施忠賢 李 楠 胡淑芳 季云娣 曾碧照
華誼集團(tuán)上硫化工有限公司 (上海 200431)
乙二醛脫色用活性炭的重復(fù)利用
施忠賢 李 楠 胡淑芳 季云娣 曾碧照
華誼集團(tuán)上硫化工有限公司 (上海 200431)
對(duì)乙二醛脫色用活性炭進(jìn)行了再生和重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,通過簡(jiǎn)單的方法難以使活性炭再生,但一次脫色后活性炭仍具有較好的吸附能力,可重復(fù)使用,可大幅減少活性炭的使用量和產(chǎn)品的帶損量,同時(shí)減少了脫色后活性炭的處理量,由此每年能為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益100萬元。
活性炭 脫色 再生
很多化工生產(chǎn)過程中,脫色是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié),不僅改善產(chǎn)品外觀也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。華誼集團(tuán)上硫化工有限公司核心產(chǎn)品乙二醛的脫色采用常規(guī)活性炭吸附的方法[2],在降低產(chǎn)品色度的同時(shí),也大大提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由于乙二醛生產(chǎn)規(guī)模大,公司的活性炭年消耗量達(dá)到100 t以上,且由于活性炭具有大的比表面,吸附能力強(qiáng)[3],活性炭在壓濾后仍然帶有一定量的產(chǎn)品,而這部分產(chǎn)品隨著活性炭的處理而被損耗,因此每年產(chǎn)品隨活性炭的帶損量達(dá)到150 t以上,直接經(jīng)濟(jì)損失超過百萬。另外,從安全環(huán)保角度來講,脫色后的活性炭長(zhǎng)時(shí)間堆積易發(fā)生自燃,存在安全隱患,其處理也存在一定難度。因此,若能將活性炭重復(fù)利用或再生,可以減少活性炭的消耗量和產(chǎn)品的帶損量,經(jīng)濟(jì)上能降低乙二醛的生產(chǎn)成本,安全環(huán)保上可消除安全隱患。
本實(shí)驗(yàn)主要研究了脫色后活性炭的重復(fù)利用、再生以及其中吸附產(chǎn)品的回收,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得活性炭中的乙二醛帶損量以及回收方法和回收率,研究脫色后活性炭重復(fù)使用的情況,同時(shí)將吸附飽和的活性炭進(jìn)行蒸餾水洗脫烘干,以簡(jiǎn)單可行的處理方法研究它的再生性能,最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于車間,評(píng)價(jià)其在實(shí)際生產(chǎn)中的效果。
活性炭(華誼集團(tuán)上硫化工有限公司),去離子水(自制),40%乙二醛(華誼集團(tuán)上硫化工有限公司,工業(yè)級(jí))。
在三個(gè)燒杯中分別取100 g車間脫色后活性炭,分別加入150、200、260 mL去離子水,攪拌20 min后抽濾。滴定分析濾液中乙二醛的含量,并通過計(jì)算得到乙二醛的回收率。
取一定量車間脫色后活性炭,直接重復(fù)脫色直至活性炭吸附飽和無脫色能力。等量取3份吸附飽和的活性炭,A份不做任何處理,B份用蒸餾水(水與活性炭質(zhì)量比10∶1)洗滌后抽干,C份同樣洗滌后抽干并在150℃烘箱內(nèi)烘干。將3份活性炭分別對(duì)相同比例的乙二醛粗品進(jìn)行脫色,最后記錄它們的色度范圍。色度范圍通過與鉑-鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液的目測(cè)比較得到。
在車間將脫色后的活性炭重新加入脫色釜中,在常規(guī)操作后分析產(chǎn)品的色度,若色度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則繼續(xù)重復(fù)使用,也可加入少量新鮮活性炭,分析活性炭重復(fù)使用的可行性和效果。
由于壓濾工藝中濾餅形成的需要,每次至少加入40 kg的活性炭。以40 kg活性炭處理8 t乙二醛,1 t活性炭吸附1.6 t乙二醛(車間活性炭使用前后稱重得到),年產(chǎn)2.5萬t乙二醛計(jì)算,則每年活性炭用量為:
表1 脫色活性炭中乙二醛的回收
由表1可知,活性炭脫色乙二醛后經(jīng)水洗可回收大部分被吸附的乙二醛,但回收液體總量不易過大,因此加水量要適當(dāng)。當(dāng)采用260 mL蒸餾水洗脫活性炭時(shí),得到約260 g的9.29%乙二醛,折算成品質(zhì)量濃度40%的乙二醛,回收量為60.39 g,回收率98.2%,可以達(dá)到吸附的乙二醛基本全部回收的效果。
取車間脫色后活性炭150 g,直接用于粗品乙二醛脫色,重復(fù)使用直至脫色后乙二醛色度大于15,結(jié)果見表2。
表2 活性炭脫色
由表2可知,當(dāng)重復(fù)脫色至第11次時(shí),乙二醛色度才超過15。前10次累計(jì)脫色18 505 g乙二醛,脫色比例為:活性炭(用過)∶乙二醛=0.81%,相當(dāng)于活性炭(新鮮)∶乙二醛≈0.31%,均為質(zhì)量比。
實(shí)驗(yàn)表明,車間使用過的活性炭仍具備脫色能力。雖然一次取樣的活性炭不能代表一種必然現(xiàn)象,但是若能對(duì)每次脫色后的活性炭進(jìn)行取樣脫色實(shí)驗(yàn),優(yōu)則用,劣則棄,保證每批活性炭能夠充分利用,這樣既可減少每年活性炭的使用量,又可降低乙二醛的損耗。目前活性炭加入比例為每8 t乙二醛加入40 kg新鮮活性炭,加入比例為:活性炭(新鮮)∶乙二醛=0.5%,則每年能減少(1-0.31%÷0.5%)=38%的活性炭用量,活性炭7 800元/噸,乙二醛6 000元/噸,則每年節(jié)?。?/p>
