吸附法回收氯乙烯工藝改進(jìn)的研究
來(lái)源： 閱讀：1597 更新時(shí)間：2008-08-01 11:45摘 要：在氯乙烯精餾尾氣回收中，采用活性炭纖維吸附工藝替代顆粒活性炭吸附工藝。該工藝的改進(jìn)，不僅大大地簡(jiǎn)化了工藝流程，由原來(lái)的5個(gè)單元減少到2個(gè)單元，將加壓吸附改為常壓吸附取消了-35℃冷鹽水降溫和冷空氣降溫、熱空氣干燥、氮?dú)庵脫Q等工序，還大幅度地降低了脫附蒸汽用量，脫附蒸汽消費(fèi)由原工藝6kg/(kg·氯乙烯)降至1.5kg/(kg·氯乙烯)，并且提高了氯乙烯的回收率和質(zhì)量，使氯乙烯的回收率穩(wěn)定在90％以上，尾氣排氣濃度在1%以下。
關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；氯乙烯；活性炭吸附法；活性炭纖維；工藝
目前，在傳統(tǒng)的氯乙烯精餾尾氣回收中，不少?gòu)S家都采用顆；钚蕴课焦に。但這類(lèi)工藝，由于采用的是顆；钚蕴课讲牧，使得工藝流程復(fù)雜、操作穩(wěn)定性和安全性差、氯乙烯回收率低，運(yùn)行費(fèi)用高。針對(duì)上述缺點(diǎn)，河北中環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司通過(guò)理論和實(shí)踐的研究，經(jīng)過(guò)一年的努力，在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)出來(lái)用活性炭纖維吸附回收氯乙烯的工業(yè)化裝置，取得了很好的運(yùn)行效果。不僅大大地簡(jiǎn)化了工藝，由原來(lái)的5個(gè)單元減少到2個(gè)單元，將加壓吸附改為常壓吸附，取消了35℃冷鹽水降溫、熱空氣干燥、冷空氣降溫、氮?dú)庵脫Q等工序、而且還簡(jiǎn)化了操作，加強(qiáng)了運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，提高了氯乙烯的回收率和質(zhì)量，收到了很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1.由加壓吸附改為常壓吸附
由加壓吸附改為常壓吸附主要是由吸附劑的性質(zhì)和兩種吸附結(jié)構(gòu)決定的。固體吸附劑主要是利用其巨大的內(nèi)表面對(duì)氣體進(jìn)行吸附，吸附劑對(duì)氣體的吸附過(guò)程一般要經(jīng)過(guò)以下3個(gè)階段：
(1)外擴(kuò)散，氣體分子由氣相主體向固體吸附劑外表面的擴(kuò)散；
(2)內(nèi)擴(kuò)散：氣體分子由固體吸附劑外表面向內(nèi)表面的擴(kuò)散；
(3)吸附：到達(dá)固體吸附劑內(nèi)表面的氣體分子被吸附劑內(nèi)表面吸附，這個(gè)過(guò)程的速度是極快的。
因此，內(nèi)、外擴(kuò)散對(duì)氣體的吸附速度有決定性的影響。
由于活性炭顆粒的當(dāng)量直徑有幾毫米甚至十幾毫米，因此微孔孔道很長(zhǎng)，其長(zhǎng)度要比活性炭纖維大2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。要想使氣體分子通過(guò)長(zhǎng)度比活性炭纖維大2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的孔道，不用加壓的方式是很難達(dá)到的；而活性炭纖維，由于其孔道極短，常壓下氣體就能很容易地充滿整個(gè)孔道。從吸附床的結(jié)構(gòu)看，由于傳統(tǒng)吸附工藝的床層厚度多在2m以上，且床層孔隙率低，因而床層阻力大；而活性炭纖維吸附床的床層厚度不超過(guò)0.5m，且床層孔隙率很高，因而床層阻力小。從這一點(diǎn)上講，就能理解為什么新工藝將加壓吸附改成了常壓吸附。
2.取消了低溫鹽水和冷空氣降溫
吸附是放熱過(guò)程，實(shí)驗(yàn)研究，每吸附1 mol的有機(jī)溶劑，可能要放出60～80kj的熱量，這樣就會(huì)導(dǎo)致床層升溫，當(dāng)床層溫度超過(guò)40℃，吸附效率將迅速下降。傳統(tǒng)工藝采用低溫鹽水(盤(pán)管或列管式)對(duì)吸附床層降溫的原因是：由于傳統(tǒng)工藝床層厚，吸附時(shí)間長(zhǎng)(一般為8h)，加上床層孔隙率低，傳熱效果差，使床層升溫很快，因此必須采用低溫鹽水不斷地為床層降溫，以保持吸附效果。
傳統(tǒng)工藝的冷空氣降溫是在熱空氣干燥之后，也是為了床層溫度降到40℃以下，有利于下一步的吸附。新工藝取消了這兩個(gè)工序的原因是因?yàn)榛钚蕴坷w維不僅孔隙率高，傳熱效果好，而且床層薄，加之吸附周期短（一般不會(huì)超過(guò)0.5h），因而，在吸附過(guò)程中熱量積聚很少，不會(huì)造成床層的溫度顯著聲高，對(duì)吸附效果也不會(huì)有影響。對(duì)經(jīng)過(guò)水蒸氣脫附過(guò)的床層，設(shè)計(jì)了內(nèi)循環(huán)降溫系統(tǒng)，利用經(jīng)過(guò)第一次吸附的尾氣對(duì)床層進(jìn)行冷卻，效果很好。
