萃取设备处理煤气化废水时萃取剂的选择
1理想萃取剂的条件
萃取剂的选择是萃取操作分离效果和经济性的关键。理想的萃取剂一般满足如下几个条件:
(1)萃取能力强，萃取容量大。萃取剂对待分离的物质可以提供相对较高的萃取平衡分配系数，单位体积或单位质量的萃取剂萃取待分离物质的饱和容量大。
(2)化学稳定性强，安全性好。要求萃取剂有较好的热稳定性和化学稳定性，加热时不易分解，能耐酸、碱、盐、氧化剂或还原剂的化学作用，对设备腐蚀性小。其挥发性低，无毒或毒性小，无刺激性，便于安全操作。
(3)基本物性适当。要求萃取剂与原料液的密度差要大，与料液易于分层。萃取过程不产生第三相，不发生乳化现象。粘度小和表面张力大，保证在萃取和反萃取过程中，传质速度快，两相分离和流动性能好。
(4)易于反萃取和回收。要求萃取剂与待分离物质有合适的结合能力，从而在改变操作条件的情况下，能较容易地实现被萃取物质和萃取剂的分离，实现萃取溶剂的再生和循环利用。
(5)经济性强。要求萃取剂来源丰富，合成制备方法简单，原料易得，价格低廉。
一般来说，很难找到满足上述所有要求的萃取剂。在选择萃取剂时需要根据实际工业情况加以权衡，以保证满足主要要求。对于工业上的大规模应用，萃取剂的高效萃取性能和经济性则是选择萃取剂的两个关键因素。
2萃取剂的性能比较和筛选
针对处理煤气化废水的萃取剂，国内外有有很多文献进行了报道。有些已经成功工业化实施，例如河南义马气化厂的二异丙醚处理煤气化废水流程和华南理工大学开发的甲基异丁基酮(MIBK)处理煤气化废水流程。还有一些处于研究阶段，如某人有关于甲基叔丁基醚(MTBE)处理含酚废水的报道。表2-4中列出了这几种萃取剂的物理性质和萃取性能。下面将主要针对这几种萃取剂进行介绍和分析。
DIPE对单元酚有较高的萃取性能，萃取效率大于90。但其缺点也是显而易见的:对多元酚萃取效果不佳，当废水中多元酚含量较高时，萃取后总酚浓度依然很大，难以达到后续生化处理的要求。另外，DIPE在酚回收装置中还存在如下问题：COD值偏高，达不到生化处理的要求，需加1倍量水进行稀释;(2)二异丙醚损失量极大，易造成二次污染。
针对DIPE在废水处理中的不足，某大学过程系统工程课题组选择MIBK作为萃取剂，通过大量基础实验和工厂现场试验，效果十分显著，已成功应用于某煤化工公司。从表3-2可以看到，与DIPE萃取剂相比，MIBK对废水中单元酚和多元酚都有很高的分配系数。使用MIBK作为萃取剂，可以有效地回收废水中大部分酚类物质，从而进一步降低煤气化废水生化处理前的coD值，处理后的废水各项指标完全满足后续生化处理的需要。但另一方面，由于MIBK的高沸点(约116℃)采用MIBK的溶剂回收能耗明显升高，大约是采用D1PE酚塔能耗的2.4倍。
采用MTBE、异丙基苯、烃等来萃取回收废水中酚类物质，结果表明MTBE萃取效果最好，脱酚效率高，对苯酚的分配系数在57.4左右。发明的一项专利中以MTBE为主体萃取剂，将含酚煤化工废水与萃取剂在萃取塔或多级混合澄清器中萃取。其工艺流程简单，设备投资少，溶剂回收能耗低，酚的回收效率高，并且可同时高效脱除石油烃、焦油类污染物。采用该发明可以更有力地减轻后续生化段的负荷，保证废水的达标排放或者回收利用。
从萃取剂成本来看，DIPE和MIBK价格较贵，生产成本预算大，而MTBE作为可以替代四乙基铅的优良防爆剂和汽油添加剂，推动着其大规模生产的发展，其合成工艺简单，原料易得，成本相对较低。
