亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        聚乙烯催化劑溶劑回收吸附解吸技術研究

        2021-08-13 09:14:06于品華李海濤汪東孔凡敏
        能源化工 2021年3期
        關鍵詞:椰殼戊烷四氫呋喃

        于品華,李海濤,汪東,孔凡敏

        (中石化南京化工研究院有限公司,江蘇南京 210048)

        四氫呋喃、異戊烷、戊烷、甲苯等溶劑均為常用的有機溶劑,在材料制備領域如低密度聚乙烯催化劑的制備中,涉及的硅膠預處理、活性載體母液配制、催化劑還原及脫活等工序中,此類有機溶劑伴隨保護氣氮氣溢出,產(chǎn)生了以氮氣為主成分、包含四氫呋喃、異戊烷等高揮發(fā)性多組分的有機廢氣(VOCs)。此外,催化劑制備過程一般為釜式間歇操作,導致排放尾氣具有多組分、高濃度、間歇式的特點。由于涉及的VOCs揮發(fā)性強、毒性較大、易燃易爆,如不進行處理,會嚴重影響工藝操作人員身心健康,同時還會污染環(huán)境。

        對于常規(guī)催化材料制備過程中,溫度不低于-10 ℃,壓力不高于0.1 MPa的VOCs回收工藝而言,尾氣中有機物含量高達600 g/m3。這部分廢氣可直接排入焚燒爐焚燒回收熱量。盡管焚燒法可以使尾氣達到排放標準[1],然而大量昂貴的溶劑無法得到回收而造成浪費,因此,有必要開發(fā)出溶劑回收技術。

        含有機溶劑尾氣的處理方法根據(jù)VOCs濃度、氣體流量、氣體成分等的不同而有所不同,前端回收性處理法主要有吸收法[2]、膜分離法[3]、壓縮-冷凝法[4]等,對于VOCs含量不高的尾氣則通常采用吸附法,使吸附后的尾氣達到排放標準。針對高濃度含VOCs廢氣通常采用多種處理方法的組合,一方面回收溶劑,一方面使尾氣達到環(huán)保。

        對于低濃度的VOCs尾氣,吸附法是最常用的提高溶劑回收率的方法。工業(yè)上應用最廣泛的是活性炭吸附劑[5-6],一方面得益于活性炭比表面積大、價格低廉易得,一方面是因為活性炭特殊的分子結構使其能夠吸附大多數(shù)有機化合物,適應性廣。然而,活性炭的種類繁多,吸附、解吸性能差別較大,不同活性炭對不同溶劑的吸附行為、再生性能的系統(tǒng)評價試驗研究較少。筆者采用工業(yè)上常用的顆?;钚蕴?、蜂窩活性炭、活性炭纖維、杏殼活性炭、椰殼活性炭為吸附劑,選擇聚乙烯催化劑制備過程中產(chǎn)生的戊烷、異戊烷為代表的烴類、甲苯為代表的芳香烴類、四氫呋喃為代表的含氧有機物類等3大類吸附質(zhì),系統(tǒng)地研究了其吸附-解吸性能,為工業(yè)中含VOCs廢氣的末端治理提供一定參考。

        1 試驗部分

        1.1 主要試驗材料和儀器

        四氫呋喃:分析純,國藥集團化學試劑有限公司;異戊烷:分析純,南京化學試劑有限公司;戊烷:分析純,廣東西隴化工試劑有限公司;甲苯:分析純,南京化學試劑有限公司。

        吸附試驗所使用的活性炭種類有:顆?;钚蕴?,φ3 mm×10 mm,河北承德雙源活性炭有限公司;椰殼活性炭,1.5~3 mm(5~10目),溧陽市永佳活性炭有限公司;杏殼活性炭,1.5~3 mm(5~10目),溧陽市永佳活性炭有限公司;整體蜂窩活性炭,100 mm×100 mm×100 mm,河北承德雙源活性炭有限公司;纖維布式活性炭纖維,江蘇蘇通碳纖維有限公司。

