吸附法在苯酚丙酮装置尾气处理中的应用 鲁金明 王金渠 王刃 张艳 杨建华 殷德宏 （大连理工大学吸附与无机膜研究所，大连， 116024 ） （大连龙泰科技发展有限公司，大连，15566852579） 随着工业化的迅速发展，我国在经济领域取得了巨大的进步，但也引发了大量的环保问题。在化工过程中，存在大量有机废气，破坏了环境、影响了健康，浪费了资源。为了保护我们赖以生存的地球、保障我国经济的可持续性发展，有机废气的处理及回收是非常必要的。在国内苯酚丙酮装置生产过程中排放的尾气主要含有异丙苯、丙酮、苯等有毒有害物质，目前主要采用的方法是催化焚烧法【 1-6 】。采用此方法，虽然解决了环境污染问题，但大量的有机物被焚烧，这对于我们面临石油短缺问题、原油进口已经超过 54% 的现状来说，是一种严重的浪费。以天津的一套苯酚丙酮装置为例，如果采用催化焚烧的方法处理装置尾气，每年大约有 2200 多吨的异丙苯被烧掉，其经济价值在 2000 万元以上。大连理工大学吸附与无机膜研究所开发了
活性炭纤维多床回收有机废气的工艺及工业化装置，不但可以解决环境污染问题，而且可以回收有机物。应用于扬子石化 - 巴斯夫有限责任公司裂解罐区的芳烃储罐呼吸气的回收，取得了良好的经济效应及社会效应，经处理后的尾气中苯含量低于 2mg/m3 ，远远低于国家规定的 12mg/m3 的排放指标。 1 活性炭纤维的特点及其回收有机废气的基本原理 活性碳纤维是以粘胶基纤维、聚丙烯腈基纤维、沥青基纤维等纤维为原料，经高温碳化、活化工艺处理制成的新型吸附材料。与公认较好的吸附材料 —— 粒状活性炭相比，活性碳纤维具有以下优异特性： 孔结构 孔径及分布 图 1 活性炭纤维与活性炭结构比较 （ 1 ）比表面积大，有效吸附容量高。 如图 1 所示，活性碳纤维的微孔丰富，比表面积达 1000~2000m2/g ，数倍于粒状活性炭。同时，其孔径分布窄，在 1nm 左右，几乎都是有效孔，有效吸附容量大。以对乙硫醇吸附为例，活性碳纤维比市售粒状活性炭高 15~21 倍。 (2) 吸附、脱附行程短，速度快；脱附、再生能耗低 。活性碳纤维的孔径分布窄、行程短，因而使其吸附、脱附速度快．脱附能耗低，而且能够更彻底地得到再生。因此，对于相同的有机废气处理，活性碳纤维的填充厚度和再生能耗仅为粒状活性炭的 1/5—1/10 。 (3) 活性碳纤维可制成布、网、毡、纸等多种形状，为工程应用提供了很大的灵活性。 该技术是将活性碳纤维毡固定在骨架上制成吸附元件，再将若干个吸附元件安装在吸附箱中。因此，废气通过的吸附层面积大、流速慢、气阻小。 (4) 利用不同的纤维原料，采用不同的活化工艺，可以生产出具有特殊官能团、不同比表面积和孔径的活性碳纤维，从而可以对不同的物质有更好的选择性吸附性能。 (5) 强度好、寿命长、不会造成二次污染。 在该技术的实际应用中，已有活性碳纤维连续使用 ( 设备大修除外 ) 寿命长达十年的工程实例。 采用活性炭纤维回收有机物的基本原理 就是利用活性炭纤维表面的不饱和力对混合气体中的有机物具有较强的作用力，可以将有机物从体系中选择吸附下来，当吸附饱和后，通过蒸汽或真空解吸，将有机物回收，同时，吸附剂得以再生。这种方法，与催化焚烧法相比，其特点如下： 1 ）常温操作， 100oC 左右解吸，而催化焚烧法一般在 200~500oC 下进行氧化反应，因而能耗较低。 2 ）活性碳纤维对有机物具有痕量脱除能力，其净化率可以达到 99.9% 以上，而催化焚烧法一般在 95% 以上，因而其净化效率高。 3 ）活性碳纤维对多种有机物均具有吸附作用，适用性广，且不需要对原料进行预处理，不会发生吸附剂中毒或失效的问题，使用寿命长。 4 ）此方法既可以解决环保问题，又可以回收有机物，产生一定的经济效益，而催化焚烧法仅解决了环保问题，因而，该方法更先进。 2 活性炭纤维回收苯酚丙酮装置尾气的工艺流程 首先将收集的氧化尾气，通过循环风机的作用引至活性炭纤维吸附装置进行吸附回收，此过程主要包括：吸附过程和再生过程。 吸附过程：根据现场的尾气组成及排放要求，设计了两次吸附，即一级吸附和二级吸附 再生过程：蒸汽脱附过程，间歇淋水过程和降温干燥过程。 吸附周期 (T) = 一级吸附时间 = 二级吸附时间 = 脱附时间 (T2)+ 间歇时间 (T3)+ 干燥时间 (T4) 可以根据尾气的流率大小，设计多个吸附器进行相同的操作，无论是一个状态对应一个吸附器还是 1 个状态对应多个吸附器，在任何时刻，都有吸附器在做一级吸附工作，有吸附器在做二级吸附工作，另外的吸附器在做再生（脱附、间歇淋水和降温干燥）工作，工艺的每个过程都是由 PLC 自动进行控制，可以实现无人操作。