综上可知，DIPE和MIBK虽已在实际工业中投入应用，但都表现了明显的不足。DIPE对单元酚萃取效果较好，对多元酚选择性低，如对对苯二酚的分配系数只有1左右，而表3-1中多元酚占了相当大的一部分，导致化工处理后废水总酚浓度依然很高，不利于后续的生化处理。MIBK对污水中单元酚和多元酚都有很高的分配系数，但由于MIBK沸点较高，而废水的处理量大，回收时能耗将相应地增加。因此，本课题选择沸点较低、成本较低和同时对苯酚和对苯二酚都有较好萃取性能的MTBE作为萃取剂，来研究煤气化废水中酚类物质的萃取回收。
3.各种参数对萃取效果的影响
在萃取剂、萃取对象确定的条件下，对含酚废水萃取脱酚效果有影响的因素主要有pH值、温度和萃取相比，因此，本文主要针对这三个因素展开测定工作。
（1）pH值的影响
pH值是影响萃取的一个重要因素。本文考察了pH值在6-10之间对MTBE萃取效果的影响，结果如图2-3所示。由图2-3可知，pH值在6-8之间时，萃取效果较好，挥发酚萃取脱酚率大于97%，总酚萃取脱酚率也达到91%。当pH值增至10时，萃取效果急剧下降。这是由于酚只能在酸性或中性条件下稳定存在，pH值较高时，酚将以酚盐形式存在，不利于酚的萃取。因此，含酚废水的萃取通常在酸性或中性水质情况下进行。然而，煤气化废水中含有大量的氨，加酸后会形成缓冲体系，且工厂废水量很大(150 t/h)，若加酸调节废水pH值，需要的酸量较大。另外，从图中也可以观察到，当pH值在6-8之间变化时，萃余相酚浓度变化并不大，即加酸萃取效果并没有明显增强。从成本和工艺考虑，本煤气化废水处理中采用加酸降低pH值是不可行的。因此，尽管低pH值对MTBE萃取脱酚有利，但处理该煤气化废水时，仍然选择pH=7-8的条件下进行萃取。
（2）温度的影响
温度的改变能够使萃取平衡发生移动，因而影响萃取效果。在其他实验条件不变的情况下，改变萃取温度，测定不同温度下萃取后废水中总酚和挥发酚的质量浓度，其结果如图2-4。由图2-4可知，在25-50℃之间，温度对MTBE萃取效果的影响不大。当萃取温度升高时，酚脱除率略有下降。原因可能是MTBE是一种中性含氧类萃取剂，它萃取酚类物质的过程属于中性络合萃取，是利用MTBE与酚之间的氢键作用而加强萃取效果，因而低温有利于萃取。由于工厂废水进入萃取塔的温度在50℃左右，因此，可以把萃取温度确定在40-50 ℃之间，这样既节省了冷却费用，又提高了效率。
（3）萃取相比R的影响
相比(R)是萃取剂与废水体积之比。由图2-5可以看到，随着R的增大，萃余相中总酚和挥发酚质量浓度均有明显的下降。当R=1:1时，挥发酚降至200 mg/L以下，总酚降到了1000 mg/L以下。一般而言，相比越大，脱酚效率越高，萃取效果越好，但相比增加的同时，溶剂消耗增加，溶剂再生的费用也随之增加。因此，相比不是越大越好。
2.6煤气化废水三级错流萃取实验
在确定合适的萃取温度、pH值等影响脱酚效果的工艺条件之后，本工作研究了在pH=8 , T=40 ℃时的煤气化废水三级错流萃取实验。图2-6是在不同相比R下，废水经三级错流萃取后总酚浓度和萃取剂回收能耗的关系图。其中溶剂回收能耗按废水处理量150 t/h，溶剂的比热容(2.1 kJ/kg ·℃)和沸点时的气化潜热(3 3 7kJ/kg)来计算。由图3-4可知，当R大于1:4时，总酚浓度可由12700 mg/L降到300 mg/L左右，在此条件下三级错流萃取后的废水总酚浓度能满足生化处理要求。另外，溶剂回收能耗随着相比的增大而增大;当相比大于1:3时，溶剂回收的能耗将迅速增加。因此，本文确定萃取级数R=1:3一1:4。
