有机溶剂废气回收装置简介

1、有机溶剂废气回收装置简介关键词:有机溶剂；活性炭；脱附、吸附；回收装0有机溶剂废气回收装置设计及应用2007年10月25日摘要：简要介绍了有机溶剂废气回收装置的应 用前景、活性炭的应用特点及存在的问题、 纺织 涂层的市场概况，并探讨了废气回收装置设计要 点。引言印染、医药、化学纤维、印刷、涂料、涂胶、塑料、 感光材料、合成橡胶以及许多石油化工产品和焦化 产品的生产使用过程中，都会产生大量的有机废气。 本装置采用全自动控制有机废气的回收技术，在使 用过程中日臻成熟和完善，目前已有良好的技术性 能和广阔的应用市场。对工业生产所排出的废气进 行吸附，既达到废气中的资源再生，又使得生产废 气得以达标排

2、放，回收后得到的溶剂可以重复使用。 一般8个月至1年即可收回设备投资，得到政府和 用户的极大欢迎。因此该技术利国利民，既有效控 制了废气的排放，达到清洁环保生产的目的，又使 宝贵资源得以循环利用，而且可以给用户带来可观的经济效益。有机废气直接排放到大气中对人体以 及大气环境均会产生不良的影响。几乎所有的有机溶剂都是石油类衍生产品，生产、合成有机溶剂需 要消耗能源与石油原料。随着石油价格的上浮，各 种有机溶剂的价格也必然随之上涨。采取合理的技 术方法与手段废气中回收有机溶剂，并使其重复利 用已是国际社会关注的重要课题。以美国为例，目 前与有机废气处理相关产业的产品年销售收入在40亿美元左右，并且

3、以每年5%的速度递增。中国与有 机废气处理相关产业的市场规模不亚于欧美国家， 在有机废气有效回收利用的技术与手段上，则一直 以来相对滞后。近年来，随着我国工业的高速发展， 使用有机溶剂的种类也越来越多。以丙酮为首的各 种溶剂，如甲苯、二甲苯等芳香族溶剂，醇类、酯 类以及甲基乙基甲酮（MEK），异丁基甲基甲酮（MIBK ）等溶剂，在合成纤维与合成树脂工业、 印刷业、纸加工业等领域中大量地使用着。同时， 各种产业部门还大量地使用着其它各种溶剂。如氟 烃类及氯烃类有机化合物，用于进行金属的脱脂洗 涤及精密机器制造业中的基盘类洗涤；环已烯酮用 于磁记录媒体的制造；二氯甲烷用于制造摄影胶片 等。防止这些

4、溶剂在使用过程中蒸发飞散，进行回 收及无害化处理，从节约资源、降低生产成本或者 改善劳动卫生条件、保护地球环境方面来看，是必 不可少的工作。在碳氢化合物的排放规定中，有机溶剂在排气 中的浓度，大体上都是在50100ppm （体积）以下 最近，从保护全球规模的环境出发，正在研究重新 认识有害物质与对其规定加以强化的问题。有机溶剂气体的回收装置或者进行无害化处 理的装置，是根据相应的规定设计制造的。在规定 的各种基准中，最初就有了作业环境基准。它从劳 动安全的立场出发，规定了处理有机溶剂及有害物 质的工厂、事业场所，必须遵守的空气中的有机溶 剂及有害物质浓度。排气中所含的有机溶剂，大多是在涂布、蒸

5、汽及干 燥等工序中挥发到空气中的。除了不燃性的溶剂以 外，由于受爆炸界限浓度的限制，通常排出时的浓 度都在几千ppm （体积）以下。1 活性炭（1）活性炭的性能活性炭对有机溶剂具有很强的亲和性，即 使有水分存在，吸附效率下降的也不大，而且化 学性质稳定，在有机溶剂的吸附中应用的很多。一般地由于价廉，回收溶剂中常用颗粒活性炭。 此外，纤维活性炭具有较好的性能，生产使用中 能耗低，有机溶剂的回收率较高，设备体积较小, 维修方便，应是最优选择。附表1 颗粒活性炭一纤维活性炭吸附-回 收工艺比较（处理等量有机废气）工艺类型颗粒活性炭工艺纤维活性炭工艺装置总重量重较轻装置体积大较小吸附风压较大较小吸附床

