變壓吸附氣體分離技術(shù)的新應(yīng)用
摘要：主要介紹了變壓吸附氣體分離技術(shù)治理PVC分餾尾氣并回收其中有效組分的新工藝。此工藝相較傳統(tǒng)處理方法具有回收率高，自動(dòng)化程度高，尾氣排放達(dá)標(biāo)，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)點(diǎn)。在太原化工股份有限公司聚氛乙烯裝置上實(shí)際運(yùn)行，氯乙烯、乙炔回收率大于99.9%，尾氣排放氯乙烯含量不大于36 mg/m3，乙炔含量小于150 mg/m3，裝置運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞：變壓吸附，氣體，分離，聚氛乙烯，分餾尾氣，凈化回收
在電石法生產(chǎn)PVC的過(guò)程中，分餾尾氣經(jīng)尾氣冷凝器采用-35℃冷凍鹽水冷凝后，排放的尾氣中仍含有10%左右的氯乙烯、2.5%左右的乙炔。此尾氣直接排放大氣，不僅造成浪費(fèi)，PVC生產(chǎn)成本升高，而且造成環(huán)境污染，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不符合日趨規(guī)范、嚴(yán)格的環(huán)保要求。目前國(guó)內(nèi)治理此股氣體的方法有活性炭吸附法、碳纖維吸附法、二氯乙烷吸收法、膜分離法［1］等，但所有經(jīng)這些方法處理后排放的尾氣仍含有1.0%一2.0%的氯乙烯，且對(duì)乙炔不回收，因而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氯乙烯成36 mg/m3，乙炔(烴類(lèi))≤150 mg/m3的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
目前我國(guó)各大小電石法生產(chǎn)PVC的廠家長(zhǎng)期以來(lái)多采用活性炭或活性碳纖維吸附法對(duì)尾氣進(jìn)行處理，再生采用蒸汽加熱的熱吹解吸方式。此法存在較大的缺點(diǎn)是能耗大、回收率較低(80%左右)，排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)規(guī)定值。并且對(duì)設(shè)備加工要求較高，尤其是活性炭或活性碳纖維本身機(jī)械強(qiáng)度低這一特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)頻繁的熱蒸汽吹掃極其容易粉化。粉化后與蒸汽中的水結(jié)合形成不易被清除的漿狀污垢，一般使用周期在3個(gè)月左右，而且填料更換非常頻繁。因此各生產(chǎn)廠家、科研機(jī)構(gòu)一直在探求解決聚氯乙烯分餾尾氣的治理、回收。
四川天一股份有限公司變壓吸附分離工程研究所長(zhǎng)期在氣體的分離、凈化、提純的領(lǐng)域上擁有著雄厚、成熟的技術(shù)實(shí)力圖，近年來(lái)對(duì)聚氯乙烯分餾尾氣的凈化和回收問(wèn)題備表關(guān)注。經(jīng)過(guò)努力探索，以可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，針對(duì)聚氯乙烯分餾尾氣的治理，同太原化工股份有限公司氯堿分公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)并確定了治理PVC分餾尾氣的變壓吸附新工藝，并配套研究開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)用吸附劑。此工藝從2002年3月開(kāi)始在太原化工廠聚氯乙烯裝置上進(jìn)行在線測(cè)試和小試，歷經(jīng)兩個(gè)多月，取得了良好的效果，在太原化工廠80 kt PVC/年二期技改時(shí)采用了此種新工藝。2004年4月經(jīng)過(guò)工業(yè)化試運(yùn)行，取得了圓滿的效果，其排放尾氣中的氯乙烯、乙炔達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，氯乙烯的回收率妻99.9%解決了國(guó)內(nèi)同行業(yè)的一大環(huán)保難題。
1 工藝原理
變壓吸附技術(shù)是以吸附劑(多孔固體物質(zhì))內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點(diǎn)組分、不易吸附低沸點(diǎn)組分和高壓下吸附組分的吸附量增加、減壓下吸附量減小的特性。這種在壓力下吸附、減壓下解吸的循環(huán)過(guò)程就是變壓吸附工藝過(guò)程。
主要是以比表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，并且利用吸附劑在高壓下易吸附高沸點(diǎn)組分(氯乙烯、乙炔)，不易吸附低沸點(diǎn)組分(N2、H2等)和高壓下被吸附組分吸附容量增加，低壓下被吸附組分吸附容量減小的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)分離。
聚氯乙烯分餾尾氣中氯乙烯、乙炔等在專(zhuān)用吸附劑上是吸附能力較強(qiáng)的組分，其余的N2、H2等為弱吸附組分。富含氯乙烯的尾氣在一定壓力下通過(guò)專(zhuān)用吸附劑床層時(shí)，尾氣中的高沸點(diǎn)物質(zhì)氯乙烯、乙炔等要回收的組分被專(zhuān)用吸附劑床層選擇性吸附；低沸點(diǎn)組分氮?dú)、氧氣、氫氣等由吸附塔出口輸出。然后在減壓下解吸被吸附的氯乙烯、乙炔組分，并回收解吸氣(氯乙烯、乙炔幾乎被完全回收)，同時(shí)使吸附劑獲得再生，以利于下一次再吸附分離，繼而形成連續(xù)、穩(wěn)定的循環(huán)操作，整個(gè)工藝過(guò)程可近似看做等溫吸附過(guò)程。
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