聚乙烯催化剂溶剂回收吸附解吸技术研究

聚乙烯催化剂溶剂回收吸附解吸技术研究

唐银山

兰州助剂厂有限责任公司，甘肃 兰州 730070

摘要：如果聚乙烯催化剂制备过程中产生的废气中含有低浓度有机溶剂和高浓度回收后的尾气，则异戊烷、戊烷、四氢呋喃、甲苯4种溶剂使用不同类型的活性炭。在选择了性能好的活性炭后，对所建模试的测试装置进行了验证。结果表明，椰壳活性炭吸附性能良好。椰子壳活性碳中四氢呋喃、戊烷、异戊烷的脱附率可超过90%，而热氮气吹扫中甲苯的溶解度可超过85%在150℃、空速6000h-1。此外，催化剂的制备工艺通常是釜式间歇操作，产生多组分、高浓度和间歇排放尾气特性。

关键词：四氢呋喃；异戊烷；戊烷；甲苯；解吸

引言

一种在制备尾气中有机含量最大600g/m3的常规催化剂材料时温度至少为-10℃，压力至少为0.1MPa的VOCs回收方法。这部分废气可以直接排放到焚烧炉中进行热回收。尽管焚烧可以达到废气排放标准，但大量昂贵的溶剂无法回收，造成浪费。因此，需要开发溶剂回收技术。溶剂废气的处理因声音浓度、气体流量和气体成分而异。前端回收性处理方法主要包括吸收法、膜分离法和压缩冷凝法，对于低尾气，通常采用吸附法使吸附废气达到排放标准。对于VOCs浓度较高的废气，通常采用几种处理方法。一方面回收溶剂，另一方面保护环境免受废气污染。

1 试验部分

1.1 主要试验材料和仪器

四氢呋喃(纯、异戊烷)纯、甲苯的分析纯吸附试验中采用的活性炭类型为颗粒活性炭，φ3mm×10mm；椰壳活性炭，1.5-3mm(5-10目)，杏壳活性炭，1.5-3mm5-10目，蜂窝状活性炭，GLWZ-15型干式螺杆真空泵，抽气15L/s功率为2.2 kW；DL-2020型低温恒温水箱、THD-3010型低温恒温水箱、7890A型气相色谱仪、色谱柱均采用DB-1 HT高温柱、FID检测仪。使用氮气作为稀释气体，注入一定量的注射器溶剂采用100 mL注射器，通过辅助溶剂热风风机气化。用外标法绘制标准曲线。S-4800型扫描电镜、1862型自动吸附仪、THX-08型超恒温储罐、DZF-6050型真空干燥箱。

1.2 吸附试验过程

吸附温度由外循环恒温浴控制，吸附废气由外循环恒温浴中的气相色谱分析。吸附柱规范为φ10mm×200mm(12ml)，顶底被棉堵，操作温度由外循环超恒温水浴控制。活性碳预处理:活性碳装入前应在夜间110℃处储存，然后放入真空干燥箱，以便在室温下冷却。穿透曲线的确定:在一定的空气速度和总气体浓度下，对不同类型的活性碳进行穿透曲线，即通过比较总气体溶剂和净化气体溶剂的浓度与CT/C0绘图时间来确定穿透点。方法试验:分别检查空气速度、活性炭类型和溶剂类型，观察浸润曲线的变化。

1.3 脱附试验方法

氮气作为载气，用流量计测量，进入u形金属管。将u形金属管置于恒温油浴中。u形管另一侧的管段设有由棉花支撑的饱和吸附床。氮气经u悬挂管和油浴加热到同等温度后，进入紊乱床，从边界分离溶剂，定期对美国管道出口溶剂浓度进行取样分析。分离试验用于对四种溶剂进行分析，重点是椰子壳活性炭的分离性能；脱胶速度和脱胶温度的优化，并与蜂窝煤和杏壳活性炭整体的溶剂脱胶相比较。在排气速度选择中，对空气速度4000、6000、8000h-1三种吸附条件进行了试验，并参照120~160℃对除湿温度进行了研究。溶剂的解吸曲线是通过在u形管出口气流中绘制CT溶剂浓度与t时间之间的关系曲线来获得的。

