تصفیه کاستیک دورریز واحدهای پتروشیمی با استفاده از فرایند اکسایش هوای مرطوب

محورهای موضوعی : شیمی تجزیه

اسما مرتضویان ¹ (تهران، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، پژوهشکده مهندسی نفت)
حمیدرضا مرتهب ² (تهران، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، پژوهشکده مهندسی نفت)
مرتضی مافی ³ (تهران، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، پژوهشکده مهندسی نفت)

تاریخ دریافت : 1396/12/12 تاریخ پذیرش : 1397/05/12 تاریخ انتشار : 1397/06/01

کلید واژه: فرایند اکسایش پیشرفته, اکسایش هوای مرطوب, کاستیک دورریز, تصفیه پساب,

چکیده مقاله :

اکسایش هوای مرطوب، روشی کارآمد در تصفیه پساب‌های صنعتی است. در مطالعه حاضر، برای تصفیه کاستیک دورریز واحد اتیلن پتروشیمی از روش اکسایش با هوای مرطوب دمای پایین استفاده شد. پس از شناسایی ترکیب‌ها و خواص پساب موجود، فرایند موردنظر با استفاده از سامانه آزمایشگاهی با حجم واکنشگاه حدود یک لیتر و در دمای C° 200-170 با فشار جزئی اکسیژن 9-6 انجام شد. تأثیر پارامترهای مؤثر شامل حجم مایع، دما و pH فرایند موردبررسی قرار گرفت. انجام فرایند در دو حجم مایع 200 و 400 میلی‌لیتر نشان داد که اکسیژن موردنیاز سامانه در دمای C° 190 برای حجم 200 میلی‌لیتر تأمین می‌شود. همچنین، تغییر فشار جزئی اکسیژن در این حجم به دلیل وجود اکسیژن اضافی در سامانه، بر بازدهی فرایند بی‌تأثیر است. مقدار کاهش اکسیژن شیمیایی موردنیاز (COD) در دماهای 170، 190 و C° 200 پس از گذشت 3 ساعت به ترتیب برابر 61، 63 و 67 درصد تعیین شد. انجام فرایند در دمای C° 200 و pH برابر 10 یا 12 پس از گذشت سه ساعت، COD پساب را به ترتیب69 و 82 درصد کاهش داد. برخلاف انتظار، استفاده از کاتالیست‌های همگن +Fe3 و +Cu2 باعث بهبود چشمگیری در عملکرد فرایند نشد. همچنین، سینتیک واکنش‌های دومرحله‌ای فرایند اکسایش هوای مرطوب شامل ثابت‌های سرعت و انرژی‌های فعال‌سازی دومرحله‌ای واکنش نیز موردمطالعه قرار گرفت.

چکیده انگلیسی:

Wet air oxidation (WAO) is an efficient way to treat industrial wastewaters. In present study, wet air oxidation process was used for treatment of spent caustic effluents from ethylene unit in the petrochemical industry. After analysis and determination of wastewater properties, the process was performed using an experimental set-up having 1-L reactor in the temperature range of 170-200 ̊C and 6-9 bar partial pressure of oxygen. The effects of parameters including liquid volume, temperature, and pH were investigated. Performing experiments in two liquid volumes of 200 and 400 mL confirmed that required oxygen is provided at 190 ̊C and changing the partial pressure of oxygen has no significant effect on process efficiency due to abundant oxygen in the reactor. The values of reduction in chemical oxygen demands (COD) after 3 h at temperatures of 170, 190, and 200 C were 61, 63, and 67%, respectively. The process at 200 ̊C and pH of 12 and 10 for 3 h could decrease 69 and 82% of COD, respectively. Applying homogenous Fe3+ and Cu2+ catalysts could not enhance the performance of the process significantly. Furthermore, the kinetics of two-stage reactions of wet air oxidation process was also studied and the kinetic constants and activation energies were determined. Since the real sample from a petrochemical unit was used, determination of optimum operation conditions, investigation on the effect of catalyst, and also determination of kinetic degree of wet air oxidation reaction for spent caustic wastes of petrochemical units might be considered as the novelties of the current study.

منابع و مأخذ:

[1] Hawari, A.; et al., J. Environ. Manage. 151, 105-112, 2015. 

[2] Kumfer, B.; Felch, C.; Maugans, C.; Phoenix, AZ, 21-23, 2010.

[3] Ketu, J., A Master thesis at department of materials engineering, Kwame Nkrumah University of Science and Technology, 2013.

