JPS6112758B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は吸着体の再生に関し、さらに詳細には
超臨界的条件に保たれた不活性溶媒中に吸着物質
を溶出することにより、吸着体から吸着物質を脱
着する方法並びに装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the regeneration of adsorbents, and more particularly to a method for desorbing an adsorbent from an adsorbent by eluting the adsorbent into an inert solvent maintained at supercritical conditions. and devices.
しばらくの間に多数の無機吸着体がよく知られ
てきており、この中でも最も普通に使用されてい
るのは活性炭、アルミナ、シリカ及びケイ酸塩で
ある。 A number of inorganic adsorbents have become well known over time, the most commonly used of which are activated carbon, alumina, silica and silicates.
活性炭及び種々の無機吸着体が多くの目的に対
して未だ広範に使用されているが、近年における
合成重合体吸着体の開発により、従来活性炭に関
連していた用途よりはるかに広範囲の用途まで工
業プロセスにおける吸着体の使用が広かつた。或
る場合には重合体吸着体は活性炭、シリカ、アル
ミナ及び同様なものに代替した。重合体吸着体の
使用が速やかに広がつた主たる埋由の一つは、液
体を使用して、溶媒和又は反応の機構により該重
合体から吸着物質を除去することができるという
事実にある。この流体除去は通常周囲の条件下に
行なわれるので、たとえば、活性炭の再生に伴な
う欠点の多くを回避することができる。 Although activated carbon and various inorganic adsorbents are still widely used for many purposes, the development of synthetic polymer adsorbents in recent years has extended industrial applications to a much wider range of applications than previously associated with activated carbon. The use of adsorbents in processes has been widespread. In some cases, polymeric adsorbents have been replaced with activated carbon, silica, alumina, and the like. One of the primary reasons for the rapid spread of the use of polymeric adsorbents lies in the fact that liquids can be used to remove adsorbed substances from the polymers by solvation or reaction mechanisms. Because this fluid removal is normally performed under ambient conditions, many of the disadvantages associated with, for example, activated carbon regeneration can be avoided.
重合体吸着体を再生するに際してはメタノール
又はイソプロパノールの如き有機溶媒を使用する
ことができる。吸着物質が弱酸である場合には塩
基を使用してそれと反応させてそれを除去するこ
とができ;又吸着物質が弱塩基である場合には、
反応成分として酸を使用することができる。又、
吸着物質がイオン溶液からのものである場合には
水を使用することができ;そして吸着物質が揮発
性物質である場合には熱水又は流れを使用するこ
とができる。 Organic solvents such as methanol or isopropanol can be used in regenerating the polymer adsorbent. If the adsorbent is a weak acid, a base can be used to react with it and remove it;
Acids can be used as reaction components. or,
Water can be used if the adsorbent is from an ionic solution; and hot water or a stream can be used if the adsorbent is a volatile substance.
重合体吸着体再生のため群を抜いて最も広範に
使用された技術は溶媒抽出である。吸着された種
に関して漏出点まで吸着物質を負荷した後、適当
な有機溶媒を重合体吸着体の床に通して吸着物質
を溶解及び抽出させる。重合体吸着体の再生に使
用された溶媒のコストのため、高い百分率でその
溶媒を回収することが必要である。更に、多くの
かかる溶媒は、大量であれ少量であれ、それを処
分すると必らず問題となる汚染問題を引き起こ
す。かかる溶媒を再使用のため回収及び精製する
に際しては、かかる回収コストに加えて考慮すべ
き操作上の要因が伴う。 By far the most widely used technique for polymer sorbent regeneration is solvent extraction. After loading the adsorbent material to the leakage point with respect to the adsorbed species, a suitable organic solvent is passed through the bed of polymeric adsorbent to dissolve and extract the adsorbent material. Due to the cost of the solvent used to regenerate the polymer adsorbent, it is necessary to recover a high percentage of that solvent. Additionally, many such solvents pose problematic contamination problems whenever they are disposed of, whether in large or small quantities. In addition to such recovery costs, there are operational factors to consider in recovering and purifying such solvents for reuse.
溶媒再生において、吸着物質床から水(又は不
純物を除去した他の液体)を排出させるのに溶媒
を使用する。これは、溶媒回収工程において分離
しなければならない溶媒−水混合物が得られるこ
とを意味する。重合体吸着体の再生にとつて最も
有効であつて普通の且つより安価な溶媒のいくら
かは水と共沸混合物を形成するので、溶媒回収の
際にかかる共沸混合物を取扱わなければならな
い。共沸混合物を形成する混合物の蒸留において
は1個のカラムを使用して1成分と共沸混合物を
回収する。他方の成分を精製した形態で回収する
ためにはこの後該共沸混合物をより高い圧力又は
より低い圧力の何れかで操作する2番目のカラム
ムに送らなければならない。かかるカラムの各々
は大きな理論段数を必要とする。それ故に、重合
体吸着体の再生において吸着している種に対する
溶媒を使用することは何ら新規技術に係るもので
はないけれども、それは重大な経済的問題を与え
ることは明らかである。実際、溶媒回収問題の困
難さのために、未精製の再生用溶媒流が再循環さ
れ得るか又はさもなければ隣接した工程で経済的
に使用され得ない限りは、合成重合体樹脂吸着の
使用が排除されることはしばしばである。 In solvent regeneration, a solvent is used to drain water (or other liquid from which impurities have been removed) from a bed of adsorbent material. This means that a solvent-water mixture is obtained which has to be separated in the solvent recovery step. Some of the most effective, common, and less expensive solvents for regeneration of polymer adsorbents form azeotropes with water, and such azeotropes must be handled during solvent recovery. In the distillation of a mixture forming an azeotrope, one column is used to recover one component and the azeotrope. In order to recover the other component in purified form, the azeotrope must then be sent to a second column operating either at higher or lower pressure. Each such column requires a large number of theoretical plates. Therefore, although the use of solvents for the adsorbed species in the regeneration of polymer adsorbents does not represent any new technology, it is clear that it poses significant economic problems. In fact, due to the difficulty of solvent recovery problems, the use of synthetic polymer resin adsorption unless the crude regeneration solvent stream can be recycled or otherwise used economically in an adjacent process. are often excluded.
それ改に、吸着物質を重合体吸着体から有効に
除去するか又は能率良く抽出することができ且つ
溶媒も現在可能であるよりも更に経済的に再循環
のために精製し得る方法を得ることは望ましい。 Alternatively, it is desirable to have a process by which adsorbed substances can be effectively removed or efficiently extracted from polymeric adsorbents and the solvent can also be purified for recycling more economically than is currently possible. is desirable.
従つて、本発明の第一の目的は重合体吸着体を
再生するための改良された方法を提供することで
ある。他の目的は使用した溶媒及び所望により吸
着物質の効率の良い且つ経済的回収をベースとす
る上記特徴の方法を提供することにある。更に他
の目的は広範囲の重合体吸着体−吸着物質組合せ
に適用され得る上記方法を提供することできる。 Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide an improved method for regenerating polymer adsorbents. Another object is to provide a process of the above character which is based on an efficient and economical recovery of the used solvent and optionally the adsorbed material. Yet another object may be to provide the above method which can be applied to a wide range of polymer adsorbent-adsorbent combinations.
更に一つの目的は、不可避的溶媒損失が追加的
汚染問題を引き起こさない上記特徴の方法を提供
することである。 A further object is to provide a method of the above character in which unavoidable solvent losses do not pose additional contamination problems.
本発明の他の主要な目的は、有機不純物を除去
するため重合体吸着体を使用しそして該吸着体か
ら吸着物質を脱着してそれを再生するために超臨
界流体の形態にある不活性溶媒を使用する。改良
された廃水精製方法及び装置を提供することであ
る。 Another main object of the invention is to use a polymeric adsorbent to remove organic impurities and an inert solvent in the form of a supercritical fluid to desorb the adsorbed material from the adsorbent and regenerate it. use. An object of the present invention is to provide an improved wastewater purification method and apparatus.
本発明の他の目的は以下の記載から一部は目明
となり且つ一部は明らかになるであろう。 Other objects of the invention will be partly apparent and partly apparent from the following description.
本発明方法においては、超臨界流体の形をした
化学的に不活性溶媒中に吸着物質を溶出させて重
合体吸着体から吸着物質を脱着することにより重
合体吸着体を再生させる。吸着物質が固着して吸
着体を適当な超臨界流体と接触させ、溶出した吸
着物質を含む超臨界流体を物理的処理に付し、こ
れを吸着物質の少くとも一部に対し非溶媒ならし
め、かくして吸着物質と超臨界流体を2相に分離
する。超臨界流体から吸着物質を分離した後に、
非溶媒の状態にあると言える超臨界流体を他の物
理的処理に付し、それを吸着物質に対し溶媒であ
る状態に戻し、このようにしてそれを循環させる
ことができる。故にそれは循環させる前に溶媒の
状態にあると言うことができる。物理的処理は超
臨界流体の温度もしくは圧力又はその両方を変え
ることから成ることができる。任意工程として、
吸着物質は超臨界流体に溶解又は混合しながら反
応物質と反応させることができる。 In the method of the invention, a polymer adsorbent is regenerated by desorbing the adsorbent from the polymer adsorbent by eluting the adsorbent into a chemically inert solvent in the form of a supercritical fluid. After the adsorbent is fixed, the adsorbent is brought into contact with a suitable supercritical fluid, and the supercritical fluid containing the eluted adsorbent is subjected to a physical treatment to make it a non-solvent for at least a portion of the adsorbent. , thus separating the adsorbate and the supercritical fluid into two phases. After separating the adsorbate from the supercritical fluid,
The supercritical fluid, which can be said to be in a non-solvent state, can be subjected to other physical treatments to restore it to a state in which it is a solvent for the adsorbed substance, and in this way it can be circulated. It can therefore be said to be in a solvent state before being recycled. The physical treatment can consist of changing the temperature or pressure or both of the supercritical fluid. As an optional step,
The adsorbent can be reacted with the reactant while being dissolved in or mixed with the supercritical fluid.
