用活性炭纤维吸附回收废气中环己烷_陶红

1、第43卷第6期2015年3月广州化工Guangzhou Chemical Industry Vol.43No.6Mar.2015用活性炭纤维吸附回收废气中环己烷陶红(中石化南京工程有限公司,江苏南京211100摘要:采用活性炭纤维吸附回收装置处理含环己烷废气。综述了废气处理要求、工艺流程、装置操作参数和安全保障及吸附剂的选择等。现场生产数据表明,该工艺装置处理含环己烷废气,环己烷的吸附效率大于99%,具有很好的经济前景。关键词:环己烷;吸附;活性炭纤维中图分类号:X701文献标志码:A文章编号:10019677(201506014802 作者简介:陶红(1978,女,硕士,工程师,从事化工工艺

2、设计工作。ecovery of Cyclohexane from Waste Gas by ActivatedCarbon Fiber Adsorption ProcessTAO Hong(SINOPEC Nanjing Engineering Co.,Ltd.,Jiangsu Nanjing 211100,China Abstract :The activated carbon fiber adsorption unit is designed to treat cyclohexane containing waste gas.The processing demands ,process

3、flow ,operation parameters ,operation precautions and adsorption selectivity were described.Its operation showed that the recovery of cyclohexane was over 99%.It has the very good economic prospects.Key words :cyclohexane ;adsorption ;activated carbon fiber环己烷是一种重要的有机化工原料。它无色、易流动、有刺激性气味,主要用作生产环己醇、环己

4、酮、尼龙6和尼龙66等产品1,是纤维素醚、树脂、蜡、油脂、沥青和橡胶的优良溶剂,还可用作聚合反应稀释剂、清净剂、己二酸萃取剂和粘接剂等2。在苯加氢生产环己烷的生产过程中,经冷冻分离回收处理后的尾气中仍含有环己烷气体,通常直接送往火炬,经燃烧后向大气排放,既浪费了资源,又影响了大气环境。因此如何进行苯加氢装置尾气中环己烷回收设计也将显得至关重要。根据南京化学工业有限公司100kt /a 环己酮生产装置排放的含环己烷废气的处理实践。介绍一种采用活性炭纤维吸附装置处理含环己烷废气的工艺。该工艺采用独特的吸附装置和操作,用活性炭纤维做吸附剂,使环己烷的吸附效率大都在99%以上,经济效益和社会效益都十分

5、显著。1废气成分及处理要求该废气中含有环己烷、氮气、氢气、甲烷,其中环己烷质量流量10kg /h 。废气流量为425m 3/h ,排气温度为10,排气压力为140kPa 。要求经吸附系统分离环己烷后的废气中,环己烷的含量保证值0.1%(,期待值0.06%(。2工艺流程概述南化100kt /a 环己酮工程设计中采用了环己烷吸附分离工艺技术,吸附系统的流程如图1所示。图1环己烷尾气处理工艺流程示意图Fig.1Flow diagram of process from cyclohexaneprocess tail gas treatment苯加氢装置经冷冻回收后的废气首先通过过滤和阻火系统,然后直接

6、送入活性炭纤维吸附器A ,对有机尾气进行吸附处理,其中的环己烷气体被吸附下来,而氮气、氢气从吸附器A 的顶部排出,送脱氢装置的导热油炉烧掉或送火炬焚烧。吸附器A 的吸附剂即将饱和之前,吸附器B 自动切换到吸附状态进行吸附,同时吸附器A 切换为解吸状态进行解吸。解吸时,床层中吸附的环己烷随水蒸汽一起离开吸附器,解吸出来的环己烷和水蒸汽的混合物进入列管冷凝器,冷凝后的气液混合物,经过气液分离器,使没有冷凝下来的混合气体分离后放空去安全地方。冷凝下来的环己烷有机液经管道排进分层槽和计第43卷第6期陶红:用活性炭纤维吸附回收废气中环己烷149量槽进行后处理,环己烷经泵回到加氢装置的环己烷缓冲罐,污水回

7、到加氢装置的水封槽。解吸完成后,吸附器使用氮气进行干燥和降温处理,将活性炭颗粒解吸时含有的水气吹出吸附器,同时对吸附器进行降温,有利于吸附器中的颗粒碳进行下一轮使用时更好的发挥效率。吸附解吸由2个吸附器交替组成,整个工艺过程由程序自动控制,自动切换,交替进行吸附、解吸、干燥和等待工艺过程。3装置操作参数和安全保障3.1装置操作参数装置处理能力:根据环己烷的性质、废气流量及废气中环己烷的浓度,考虑处理系统留有20%的操作余量,经过理论计算确定,进入吸附装置的实际废气处理能力为510m3/h。处理装置的阻力:包括管路系统、吸附器本身及流程中其它设备的阻力,结合计算和实际经验,确定整个处理装置的阻力

