液体吸收法处理粘胶纤维生产废气中二硫化碳的研究

（中国纺织科学研究院有限公司 生物源纤维制造技术国家重点实验室 北京 100025）

1 引言

粘胶纤维的优异使用性能和主要原材料纤维素的易得性和可再生性，决定了它将长时间存在高需求，但粘胶纤维在生产过程中会产生大量含硫化氢（H2S）和二硫化碳（CS2）的有毒废气[1,2]。废气的高效、经济处理一直是粘胶纤维行业的技术难题。目前国内的粘胶废气处理,主要采用德国鲁奇（Lurgi）公司的碱洗加活性炭吸附法[3]和丹麦托普索(Topso)公司的燃烧后制硫酸（WSA）法[4]，这两种技术投资大，运行成本高，对低浓度废气处理成本更高。粘胶纤维生产产生的难闻气味常引起厂区周边居民的不满。然而，有的粘胶长丝生产企业对废气不实施处理就直接排放，对环境造成了很大污染。

据专利[5,6]报道，采用一些有机溶剂，通过液体吸收法，可对粘胶纤维生产废气中的CS2进行处理、回收，但相关的实验研究报道不足。

本文根据CS2的溶解特性，初选了6种有机物作CS2吸收剂，通过实验室模拟实验对这6种吸收剂进行了筛选，并以筛选出的吸收剂在中试装置上对粘胶废气中的CS2进行处理试验，考察其对CS2的处理效果。

2 实验

2.1 原料

吸收剂筛选实验：吸收剂均为江苏天音化工有限公司提供，工业级；原料气为成都丽雅纤维股份有限公司提供的含高浓度CS2废气，工业级。

粘胶废气CS2处理中试试验：吸收剂为江苏天音化工有限公司提供，工业级；粘胶废气为成都丽雅纤维股份有限公司粘胶纤维烟气。

2.2 实验装置

吸收剂筛选实验：自建的实验室小型模拟装置。

粘胶废气CS2处理中试试验：于成都丽雅纤维股份有限公司自建的中试装置。

2.3 实验方法与表征

2.3.1吸收剂的筛选

实验流程：原料气经计量、缓冲依次经过3个串联的吸收管中的吸收剂，气体中的CS2被吸收，脱CS2后的气体（净化气）从第3个吸收管出来进入采样器，经过一定时间后关闭气源和采样器；取吸收管中吸收CS2后的吸收剂（富液）于烧瓶中，磁力搅拌下加热进行解吸再生，得到再生后的吸收剂（贫液）。

实验条件：吸收温度25℃，采样器流量0.1L/min，采样时间5min；再生温度100℃，再生时间20min。

吸收能力：以原料气中CS2的脱除率表示吸收剂的吸收能力，由式q1=100（CY- CJ1）/CY计算，式中，q1：原料气中CS2的脱除率，%；CY：原料气中CS2含量，mg/m3；CJ1：净化气中CS2含量，mg/m3。

再生性能：以吸收剂中CS2的解吸率表示吸收剂的再生性能，由式η=100（C1-C2）/C1计算，式中，η：CS2的解吸率，%；C1：再生前富液中CS2含量，g/L ；C2：再生后贫液中CS2含量，g/L。

2.3.2粘胶废气中CS2的处理

试验流程：粘胶废气首先进入吸收塔，废气中CS2被吸收剂吸收，脱CS2后的废气（净化气）送入烟道。吸收CS2后的富液进入混液罐以一定比例与水混合，然后进入再生塔加热解吸CS2，并同时蒸出水。解吸出的CS2气体和蒸出的水蒸气也送入烟道。解吸CS2后再生的吸收剂经降温送回吸收塔，重新吸收CS2。吸收剂往返循环，构成连续吸收、解吸过程。

