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粘胶纤维厂二硫化碳废气处理技术

摘要：结合近年来国内外有关二硫化碳净化技术的研究成果, 对各种净化技术的特点进行了总结。比较分析粘胶纤维生产过程中废气的治理技术冷凝回收法、活性炭吸附法、完全氧化法及生物法各自的特点及其适用性，对已有的 CS₂净化技术进行了综合评述。

关键词：粘胶纤维； 废气治理； CS₂；活性炭吸附

文献综述

粘胶纤维厂二硫化碳治理技术

粘胶纤维生产存在着废气污染问题，这主要是在粘胶纤维生产过程中使用CS₂作为溶剂，在制胶过程中部分CS₂同NaOH发生副反应生成三硫代碳酸钠( Na₂CS₃) ，粘胶在纺丝凝固浴中形成丝条时，三硫代碳酸钠同硫酸发生反应，从而产生H₂S气体，其它与纤维结合的CS₂ 在纤维再生时，又重新释放出来。主要废气排放源中CS₂ 、H₂S的质量浓度见表 1 粘胶纤维废气排放源CS₂和H₂S浓度。

表 1 粘胶纤维废气排放源CS₂和H₂S浓度

目前国内外粘胶纤维废气治理办法有冷凝回收法、活性炭吸附法、燃烧法及生物法等4种方法。

1.1冷凝回收法

在我国粘胶短纤维生产厂，冷凝回收法广泛用于高浓度CS₂废气治理^[1]。其作用原理为：利用废气中不同组分(主要为水蒸气、CS₂) 在同一温度下具有不同的饱和蒸汽压及同一物质在不同温度下有不同的饱和蒸汽压这一性质，将废气中的CS₂由气态冷凝为液态，进行回收。冷凝回收法主要用于短纤维生产中纺丝二浴槽所排废气中CS₂的回收，主要设备为列管式冷凝器^[2]。混合气体首先通过第一冷凝器(一冷)，冷却介质为40 ℃的低质水， 使大部分水蒸汽被冷凝为水回到二浴槽， 然后废气进入第二冷凝器( 二冷) ， 冷却介质为 28 ℃左右低质水， 使沸点为46 ℃的大部分CS₂气体被冷凝为液体， 最后废气进入第三冷却塔( 尾冷) ， 冷却介质为-8 ℃左右的冷盐水，使废气中CS₂废气进一步冷凝，二冷、尾冷冷凝下的液体 CS₂进入CS₂贮罐，用于生产中，尾冷尾气进入排气塔，其工艺流程图见图 1-1 冷凝工艺流程图。

图 1-1 冷凝工艺流程图

冷凝回收法主要特点^[3]：

1. 适用于高浓度CS₂废气，CS₂体积比大于 51 %。
2. CS₂回收率为40 %～ 45 %，最好水平达50 % 左右。
3. 投资低，便于运行管理。
4. 排出尾气需进一步治理。

影响冷凝回收效果的因素：

1. 冷却介质温度；控制好进口温度。
2. 冷凝器的保养。及时对腐蚀、填塞、泄漏等情况进行维修，更换清洗，确保冷凝器完好。
3. 二浴槽的密封性：如密封不好，空气进入，H₂S被空气中的氧氧化成单质硫，挂在冷凝器壁上，影响热交换，降低冷凝效果。
4. CS₂在二浴槽蒸出情况，要确保最大限度地蒸出。

1.2活性炭吸附法

粘胶纤维生产过程中分离出有强烈刺激性和毒性的硫化氢及CS₂气体，经玻璃钢管道引人活性炭吸附工艺系统。气体经碱液洗涤除去硫化氢后，再用水喷洒降温除湿，气体中的CS₂经活性炭吸附后再解吸冷凝，成品CS₂返回工艺系统中生产粘胶纤维。把水、硫化氢与CS₂分离出来，目的是回收CS₂循环利用^[4]，降低生产成本，减少环境污染。排放达到国家标准《恶臭污染物排放标准》GB 14554和《大气污染物综合排放标准》GB 16297的有关规定。

1. 废气中含有少量H₂S气体 ，在进行CS₂吸附前必须先采用 3级NaOH碱液洗涤进行脱除。H₂S与NaOH发生如下化学反应^[5] ：
4. 经碱液洗涤净化后的废气进入CS₂：吸附槽，采用活性炭吸收CS₂，尾气达标排放。工艺流程见图 1-2活性炭吸附工艺流程：

图 1-2活性炭吸附工艺流程

活性炭吸附工艺具有以下特点：

1. 活性炭吸附CS₂工艺适宜处理气量大、CS₂浓度低的废气 。

回收率高，达98％以上。

1. 投资较高， 运行费用高。
2. 用碱洗去除 H₂S， 产生二次污染问题。

影响活性炭吸附的因素:

