Способ регенерации катионита

 

Использование: обессоливание природных и сточных вод. Сущность изобретения: регенерацию отработанного в процессе водород-катионирования воды ионита осуществляют двумя порциями раствора серной кислоты, полученного путем десорбции кислоты из анионита, предварительно поглощенной им из отработанного регенерационного раствора и отмывочной воды, при соотношении воды и анионита, равном (6-12) : 1, но при этом на приготовление первой порции регенерационного раствора берут 60-80% указанного объема, а второй - 3-18% с последующем ее доукреплением кислотой до 4-9 мас.%, а оставшуюся часть общего объема воды, пропущенной через анионит, используют для отмывки катионита. Положительный эффект: уменьшение удельного расхода кислоты на восстановление обменной емкости катионита в 1,3-1,5 раза за счет увеличения степени утилизации кислоты на 27-43,5%, а также уменьшение сброса солей в окружающую среду. 1 табл.

Изобретение относится к обессоливанию природных и сточных вод ионитами, в частности к регенерации катионитов, и может быть использовано в теплоэнергетике, химической промышленности, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известен способ регенерации ионитового фильтра, отработанного в процессе водородкатионирования воды, согласно которому катионит регенерируют 1 - 1,5% -ным раствором серной кислоты и отмывают от регенерационного раствора водой. Отработанный регенерационный раствор и отмывочную воду после нейтрализации избытка кислоты направляют в накопители или сбрасывают в канализацию. Удельный расход кислоты на восстановление обменной емкости катионита, равной 0,6 кг-экв/м³, равен или превышает 2 экв/экв поглощенных катионов или 60 кг/м³ ионита [1].

Недостатками способа являются большой расход серной кислоты на регенерацию катионита, поскольку избыток кислоты из отработанного регенерационного раствора не утилизируется, а также значительный экологический ущерб окружающей среде из-за сброса солей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ регенерации катионитного фильтра [2]. Согласно известному способу отработанный водородкатионитный фильтр обессоливающей установки регенерируют двумя порциями раствора серной кислоты и отмывают водой. Кислую часть отработанного регенерационного раствора катионита и отмывочной воды направляют на анионит. Затем поглощенную анионитом кислоту десорбируют водой и используют полученный раствор для регенерации катионита в следующем цикле. Первую порцию регенерационного раствора получают десорбцией кислоты из анионита водой объемом, равным 0,3 от объема анионита. Вторую порцию раствора серной кислоты получают пропусканием 0,8 объемов воды на 1 объем анионита и доукреплением полученного раствора кислоты свежей кислотой до концентрации 2 мас. % . Расход воды на десорбцию кислоты по способу [2] равен 1,1 объема на 1 объем анионита. При этом из регенерационного раствора катионита извлекается анионитом 56%-ной серной кислоты. Остаток кислоты и отмывочную воду после нейтрализации сбрасывают. Согласно проведенным расчетам удельный расход свежей кислоты на регенерацию катионита составляет 1,44 экв/экв поглощенных катионов или 42,3 кг/м³ ионита.

Недостатками известного способа являются значительный удельный расход серной кислоты на регенерацию катионита вследствие невысокой степени утилизации кислоты и отрицательное экологическое действие на окружающую среду из-за сброса солей, образующихся при нейтрализации неутилизированной серной кислоты.

Решение задачи снижения удельного расхода серной кислоты на регенерацию катионита за счет повышения степени утилизации серной кислоты из отработанного раствора достигается изобретением.

Сущность изобретения состоит в том, что при регенерации катионита, отработанного в процессе водородкатионирования воды, осуществляют двухпорционную обработку катионита раствором серной кислоты, отмывку катионита, фильтрование отработанного регенерационного раствора и (без разрыва потока) отмывочной воды катионита через анионит, десорбцию серной кислоты из анионита водой при объемном соотношении воды и анионита, равном (6 - 12):1, и использование полученного раствора кислоты для регенерации катионита, причем для получения первой порции регенерационного раствора берут 60-80% общего объема воды, для получения второй порции - 3 - 18% общего объема воды с последующим доукреплением указанной порции до концентрации серной кислоты 4 - 9 мас.%, а в качестве отмывочной воды катионита используют прошедшую через анионит оставшуюся часть общего объема воды.