活性炭的再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3,其中活性炭比例(新鮮)為0.3%。
表3 活性炭水洗再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由表3可看出,三次實(shí)驗(yàn)的乙二醛色度均大于30,之間的色度差別亦不明顯,說明乙二醛聚合物(顯色物質(zhì))被活性炭吸附后不易脫附,水洗和150℃下烘干仍然無明顯脫附。因此,常規(guī)水洗烘干不能達(dá)到活性炭的再生。
活性炭具有多孔結(jié)構(gòu),大量的微孔增加了它的表面積,通常活性炭的表面積都大于500 m2/g,因此活性炭也具有了大的比表面能。自然界中都有物質(zhì)能量自動(dòng)下降以保持穩(wěn)定的特點(diǎn),而活性炭就是具有大的吸附能力,通過吸附以降低其比表面能?;钚蕴课搅Φ淖兓饕Q于兩個(gè)方面,一是通常情況下,比表面越大,活性炭吸附力就越大;二是在液相中,一般來說吸附力隨著有機(jī)物分子量的增加而增大。由于活性炭孔的大小一定,吸附物分子太小,吸附力就小,吸附物分子太大又進(jìn)不去,因此當(dāng)活性炭具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔時(shí),該活性炭此時(shí)的吸附力最大。
本實(shí)驗(yàn)中,乙二醛中有色物質(zhì)主要是一些聚合物,具有較大的分子量,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,活性炭吸附該類聚合物的能力強(qiáng),說明該聚合物的分子量足夠大且仍然可以進(jìn)入活性炭的孔道。洗脫液無色且含有大量乙二醛,說明該聚合物的吸附力遠(yuǎn)大于乙二醛分子,其不能以常溫水洗的方式脫附,且在150℃下,該聚合物不能分解亦不能脫附,導(dǎo)致活性炭吸附能力未得到恢復(fù),從而無法繼續(xù)脫色使用。由于活性炭在惰性氣體的保護(hù)下的高溫焙燒和活性炭的高溫水蒸氣處理這兩種方法從經(jīng)濟(jì)上不具備優(yōu)勢(shì),因此本實(shí)驗(yàn)沒有加以討論。
車間試驗(yàn)結(jié)果見表4:
表4 車間活性炭重復(fù)利用情況
前5次脫色結(jié)果中,乙二醛的色度均小于15,都達(dá)到成品規(guī)格,第六次脫色后色度超標(biāo)。其中活性炭重復(fù)的第三次的色度最接近15,表明40 kg活性炭可以成功脫色8 t乙二醛粗品三批次,再次重復(fù)的可行性不高,而若在后面的脫色中加入5 kg新鮮活性炭,仍可達(dá)到脫色的目的。五次脫色平均使用10 kg活性炭,脫色比例為:活性炭(新鮮)∶乙二醛=0.125%,與原工藝條件活性炭(新鮮)∶乙二醛=0.5%相比,僅為25%。由于活性炭過濾工藝中,40 kg是濾餅形成的基本重量,因此活性炭每次的使用量不易減少,而應(yīng)通過工藝改造使活性炭得到重復(fù)利用,以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙贏。
由于生產(chǎn)試驗(yàn)中采用了活性炭重復(fù)利用及少量添加新鮮活性炭的方法,效果較小試實(shí)驗(yàn)更加明顯,可以節(jié)省活性炭約75%,若依然按照活性炭7 800元/噸,乙二醛6 000元/噸計(jì)算,則每年節(jié)?。?/p>
125×75%×7 800+125×75%×1.6×6 000=163.13萬元
同時(shí)若能將使用過活性炭中的乙二醛加以回收,以回收率98.1%計(jì)算,則可回收乙二醛:
125×25%×98.1%=30.66 t
節(jié)省資金:
30.66×6 000=18.40萬元
則每年可節(jié)省資金總計(jì)達(dá)到:
163.13+18.40=181.53萬元
小試實(shí)驗(yàn)中活性炭重復(fù)利用后可節(jié)省38%,而車間實(shí)驗(yàn)結(jié)果為節(jié)省75%。這主要是因?yàn)檐囬g的活性炭有“以舊帶新”的使用方式,活性炭的使用更加充分;且小試實(shí)驗(yàn)中活性炭使用量不多,在每次過濾時(shí)會(huì)有少量的損失,使得活性炭的重復(fù)效果很差。
(1)水洗脫色后活性炭回收乙二醛效果好,回收率可達(dá)98.2%;
(2)活性炭可重復(fù)利用,小試重復(fù)結(jié)果顯示活性炭使用量可減少38%;
(3)水洗烘干不能使吸附飽和的活性炭再生;
(4)車間活性炭重復(fù)使用情況較小試結(jié)果更好,且具有可行性,理論上活性炭使用量可減少75%,年總節(jié)省資金總計(jì)181.53萬元。
[1]唐強(qiáng),曹子棟,王盛,等.活性炭吸附法脫硫?qū)嶒?yàn)研究和工業(yè)性應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工,2003,23(3):37-40.
[2]賈陸,王學(xué)如.提高肌醇收率的工藝研究[J].河南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),1998(3):150-152.
[3]張孟存.活性炭脫色工藝的改進(jìn)[J].環(huán)境工程,2008,26(4):71-72.
TQ224.3
施忠賢 男 1961年生 工程師 從事化工技術(shù)工作
2010年5月