活性炭用量计算

双氧水氧化尾气两级处理技术设计

李海明

根据氧化尾气排放特性,采用改良空气冷干机组及活性炭吸附两级处理技术,并对工艺技术参数优选,以取得较佳的回收效益及达标排放。

关键词:双氧水氧化尾气两级处理尾气处理参数优选

Design of Two-Step Treatment of Oxidation

Tail-Gas from Hydrogen Peroxide Production

Li Haiming

（Fujian Design Institute of Petrochemical Industry，Fuzhou 350001）

An improved air freeze-drying set and activated carbon adsorption are used as two steps for treatment of oxidation tail-gas in accordance with emission data of tail-gas，and process parameters are optimized to achieve a better recovery and come up to the emission standards．

Keywords：hydrogen peroxide，oxidation tail-gas，two-step treatment，treatment of tail-gas，optimization of parameter

在蒽醌法生产双氧水过程中,压缩空气进入氧化塔与氢化液进行氧化,而后由氧化塔顶部排出,排出的尾气(45℃)中含有15.33g/m3重芳烃(三甲苯异构体)。目前, 国内双氧水氧化尾气大多采用-5℃盐水冷却回收, 不仅装置庞大复杂、操作不便, 过程控制难于实现自动化, 而且排放尾

气中芳烃含量仍有2.15g/m3［1］，该排放浓度对大气无疑造成严重污染。笔者在泉州隆泰年产5万t 27.5%双氧水设计中,根据福建泉州环保局对该项目的批复中氧化尾气芳烃排放浓度≤70mg/m3的要求,对多种氧化尾气处理方案进行比较,确定将空气冷干机进行部分改良后用于氧化尾气

的“干燥”,并用活性炭作二次处理。经两级处理后,氧化尾气不仅达到排放标准,而且回收芳烃重复利用,可获得较好经济效益和社会效益。

1 氧化尾气的排放特性

氧化尾气的排放特性由双氧水生产装置所决定,其排放温度为45～48℃, 压力为0.25～0.3MPa。尾气的总排放量根据生产负荷而变化, 每吨27.5%H2O2产品排放量约1220m3，尾气中芳烃接近饱和状态, 其组成见表1。

表1 氧化尾气组成(体积百分比)

2 氧化尾气两级处理工艺及技术参数优选

2.1 氧化尾气处理流程见图1。

图1 氧化尾气处理流程

来自氧化塔的尾气进入冷干机组,经常温冷却器、预冷器、冷凝器、分离器等单元,在所控制的压力、温度下进行冷凝分离芳烃后,尾气进入活性炭吸附塔,芳烃被活性炭吸附,而净化后的尾气经管道高空排放。活性炭塔设两台,其中一台吸附,一台再生。再生介质用过热蒸汽。出活性炭塔的废热蒸汽经冷凝漂析器进行冷却、冷凝分离,分离后的冷凝水去污水站处理,而芳烃集中回收再投入系统使用。再生后的活性炭层用前塔净化尾气冷却到40℃后投入下周期吸附。

2.2 主要工艺参数优选

(1) 尾气在冷干机的冷却温度

含有芳烃的尾气温度冷却得越低,排出的尾气中芳烃的饱和蒸汽压越低。但从表2看,当温度从5℃降到-10℃,其蒸汽压变化量随温度变化趋小,芳烃回收率增加不明显,如表中温度45℃饱和芳烃,冷却至5℃时芳烃回收率为91.7%, 在-5℃时回收率96.0%, 仅增加4.3%, 而耗冷量经测算却增加50%。因此氧化尾气在冷干机的冷却温度宜控制在0～5℃之间, 本设计值取3℃。

表2 尾气温度与芳烃饱和含量关系

*1mmHg＝133．3Pa

(2) 活性炭的选择及其空速、吸附量

活性炭选用目前国内广泛用于鞋厂及油漆厂废气处理的TF型蜂窝状活性炭。为确保工程设计的可靠性,对该产品进行小型试验,测得空速为450m3/(m3.h)时,吸附量与废气中芳烃(甲苯、二甲苯、三甲苯)浓度关系如图2。

图2 吸附量与废气中芳烃浓度关系

在3℃时，进活性炭尾气芳烃浓度为1.223g/m3(尾气)，因此吸附量的设计值为20%。

(3) 活性炭再生介质及其温度

吸附重芳烃的TF蜂窝型活性炭脱附温度为140～160℃。由于芳烃的闪点为48℃,爆炸极限为1%～5.2%,故不宜采用热空气再生。为生产安全及利于操作回收,采用过热蒸汽为再生介质。操作时控制出床层蒸汽温度≥160℃，以避免蒸汽冷凝,活性炭床层再生后不需干燥即可投入使用。

过热蒸汽的焓值随温度的升高而增大,再生起始时,应采用高温过热蒸汽,减少耗量,便于冷凝回收芳烃。

活性炭使用温度为≤400℃,起始再生过热蒸汽温度以350℃为宜,随着再生过程进行适当调整。

3 主要设备选型及工艺计算

3.1 尾气冷干机组的选择及主要特点

标准的空气冷干机, 其进气压力为0.7MPa, 冷凝温度为5℃, 空气的常压露点达-25℃。氧化尾气的压力为0.25～0.3MPa。根据计算, 在该

压力下, 温度为3℃时, 尾气的芳烃常压露点温度为-15℃, 因此运用冷干机作为氧化尾气回收装置回收效率较高。本冷干机组由美国某公司根据氧化尾气工艺条件进行改良。主要改进的部分为: 增加第一冷却器, 将尾气温度从48℃降至38℃; 对第二冷却器和冷凝器重新核算, 并采用高效换热器, 强化换热效果; 根据生产负荷波动状况, 选用高效、富有操作弹性的特种气液分离器; 尾气过流部分均采用不锈钢材料; 根据工艺参数选用全自动控制系统。其工作流程见图3, 主要技术参数见表3。

表3 冷干机组主要技术参数

处理量/m3/h8500

工作压力/MPa0.25～0.3

最低冷凝温度/℃3

压力损失/MPa0.035

耗冷量/kJ 2.7×106

耗水量/t/h80

图3 氧化尾气冷干机组工艺流程图

1—第一冷却器;2—一级分离器;3—第二冷却器;

4—冷凝器;5—二级分离器;6—冷媒系统;7—收集槽3．2 活性炭塔和再生工艺计算

3.2.1 活性炭塔

(1) 活性炭技术参数见表4。

表4 活性炭技术参数

堆密度／kg/m3380～420

规格／mm50×50×100

空速／1/h450

吸附量%20

比热容／kJ/(kg.℃) 1.095

空塔风速／m/s0.2～0.5

使用温度／℃≤400

(2) 尾气参数

干尾气量: 8500m3/h; 温度: 24℃; 压力: 0.21MPa; 进塔芳烃含量1.223g/m3(干尾气); 出塔允许芳烃含量70mg/m3。

(3) 活性炭用量