1、第43卷第6期2015年3月廣州化工Guangzhou Chemical Industry Vol.43No.6Mar.2015用活性炭纖維吸附回收廢氣中環(huán)己烷陶紅(中石化南京工程有限公司,江蘇南京211100摘要:采用活性炭纖維吸附回收裝置處理含環(huán)己烷廢氣。綜述了廢氣處理要求、工藝流程、裝置操作參數和安全保障及吸附劑的選擇等。現場生產數據表明,該工藝裝置處理含環(huán)己烷廢氣,環(huán)己烷的吸附效率大于99%,具有很好的經濟前景。關鍵詞:環(huán)己烷;吸附;活性炭纖維中圖分類號:X701文獻標志碼:A文章編號:10019677(201506014802 作者簡介:陶紅(1978,女,碩士,工程師,從事化工工藝

2、設計工作。ecovery of Cyclohexane from Waste Gas by ActivatedCarbon Fiber Adsorption ProcessTAO Hong(SINOPEC Nanjing Engineering Co.,Ltd.,Jiangsu Nanjing 211100,China Abstract :The activated carbon fiber adsorption unit is designed to treat cyclohexane containing waste gas.The processing demands ,process

3、flow ,operation parameters ,operation precautions and adsorption selectivity were described.Its operation showed that the recovery of cyclohexane was over 99%.It has the very good economic prospects.Key words :cyclohexane ;adsorption ;activated carbon fiber環(huán)己烷是一種重要的有機化工原料。它無色、易流動、有刺激性氣味,主要用作生產環(huán)己醇、環(huán)己

4、酮、尼龍6和尼龍66等產品1,是纖維素醚、樹脂、蠟、油脂、瀝青和橡膠的優(yōu)良溶劑,還可用作聚合反應稀釋劑、清凈劑、己二酸萃取劑和粘接劑等2。在苯加氫生產環(huán)己烷的生產過程中,經冷凍分離回收處理后的尾氣中仍含有環(huán)己烷氣體,通常直接送往火炬,經燃燒后向大氣排放,既浪費了資源,又影響了大氣環(huán)境。因此如何進行苯加氫裝置尾氣中環(huán)己烷回收設計也將顯得至關重要。根據南京化學工業(yè)有限公司100kt /a 環(huán)己酮生產裝置排放的含環(huán)己烷廢氣的處理實踐。介紹一種采用活性炭纖維吸附裝置處理含環(huán)己烷廢氣的工藝。該工藝采用獨特的吸附裝置和操作,用活性炭纖維做吸附劑,使環(huán)己烷的吸附效率大都在99%以上,經濟效益和社會效益都十分

5、顯著。1廢氣成分及處理要求該廢氣中含有環(huán)己烷、氮氣、氫氣、甲烷,其中環(huán)己烷質量流量10kg /h 。廢氣流量為425m 3/h ,排氣溫度為10,排氣壓力為140kPa 。要求經吸附系統分離環(huán)己烷后的廢氣中,環(huán)己烷的含量保證值0.1%(,期待值0.06%(。2工藝流程概述南化100kt /a 環(huán)己酮工程設計中采用了環(huán)己烷吸附分離工藝技術,吸附系統的流程如圖1所示。圖1環(huán)己烷尾氣處理工藝流程示意圖Fig.1Flow diagram of process from cyclohexaneprocess tail gas treatment苯加氫裝置經冷凍回收后的廢氣首先通過過濾和阻火系統,然后直接

6、送入活性炭纖維吸附器A ,對有機尾氣進行吸附處理,其中的環(huán)己烷氣體被吸附下來,而氮氣、氫氣從吸附器A 的頂部排出,送脫氫裝置的導熱油爐燒掉或送火炬焚燒。吸附器A 的吸附劑即將飽和之前,吸附器B 自動切換到吸附狀態(tài)進行吸附,同時吸附器A 切換為解吸狀態(tài)進行解吸。解吸時,床層中吸附的環(huán)己烷隨水蒸汽一起離開吸附器,解吸出來的環(huán)己烷和水蒸汽的混合物進入列管冷凝器,冷凝后的氣液混合物,經過氣液分離器,使沒有冷凝下來的混合氣體分離后放空去安全地方。冷凝下來的環(huán)己烷有機液經管道排進分層槽和計第43卷第6期陶紅:用活性炭纖維吸附回收廢氣中環(huán)己烷149量槽進行后處理,環(huán)己烷經泵回到加氫裝置的環(huán)己烷緩沖罐,污水回

7、到加氫裝置的水封槽。解吸完成后,吸附器使用氮氣進行干燥和降溫處理,將活性炭顆粒解吸時含有的水氣吹出吸附器,同時對吸附器進行降溫,有利于吸附器中的顆粒碳進行下一輪使用時更好的發(fā)揮效率。吸附解吸由2個吸附器交替組成,整個工藝過程由程序自動控制,自動切換,交替進行吸附、解吸、干燥和等待工藝過程。3裝置操作參數和安全保障3.1裝置操作參數裝置處理能力:根據環(huán)己烷的性質、廢氣流量及廢氣中環(huán)己烷的濃度,考慮處理系統留有20%的操作余量,經過理論計算確定,進入吸附裝置的實際廢氣處理能力為510m3/h。處理裝置的阻力:包括管路系統、吸附器本身及流程中其它設備的阻力,結合計算和實際經驗,確定整個處理裝置的阻力