        吸附試驗為小試試驗,試驗過程中先對椰殼活性炭、杏殼活性炭、顆?;钚蕴窟M行研磨和篩分,然后過0.50 mm(30目)篩,再進行吸附劑裝填。

        模試試驗所用分離膜采用有機卷式膜,規(guī)格為φ220 mm×1 120 mm,有效裝填面積10 m2;吸附柱規(guī)格為φ150 mm×1 400 mm,有效裝填體積15 L;GLWZ-15型干式螺桿真空泵,抽氣量15 L/s,功率2.2 kW;DL-2020型低溫恒溫槽、THD-3010型低溫恒溫槽,寧波天恒儀器廠。

        7890A型氣相色譜儀,美國安捷倫科技有限公司。色譜柱采用DB-1 HT高溫柱,F(xiàn)ID檢測器。以氮氣為稀釋氣,采用微量注射器吸取一定量的溶劑,在100 mL注射器中以熱風機輔助溶劑汽化。外標法繪制標準曲線。S-4800型掃描電子顯微鏡,日本日立公司。1862型自動吸附儀,意大利Carlo-Erba公司。THX-08型超級恒溫水浴,寧波天恒儀器廠。DZF-6050型真空干燥箱,上海捷呈儀器有限公司。

        1.2 吸附試驗過程

        吸附所使用的試驗裝置如圖1所示。

        圖1 小試吸附試驗裝置流程示意

        吸附試驗裝置包括配氣系統(tǒng)、有機氣體發(fā)生系統(tǒng)、吸附檢測系統(tǒng)。鋼瓶氮氣經(jīng)減壓后分為兩路,一路走旁路經(jīng)緩沖后進入混合瓶,另一路經(jīng)過由水浴控制的有機蒸汽發(fā)生瓶,而后進入混合瓶,兩路氣體在混合瓶中混合后進入吸附柱,吸附溫度由外循環(huán)恒溫水浴控制,其中吸附尾氣由氣相色譜進行分析。

        吸附柱規(guī)格為φ10 mm×200 mm(12 mL),上下端由棉花封堵,由外循環(huán)超級恒溫水浴控制操作溫度。

        活性炭預處理:活性炭在裝載前于110 ℃過夜,后置于真空干燥箱冷卻至室溫。

        穿透曲線的確定:在一定空速和原料氣濃度條件下,針對不同種類活性炭分別做穿透曲線,即以原料氣與凈化氣溶劑濃度比Ct/C0對時間t作圖,以此確定穿透點。

        工藝試驗:分別對空速、活性炭種類、溶劑種類等進行考察,觀察穿透曲線的變化。

        1.3 脫附試驗過程

        脫附所使用的試驗裝置如圖2所示。

        圖2 小試脫附試驗裝置流程示意

        采用氮氣為載氣,經(jīng)流量計計量后進入U型金屬管,U型金屬管置于恒溫油浴中,在U型管的另一側的管段中設有上下棉花支撐的飽和吸附劑床層,氮氣經(jīng)U型掛管被加熱至與油浴等溫后進入脫附床層,把解吸后的溶劑帶出界外,并定時取樣分析U型管出口處溶劑濃度。

        脫附試驗過程:脫附試驗分別以4種溶劑為分析對象,著重考察其在椰殼活性炭的脫附性能,對脫附空速、脫附溫度進行優(yōu)化試驗,并以整體蜂窩活性炭、杏殼活性炭的溶劑脫附為對比。在脫附空速的選擇上,以吸附空速4 000,6 000,8 000 h-13個條件試驗,脫附溫度參照文獻[7]報道,從120~160 ℃分別進行考察。以U型管出口氣流中溶劑濃度Ct對時間t作圖,即可得到溶劑的脫附曲線。

        1.4 模試試驗

        為了開展全流程的溶劑回收試驗,在自制的試驗裝置上進行模試試驗,采用冷凝-膜分離-吸附組合回收技術。該試驗的開展可以驗證小試篩選出的活性炭的裝置運行性能,同時驗證冷凝-膜分離的溶劑回收效果,并與模擬計算結果進行比較分析。

