废气中醋酸丁酯回收技术分析

张坚 (中山市保美环境科技开发有限公司，广东 中山 528400)

0 引言

挥发性有机物(VOCs)是废气中常见的物质，同时也是催生细微颗粒物等大气中二次污染物的原料，在大量的工业废气中，如果没有做好关于挥发性有机物的控制，可能导致光化学烟雾、PM2.5值异常、灰霾等各种大气污染问题。针对此类问题，国家相继出台了诸如《排污许可证申请与核发技术规范》(系列)、《污染源源强核算技术指南》(系列)、《排污单位自行监测技术指南》(系列) 等标准，用以防范各个行业在工业生产中的排放问题，并且根据相关法律颁布了《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》。而醋酸丁酯作为挥发性有机物中的代表，成为重点防治对象。

1 醋酸丁酯的特性

醋酸丁酯 (乙酸丁酯、醋酸正丁酯、乙酸正丁酯)，化学式为CH3COO(CH2)3CH3，带有果香味，且无色透明，沸点126.5 ℃，凝点 -77.9 ℃，密度 0.882 5 g/cm3，闪点 22 ℃，沸点126.5 ℃，燃点 421 ℃，溶解度参数 δ= 8.5，比重 0.872 ～ 0.885，该物质不易水解，可以微量溶于水，易溶于油脂类、醇类等有机溶剂，天然存储于香蕉、苹果、葡萄等水果中[1]。低浓度的醋酸丁酯的毒害性较小，对眼部鼻部会有较强的刺激性，浓度过高时会导致机体麻醉。醋酸丁酯属于VOCs中的一种，并且作为一种有机溶剂被广泛使用，能够对天然树胶、氯化橡胶、聚苯乙烯、乙基纤维素等有良好的溶解效果，同时也是一种可食用的香料，收录于食品安全国家标准准许使用名单中，常被用作水果型香精。此外，醋酸丁酯还被用作钨、铊、锡等金属的检测。由于医药、食品、化工等行业大量使用醋酸丁酯，且醋酸丁酯本身挥发性较强，导致工业废气中的含量较高。

含醋酸丁酯的废气如果不经过及时处理，直接排入空气中会产生较大为危害。一是危害公众健康，接触醋酸丁酯者会引发发肤干燥，严重者会出现心血管疾病、神经系统疾病、眼疾和呼吸道疾病等；二是爆炸危害，醋酸丁酯的闪点较低，在空气中暴露后达到一定浓度可能引发爆炸，且与醇、酮、醚等物质融合后容易引燃，尤其是在厂区、生产车间等相对密闭的空间内，危险性极大。废气中包含了大量的VOCs类物质，多数具备相近的属性，且拥有较高的回收和再利用价值，醋酸丁酯作为VOCs类物质的一种，需要进行有效回收。

2 醋酸丁酯的回收技术类型

醋酸丁酯的回收技术基于有机气体回收技术而成，主要包含了以下几种基本技术类型：(1)吸附法。该方法使用简便且实用价值最高，同时使用最为广泛。选择活性炭、吸附树脂、硅胶等作为吸附剂，利用多孔吸附固体，将区域内废气中的醋酸丁酯或同类物质集聚与吸附固体表面，实现废气中的物质分离，当固体吸附达到上限 (饱和) 时，则需要将固体表面的被吸附物清除，吸附固体可再次使用。目前使用最多的吸附剂为活性炭，有研究表明该吸附剂对VOCs类物质的吸附效果能达到95%。(2)冷凝法。冷凝回收法一般用于高浓度有机溶剂的回收，通过交换对废气进行降温，当废气中的有机溶剂达到冷凝点成为液态对其进行回收。(3)吸收法。VOCs类物质在不同吸收剂中的溶解度和性质存在差异，可以选择物理吸收和化学吸收方式进行回收，而物理吸收法在工业领域应用最多，使用吸收塔 (吸收设备) 对废气进行过滤吸收，废气在经过吸收设备时，气体中的VOCs与吸收液持续接触而被大量吸收，并使用拉西环、弧鞍环、鲍尔环等填料置于吸收塔底部辅助。

3 醋酸丁酯回收技术的运用实践

某印刷公司设有4条凹面印刷机生产线和2条复合线，印刷机使用的都为油性油墨，印刷后在烘箱内进行烘干，烘箱温度在50～70 ℃，生产时有机溶剂几乎全部挥发出来，厂方原已设有废气收集处理系统，收集后的废气排至楼顶活性炭吸附箱处理后排放。

