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如何提高光气尾气的处理效果

文章来源:admin 时间:2014-08-18

侯纪蓉(沈阳化工研究院, 沈阳110021)
摘要 
  介绍了光气尾气的排放状况、处理光气尾气用SN 27501催化剂的最佳使用条件和光气水解塔的设计要点。在合适的温度和足够的停留时间条件下, 不同浓度的光气尾气经催化水解处理后均可达到国家排放标准。
关键词 光气 废气处理 催化水解
前言
  1977年以来, 国内逐渐推广使用SN 27501催化剂水解处理光气尾气, 使光气污染得到了有效的控制。但是有些工厂对SN 27501催化剂使用不当, 没有达到应有的处理效果, 处理后的废气中光气浓度仍大大超过国家排放标准。本文将介绍SN 27501催化剂的性能和正确使用方法, 以助各光气生产和使用厂排放废气中的光气含量能够达到国家排放标准(现有污染源5mgöm 3, 新污染源3mgöm 3)。
  1 光气尾气的排放状况
  含光气废气主要的排放源有两处: 一是光气合成车间; 二是光气化反应车间。在光气合成车间, 合成运转初期, 生产的光气含量较低, 通常经处理后排空, 直到生产的光气达到需要的浓度, 方导入光气化反应工序或光气液化工序。合成炉停车时, 需将设备里的光气置换干净后才能进行检修, 此时排出的置换气中有相当浓度的光气。以上两种废气不定期排放, 光气浓度变化范围很大, 体积分数由10- 6数量级到10- 1数量级。另外, 还有光气液化工序排出的不凝气, 光气流量比较稳定, 光气浓度随冷却温度变化, 体积分数由10- 3数量级到10- 2数量级。
  光气化反应过程有间歇式和连续式。连续过程如聚碳酸酯、氯代甲酸酯的生产, 排放的光气尾气的流量和光气浓度较恒定, 光气的体积分数一般为10- 2数量级, 其他组分为HCl、CO、CO2等。间歇反应多见于合成异氰酸酯, 常以液态光气形式投料, 反应结束后升高物料温度, 赶出剩余的光气, 此时容易在短时间内排出大量高浓度的光气。因此, 光气尾气处理装置和催化剂必须能够适应光气浓度的大幅度变化, 并能耐受多种有机物。光气水解塔的设计必须要考虑最大进气量和最高进气浓度, 方能达到满意的处理效果。
  2 SN 27501催化剂对光气的处理能力
  由上节所述光气尾气排放情况可知, 光气浓度的变化幅度常常很大。而且, 当光气浓度>500mgöm 3时, 即使去除9919% , 排气中光气的浓度还是高于国家排放标准。为确保排气中光气的浓度达到排放标准, 光气水解塔的设计和操作控制应以催化剂对光气的处理能力为主要依据。本文所列催化剂对光气的处理能力, 是在处理后排气中光气浓度为2~ 5mgöm 3条件下催化剂的最大处理能力, 超过这个限值, 排气中的光气浓度将急剧上升, 可能超标数十到几百倍。
  不同反应温度下, 催化剂处理能力与进气中光气浓度的关系见图1。由图1可以看出, 反应温度相同时, 催化剂处理能力与进气中光气浓度成正比。
  3 反应温度对催化剂处理能力的影响
  进气中光气浓度为1000göm 3时催化剂处理能力与反应温度的关系见图2。
  由图2可见, 反应温度低于60℃时催化剂对光气的处理能力随温度上升而增强, 但超过60℃则处理能力下降。推测原因是: 光气在催化剂上被吸附富集, 然后水解, 温度较高时吸附力下降过多, 只有下调光气流量才能使排气中光气达标。由于试验时条件所限, 没有进行30℃以下温度的处理试验。但在做氧化铝催化水解光气试验时(氧化铝与本催化剂处理能力相近) ,温度降到28℃, 即使光气流量下降80% , 排出的气体中光气浓度也不能达到100mgöm 3以下。据此, 建议光气水解塔喷淋水温不要低于30℃, 最好在40℃左右, 特别在冬季, 更要注意水温, 以保证排气达标。

  光气水解是放热反应, 从生产装置运转实测得知, 水解塔内温度升高区在塔下部1ö 3~1ö2 段。而塔上部光气浓度很低, 水解反应放热不明显。因此, 必须注意控制喷淋水温。
  4 尾气中氯气的影响
  光气尾气中常含少量的氯气, 氯气含量过高时, 催化剂的处理能力急剧下降, 光气水解塔排气中光气浓度急升。遇此情况, 应先通知光气合成车间检查调整。催化剂在水淋洗以及不含氯气的废气或空气的吹扫下, 可以很快地恢复活性。
  5 喷淋液中盐酸浓度的影响光气化反应排出的废气中, 氯化氢含量很高, 在光气水解塔中, 废气中原有的氯化氢和光气水解产生的氯化氢同时被水吸收。目前, 国内有的厂回收盐酸, 有的厂不回收。回收盐酸时,
为了得到较高浓度的盐酸, 在光气水解塔中有时需要使用稀盐酸喷淋。试验得出, 喷淋用的盐酸中氯化氢的质量分数不宜超过8% , 否则催化剂处理能力下降过多。
  6 有机溶剂的影响
  SN 27501催化剂对有机溶剂的吸附能力很差, 废气中含有的有机物一般对催化剂无明显影响。试验曾用甲醇质量分数为5% 的水溶液代水喷淋, 无明显影响。浸透氯苯的催化剂用水淋洗除去表面附着的氯苯以后, 开始处理能力有所下降, 2h 以后处理能力恢复正常。
  7 光气水解塔的设计对图1进行数据处理可得到不同浓度的光气尾气经处理后浓度< 5mgöm 3所需的停留时间(见图3和表1)。
  图3 不同反应温度下光气尾气停留时间与光气浓度的关系
  试验结果得出: 当尾气中光气的体积分数> 10% 时, 为达到排气中光气浓度低于5mgöm 3, 废气在催化剂层中的停留时间需要2~3m in。在设计光气水解塔时, 应根据光气尾气的最大流量和平均流量、光气的最高浓度和平均浓度, 按所需停留时间计算催化剂层的体积;
  水解塔的直径和高度可参考一般填料塔计算。一些厂的水解塔受材料所限, 直径较大, 催化剂床层较薄, 在此情况下应注意气体和喷淋水的均匀分布, 避免沟流。

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