1.4 中压氮气减压后进入缓冲罐

气体分为两条路径:一条通过通道进入缓冲罐，另一条进入恒温箱控制的溶剂生成器。含溶剂发生器VOCs气体进入缓冲罐，并在进入膜分离器之前与次级通道氮气混合。薄膜后面的真空泵作用下，含VOCs的气体集中，恒温器控制的冷凝器后，气体相进入缓冲罐，液体相回收。

2 结果与讨论

2.1 活性炭表征

(1)表征SEM。活性碳的吸附能力取决于两个方面:其孔隙结构，例如孔径和特定表面；一是活性炭表面分子结构，如表面功能组的类型和内容。此外，吸附能力也与温度有关这与吸附材料的分子结构有关，根据活性碳开口IUPAC分类，大孔大于50nm，平均孔为2~50nm，微孔小于2nm，微孔在有机溶剂分子吸附中起着主要作用。用扫描镜表示了五种活煤的微观结构。结果表明，椰壳活性炭具有多孔结构；与杏壳活性炭相比，生物圈活性炭中的微孔总数显着增加；椰子壳活性炭有更多的微孔，微孔相互连接，孔结构更加发达；杏仁核活性炭不仅微孔大，而且微孔小，大孔的孔结构不规则；活性炭纤维表面是一种波纹凸结构，纤维段中有微小的孔。(2)活性炭的物理化学性质。对五种活性炭的物理化学性能进行了自动吸附试验。（结果见表1）

表1 5种活性炭的理化性能

表1所示，平均孔径数据显示，椰壳活性炭的最小直径为1.71nm，但与杏壳活性炭和活性炭纤维没有区别；蜂窝平均活性碳孔径为2.53nm；颗粒活性炭的平均孔径最高，可达3.12nm。

2.2 脱附试验

脱附温度的影响。椰壳壳活性碳中异戊烷、戊烷、四氢呋喃、甲苯的脱附温度不同于其他三种溶剂，因为甲苯的沸点较高，达到110.6℃。当吸附床在甲苯沸点加热时，甲苯会大量脱附，相比之下，异戊烷、戊烷、四氢呋喃的沸点分别为27.8，36.1，66℃，吸附剂可快速加热至溶剂的沸点，因此在脱附曲线上几乎看不到加热过程。分析温度对四种溶剂的解吸效果，其基本规则是解吸温度越高，溶剂的初始解吸浓度越高。在150℃时，

2.3 种溶剂在不同温度下的焦炭溶解率变化

如表2所示，四种溶剂在椰壳活性炭中的溶解度随着温度升高而逐步提高，但尚未达到100%。虽然异戊二烯的沸点仅为27.8℃，但溶解速率在150℃时只能达到98%。这是因为椰壳活性炭结构良好，内部有许多相互连接的孔。一些孔隙被溶剂分子占据，不能脱附，这部分吸附活动消失。

表2不同温度下4种溶剂在椰壳活性炭中的脱附率

3 结束语

活性炭的微观结构在吸附性能方面起着重要作用。微孔在吸附有机溶剂方面起着决定性作用。平均孔径越小吸附效果越大。在试验活性碳中，椰壳活性炭的平均最小孔径为1.71nm。椰壳活性炭在溶剂中的渗透时间最长，吸附能力最高。椰壳活性炭中四氢呋喃、戊烷、异戊烷的溶解度可超过90%，甲苯的溶解度可超过85%，条件是150℃的热氮经净化后再生，热氮气吹扫率为6000h-1。对不同活性碳溶解作用的比较试验表明，椰壳活性碳溶剂的浓度远远高于杏壳活性炭浓度，它是去除溶剂的理想吸附剂，吸附是一种有效的挥发性有机化合物最终处理技术，广泛应用于有机溶剂回收和恶臭气体处理领域。对于高浓度有机溶剂废气，高浓度有机溶剂尾气回收趋势是采用压缩冷凝、膜分离、吸收和吸附技术，以充分利用各自的优势。

参考文献：

[1]何璋.吸附浓缩-催化燃烧法处理有机废气[J].环境工程,2019,15(4):34-36.

[2]杨帆科.储运油泥处理过程中VOC处置技术研究[J].广州化工,2019,41(14):114-116.