乳化液吸收法处理含苯_甲苯和二甲苯废气的研究

1、广东 化工19 88年第四期乳化液吸收法处理 含 苯、甲苯和二甲苯废 气的研究何澄涝梁世泽陈焕钦(华南理 工大学化学工程研究所)一、前言当前,随着电子 工业、徐料工 业、机械、汽车、印刷等行业的迅速发展,使苯、甲苯、二 甲苯作为溶剂的用量大大增加,因此,含有苯、甲苯、二甲苯的有机废气对空气的污染间题也日益突出。对上述有机废气常用的治理方 法 有:1、直接燃烧法和催化燃烧法,即是废气在12秒钟内通过8 0。以上的燃烧器 直接燃烧,或是废气在1一2秒钟内通过25 0 30 0的催化剂床,使之无焰燃烧去 除。这对处理低流 量、高浓度的有机废气,净 化效率可达到80一9 0 %,但能耗高。2、活性炭吸

2、附法,此 法工艺成熟,效果良好,且 易于回 收溶剂,净化效率9 0 1 00%,是目前普遍采用的方法。但设备比较宠大,且 吸附器易被活性炭碎片和 漆雾所堵塞,从而造成效率下降等弊病。3、液体吸收法,是采用可溶解有机废气分 子的溶液作为 吸收剂,在吸收设备中循环吸收有机废气,饱和后再解吸 回用。净化效率在 6 0 一 刘%,旦它具有吸收液消耗量大,存在二次污染 等缺点。日前,国外对这些问题的研究已有改进专利技术,故加强这方面 问题的研究,将会为净化有机废气提供一条新的途径。对液体吸收法的研究,国内进行了用柴油、碳酸丙烯酚及水和 表 面活性剂组成的吸收剂对含有苯、甲苯、二甲苯的有机废气的处理研究乙

3、、“、”。国外也有用乳化液吸收法处理含苯、甲苯、二甲苯的有机废气的报导4、”、6,。用乳化液吸收法处 理 介机废气可减少吸收液中油的用量及再生 时 介蒸馏量,同时又避免了二 次污染,是液体吸 收法中较为理 想 的一种方法。用乳化液吸收法处理有机废气的关键是乳化液的破乳要简单易行,油相可循环使用。在一项美国专利中提出 了一 个经济上便宜,技术l:可行的方法,即用油、乳化剂、水配制成一种 油/ 水乳化液,循环吸收有机废气。乳化液达到 饱 和后,用分离的方法使乳化液再生i t i l用。专利并没给出具体的乳化液配制方 法,破乳条件。我们得启于此篇专利,结合工厂实际进行了初步的研究。二、基本原 理苯、

4、甲苯、二 甲苯在水中的溶解 度很小,但在某些油 中却有很好的溶解性。如果我们能将少 量的油 分散在水中,使其形成乳化液系统,则可增大 油相的传质界面,从而增加上述有机气体在其中的溶解度,达到高效吸收的目的。然 而,油与水是不能直接亲合而形成均一的乳化液的,这就要凭借一种媒介物质,通常是采用表面活性剂来促进油19 88年第四期广 东化工与水的亲合。这样,就可以得到一种由油、表面活 性刘(又称乳化剂)和水组成的吸收剂。理想的吸收剂不但要具备较 高的吸收率,还要具备再生 回收简单、经济等特点。因为这对运行费用有着非常实际的意义。我们是采用对乳化液破乳分层的方法,将乳化液分为油相和水相,经分离后对油相

5、进行蒸馏,使其再生 回用。这样使得再生过程简单方便,降低了操作费用。寻求有效的破乳方法,是乳化液再生的关键。经研究表明,某些表面活性剂形成的乳化液,在ph值较大时呈稳定状态,当ph值降低时 则失去表面活性而开始分离,也就是说:可以通过改变ph值来迅速破乳。下面就乳化液的配制及破乳等具体向题进行讨论。三、乳化液的配制及破乳本研究的重点之一是 乳化液配制,即寻求合适的油类、乳化剂和水以及 三者间的合理比例。(一)油类的 选择:听选的油类首先应为无挥发或挥发性很小与水不互溶的烃类物质,对苯、甲苯及二甲苯等有机气体起溶解作用。为安全起见,应是无毒的。这一类油一般是石油产品,如柴油、机油、重油等,它们是

6、脂 肪族的烷烃、芳烃及两者的混合物。根据相似相溶原理,最好选用芳香族类的油品。再者,考虑到油的再生回用,其沸点应高于二冬有机废气的沸点苯的沸点为幼.1,甲苯为1 10.6,二甲苯为14 4。4),即应在1 50以上。此外,油 品的粘度(粘度大,有利于乳化液的稳定,但流动性会变差,可能会影响吸收操作等)、比重及价格也要给予适当考虑。综合上述各要求,我们选择了柴油。其主要性质为:沸点在1 70以上,比重0。8(2 0时),在水中的溶解度可忽略不计,其成分是脂肪族和芳香族物质的一种复杂的混合物。(二)扎化剂的选择:常用乳化剂可分为亲水型和亲油型。易溶于水 的乳化剂可形成亲水性的油/水 乳 化液,而易