6、风阻大小解吸1Kg有机溶452剂需用蒸汽量-Kg冷却冷却量小，吸附时对床层冷量大有时不需要却需要不需热风干燥吸附剂有效使用 1要25寿命/a较长30 40mi n运行周期（吸附一自动解吸）全自动高运行方式较低50%运行费用60%可达90%有机溶剂回收率较长1年左右投资回收期活性炭的吸附性能由孔隙大小与比表面积 决定。可以认为，孔隙的大小决定对吸附物质的 选择性，而比表面积的大小则决定了吸附容量。 活性炭的特点是比表面积比孔容积大， 单位重量 的吸附量也大。比表面积通常按照 BET（BrunauerEmmett Teller ）方程式，求出吸附 等温线上的单分子层吸附量，从吸附分子的截面 积确定

7、比表面积的方法求得。在温度一定的条件下，表示吸附成分（吸附 质）的气体浓度或压力（严格地说是在吸附质单 一成分体系中的压力）与单位质量吸附剂的吸附 量之间关系的曲线是吸附等温线。无论是对吸附 剂进行比较，还是在实际使用中，吸附等温线都 是分析比较的依据。（2）活性炭的选用吸附材料的性能，直接影响到处理装置的投 资和运行成本。工业上对吸附材料的要求是必须 有大的比表面积（注意：应为有效比表面积）、 高的孔隙率、均匀的孔径，而且要求脱附后的残 留量尽可能地少。在选择确定活性炭的场合，活 性炭对要回收的溶剂的平衡吸附特性当然是很 重要的因素。此外，活性炭具有的粒度大小、着 火点、强热残分、pH值、孔

8、径及比表面积等各 种性质，能够在实际使用的气体浓度、湿度、温 度及压力等条件下，最有效地发挥吸附能力也是 很重要。关于吸附性能，最重要的是孔径的大小 及其分布，要选择所具有的孔径适合于目的物质 的活性炭。但是，实际上要回收的溶剂很少为单 一组分，通常是混合溶剂，含有从低佛点成分到 高沸点成分的多种有机物质。因此，有些装置可 以使用具有一定比例的微孔、中间孔及大孔的活 性炭，也可以在吸附槽催化性活性炭在其所吸附 的溶剂成分的脱附操作中被加热时，一般地氧 化、分解、聚合等化学反应具有催化作用。这种 溶剂的氧化、分解产物，有时会导致回收溶剂的 质量下降。即酮类、酯类及醇类等比较容易发生 反应的溶剂，

9、在回收过程中容易发生化学变化。 而且，当溶剂是有机卤化物时，分解时生成的少 量的酸及卤素还会腐蚀吸附槽的材料。（3）活性炭的劣化作为活性炭在使用过程中吸附性能下降的原因， 可以认为有如下几点：吸附气体中所含有的微量 高分子物质或聚合性物质，在活性炭中的聚积； 从脱附用水蒸气中混入的杂质；以及由吸附的溶 剂所生成的高分子物质在活性炭中的蓄积等。 特 别是在目的吸附物质通过氧化、 分解、聚合等化 学反应，而生成在通常的脱附操作中不能除去的 那些高沸点物质的场合，由于在活性炭的内部也 生成这些物质，有时会导致吸附装置的性能急剧 下降。（4）活性炭层的发热溶剂回收中所发生的灾害性事故主要是活性炭 着火

10、。可以认为，大部分着火事故是由于活性炭 对溶剂的吸附热或者是溶剂的氧化反应产生的 反应热在活性炭层中蓄积，由异常升温而导致自 然着火所引起的。活性炭是多孔性结构，导热性 差，容易引起局部蓄热。在正常条件下的操作中， 吸附所产生的热量与吸附气体的放热处于平衡 状态。但当吸附的溶剂发生氧化、分解时，该平 衡遭到破坏，便进一步的加速了氧化、分解反应 的进行，最终导致温度的异常上升。（5）吸附溶剂的脱附可以说有机溶剂的脱附效果，直接决定了回收装 置的回收率。要让所吸附的溶剂完全脱附将增加 水蒸气的消耗量，提高回收成本；而控制水蒸气 数量时，残留的溶剂量增加，活性炭的有效吸附 量减少。在脱附后有干燥工序

11、的场合，导致溶剂 的逸散，出现回收率下降、排气中溶剂的浓度上 升等问题。一般在脱附高沸点溶剂时，需要大量 的脱附用水蒸气。不仅提高了脱附成本，而且由 于溶剂与水的相互溶解性，增加了后续精制工序 的成本。(6)在润湿状态下的吸附性能 在活性炭含有水分或者流通的气体湿润的场合， 活性炭对有机溶剂的吸附率一般将下降。但是， 通过使用在润湿状态下也能维持相当的吸附能 力的活性炭，便能够在至今不适于进行回收的条 件下，仍然可以用来进行回收，而且还能节省水 蒸气的用量。特别是在由于氧化、分解有可能发 热的溶剂回收的场合，通过对吸附气体进行加湿 处理，可以抑制活性炭层的温度升高， 抑制反应 的发生，防止着火

