废机油净化甲苯废气的工艺研究.pdf

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Vilsmeier 试剂近年来在有机合成中的 应用. 有机化学, 2000, 20 1 30-43 [ 10] 高洁, 汤烈贵. 纤维素科学. 北京 科学出版社, 1999 24 作者通信处 朱晓帆 610065 四川省成都市 四川大学分析测试 中心 电话 028 85402657 E -mail emailxfzhusina . com 2007- 09-18 收稿 废机油净化甲苯废气的工艺研究 ＊ 陈定盛 岑超平 方 平 唐志雄 蓝如辉 国家环境保护总局华南环境科学研究所, 广东 广州 510655 摘要 在填料吸收塔中, 应用废机油为吸收剂对含甲苯废气进行了实验研究。 系统地考察了填料层高度、进口甲苯浓 度、空塔气速、液气比等因素对吸收效率的影响, 确定了最佳工艺条件。实验结果表明, 废机油能有效净化废气中的甲 苯, 去除率达到 95～ 98。 吸收尾液蒸馏能回收甲苯和废机油。 关键词 废机油 吸收 甲苯 废气 ＊广东省科技计划项目重大专项 2004A10403011, 2007A032301001 ; 粤港关键领域重点突破项目 东莞专项 2007168502 。 0 引言 苯、 甲苯、 二甲苯合称“三苯” , 是焦化产品的主要 成分 ,也是油漆中不可缺少的溶剂 [ 1] , 适用于许多行 业的生产中 。“三苯”废气毒性大 , 长期接触后 ,通过 呼吸道和皮肤吸收到体内, 会引起对肝脏 、 造血器官 及神经系统的损害 ,晚期可发展为再生障碍性贫血, 甚至白血病。扩散到大气中的挥发性有机物 ,一些在 太阳光紫外线的作用下与 NOX发生光化学反应, 生 成以臭氧为主要成分的光化学氧化剂会对人类及生 态环境产生极大的影响, 并且对灰霾天气的形成促进 作用, 已成为城市大气环境主要污染物之一 [ 2] 。目前 工业中对三苯的处理方法主要有活性炭吸附法 [ 3 -5] 、 吸收法 [ 6-9] 、催化燃烧法、生物过滤器法 [ 10] 、膜分离 法 [ 11] 等 。 在环境工程中, 吸收法是控制大气污染的重要手 段之一 。该方法对处理大风量 、常温、低浓度有机废 气比较有效且费用低 ,而且能将污染物转化为有用产 品。关键在于吸收剂的选择与再生 [ 12- 13] 。目前我国 机油产量约占石油产品总量的 20, 每年的消耗量 在600 万 t 以上, 换下的废机油绝大部分是仅作低价 值物质回收利用 ,既浪费了大量资源又造成了严重环 境污染。国家环保局已将废油列为 21 世纪在环保领 域主要控制的三大重点之一。利用废机油净化甲苯 有机废气的研究尚未见报道。因此 ,我们提出利用废 机油作为净化有机废气的吸收剂 , 以废治废 ,并利用 蒸馏来回收有机溶剂和使废机油再生,实现环境和资 源的综合利用。 1 实验装置及分析方法 1. 1 仪器与实验材料 分析仪器 安捷伦气相色谱6890N, 氢火焰检测器 FID ,六通阀定量进样器, 中科凯迪苯系物专用填充 柱。分析软件 安捷伦化学工作站中文版B .02.01。 分 析条件 载气 N2 流量, 30 mL min; 进样量 250 μ L ; 进 样口温度 150 ℃; 检测器温度 300 ℃; 柱箱温度 80 ℃。 质量流量计,北京七星华创电子股份有限公司。 废机油为小汽车发动机冷却机油,静置后取上层 20 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 清液 。甲苯 分析纯试剂 。 1. 2 实验流程 由空气压缩机产生的空气 ,经过气体质量流量计 分成两路, 一路气体进入装有甲苯液体的鼓泡瓶, 与 另一路气体在缓冲瓶中充分混合均匀 。鼓泡瓶用水 浴恒温,通过调节气体的流量来控制气体流量以及甲 苯的浓度。吸收塔直径为 30 mm ,所用填料为陶瓷拉 西环, 规格为 10 mm 10 mm 。吸收前后的模拟甲苯 废气浓度由六通阀定量采样由安捷伦气相色谱 6890 N测试甲苯的浓度 。实验流程见图 1。 1阀门; 2气体发生器; 3恒温槽; 4缓冲瓶; 5吸收塔; 6气相色谱仪; 7流量计; 8气体钢瓶。 图 1 实验流程 1. 3 甲苯去除率 废气中甲苯的去除率由下式计算 η y1-y2 y1 式中 η 去除率; y1、y2 进塔出塔废气甲苯废气的质量分数, mg m 3 。 2 实验结果及讨论 2. 1 填料塔高度的确定 实验条件 含甲苯废气浓度1 200 mg m 3 , 空塔气 速为70 m h, 液气比为 2. 5 L m 3 ,实验先采用 400 mm 高的填料层 ,陶瓷拉西环填料 10 mm 10 mm。吸收 开始半小时后每隔12 min 取一个样 ,连续取样 1 h,计 算平均值 下同 。经过吸收后其吸收率为 90. 8, 发现其吸收效果虽然吸收较好 ,但尚难以达到大气 污染物综合排放标准 GB 16297 -1996 最高排放浓度 为 60 mg m 3 的排放标准, 故将填料层高度增加至 800 mm进行吸收实验 ,两次实验的结果列于表 1。 表 1 不同填料层高度吸收效果的比较 填料层高度 mm 进口浓度 mgm- 3 出口浓度 mgm- 3 去除率 η 4001 184. 2143 . 187. 9 8001 221. 143 . 196. 5 从表 1 中数据可以看出 , 增加填料层高度后, 吸 收效果大大提高 。