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涂布及胶粘带行业甲苯回收机

传统的甲苯回收装置多是采用颗粒活性炭作为吸附剂。由于颗粒活性炭固有的缺点和回收装置设计上的问题,使得甲苯的回收成本较高(回收1t甲苯约需1800元)、回收率较低(最高为80%左右)、品质差,大都不能直接作为配胶原料继续使用。
涂布、胶粘带等行业使用的原料胶中含有大量的甲苯,有些含量达80%以上。在生产过程中,这些甲苯均以废气的形式直接排向大气,排放浓度多在2000~3000mg/m3。据测算,一条普通的涂层布生产线,每天排放的甲苯可达1~3t。据调查,这样的生产线仅长江、珠江三角洲地区就达1000多条。作为致癌物质的甲苯大量排向大气,不仅严重污染了环境,而且造成了资源的极大浪费。

针对这些问题开发出的新型工业有机废气自动化回收装置和专门用于从涂布生产废气中回收甲苯的工艺,可使甲苯的回收率达95%以上,而且运行成本较低,回收1t甲苯只需1200元左右,回收的甲苯品质也好,可以直接作为生产原料使用,实现了废物的资源化。

甲苯回收机系统
工业有机废气自动化回收装置对传统的有机溶剂吸附回收工艺进行了彻底的改造,在工艺的核心部分——吸附材料的选择上,以性能优越的活性炭纤维代替了性能较差的普通颗粒活性炭;在吸附器的设计上参考了环式吸附器结构,设计了一种组合式的吸附器。结合实际生产过程,采用了连续的吸附-脱附-再生操作程序。在甲苯回收工程中,设计选用了三箱吸附系统。工艺流程如图1所示。

图1 甲苯回收装置系统工艺流程图

由图1可以看出,3个吸附器共用一套管路系统,运行时可相互切换。含甲苯的废气经过预处理后依次进入3个吸附器,当吸附器1吸附饱和后,切换到吸附器2吸附,吸附器2吸附饱和后,再切换到吸附器3吸附;脱附-干燥再生工序也是依次进行。运行时,含甲苯的废气由吸附器下部进入。在吸附器内,废气穿过活性炭纤维,其中的甲苯被活性炭纤维吸附下来,净化后的气体由吸附器顶部排出。脱附介质采用水蒸汽,由吸附器顶部进入,穿过活性炭纤维,将被吸附浓缩的甲苯脱附出来并带出吸附器带入冷凝器。经过冷凝,甲苯和水蒸汽的混合物被冷凝下来流入分层槽。在分层槽内,甲苯和冷凝水分离回收,冷凝水排入污水管道。吸附器完成脱附并经干燥再生后,继续进行吸附。该循环系统连续运行。系统运行过程中所有的动作切换,均由PLC系统自动完成,整个系统运行无人值守。

吸附材料的优劣,直接关系到回收率的高低、回收品的品质和运行成本。工业上对吸附材料的要求是,必须有大的比表面积(尤其是有效比表面积)、高的孔隙率、均匀的孔径,而且要求脱附后污染物的残留量尽可能地少。

颗粒活性炭比表面积一般为700~1000m2/g,其当量直径多为几毫米甚至十几毫米,微孔孔道长,而且孔径大小不均一,除小孔外,还有0.001~0.01μm的中孔和0.5~5μm的大孔。

活性炭纤维比表面积达1000~2500m2/g。由于其微孔都开在纤维细丝表面,因而孔道极短,与颗粒活性炭比相差2~3个数量级。同时,孔径均一,绝大多数为特别适合气体吸附的0.002μm左右的小孔,因而具有更大的有效比表面积。根据Langmuir吸附理论,吸附剂的吸附容量与它的比表面积成正比。由于活性炭纤维孔道极短,使得活性炭纤维吸附容量大,吸附和脱附速率高。它的吸附容量是普通颗粒活性炭的1~40倍,吸附速率是颗粒活性炭的10~100倍。许多工程实践也都证明,活性炭纤维的吸附回收率可达92%~98%,而且使用寿命长,在同等条件下,是普通颗粒活性炭的3~4倍,大大延长了吸附剂的更换周期,从而使设备的年均投资也大为降低。
活性炭纤维与颗粒活性炭对几种有机物的平衡吸附量的比较见表1。
表1 对几种有机物平衡吸附量的比较
有机物名称及吸附材料 丁硫醇 甲苯 三氯乙烯 苯乙烯 乙醛
活性炭纤维 4300 49 47 135 58 52
颗粒活性炭(W%) 117 35 30 54 34 13


工业有机废气自动化回收装置采用了特殊的组合设计,与普通的颗粒活性炭吸附装置相比,该设备体积小、重量轻。吸附剂的用量,由原来的数吨甚至数十吨减少到几百公斤,即使是大型的吸附装置,吸附剂用量也仅为1吨左右。因此,该装置的运行阻力较小,基本无温升,而且不需要颗粒活性炭装置的复杂工序(如抽真空等),运行费用也大大降低,运行更加可靠。

该装置安装在某涂布生产厂,该厂排放废气量约为15000m3/h,甲苯浓度为2350mg/m3左右。对装置运行情况的现场测试结果见表2

表2 装置运行现场测试结果
测量序号 1 2 3 4 5
废气流量(m3/H) 14976 15010 14960 14966 14970
进口甲苯浓度(mg/m3) 2548 2496 2585 2608 2498
出口甲苯浓度(mg/m3) 38 42 104 100 34
甲苯净化效率(%) 98.52 98.31 95.98 96.16 98.63
甲苯平均净化效率(%) 97.52


该装置运行半年时间,运行状况良好,甲苯回收率一直保持在95%以上。回收量约为850kg/d。若按每年运行300d计算,一年可回收甲苯约255t。目前市场上甲苯售价约为8000元/t,则该装置每年回收甲苯的效益约为204万元。除去运行费用,每年净收益将达160多万元。该工程总造价为150万元,装置运行不到一年即可收回全部投资,而该装置的设计运行寿命是10年。由此可见,采用工业有机废气自动化回收装置回收废气中的甲苯,不仅具有很好的环境效益,而且还具有显著的经济效益。