12、。回收酮类溶剂的场合，这一 点成为选择活性炭的重要条件。干燥的活性炭与 湿润的活性炭吸附丙酮时的穿透曲线。穿透时间 也是活性炭吸附容量的指标之一。由此可见水分 对吸附带的性状产生的影响。2溶剂回收中的一些问题(1)节能 使用水蒸气进行脱附的方法，是使用活性炭回收 溶剂中最常用的一种方法。在大规模的溶剂回收 设备中，水蒸气的用量很大。特别是回收高沸点 溶剂及酮类溶剂的场合，由于安全方面的原因， 使用大量的水蒸气。尽量减少水蒸气的用量，也 是有机溶剂回收装置结构设计的重点。(2)回收溶剂的质量由活性炭回收的溶剂中，往往会混入一些杂质。 混入的杂质有两种类型，一种是要回收的溶剂， 在活性炭上部分性地

13、受到氧化、聚合或者水解作 用后，混入回收液中；另一种是在使用溶剂的生 产过程中，所添加的物质或者其分解、聚合的产 物，与溶剂蒸气一同进入所回收的溶剂中。 从使 用溶剂的生产工段排出的含有溶剂的气体中，往往含有微量的高沸点物质。这些物质可能导致回 收的溶剂质量下降，同时也是造成活性炭劣化的 原因。因此要预先研究好对策。3目前国内有机溶剂回收装置的设备概况 现阶段在国家环保政策的界定下，全国各地诸多 行业已有不少有机溶剂回收设备投入使用。实例1:纺织印染涂层工艺甲苯废气回收装置实例2实例3实例4以上实例效果均欠理想，卧式罐（吸附床为颗粒 活性炭）有机溶剂稳定回收率 50%60% ;立式 罐（吸附床

14、为纤维活性炭）有机溶剂稳定回收率 30%70%，急待改进。纺织涂层行业的市场概况国内大量使用有机溶剂进行工业生产的行业很 多，尤其纺织涂层行业有机溶剂用量很大。在布 匹涂胶的生产过程，大量使用有机溶剂一甲苯调 胶，全国同行业甲苯使用量数十万吨 /年。一些 纺织涂层工厂密集的地区，环境污染严重，在国 家和地方政府政策、法规的规范下，不得不仓促 使用一些性能不佳的有机溶剂回收装置。 由于吸 附回收的再生甲苯，品质下降不多，可以直接投 入生产线。加上国际市场石油价格一再上涨， 长 期运营在高价位，导致石油的衍生产品一甲苯， 价格暴涨，近期的价格应在万元/吨以上。社会 的环保意识，政府的环保法规，工厂

15、生产成本的 合力挤压，都在催生对创新、高效、理想的有机 溶剂回收装置的需求。中国的有机废气排放总量 相当惊人，有机废气处理相关产业发展迅速。有 机溶剂吸附、脱附回收工艺的日渐成熟，有机溶 剂吸附脱附回收装置的发展前景良好 有机溶剂回收装置的设计要点（1） 应将防爆性能置于首位。（2） 系统的风阻要尽可能小。（3） 系统的吸附床（罐）结构合理；吸附、脱 附性能要好；能耗低；便于维修；结构简洁。（4） 系统应能长期（数年）运行。5有机溶剂回收装置的设计 有机溶剂回收装置工作原理基本相同。 但是不同 类型的有机溶剂一回收装置略有不同。有机溶剂吸附回收工 艺流程图吸附罐I 吸附罐JL JL废气排放废气

16、 粗滤 装置表冷器废气污水冷凝器分层器(1)纺织涂层一甲苯回收的工艺流程图1(预处理装置滤床使用颗粒活性炭；吸附罐滤床使用纤维活性炭)说明：预处理使用颗粒活性炭吸附罐使用纤维活性炭涂层机生产运行后产出的有机废气经风管 进入本系统，废气温度7090 C,废气中有机溶 剂一甲苯的浓度达10007000 mg/m3,并含有少 量架桥剂、硅油、细碎纤维、尘埃等物质，有机 废气经粗滤装置，除去固态物质，通过表冷器废 气温度可降至30C。由主风机提供系统废气传 送动力，再经预处理装置去除架桥剂、硅油等液 态物质进入吸附罐，有机溶剂被纤维活性炭捕 集、吸附并浓缩，净化的空气从罐体上部排入大 吸附罐_JL主风

