• 5

4.4. АДСОРБЦИЯ ПАРОВ ЛЕТУЧИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

Рекуперация органических растворителей имеет как экономи­ческое, так и экологическое значение, поскольку потери их с выбросными газами составляют 600—800 тыс. т/год. Выбросы паров растворителей происходят при их хранении и при ис­пользовании в технологических процессах. Для их рекуперации наибольшее распространение получили методы адсорбции.

Улавливание паров возможно любыми мелкопористыми ад­сорбентами: активными углями, силикагелями, алюмогелями, цеолитами, пористыми стеклами и т. п. Однако активные угли, являющиеся гидрофобными адсорбентами наиболее предпочти­тельны для решения этой задачи: при относительной влажности очищаемых паровоздушных или парогазовых потоков до 50% влага практически не влияет на сорбируемость паров органиче­ских растворителей. Рентабельность адсорбционных установок с использованием активных углей зависит от концентрации в очищаемых газах паров летучих органических растворителей. Наименьшие концентрации (С) растворителей в очищаемом воздухе, при которых обеспечивается рентабельность рекупера- циоиных установок, приведены ниже:

Растворитель          С, г/м®           Растворитель          С, г/м»

Ацетон           3,0       Мстиленхлорид        2,0

Бензин           2,0       Сероуглерод            6,0

Бензол           2,0       Тетрахлоруглерод   4,5

Бутилацетат 1,5       Толуол            2,0

Ксилол            2,1       Трихлорэтилен         1,8

Метил ацетат           2,1       Этиловый спирт       1,8

Поглощение паров летучих растворителей можно проводить в стационарных (неподвижных), кипящих и плотных движу­щихся слоях поглотителя, однако в производственной практике наиболее распространенными являются рекуперационные уста­новки со стационарным слоем адсорбента, размещаемым в вер­тикальных, горизонтальных или кольцевых адсорберах. Адсор­беры вертикального типа обычно используют при небольших потоках подлежащих очистке паровоздушных (парогазовых) смесей, горизонтальные и кольцевые аппараты служат, как правило, для обработки таких смесей при высоких (десятки и сотни тысяч кубометров в час) скоростях потоков. Рекупера­ционные установки с адсорберами периодического действия (со стационарным слоем адсорбента) работают по трем технологи­ческим циклам: четырех-, трех- и двухфазному.

Четырехфаяный цикл включает последовательно фазы адсорбции, десорб­ции, сушки и охлаждения. Адсорбцию проводят на активных углях. При десорбции из насыщенного адсорбента острым паром удаляют адсорбиро­ванный растворитель. При сушке нагретым воздухом из адсорбента вытес­няют влагу, накапливающуюся в нем в фазе десорбции при конденсации части острого пара. Нагретый и обезвоженный поглотитель охлаждают ат­мосферным воздухом,

Трехфазный цикл имеет отличие от четырехфазного в том, что исключа­ется одна из последних фаз четырехфазного цикла, например процесс охлаж­дения адсорбента как самостоятельная фаза: слой поглотителя охлаждают при адсорбции отработанным (очищенным от паров растворителя) воздухом. Может исключаться и фаза сушки. В этом варианте после адсорбции произ­водят нагрев насыщенного адсорбента горячим инертным газом с отводом паровой смеси в конденсатор. Такой процесс десорбции завершают затем продувкой слоя угля водяным паром. В последующей фазе охлаждения по­глотитель обрабатывают холодным воздухом. Фазу сушки как самостоятель­ную стадию обычно исключают, если после десорбции адсорбент имеет от­носительно низкую влажность. В этом случае в фазе охлаждения достига­ется полная регенерация адсорбента.

Двухфазный цикл включает две стадии (операции): адсорбцию и десорб­цию. При этом процесс адсорбции совмещают с сушкой и охлаждением по­глотителя. С этой целыо определенное время паровоздушную смесь подают в слой в нагретом состоянии (50—60 °С), а затем без подогрева, либо в те­чение всей фазы адсорбции паровоздушную смесь подают в слой при оди­наковой температуре (до 35 °С).

Выбор того или иного цикла работы рекуперационной уста­новки определяется характером подлежащих улавливанию рас­творителей, их содержанием в исходной паровоздушной смеси, особенностями и технико-экономическими возможностями про­изводства, в технологии которого происходит образование па­ров летучих растворителей. Считают, что при относительно вы­соких концентрациях паров летучих растворителей в паровоз­душных смесях (до 50% нижнего концентрационного предела взрываемости) рационально использовать четырехфазный цикл, в случае средних и малых концентраций (2—3 г/м3) целесооб­разнее применять трехфазный цикл (с исключением фазы ох­лаждения). Двухфазный цикл с адсорбцией паров из паровоз­душной смеси при одинаковой температуре (до 35°С) может быть принят для рекуперации несмешивающихся с водой раст­ворителей, а двухфазный цикл с подогревом паровоздушной смеси до 50—60 °С нерационален в связи с работой поглотителя в этих условиях с пониженной активностью.

