIPE對(duì)單元酚萃取效果較好，對(duì)多元酚選擇性低，如對(duì)對(duì)苯二酚的分配系數(shù)只有1左右，而表3-1中多元酚占了相當(dāng)大的一部分，導(dǎo)致化工處理后廢水總酚濃度依然很高，不利于后續(xù)的生化處理。MIBK對(duì)污水中單元酚和多元酚都有很高的分配系數(shù)，但由于MIBK沸點(diǎn)較高，而廢水的處理量大，回收時(shí)能耗將相應(yīng)地增加。因此，本課題選擇沸點(diǎn)較低、成本較低和同時(shí)對(duì)苯酚和對(duì)苯二酚都有較好萃取性能的MTBE作為萃取劑，來研究煤氣化廢水中酚類物質(zhì)的萃取回收。

3.各種參數(shù)對(duì)萃取效果的影響

在萃取劑、萃取對(duì)象確定的條件下，對(duì)含酚廢水萃取脫酚效果有影響的因素主要有pH值、溫度和萃取相比，因此，本文主要針對(duì)這三個(gè)因素展開測(cè)定工作。

（1）pH值的影響

????pH值是影響萃取的一個(gè)重要因素。本文考察了pH值在6-10之間對(duì)MTBE萃取效果的影響，結(jié)果如圖2-3所示。由圖2-3可知，pH值在6-8之間時(shí)，萃取效果較好，揮發(fā)酚萃取脫酚率大于97%，總酚萃取脫酚率也達(dá)到91%。當(dāng)pH值增至10時(shí)，萃取效果急劇下降。這是由于酚只能在酸性或中性條件下穩(wěn)定存在，pH值較高時(shí)，酚將以酚鹽形式存在，不利于酚的萃取。因此，含酚廢水的萃取通常在酸性或中性水質(zhì)情況下進(jìn)行。然而，煤氣化廢水中含有大量的氨，加酸后會(huì)形成緩沖體系，且工廠廢水量很大(150 t/h)，若加酸調(diào)節(jié)廢水pH值，需要的酸量較大。另外，從圖中也可以觀察到，當(dāng)pH值在6-8之間變化時(shí)，萃余相酚濃度變化并不大，即加酸萃取效果并沒有明顯增強(qiáng)。從成本和工藝考慮，本煤氣化廢水處理中采用加酸降低pH值是不可行的。因此，盡管低pH值對(duì)MTBE萃取脫酚有利，但處理該煤氣化廢水時(shí)，仍然選擇pH=7-8的條件下進(jìn)行萃取。

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（2）溫度的影響

????溫度的改變能夠使萃取平衡發(fā)生移動(dòng)，因而影響萃取效果。在其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，改變萃取溫度，測(cè)定不同溫度下萃取后廢水中總酚和揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度，其結(jié)果如圖2-4。由圖2-4可知，在25-50℃之間，溫度對(duì)MTBE萃取效果的影響不大。當(dāng)萃取溫度升高時(shí)，酚脫除率略有下降。原因可能是MTBE是一種中性含氧類萃取劑，它萃取酚類物質(zhì)的過程屬于中性絡(luò)合萃取，是利用MTBE與酚之間的氫鍵作用而加強(qiáng)萃取效果，因而低溫有利于萃取。由于工廠廢水進(jìn)入萃取塔的溫度在50℃左右，因此，可以把萃取溫度確定在40-50?℃之間，這樣既節(jié)省了冷卻費(fèi)用，又提高了效率。

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（3）萃取相比R的影響

????相比(R)是萃取劑與廢水體積之比。由圖2-5可以看到，隨著R的增大，萃余相中總酚和揮發(fā)酚質(zhì)量濃度均有明顯的下降。當(dāng)R=1:1時(shí)，揮發(fā)酚降至200 mg/L以下，總酚降到了1000 mg/L以下。一般而言，相比越大，脫酚效率越高，萃取效果越好，但相比增加的同時(shí)，溶劑消耗增加，溶劑再生的費(fèi)用也隨之增加。因此，相比不是越大越好。

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2.6煤氣化廢水三級(jí)錯(cuò)流萃取??驗(yàn)

????在確定合適的萃取溫度、pH值等影響脫酚效果的工藝條件之后，本工作研究了在pH=8 , ?T=40?℃時(shí)的煤氣化廢水三級(jí)錯(cuò)流萃取實(shí)驗(yàn)。圖2-6是在不同相比R下，廢水經(jīng)三級(jí)錯(cuò)流萃取后總酚濃度和萃取劑回收能耗的關(guān)系圖。其中溶劑回收能耗按廢水處理量150 t/h，溶劑的比熱容(2.1 kJ/kg?·℃)和沸點(diǎn)時(shí)的氣化潛熱(3 3 7kJ/kg)來計(jì)算。由圖3-4可知，當(dāng)R大于1:4時(shí)，總酚濃度可由12700 mg/L降到300 mg/L左右，在此條件下三級(jí)錯(cuò)流萃取后的廢水總酚濃度能滿足生化處理要求。另外，溶劑回收能耗隨著相比的增大而增大;當(dāng)相比大于1:3時(shí)，溶劑回收的能耗將迅速增加。因此，本文確定萃取級(jí)數(shù)R=1:3一1:4。

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