这是由于填料层高度的提高,使得 废机油吸收液在塔内的停留时间变长,气液接触更加 充分, 使更多的甲苯能够溶解于废机油吸收液中, 从 而降低了甲苯的出口浓度 。因此 , 在以下的实验中, 选定的填料层高度均为 800 mm 。 2. 2 空塔气速对去除率的影响 实验条件 含甲苯废气浓度1 200 mg m 3 , 保持喷 淋量不变, 考察空塔气速对甲苯去除率的影响。如 图2所示。 图 2 空塔气速对含甲苯废气的吸收效果 从图 2 可以看出 , 随着空塔气速的变大, 甲苯去 除率逐渐变小。这是因为空塔气速的增大,使气体在 塔内的停留时间变短 ,液气比也逐渐地接近最小液气 比,吸收效果下降。另外 ,从图 2 中可明显地看出 ,工 业上处理较大风量废气, 为达到排放标准选择合适的 空塔气速至关重要 ,因为这与吸收塔的塔径相关, 进 而影响投资成本和运行费用。 2. 3 液气比对吸收率的影响 实验条件 空塔气速 69. 5 m h, 入口甲苯浓度 1 200 mg m 3 , 考察液气比对甲苯去除率的影响, 如 图3所示。 图 3 液气比对含甲苯废气的吸收效果 从图 3中可以看出 , 增大液气比可增大吸收率, 但在液气比增大到一定的数值后,其对吸收率的影响 21 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 已变得微乎其微。分析其原因在于 液气比较小时, 气液接触有效面积较小, 吸收率较低, 随着液气比的 逐渐增大, 气液接触有效面积也增大, 但当两者充分 接触时 ,液气比的增大对接触面积影响已不明显, 即 气液接触面积基本上达到稳定 ,吸收率也趋于稳定 。 2. 4 对不同浓度甲苯废气的去除率 根据以上实验结果, 取填料层高度 800 mm ,空塔 气速 70m h 以及液气比 2. 5 L m 3 ,考察入口甲苯废气 浓度为500～ 2 500 mg m 3时的去除效果, 如图 4所示。 图 4 废机油对不同浓度甲苯废气的吸收效果 从图 4 中可以看出 , 在优化的实验条件下, 废机 油吸收液对甲苯废气有很好的净化效果 , 当浓度为 500～ 2 500 mg m 3时 , 去除率可达到 95～ 98。因 此,废机油对甲苯废气的去除效率高,适应范围广 。 2. 5 废机油吸收液的再生 饱和后的废机油主要含有甲苯 ,根据沸点的差异 可通过蒸馏来回收甲苯以及使废机油再生。 赵县 防 [ 14] 曾经对废机油进行蒸馏 , 主要为废机油炼制柴 油及综合利用提供科学的数据 。其实验结果为 在蒸 馏压力为 13. 3 kPa, 温度范围 161～ 260 ℃收集到馏 分为 1. 45 质量分数 。而甲苯沸点为110. 6 ℃, 因 此可以通过蒸馏来实现废机油组分与甲苯的分离 ,回 收甲苯和废机油再生 。 表 2 废机油吸收尾液组分的沸点 项目甲苯废机油柴油 沸点 ℃110. 6 160[ 10] 180～ 410 经气相色谱检测分析, 112 ℃出现的馏出物为 甲苯 。 3 结论 1 对废机油吸收液净化甲苯废气, 其去除率是 随着空塔气速的变大而下降; 其去除率是随着液气比 的变大而增大 , 增大填料层高度 , 其去除率也逐渐 增大 。 2 通过对各影响因素的分析以及实际所测得的 实验数据, 确定废机油吸收甲苯的最佳操作条件是 空塔气速为 70 m h、液气比为 2. 5 L m 3 , 此时当甲苯 浓度为 500 ～ 2 500 mg m 3 时, 去除率可达到 95～ 98。 3 通过蒸馏可回收甲苯和废机油再生。 参考文献 [ 1] 周建钟, 王学利, 曹华茹, 等. 气相色谱法测定油漆稀释剂中的 苯系物. 环境科学与技术, 2007, 30 1 19 -21 [ 2] 冯艳丽, 陈颖军, 文晟, 等. 广州大气中羰基化合物特征. 环境 科学与技术, 2007, 30, 2 51-54 [ 3] 黄华存, 张小平. 活性碳纤维吸附甲苯废气吸附等温方程的研 究. 环境污染治理技术与设备, 2006,7 4 56 -59 [ 4] 卢琴芳, 郭兵兵. 固定床活性炭吸附法治理炼厂表曝池恶臭污 染的工艺. 环境工程, 2006, 24 2 37 -40 [ 5] 李珊红, 李彩亭, 邓久华, 等. 线路板生产丝印区有机废气的净 化. 环境工程,2005, 23 3 43 -45 [ 6] 岑超平, 古国榜. 线路板生产废气的治理. 环境科学与技术, 2001,7 4 24 -26 [ 7] 岑超平, 古国榜, 洪伟. 空调生产有机废气治理工艺设计. 环境 工程, 2002, 20 5 34 -35 [ 8] 刁春燕, 邱挺, 王良恩. 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The traditional control s are not suitable for the new situation of desulphuration and reduction of pollution. A new technique of desulphuration of flue gas, where double -flue and twin suction fan are used, is developed by Fujian Sanming Steel Group, based on CFB-FGD semi-dry process, which provides a new example for solving the difficult problem