以下の詳細な説明において、“非溶媒状態”な
る用語は1種又はそれ以上の吸着物質に対して比
較的低い溶解度を有することを示すために超臨界
流体に対して適用され、他方「溶媒状態」という
言葉は1種又はそれ以上の吸着物質に対し比較的
高い溶解度を有することを示すために超臨界流体
に対して適用される。即ちこれらの言葉は絶対的
な意味で用いられるのではなく、相対的な意味で
ある。 In the detailed description that follows, the term "non-solvent state" is applied to a supercritical fluid to indicate that it has a relatively low solubility for one or more adsorbed substances, while the term "non-solvent state" is applied to a supercritical fluid to indicate that it has a relatively low solubility for one or more adsorbed substances; '' is applied to supercritical fluids to indicate that they have a relatively high solubility for one or more adsorbent substances. That is, these words are not used in an absolute sense, but in a relative sense.
従つて、本発明は、いくつかの工程並びにそれ
らの工程の1つ又はそれ以上の互いの関連から成
り、以下に開示した方法において例証され、そし
て本発明の範囲は前記特許請求の範囲に示されて
いる。 Accordingly, the invention consists of a number of steps and the relationship of one or more of those steps to each other and is illustrated in the method disclosed below, and the scope of the invention is indicated in the following claims. has been done.
本発明の特性及び目的を十分に理解するため
に、添付図面を参照して下記に詳細な説明を行な
う。 In order to fully understand the nature and objects of the present invention, the following detailed description is provided with reference to the accompanying drawings.
市販の入手可能な重合体吸着体は硬質の、不溶
性の、高表面積の、多孔性重合体であると言え
る。典型的には、それらは公称約16〜50メツシユ
の球形態で提供される。それらは種々の極性及び
表面特性のものが入手可能であり、改に広範囲の
用途における吸着体として使用することができ
る。該重合体吸着体は、たとえば、スチレンの重
合体、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合
体、又はアクリル酸エステル、トリメチロールプ
ロパントリメタクリレートもしくはトリメチロー
ルプロパンジメタクリレートを含有する重合体で
あつてもよい〔たとえば、1972年4月13日国際的
な最進衛生研究協会(Institute of Adranced
Sanitation Research)第3回シンポジウムで発
装され、その際重合体吸着体の代表的化学構造が
示された、R.M.Simpson,“水からの有機薬品の
分離”(The Separation oF Organic Chemicals
From Water)参照。ドイツ公開公報第1943807
号も参照〕。 Commercially available polymer adsorbents can be described as hard, insoluble, high surface area, porous polymers. Typically, they are provided in spherical form of nominally about 16 to 50 mesh. They are available with a variety of polarities and surface properties and can be used as adsorbents in a wide variety of applications. The polymer adsorbent may be, for example, a polymer of styrene, a copolymer of styrene and divinylbenzene, or a polymer containing an acrylic acid ester, trimethylolpropane trimethacrylate or trimethylolpropane dimethacrylate. [For example, on April 13, 1972, the International Institute of Advanced Hygiene Research
RMSimpson, “The Separation of Organic Chemicals from Water”, presented at the 3rd Symposium (Sanitation Research), where typical chemical structures of polymer adsorbents were presented.
From Water). German Publication No. 1943807
See also issue].
この重合体吸着体は廃水処理において多くのい
ろいろな用途を見出された。たとえば、それらは
クラフトパルプ工場漂白排出液及び染料廃水を脱
色するため並びに廃水流から農薬(Pesticide)
を、廃水からアルキルベンゼンスルホネートもし
くは線状アルキルスルホネート型界面活性剤を及
び排出液流からTNT及びDNTの如き爆薬を除去
するために使用されてきた。これらの重合体吸着
体は水中における又は化学工程、酵素及び蛋白質
単離における痕跡量の(ppbという少量の)有機
汚染物並びにビタミンB−12、テトラサイクリ
ン、オキシテトラサイクリン及びオレアンドマイ
シン(oleandomycin)の如き他の生物学的物質
の分析方法においても使用されてきた。 This polymeric adsorbent has found many different uses in wastewater treatment. For example, they are used to decolorize kraft pulp mill bleach effluents and dye wastewater as well as remove pesticides from wastewater streams.
have been used to remove alkylbenzene sulfonate or linear alkyl sulfonate type surfactants from wastewater and explosives such as TNT and DNT from effluent streams. These polymeric adsorbents are used to remove trace (ppb) organic contaminants in water or in chemical processes, enzymes and protein isolation, as well as vitamin B-12, tetracycline, oxytetracycline and oleandomycin. It has also been used in methods for analyzing other biological materials.
重合体吸着体に吸着させることにより廃水流か
ら除去され得る農薬の代表的例はリンデーン
(Lindane)、DDT、マラチオン(Malathion)及
びエンドリン、ヘプタクロルの如き農薬成分及び
他の塩素化炭化水素中間体である。 Typical examples of pesticides that can be removed from wastewater streams by adsorption onto polymeric adsorbents are pesticide components such as Lindane, DDT, Malathion and endrin, heptachlor and other chlorinated hydrocarbon intermediates. be.
重合体吸着体を使用して廃水流から除去され得
る有機物の例はJunk他、Journal of Chroma−
lograpny.99 745−762(1974)により報告された
表1に記載のものである。使用した樹脂はそれぞ
れヘリウム多孔度42%及び51%、表面積330及び
750m2/g、平均細孔径90及び50Å、骨格密度
(skeletaldensilies)1.08及び0.09g/c.c.、を有し
且つ公称20〜50メツシユサイズを有することを特
徴とする2種類の異なつたポリスチレンであつた
(ロームアンドハースカンパニー販売のXAD−2
及びXAD−4)。 Examples of organics that can be removed from wastewater streams using polymeric adsorbents include Junk et al., Journal of Chroma.
Table 1 reported by lograpny.99 745-762 (1974). The resins used had helium porosity of 42% and 51%, surface area of 330 and
750 m 2 /g, average pore diameters of 90 and 50 Å, skeletal densities of 1.08 and 0.09 g/cc, and nominal mesh sizes of 20 to 50. XAD-2 sold by Rohm and Haas Company
and XAD-4).