[4] Ahmad, W.; A Master thesis at department of chemical and biological engineering, Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden, 2010.

[5] De Graaff, M.; Klok, J.B.; Bijmans, M.F.; Muyzer, G.; Janssen A.J.;  Water Res., 46(3), 723-730, 2012. 

[6] De Graaff, M.; Biological treatment of sulfidic spent caustics under haloalkaline conditions using soda lake bacteria, A Ph.D. thesis at Wageningen University, Netherlands, 2012.

[7] Sipma, J.; Svitelskaya, A.; Van der Mark, B.; Pol, L.W.; Lettinga, G.; Buisman, C.J.; Janssen, A.J.; Water Res.; 38(20), 4331–4340, 2004. 

[8] Beula, D.A., Momont, J.A.; and Copa,W.M.; US 5082571 A, 1992.

[9] Wei, Y., Wang, Y.; Xu, Z.; Xu, T.; Sep. Purif. Tech. 118, 1-5, 2013.

[10] Ichrak, Hariz; Ayed, Halleb; Nafaa, A.; Lotfi, M.; Sep. Purif. Technol. 107, 150-157, 2013.

[11] Paulino, J.F.; Alfonso, J.; Quim, Nova 35(7), 1447-1452, 2012.

[12] Zhang, J.; Zhang, B.; Tian, C.; Ye, Z.; Liu, Y.; Huang, W.; Feng, C.; Bioresour. Technol. 138, 198-203, 2013.

[13] Vepsalainen, M.; Environ. Technol. 32(11-12), 1393-1400, 2011.

[14] Nidheesh, P.; Gandhimathi, R.; Desalination 299, 1-15, 2012.

[15] Debellefontaine, H.; Chakchouk, M.; Foussard, J.N.; Tissot, D.; Striolob, P.; Environ. Pollut. 92(2), 155-164,1996.

[16] Mingming, L.; Guolin, J.; Yongjian, P.; Debin, L.; Lifeng, J.; Arab. J. Chem., 10, S769–S776, 2017. 

[17] Kolaczkowski, S.T.; Plucinski, P.; Beltran, F.J.; Rivas, F.J.; McLurgh, D.B.; Chem. Eng. J., 73(2),143-160, 1999.

[18] Debellefontaine, H.; Foussard, J.N.; Waste Manage., 20(1),15-25, 2000.

[19] Guolin, J.; Luan, M.; Chen, T.; Arab. J. Chem., 9, S1208–S1213, 2016. 

[20] Polaert, I.; Wilhelm, A.; Delmas, H.; Chem. Eng. Sci. 57(9), 1585-1590, 2002.

[21] Stüber, F.; Font, J.; Fortuny, A.; Fabregat A.; Topics in catalysis, 33(1-4),  3-50, 2005.

[22] Arena, F. ; Italiano, C.; Raneri, A.; Saja, C.; Appl. Catal. B, 99(1), 321-328, 2010.

[23] Arena, F.; Italiano, C.; Ferrante, G.D.; Trunfio, G.; Spadaro, L.; Appl. Catal. B 144, 292-299, 2014.

[24] Mohite, R.G.; Garg, A.; J. Environ. Chem. Eng. 5, 468–478, 2017. 

[25] Maugans, C.; Howdeshell, M.; De Haanupdate, S.; Hydrocarbon Processing 89(4), 61-66, 2010.

[26] Prince-Pike, A.; Wilson, D.I.; Baroutian, S.; Andrews, J.; Gapes, D.J.; Water Res.,87, 225-236,2015.

[27] Li, L.; Chen, P.; Gloyna, E.F.; AIChE J., 37(11), 1687-1697, 1991.

[28] Zou, L.Y.; Li, Y.; Hung, Y.T.; “Wet air oxidation for waste treatment” within “Handbook of environomental engineering”, Edited by: Wang, L.K.; Hung, Y.T.; Shammas. N.K.; The Humana Press Inc., Totowa, NJ, USA, 575-610, 2007.

[29] Bilwakesh, K., et al., the thermal decomposition of hydrogen peroxide vapor, DTIC Document,1968.

[30] Bishop, D.F.; Stem, G.; Fleischman, M.; Marshall, L.S.; Industrial & Eng. Chem. Process Des. and Dev., 7(1),110-117,1968.

[31] Giguère, P.A.; Liu, I.; Can. J. Chem. 35(4), 283-293, 1957.

[32] Mishra, V.S.; Mahajani, V.V.; Joshi, J.B.; Ind. Eng. Chem. Res., 34(1), 2-48, 1995.