碳吸附技術(shù)在橡膠裝置尾氣回收中的應(yīng)用

徐廣

摘 要：介紹了鋰系橡膠裝置目前尾氣排放現(xiàn)狀及存在的問題，通過對碳吸附技術(shù)的原理、工藝流程等探討分析，碳吸附技術(shù)可以在裝置尾氣回收中加以應(yīng)用，從而有效回收尾氣中的烴類物質(zhì)，解決尾氣排放污染環(huán)境、裝置溶劑消耗高等問題，通過有效減排，并取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：碳吸附;橡膠裝置;尾氣回收;環(huán)己烷

引言

橡膠裝置尾氣主要成分為氮?dú)夂铜h(huán)己烷。其中氮?dú)馐强諝獾闹饕煞郑瑹o色、無臭、無味，無毒、可以直接排放;環(huán)己烷易向大氣揮發(fā)，不僅污染環(huán)境，而且造成了資源的極大浪費(fèi)，屬國家控制性排放氣體。由于廢氣成分較單一（主要為氮?dú)夂铜h(huán)己烷），環(huán)己烷含量高（262.906g/ m3根據(jù)蒸汽分壓核算），回收利用價(jià)值高（環(huán)己烷約11000元人民幣每噸）適合回收利用，采用溶劑回收工藝。在回收VOCs方面，吸附法是目前技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛，與冷凝法連用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效回收VOCs的目的。該方法利用吸附劑與環(huán)己烷分子的親和作用吸附環(huán)己烷分子，不吸附空氣，從而達(dá)到分離的目的。目前普遍使用的吸附介質(zhì)是活性炭，SBS裝置產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入活性炭吸附裝置，通過兩級(jí)吸附后，99%以上的環(huán)己烷被吸附，氮?dú)饪蛇_(dá)標(biāo)直接排放。

1 碳吸附技術(shù)原理

碳吸附技術(shù)是采用固體吸附劑將廢氣中的有機(jī)組分吸附而達(dá)到凈化的目的。工業(yè)生產(chǎn)中常用活性炭、活性炭纖維、憎水性沸石（分子篩）等作為吸附劑，它應(yīng)用于處理較高、中、低濃度的有機(jī)廢氣，凈化效率可達(dá)到90%以上。

活性炭吸附系統(tǒng)的處理范圍寬，可處理分子量在40-150間、沸點(diǎn)較低的有機(jī)廢氣;系統(tǒng)設(shè)備簡單、適用范圍廣、凈化效率高，是一種常用的廢氣治理與回收技術(shù)，也是目前應(yīng)用最廣的治理技術(shù)。吸附凈化工藝可以分為吸附回收工藝和吸附氧化工藝兩種;吸附技術(shù)主要包括固定床吸附技術(shù)、移動(dòng)床（含轉(zhuǎn)輪）吸附技術(shù)、流化床吸附技術(shù)和變壓吸附技術(shù)等;吸附設(shè)備可以分為固定床、移動(dòng)床和流化床吸附器三種。

針對橡膠部尾氣排放實(shí)際情況，從不同吸附凈化技術(shù)的應(yīng)用范圍和工藝設(shè)備的成熟程度來看，固定床吸附/水蒸氣脫附/冷凝回收工藝成熟，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，是裝置選擇采用的的最優(yōu)選案。利用吸附回收技術(shù)可以將廢氣中的環(huán)己烷進(jìn)行回收利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

2 碳吸附工藝流程

SBS裝置排放廢氣經(jīng)集中收集后，先經(jīng)前處理（壓縮冷凝裝置），除去廢氣中的部分環(huán)己烷，再進(jìn)入第一級(jí)吸附器進(jìn)行吸附，經(jīng)過一級(jí)吸附后的尾氣進(jìn)入第二級(jí)吸附器進(jìn)行吸附，然后達(dá)標(biāo)排放。吸附飽和的活性炭用水蒸汽加熱經(jīng)兩級(jí)吸附處理的廢氣進(jìn)行脫附，脫附出的溶劑進(jìn)入前處理壓縮冷凝裝置進(jìn)行冷凝，并對冷凝液化的環(huán)己烷進(jìn)行回收。脫附結(jié)束后啟動(dòng)干燥風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫除濕，吹出的帶有水汽的干燥風(fēng)，可通過風(fēng)管直接排入大氣。