表 1
重合体吸着体に吸着させることにより水流から
除去可能な有機物
アルコール、ヘキシル、2−エチルヘキサノー
ル、2−オクタノール、デシル、ドデシル、ベ
ンジル、シンナミル、2−フエノキシエタノー
ル、アルデヒド及びケトン、2,6−ジメチル
−4−ヘプタノン、2−ウンデカノン、アセト
フエノン、ベンゾフエノン、ベンジル、ベンズ
アルデヒド、サリチルアルデヒド、エステル、
ベンジルアセテート、ジメトキシエチルフタレ
ート、ジメチルフタレート、ジエチルフタレー
ト、ジブチルフタレート、ジ−2−エチルヘキ
シルフタレート、ジエチルフマレート、ジブチ
ルフマレート、ジ−2−エチルヘキシルフマレ
ート、ジエチルマロネート、メチルベンゾエー
ト、メチルデカノエート、メチルオクタノエー
ト、メチルパルミテート、メチルサリチレー
ト、メチルメタクリレート
多核芳香族、ナフタレン、2−メチルナフタレ
ン、1−メチルナフタレン、ビフエニル、フル
オレン、アントラセン、アセナフテン、テトラ
ヒドロナフタレン、アルキルベンゼン、エチル
ベンゼン、クメン、p−シメン、酸(酸性化さ
れた)、オクタン酸、デカン酸、パルミチン
酸、オレイン酸、安息香酸、フエノール、フエ
ノール、o−クレゾール、3,5−キシレノー
ル、o−クロロフエノール、p−クロロフエノ
ール、2,4,6−トリクロロフエノール、1
−ナフトール、エーテル、ヘキシル、ベンジ
ル、アニリール、2−メトキシナフタレン、フ
エニル、ハロゲン化合物、塩化ベンジル、クロ
ロベンゼン、ヨードベンゼン、o−ジクロロベ
ンゼン、m−ジクロロベンゼン、1,2,4,
5−テトラクロロベンゼン、α−oジクロロト
ルエン、m−クロロトルエン、2,4−ジクロ
ロトルエン、1,2,4−トリクロロベンゼン
窒素化合物、ヘキサデシルアミン、ニトロベン
ゼン、インドール、o−ニトロトルエン、N−
メチルアニリン、ベンゾチアゾール、キノリ
ン、イソキノリン、ベンゾニトリル、ベンゾキ
サゾール、
上記した如く、通常漏出点
(breakthroughpoint)と呼ばれそして該床から取
出される流れが設定水準の吸着物質を含有する時
のその点として定義された予め決められた飽和点
に吸着体床が達した時に吸着物質を溶出すること
により、重合体吸着体は再生される。又前記した
如く、吸着物質のこの除去は、これまでは、周囲
の温度及び圧力下にメタノール又はイソプロパノ
ールの如き有機液体溶媒を使用することにより達
成されそしてコスト高の溶媒回収工程を含むもの
であつた。 Table 1 Organic substances that can be removed from water streams by adsorption on polymeric adsorbents Alcohol, hexyl, 2-ethylhexanol, 2-octanol, decyl, dodecyl, benzyl, cinnamyl, 2-phenoxyethanol, aldehydes and ketones, 2 , 6-dimethyl-4-heptanone, 2-undecanone, acetophenone, benzophenone, benzyl, benzaldehyde, salicylaldehyde, ester,
Benzyl acetate, dimethoxyethyl phthalate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, diethyl fumarate, dibutyl fumarate, di-2-ethylhexyl fumarate, diethyl malonate, methyl benzoate, methyl decanoate , methyl octanoate, methyl palmitate, methyl salicylate, methyl methacrylate polynuclear aromatic, naphthalene, 2-methylnaphthalene, 1-methylnaphthalene, biphenyl, fluorene, anthracene, acenaphthene, tetrahydronaphthalene, alkylbenzene, ethylbenzene, cumene, p-cymene, acid (acidified), octanoic acid, decanoic acid, palmitic acid, oleic acid, benzoic acid, phenol, phenol, o-cresol, 3,5-xylenol, o-chlorophenol, p-chlorophenol , 2,4,6-trichlorophenol, 1
- Naphthol, ether, hexyl, benzyl, anilyl, 2-methoxynaphthalene, phenyl, halogen compound, benzyl chloride, chlorobenzene, iodobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, 1,2,4,
5-tetrachlorobenzene, α-o dichlorotoluene, m-chlorotoluene, 2,4-dichlorotoluene, 1,2,4-trichlorobenzene nitrogen compound, hexadecylamine, nitrobenzene, indole, o-nitrotoluene, N-
methylaniline, benzothiazole, quinoline, isoquinoline, benzonitrile, benzoxazole. The polymer adsorbent is regenerated by eluting the adsorbent material when the adsorbent bed reaches a predetermined saturation point defined as a point. Also, as noted above, this removal of adsorbed material has heretofore been accomplished by using organic liquid solvents such as methanol or isopropanol at ambient temperature and pressure and involves costly solvent recovery steps. Ta.
本発明の方法に従うと、吸着体再生のために超
臨界流体が使用され、この方法は溶媒の相変化を
必要とせず従つて必要とされるエネルギー消耗が
最小である。この方法は所望ならば効率の良い吸
着物質回収を達成する可能性をも提供する。 According to the method of the present invention, supercritical fluids are used for adsorbent regeneration, and the method does not require a phase change of the solvent and therefore requires minimal energy consumption. This method also offers the possibility of achieving efficient adsorbate recovery if desired.
或るガスを一定の圧力をかけ、或る温度以上に
保つと超臨界状態に達することは公知である。広
義にはこの超臨界状態と云う言葉は本明細書にお
いては温度及び圧力の範囲がその化合物の臨界温
度及び臨界圧力以上にあるものとして定義するこ
とができる。“超臨界的”なる用語は一般には臨
界状態より上のあらゆる温度に適用されるけれど
も、以下の記載においては、その臨界圧力より高
い圧力の且つ〓単位の臨界温度の約1.3倍までの
温度のガスを指すものとして使用する。しかしな
がら、大抵の場合に、〓単位の臨界温度の約1.1
倍より高くない温度を使用することが好ましい。 It is known that a certain gas reaches a supercritical state when it is kept at a certain pressure and above a certain temperature. Broadly speaking, the term supercritical state may be defined herein as a temperature and pressure range above the critical temperature and pressure of the compound. Although the term "supercritical" generally applies to any temperature above the critical state, in the following description it refers to any temperature above the critical pressure and up to about 1.3 times the critical temperature. Used to refer to gas. However, in most cases, approximately 1.1 of the unit critical temperature
It is preferred to use temperatures no higher than 2 times.
本発明の方法においては、重合体吸着体から有
機吸着物質を除去するのに二酸化炭素が特に好適
であることが見出された。二酸化炭素の臨界温度
は304.2〓(31.0℃)であり、臨界圧力は72.9気圧
である。本発明の実施に対して使用される最も有
利な条件の温度はその臨界温度の約1.01倍乃至
1.1倍、即ち約308〓乃至335〓(34℃乃至62℃)
間にある。この温度範囲は室温より少し高い温度
である。更に、二酸化炭素はいくつかの他の利点
を有しており、中でも大気を汚染しないこと及び
安価なことが挙げられる。 In the process of the invention, carbon dioxide has been found to be particularly suitable for removing organic adsorbate from polymer adsorbents. The critical temperature of carbon dioxide is 304.2〓 (31.0℃) and the critical pressure is 72.9 atmospheres. The most advantageous conditions used for the practice of this invention are temperatures between about 1.01 times its critical temperature and
1.1 times, i.e. approximately 308〓 to 335〓 (34℃ to 62℃)
between. This temperature range is slightly above room temperature. Additionally, carbon dioxide has several other advantages, among which it does not pollute the atmosphere and is inexpensive.
1種又はそれより多くの有機種を吸着している
重合体吸着体の再生のための超臨界流体を選ぶに
際しては、該超臨界流体は除去されるべき種に対
して溶媒でなければならず、そしてそれは該吸着
体の表面と反応しない流体でなければならない。 In selecting a supercritical fluid for regeneration of a polymer adsorbent adsorbing one or more organic species, the supercritical fluid must be a solvent for the species to be removed. , and it must be a fluid that does not react with the surface of the adsorbent.
何れの吸着物質/超臨界流体系に対しても、超
臨界流体を先ず吸着物質に対して溶媒たらしめ、
次いで吸着物質に対して非溶媒たらしめるために
超臨界流体が受けなければならない物理的変化
は、もちろんいろいろな温度及び圧力下における
超臨界流体中の吸着物質の溶解度に依存するであ
ろう。かかる系の代表的例はナフタレン/超臨界
二酸化炭素である。第1図は選ばれた圧力に対し
て35℃〜55℃の温度範囲にわたる二酸化炭素中の
ナフタレン溶解度のグラフである(Yu.V.
Tsekha−nskaya.M,B.Iomtev及びE.V.
Muskina,Zh.Fiz,Khim.38,2166(1964)から
取つた)。第1図のこのグラフによれば、ナフタ
レンの如き溶解した有機化合物は、(a)一定圧力で
温度サイクルに付し(たとえば、300気圧で、55
℃で吸収させそして35℃で沈殿させる;或いは80
気圧で35℃で吸収させそして45℃で沈殿させ
る);(b)一定温度で圧力サイクルに付し(たとえ
ば55℃で、300気圧で吸収させそして80気圧で沈
殿させる);或いは(c)温度/圧力サイクリングの
組合せ;の何れかにより超臨界二酸化炭素溶媒か
ら分離することができる。 For any adsorbent/supercritical fluid system, the supercritical fluid is first made a solvent for the adsorbent;
The physical changes that the supercritical fluid must undergo in order to become a non-solvent for the adsorbent will, of course, depend on the solubility of the adsorbent in the supercritical fluid at various temperatures and pressures. A typical example of such a system is naphthalene/supercritical carbon dioxide. Figure 1 is a graph of naphthalene solubility in carbon dioxide over a temperature range of 35°C to 55°C for selected pressures (Yu.V.
Tsekha−nskaya.M, B.Iomtev and EV
(Taken from Muskina, Zh.Fiz, Khim.38, 2166 (1964)). According to this graph in Figure 1, a dissolved organic compound, such as naphthalene, is (a) subjected to a temperature cycle at constant pressure (e.g.
Absorb at 35°C and precipitate at 35°C; or 80°C.
(b) subjected to a pressure cycle at a constant temperature (e.g. 55°C, adsorbed at 300 atm and precipitated at 80 atm); or (c) at temperature /pressure cycling; can be separated from the supercritical carbon dioxide solvent.