Отличительными признаками изобретения являются обработка анионита 6-12 объемами воды на 1 объем ионита для десорбции серной кислоты, использование для получения первой порции регенерационного раствора 60-80%, а для второй порции - 3 - 18% общего объема воды, использование в качестве второй порции регенерационного раствора более концентрированного (4-9 мас.%) раствора кислоты, использование для отмывки катионита прошедшей через анионит оставшейся части общего объема воды.

Увеличение расхода воды на десорбцию поглощенной анионитом серной кислоты повышает степень регенерации анионита, что, с одной стороны, приводит к повышению степени извлечения кислоты анионитом из отработанного регенерационного раствора катионита, а, с другой, - к увеличению количества десорбированной кислоты в растворе, используемом для регенерации катионита. Ограничение общего объема воды на десорбцию кислоты 6-12 объемами воды на 1 объем анионита, объема первой порции регенерационного раствора 60-80% процентами, второй порции 3-18% общего объема воды позволяет уменьшить проскок кислоты при фильтровании отработанного регенерационного раствора через анионит и повысить степень ее утилизации.

Повышение содержания серной кислоты во второй порции регенерационного раствора увеличивает концентрацию кислоты в отработанном растворе, подаваемом на анионит, что приводит к увеличению обменной емкости анионита и обеспечивает практически полное извлечение кислоты из отработанного регенерационного раствора и отмывочной воды катионита.

Проведение отмывки катионита водой, пропущенной через анионит, позволяет, наряду с отмывкой катионита от регенерационного раствора, более глубоко отрегенерировать анионит, что на стадии поглощения кислоты из отработанного регенерационного раствора и отмывочной воды обеспечивает повышение степени извлечения кислоты анионитом.

Таким образом, совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - снижения удельного расхода серной кислоты на регенерацию катионита за счет повышения степени ее утилизации при достижении аналогичной обменной емкости катионита.

Способ реализуется следующим образом. Катионит, отработанный в процессе водородкатионирования воды, регенерируют двумя порциями раствора серной кислоты, а затем отмывают от регенерационного раствора. Порции раствора кислоты для регенерации катионитного фильтра получают путем десорбции водой серной кислоты, поглощенной анионитом в предыдущем цикле регенерации из отработанного регенерационного раствора и отмывочной воды. Расход воды на десорбцию кислоты из анионитового фильтра составляет 6-12 объемов на 1 объем анионита. Для получения первой порции регенерационного раствора через анионит пропускают 60-80% общего объема воды. Вторую порцию получают при пропускании 3-18% общего объема воды и последующем доукреплении свежей кислотой до концентрации 4-9 мас.% перед подачей указанной порции на регенерацию катионита. Оставшуюся часть общего объема пропущенной через анионит воды используют для отмывки катионита от регенеpационного раствора.

Для регенерации катионита через фильтр последовательно пропускают обе порции регенерационного раствора и отмывочную воду. При этом нейтральную часть отработанного регенерационного раствора сбрасывают, а кислую часть раствора и отмывочную воду катионита, содержащих серную кислоту, фильтруют без разрыва потока через анионит. При полном поглощении кислоты анионитом полученный нейтральный фильтрат сбрасывают. В случае проскока кислоты в фильтрат, ее нейтрализуют раствором щелочи и нейтральный раствор также сбрасывают.

При использовании предлагаемого способа регенерации катионита с целью уменьшения расхода реагента для нейтрализации кислоты (если имеет место неполная ее утилизация) могут быть использованы содержащие избыток щелочи отработанные регенерационные растворы анионитовых фильтров обессоливающей установки.

