朱慶松 謝和平 孔令熙 甘麗華 李曉俊 王本杰 王紫文

中國(guó)紡織科學(xué)研究院 生物源纖維制造技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100025

1 引言

粘膠纖維的優(yōu)異使用性能和主要原材料纖維素的易得性和可再生性，決定了它將長(zhǎng)時(shí)間存在高需求，但在粘膠纖維生產(chǎn)中往往會(huì)產(chǎn)生大量的含硫化氫（H2S）和二硫化碳（CS2）的廢氣[1,2]，因此廢氣的高效、經(jīng)濟(jì)處理一直是粘膠纖維行業(yè)的技術(shù)難題。目前國(guó)內(nèi)的粘膠廢氣處理主要采用德國(guó)魯奇（Lurgi）公司的堿洗加活性炭吸附法[3]和丹麥托普索(Topso)公司的燃燒后制硫酸（WSA）法[4]，但這兩種技術(shù)投資大且對(duì)低濃度廢氣處理成本高；堿洗H2S 產(chǎn)生的硫氫化鈉屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，存在一定的安全隱患。

離子液體是由陰陽(yáng)離子組成的、在室溫或接近室溫下呈液態(tài)的有機(jī)鹽，具有結(jié)構(gòu)可調(diào)、穩(wěn)定性好、無揮發(fā)、可循環(huán)使用等特點(diǎn)，被稱為“綠色可設(shè)計(jì)溶劑”。離子液體對(duì)氣體具有獨(dú)特的選擇性溶解及吸收性能，因此在氣體分離、凈化方面具有很好的應(yīng)用前景[5]。

本文以離子液體作H2S 吸收劑，通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)離子液體進(jìn)行了篩選，并以篩選出的離子液體在中試裝置上對(duì)粘膠廢氣中的H2S 進(jìn)行了處理，考察了對(duì)H2S 的處理效果。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原料

離子液體篩選實(shí)驗(yàn)：吸收液、離子液體和原料氣均為自制，吸收液由離子液體和其他組分配制而成。

粘膠廢氣中H2S 處理試驗(yàn)：吸收液自制，由離子液體和其他組分配制而成，所用離子液體由四川益能康生環(huán)?？萍加邢薰咎峁辉蠚猓◤U氣）為成都麗雅纖維股份有限公司粘膠纖維煙氣。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

離子液體篩選實(shí)驗(yàn)：自建的實(shí)驗(yàn)室小型模擬裝置。

粘膠廢氣中H2S 處理試驗(yàn)：于成都麗雅纖維股份有限公司自建的中試裝置。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法與表征

2.3.1 離子液體的篩選

實(shí)驗(yàn)流程：原料氣經(jīng)計(jì)量后，經(jīng)緩沖進(jìn)入裝有吸收液的吸收管中，恒溫鼓泡吸收H2S，經(jīng)過一定的吸收時(shí)間后，關(guān)閉氣源，取吸收后的富液測(cè)定其中H2S 量。并取富液于燒瓶中，加熱至沸騰后回流20min 進(jìn)行再生，取再生后的貧液測(cè)定其中H2S 量。

實(shí)驗(yàn)條件：吸收液中離子液體濃度2.0 mol/L，原料氣流量100ml/min，吸收溫度40℃，吸收時(shí)間為180min。

吸收能力：由式A=C/V 計(jì)算，式中，A：吸收能力，g/l；C：吸收液（富液）中H2S，g；V：吸收液體積，l。

再生性能：以解吸率表示，由式η= 100（C1-C2）/C1計(jì)算，式中，η：解吸率，%；C1：再生前吸收液（富液）中H2S，g；C2：再生后吸收液（貧液）中H2S，g。

2.3.2 粘膠廢氣中H2S 的處理

試驗(yàn)流程：煙氣（廢氣）首先進(jìn)入吸收塔，煙氣中H2S 被吸收液吸收，脫H2S 后的煙氣（凈化氣）送入煙道。吸收H2S 后的富液進(jìn)入再生塔解吸，解吸出的H2S 送回?zé)煹?。解吸H2S 后的貧液送入吸收塔，重新吸收H2S。吸收液往返循環(huán)，構(gòu)成連續(xù)吸收、解吸過程。

表1 不同吸收液的吸收和再生性能

表2 粘膠廢氣中H2S 處理結(jié)果

廢氣中H2S 的去除率：由式q=100（CF- CJ）/ CF計(jì)算，式中，q：廢氣中H2S 的去除率，%；CF：廢氣中H2S 含量，mg/m3；CJ：凈化氣中H2S 含量，mg/m3。

3 結(jié)果與討論

3.1 離子液體的篩選

以吸收能力高、再生性能好為選擇H2S 吸收劑的基本原則，初選了1#～8#的8 種離子液體，分別配制成相應(yīng)編號(hào)的8 種吸收液，在實(shí)驗(yàn)室小型模擬裝置上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同吸收液的吸收能力和再生性能（解吸率），從而對(duì)8 種離子液體進(jìn)行篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1中。

由表1可見，2#、5#和6#吸收液具有較高的吸收能力和解吸率。但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，2#吸收液在再生過程的后期有硫析出，這可能由于后期吸收液中的H2S 已經(jīng)很少，在堿性的離子液體介質(zhì)中部分H2S 被離子液體催化氧化成了單質(zhì)硫。而6#吸收液中的離子液體無批量市售產(chǎn)品。因此選擇5#吸收液相應(yīng)的5#離子液體作為H2S 吸收劑。

3.2 粘膠廢氣中H2S 的處理

為驗(yàn)證上述篩選結(jié)果，以5#離子液體作H2S 吸收劑并配成吸收液，在中試裝置上進(jìn)行粘膠廢氣中H2S 處理試驗(yàn)。試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行20 天，每?jī)商鞕z測(cè)一次廢氣和凈化氣中H2S 含量，并計(jì)算出廢氣中H2S 的去除率，以此考察對(duì)廢氣中H2S 的處理效果。試驗(yàn)結(jié)果列于表2中。

從表2可以看出：在試驗(yàn)運(yùn)行的20 天內(nèi)，廢氣中H2S 的去除率均在95%以上，最高可達(dá)99.4%，且并不隨試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)而降低；試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行，凈化氣中H2S 含量始終在100mg/m3以下；廢氣中H2S 含量從4675mg/m3到383mg/m3，降低了11 倍，但H2S 去除率變化不大，且廢氣中H2S 含量為383mg/m3時(shí)，凈化氣中H2S 含量仍處于較低值。這些結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)室篩選結(jié)果可靠，選出的離子液體性能穩(wěn)定，對(duì)粘膠廢氣中H2S 去除率高，凈化效果好，并適應(yīng)低H2S 濃度粘膠廢氣的處理。

本研究的處理方法，僅通過吸收液的溫度變化而實(shí)現(xiàn)對(duì)H2S 的吸收和解析，因此運(yùn)行成本較低。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于離子液體作H2S 吸收劑，實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)離子液體的篩選結(jié)果可靠；

（2）以選出的離子液體對(duì)粘膠廢氣中H2S 進(jìn)行處理，離子液體性能穩(wěn)定，能循環(huán)運(yùn)行，對(duì)H2S 去除率高，并適應(yīng)低H2S 濃度粘膠廢氣的處理；

（3）離子液體吸收法處理粘膠廢氣中H2S，運(yùn)行成本低。