本発明の方法及び装置を模式的に第3図に示
す。この場合重合体吸着体上に吸着された炭化水
素不純物を除去する超臨界流体としてCO2を用い
る。第3図の装置において再生すべき消費した重
合体吸着体は吸着体貯蔵タンク(第6図参照)か
ら導入され、実質的に周囲の圧力及び温度におい
てライン11により脱着カラム10(流体接触装
置として作用)に入れられる。消費した重合体吸
着体の流入は高圧オン・オフ・バルブ12によつ
てコントロールされる。脱着カラム10は超臨界
流体にかける最高圧力に耐え得るように構成され
なければならない。そのような圧力に耐えるよう
に適当に設計された任意の圧力容器を脱着カラム
として使用することができる。第3図に示す工程
はバツチ法であるが、勿論必要に応じ連続法を用
いるこも本発明の範囲内に入る。このようなバツ
チ法においては消費された吸着体はバツチ方式で
脱着カラム10に充填され、加圧され、超臨界流
体を循環させることにより脱着される。 The method and apparatus of the invention are schematically shown in FIG. In this case CO 2 is used as a supercritical fluid to remove hydrocarbon impurities adsorbed onto the polymer adsorbent. The spent polymer adsorbent to be regenerated in the apparatus of FIG. 3 is introduced from an adsorbent storage tank (see FIG. 6) by line 11 at substantially ambient pressure and temperature to a desorption column 10 (as a fluid contacting device). action). The flow of spent polymer adsorbent is controlled by a high pressure on/off valve 12. The desorption column 10 must be constructed to withstand the maximum pressures applied to the supercritical fluid. Any pressure vessel suitably designed to withstand such pressures can be used as a desorption column. Although the process shown in FIG. 3 is a batch method, it is of course within the scope of the present invention to use a continuous method if necessary. In such a batch method, the consumed adsorbent is packed into a desorption column 10 in batches, pressurized, and desorbed by circulating a supercritical fluid.
脱着カラム10はまた高圧バルブ14を有する
再生吸着体取出ライン13、高圧バルブ16を有
するガス導入ライン15、及び高圧バルブ18を
有するガス取出ライン17を有している。 The desorption column 10 also has a regenerated adsorbent take-off line 13 with a high-pressure valve 14 , a gas introduction line 15 with a high-pressure valve 16 , and a gas take-off line 17 with a high-pressure valve 18 .
再生用の超臨界流体、例えば300気圧、35℃の
二酸化炭素を貯蔵タンク20に貯蔵し、高圧流体
流コントロールバルブ22を有する高圧ライン2
1を通して脱着カラム10に周期的に導入する。
脱着カラム10の中で吸着体と接触させた後、吸
着物質、例えば炭化水素を溶解した超臨界流体を
カラム10から高圧ライン23を通して取出し、
その流速は高圧オン・オフ・バルブ24でコント
ロールする。 A high pressure line 2 in which a supercritical fluid for regeneration, e.g. carbon dioxide at 300 atmospheres and 35° C., is stored in a storage tank 20 and has a high pressure fluid flow control valve 22.
1 into the desorption column 10 periodically.
After contacting the adsorbent in the desorption column 10, the supercritical fluid in which the adsorbent material, e.g. a hydrocarbon, is dissolved is removed from the column 10 through a high pressure line 23;
The flow rate is controlled by a high pressure on/off valve 24.
第3図に示した本発明の具体化においては、超
臨界流体を吸着物質に対して非溶媒化する物理的
処理は圧力を低下させることである。これは超臨
界流体を適当な膨張器、例えばターボ膨張器25
の中で膨張させることによつて行なわれる。300
気圧、35℃のCO2を用いるこの実施例において
は、この膨張により圧力を典型的には約80気圧ま
で低下させる。第3図に示す例の場合には膨張に
より温度も低下する。いずれにせよ超臨界流体を
循環させる前に吸着物質に対し最小の溶解度をも
つように該流体の温度を調節する必要がある。即
ち第3図では温度の調節を行なうために流体ライ
ン中に熱交換器26及び38が示されている。 In the embodiment of the invention shown in FIG. 3, the physical process that renders the supercritical fluid non-solvating for the adsorbate is to reduce the pressure. This transfers the supercritical fluid to a suitable expander, such as a turbo expander 25.
This is done by expanding it in the 300
In this example using CO 2 at atmospheric pressure and 35° C., this expansion typically reduces the pressure to about 80 atmospheres. In the case of the example shown in FIG. 3, the temperature also decreases due to expansion. In any case, before circulating the supercritical fluid, it is necessary to adjust the temperature of the fluid so that it has a minimum solubility for the adsorbate. 3, heat exchangers 26 and 38 are shown in the fluid lines to provide temperature control.
膨張器25中で膨張することにより生じる超臨
界流体の圧力の減少及び熱交換器26中における
温度の変動によつて超臨界流体は吸着物質に対し
非溶媒になる。実際には吸着物質は沈殿し、その
結果2相の流体が生じ、これを相分離器29に取
る。この分離器は例えばサイクロン分離器29又
は保持タンクであることができる。吸着物質はバ
ルブ31を有する吸着物質取出ライン30を通し
て相分離器29から取出され、超臨界流体は取出
ライン32及びバルブ33を通し分離器29から
取出される。CO2を用いるこの特定の実施例の場
合には、CO2の温度を熱交換器26中で約35℃に
上げる。しかし圧力は僅かに80気圧であるから、
このCO2を吸着物質に対して溶媒状態の超臨界流
体に戻すためには、これを圧縮する必要がある。
これは圧縮器35中において圧力を300気圧に戻
し温度を約95℃にすることによつて行なわれる。
この温度は本実施例におけるCO2の超臨界条件の
望ましい温度よりもかなり高いから、これを熱交
換器26中で膨張器25から出てくる流体を加熱
するのに用いる。即ち熱交換器26の片側は貯蔵
タンク20と圧縮器35を連結する超臨界流体ラ
イン37の一部をなしている。CO2を用いる本実
施例においては熱交換器26を出る超臨界流体の
温度はなお所望の35℃よりも高いので、第二の熱
交換器38を取付けて超臨界流体と外部から供給
される冷却剤、例えばコイル40を通る水との間
の熱交換を行なう。このようにして超臨界流体は
貯蔵タンク20に達し溶媒条件下で循環される。 The reduction in pressure of the supercritical fluid caused by expansion in the expander 25 and the temperature fluctuations in the heat exchanger 26 cause the supercritical fluid to become a non-solvent for the adsorbate. In effect, the adsorbed material precipitates, resulting in a two-phase fluid which is taken to a phase separator 29. This separator can be, for example, a cyclone separator 29 or a holding tank. Adsorbent material is removed from phase separator 29 through adsorbent removal line 30 having valve 31 and supercritical fluid is removed from separator 29 through removal line 32 and valve 33. In this particular embodiment using CO 2 , the temperature of the CO 2 is raised to about 35° C. in heat exchanger 26 . However, since the pressure is only 80 atmospheres,
In order to return this CO 2 to a supercritical fluid in a solvent state for the adsorbent, it is necessary to compress it.
This is done by returning the pressure to 300 atmospheres in the compressor 35 and bringing the temperature to about 95°C.
Since this temperature is significantly higher than the desired temperature for supercritical conditions of CO 2 in this example, it is used in heat exchanger 26 to heat the fluid exiting expander 25 . That is, one side of the heat exchanger 26 forms part of a supercritical fluid line 37 that connects the storage tank 20 and the compressor 35. In this embodiment using CO2 , the temperature of the supercritical fluid leaving the heat exchanger 26 is still higher than the desired 35°C, so a second heat exchanger 38 is installed to separate the supercritical fluid and the external supply. Heat exchange is performed with the coolant, for example water passing through the coil 40. The supercritical fluid thus reaches the storage tank 20 and is circulated under solvent conditions.
超臨界流体はその臨界圧力及び温度以上におい
て吸着物質に対する溶媒として用いることができ
る。その温度を超臨界温度より50℃以上高くない
ように保つことが好ましく、或場合には溶媒化中
の温度を臨界温度より約10℃以上高くないように
保つことが好ましい。最高圧力は使用する装置の
高圧能力によつて決定される。一般に吸着物質の
溶解能を増加させるためには圧力が高い方が好ま
しい。超臨界流体を吸着物質に対する非溶媒化す
るために行なう物理的条件を選ぶ場合、吸着物質
を分離するのに必要な以上に超臨界流体の圧力及
び/又は温度を変えないことが望ましい。 Supercritical fluids can be used as solvents for adsorbed materials above their critical pressures and temperatures. It is preferred to keep the temperature no more than 50°C above the supercritical temperature, and in some cases it is preferred to keep the temperature during solvation no more than about 10°C above the critical temperature. The maximum pressure is determined by the high pressure capability of the equipment used. In general, higher pressure is preferable in order to increase the ability to dissolve adsorbed substances. When selecting physical conditions to render the supercritical fluid a non-solvent for the adsorbent, it is desirable not to change the pressure and/or temperature of the supercritical fluid more than is necessary to separate the adsorbent.