3.1 基本工艺

如图1所示，印刷机和复合机所产生的废气通过抽风机排至厂方顶部，之后通过接驳的集气管道进入到废气处理系统中的喷淋降温箱中，降温后的废气再进入到UV光触媒净化器+活性炭吸附床中处理。处理后的废气在引风机的作用下进行高空排放。UV光触媒有机废气净化器由UV灯组+ TiO2催化剂组合一起分解废气中的有机物，其原理如下：应用于工业的紫外线波长154～254 nm，波长越短能量越大，254 nm以下波长的紫外线能够裂解O2，产生O3，大于254 nm波长基本不能裂解O2。UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。正负离子或带负电荷，或带正电荷，在TiO2光催化剂作用下，生成自由羟基，自由羟基具有极强氧化性，将废气中的有机物降解转变成低分子化合物，如：CO2、H2O等[2]。活性炭吸附装置区：采用吸附率高、吸附能力强的活性炭纤维结构层。活性炭纤维相对于活性炭颗粒具由更多的空隙和更大的比表面积，能在更短的时间内吸附废气中的有机物。有机废气在通过UV光触媒净化器后，其中残留的有机物在通过活性炭纤维层时瞬间被吸附出去，使有害废气经多级净化后最终达标排放。其UV光触媒净化器中的游离活性氧和OH自由基也进入到活性炭吸附床区，进入到活性炭中，可以进一步去除活性炭吸附的有机物，提升活性炭吸附周期。

图1 印刷机和复合线废气处理工艺流程图

3.2 回收工艺

考虑到印刷厂实际情况，需要加强VOCs类物质进行回收处理或回收利用，需要对基本工艺进行优化升级，拟增设和改用吸收塔/解吸塔进行VOCs类物质回收，提高回收效率。回收工艺流程图如图2所示。

图2 回收工艺流程图

吸收剂的选择应当从溶解度、挥发度、粘度、安全性、针对性等方面综合考虑，既要经济有效又要快速安全。选择吸收剂的基本原则为：能够对醋酸丁酯有较强的溶解性，能够快速溶解但对醋酸丁酯之外的其他物质的溶解性又较低，可以精准分解和吸收醋酸丁酯，作为液体吸收剂的挥发性应当较小，且能够在压力、温度等作用下快速与醋酸丁酯分离，溶剂还需要相对稳定，无毒副作用，这样才能保障醋酸丁酯回收时的经济效益和溶剂的再生能力。根据本原则拟在正戊醇、乙二醇、正丙醇、油酸甲酯、乙酸苯酯、乙酸正辛酯中选定吸收溶剂，经气体溶解度计算后得出结论，如表1所示。

表1 各种溶剂中醋酸丁酯的溶解值测定

从测定结果可见，单位量乙二醇溶解醋酸丁酯的效果最佳，因此确定使用乙二醇为吸收溶剂。

使用吸收塔设备作为主要吸收装置，板式塔设备气体从塔底部进入，经内置小孔缓慢上升，在塔顶部逐渐注入溶剂，使塔内气体与溶剂充分接触，填料塔设备的工作原理基本相同[3]。吸收剂的用量过大会造成单位内吸收剂中的醋酸丁酯含量过低，浪费吸收剂增加解吸难度，用量过小则不能完成吸收要求，综合考虑和经试验之后，确定所用吸收剂用量为单位内基础用量的1.2～1.8倍，流率控制在53～98 kmol/h，吸收塔塔板数量控制在13～16，温度控制为避免成本增加，采用室温。

使用解吸塔对醋酸丁酯和吸收剂乙二醇进行分别回收，为了得到较高纯度的溶质溶液，采用精馏解吸法回收溶质溶液。精馏过程是以热能为媒介，利用混合物中不同组分之间挥发度的差异性使得轻组分在塔顶富集重组分在塔釜富集的过程。在精馏过程中，料液自精馏塔的中部适当位置进入精馏塔，塔顶设有冷凝器，可以将塔顶蒸气冷凝为液体，一部分回流，一部分作为塔顶产品搜集。对解吸过程进行模拟试验，得到操作参数：乙二醇解吸塔塔板数为5，进料位置为第3块板，回流比2.8，醋酸丁酯解吸塔板数11，进料位置为第4块板，回流比3。

4 结语

对于废气中醋酸丁酯的回收，目前已经有了相对成型的技术，且随着时间的推移，通过在历次实践中的总结，还能够更加成熟。在回收过程中，最终效果与系统建设、所使用的相关技术水平、材料、技术种类、操作人员水平等有直接关系，在新时期技术和理念的支持下，依靠先进设备辅助完成中间流程，并实现自动化和智能化回收处理将会是未来发展方向。