        模試裝置工藝流程如圖3所示。

        圖3 溶劑回收模試工藝流程

        中壓氮氣經(jīng)減壓后進入緩沖罐1,緩沖罐1氣體分成兩路:一路走旁路進入緩沖罐2,另一路進入由恒溫槽1控制的溶劑發(fā)生器,出溶劑發(fā)生器的含VOCs氣體進入緩沖罐2與旁路氮氣混合后進入膜分離器,在膜后真空泵的作用下,含VOCs氣體被濃縮,由被恒溫槽2控制的冷凝器冷凝后,氣相進入緩沖罐2循環(huán),液相回收。膜分離器截留氣為脫除了大部分VOCs的氣體, 進入吸附系統(tǒng),吸附柱A和吸附柱B交替使用,一個吸附、一個再生。在活性炭作用下,脫除殘余的VOCs后,凈化氣在高空排放。通過與真空泵吸入口相連的管道,吸附柱A或吸附柱B在真空和電加熱雙重作用下,活性炭得到再生,再生氣通過冷卻后進入冷凝系統(tǒng)回收溶劑。

        2 結果與討論

        2.1 活性炭的表征

        2.1.1 SEM表征

        活性炭的吸附性能受制于兩方面:一是其孔結構,如孔徑、比表面積;一是活性炭表面分子結構,如表面功能團的種類及其含量。此外,吸附量還與吸附質(zhì)的分子結構有關。根據(jù)IUPAC對活性炭孔徑的分類,大于50 nm為大孔,2~50 nm為中孔,小于2 nm為微孔,且微孔在有機溶劑分子吸附中占據(jù)主導作用。

        采用掃描電子顯微鏡對5種活性炭的微觀結構進行表征,結果如圖4所示。

        圖4 5種活性炭的SEM照片

        由圖4可見:顆粒活性炭中存在無規(guī)則的微孔結構;與顆粒活性炭相比,整體蜂窩狀活性炭的微孔數(shù)目明顯增加;椰殼活性炭中可以看到微孔數(shù)目較多,且各個微孔孔道之間相互連通,孔隙結構較為發(fā)達;杏殼活性炭表面不僅有較大的微孔,更有細小的微孔且大孔內(nèi)不規(guī)則的孔道結構;活性炭纖維的纖維絲表面呈楞型凸起結構,且纖維斷面也存在細小的微孔結構。

        2.1.2 活性炭的理化性能

        采用自動吸附儀對5種活性炭的理化性能進行了測試,結果如表1所示。

        表1 5種活性炭的理化性能

        由表1可見:5種活性炭中比表面積由大到小依次為:活性炭纖維,椰殼活性炭,杏殼活性炭,整體蜂窩活性炭,顆?;钚蕴?;孔容由大到小依次為:活性炭纖維,整體蜂窩活性炭,椰殼活性炭,杏殼活性炭,顆?;钚蕴?。從平均孔徑數(shù)據(jù)來看,椰殼活性炭最小為1.71 nm,但與杏殼活性炭、活性炭纖維相差不大;整體蜂窩活性炭平均孔徑為2.53 nm;顆?;钚蕴科骄讖阶畲?,達到3.12 nm。

        2.2 穿透曲線

        穿透時間tb在吸附裝置的設計中是一個非常重要的參數(shù),定義為出吸附床尾氣中溶劑的濃度Ct與進吸附床有機溶劑濃度C0的比值,一般認為當Ct/C0=0.1時所用的吸附時間,即視為穿透時間。

        戊烷、異戊烷、甲苯、四氫呋喃在顆?;钚蕴?、整體蜂窩活性炭、杏殼活性炭、椰殼活性炭和活性炭纖維中的穿透曲線如圖5所示。

        圖5 5種活性炭中4種溶劑的穿透曲線

        由圖5可見:不同吸附劑對不同溶劑的吸附性能差別較大,導致不同溶劑在相同吸附劑的穿透時間也有很大不同。穿透曲線的變化大致可分為3個階段。第一階段為直線階段,尾氣中含有的有機溶劑在經(jīng)過新鮮或再生后的活性炭層時,溶劑被吸附劑完全吸附,尾氣中檢測不到VOCs含量;第二階段為濃度上升段,此時有機溶劑分子在活性炭微孔中積聚,排氣中VOCs含量逐步升高,其特征是尾氣中VOCs含量迅速上升;當活性炭接近吸附飽和時,吸附尾氣中VOCs含量趨于穩(wěn)定,此時到達吸附第三階段平衡階段。