ある場合において、吸着物質を吸着体から除去
した後に吸着物質の化学的性質、従つて物理的性
質を変えることが望ましい。これは吸着物質が超
臨界流体中に溶解又は混合している間に適当な反
応物質と反応させることにより行なわれる。即ち
第4図において吸着物質に対する反応物質(例え
ば炭化水素に対しては酸素)をライン46及びバ
ルブ47を通して導入する反応室45が示されて
いる。第4図において第3図と同じ機素には同一
の番号をつけられている。次に超臨界流体をライ
ン23の延長部であるライン23a及び弁48か
ら取出す。もし第4図に示すように超臨界流体が
溶媒状態にある間反応物質を超臨界流体に導入す
るならば、反応室45及びすべてのライン及びバ
ルブは高圧を取扱うことができなければならな
い。別法として、ライン23に対して第4図で示
したのと同様な方法で、ライン28に対して反応
室を連結させ、これによつて超臨界流体が非溶媒
状態にある2相系中において、反応を行なうこと
ができる。 In some cases, it is desirable to change the chemical and therefore physical properties of the adsorbent after it has been removed from the adsorbent. This is accomplished by reacting the adsorbent material with a suitable reactant while it is dissolved or mixed in the supercritical fluid. Specifically, in FIG. 4, a reaction chamber 45 is shown into which a reactant for the adsorbate (eg, oxygen for hydrocarbons) is introduced through line 46 and valve 47. In FIG. 4, the same elements as in FIG. 3 are given the same numbers. The supercritical fluid is then removed from line 23a, which is an extension of line 23, and valve 48. If reactants are introduced into the supercritical fluid while it is in a solvent state, as shown in FIG. 4, reaction chamber 45 and all lines and valves must be capable of handling high pressures. Alternatively, a reaction chamber may be connected to line 28 in a manner similar to that shown in FIG. The reaction can be carried out in
第5図は超臨界流体を処理して吸着物質に対す
る非溶媒とし次にこれを再び処理することによつ
て溶媒に変換し、、溶媒として循環させる方法並
びに装置の他の具体化例を示す。第5図の具体化
例においては、この処理工程は超臨界流体の温度
を変え相分離を行なうことに限られ、例示のため
に吸着物質が少なくとも2種の化学種から構成さ
れ、しかもそれが超臨界流体中で異つた溶解度を
示すものと仮定する。第5図において参照番号は
第3図と同じ機素に同じ番号がつけられている。 FIG. 5 shows another embodiment of the method and apparatus for treating a supercritical fluid to make it a non-solvent for the adsorbed substance and then converting it into a solvent by processing it again and circulating it as a solvent. In the embodiment of FIG. 5, this process step is limited to changing the temperature of the supercritical fluid to effect phase separation, and for the purpose of illustration, the adsorbent is comprised of at least two species, and Assume that they exhibit different solubilities in a supercritical fluid. In FIG. 5, reference numbers are given to the same elements as in FIG. 3.
第5図の装置は温度を2回順次に増加(又は減
少)させて生じる多段工程分離法のためのもので
ある。二つの工程を示したが、任意の数を用いる
ことができる。溶解した吸着物質をすべて溶解し
て含む超臨界流体をライン23を通して第一の熱
交換器50へと導入し、こゝでライン51中の外
部から供給される熱交換流体との間接熱交換器を
用いて吸着物質の第一の部分を分離するのに十分
な第一の高(低)温まで加熱(冷却)する。実際
には超臨界流体を吸着物質の第一の部分に対する
非溶媒状態に変えるが、吸着物質の次の部分に対
しては溶媒状態のまゝにしておく。ライン52を
通じ、この第一の2相の液体を第一の相分離器5
3に取入れ、こゝから第一の吸着物質の部分をラ
イン54を及びバルブ55から取出す。次に第二
の吸着物質部分を含む超臨界流体をライン58を
通じて第二の熱交換器57へと向け、茲でライン
58の中で外部から供給される熱交換流体により
さらに加熱(冷却)する。この加熱により第二の
吸着物質がさらに分離し、得られた2相の流体は
ライン59により第二の相分離器60へと運ば
れ、茲から第二の吸着物質の部分がライン61及
びバルブ62を通して取出される。高温の超臨界
流体はライン63により熱交換器64へと送ら
れ、茲でラインン65を通して外部から供給され
る冷却剤(又は加熱流体)で間接的に熱交換する
ことにより冷却(又は加熱)する。所望の温度及
び圧力にある超臨界流体(即ちすべての吸着物質
に対する溶媒状態)を次にライン66を通して貯
蔵タンク20へと送る。 The apparatus of FIG. 5 is for a multi-step separation process that involves two sequential increases (or decreases) in temperature. Although two steps are shown, any number can be used. The supercritical fluid containing all the dissolved adsorbent material is introduced through line 23 into a first heat exchanger 50, which exchanges indirect heat with an externally supplied heat exchange fluid in line 51. heating (cooling) to a first high (low) temperature sufficient to separate a first portion of adsorbent material using In effect, the supercritical fluid is turned into a non-solvent state for a first portion of adsorbent material, but remains in a solvent state for a subsequent portion of adsorbent material. This first two-phase liquid is transferred to a first phase separator 5 through a line 52.
3, from which a portion of the first adsorbent material is removed via line 54 and valve 55. The supercritical fluid containing the second adsorbate portion is then directed through line 58 to a second heat exchanger 57 and further heated (cooled) by an externally supplied heat exchange fluid in line 58 with a screw. . This heating further separates the second adsorbent material, and the resulting two-phase fluid is conveyed via line 59 to a second phase separator 60, from which a portion of the second adsorbent material is transferred to line 61 and a valve. 62. The high temperature supercritical fluid is sent to a heat exchanger 64 through a line 63, and is cooled (or heated) by indirectly exchanging heat with a coolant (or heating fluid) supplied from the outside through a line 65. . The supercritical fluid at the desired temperature and pressure (ie, solvent conditions for all adsorbate) is then passed through line 66 to storage tank 20.
超臨界流体を吸着物質に対する非溶媒状態にす
るために温度のみを用いる場合には全体的に高圧
装置を用いる。第5図の具体化例は超臨界圧力が
比較的低く吸着物質の溶解度が温度に対して比較
的敏感な場合が望ましい。 If only temperature is used to make the supercritical fluid a non-solvent state for the adsorbate, a high pressure device is used throughout. In the embodiment shown in FIG. 5, it is preferable that the supercritical pressure is relatively low and the solubility of the adsorbate is relatively sensitive to temperature.
勿論第5図に示す第二の熱交換工程を除去し、
温度変化だけによつて一回の分離工程を行なうこ
とも本発明の範囲内に入る。また第3図に示すよ
うに2回以上の工程で超臨界流体の減圧を行な
い、2種以上の吸着物質の分離を行なうことも本
発明の範囲内に入る。さらに第4図に示す反応工
程を第5図に組込むことも本発明の範囲内に入る
ものとする。 Of course, the second heat exchange step shown in FIG. 5 is removed,
It is also within the scope of the invention to perform a single separation step by temperature change alone. Further, as shown in FIG. 3, it is also within the scope of the present invention to perform depressurization of the supercritical fluid in two or more steps to separate two or more types of adsorbed substances. Furthermore, it is within the scope of the present invention to incorporate the reaction steps shown in FIG. 4 into FIG. 5.
本発明の吸着物質再生法及びその装置を廃水精
製系に組込んだ状態を第6図に模式的に示す。第
3図の装置を用いる。同じ機素には参照番号がつ
けられているので、超臨界流体の循環に関する説
明は繰返さない。 FIG. 6 schematically shows the state in which the adsorbent regeneration method and apparatus of the present invention are incorporated into a wastewater purification system. The apparatus shown in Figure 3 is used. Since the same elements are given reference numbers, the description of the supercritical fluid circulation will not be repeated.
第6図は2個の交互に使用する吸着カラム70
及び71を用い、一方を使用している時に一方を
再生する装置を示す。勿論これは公知の配置であ
り、任意の適当な数の吸着カラムを並列又は直列
に用いることができる。精製すべき廃水をライン
72からバルブ73又は74のどちらかが開いて
いるかに従つてカラム70又は71に導入する。
カラム70に流体を通し、バルブ73が開いてお
り、バルブ74が閉じているとしよう。カラム7
0は不純物を吸着する吸着体で充填されており、
処理された水はライン75及びバルブ76を通し
て取出される。カラム71には流体が流れておら
ず、すぐに使用できるように待機中であるから、
水取出ライン78のバルブ77は閉じている。こ
の条件下において消費された重合体吸着体ライン
79とそれに付属したカラム70のバルブ80は
閉じている。一方消費された重合体吸着体ライン
81とそれに付属したカラム71のバルブ82は
開いて、消費された吸着体並びにその表面に固着
した吸着物質を消費吸着体の取出供給タンク84
へとポンプ83により移送することができ、茲か
ら前述の如く、また第3図で述べたように周期的
に接触カラム10へ導入して再生される。ポンプ
83として作用するスラリーポンプ又は排液器は
公知である。 Figure 6 shows two adsorption columns 70 used alternately.
and 71 to show a device that regenerates one when the other is in use. This is, of course, a known arrangement and any suitable number of adsorption columns can be used in parallel or in series. The wastewater to be purified is introduced from line 72 into column 70 or 71 depending on whether valve 73 or 74 is open.
Let us assume that we are passing fluid through column 70 and that valve 73 is open and valve 74 is closed. Column 7
0 is filled with an adsorbent that adsorbs impurities,
Treated water is removed through line 75 and valve 76. Since no fluid is flowing into the column 71 and it is on standby ready for immediate use,
Valve 77 of water withdrawal line 78 is closed. Under these conditions, the valve 80 of the spent polymer adsorbent line 79 and its associated column 70 is closed. Meanwhile, the valve 82 of the spent polymer adsorbent line 81 and its associated column 71 is opened, and the spent adsorbent as well as the adsorbed material stuck to its surface is removed from the spent adsorbent supply tank 84.
It can be transported by pump 83 to the reactor and periodically introduced into the contact column 10 for regeneration as described above and as described in FIG. Slurry pumps or drainers that act as pump 83 are known.