17、机r r蒸气有机溶剂冷却水去冷却塔气。当活性炭吸附有机物达到饱和状态后，停止 吸入有机废气，利用有机溶剂物理性质送入蒸汽 进行吹脱，将有机溶剂自活性炭中驱出。即所谓 低温（28C-35C）吸附，高温（100C-130C） 解吸。解吸后，由于纤维活性炭床体积较小，余 温及余留蒸汽影响不大，在低温（约 30C）废 气作用下，罐中活性炭迅速恢复其活性。吸附罐 的工作程序：两吸（约30分钟）一脱（约15分 钟），顺序循环进行。系统中冷凝器及表冷器的 降温冷水，由冷却塔提供。有机溶剂回收：利用有机溶剂露点温度较高的 特点，将蒸汽和有机溶剂的混合物引入冷凝器， 使其冷凝，冷凝液进入分离器，利用溶剂比水轻

18、的特点，分离回收。本系统在PLC的控制下，全自动运行。（2）实例：纺织涂层一甲苯回收装置的设 计设计有关数据：处理有机废气-风量5000m 3/h进入系统有机废气的温度50 C -80 C（为了保证降温效果，取高值）通过活性炭床有机废气的温度 35 C（温度低，吸附效果好）通过活性炭床风速0.15m/S-0.3m/S （工程设计经验值，取值低风阻以指数减小） 有机废气吸附床层渡越时间0.5S-1S（经验值，取值大达标排放、吸附效果好）废气一甲苯浓度（允许最大值）6000 mg/m3 （实际运行的设备上，可达此浓度）活性炭纤维有机溶剂一甲苯的饱和吸附率 20%-30% （取低值，以保证长期稳定运

19、行） 废气通风管道的风速应较低（10m/S左右），以 避免高速气流的静电效应，造成安全隐患。依甲苯回收工艺流程，系统由风管闸阀、粗滤 及表冷器、主风机、预处理罐、吸附罐、冷凝器、 分离器、自动控制系统等部分组成。设计的重点和难点一吸附罐，回收系统 的核心装置，系统设计的关键。吸附罐的设计：由工程实践经验，选定回收系 统方案为两吸附罐结构。一吸一脱，每 30分钟 切换，交替运行。单罐甲苯吸附量/30分钟（6000 m/m3*5000m3 ） /2=15 kg单吸附罐纤维炭的使用量15 kg/20%=75 kg纤维活性炭过风截面不小于5000mV3600S/ ( 0.15m/S)=9.26 m2工

20、程上为了尽量加大纤维活性炭床过风截面， 降低回收装置的造价，确定为每单罐、内挂四圆 柱体通风结构。便于加工制造。图2纤维活性炭床示意图选定结构的纤维活性炭床通风面积0.4*3.14*2.3*4=11.5552 m选定结构的纤维活性炭床通风速度(5000/3600 ) /11.5552 0.12m/S选定结构的纤维活性炭床废气渡越时间(0.65-0.40 ) /2/0.12 1S选定结构的纤维活性炭床通风速度低， 风阻 小，废气渡越时间达到要求。经过估算，单吸附罐纤维活性炭的使用量， 略高于计算值75畑。实际工程用量约 为 90 kgo注意，上列计算，为设定吸附罐的活性炭床 工作在理想状态下的结

21、果。即吸附罐体 结构，应能保证活性炭床的吸附体匀压 吸附，避免因吸附风压的不均匀，造成 吸附床局部的穿透效应。图 3 优选的溶剂回收吸附罐体结构示意图排风口进风口四具纤维吸附炭（圆柱体）床对称地悬 挂在吸附罐体内。吸附罐下部，为废气进风通道，设置有进风盖板 阀。同时起到通风动压、静压过渡转换一即由进风口的高风速（动压高、静压低）迅即转换为低 风速（动压低、静压高）。以便吸附床在（动压 低、静压高）近似静压的状态下，均衡通风、均 匀吸附。尽量避免吸附床的局部遭到高动压废气的冲刷，形成吸附床的局部提前吸附饱和， 造成废气吸附的局部穿透吸附罐下部，还是纤维活性炭床饱和脱附解吸 汽、混合（水-甲苯等）冷凝液回收通道。吸附罐的上部，设置排