        按顆?;钚蕴?、蜂窩活性炭、椰殼活性炭、杏殼活性炭、活性炭纖維5種吸附劑順序,四氫呋喃的穿透時間分別為4.3,56.0,87.4,58.9,32.3 min;異戊烷的穿透時間分別為0.7,21.1,52.0,20.5,13.9 min;戊烷的穿透時間分別為1.0,23.0,55.0,24.0,15.0 min;甲苯的穿透時間分別為15.0,108.0,162.0,94.0,43.0 min。從穿透時間并結合活性炭的孔結構表征結果可以看到,椰殼活性炭的平均孔徑最小,穿透時間最長即飽和吸附量最大,可見微孔在活性炭對溶劑分子吸附過程中起決定作用。

        2.3 脫附試驗

        2.3.1 脫附溫度的影響

        異戊烷、戊烷、四氫呋喃、甲苯在椰殼活性炭中的脫附溫度曲線見圖6。

        由圖6可見:甲苯的脫附溫度曲線不同于其他3種溶劑,這是因為甲苯的沸點較高,達到110.6 ℃,吸附劑床層升溫至甲苯沸點時甲苯才大量脫附,相反異戊烷、戊烷、四氫呋喃的沸點分別只有27.8,36.1,66 ℃,遠低于甲苯,吸附劑床層可迅速升溫至溶劑沸點,因此在脫附曲線上幾乎觀察不到升溫過程。

        圖6 有機溶劑在椰殼活性炭中脫附曲線隨溫度的變化

        從溫度對4種溶劑的脫附影響分析,其基本規(guī)律是脫附溫度越高,溶劑初始脫附濃度就越高,在150 ℃時,4種溶劑的質(zhì)量濃度均在30~50 g/m3,原料氣中溶劑質(zhì)量濃度為10~15 g/m3,相比于吸附試驗所用原料氣的濃度濃縮了3~5倍,30 min左右即可達到吸附穿透點。在活性炭層升溫及恒溫過程中,溶劑出口濃度隨時間延長而變小并趨于穩(wěn)定,這是因為碳材料對異戊烷、戊烷、四氫呋喃、甲苯的吸附屬于物理吸附,溫度升高時其吸附容量迅速下降。

        不同溫度下4種溶劑在椰殼活性炭中脫附率變化的情況見表2。

        由表2可見:隨著溫度的升高,4種溶劑在椰殼活性炭中的脫附率逐漸增大,但脫附率仍然未能達到100%,即使沸點只有27.8 ℃的異戊烷,在150 ℃時脫附率也只能達到98%。這是因為椰殼活性炭孔結構發(fā)達,內(nèi)部有許多相互連通的孔道,部分孔道被溶劑分子占據(jù)后無法再進行脫附,這部分吸附活性也就隨之消失。

        表2 不同溫度下4種溶劑在椰殼活性炭中的脫附率 單位:%

        由表2還可見:從異戊烷、戊烷到四氫呋喃、甲苯,隨著溶劑沸點的逐次增大,相同溫度下其脫附率逐漸下降,如在150 ℃下異戊烷和戊烷的脫附率可達97%,而甲苯只有85.9%,溫度升高有利于溶劑脫附,但過高的脫附溫度也會造成能耗增大。因此,綜合考慮脫附率及能耗因素,脫附溫度選擇150 ℃較為適宜。

        2.3.2 脫附氣體流速的影響

        脫附氮氣用量直接涉及到脫附工藝的經(jīng)濟性,因此有必要優(yōu)化氮氣流量,盡可能用較少的氮氣獲得較好的脫附效果。采用戊烷吸附飽和的椰殼活性炭為研究對象,對不同氮氣流量下溶劑的脫附曲線進行研究,以考察氣速對脫附的影響,結果見圖7。