П р и м е р. Катионит КУ-2 объемом 105 см³, отработанный в процессе водородкатионирования воды, регенерируют порционно раствором серной кислоты. Готовят две порции регенерационного раствора: первую - со средней концентрацией кислоты - 0,46% и объемом 630 см³, вторую порцию с концентрацией кислоты 6% и объемом 54 см³. Указанные порции последовательно фильтруют через катионит с получением 150 см³ нейтральной части и 534 см³ кислой части раствора. Затем катионит отмывают от кислоты 216 см³ воды.

Нейтральную часть отработанного регенерационного раствора сбрасывают, а кислую часть и отмывочную воду без разрыва потока последовательно направляют на анионит АВ-17 объемом 100 см³. При этом кислота практически полностью поглощается анионитом. Нейтральный фильтрат после анионита сбрасывают.

Поглощенную анионитом кислоту десорбируют водой и полученный раствор кислоты используют для регенерации катионита в следующем цикле. Расход воды на десорбцию кислоты из анионита составляет 900 см³, т.е. соотношение объемов воды и анионита равно 9:1. При этом в качестве первой порции регенерационного раствора используют раствор кислоты, полученный при пропускании через анионит 630 см³ воды, что составляет 70% общего объема воды. Средняя концентрация кислоты в первой порции регенерационного раствора объемом 630 см³ равна 0,46%.

Последующий раствор кислоты, полученный при пропускании через анионит 54 см³ воды, что составляет 6% общего объема воды, доукрепляют до концентрации 6 мас.% и используют в качестве второй порции регенерационного раствора. Оставшуюся часть общего объема воды, пропущенной через анионит, что составляет 216 см³, направляют на катионит для отмывки последнего от регенерационного раствора.

В установившемся режиме затраты свежей кислоты на доукрепление второй порции регенерационного раствора катионита составили 3,108х10^-3 кг в расчете на 100% серную кислоту. Степень утилизации серной кислоты из отработанного регенерационного раствора и отмывочной воды и удельный расход кислоты на регенерацию катионита соответственно равны 99,5% и 1,06 экв/экв поглощенных катионов или 29,6 кг/м³ катионита.

Установлено, что заявляемые расход воды на десорбцию кислоты из анионита, объемы порций регенерационного раствора катионита и концентрация серной кислоты во второй порции регенерационного раствора выбраны из условий, обеспечивающих низкий удельный расход кислоты (1,06-1,17 экв/экв поглощенных катионов или 29,6-34,4 кг/м³ ионита) при достижении высокой степени утилизации (83 - 99,5%) (таблица, примеры 1-15).

При запредельных значениях указанных параметров происходит значительное увеличение расхода серной кислоты вследствие снижения степени ее утилизации. (Во всех примерах обменная емкость катионита составляла 0,60±0,01 кг-экв/м³ (таблица).

Проведение регенерации катионита предлагаемым способом по сравнению с известным позволяет в 1,3 - 1,5 раз снизить удельный расход серной кислоты на восстановление обменной емкости катионита за счет увеличения степени утилизации кислоты на 27-43,5%.

Достоинством способа является уменьшение негативной экологической нагрузки на окружающую среду вследствие сокращения сброса солей с обессоливающей установки.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТИОНИТА, отработанного в процессе водород-катионирования воды, включающий двухпорционную регенерацию раствором серной кислоты при использовании в качестве второй порции доукрепленного раствора кислоты, отмывку катионита, фильтрование отработанного регенерационного раствора и отмывочной воды через анионит с последующей десорбцией серной кислоты из анионита водой и использование полученного раствора кислоты для регенерации катионита, отличающийся тем, что десорбцию кислоты осуществляют при объемном соотношении воды и анионита 6 - 12 : 1 соответственно, причем для получения первой порции регенерационного раствора берут 60 - 80 мас.% от общего объема воды, для получения второй порции - 3 - 18 мас.% от общего объема воды с последующим доукреплением указанной порции до концентрации серной кислоты 4 - 9 мас.%, а в качестве отмывочной воды катионита используют прошедшую через анионит оставшуюся часть общего объема воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2