3.大幅度降低了脫附蒸汽用量
絕大部分有機(jī)溶劑吸附工藝都采用水蒸氣脫附，因其安全，潛熱大。脫附水蒸氣主要分為3部分：
(1)加熱蒸汽（主要用來(lái)加熱床層及系統(tǒng)）；
(2)脫附蒸汽（把被吸附的有機(jī)物脫附下來(lái)）；
(3)動(dòng)力蒸汽（把脫附下來(lái)的有機(jī)物吹出床層）。
在傳統(tǒng)工藝中，由于吸附在活性炭上的氯乙烯在很深的孔道里面，又加上吸附劑床層很厚，阻力大，這就決定了要把氯乙烯脫附下來(lái)并且吹出床層，就必須耗費(fèi)大量的蒸汽；而新工藝采用活性炭纖維，孔道短，易脫附，又加之床層薄，阻力小，所以?xún)H使用少量的蒸汽就可以完成脫附。工藝實(shí)踐充分證明，傳統(tǒng)工藝脫附1kg氯乙烯要耗費(fèi)6kg以上的蒸汽，而新工藝脫附1kg氯乙烯耗費(fèi)的蒸汽在1.5kg以下。
4.取消了熱空氣干燥
根據(jù)Langmuir吸附理論，吸附劑的吸附容量是與其表面積成正比的。由于經(jīng)過(guò)水蒸氣脫附，床層中會(huì)留下大量的水分子，這些水分子會(huì)占據(jù)吸附劑的表面，因此會(huì)影響新一輪的吸附。傳統(tǒng)的理論還認(rèn)為，由于水分子對(duì)吸附表面的親和力大，如果不除去，這些水分子會(huì)占據(jù)吸附劑表面，很難再進(jìn)行新的吸附。
但是，隨著對(duì)活性炭（包括活性炭纖維）用于有機(jī)溶劑吸附理論和吸附實(shí)踐的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都發(fā)現(xiàn)，水分子在炭吸附劑表面的存在對(duì)大部分有機(jī)溶劑的吸附都不會(huì)造成影響，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這些有機(jī)溶劑分子對(duì)活性炭表面的親和力遠(yuǎn)大于水分子對(duì)活性炭表面的親和力，因而，在新一輪吸附時(shí)，只要溫度合適，有機(jī)溶劑分子就完全可以把水分子置換下來(lái)。
根據(jù)以上分析，傳統(tǒng)的顆；钚蕴课铰纫蚁┕に囀遣豢梢匀サ魺峥諝飧稍锏。脫附用水蒸氣會(huì)有一定的量凝結(jié)成水留在炭層里。這一定量的凝結(jié)水分為兩部分：吸附在內(nèi)表面的吸附水及積存在活性炭孔道里的游離水。由于活性炭纖維絕大多數(shù)為0.0015～0.0030μm的小孔，而顆；钚蕴砍】淄猓有0.01～0.1μm的中孔和0.5～5.0μm的大孔，因而，經(jīng)過(guò)脫附后的顆；钚蕴恐兴闹饕悄Y(jié)水，這也就是傳統(tǒng)工藝脫附蒸汽用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新工藝的原因。如果不用大量的熱空氣把這些凝結(jié)水蒸發(fā)掉，就很難再進(jìn)行新一輪的吸附。
新工藝之所以取消了熱空氣干燥，原因是在吸附劑孔道里的主要是吸附水，再吸附時(shí)，有機(jī)溶劑分子基本上可以把它們置換出來(lái)。這一點(diǎn)在我們對(duì)苯類(lèi)、氯乙烯等的吸附工程實(shí)踐中已多次得到了證實(shí)。
5.取消了氮?dú)庵脫Q
傳統(tǒng)工藝中之所以加進(jìn)了氮?dú)庵脫Q，主要是要求整個(gè)工序中的含氧量不超標(biāo)。由于在前道工序中設(shè)置了熱空氣干燥、冷空氣降溫，吸附床層充滿了空氣，必須用氮?dú)獍阉鼈冎脫Q掉，以保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全及回收的氯乙烯中含氧量不超標(biāo)。
新開(kāi)發(fā)的工藝取消了氮?dú)庵脫Q工序，主要原因是開(kāi)發(fā)出了一套具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)有技術(shù)。這項(xiàng)的開(kāi)發(fā)成功，徹底切斷了空氣向運(yùn)行系統(tǒng)的滲入，因而，完全沒(méi)有必要再用氮?dú)馊ブ脫Q，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的絕對(duì)安全，回收到的氯乙烯完全合格，可將它們直接回送到生產(chǎn)系統(tǒng)。
6.結(jié) 語(yǔ)
河北中環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司開(kāi)發(fā)出的氯乙烯回收新工藝，從吸附原理的研究著手，在對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大膽的改革，開(kāi)發(fā)出了一套全新的工藝裝置，經(jīng)過(guò)實(shí)際的工業(yè)化應(yīng)用，使氯乙烯的回收率穩(wěn)定在90%以上，尾氣排放濃度在1%以下，投資回收期在1年之內(nèi)，而該套裝置可穩(wěn)定運(yùn)行8年以上，收到了很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