8、为3000Pa。气体流速:根据活性炭纤维对环己烷的吸附特性及含环己烷废气以往的生产现场实际运行经验,确定气体流速为0.15 0.2m/s3。吸附系统的吸附时的操作压力:130kPa;操作温度:小于等于40。吸附系统的解吸时的操作压力:140 270kPa;操作温度:小于120。3.2安全保障由于大多数有机气体都易燃易爆,对于有机废气的处理,为了使吸附系统能有效而安全地操作。必须特别注意以下问题:(1考虑含环己烷废气的爆炸极限4。环己烷的爆炸极限为1.2% 8.4%。因此,本设计规定进入废气处理装置的环己烷体积分数为0.3%。(2吸附、解吸和回收系统的密封。由于整个吸附装置运行过程中始终频繁切换

9、,因此要求系统的密封特别可靠。因此气相管路选用特殊结构的密封垫和气动两通挡板阀,保证系统有良好的密封,使整个处理系统不会出现丝毫气体泄漏,确保设备安全运行。(3控制系统的自动化。本处理装置设计为DCS系统自动控制,当设备在运行中发生故障时,程序自动报警并转入待机状态,三通放空阀开启,有机废气从事故排放口放空排放,吸附系统自动与生产区隔离,不影响正常生产;吸附箱体逐次转入解吸状态。当发生紧急情况须停机时,按紧急停止按钮,系统立即停止并报警,箱体自动逐次转入解吸状态,并完成解吸过程。阀门控制系统全部采用气动控制。(4处理系统温度的控制。吸附过程是一个放热过程。因此,在连续吸附操作进行时,床层温度会

10、持续升高,导致吸附效率下降,同时给处理系统的安全运行带来隐患。系统采用了床层温度报警装置,当温度超过设定值时,系统会自动报警并自动切换到安全位置;同时启动降温装置,保证系统正常安全运行。具体设计规定:温度高位报警:当吸附器在实行吸附操作时,其最大温度不得超过65(环己烷的沸点为86,若温度65时,应予报警。温度高位报警连锁控制:当冷却器出口的环己烷温度超过55时报警,同时信号送入DCS,DCS发出指令关闭蒸汽阀门。温度高位报警连锁控制:当吸附器在进行降温干燥操作时,其最大温度超过危险温度时,会引起活性碳的燃烧,这时在予以报警的同时,将信号送入DCS,DCS发出指令立即切断进出吸附器的干燥阀门,

11、同时开启氮气阀门,使吸附器中充满氮气,让吸附剂处于惰性气体保护状态,在排除故障后重新操作。4吸附剂的选择传统可作为净化有机废气的吸附材料有活性炭、硅胶、分子筛等,其中活性炭应用最广泛,效果也最好。其原因在于其他吸附剂(如硅胶、金属氧化物等,具有极性,在水蒸气共存条件下,水分子和吸附剂材料性分子进行结合,从而降低了吸附材料的吸附性能,而活性炭分子不易与极性分子相结合,从而提高了吸附有机废气的能力。而近几年来,一种新型的吸附材料活性炭纤维(以下简称ACF正在逐渐替代活性炭并越来越多的被使用。以活性炭纤维与颗粒活性炭为吸附剂回收尾气中环己烷的工艺参数比较见表1。表1活性炭纤维和颗粒活性炭回收环己烷的

12、工艺比较(同等处理规模Table1Activated carbon fiber and granular activated carbon recycling cyclohexane process comparison(the same processing size工艺参数吸附剂活性炭纤维颗粒活性炭比表面积/(m2/g1000 3000700 1000循环周期(吸附脱附/min25 40数小时运行费用低高吸附剂用量少多蒸汽用量/(kg/kg小于24 5使用寿命(吸附率降至80%时/年大于1.5小于1吸附装置小大自动化程度全自动大部分为手动投资回收期/年1较长时间显而易见,采用活性炭纤维比颗粒活性炭吸附环己烷优越得多。因此本设计选择活性炭纤维作为吸附剂。5结语回收废气中环己烷处理装置经过2年多的运行,状况一直良好,环己烷的吸附效率始终保持在99%以上,大大改善了大气环境。本装置是使用活性炭纤维吸附(ACF的方法,回收尾气中的环己烷。该部分尾气中环己烷含量(为2% 2.5%。若进行回收,每小时可回收环己烷9.9kg,一年就可回收环己烷79.2t,若按目前每吨市场售价8500元,回收环己烷含税价格67.32万元/年,除去运行费用和设备折旧,每年净收益将达35.4万元。由此可见,采用活性炭纤维吸附对尾气中环己烷加以回收,既保护环