        圖7 不同氮氣流量下戊烷脫附時間曲線

        由圖7可見:從戊烷的脫附時間隨氮氣流速的變化來看,100 mL/min對應的空速為4 000 h-1,此時到達吸附穿透點的脫附時間為40 min;當?shù)獨饬髁吭黾又?50 mL/min時,到達吸附穿透點的脫附時間迅速降至25 min;繼續(xù)增加氮氣流量,脫附曲線的變化不大。因此,選擇氮氣流量150 mL/min為適宜的經(jīng)濟脫附氣體流速,此時對應空速為6 000 h-1。

        2.3.3 不同吸附劑的脫附性能對比

        為了比較不同吸附劑的脫附性能,分別采用4種溶劑飽和的椰殼活性炭、杏殼活性炭、整體蜂窩活性炭進行脫附對比試驗,結果如圖8所示。

        圖8 不同吸附劑脫附時間曲線

        由圖8可見:除甲苯外,整體蜂窩活性炭的脫附時間最短,15 min內(nèi)脫附尾氣即檢測不到溶劑峰。杏殼活性炭和椰殼活性炭脫附時間類似,均高于整體蜂窩活性炭。從起始溶劑脫附濃度上看,椰殼活性炭遠遠高于杏殼和整體蜂窩活性炭,這是因為椰殼活性炭孔隙結構較杏殼及整體蜂窩活性炭發(fā)達,活性位點多,單位吸附劑吸附量較大,從而脫附時起始濃度較高。

        由圖8還可見:與戊烷、異戊烷、四氫呋喃等溶劑不同,甲苯溶劑飽和的3種活性炭脫附曲線存在峰值,且整體蜂窩活性炭的峰值高于杏殼活性炭。這是因為甲苯的沸點較高,達110.6 ℃,活性炭床層存在升溫過程,升溫過程中越來越多的甲苯脫附進入氮氣中,恒溫后隨著吸附劑中甲苯含量的下降,脫附氣中溶劑含量隨之下降,于是出現(xiàn)濃度峰值。從脫附效果來看,在55 min以內(nèi),椰殼活性炭脫附氣中甲苯含量高于杏殼活性炭和整體蜂窩活性炭,因此其最難脫附。

        2.4 模試脫附試驗研究

        在設計的模試試驗裝置上采用椰殼活性炭裝填的吸附柱進行4種溶劑的吸附-解吸試驗。該研究將傳統(tǒng)熱再生與真空變壓再生相結合,同時采用少量氮氣置換維持吸附柱內(nèi)真空度8 kPa(A),使解吸過程充分利用熱再生-變壓再生-置換再生的優(yōu)勢,可降低解吸溫度,保障系統(tǒng)安全。4種有機溶劑的解吸速率如圖9所示?;钚蕴吭谀T囇b置上裝填后取樣較為困難,不便采用脫附率的概念。為了使4種溶劑的解吸時間有統(tǒng)一的對比標準,特將解吸氣體濃度Ct達到初始解吸氣體濃度C0的1%的時間規(guī)定為完全解吸時間。

        圖9 4種溶劑在模試裝置中的解吸速率

        由圖9可見:4種溶劑在同一吸附柱中的解吸速率差異較大,四氫呋喃的解吸速率最快,其次為甲苯,最后是戊烷、異戊烷,與4種有機溶劑的沸點并無明顯的關聯(lián)。四氫呋喃、甲苯、戊烷、異戊烷完成解吸的時間依次為180,240,450,490 min。這是因為四氫呋喃的分子結構不同于其他3種分子,四氫呋喃屬于極性分子,與活性炭的非極性碳骨架結合力較弱,再生較為容易。相對而言,甲苯、戊烷、異戊烷均屬于非極性分子,與活性炭的結合力較強,再生較為困難。采用真空再生時,可大大降低椰殼活性炭的解吸溫度,在8 kPa(A)時,4種溶劑在椰殼活性炭中100 ℃下再生時達到了小試150 ℃時的再生效果。

        3 結論與展望

        針對在聚乙烯催化劑制備過程中產(chǎn)生的尾氣,采用高濃度回收工藝回收后,尾氣中含有低濃度、多組分有機溶劑的特點,采用不同種類的活性炭對異戊烷、戊烷、四氫呋喃、甲苯4種溶劑進行吸附、解吸性能試驗,篩選出性能較好的活性炭后并在搭建的模試裝置上進行驗證,得到如下結論。