С целью гарантирования непрерывности рекуперационного процесса установка улавливания паров летучих растворителей должна включать как минимум два адсорбера периодического действия (обычно их число составляет от 3 до 6 и более).

Во избежание потерь растворителей с прошедшими очистку (отработанными, выхлопными) потоками процесс адсорбции можно проводить путем передачи паровоздушной смеси, про­шедшей основной адсорбер, в последовательно включаемый до­полнительный адсорбер. В этом случае . каждый из этих двух

Рис. 1-38. Схема адсорбционно­го отделения установки улавли­вания паров органических рас­творителей из паро-воздушных смесей процессов окраски кож нитроэмалями:

/ — вентилятор; 2 — калориферы; Я — адсорберы; 4 — конденсатор; 5 -- разделитель фаз; 6 — расслак- ватель

пес ^

-Ватмосферу -

Ял

1

1и . 2'

iL|

 

V

 

г

а (р

В хранилище

адсорберов последова­тельно играет роль го­ловного или хвостового аппарата. Такой прием несколько увеличивает расходы на транспорт па­ровоздушной смеси, но в ряде случаев окупается снижением потерь улавливаемых растворителей.

Периодичность переключения адсорберов рекуперационной установки на ту или иную фазу технологического цикла опре­деляется графиком ее работы.

На рис. 1-38 в качестве примера представлена схема адсорбционного от­деления работающей по двухфазному циклу установки улавливания паров органических растворителей из паровоздушных смесей, образующихся при окраске кож нитроэмалями.

В соответствии с этой схемой паровоздушную смесь с содержанием па­ров растворителей (бутилацетат, бутиловый спирт, толуол иди бензол, эти­ловый спирт, ацетон) 5—6 г/м3 вентилятором через калориферы подают в адсорберы, заполненные активным углем АР-3, очищают в них и выбрасыва­ют в атмосферу через выхлопную трубу. В начале процесса поглощения па­ровоздушную смесь в течение 2 ч подают в слой горячего и влажного по­глотителя подогретой до 50—60 °С, в течение последующего времени на­грев не производят (процесс насыщения длится 8—12 ч). Таким образом, параллельно с поглощением паров растворителей из очищаемой паровоздуш­ной смеси в течение первой фазы этого цикла проводят высушивание да охлаждение поглотителя. По окончании адсорбции поглощенные растворите­ли удаляют из угля острым паром. В течение этой второй фазы цикла тем­пературу в адсорбере поддерживают между 115 и 118 °С. Десорбцию пре­кращают при достижении плотности дистиллята, образующегося в конден­саторе, равной 0,966 г/см3, Дистиллят (конденсат) из конденсатора через разделитель фаз и расслаиватель передают в хранилище, откуда часть про­дукта возвращают непосредственно в производство, а часть перекачивают в ■ отделение ректификации для дальнейшей переработки.

Развитие адсорбционного метода рекуперации паров летучих растворителей в мировой практике идет в основном по двум направлениям. Одно из них связано с аппаратурным оформле­нием рекуперациониых установок, другое — с углеродными по­глотителями паров летучих растворителей,

В последнее время большое внимание уделяется непрерыв­но-действующим установкам с движущимся плотным и псевдо- •ожиженным слоем адсорбента. К преимуществам таких устано-

рок относят достаточно высокие скорости обрабатываемых по­токов, обусловливающие компактность оборудования; высокий коэффициент использования адсорбентов; отсутствие энергозат­рат на периодическое нагревание и охлаждение одного и того же аппарата; возможность сравнительно простой и полной ав­томатизации и простоту обслуживания.

Описан ряд оригинальных решений, касающихся конструктивных особен­ностей адсорбционной аппаратуры. В частности, предложены различные ва­рианты изготовления адсорбера в виде вращающегося барабана, снабжен­ного перегородками, делящими его на секции, Последние заполнены актив­ным углем и при вращении барабана последовательно проходят зоны ад­сорбции и регенерации, обеспечивая непрерывность процесса. Имеется ряд конструкции, в которых используется гранулированный активный уголь в виде тонкого слоя, размещаемого между двумя полотнами эластичного гиб­кого и пористого материала (например, полиуретана). Поперечное по отно­шению к газовому потоку перемещение «ленты-сэндвича» обеспечивает не­прерывность процесса очистки. Имеются и другие конструктивные решения адсорберов.

