活性炭废气处理设备(活性炭处理废气装置)

1　概述

环己烷是一种重要的化工原料,在环己醇、环己酮、合成尼龙6生产中广泛使用。环己烷在树脂、涂料和橡胶生产中用作溶剂,也是脂肪、石蜡等油类的优质溶剂。环己烷在使用过程中易向大气挥发,不仅污染环境,而且造成了资源的极大浪费。据生产环己酮的某化工厂介绍,该厂每年因排气损失的环己烷高达230 t,无形中增加了生产成本。

传统的活性炭吸附工艺回收有机废气多采用普通固定单层吸附装置,吸附剂多为颗粒活性炭。但由于颗粒活性炭固有的缺点,造成吸附回收率低,设备运行不正常。近年国内用活性炭纤维吸附回收尾气中的环己烷等挥发性有机物,表现出良好的性能。由河北中环环保设备有限公司开发的“活性炭纤维有机废气吸附回收装置”,已成功地应用于苯类、烃

类、二氯甲烷、二氯乙烷、氯乙烯、环己烷等有机气体的回收,回收率大都在95%以上,经济效益和社会效益都十分显著。

2　工艺流程简述

采用活性炭纤维为吸附剂回收尾气中的环己烷工艺流程见图1。

图1　利用活性炭纤维回收环己烷工艺流程示意

由图1可见,3个吸附器共用一套管路系统,运行时相互切换。3个吸附器依次进入吸附—脱附和再生—干燥工序,即当吸附器1吸附时,吸附器2脱附和再生,吸附器3干燥。运行时,含环己烷的废气由吸附器1下部进入,穿过其中的活性炭纤维时环己烷被吸附,净化后的气体从吸附器顶部排出。此时吸附器2处于脱附和再生状态,吸附器3处于干燥状态。作为脱附介质的蒸汽从吸附器顶部进入,穿过活性炭纤维,将被吸附浓缩的环己烷带出吸附器进入冷凝器。经过冷凝后,环己烷和水蒸气的混合物流入分离槽分离,环己烷被回收,冷凝水直接排放。完成脱附、脱附和再生、干燥后的三个吸附器依次切换、轮换吸附、循环往复。由于整个系统一直处在频繁的切换之中,解决好易燃易爆气体系统的密封问题就显得特别重要。该设计采用了特殊结构的密封垫和气动两通挡板阀,运行过程中动作切换由

PLC完成,使整个系统不出现丝毫泄漏,保证了运行场所的安全。

3　活性炭纤维的特性

以活性炭纤维与颗粒活性炭为吸附剂回收尾气中环己烷的工艺参数比较见表1。显而易见,采用活性炭纤维比颗粒活性炭吸附环己烷优越得多,其原因如下。

1、比表面积大

吸附材料的优劣,直接关系到装置的投资和运行成本。工业上对吸附材料的要求是:比表面积大(尤其是有效比表面积),孔隙率高,孔径均匀,而且脱附后残留量尽可能少[1]。

表-1活性炭纤维和颗粒活性炭回收环己烷的工艺参数

项目名称	吸附剂
	颗粒活性炭	活性炭纤维
吸附压力要求	有的需要加压	全部常压
吸附床层阻力	大	小
解吸有机溶剂需蒸汽量	4～ 5 kg/kg	< 2 kg/kg
吸附时对床层冷却	需要	不需要
热空气干燥	需要	不需要
冷空气降温	需要	个别需要常温空气降温
吸附剂用量	较多	较少
吸附剂有效使用时间	≤ 1a	2～ 5 a
运行周期(吸附-解吸)	数小时	35～ 40 min
自动化程度	大部分为手动	全自动
运行费用	高	低
环己烷回收率	≈ 80%	> 95%
投资回收期	≈ 3a	< 1a

颗粒活性炭比表面积一般为700～ 1 000 m2/g,其当量直径一般在几毫米,甚至十几毫米。微孔孔道长,而且孔径不均,除小孔外,还有0.001～ 0.010μm的中孔和0.5～ 5.0μm的大孔。

活性炭纤维比表面积达1 000～ 2 500 m2/g。根据Langmuir吸附理论,吸附剂的吸附容量和它的比表面积成正比[1]。由于微孔开在纤维细丝表面,所以孔道极短,与颗粒活性炭相比差2～ 3个数量级,使活性炭纤维吸附容量增大,吸附和脱附速率提高。资料表明,活性炭纤维的吸附速率是颗粒活性炭的10～ 100倍[2]。同时,孔径均匀,绝大多数为0.002μm左右的小孔,特别适合气体吸附,且有效比表面

积也更大。文献介绍,活性炭纤维的吸附容量是普通颗粒活性炭的1～ 40倍[3]。这两种吸附剂对部分有机物平衡吸附量见表2[4]。

许多工程实践都证明,活性炭纤维的吸附回收率可达92%～ 98%;在同等条件下使用寿命是普通颗粒活性炭的3～ 4倍,大大延长了设备的使用寿命

并降低了设备的年均投资。

　　　表2　活性炭纤维与颗粒活性炭对部分有机物

的平衡吸附量

2、用量少而轻

据介绍[5],河北中环环保设备有限公司研制开发的“活性炭纤维有机废气吸附回收装置”采用了环式吸附芯的组合设计,与传统颗粒活性炭吸附装置相比,设备轻、体积小。尤其是吸附剂的用量由原来的数吨甚至数十吨减少到几百公斤,大型吸附装置也不过1吨多。因此运行阻力小,基本无温升,而且比颗粒活性炭吸附工艺简单,使运行费用大大降低。装置全自动运行更加可靠,设备运行寿命可高达10年。因此,该工艺目前在国内获得了广泛应用。

4　应用效果

某公司环己酮生产装置的尾气组成如下:

体积流量为90.6 m3/h,质量流量为69.5 kg/h。其吸附系统装备由国外进口,吸附剂为颗粒活性炭。经改造后采用国产的活性炭纤维为吸附剂。取得了明显效果,见表3。

表3　系统改造前后各参数对比

由此可见,采用活性炭纤维吸附系统节省设备投资72万元、运行成本降低26.72万元(按四年计),回收环己烷增收39.9万元(按四年计)。

5　结论

综上所述,采用活性炭纤维为吸附剂回收尾气中的环己烷,比传统的颗粒活性炭优越得多,既可减少环境污染,变废为宝、提高经济效益,又节省投资、降低运行成本,值得在回收有机废气工艺中大力推广。