of sintering desulfuration in iron and steel industry. Keywords sinter, desulfuration by semi -dry process and reduction of pollution JET BUBBLING TOWER WITH PNEUMATIC AGITATION FOR DESULFURIZATION AND DUST REMOVALWu Ting Yang Chunping Gan Haiming et al 10 Abstract A jet bubbling tower was improved with pneumatic agitation for desulfurization and dust removal on the basis of the patented device of pierced cylindrical gas distribution systems.There were two gas distribution systems in the desulphurization tower, which avoid the disadvantage of uneven distribution of gas streams in the center of a tower with a large diameter of about 4 meters.The upper portion of a pneumatic agitating device was installed in the circular channel of the tower and was driven by the air stream passing through the channel.The running results showed that the absorption tower distributed gas streams far more even and that the gas, liquid and solid phases in the tower were agitated and contacted more intensively. The efficiency of dust removal achieved 95. The desulfurization efficiency was stably higher than 97 when the pH of the absorption solution for desulfurization slurry was larger than 5. Keywords absorption tower, flue gas desulfurization, gas distribution system, ring bar and pneumatic agitation device DISCUSSION ON DUST REMOVAL BY FRAME VENTILATION AND DEDUSTING EQUIPMENTChai Yusheng Zhang Qi Zhao Jiage 13 Abstract There isoften dust pollutionin environmentsof coal mining , cement production, flour processing and pharmaceuticalfactory etc. In order to improve dust control, a patented frame ventilation and dedusting equipment is used. Through determining the concentration of indoor inhalable particulates, it is shown that the equipment is effective in dust removal. Keywords dust pollution, frame ventilation dedusting equipment, concentration of inhalable particulates and deposition rate SYNTHESIS OF AN AMIDOCYANOGEN COTTON FIBER FOR FGD Feng Jian Zhu Xiaofan Hou Xiandeng et al 16 Abstract A synthetic of cottonfibers containing amine functionalgroupwas studied. And various effects on the preparation process such as reagent concentration, reaction time and temperature were investigated. The ethylenediamine as an better amine reagent was chosen. And the adsorption of SO2by several amine -functional cotton fibers was also studied, showing the ethylenediamine -functional cotton fiber had the best adsorption perance with the maximum saturated capacity of SO2amounting up to 4. 