上述過程均由PLC程序控制，同時(shí)將控制線引入SBS裝置DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中控制。

3 尾氣吸附系統(tǒng)操作過程

尾氣先經(jīng)過活性炭吸附罐進(jìn)行吸附，吸附達(dá)到飽和臨界設(shè)定值，吸附罐閥門關(guān)閉，啟動(dòng)備用活性炭吸附罐。飽和活性炭吸附罐轉(zhuǎn)入再生模式，再生狀態(tài)下，真空泵進(jìn)出口閥門開啟，其他閥門全部處于關(guān)閉狀態(tài)。真空度達(dá)到設(shè)定值，吹掃閥門開啟，利用空氣對活性炭吸附床進(jìn)行擦洗。再生結(jié)束后，碳罐緩慢恢復(fù)壓力至常壓，并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

廢氣經(jīng)過預(yù)處理后再進(jìn)入吸附裝置內(nèi)，由固定床內(nèi)的活性炭對其進(jìn)行吸附，當(dāng)吸附飽和后，將熱氮?dú)馔ㄈ胛窖b置進(jìn)行脫附，脫附完后對吸附裝置排汽，進(jìn)行再生，脫附產(chǎn)物經(jīng)過原壓縮冷凝裝置進(jìn)行冷凝液化后進(jìn)入分離箱，分離后得到有機(jī)溶劑。

4 尾氣吸附設(shè)備運(yùn)行參數(shù)

活性炭對尾氣中環(huán)己烷具有良好的吸附能力，吸附效率高，反應(yīng)速率快;而對氮?dú)饣旧喜痪哂形阶饔?，可將環(huán)己烷與氮?dú)馊鎻氐追蛛x，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

（1）結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)廢氣性質(zhì)和排放特征，裝置采用固定床活性炭吸附系統(tǒng)對尾氣進(jìn)行濃縮，通過濃縮再生（熱氮?dú)庠偕┏龈邼舛扔袡C(jī)廢氣進(jìn)行冷凝回收處理，實(shí)現(xiàn)環(huán)己烷的資源化利用。

（2）吸附容量：活性炭對總VOCs的飽和吸附量計(jì)算

選用某種活性炭的參數(shù)如下：

堆積密度=450kg/m3，=5mm，空隙率=0.40。

由廢氣中環(huán)己烷在活性炭中吸附的平均靜態(tài)飽和吸附容量a=0.300kg/kgAC。

設(shè)計(jì)容量能滿足連續(xù)運(yùn)行16小時(shí)需要。

（3）固定床吸附器主要參數(shù)

選定吸附器中的氣速小于0.5m/s，此時(shí)吸附帶長度大于為0.6m，尾氣在吸附帶中停留時(shí)間大于1S。

吸附器形式：立式（3套，2用1備）

有效過濾面積：優(yōu)于氣速要求

過濾風(fēng)速：小于0.5m/s

過濾層厚度為：大于600mm

吸附帶內(nèi)的活性炭量：確保連續(xù)有效運(yùn)行時(shí)間大于16小時(shí)

功率消耗：運(yùn)用壓縮機(jī)壓力余量，無需新增動(dòng)力設(shè)備。

（4）脫附溫度控制

脫附溫度設(shè)置為150℃左右

5 效益分析

5.1 環(huán)保效益--減排VOCs，有效防治環(huán)境污染

年減排VOCs量核算：

進(jìn)口濃度：262.906g/ m3? ? ? ? 出口濃度：小于120mg/m3

氣量：480m3/h? ? ? ? ? ? ?減排量：126.137kg/h

每年按8000小時(shí)計(jì)算，年可減排VOCs1009.096噸。

5.2? 經(jīng)濟(jì)效益

按回收率90%計(jì)算：1009.096×90%=908.186噸

環(huán)己烷價(jià)格按11000元每噸計(jì)算：908.186×11000=999.005萬元

可節(jié)約溶劑投資近千萬元。

6 結(jié)語

通過將碳吸附技術(shù)應(yīng)用于橡膠裝置尾氣回收治理項(xiàng)目中，不僅能有效回收尾氣中的烴類物質(zhì)，解決尾氣排放污染環(huán)境、裝置溶劑消耗高等問題，還能通過有效減排，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。