碳吸附技術在橡膠裝置尾氣回收中的應用

徐廣

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

關鍵詞：碳吸附;橡膠裝置;尾氣回收;環己烷

引言

橡膠裝置尾氣主要成分為氮氣和環己烷。其中氮氣是空氣的主要成分，無色、無臭、無味，無毒、可以直接排放;環己烷易向大氣揮發，不僅污染環境，而且造成了資源的極大浪費，屬國家控制性排放氣體。由于廢氣成分較單一（主要為氮氣和環己烷），環己烷含量高（262.906g/ m3根據蒸汽分壓核算），回收利用價值高（環己烷約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，吸附法是目前技術最成熟，應用最廣泛，與冷凝法連用，達到經濟、有效回收VOCs的目的。該方法利用吸附劑與環己烷分子的親和作用吸附環己烷分子，不吸附空氣，從而達到分離的目的。目前普遍使用的吸附介質是活性炭，SBS裝置產生的尾氣進入活性炭吸附裝置，通過兩級吸附后，99%以上的環己烷被吸附，氮氣可達標直接排放。

1 碳吸附技術原理

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

活性炭吸附系統的處理范圍寬，可處理分子量在40-150間、沸點較低的有機廢氣;系統設備簡單、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，也是目前應用最廣的治理技術。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;吸附技術主要包括固定床吸附技術、移動床（含轉輪）吸附技術、流化床吸附技術和變壓吸附技術等;吸附設備可以分為固定床、移動床和流化床吸附器三種。

針對橡膠部尾氣排放實際情況，從不同吸附凈化技術的應用范圍和工藝設備的成熟程度來看，固定床吸附/水蒸氣脫附/冷凝回收工藝成熟，設備運行穩定，是裝置選擇采用的的最優選案。利用吸附回收技術可以將廢氣中的環己烷進行回收利用，具有較好的經濟和環保效益。

2 碳吸附工藝流程

SBS裝置排放廢氣經集中收集后，先經前處理（壓縮冷凝裝置），除去廢氣中的部分環己烷，再進入第一級吸附器進行吸附，經過一級吸附后的尾氣進入第二級吸附器進行吸附，然后達標排放。吸附飽和的活性炭用水蒸汽加熱經兩級吸附處理的廢氣進行脫附，脫附出的溶劑進入前處理壓縮冷凝裝置進行冷凝，并對冷凝液化的環己烷進行回收。脫附結束后啟動干燥風機進行降溫除濕，吹出的帶有水汽的干燥風，可通過風管直接排入大氣。

上述過程均由PLC程序控制，同時將控制線引入SBS裝置DCS控制系統，實現集中控制。

3 尾氣吸附系統操作過程

尾氣先經過活性炭吸附罐進行吸附，吸附達到飽和臨界設定值，吸附罐閥門關閉，啟動備用活性炭吸附罐。飽和活性炭吸附罐轉入再生模式，再生狀態下，真空泵進出口閥門開啟，其他閥門全部處于關閉狀態。真空度達到設定值，吹掃閥門開啟，利用空氣對活性炭吸附床進行擦洗。再生結束后，碳罐緩慢恢復壓力至常壓，并進入待機狀態。

廢氣經過預處理后再進入吸附裝置內，由固定床內的活性炭對其進行吸附，當吸附飽和后，將熱氮氣通入吸附裝置進行脫附，脫附完后對吸附裝置排汽，進行再生，脫附產物經過原壓縮冷凝裝置進行冷凝液化后進入分離箱，分離后得到有機溶劑。

4 尾氣吸附設備運行參數

活性炭對尾氣中環己烷具有良好的吸附能力，吸附效率高，反應速率快;而對氮氣基本上不具有吸附作用，可將環己烷與氮氣全面徹底分離，實現達標排放。

（1）結構形式：根據廢氣性質和排放特征，裝置采用固定床活性炭吸附系統對尾氣進行濃縮，通過濃縮再生（熱氮氣再生）出高濃度有機廢氣進行冷凝回收處理，實現環己烷的資源化利用。

（2）吸附容量：活性炭對總VOCs的飽和吸附量計算

選用某種活性炭的參數如下：

堆積密度=450kg/m3，=5mm，空隙率=0.40。

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

設計容量能滿足連續運行16小時需要。

（3）固定床吸附器主要參數

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

吸附器形式：立式（3套，2用1備）

有效過濾面積：優于氣速要求

過濾風速：小于0.5m/s

過濾層厚度為：大于600mm

吸附帶內的活性炭量：確保連續有效運行時間大于16小時

功率消耗：運用壓縮機壓力余量，無需新增動力設備。

（4）脫附溫度控制

脫附溫度設置為150℃左右

5 效益分析

5.1 環保效益--減排VOCs，有效防治環境污染

年減排VOCs量核算：

進口濃度：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小時計算，年可減排VOCs1009.096噸。

5.2? 經濟效益

按回收率90%計算：1009.096×90%=908.186噸

環己烷價格按11000元每噸計算：908.186×11000=999.005萬元

可節約溶劑投資近千萬元。

6 結語

通過將碳吸附技術應用于橡膠裝置尾氣回收治理項目中，不僅能有效回收尾氣中的烴類物質，解決尾氣排放污染環境、裝置溶劑消耗高等問題，還能通過有效減排，取得較大的經濟效益。