液體吸收法處理粘膠纖維生產廢氣中二硫化碳的研究

（中國紡織科學研究院有限公司 生物源纖維制造技術國家重點實驗室 北京 100025）

1 引言

粘膠纖維的優異使用性能和主要原材料纖維素的易得性和可再生性，決定了它將長時間存在高需求，但粘膠纖維在生產過程中會產生大量含硫化氫（H2S）和二硫化碳（CS2）的有毒廢氣[1,2]。廢氣的高效、經濟處理一直是粘膠纖維行業的技術難題。目前國內的粘膠廢氣處理,主要采用德國魯奇（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]，這兩種技術投資大，運行成本高，對低濃度廢氣處理成本更高。粘膠纖維生產產生的難聞氣味常引起廠區周邊居民的不滿。然而，有的粘膠長絲生產企業對廢氣不實施處理就直接排放，對環境造成了很大污染。

據專利[5,6]報道，采用一些有機溶劑，通過液體吸收法，可對粘膠纖維生產廢氣中的CS2進行處理、回收，但相關的實驗研究報道不足。

本文根據CS2的溶解特性，初選了6種有機物作CS2吸收劑，通過實驗室模擬實驗對這6種吸收劑進行了篩選，并以篩選出的吸收劑在中試裝置上對粘膠廢氣中的CS2進行處理試驗，考察其對CS2的處理效果。

2 實驗

2.1 原料

吸收劑篩選實驗：吸收劑均為江蘇天音化工有限公司提供，工業級；原料氣為成都麗雅纖維股份有限公司提供的含高濃度CS2廢氣，工業級。

粘膠廢氣CS2處理中試試驗：吸收劑為江蘇天音化工有限公司提供，工業級；粘膠廢氣為成都麗雅纖維股份有限公司粘膠纖維煙氣。

2.2 實驗裝置

吸收劑篩選實驗：自建的實驗室小型模擬裝置。

粘膠廢氣CS2處理中試試驗：于成都麗雅纖維股份有限公司自建的中試裝置。

2.3 實驗方法與表征

2.3.1吸收劑的篩選

實驗流程：原料氣經計量、緩沖依次經過3個串聯的吸收管中的吸收劑，氣體中的CS2被吸收，脫CS2后的氣體（凈化氣）從第3個吸收管出來進入采樣器，經過一定時間后關閉氣源和采樣器；取吸收管中吸收CS2后的吸收劑（富液）于燒瓶中，磁力攪拌下加熱進行解吸再生，得到再生后的吸收劑（貧液）。

實驗條件：吸收溫度25℃，采樣器流量0.1L/min，采樣時間5min；再生溫度100℃，再生時間20min。

吸收能力：以原料氣中CS2的脫除率表示吸收劑的吸收能力，由式q1=100（CY- CJ1）/CY計算，式中，q1：原料氣中CS2的脫除率，%；CY：原料氣中CS2含量，mg/m3；CJ1：凈化氣中CS2含量，mg/m3。

再生性能：以吸收劑中CS2的解吸率表示吸收劑的再生性能，由式η=100（C1-C2）/C1計算，式中，η：CS2的解吸率，%；C1：再生前富液中CS2含量，g/L ；C2：再生后貧液中CS2含量，g/L。

2.3.2粘膠廢氣中CS2的處理

試驗流程：粘膠廢氣首先進入吸收塔，廢氣中CS2被吸收劑吸收，脫CS2后的廢氣（凈化氣）送入煙道。吸收CS2后的富液進入混液罐以一定比例與水混合，然后進入再生塔加熱解吸CS2，并同時蒸出水。解吸出的CS2氣體和蒸出的水蒸氣也送入煙道。解吸CS2后再生的吸收劑經降溫送回吸收塔，重新吸收CS2。吸收劑往返循環，構成連續吸收、解吸過程。

