论文部分内容阅读
有机硅材料加工和石油冶炼行业作为化工产业重点发展领域,常需要生产并加工大量的二甲基丁烷类物质,也容易导致二甲基丁烷、氯甲烷和芳香烃等典型VOCs超标排放的污染问题。其中,二甲基丁烷的用量较大且危害严重,因此,需寻找一种高效、经济的目标废气处理办法,否则,在“打赢蓝天保卫战”的大背景下,势必会导致大气环境的恶化和二甲基丁烷类高辛烷值物质的流失,不利于有机硅材料和石油冶炼企业的健康发展。吸附回收方法作为一种绿色环保的处理手段,是目前研究的热点之一,并被广泛运用于环境治理及工业除杂领域。本文以含有2,2-二甲基丁烷的模拟废气为研究对象,通过试验对比研究了6种吸附材料对废气中2,2-二甲基丁烷的吸附回收效果,筛选出最佳吸附材料;进而通过单因素静态吸附试验、正交试验和动态吸附试验确定了最佳吸附工艺参数;然后,分析对比了4种回收方法对于二甲基丁烷的回收效果,同时对再生分子筛的使用寿命、损耗状况进行了探讨。主要研究成果如下:（1）2,2-二甲基丁烷分子吸附材料的筛选对比研究了六种材料对2,2-二甲基丁烷分子吸附效率,研究发现各材料的吸附性能表现为M-13X>大孔树脂>13X>活性炭>3A>4A。其中,M-13X的吸附效果最佳,在60%填充比、20 min吸附时间、0.05 MPa吸附压强和50℃的温度下,可保证不吸附N2的同时,对2,2-二甲基丁烷分子吸附效率达42.72%。M-13X分子筛对2,2-二甲基丁烷的吸附效率随温度的升高逐渐上升,在70℃时基本达到稳定;其吸附效率随吸附时间的增加而逐渐上升,在30 min时基本达到稳定;其吸附效率随吸附压强的升高逐渐上升,在0.20 MPa时基本达到稳定;其吸附效率随填充比的增加逐渐上升,当填充比为60%时基本达到稳定。（2）M-13X分子筛最佳吸附工艺参数的确定通过Box-Behnken设计4因素3水平29组的正交试验,结果发现:最佳吸附工艺参数为70℃温度、60%填充比、30 min吸附时间、0.2 MPa压强,该组合对2,2-二甲基丁烷的去除率达58.33%（Design Expert模型模拟值:58.15%）。研究基于最佳吸附组合参数（70℃温度、60%填充比、30 min吸附时间、0.2MPa吸附压强）绘制了原始M-13X对目标污染物的首次动态吸附曲线,得出其有效作用时长为28 min;此外,求得M-13X分子筛对2,2-二甲基丁烷的饱和吸附容量为10.8 mg/g。（3）二甲基丁烷的回收及M-13X分子筛的再生四种再生回收法对吸附饱和的M-13X中二甲基丁烷的回收效率的排序如下:超声醇洗+300℃热烘法>热风吹脱法>高温加热法>变压解吸法。最佳回收法的参数为:15%的乙醇质量分数、20℃洗脱温度、10 min洗脱时间、40%的超声功率。该法的回收效率可达94%,经洗脱再生后的分子筛吸附性能优越;通过对分子筛的“吸附—再生—吸附”试验的开展,结果发现:M-13X分子筛经“醇洗+烘干”再生后,可回用次数为26次左右;就分子筛再生损耗而言,始末整体质量损耗约为0.38 g/g。损耗原因推测为分子筛醇洗过程中的超声震动造成的相互碰撞,以及高温干燥过程中可能导致的材料破损。（4）分子筛吸附工艺的构建研究设计了以“热风泵-碱改性系统-分子筛填料塔-回收再生装置”为核心的旁路吸附净化工艺,进而实现温度、填料比、吸附压强和吸附时间的控制;旁路净化工艺设为二级吸附单元,6个分子筛填料塔共构建了三条并列吸附路线,两用一备;该工艺的改性液由NaOH溶液（4.5 mol/L）和NH3·H2O溶液（0.5 mol/L的）经碱改性系统按照体积比1:1配制而成,改性系统内置有高温热烘装置;工艺的回收再生装置兼具超声清洗和热烘功能,吸附回收液为质量分数为15%的乙醇溶液,实现二甲基丁烷的回收和分子筛洗脱再生。