通常は、重合体吸着体は脱着前に乾燥されない
であろう。何故ならば溶媒超臨界二酸化炭素によ
り水が除去され次いで温度及び又は圧力の適当な
変化により該二酸化炭素から水が分離され得るか
らである。しかしながら、或る場合には、超臨界
流体で再生する前に残留水を吸着体から除去する
ことが望ましいことがある。その場合には、接触
カラム10において吸着体から吸着物質を抽出す
る前に、バルブ22及び24を閉じ、バルブ16
及び18を開いて乾燥用ガス、たとえば熱風を消
耗吸着体上を通過せしめて残留水を除去する。次
いで大気圧の二酸化炭素を乾燥した消耗吸着体中
を上へと通過させて消耗吸着体の細孔中に残留す
るいかなる空気をも除去する。次いでバルブ16
及び18を閉じそしてバルブ22及び24を開
き;そして前記した如くして再生を行なう。次い
でバルブ12,22,23,16を閉じ、バルブ
14を開き、そして再生した重合体吸着体をライ
ン13により吸着体貯蔵タンク85中に移送し、
それからポンプ86により流体が流れていないカ
ラム71に移送することができる。かくして再生
吸着体はバルブ88により制御されたライン87
を通してカラム71に入れる。カラム70に流体
が流れていない時には再生吸着体はライン89を
通してバルブ90により制御してカラム70に入
れる。 Typically, the polymer adsorbent will not be dried before desorption. This is because water can be removed by the solvent supercritical carbon dioxide and then separated from the carbon dioxide by appropriate changes in temperature and/or pressure. However, in some cases it may be desirable to remove residual water from the adsorbent prior to regeneration with supercritical fluid. In that case, before extracting the adsorbate from the adsorbent in the contact column 10, valves 22 and 24 are closed and valve 16 is closed.
and 18 are opened to allow a drying gas, such as hot air, to pass over the consumable adsorber to remove residual water. Carbon dioxide at atmospheric pressure is then passed upward through the dry, depleted adsorbent to remove any air remaining in the pores of the depleted adsorbent. Then valve 16
and 18 and open valves 22 and 24; and regeneration occurs as described above. Valves 12, 22, 23, 16 are then closed, valve 14 is opened, and the regenerated polymer adsorbent is transferred via line 13 into an adsorbent storage tank 85;
It can then be transferred by pump 86 to column 71 which is free of fluid flow. The regenerated adsorbent is then connected to line 87 controlled by valve 88.
into column 71. When no fluid is flowing through column 70, regenerated adsorbent is admitted to column 70 through line 89 and controlled by valve 90.
第2図は第6図に示された装置の改良を示す。
第2図の配置において、別になつている脱着カラ
ム10は、消耗吸着体を送り込みそして再生吸着
体をそれから取り出すための導管手段と共に除か
れる。その代りに、脱着はカラム70及び71中
で直接に達成され、その場合に、これらのカラム
は貯蔵タンク20から供給した超臨界流体をその
溶媒状態に維持するに必要な圧力に耐え得る容器
である。吸着物質を含有する超臨界流体を交互に
カラム70及び71から取り出す流体導管23は
それぞれバルブ24a及び24bを有する導管2
3a及び23bに枝分れしている。同様に、超臨
界流体を交互にカラム70及び71に供給する流
体導管21はそれぞれ、バルブ22a及び22b
を有する導管21a及び21bに枝分れしてい
る。 FIG. 2 shows an improvement to the device shown in FIG.
In the arrangement of FIG. 2, the separate desorption column 10 is removed, along with conduit means for delivering the depleted adsorbent and removing the regenerated adsorbent therefrom. Instead, desorption is accomplished directly in columns 70 and 71, where these columns are vessels capable of withstanding the pressure necessary to maintain the supercritical fluid supplied from storage tank 20 in its solvent state. be. Fluid conduits 23 for alternately removing supercritical fluid containing adsorbate from columns 70 and 71 are conduits 2 with valves 24a and 24b, respectively.
It is branched into 3a and 23b. Similarly, fluid conduits 21 supplying supercritical fluid alternately to columns 70 and 71 are provided with valves 22a and 22b, respectively.
It branches into conduits 21a and 21b having .
吸着物質としてフエノール及び2,4,6−ト
リクロロフエノール、吸着体として重合体樹脂及
び溶媒として超臨界二酸化炭素を使用して、本発
明の方法を第6図の略図に関連して更に説明する
ことができる。かかる樹脂の代表的例は細孔溶積
51%、真の湿潤密度1.02g/c.c.、表面積780m2/
g、平均細孔径50Å、骨格密度1.08g/c.c.及び公
称メツシユサイズ20−50を有することを特徴とす
るポリスチレンである。0.5ガロン/分/立方フ
イートの水流速でこの重合体吸着体は約0.78ポン
ド/立方フイートのフエノールを吸着し、その際
供給水中の250ppmの濃度から漏出は0%であ
る。この吸着体は同じ流速で漏出0%で12ポン
ド/立方フイートのトリクロロフエノールをも吸
着する。該吸着体の再生は、吸着において漏出点
が検出される時に上述の条件下に超臨界流体を使
用することにより行なうことができる。超臨界二
酸化炭素を35℃且つ300気圧で使用して重合体吸
着体からフエノール及びトリクロロフエノールを
溶解することができ、次いで圧力を80気圧に減少
させ及び/又は温度45℃に増加させることによ
り該二酸化炭素を吸着物質に対して非溶媒状態に
転化することができる。該二酸化炭素中における
フエノールの存在は柴外線検出手段により検出す
ることができる。得られる再活性化した吸着体を
この後再び追加的水性のフエノール/トリクロロ
フエノール溶液と接触させることができる。 The method of the invention will be further explained with reference to the schematic diagram of FIG. 6, using phenol and 2,4,6-trichlorophenol as adsorbents, a polymeric resin as adsorbent and supercritical carbon dioxide as solvent. I can do it. A typical example of such a resin is pore melt
51%, true wet density 1.02g/cc, surface area 780m 2 /
g, an average pore diameter of 50 Å, a skeletal density of 1.08 g/cc, and a nominal mesh size of 20-50. At a water flow rate of 0.5 gallons per minute per cubic foot, this polymer adsorbent adsorbs approximately 0.78 pounds per cubic foot of phenol with 0% leakage from a concentration of 250 ppm in the feed water. This adsorbent also adsorbs 12 lb/ft3 of trichlorophenol at the same flow rate and 0% leakage. Regeneration of the adsorbent can be carried out by using supercritical fluid under the conditions described above when a leak point is detected in the adsorption. Supercritical carbon dioxide can be used at 35°C and 300 atm to dissolve phenol and trichlorophenol from the polymer adsorbent, and then by reducing the pressure to 80 atm and/or increasing the temperature to 45°C. Carbon dioxide can be converted to a non-solvent state for the adsorbate. The presence of phenol in the carbon dioxide can be detected by means of a plasma radiation detection means. The resulting reactivated adsorbent can then be contacted again with additional aqueous phenol/trichlorophenol solution.
超臨界流体を使用して重合体吸着体から吸着物
質を溶解除去することにより、吸着体をいかなる
認め得る程の熱的化学的分解を受けておらず且つ
吸着した種を所望により回収することができる。
更に、十分現存装置の能力範囲内の温度及び圧力
を必要とする二酸化炭素、エタン又はエチレンの
如き超臨界流体を使用することが可能である。最
終的に、これらの流体(特に二酸化炭素)は安価
であり、このことは工業的プロセス及び廃水精製
の経済性に大いに貢献する。 By dissolving the adsorbed material from the polymeric adsorbent using a supercritical fluid, the adsorbent is free from any appreciable thermal or chemical degradation and the adsorbed species can be recovered if desired. can.
Additionally, it is possible to use supercritical fluids such as carbon dioxide, ethane or ethylene, which require temperatures and pressures well within the capabilities of existing equipment. Finally, these fluids (particularly carbon dioxide) are cheap, which greatly contributes to the economics of industrial processes and wastewater purification.
廃水中の痕跡量の有機不純物は検出することが
できそしてPPbという少ない量を測定することが
できる。重合体吸着体に吸着させることにより水
流から不純物を除去した後、本発明の方法に従つ
てそれらを超臨界流体中に溶解する。超臨界流体
から吸着物不純物を完全に分離することは吸着物
質の何らの化学的又は物理的変化を行なうことな
く容易に達成されるので、所定の試料中の不純物
の量を正確に決定るのに周知の分析技術を使用す
ることができる。 Trace amounts of organic impurities in wastewater can be detected and quantities as small as PPb can be measured. After removing impurities from a water stream by adsorption onto a polymer adsorbent, they are dissolved in a supercritical fluid according to the method of the invention. Complete separation of adsorbate impurities from supercritical fluids is easily achieved without any chemical or physical changes in the adsorbate, making it difficult to accurately determine the amount of impurities in a given sample. Well-known analytical techniques can be used.
