1、吸附工艺在化工厂的应用与研究叶李艺 徐伟达摘要: 化工厂生产企业在原材料装卸、储存、树脂生产、包装过程中，难免与空气接触，挥发性较大的材料就好散发到空气中，导致环境污染，缩聚废水在生化处理中难免出现跑冒滴漏，因此吸附工艺在合成树脂厂的运用就显得很重要，本文通过合成树脂生产中几个环节结合活性炭等吸附剂的应用进行研究。关键字 ：吸附 吸附原理 吸附工艺应用 合成树脂 活性炭吸附 在经济发展带动下，近年来化工企业不断增加，化工企业在生产经营过程中由于企业排放机制不健全，再加之环保企业的监管不利等原因，化工企业的大量工业废气都未经处理排人空气中，严重污染了大气的质量，全球气候变暖与大气的污染有着直接的
2、关系。大气质量的下降，直接危及人们的健康，同时也给经济带来了较严重的影响。所以加大对有机废气的处理力度，提高有机废气的处理技术将具有极其重要的意义。在对有机废气的处理上已经形成了较为科学的控制技术，并取得较好的成效。进入大气中的有机污染物越来越多，主要是低沸点的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)，即在常温下饱和蒸气压大于 71 Pa 或常压下沸点低于 260 的有机化合物；也有将常压下沸点低于 100 或在 25时饱和蒸气压大于 133 Pa 的有机化合物称为 VOC。VOC 主要来源于石油化工、制药、印刷、造纸、涂料装饰、表面防腐、交通运输、金属
3、电镀和纺织等行业排放的废气，包括各种烃类、卤代烃类、醇类、酮类、醛类、醚类、酸类和胺类等。这些污染物的排放不仅造成了资源的极大浪费，且严重污染了环境。VOC 通过呼吸道和皮肤进入人体后，对人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性或永久性损伤，尤其是苯类等多环芳烃能使人体致癌。废气处理指的是针对工业场所、工厂车间产生的废气在对外排放前进行预处理，以达到国家废气对外排放的标准的工作。一般废气处理包括了有机废气处理、粉尘废气处理、酸碱废气处理、异味废气处理和空气杀菌消毒净化等方面。废气处理有五大要素：一要看是否是工业场所适用。废气处理要区别民用场所空气净化。工业废气处理要能有效去除工厂车间产生的入
4、苯、甲苯、二甲苯，醋酸乙酯，丙酮丁酮，乙醇，丙烯酸，甲醛等有机废气，硫化氢，二氧化硫，氨等酸碱废气处理。工业废气处理普遍应用于化工厂，电子厂，印刷厂，喷漆车间，涂装厂，食品厂，橡胶厂，涂料厂，石化行业等产生粉尘，异味，烟尘等场所。一、吸附应用在生产和科学研究上，常利用吸附和解吸作用来干燥某种气体或分离，提纯物质。常见的吸附剂有活性炭，硅胶，活性氧化铝，硅藻土等。电解质溶液中生成的许多沉淀，如氢氧化铝，氢氧化铁，氯化银等也具有吸附能力，它们能吸附电解质溶液中的许多离子。吸附作用可以使反应物在吸附剂表面浓集，因而提高化学反应速度。同时由于吸附作用，反应物分子内部的化学键被减弱，从而降低了反应的活化
5、能，使化学反应速度加快。因此吸附剂在某些化学反应中可作催化剂。吸附操作中，吸附质在流体中的平衡浓度通常很小，吸附分离可以进行得十分完全。但由于固体吸附剂在输送、计量和控制等方面比较困难，所以仅宜于用来分离吸附质浓度很低的流体混合物。此外，也可以作为其他传质分离操作的补充，以达到组分十分完全分离的目的。对于组分挥发度很接近的料液，当精馏难以实现分离时，用吸附分离可能会经济些。活性炭吸附的实质是利用活性炭吸附的特性把低浓度大风量废气中的有机溶剂吸附到活性炭中并浓缩，经活性炭吸附净化后的气体直接排空，其实质是一个吸附浓缩的过程。并没有把有机溶剂处理掉。是一个物理过程。催化燃烧脱附的实质是利用催化燃烧
6、的热空气加热活性炭中被吸附的有机溶剂，使之达到溶剂的沸点，使有机溶剂从活性炭中脱附出来，并且把这高浓度的废气引入到催化燃烧反应器中。在250的催化起燃温度下，通过催化剂的作用进行氧化反应转化为无害的水和二气化碳排入大气。是一个化学反应过程。并非明火的燃烧，且能彻底解决脱附时的二次污染。活性炭吸附催化燃烧脱附是把以上两者的优点有效地结合起来。即先利用活性炭进行吸附浓缩，当活性炭吸附达到饱和时，利用电加热启动催化燃烧设备，并利用热空气局部加热活性炭吸附床，当催化燃烧反应床加热到250，活性炭吸附床局部达到60110时，从吸附床解吸出来的高浓度废气就可以在催化反应床中进行氧化反应。反应后的高温气体经