29 mg g dry fiber with the average N -content of 0. 43. Keywords cotton fiber, amine reagent, ethylenediamine, adsorption and SO2 PURIFICATION OF WASTER GAS CONTAINING TOLUENE WITH WASTE ENGINE OIL ABSORBENTChen Dingsheng Cen Chaoping Fang Ping et al 20 Abstract The purification of organic waste gas containing toluene withwaste engine oil absorbent hasbeen carried out in structured packing columns. The effects of height of structured packing, inlet concentration, the gas flow velocity, and ratio of volume of liquid to gas on absorption efficiency were systematically investigated, and the optional operation condition was established.The test results show that under the optimal condition, the removal rate of toluene in the exhaust gas can be up to 95～ 98. Keywords waste engine oil, absorption, toluene and waste gas DESIGN OF DEASHING AIR SOURCE AND RESEARCH ON DIAPHRAGM VALVE OF BAGHOUSE FILTERQu Xiaoyan Shen Henggen 23 Abstract Cleaning air source is the key link of pulse deashing system of baghouse filter, the capability of diaphragm valve effects the result of pulse deashing directly . This article researches the volume of header tank and the installation of fittings of air source from the design, compares the perance of diaphragm valves, introduces the means and gists of how to select diaphragm valve from the actual use. Keywords baghouse filter, diaphragm valve and deashing ANALYSIS OF THE AFFECTING FACTORS OF WASTE GAS DISCHARGE FROM A LONG TUNNEL SHAFTZhang Rongpeng Zhang Xu Wang Jun et al 26 Abstract It is calculated the waste gas discharge from a long tunnel shaft with the Mobile model and Gauss model theory, the primary diffusion concentration on the plane near the floor is got.A dilute -air factor is defined to uate the environmental effect, and then the notabilities of four main affecting factors are analyzedwith the orthogonal test and notability analysis, showing that a great emphasis should be laid on the control of the waste gas source to abate the environmental effect by the tunnel shaft. Keywords tunnel shaft, waste gas discharge, Mobile model, Gauss model, orthogonal test and notability analysis 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008