原特許番号1247631号(特公昭59−24854号)の
発明は、吸着物質を固着した活性炭の如き吸着体
を該吸着物質に対して溶媒である超臨界流体と接
触させることにより吸着物質を該流体中に溶出さ
せ、ついで該流体を吸着体から分離した後、該流
体を吸着物質に対し非溶媒とならしめるような物
理的処理に付すことによつて、該流体中に溶出し
ていた吸着物質を析出させ、ついで析出した吸着
物質と分離した該流体を再び吸着物質に対する溶
媒とならしめるような物理的処理に付した後、抽
出溶媒として再使用することを特徴とする吸着体
から吸着物質を抽出する方法及びそのための装置
に関するものであり、一方本願発明は、除去せん
とする不純物として水中に存在する有機物質を、
重合体吸着体に固着させ、適当な物理的処理によ
りこの有機物に対し溶媒及び非溶媒のいずれの状
態をも取り得るような超臨界流体を使用して、上
記と同様の方法により、重合体吸着体から吸着物
の有機物質を抽出する方法及びそのための装置に
関するものであり、原発明の主要部をその構成に
欠くことのできない主要部とする発明であり、且
つ原発明と同一の目的を達成する発明である。
The invention of original patent number 1247631 (Japanese Patent Publication No. 1247631 (Japanese Patent Publication No. 59-24854) is by bringing an adsorbent, such as activated carbon, to which an adsorbent is fixed, into contact with a supercritical fluid that is a solvent for the adsorbent. The adsorbed substance eluted in the fluid can be removed by separating the fluid from the adsorbent and subjecting the fluid to a physical treatment that makes it a non-solvent for the adsorbed substance. The adsorbent is separated from the adsorbent by precipitating the adsorbent, and then subjected to a physical treatment such that the precipitated adsorbent and the separated fluid are again used as a solvent for the adsorbent, and then reused as an extraction solvent. The present invention relates to an extraction method and an apparatus for extracting organic substances present in water as impurities to be removed.
Polymer adsorption is carried out in the same manner as above using a supercritical fluid that is fixed on a polymer adsorbent and can take either a solvent or a non-solvent state for the organic matter through appropriate physical treatment. This invention relates to a method and apparatus for extracting adsorbed organic substances from the body, and is an invention in which the main part of the original invention is an essential part of its structure, and which achieves the same purpose as the original invention. It is an invention that
第1図は選ばれた圧力に対して35℃〜55℃の温
度範囲における二酸化炭素中のナフタレン溶解度
を示すグラフである。第2図は本発明の実施に使
用する装置の1つの具体例の略図である。第3図
は本発明の方法の一具体例を説明するためのフロ
ーダイヤグラムである。第4図は超臨界流体に溶
解している間に化学反応物質と吸着物質とを反応
させることを含む第3図の方法の変形の模式図で
ある。第5図は本発明方法の他の具体化例を説明
するためのフローダイヤグラムである。第6図は
本発明の方法を組込んだ廃水精製システムのフロ
ーダイヤグラムである。
FIG. 1 is a graph showing the solubility of naphthalene in carbon dioxide over a temperature range of 35 DEG C. to 55 DEG C. for selected pressures. FIG. 2 is a schematic diagram of one embodiment of the apparatus used to practice the invention. FIG. 3 is a flow diagram for explaining a specific example of the method of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of a variation of the method of FIG. 3 that involves reacting the chemically reactant and the adsorbent while dissolved in a supercritical fluid. FIG. 5 is a flow diagram for explaining another embodiment of the method of the present invention. FIG. 6 is a flow diagram of a wastewater purification system incorporating the method of the present invention.
Claims (1)
るための水処理方法であつて、 (a) 合成有機重合体吸着体を、該有機物質が該合
成有機重合体吸着体の吸着物質として吸着され
るような条件下に、該有機物質を含有する水の
流れを接触させ、 (b) 該有機物質を吸着している該合成有機重合体
吸着体を該有機物質に対して溶媒である超臨界
流体と接触させて該有機物質を着脱し且つそれ
を該超臨界流体中に溶出させ、それにより該吸
着体が該有機物質の追加量を吸着することを可
能ならしめ、ここにおいて該接触の間の該超臨
界流体はその臨界温度(〓)の約1.01乃至1.3
倍間の温度及びその臨界圧以上の圧力にあり、 (c) 該溶解有機物質を含む該超臨界流体を吸着体
から分離し、 (d) 該有機物質を含む該超臨界流体を、該流体を
該有機物質に対して非溶媒とならしめるような
物理的処理に付し、それによつて非溶媒状態に
ある該流体と該有機物質とから成る2相系をつ
くり、 (e) 得られた2相系を非溶媒状態の流体と該有機
物質とに分離し、 (f) 該分離工程に次いで、該非溶媒状態にある流
体を、それを溶媒状態の超臨界流体に変える物
理的処理に付すことによつてそれを該有機物質
に対して溶媒とならしめる、 の各工程から成ることを特徴とする上記の方法。 2 該合成有機重合体吸着体が、スチレンの重合
体、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体、
又はアクリル酸エステル、トリメチロールプロパ
ントリメタクリレートもしくはトリメチロールプ
ロパンジメタクリレートを含有する重合体である
特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 該超臨界流体が二酸化炭素である特許請求の
範囲第1項記載の方法。 4 工程(b)において使用した該超臨界流体が該流
体の臨界温度(〓)の約1.01倍乃至1.1倍間の温
度にある特許請求の範囲第1項記載の方法。 5 該超臨界流体が約34℃乃至65℃間の温度にあ
る二酸化炭素である特許請求の範囲第1項記載の
方法。 6 工程(d)の該物理的処理が該超臨界流体の圧力
を減少せしめることを含む特許請求の範囲第1項
記載の方法。 7 工程(f)の該物理的処理が、該非溶媒状態流体
をその臨界圧よりも高い圧力に圧縮することを含
む特許請求の範囲第1項記載の方法。 8 該圧力の減少を、該超臨界流体を膨張させる
と同時にその温度を減少させることにより達成す
る特許請求の範囲第6項記載の方法。 9 該工程(f)の該物理的処理は該非溶媒状態の流
体を圧縮してそれにより該流体を加熱し且つそれ
をその臨界圧力よりも高い圧力にまで加圧し、そ
して該非溶媒状態の流体と得られた圧縮流体との
間で間接的に熱交換を行ないそれにより該圧縮流
体の温度を低下させ該溶媒状態の超臨界流体をつ
くることより成る特許請求の範囲第8項記載の方
法。 10 該工程(d)の物理的処理は該超臨界流体の温
度を一方向に変化させることを含み、工程(f)の物
理的処理は該非溶媒状態の流体の温度を工程(d)の
方向と反対方向に変化させることを含む特許請求
の範囲第1項記載の方法。 11 工程(d)の物理的処理及び工程(e)の分離を複
数段階の工程で行ない、それにより該吸着物質の
1種より多くの画分の分離を行なう特許請求の範
囲第1項記載の方法。 12 該超臨界流体中の該吸着物質を、該流体中
に導入した該吸着物質に対する反応成分と化学的
に反応させることを含む特許請求の範囲第1項記
載の方法。 13 該水がパルプ工場からの漂白排出液を含有
して成り且つ該有機物質が色素物質を含有して成
る特許請求の範囲第1項記載の方法。 14 該水が該有機物質として廃染料を含有する
流れを含んで成る特許請求の範囲第1項記載の方
法。 15 該水が該有機物質として農業、殺虫剤、洗
剤又は爆薬を含む廃水流である特許請求の範囲第
1項記載の方法。 16 該水が該有機物質として生物学的物質を含
有する特許請求の範囲第1項記載の方法。 17 吸着物質を吸着している合成有機重合体吸
着体を該吸着物質に対して溶媒である超臨界流体
と接触させて該合成有機重合体吸着体から該吸着
物質を脱着し且つそれを該超臨界流体中に溶出さ
せそれにより該吸着体が該吸着物質の追加量を吸
着することを可能ならしめることから成り、その
際該超臨界流体の温度を該流体の臨界温度(〓)
の約1.01倍乃至1.3倍間の範囲ならしめ且つその
圧力を該流体の臨界圧以上ならしめることを特徴
とする、合成有機重合体吸着体から吸着物質を脱
着する方法。 18 該超臨界流体が二酸化炭素である特許請求
の範囲第17項記載の方法。 19 該超臨界流体が該流体の臨界温度(〓)の
約1.01倍乃至1.1倍間の温度にある特許請求の範
囲第17項記載の方法。 20 該超臨界流体が二酸化炭素である特許請求
の範囲第19項記載の方法。 21 (a) 有機物質を含有する廃水とその中に入
れられた重合体吸着体との間の接触を行なうた
めの容器装置と; (b) 該容器装置を通して該廃水を循環させ、それ
により該有機物質を該吸着体に吸着させるため
の装置と; (c) 該有機物質を吸着している該吸着体と超臨界
流体とを、超臨界流体を該有機物質に対する溶
媒とならしめる温度及び圧力の条件下に接触せ
しめ、それにより該有機物質を該吸着体から脱
着させ且つ該超臨界流体中に溶解せしめるため
の圧力容器装置; (d) 該超臨界流体の物理的条件を変化させてそれ
を該有機物質に対する非溶媒に転化させ、それ
により該有機物質と該非溶媒状態の超臨界流体
から成る二相系を形成せしめるための第1の物
理的処理装置と; (e) 該有機物質を含有する該超臨界流体を該第一
の物理的処理装置に導くように配置された、該
圧力容器装置と該第1の物理的処理装置とを連
結する流体導管装置と; (f) 該非溶媒状態の超臨界流体と該有機物質とを
分離するための相分離装置と; (g) 該圧力容器装置中に再循環させるため該非溶
媒状態の超臨界流体をその溶媒状態に転化する
ための第2の物理的処理装置との組合せより成
る、廃水から有機物質を除去するための廃水処
理装置。 22 該容器装置が該圧力容器装置としても作用
する特許請求の範囲第21項記載の装置。 23 該第一の物理的処理装置は該超臨界流体の
温度を一方向に変えるための装置を含んでおり、
該第二の物理的処理装置は該第一の物理的処理装
置により与えられる方向とは反対の方向に該流体
の温度を変えるための装置を含む特許請求の範囲
第21項記載の装置。 24 該第一の物理的処理装置は少くとも2段階
から成り、各夫々の段階における物理的処理は次
第にその大きさを大きくしてゆき、また該相分離
装置は該第一の物理的処理装置の各段階に続く相
分離器からなり、それによつて吸着物質が画分と
して除去されるようになつている特許請求の範囲
第21項記載の装置。 25 該第一の物理的処理装置は流体膨張装置か
ら成り、該第二の物理的処理装置は流体圧縮装置
から成る特許請求の範囲第21項記載の装置。 26 該流体膨張装置から取出された流体と該流
体圧縮装置から取出された流体との間の熱交換を
行なうのに適した熱交換器を含む特許請求の範囲
第25項記載の装置。[Scope of Claims] 1. A water treatment method for removing at least one organic substance from water, comprising: (a) treating a synthetic organic polymer adsorbent with a synthetic organic polymer adsorbent; (b) directing the synthetic organic polymer adsorbent adsorbing the organic material onto the organic material under conditions such that the organic material is adsorbed as an adsorbent; contacting a supercritical fluid as a solvent to desorb and elute the organic material into the supercritical fluid, thereby enabling the adsorbent to adsorb an additional amount of the organic material; During the contact, the supercritical fluid has a temperature of about 1.01 to 1.3 of its critical temperature (〓).
