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 OxidationTail-Gas from Hydrogen Peroxide ProductionLiHaiming（ FujianDesignInstituteofPetrochemical Industry , Fuzhou 350001 ）An improved air freeze-dry ing set and activated carb on adsorpti on are usedas two steps for treatment of oxidation tail-gas in accordanee with emission data oftail-gas , and process parametersare optimized to achieve a better recovery and comeup to the emission standardsKeywords: hydrogen peroxide, oxidation tail-gas , two-step treatment, treatmentof tail-gas , optimization of parameter在蕙醍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（45C）中含有15.33g/m3重芳炷（三甲苯 异构体）。目前，国内双氧水氧化尾气大多采用-5C 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 放尾气中芳炷 含量仍有2.15g/m3，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炷排放浓度w70mg/m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，而且回收芳炷重复利用，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? 48C,压 力为0.25?0.3MP&尾气的总排放量根据生产负荷而变化,每吨27.5%HQ产品排放量约1220m,尾气中芳炷接近饱和状态，其组成 见表1。表1氧化尾气组成（体积白分比）Q2重芳炷J其它91.9 ? 89.96? 81.112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、温度下进彳亍冷凝分离芳姓后 ，尾气进入 活性炭吸附塔，芳炷被活性炭吸附，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,而芳姓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40C 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炷的尾气温度冷却得越低，排出的尾气中芳炷的饱和蒸汽压越 低。但从表2看，当温度从5C 降到-10C,其蒸汽压变化量随温度变化 趋小， 芳炷回收率增加不明显，如表中温度45C 饱和芳姓，冷却至5C 时芳姓回收 率为91.7%,在-5C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? 5C 之间，本设计值取3 Co表2尾气温度与芳炷饱和含量关系温度 C蒸汽压*_ mmHg_芳炷饱和含量g/m3尾气458.1517.04406.1812.91303.467.20201.863.8816 It ? A化收rAiu*MS100.962.0050.6771.4100.4710.98-50.3230.67ImmHkg 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450嗣伸3巾）时，吸附量与废气中芳炷（甲苯、二甲苯、三甲苯）浓度 关系如图2。图2吸附量与废气中芳炷浓度关系在3C 时，进活性炭尾气芳炷浓度为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姓的TF蜂窝型活性炭脱附温度为140? 160C。 由于芳姓 的闪 点为48C,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160C,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。过热蒸汽的炫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，便于冷凝回收芳炷。活性炭使用温度为 W400E,起始再生过热蒸汽温度以350C 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5C,空气 的常压 露点达-25C。氧化尾气的压力为0.25? 0.3MP&根据计算，在 该压力下，温 度为3C 时,尾气的芳炷常压露点温度为-15C,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-100.2190.46温度从48C 降至38C;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3o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/C3压力损失/MPa0.035耗冷量/kJ2.7X106耗水量/t/h8048T去仍炭图3氧化尾气冷干机组工艺流程图1第一冷却器；2一一级分离器;3第二冷却器；4一冷凝器；5一二级分离器;6一冷媒系统；7一收集槽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/ mm50X50X100空速/ 1/h450吸附量20比热容/kJ/(kg. C)1.095空塔风速/m/s0.2 ? 0.5使用温度/C 400(2)尾气参数干尾气量：8500m3/h;温度：24C;压力：0.21MPa;1.223g/m3(干尾气)；出塔允许芳姓含量70mg/m。(3)活性炭用量F=岭= 18. 89m3v 450备用系数取1.125,实际用量为21.25m3式中V活性炭用量，m3V。处理气量,m3/hv空速，m/ (h.m)(活性炭)(4)活性炭塔径及高度(m)0? 785 X 3600 X，8500 X务X召0, 785 X 3600 X 0- 2式中VQ处理气量,m3/hT1操作温度,KT。273KP1操作压力,MPaPQ标准大气压,MPa取F2600-2L250? 785XZ F进塔芳炷含量式中活性炭床层体积，m活性炭塔截面积，m3.2.2活性炭再生(1)再生周期T2：S 三，1L8490 X 0. 2 X70%八、X IO1= 1L6 8500 X1223 X 0* 98式中T吸附周期，hG活性炭充填量,kgq保持吸附量,kg/kgK装置放大后的有效系数30%-80%,取70%Q处理风量，m3/ hC废气进口浓度,mg/m3n 净化效率%平均值取98%(2)再生蒸汽耗再生蒸汽压力O.IMPa,进口温度350C,出口温度160C,全塔周 期吸附 量：(1223-70)X8500X116X10 -6= 1136kg;芳炷蒸气热容1.053kJ/ (kgC);活性炭塔平均温度255C;设备热损失取总需热10%经热量衡算，再生时 总耗热量为2.55X106kJ,再生蒸汽消耗为6667kg。4投资及效益4.1投资估算投资估算见表5表5投资估算名称台数金额/万元备注冷干机组153.1包括控制活性炭塔265.5包括活性炭电加热器16包括电控冷凝漂析器17安装费16.3土建1.5合计149.44.2生产费用生产费用见表6(以年生产天数300天计)蒸汽耗/t/a413.8652.69水耗/t/a6.08X1050.16.08合计13.8064.3效益芳炷回收量：根据计算从冷干机回收863.7t/a,从活性炭回收70.5t/a。 以每吨价格0.38万元计，全年共回收芳炷总值355万元，其 中活性炭回收26.79万元。5结论(1)将空气冷干机组改良，用于双氧水氧化尾气“干燥”，在国内尚 属首套。经与设备制造厂家等多方探讨，并对其工艺技术可靠性及设备性能 要求的实现进行论证，认为该改良完全可行。(2)用活性炭作为二级处理装置，不仅能达标排放满足环保要求，而 且具有较好的回收效益。从测算结果看，仅活性炭装置回收的芳炷价值，约4年可回收活性炭装置投资。(3)工艺参数的优化对本处理方法及回收效益尤为关键，特别在活 性名称耗量单价/元总额/万元冷干机电耗/kWh/a1.38X1050.354.819再生电耗/kWh/a6.2X1040.350.217表费用生6炭处理装置方面，其活性炭的选择及再生技术参数，关系到该装置的运 行 及效益。作者单位：福建省石油化学工业设计院，福州350001参考文献1郑国玉.化工设计，1994,(2):15.2刘天齐等.大气污染防治手册.上海科学技术出版社