離子液體吸收法處理粘膠纖維生產廢氣中硫化氫的研究

朱慶松 謝和平 孔令熙 甘麗華 李曉俊 王本杰 王紫文

中國紡織科學研究院 生物源纖維制造技術國家重點實驗室 北京 100025

1 引言

粘膠纖維的優異使用性能和主要原材料纖維素的易得性和可再生性，決定了它將長時間存在高需求，但在粘膠纖維生產中往往會產生大量的含硫化氫（H2S）和二硫化碳（CS2）的廢氣[1,2]，因此廢氣的高效、經濟處理一直是粘膠纖維行業的技術難題。目前國內的粘膠廢氣處理主要采用德國魯奇（Lurgi）公司的堿洗加活性炭吸附法[3]和丹麥托普索(Topso)公司的燃燒后制硫酸（WSA）法[4]，但這兩種技術投資大且對低濃度廢氣處理成本高；堿洗H2S 產生的硫氫化鈉屬于危險化學品，存在一定的安全隱患。

離子液體是由陰陽離子組成的、在室溫或接近室溫下呈液態的有機鹽，具有結構可調、穩定性好、無揮發、可循環使用等特點，被稱為“綠色可設計溶劑”。離子液體對氣體具有獨特的選擇性溶解及吸收性能，因此在氣體分離、凈化方面具有很好的應用前景[5]。

本文以離子液體作H2S 吸收劑，通過實驗室模擬實驗對離子液體進行了篩選，并以篩選出的離子液體在中試裝置上對粘膠廢氣中的H2S 進行了處理，考察了對H2S 的處理效果。

2 實驗

2.1 原料

離子液體篩選實驗：吸收液、離子液體和原料氣均為自制，吸收液由離子液體和其他組分配制而成。

粘膠廢氣中H2S 處理試驗：吸收液自制，由離子液體和其他組分配制而成，所用離子液體由四川益能康生環保科技有限公司提供；原料氣（廢氣）為成都麗雅纖維股份有限公司粘膠纖維煙氣。

2.2 實驗裝置

離子液體篩選實驗：自建的實驗室小型模擬裝置。

粘膠廢氣中H2S 處理試驗：于成都麗雅纖維股份有限公司自建的中試裝置。

2.3 實驗方法與表征

2.3.1 離子液體的篩選

實驗流程：原料氣經計量后，經緩沖進入裝有吸收液的吸收管中，恒溫鼓泡吸收H2S，經過一定的吸收時間后，關閉氣源，取吸收后的富液測定其中H2S 量。并取富液于燒瓶中，加熱至沸騰后回流20min 進行再生，取再生后的貧液測定其中H2S 量。

實驗條件：吸收液中離子液體濃度2.0 mol/L，原料氣流量100ml/min，吸收溫度40℃，吸收時間為180min。

吸收能力：由式A=C/V 計算，式中，A：吸收能力，g/l；C：吸收液（富液）中H2S，g；V：吸收液體積，l。

再生性能：以解吸率表示，由式η= 100（C1-C2）/C1計算，式中，η：解吸率，%；C1：再生前吸收液（富液）中H2S，g；C2：再生后吸收液（貧液）中H2S，g。

2.3.2 粘膠廢氣中H2S 的處理

試驗流程：煙氣（廢氣）首先進入吸收塔，煙氣中H2S 被吸收液吸收，脫H2S 后的煙氣（凈化氣）送入煙道。吸收H2S 后的富液進入再生塔解吸，解吸出的H2S 送回煙道。解吸H2S 后的貧液送入吸收塔，重新吸收H2S。吸收液往返循環，構成連續吸收、解吸過程。

表1 不同吸收液的吸收和再生性能

表2 粘膠廢氣中H2S 處理結果

廢氣中H2S 的去除率：由式q=100（CF- CJ）/ CF計算，式中，q：廢氣中H2S 的去除率，%；CF：廢氣中H2S 含量，mg/m3；CJ：凈化氣中H2S 含量，mg/m3。

3 結果與討論

3.1 離子液體的篩選

以吸收能力高、再生性能好為選擇H2S 吸收劑的基本原則，初選了1#～8#的8 種離子液體，分別配制成相應編號的8 種吸收液，在實驗室小型模擬裝置上進行模擬實驗，測定不同吸收液的吸收能力和再生性能（解吸率），從而對8 種離子液體進行篩選。實驗結果列于表1中。

由表1可見，2#、5#和6#吸收液具有較高的吸收能力和解吸率。但在實驗中發現，2#吸收液在再生過程的后期有硫析出，這可能由于后期吸收液中的H2S 已經很少，在堿性的離子液體介質中部分H2S 被離子液體催化氧化成了單質硫。而6#吸收液中的離子液體無批量市售產品。因此選擇5#吸收液相應的5#離子液體作為H2S 吸收劑。

3.2 粘膠廢氣中H2S 的處理

為驗證上述篩選結果，以5#離子液體作H2S 吸收劑并配成吸收液，在中試裝置上進行粘膠廢氣中H2S 處理試驗。試驗連續進行20 天，每兩天檢測一次廢氣和凈化氣中H2S 含量，并計算出廢氣中H2S 的去除率，以此考察對廢氣中H2S 的處理效果。試驗結果列于表2中。

從表2可以看出：在試驗運行的20 天內，廢氣中H2S 的去除率均在95%以上，最高可達99.4%，且并不隨試驗時間延長而降低；試驗連續運行，凈化氣中H2S 含量始終在100mg/m3以下；廢氣中H2S 含量從4675mg/m3到383mg/m3，降低了11 倍，但H2S 去除率變化不大，且廢氣中H2S 含量為383mg/m3時，凈化氣中H2S 含量仍處于較低值。這些結果表明，實驗室篩選結果可靠，選出的離子液體性能穩定，對粘膠廢氣中H2S 去除率高，凈化效果好，并適應低H2S 濃度粘膠廢氣的處理。

本研究的處理方法，僅通過吸收液的溫度變化而實現對H2S 的吸收和解析，因此運行成本較低。

3 結論

（1）對于離子液體作H2S 吸收劑，實驗室模擬實驗對離子液體的篩選結果可靠；

（2）以選出的離子液體對粘膠廢氣中H2S 進行處理，離子液體性能穩定，能循環運行，對H2S 去除率高，并適應低H2S 濃度粘膠廢氣的處理；

（3）離子液體吸收法處理粘膠廢氣中H2S，運行成本低。