实验条件：试验连续运行一周，每天上下午均采样一次废气和净化气，采样时间5min，采样器流量0.1L/min；吸收剂和废气的液气比8L/m3。

处理效果：以粘胶废气中CS2的脱除率表示对CS2的处理效果，由式q2=100（CN- CJ2）/CN计算，式中，q2：粘胶废气中CS2的脱除率，%；CN：粘胶废气中CS2含量，mg/m3；CJ2：净化气中CS2含量，mg/m3。

3 结果与讨论

3.1 吸收剂的初选

以吸收能力大、再生性能好、热稳定性高为选择CS2吸收剂的基本原则，初选了6种高沸点、常温液态有机物作CS2吸收剂，包括多元醇单醚、多元醇双醚、聚多元醇单醚、聚多元醇双醚等。

3.2 吸收剂的筛选

将初选的6种吸收剂分别编号为1#～6#，在实验室小型模拟装置上进行模拟实验，测定不同吸收剂的吸收能力（q1）和再生性能（η），从而对6种吸收剂进行筛选。实验结果列于表1中。

由表1可以看出，6种吸收剂吸收能力q1=66.4%～84.1%，差别较大，但其再生性能η均在90%以上，相差较小；随着q1提高，η呈降低趋势，这可能归因于吸收剂与CS2的分子间的相互作用，其分子间相互作用越强，CS2越易被吸收，自然地，其解吸能力就会减弱。

由表1还可以看出，3#和5#吸收剂具有相对较高的吸收能力，且其吸收能力及再生性能均接近。但3#吸收剂比5#吸收剂具有高的平均分子质量和更高的沸点，因此在长时间使用过程中3#吸收剂热稳定性会更好，不会造成明显的性能劣化和吸收剂损耗。所以，选择3#吸收剂进行粘胶废气CS2处理中试试验，考察对CS2的处理效果。

表1 不同吸收剂的吸收能力和再生性能

3.3 粘胶废气中CS2的处理

采用上述筛选出的3#吸收剂在中试装置上进行粘胶废气中CS2处理试验，考察对废气中CS2的处理效果。试验结果列于表2中。

从表2可以看出：

在吸收剂循环运行的7天内，废气中CS2的脱除率始终在90%以上，高达96.3%，并且随着试验时间延长不呈降低趋势，说明吸收剂性能稳定，可循环使用，对粘胶废气中CS2处理效果好；

在试验时间内，废气中CS2含量最高8935mg/m3，最低416mg/m3，相差20倍之多，但对应的CS2的脱除率变化很小，说明吸收剂可适应较宽范围的不同CS2含量的粘胶废气的处理；

废气中CS2含量小于1000mg/m3时，净化气中CS2含量均低于100mg/m3（见序号4.1、4.2和6.1），达到直排要求，表明吸收剂尤其适应于低CS2浓度的粘胶废气的处理。

比较表1和表2可发现，表1中3#吸收剂对应的CS2脱除率82.8%明显低于表2中的试验结果90%以上，这主要是由于，实验室模拟实验中吸收剂的状态、其与废气的接触面积和接触过程等均与中试试验中相差较大。但中试试验的结果表明，实验室模拟实验通过对不同吸收剂相对比较的筛选结果具有可靠性。

表2 粘胶废气中CS2处理试验结果

如试验流程所述，本研究对粘胶废气中CS2的处理方法，仅通过使吸收剂流经吸收塔和再生塔时温度不同而实现对CS2的吸收和解吸，因此工艺与设备简单，投资少，运行成本低。

4 结论

（1）实验室模拟实验对吸收剂的筛选结果可靠；

（2）筛选出的吸收剂对粘胶废气中CS2处理效果好，CS2的脱除率可达96.3%，且吸收剂性能稳定，可循环使用；

（3）筛选出的吸收剂可适应较宽范围的不同CS2浓度的粘胶废气的处理，尤其适应于低CS2浓度的粘胶废气的处理；

（4）本研究处理粘胶废气中CS2的方法，工艺与设备简单，投资少，运行成本低。