1　概述

環(huán)己烷是一種重要的化工原料,在環(huán)己醇、環(huán)己酮、合成尼龍6生產(chǎn)中廣泛使用。環(huán)己烷在樹脂、涂料和橡膠生產(chǎn)中用作溶劑,也是脂肪、石蠟等油類的優(yōu)質(zhì)溶劑。環(huán)己烷在使用過程中易向大氣揮發(fā),不僅污染環(huán)境,而且造成了資源的極大浪費。據(jù)生產(chǎn)環(huán)己酮的某化工廠介紹,該廠每年因排氣損失的環(huán)己烷高達230 t,無形中增加了生產(chǎn)成本。

傳統(tǒng)的活性炭吸附工藝回收有機廢氣多采用普通固定單層吸附裝置,吸附劑多為顆粒活性炭。但由于顆?；钚蕴抗逃械娜秉c,造成吸附回收率低,設備運行不正常。近年國內(nèi)用活性炭纖維吸附回收尾氣中的環(huán)己烷等揮發(fā)性有機物,表現(xiàn)出良好的性能。由河北中環(huán)環(huán)保設備有限公司開發(fā)的“活性炭纖維有機廢氣吸附回收裝置”,已成功地應用于苯類、烴

類、二氯甲烷、二氯乙烷、氯乙烯、環(huán)己烷等有機氣體的回收,回收率大都在95%以上,經(jīng)濟效益和社會效益都十分顯著。

2　工藝流程簡述

采用活性炭纖維為吸附劑回收尾氣中的環(huán)己烷工藝流程見圖1。

圖1　利用活性炭纖維回收環(huán)己烷工藝流程示意

由圖1可見,3個吸附器共用一套管路系統(tǒng),運行時相互切換。3個吸附器依次進入吸附—脫附和再生—干燥工序,即當吸附器1吸附時,吸附器2脫附和再生,吸附器3干燥。運行時,含環(huán)己烷的廢氣由吸附器1下部進入,穿過其中的活性炭纖維時環(huán)己烷被吸附,凈化后的氣體從吸附器頂部排出。此時吸附器2處于脫附和再生狀態(tài),吸附器3處于干燥狀態(tài)。作為脫附介質(zhì)的蒸汽從吸附器頂部進入,穿過活性炭纖維,將被吸附濃縮的環(huán)己烷帶出吸附器進入冷凝器。經(jīng)過冷凝后,環(huán)己烷和水蒸氣的混合物流入分離槽分離,環(huán)己烷被回收,冷凝水直接排放。完成脫附、脫附和再生、干燥后的三個吸附器依次切換、輪換吸附、循環(huán)往復。由于整個系統(tǒng)一直處在頻繁的切換之中,解決好易燃易爆氣體系統(tǒng)的密封問題就顯得特別重要。該設計采用了特殊結(jié)構(gòu)的密封墊和氣動兩通擋板閥,運行過程中動作切換由

PLC完成,使整個系統(tǒng)不出現(xiàn)絲毫泄漏,保證了運行場所的安全。

3　活性炭纖維的特性

以活性炭纖維與顆?；钚蕴繛槲絼┗厥瘴矚庵协h(huán)己烷的工藝參數(shù)比較見表1。顯而易見,采用活性炭纖維比顆粒活性炭吸附環(huán)己烷優(yōu)越得多,其原因如下。

1、比表面積大

吸附材料的優(yōu)劣,直接關系到裝置的投資和運行成本。工業(yè)上對吸附材料的要求是:比表面積大(尤其是有效比表面積),孔隙率高,孔徑均勻,而且脫附后殘留量盡可能少[1]。

表-1活性炭纖維和顆?；钚蕴炕厥窄h(huán)己烷的工藝參數(shù)

項目名稱	吸附劑
	顆粒活性炭	活性炭纖維
吸附壓力要求	有的需要加壓	全部常壓
吸附床層阻力	大	小
解吸有機溶劑需蒸汽量	4～ 5 kg/kg	< 2 kg/kg
吸附時對床層冷卻	需要	不需要
熱空氣干燥	需要	不需要
冷空氣降溫	需要	個別需要常溫空氣降溫
吸附劑用量	較多	較少
吸附劑有效使用時間	≤ 1a	2～ 5 a
運行周期(吸附-解吸)	數(shù)小時	35～ 40 min
自動化程度	大部分為手動	全自動
運行費用	高	低
環(huán)己烷回收率	≈ 80%	> 95%
投資回收期	≈ 3a	< 1a

顆?；钚蕴勘缺砻娣e一般為700～ 1 000 m2/g,其當量直徑一般在幾毫米,甚至十幾毫米。微孔孔道長,而且孔徑不均,除小孔外,還有0.001～ 0.010μm的中孔和0.5～ 5.0μm的大孔。

活性炭纖維比表面積達1 000～ 2 500 m2/g。根據(jù)Langmuir吸附理論,吸附劑的吸附容量和它的比表面積成正比[1]。由于微孔開在纖維細絲表面,所以孔道極短,與顆?；钚蕴肯啾炔?～ 3個數(shù)量級,使活性炭纖維吸附容量增大,吸附和脫附速率提高。資料表明,活性炭纖維的吸附速率是顆?；钚蕴康?0～ 100倍[2]。同時,孔徑均勻,絕大多數(shù)為0.002μm左右的小孔,特別適合氣體吸附,且有效比表面

積也更大。文獻介紹,活性炭纖維的吸附容量是普通顆粒活性炭的1～ 40倍[3]。這兩種吸附劑對部分有機物平衡吸附量見表2[4]。

許多工程實踐都證明,活性炭纖維的吸附回收率可達92%～ 98%;在同等條件下使用壽命是普通顆?；钚蕴康?～ 4倍,大大延長了設備的使用壽命

并降低了設備的年均投資。

　　　表2　活性炭纖維與顆粒活性炭對部分有機物

的平衡吸附量

2、用量少而輕

據(jù)介紹[5],河北中環(huán)環(huán)保設備有限公司研制開發(fā)的“活性炭纖維有機廢氣吸附回收裝置”采用了環(huán)式吸附芯的組合設計,與傳統(tǒng)顆?；钚蕴课窖b置相比,設備輕、體積小。尤其是吸附劑的用量由原來的數(shù)噸甚至數(shù)十噸減少到幾百公斤,大型吸附裝置也不過1噸多。因此運行阻力小,基本無溫升,而且比顆粒活性炭吸附工藝簡單,使運行費用大大降低。裝置全自動運行更加可靠,設備運行壽命可高達10年。因此,該工藝目前在國內(nèi)獲得了廣泛應用。

4　應用效果

某公司環(huán)己酮生產(chǎn)裝置的尾氣組成如下:

體積流量為90.6 m3/h,質(zhì)量流量為69.5 kg/h。其吸附系統(tǒng)裝備由國外進口,吸附劑為顆?；钚蕴?。經(jīng)改造后采用國產(chǎn)的活性炭纖維為吸附劑。取得了明顯效果,見表3。

表3　系統(tǒng)改造前后各參數(shù)對比

由此可見,采用活性炭纖維吸附系統(tǒng)節(jié)省設備投資72萬元、運行成本降低26.72萬元(按四年計),回收環(huán)己烷增收39.9萬元(按四年計)。

5　結(jié)論

綜上所述,采用活性炭纖維為吸附劑回收尾氣中的環(huán)己烷,比傳統(tǒng)的顆?；钚蕴績?yōu)越得多,既可減少環(huán)境污染,變廢為寶、提高經(jīng)濟效益,又節(jié)省投資、降低運行成本,值得在回收有機廢氣工藝中大力推廣。