Большое внимание в последние годы уделяется и углерод­ным материалам-поглотителям: расширяется их сырьевая база, ведутся работы, преследующие своей целью получение высоко­активных и износостойких гранулированных активных углей, широко исследуются и уже находят практическое применение в промышленности различные тканые и нетканые материалы на основе углеродных активных волокон, например установки с фильтрами, основу которых составляет активное угольное во­локно, получаемое на базе целлюлозных волокон.

Преимущества использования активных углеродных волокон перед гранулированными активными углями состоят в возмож­ности обеспечения повышенной степени рекуперации раствори­телей (обычно выше 99%); существенном снижении потерь рас­творителей, связанных с термическим разложением последних в присутствии углеродных адсорбентов, и, как следствие, повы­шении количества рекуперата; применимости для рекуперации полимеризующихся мономеров и растворителей с высокой тем­пературой кипения; пониженной пожаро- и взрывоопасности; компактности адсорбционной аппаратуры даже с неподвижным ■слоем активных углеродных волокон.

Для осуществления непрерывного процесса предложены адсорберы, в ко­торых полотно ткани движется перпендикулярно движению газа. Ткань сматывается в рулон, что обеспечивает возможность ее периодической реге­нерации с. получением концентрированного потока десорбата. Эти же цели могут быть достигнуты и при использовании адсорбера, снабжаемого рас­полагаемыми в несколько параллельных рядов вертикальными полотнища­ми, состоящими из активного углеродного и другого, более прочного волок­на. Через зазоры между их поверхностями пропускают парогазовую смесь (адсорбционная способность ткани из активного углеродного волокна де за­висит от направления очищаемого парогазового потока).

Очищенный воздух

 

Рис.. 1-39. Схема установки рекуперации фенола и этанола из отходящих га­зов производства слоистых пластиков:

/ — холодильник; 2 — теплообменник; Я — отстойник; 4 -— емкость; 5 — абсорбер; А — фильтр; 7 — адсорберы; 8 — теплообменники; Я — емкость; 10 — ректификационная ко­лонна

С целью достижения более глубокой очистки обрабатывае­мых потоков от паров летучих растворителей используют ком­бинированные методы, сочетающие различные процессы.

На рис. 1-39 в качестве примера представлена схема установки рекупе­рации фенола и этанола из отходящих газов производства слоистых пласти­ков, работающей по комбинированному методу. Для улавливания паров фе­нола на этой установке используют абсорбционный метод, а для улавлива­ния паров этанола — адсорбционный.

В соответствии с этой схемой паровоздушную смесь с содержанием 0,2—0,5 г/м3 фенола и 5--7 г/и3 этанола при 120 °С подают в контактный холодильник, где охлаждают ее до 30—40 "С и одновременно очищают от смолистых включений циркулирующим раствором едкого натра. Последний охлаждают в теплообменнике. Смолистые вещества отделяют в отстойнике и периодически удаляют на сжигание. Очищенную от смолистых включений паровоздушную смесь направляют в абсорбер, где фенол абсорбируют рас­твором едкого натра (эффективность очистки 98—99%). Насыщенный фено­лом раствор собирают в емкость и направляют на переработку. Освобожден­ную от фенола паровоздушную смесь через фильтр подают в адсорбер, где и а активном угле очищают от иарсв этанола. Насыщенный поглотитель ре­генерируют острым паром с получением 10—22%-го водно-этанольного кон­денсата, который направляют на ректификацию в колонну. Установка обес­печивает очистку воздуха от фенола и этанола до требований санитарных норм и возврат в производство практически всего уловленного количества фенола и этанола.

Разновидности комбинированного метода улавливания паров летучих растворителем весьма многообразны. Например в со­ответствии с одним из его вариантов улавливание проводят компримированием паровоздушной смеси до небольшого давле­ния с последующим ее пропусканием вначале через абсорбер орошаемый растворителем, пары которого улавливают (при этом из паровоздушной смеси поглощается большая часть ре­куперируемого растворителя), а затем через абсорбер, в кото­ром в качестве поглотителя остаточного количества паров ис­пользуют тяжелые углеводороды. В соответствии с еще одним из. вариантов для удаления паров растворителей из их смесей воздухом или газами поток паровоздушной (парогазовой) смеси контактируют с водной суспензией, получаемой введением в водный раствор до 25% порошкового активного угля с пач- мером зерен до 100 мкм.  F

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я