再生选择低压饱和蒸汽解吸，可以充分将多种解吸方法相结合，是吸附剂再生更完全，吸附剂的寿命更长。 3 活性炭纤维回收装置的工艺特点 活性碳纤维吸附回收装置的吸附剂选用高效率碳纤维作为吸附剂，自控系统采用 PLC 全自动控制、无人值守运行。主要的技术特点有： （ 1 ）、活性碳纤维用量少，大幅度降低了尾气净化回收装置的造价 在进行了大量吸附、脱附动力学研究的基础上，该技术充分发挥了活性碳纤维吸附、脱附速度快和有效吸附容量大的特性，可将尾气净化回收装置活性碳纤维每一次的吸附时间压缩到 30min 以内。 （ 2 ）、 高品质、高效率地回收尾气中的有机物 该技术采用吸附法将有机物从尾气中分离出来并予以回收，是一种物理方法，被回收的有机物没有化学变化，只要尾气中有机物的种类单一，回收有机物的纯度很高。大量的工程实践证明，双吸附器流程的活性碳纤维有机尾气净化回收装置，有机物回收率达到 99 ％以上。 （ 3 ） 适用范围比较广 可应用于家具行业、石油化工、人造革、纺织印染、油漆涂料、橡胶、塑料、制鞋、制药、电子、化纤、酿造等行业。 可吸附回收的气体种类： 烃类：苯、甲苯、二甲苯、乙苯、丙苯、ｎ－乙烷、石脑油、护谟挥发油、环己烷、稀薄剂、汽油等； 卤烃：三氯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烷、二氯甲烷、三氯苯、三氯甲烷、四氯化碳、氟利昂类等； 酮类：丙酮、环己酮等； 醛类：甲醛、乙醛等 酯类：二醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲基环己烷等； 醚类：油酸乙酯、二
氧杂环己烷、糠醛、
甲基溶纤剂等； 醇类：甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等。 重合用单分子物体：氯乙烯、丙烯酸、丙烯酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯等。 （ 4 ） 装置紧凑，结构巧妙，气阻小，占地少，运转能耗低 本装置为积木式紧凑组装，节约占地 50 ％以上；内部结构巧妙，系统气流压力降仅约 300mm 水柱，当尾气有余压时，本装置可不配引风机，或仅配小功率引风机；节约运转消耗蒸气和冷却水均在 60 ％以上。 （ 5 ） 全自动运行，操作简单，便于维修，运转安全 采用该技术制造的有机尾气净化回收装置，可在装置上配备 PLC 自动控制系统，现场自动控制运行；也可利用客户中央控制室 DCS 系统的富余量，输入控制程序后，实现远程自动控制运行。装置安装调试好后，操作工只需按动开车或停车按钮，即可自动操作。同时，对于可能出现的几种故障原因，均设置了故障指示灯，一旦出现故障，装置不仅会自动报警，而且会显示故障原因，便于维修。装置本身设有反馈功能，当检测到排放尾气中浓度超过设定值时，会自动调节循环周期，确保排放的尾气达到国家的排放指标，不会对环境造成影响。由于许多有机尾气是易燃易爆的危险气体，为确保安全，该技术在开发和推广应用过程中，形成了一整套独有的防静电、测温、故障自动停车、开停车程序等安全技术。 （ 6 ） 环境效益与经济效益显著，投资回收期短 该技术不仅可以大大减轻有机废气对环境的污染，而且变废为宝，具有一定的经济效益。 4 结语 随着国内苯酚丙酮装置的蓬勃发展和人们环保意识的逐步增强，更先进的有机废气处理技术将会逐渐进入到工业过程中去。活性炭纤维多床多级回收有机尾气技术在扬子石化 - 巴斯夫有限责任公司连续运行 6 年，几乎是无故障运行，技术成熟可靠，对有机物的脱除率高，在苯酚丙酮行业具有巨大的推广及应用前景。 参考文献 1. 王伯超，催化焚烧技术在苯酚丙酮装置尾气处理中的应用， [J] 石化技术， 2011,18(4) ： 49~51 2. 卢军，挥发性有机废气的催化治理， [J] 贵金属， 2002,23(2) ： 53~55 3. 黄裕侃，催化焚烧新技术治理有机废气， [N] 中国环境报， 2006-05-06(2) 4. 孟丹，祁永智，丁瑞星，有机废气的催化焚烧， [J] 洛阳工学院学报， 2000,21(3):91~94 5. 张广宏，赵福真，季生福等，挥发性有机物催化燃烧消除的研究进展， [J] 化工进展， 2007,26(5) ： 624~630 6. 马温亮，催化燃烧技术进展及其应用的研究， [J] 科技咨询导报， 2006(6):175