7、换热器的换热，换热后的气体一部分回用送入活性炭吸附床进行脱附，另一部分排入大气。脱附出来的废气经换热器换热后温度迅速提高了。这样能使催化燃烧装置及脱附达到小功率或无功率运行。目前，工业上吸附的主要用途有：气体和液体的深度干燥；食品、药品、有机石油产品的脱色、脱臭；有机异构物（如混合二甲苯）的分离；空气分离以制取富氧空气；从废水或废气中除去有害的物质等。随着新型高效吸附剂的研究和工艺过程的开发，吸附操作必将愈来愈广泛地应用于各工业生产部门。二、吸附原理当液体或气体混合物与吸附剂长时间充分接触后，系统达到平衡，吸附质的平衡吸附量（单位质量吸附剂在达到吸附平衡时所吸附的吸附质量） ，首先取决于吸附剂
8、的化学组成和物理结构，同时与系统的温度和压力以及该组分和其他组分的浓度或分压有关。对于只含一种吸附质的混合物，在一定温度下吸附质的平衡吸附量与其浓度或分压间的函数关系的图线，称为吸附等温线。对于压力不太高的气体混合物，惰性组分对吸附等温线基本无影响；而液体混合物的溶剂通常对吸附等温线有影响。同一体系的吸附等温线随温度而改变。温度愈高，平衡吸附量愈小。当混合物中含有几种吸附质时，各组分的平衡吸附量不同，被吸附的各组分浓度之比，一般不同于原混合物组成，即分离因子（见传质分离过程）不等于 1。吸附剂的选择性愈好,愈有利于吸附分离。分离只含一种吸附质的混合物时，过程最为简单。当原料中吸附质含量很低,而
9、平衡吸附量又相当大时,混合物与吸附剂一次接触就可使吸附质完全被吸附。吸附剂经脱附再生后循环使用，并同时得到吸附质产品。但是工业上经常遇到的一些情况，是混合物料中含有几种吸附质,或是吸附剂的选择性不高，平衡吸附量不大,若混合物与吸附剂仅进行一次接触就不能满足分离要求，或吸附剂用量太大时，须用多级的或微分接触的传质设备。吸附法是利用多孔性固体吸附剂处理流体混合物，使其中所含的一种或数种组分浓缩于固体表面上，以达到分离的目的。目前的常规吸附工艺大都是变温吸附工艺，操作时是在常压下将有机气体经吸附剂吸附浓缩后，采用一定手段(如升温、减压) 对吸附剂解吸，从而得到高浓度的有机气体，这些高浓度的有机气体可
10、通过冷凝或吸收工艺直接进行回收或经催化燃烧工艺完全分解。目前常用的吸附剂有颗粒活性炭、活性炭纤维、沸石分子筛和活性氧化铝等。由于吸附剂往往具有高的吸附选择性，因而分离效果较好，能脱除痕量物质；但吸附容量一般不高(约 400 mgg 以下)。吸附剂浸渍法是提高吸附剂吸附能力(容量)和选择性的一种有效方法。研究发现，浸渍活性炭对 VOC 的去除效果较好，且经过简单加热再生即可循环使用。吸附法适用于低浓度混合物的高效分离与回收(如含碳氢化合物废气的处理) 。吸附法目前已广泛应用于有机化工、石油化工和环境工程等领域，成为一种必不可少的化工工艺单元操作。吸附法有以下优点：基于吸附剂的高选择性，能处理其他
11、工艺难以分离的混合物，从而有效去除(回收)浓度很低的有害物质，无二次污染，净化效率高，操作方便，且能实现自动控制|。吸附法的不足之处是由于吸附容量受限，不适于处理高浓度有机气体。利用吸附法与其他净化方法的集成技术治理众多行业的有机废气，在国内得到了推广应用。随着吸附技术和工艺的快速发展和新型吸附剂的开发，吸附过程已成为一种重要的化工工艺单元过程，尤其在有机气体分离、净化和存储等方面得到越来越广泛的应用。3、活性炭在废气治理中的应用31 活性炭治理含 S02 废气，工业尾气中的 SO：是造成严重的酸雨污染的主要根源。活性炭可直接在废气排放条件下进行脱硫操作，并且吸附速度快、吸附容量大，无二次污染
12、，还可以回收硫资源。采用活性炭脱除废气中的 SO：是 20 世纪 70 年代以后发展起来的一项脱硫技术。它的脱硫机理为：S02 经过大、中孔最终吸附于活性炭的微孔中，当反应气氛中有氧气、水存在时，活性炭的催化性能较强，被吸附的 S02 可被进一步催化化为 SO。 ，最终溶于水形成 H2S04。当活性炭吸附饱和后，通常需要再生，脱出吸附的 SO2 和 H2S04，以恢复其活性。脱硫产物则以浓硫酸、硫磺等多种形式回收利用。在无水蒸气存在下，氧化反应动力学研究，发现 S02 在活性炭表面发生化学吸附，解离成为原子氧，这一机理被以后的研究者所采纳，并认为在水蒸气存在下这一机理仍然适用，反应速率将与水蒸