        1)活性炭的微觀結構對吸附性能起重要作用,微孔在有機溶劑的吸附中起決定作用,平均孔徑越小,吸附效果越好。測試的活性炭中,椰殼活性炭平均孔徑最小為1.71 nm。椰殼活性炭對4種溶劑的穿透時間最長,吸附容量最大。

        2)在150 ℃、空速6 000 h-1的熱氮氣吹掃再生條件下,四氫呋喃、戊烷、異戊烷在椰殼活性炭中的脫附率可達到90%以上,甲苯可達到85%以上。通過不同活性炭脫附效果對比試驗,發(fā)現(xiàn)椰殼活性炭的溶劑濃縮倍數(shù)遠高于杏殼活性炭和整體蜂窩活性炭,是脫除4種溶劑的理想吸附劑。

        3)模試試驗表明:采用真空再生時,可大大降低椰殼活性炭的解吸溫度,在8 kPa(A)時,4種溶劑在椰殼活性炭中100 ℃下再生時達到了小試150℃時的再生效果。

        吸附法作為一種高效的VOCs末端治理技術,被廣泛地應用于有機溶劑回收和惡臭氣體治理領域。針對高濃度有機溶劑尾氣,采用壓縮冷凝、膜分離、吸收法與吸附技術聯(lián)用,發(fā)揮各自優(yōu)勢是高濃度有機溶劑回收的發(fā)展趨勢。

        猜你喜歡
        椰殼戊烷四氫呋喃
        環(huán)戊烷產(chǎn)品萃取精餾及提純工藝分析
        下期要目
        化工設計(2022年4期)2023-01-02 17:44:05
        碳五烷烴裂解制低碳烯烴反應性能的分析
        化工學報(2021年10期)2021-10-31 23:36:50
        等速升溫流態(tài)化下CaO/生物質(zhì)焦的SO2/NO聯(lián)合脫除特性
        潔凈煤技術(2021年2期)2021-04-08 11:50:50
        以天然椰殼纖維加固的紅黏土的力學性質(zhì)研究
        LNG脫苯回收再利用異戊烷的應用探討
        淺析制藥廢液中四氫呋喃回收系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化
        化工管理(2017年35期)2018-01-10 11:19:56
        人見人愛的椰殼
        椰殼效應與換種方式——以北師大版四年級下冊為例
        輕烴分離裝置混合戊烷深加工探索
        国产精品女视频一区二区| 亚洲人成网站色在线入口口| 中文字幕一区二区三区久久网| 精品国产乱码久久久久久郑州公司 | 日本丰满熟妇hd| 风流少妇又紧又爽又丰满| 产精品无码久久_亚洲国产精| 国产精品高清免费在线| av在线播放男人天堂| 国产精品天堂avav在线| 国产真人无码作爱视频免费| 国产精品情侣露脸av在线播放| 国产成人自拍视频在线观看网站| 国产精品成人自拍在线观看| 人妻丰满熟av无码区hd| 国产无遮挡无码视频免费软件| 中文 国产 无码免费| 日韩精品少妇专区人妻系列| 亚洲国产综合精品中久| 亚洲色精品三区二区一区| 国产精品_国产精品_k频道w| 欧美久久久久中文字幕| 日本看片一区二区三区| 日本最新视频一区二区| 人妻少妇久久久久久97人妻| 国产亚洲日韩在线三区| 无码国产精品色午夜| 中文字幕中文字幕三区| 亚洲av免费手机在线观看| 天天躁日日躁狠狠久久| 国产精品自产拍在线18禁| 一区二区三区岛国av毛片| 亚洲国产女性内射第一区二区| 色综合av综合无码综合网站| 色欲aⅴ亚洲情无码av蜜桃| 极品av在线播放| 成人高清在线播放视频| 久久婷婷五月综合色欧美| 吸咬奶头狂揉60分钟视频| 超清无码AV丝袜片在线观看| 精品亚洲一区二区三洲|