實驗條件：試驗連續運行一周，每天上下午均采樣一次廢氣和凈化氣，采樣時間5min，采樣器流量0.1L/min；吸收劑和廢氣的液氣比8L/m3。

處理效果：以粘膠廢氣中CS2的脫除率表示對CS2的處理效果，由式q2=100（CN- CJ2）/CN計算，式中，q2：粘膠廢氣中CS2的脫除率，%；CN：粘膠廢氣中CS2含量，mg/m3；CJ2：凈化氣中CS2含量，mg/m3。

3 結果與討論

3.1 吸收劑的初選

以吸收能力大、再生性能好、熱穩定性高為選擇CS2吸收劑的基本原則，初選了6種高沸點、常溫液態有機物作CS2吸收劑，包括多元醇單醚、多元醇雙醚、聚多元醇單醚、聚多元醇雙醚等。

3.2 吸收劑的篩選

將初選的6種吸收劑分別編號為1#～6#，在實驗室小型模擬裝置上進行模擬實驗，測定不同吸收劑的吸收能力（q1）和再生性能（η），從而對6種吸收劑進行篩選。實驗結果列于表1中。

由表1可以看出，6種吸收劑吸收能力q1=66.4%～84.1%，差別較大，但其再生性能η均在90%以上，相差較?。浑S著q1提高，η呈降低趨勢，這可能歸因于吸收劑與CS2的分子間的相互作用，其分子間相互作用越強，CS2越易被吸收，自然地，其解吸能力就會減弱。

由表1還可以看出，3#和5#吸收劑具有相對較高的吸收能力，且其吸收能力及再生性能均接近。但3#吸收劑比5#吸收劑具有高的平均分子質量和更高的沸點，因此在長時間使用過程中3#吸收劑熱穩定性會更好，不會造成明顯的性能劣化和吸收劑損耗。所以，選擇3#吸收劑進行粘膠廢氣CS2處理中試試驗，考察對CS2的處理效果。

表1 不同吸收劑的吸收能力和再生性能

3.3 粘膠廢氣中CS2的處理

采用上述篩選出的3#吸收劑在中試裝置上進行粘膠廢氣中CS2處理試驗，考察對廢氣中CS2的處理效果。試驗結果列于表2中。

從表2可以看出：

在吸收劑循環運行的7天內，廢氣中CS2的脫除率始終在90%以上，高達96.3%，并且隨著試驗時間延長不呈降低趨勢，說明吸收劑性能穩定，可循環使用，對粘膠廢氣中CS2處理效果好；

在試驗時間內，廢氣中CS2含量最高8935mg/m3，最低416mg/m3，相差20倍之多，但對應的CS2的脫除率變化很小，說明吸收劑可適應較寬范圍的不同CS2含量的粘膠廢氣的處理；

廢氣中CS2含量小于1000mg/m3時，凈化氣中CS2含量均低于100mg/m3（見序號4.1、4.2和6.1），達到直排要求，表明吸收劑尤其適應于低CS2濃度的粘膠廢氣的處理。

比較表1和表2可發現，表1中3#吸收劑對應的CS2脫除率82.8%明顯低于表2中的試驗結果90%以上，這主要是由于，實驗室模擬實驗中吸收劑的狀態、其與廢氣的接觸面積和接觸過程等均與中試試驗中相差較大。但中試試驗的結果表明，實驗室模擬實驗通過對不同吸收劑相對比較的篩選結果具有可靠性。

表2 粘膠廢氣中CS2處理試驗結果

如試驗流程所述，本研究對粘膠廢氣中CS2的處理方法，僅通過使吸收劑流經吸收塔和再生塔時溫度不同而實現對CS2的吸收和解吸，因此工藝與設備簡單，投資少，運行成本低。

4 結論

（1）實驗室模擬實驗對吸收劑的篩選結果可靠；

（2）篩選出的吸收劑對粘膠廢氣中CS2處理效果好，CS2的脫除率可達96.3%，且吸收劑性能穩定，可循環使用；

（3）篩選出的吸收劑可適應較寬范圍的不同CS2濃度的粘膠廢氣的處理，尤其適應于低CS2濃度的粘膠廢氣的處理；

（4）本研究處理粘膠廢氣中CS2的方法，工藝與設備簡單，投資少，運行成本低。