8、為3000Pa。氣體流速:根據活性炭纖維對環(huán)己烷的吸附特性及含環(huán)己烷廢氣以往的生產現場實際運行經驗,確定氣體流速為0.15 0.2m/s3。吸附系統的吸附時的操作壓力:130kPa;操作溫度:小于等于40。吸附系統的解吸時的操作壓力:140 270kPa;操作溫度:小于120。3.2安全保障由于大多數有機氣體都易燃易爆,對于有機廢氣的處理,為了使吸附系統能有效而安全地操作。必須特別注意以下問題:(1考慮含環(huán)己烷廢氣的爆炸極限4。環(huán)己烷的爆炸極限為1.2% 8.4%。因此,本設計規(guī)定進入廢氣處理裝置的環(huán)己烷體積分數為0.3%。(2吸附、解吸和回收系統的密封。由于整個吸附裝置運行過程中始終頻繁切換

9、,因此要求系統的密封特別可靠。因此氣相管路選用特殊結構的密封墊和氣動兩通擋板閥,保證系統有良好的密封,使整個處理系統不會出現絲毫氣體泄漏,確保設備安全運行。(3控制系統的自動化。本處理裝置設計為DCS系統自動控制,當設備在運行中發(fā)生故障時,程序自動報警并轉入待機狀態(tài),三通放空閥開啟,有機廢氣從事故排放口放空排放,吸附系統自動與生產區(qū)隔離,不影響正常生產;吸附箱體逐次轉入解吸狀態(tài)。當發(fā)生緊急情況須停機時,按緊急停止按鈕,系統立即停止并報警,箱體自動逐次轉入解吸狀態(tài),并完成解吸過程。閥門控制系統全部采用氣動控制。(4處理系統溫度的控制。吸附過程是一個放熱過程。因此,在連續(xù)吸附操作進行時,床層溫度會

10、持續(xù)升高,導致吸附效率下降,同時給處理系統的安全運行帶來隱患。系統采用了床層溫度報警裝置,當溫度超過設定值時,系統會自動報警并自動切換到安全位置;同時啟動降溫裝置,保證系統正常安全運行。具體設計規(guī)定:溫度高位報警:當吸附器在實行吸附操作時,其最大溫度不得超過65(環(huán)己烷的沸點為86,若溫度65時,應予報警。溫度高位報警連鎖控制:當冷卻器出口的環(huán)己烷溫度超過55時報警,同時信號送入DCS,DCS發(fā)出指令關閉蒸汽閥門。溫度高位報警連鎖控制:當吸附器在進行降溫干燥操作時,其最大溫度超過危險溫度時,會引起活性碳的燃燒,這時在予以報警的同時,將信號送入DCS,DCS發(fā)出指令立即切斷進出吸附器的干燥閥門,

11、同時開啟氮氣閥門,使吸附器中充滿氮氣,讓吸附劑處于惰性氣體保護狀態(tài),在排除故障后重新操作。4吸附劑的選擇傳統可作為凈化有機廢氣的吸附材料有活性炭、硅膠、分子篩等,其中活性炭應用最廣泛,效果也最好。其原因在于其他吸附劑(如硅膠、金屬氧化物等,具有極性,在水蒸氣共存條件下,水分子和吸附劑材料性分子進行結合,從而降低了吸附材料的吸附性能,而活性炭分子不易與極性分子相結合,從而提高了吸附有機廢氣的能力。而近幾年來,一種新型的吸附材料活性炭纖維(以下簡稱ACF正在逐漸替代活性炭并越來越多的被使用。以活性炭纖維與顆粒活性炭為吸附劑回收尾氣中環(huán)己烷的工藝參數比較見表1。表1活性炭纖維和顆粒活性炭回收環(huán)己烷的

12、工藝比較(同等處理規(guī)模Table1Activated carbon fiber and granular activated carbon recycling cyclohexane process comparison(the same processing size工藝參數吸附劑活性炭纖維顆粒活性炭比表面積/(m2/g1000 3000700 1000循環(huán)周期(吸附脫附/min25 40數小時運行費用低高吸附劑用量少多蒸汽用量/(kg/kg小于24 5使用壽命(吸附率降至80%時/年大于1.5小于1吸附裝置小大自動化程度全自動大部分為手動投資回收期/年1較長時間顯而易見,采用活性炭纖維比顆粒活性炭吸附環(huán)己烷優(yōu)越得多。因此本設計選擇活性炭纖維作為吸附劑。5結語回收廢氣中環(huán)己烷處理裝置經過2年多的運行,狀況一直良好,環(huán)己烷的吸附效率始終保持在99%以上,大大改善了大氣環(huán)境。本裝置是使用活性炭纖維吸附(ACF的方法,回收尾氣中的環(huán)己烷。該部分尾氣中環(huán)己烷含量(為2% 2.5%。若進行回收,每小時可回收環(huán)己烷9.9kg,一年就可回收環(huán)己烷79.2t,若按目前每噸市場售價8500元,回收環(huán)己烷含稅價格67.32萬元/年,除去運行費用和設備折舊,每年凈收益將達35.4萬元。由此可見,采用活性炭纖維吸附對尾氣中環(huán)己烷加以回收,既保護環(huán)