(c) separating the supercritical fluid containing the dissolved organic material from the adsorbent; and (d) separating the supercritical fluid containing the organic material from the fluid. (e) subjecting the organic substance to a physical treatment to make it a non-solvent, thereby creating a two-phase system consisting of the fluid in a non-solvent state and the organic substance; separating a two-phase system into a fluid in a non-solvent state and the organic substance; (f) following the separation step, subjecting the fluid in a non-solvent state to a physical treatment that converts it into a supercritical fluid in a solvent state; A method as described above, characterized in that it consists of the steps of, in particular, rendering it a solvent for the organic substance. 2. The synthetic organic polymer adsorbent is a styrene polymer, a copolymer of styrene and divinylbenzene,
or a polymer containing acrylic acid ester, trimethylolpropane trimethacrylate, or trimethylolpropane dimethacrylate. 3. The method according to claim 1, wherein the supercritical fluid is carbon dioxide. 4. The method according to claim 1, wherein the supercritical fluid used in step (b) is at a temperature between about 1.01 and 1.1 times the critical temperature (〓) of the fluid. 5. The method of claim 1, wherein the supercritical fluid is carbon dioxide at a temperature between about 34°C and 65°C. 6. The method of claim 1, wherein the physical treatment of step (d) comprises reducing the pressure of the supercritical fluid. 7. The method of claim 1, wherein the physical treatment of step (f) comprises compressing the non-solvent fluid to a pressure greater than its critical pressure. 8. The method of claim 6, wherein said pressure reduction is achieved by expanding said supercritical fluid and simultaneously reducing its temperature. 9. The physical treatment of step (f) compresses the fluid in the non-solvent state, thereby heating the fluid and pressurizing it to a pressure above its critical pressure, and compressing the fluid in the non-solvent state. 9. A method according to claim 8, comprising indirectly performing heat exchange with the compressed fluid obtained, thereby lowering the temperature of the compressed fluid and creating the supercritical fluid in the solvent state. 10 The physical treatment of step (d) includes changing the temperature of the supercritical fluid in one direction, and the physical treatment of step (f) includes changing the temperature of the non-solvent fluid in the direction of step (d). 2. A method according to claim 1, comprising changing in the opposite direction. 11. The method according to claim 1, wherein the physical treatment of step (d) and the separation of step (e) are carried out in a multi-step process, thereby effecting the separation of more than one fraction of the adsorbed substance. Method. 12. The method of claim 1, comprising chemically reacting the adsorbent in the supercritical fluid with a reactive component for the adsorbent introduced into the fluid. 13. The method of claim 1, wherein the water comprises bleaching effluent from a pulp mill and the organic material comprises a pigment material. 14. The method of claim 1, wherein said water comprises a stream containing waste dye as said organic material. 15. The method of claim 1, wherein the water is an agricultural wastewater stream containing agricultural, pesticides, detergents, or explosives as the organic material. 16. The method of claim 1, wherein the water contains biological material as the organic material. 17 The synthetic organic polymer adsorbent adsorbing the adsorbed substance is brought into contact with a supercritical fluid that is a solvent for the adsorbed substance to desorb the adsorbed substance from the synthetic organic polymer adsorbent and to remove the adsorbed substance from the supercritical fluid. dissolving into a critical fluid, thereby enabling the adsorbent to adsorb an additional amount of the adsorbent, the temperature of the supercritical fluid being reduced to the critical temperature of the fluid (〓).
1. A method for desorbing an adsorbed substance from a synthetic organic polymer adsorbent, characterized in that the pressure is in the range of about 1.01 to 1.3 times the critical pressure of the fluid and the pressure is greater than the critical pressure of the fluid. 18. The method of claim 17, wherein the supercritical fluid is carbon dioxide. 19. The method of claim 17, wherein the supercritical fluid is at a temperature between about 1.01 and 1.1 times the critical temperature of the fluid. 20. The method of claim 19, wherein the supercritical fluid is carbon dioxide. 21 (a) a container device for effecting contact between a wastewater containing organic matter and a polymeric adsorbent contained therein; (b) a container device for circulating the wastewater through the container device, thereby an apparatus for adsorbing an organic substance onto the adsorbent; (c) a temperature and pressure that causes the adsorbent adsorbing the organic substance and a supercritical fluid to be brought together so that the supercritical fluid serves as a solvent for the organic substance; (d) a pressure vessel apparatus for contacting the organic material under conditions of, thereby desorbing the organic material from the adsorbent and dissolving it in the supercritical fluid; (d) altering the physical conditions of the supercritical fluid to (e) a first physical treatment device for converting the organic material into a non-solvent for the organic material, thereby forming a two-phase system consisting of the organic material and the supercritical fluid in the non-solvent state; a fluid conduit device connecting the pressure vessel device and the first physical processing device, the fluid conduit device being arranged to direct the supercritical fluid containing the non-solvent to the first physical processing device; (g) a phase separation device for separating the supercritical fluid in the non-solvent state and the organic material; (g) a phase separation device for converting the non-solvent supercritical fluid into its solvent state for recycling into the pressure vessel device; A wastewater treatment device for removing organic substances from wastewater, comprising a combination of two physical treatment devices. 22. The device of claim 21, wherein the container device also acts as the pressure vessel device. 23 the first physical processing device includes a device for unidirectionally changing the temperature of the supercritical fluid;
22. The apparatus of claim 21, wherein the second physical treatment device includes a device for varying the temperature of the fluid in a direction opposite to that provided by the first physical treatment device. 24. The first physical treatment device comprises at least two stages, the physical treatment in each stage increasing in size, and the phase separation device comprises at least two stages; 22. Apparatus according to claim 21, comprising a phase separator following each stage of , by means of which the adsorbed material is removed as a fraction. 25. The apparatus of claim 21, wherein the first physical processing device comprises a fluid expansion device and the second physical processing device comprises a fluid compression device. 26. The apparatus of claim 25, including a heat exchanger suitable for effecting heat exchange between fluid removed from the fluid expansion device and fluid removed from the fluid compression device.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/677,387 US4061566A (en) | 1974-10-04 | 1976-04-15 | Process using a supercritical fluid for regenerating synthetic organic polymeric adsorbents and wastewater treatment embodying the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS52126677A JPS52126677A (en) | 1977-10-24 |
JPS6112758B2 true JPS6112758B2 (en) | 1986-04-09 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4212077A Granted JPS52126677A (en) | 1976-04-15 | 1977-04-14 | Method and apparatus for regenerating polymer adsorbents and treatment for waste water thereof |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
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CA (1) | CA1082606A (en) |
GB (1) | GB1574871A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62151754A (en) * | 1985-12-26 | 1987-07-06 | Japan Spectroscopic Co | Treatment of carrier for chromatography |
-
1977
- 1977-04-06 CA CA275,710A patent/CA1082606A/en not_active Expired
- 1977-04-14 JP JP4212077A patent/JPS52126677A/en active Granted
- 1977-04-15 GB GB1586477A patent/GB1574871A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS52126677A (en) | 1977-10-24 |
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GB1574871A (en) | 1980-09-10 |
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