13、气浓度无关。对排气中 S02 气体的吸附状态进行了研究，发现水蒸气存在下 SO2 以物理吸附所占比例甚少，S02 氧化生成 S03，与水结合生成硫酸蓄积在活性炭中，每 1009 活性炭 S0。吸附量可达10309，是无水蒸汽存在时的几十倍。德国 Lurgi、日本日立以及中国科学院大连化学物理研究所在水洗再生的活性炭吸附烟气脱硫的方法应用上均已有了相当成熟的工艺。活性炭纤维(ACF)是继粉末活性炭和颗粒活性炭之后的第三代活性炭材料，其微孔结构独特，孔径均匀，吸附能力更强。已有许多学者对 ACF 烟气脱硫的改性方法及应用进行了研究。采用浸渍法制备的负载镁、钴、镍、锰等系列金属的粘胶基活性炭纤维，发
14、现其脱硫性能良好，并对影响脱硫性能的因素进行了研究；研究了采用不同浓度的硝酸溶液在不同的浸渍时间和真空处理温度下浸渍的聚丙烯腈基活性炭纤维对 SO2 的吸附，采用不同方法分析了影响聚丙烯腈基活性炭纤维吸附 SO2 的因素。32 活性炭脱除烟气中的氮氧化物活性炭对低浓度 NOx 有很高的吸附能力，其吸附量超过分子筛和硅胶。吸附过程中 NOx 与活性炭(AC)充分接触。33 活性炭治理有机化合物废气活性炭除具有非极性外，通过预处理，使活性炭界面具有一定的官能团而呈极性，可吸附有机物，其吸附容量大。特别是在有水蒸气存在的情况下，活性炭对有机物组分的吸附表现出了突出的选择性。活性炭纤维的出现，更显示了
15、活性炭用于吸附净化有机废气的优越性。用活性炭吸附法净化含有机废气时，其流程通常包括如下几部分。331 预处理，可用过滤装置预先除去进气中的固体颗粒物及液滴，这对较高温度废气还有降低进气温度的作用。对高浓度有机废气，预处理增加冷凝工序，可预先除去沸点高的组分。常采用水幕、喷淋、冲击式水浴或文丘里等洗涤装置进行冷凝预处理。332 吸附，通常采用 2-3 个固定床吸附器并联轮换操作。一般在常温下进行吸附操作，空塔气速为 02o6ms。333 吸附剂解吸再生，最常用的是水蒸气脱附法使活性炭再生。水蒸气温度 110-180，水蒸气解吸后吸附床层需用热净化气或热空气干燥再生。在吸附高沸点有机废气时，水蒸气
16、不能解吸高沸点有机废气，须用高温热空气或热烟气再生。334 溶剂回收，解吸后不溶于水的溶剂可与水分层，易于回收 f 水溶性溶剂由于水不能自然分层，需用蒸馏法回收。对处理量小的水溶性溶剂，设蒸馏工序不合理，可与水一起掺入煤炭中送锅炉烧掉。研制了蜂窝状活性炭，应用于大风量有机废气的治理设备中。通过蜂窝状活性炭的吸附浓缩作用，将大风量、低浓度的有机废气转换为小风、高浓度的有机废气，将其在催化燃烧床上转变成无害的 C02 和 H2O，并能保持稳定的自持燃烧状态。此套设备目前在国内获得了广泛应用。担载钯盐的活性炭，利用活性炭和载持物之间会形成络合物，这种络合物催化剂使催化活性大大增加，即使没有铜盐催化剂
17、的存在，烯烃的氧化反应也能催化进行，而且速度快，选择性高。【结语】随着科学技术的快速发展，近年来对有机废气的处理技术也得到了进一步的提高，但因工业发展速度较快，所以为了有效的处理好工业废气，减少对环境的污染，业内人士应在传统的处理技术上加以改进，从而提高其处理效率，同时加大对新技术的研究力度，使其尽快的在工业上得以迅速推广。此外，目前进行的活性炭新用途的研究，将不断开发出新的应用领域。如改性活性炭纤维、蜂窝状活性炭、碳纳米管等，不仅更符合实际需要，且具有更好的经济价值。蜂窝状活性炭基催化剂的制备及其应用正在成为新的研究热点。工业废气一般成分较为复杂，单纯的一种处理方法很难达到净化的效果，所以在
18、实际处理中，需要多种工艺相互配合使用，从而达到对有机废气处理的目的，从而保护我们所生存的环境，降低对健康的危害。【参考文献】1、蒋卉挥发性有机物的控制技术及其发展资源开发与市场，2006，22(4)：3163172、李湘凌，林岗，周元祥等复方液吸收法处理低浓度苯类废气合肥煤业大学学报，2002，25(5)：7947963、李守信，张文智，宋立民用活性炭纤维吸附回收废气中的苯化工环保，2003，23(4)：2292304、王良均吴盂周石油化工废水处理设计手册【M】 北京：中国石化出版社19965、李捷羌宁活性炭吸附回收挥发性有机物的研究进展【J】 化工环保200828(I)：2428，6、崔之健。田绍伟等混凝法处理甲醇污水的试验研究【J】 工业水处理，2007，27(7)：5052200
