超重力吸收法治理甲苯废气基础研究

摘要

甲苯是典型的挥发性有机化合物(VOCs),它的大量排放引起了越来越多的关注。目前治理甲苯废气最常用的技术有燃烧法和吸附法,但是针对甲苯废气浓度低、气量大、废气中含有胶粒等颗粒、排放时段不固定、建厂初期没有考虑预留VOCs治理设备所需场地的场合,燃烧法和吸附法都因各自的使用限制,无法经济、高效的对甲苯废气进行治理。针对上述场合,采用吸收法治理甲苯废气是较适宜的方法,但主要受到吸收剂和吸收设备的限制。本研究利用表面活性剂在溶液中形成的胶束对甲苯的增溶作用,增大甲苯在吸收剂中的表观溶解度,同时采用具有传质性能高、设备体积小、填料不易堵塞且开停车方便等特点的旋转填料床作为吸收设备,建立超重力吸收法治理甲苯废气的工艺。
　　根据对增溶作用的方式及影响因素的分析,选用Tween系列表面活性剂为主表面活性剂,在鼓泡装置内考察不同表面活性剂复配溶液吸收甲苯废气的性能,得到吸收效果较优的复配吸收剂配方。结果表明:表面活性剂溶液用于吸收甲苯废气是可行的;Tween系列表面活性剂中 Tween-20对甲苯的吸收效果最优,且随着表面活性剂质量分数的增加,甲苯吸收率提高;表面活性剂复配溶液对甲苯的吸收效果明显优于单一表面活性剂溶液;Span系列表面活性剂中的Span-20与Tween-20的复配效果最优,随着添加量的增加,甲苯吸收率先增加后不变,最大可提高约15％;随着磷酸三丁酯添加量的增加,甲苯吸收率先增加后略有降低,当磷酸三丁酯质量分数为0.578％时,吸收率提高25％左右;复配之后表面活性剂溶液的表面张力发生较明显的变化,表面张力越小有利于吸收剂对甲苯的吸收。
　　采用顶空分析法分析甲苯与复配吸收剂间的气液平衡,以及温度对复配吸收剂中甲苯亨利系数的影响。结果表明:表面活性剂的复配对甲苯的亨利系数有明显的影响;在表面活性剂复配溶液中甲苯的亨利系数较单一表面活性剂溶液明显降低;温度对甲苯在表面活性剂复配溶液中的亨利系数的影响程度明显低于单一表面活性剂溶液。
　　以旋转填料床为吸收装置,采用吸收效果最优的复配吸收剂,考察超重力因子、液气比等参数对甲苯吸收率的影响,确定适宜的工艺操作参数。结果表明:旋转填料床用于吸收治理甲苯废气是可行的;甲苯吸收率随着超重力因子和气体流量的增加呈先增加后降低的趋势,随着液气比的增大先增加后趋于稳定,填料的润湿程度对甲苯吸收率有重要影响。通过实验得出了适宜的工艺操作条件:在超重力因子为33.42,液气比为5~6.67 L/m3,气体流量为6 m3/h,在入口甲苯浓度为500 ppm时,吸收率可达到74.2％左右。
　　研究结果表明,采用表面活性剂水溶液吸收净化甲苯废气克服了传统吸收剂存在的使用成本高、溶剂损失量大、二次污染等缺点,利用旋转填料床作为吸收设备,可以克服传统塔设备体积庞大,开停车不方便的缺点。因此超重力吸收法治理甲苯废气的工艺在甲苯废气浓度低、气量大、废气中含有胶粒等颗粒、排放时段不固定、建厂初期没有考虑预留VOCs治理设备所需场地的场合,具有较好的应用前景。

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1 文献综述

1.1 挥发性有机化合物的来源及危害

1.2 甲苯废气治理技术的研究进展

1.3 吸收剂的研究进展

1.4 旋转填料床

1.5 本课题的研究内容及意义

2 甲苯复配吸收剂配方研究

2.1 表面活性剂的增溶作用

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

3 甲苯与复配吸收剂间气液平衡研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

4 旋转填料床中吸收甲苯废气工艺研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 小结

5 结论和建议

5.1 结论

5.2 创新点及突破性工作

5.3 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