7、溶于油的乳化剂则形成亲油性的水/ 油乳 化液。本研究在初步试验后,决 定 采用亲水性的乳化剂。配制水包油型的油/ 水乳化液,此种乳化剂分子在分散相液滴与分散介质间的界面形成定向的吸附层。初选的乳化剂为一些水溶性离子型、非离子 型物质及饱和与非饱和性的脂肪酸的碱金属盐类。实验表明:用钠、钾等一价金属的脂肪-酸盐类作为乳化剂,极易形成水包油型的乳状液。此外,此种乳状液在 碱 性(ph7)条件下甚为稳定,而在ph值小于7时开始失稳,易形成不溶的自由酸而失去表而活性,这对迅速破乳极为有利。磺酸盐类也是一种常用的表面活性剂,但其形成的乳状液在破乳时,需要很低的ph值,这将加大破乳时酸的用量。故不宜在本实

8、验中采用。经过实验筛选,我们选用最佳的油酸钾(或钠)作为乳化剂。其碳原子数为2 8(较好范围是1 2 3 0),亲水性能hlb值为2 吞(油酸钠的h lb值为 8)。油酸钾、油酸钠同属负离子型的乳化剂。(三)又寸 水质的要求;用 于配制乳状液的水要求所 含ca今+、mg+等,离子浓度小于500p p l n,若超过此浓度,水与脂肪酸乳化剂将产生肥皂泡沫。当水质较硬时,可将nta或e d t a作 为赘合剂以1,i的摩尔比加入水中,以降低硬度。(四 ) 礼状液的配制:广东化工1988年第四期经多次反复试验,我们获得了乳状液的最佳配比:a、柴油,占乳状液 重 量的2 0 一4 0%;b、乳化剂(油

9、酸钾或油酸钠),占油品重量的15%;c、水、按组成百分比的剩余部分 加入。次)码浮解组分人占乳状掖百分比(重量)组分b占组 分a的百分比(重量)图l、组分a与乳化度关系图2、组分b与乳化度关系图1和图2分别为组分a、b的不同比例对乳状液性能的影响曲线。乳状液是由a、b、c三 组分按上述比例在容器中搅拌而成的。经验表明,容器器壁的亲水性对乳状液形成有一定的影响,亲水性强的器壁 易生成油/水乳化液,故本实验选用玻璃器皿。配制完的乳化液 应检 验 其ph值。一般应在7.5一 1 2 之间,最好在8。51 0 之间。偏离此范围 时,可加适量的酸、碱进行调节。(五) 乳化液的破乳分离;乳状液吸收有机废气

10、饱和后,可用破乳分离的方法再生以循环使用。破乳分离是利用乳状液在ph值降低时失稳分解的原理进行的。本实验中,采用加酸(盐酸等)的方法,对乳化液进行破乳。实验表明,当自配的乳化液ph值5。5时,破乳迅速进行,乳化液分离成清晰的油相和水相。四、有机 废气吸收实验图3、1、2、3-4、育机废气5、6、7、8、了【空气盯8有机废气吸收实验流程有机气体发生器气体转子流量计进气采样口旋流板吸收塔乳化液池液体转子流量计出气采样口清水泵弓!风机排空91 .8 8年第四期广 东化工有机废气吸收的实验装置及流程如图3所示。吸收部分是采用旋流板塔。本实验是模拟某工厂的有机废气组成,将苯、甲苯、二甲苯液体按一定比例汽

11、化后与空气混合送入吸收塔,进气组成为含 苯1500mg/m“,甲苯5 0om叮m名,二甲苯i00 0mg/m3。配制好的乳化液经泵送至塔顶喷入,与混合气逆流相遇,使混合气体中的有机组分吸收进液相。系统中设有进、出塔气体取样口,取样.气体经气相色谱分析仪分析后计算吸收率。实验数据如表1所示。表1吸收实验部分数据实验序号吸收温度()气相流量(皿./h )液相流量(m/五)气液比(v/l )吸收率(%)1、一箫一器-甲苯二甲笨0。0141 10 760。664。560。60一0161 03297。477。170。6吕28一3014。90。01675。9428一3016。70。01511526 1。5

12、528一3017。20。014112967。7一竺生一卜型兰.一二 生竺尘丝生66。46 1。5628一3 01 7。00。0 151 13360。061。569。4_一一一-一!平为值j25一5 016。20。015109570。570。167。8五、结论(1)用乳化液吸收法处理有机废气 中的苯、甲苯和二甲苯的方案是可行的。该方案实施的关键是乳化液的配制。(2)乳状液的破乳再生是本方法突出的特点。乳状液饱和后经加酸破乳,用沉降的方法初步分离后,可减少再生乳状液蒸馏量5 07 0%,大大降低了运行费用,此法操作简便,适于实际应用。(3)旋流板塔是一种效率较高的新型吸收塔。本实验中,在气速为1 6。zm/ s,气液比( v/l)为1095的条件下,实验所用旋流板塔的吸收率可达7 0%液体吸收法是处理有机废气的一条新途径。关于这类课题的研究,我们