1. 活性炭吸附寿命及吸附量。选用优质活性炭，提高其吸附寿命及吸附量，决定废气处理效果的好坏
2. 活性炭的亲水性。亲水性越差的活性炭，对CS₂的吸附量越大，若活性炭含水量超过 8 %时，活性炭的活性急剧下降^[6]。
3. 气体的温度。气体的温度越低，CS₂在活性炭上的吸附量愈高。
4. 气体浓度。气体中CS₂的浓度高，活性炭的吸附量越高，CS₂结除率越高，越经济、最适宜CS₂浓度为 5 ～ 15 g/Nm3 的气体。

1.3完全氧化法

完全氧化法包括催化氧化法和热力燃烧法，后者需用大量外加燃料燃烧来供热，使废气温度提高到CS₂的完全氧化温度。催化氧化法与热力燃烧法的比较见表 2催化氧化法和燃烧法参数比较。显然，催化氧化法在一定条件下要优于热力燃烧法^[7]。

表 2催化氧化法和燃烧法参数比较

热力燃烧法是CS₂废气在热交换器中预热后，进入热力燃烧室进行燃烧的方法。该方法的主要原理是使废气中的CS₂和O₂反应生成SO₂进而转化成 SO₃，经吸附或冷凝成为H₂ SO₄。催化氧化法是将CS₂废气加热后，在催化剂床层作用下，CS₂在较低温度和较短时间内被氧化为SO2，再冷凝为浓硫酸的方法。常用的催化剂有 Al -Mn、Pt、Ti等。该方法既能便于硫的除去和回收，又不会产生二次污染。目前世界上较具代表性的是丹麦托普索 ( Topsoe) 公司的 WSA法^[8]和瑞士毛雷尔公司的 KVT-SUIFOX法^[9]。两者的反应机理相似，如下所示：

完全氧化法的特点：

1. 处理气体的质量浓度范围广，(H₂S CS₂) 浓度质量大于2 g/Nm³都能进行有效处理，但是质量浓度低，燃料消耗高，不经济，最适宜处理质量浓度为 7 ～ 15 g/Nm³ 。
2. 彻底消除了 H2S 、CS2 对大气的污染，不产生废水二次污染。
3. 回收了总硫量的95 %～ 99 %，回收的硫酸可再用于生产，配制纺丝酸浴。
4. 不消耗化学药品。
5. 催化剂效率高，寿命长，价格较高。
6. 工艺简单，设备先进，运转可实现自控。

1.4生物处理法

生物处理法就是在水、微生物和氧气存在的条件下利用微生物代谢作用氧化分解H₂S、CS₂气体以达到净化的目的。一般认为生物净化过程为以下几个步骤^[10]：

1. 溶解过程。即H₂S和CS₂首先同水膜接触并溶解于其中，完成气相向液相的转移。
2. 迁移过程。溶解在水膜中的H₂S和CS₂被微生物吸附、吸收，实现从液相转移至微生物体内。
3. 代谢过程。即利用微生物的代谢作用，将H₂S和CS₂氧化成S或SO₄^2-，同时释放出CO₂气体。

研究发现，在综合处理H₂S和CS₂的菌种中，应用最多的是硫杆菌属(Thiobacillus)中的细菌，其中应用最广泛的是硫杆菌属中的排硫杆菌种(Thiobacillus thioparus)^[11]。

生物处理方法的主要特点：

1. 适用于废气量大，质量浓度低的废气处理，最低质量浓度可达200~300 mg/Nm³，但要求气体中CS₂质量浓度的波动应控制在 plusmn;30 mg/ Nm³。
2. 投资低，设备简单，运行费用低。
3. 几乎无二次污染问题。

粘胶纤维废气治理技术比较

根据以上四种废气治理技术的特点，从适用性、处理规模、处理效果和处理费用进行比较，见下表：

结论：

1. 冷凝回收法适用于回收CS₂质量浓度在爆炸极限以上的废气，经济、可行，主要用于短丝二浴槽排放废气的治理。
2. 活性炭吸附法适用于回收较高CS₂质量浓度、H₂S质量浓度较低的废气，主要用于冷凝回收尾气、切断机排气及黄化排放废气的处理，存在碱水洗涤H₂S产生二次污染、H₂S易使活性炭中毒等问题。
3. 氧化法法处理废气的质量浓度范围较广，CS₂、H₂S总质量浓度大于2 g/Nm3的废气皆可用其处理，但由于质量浓度低时需加入燃料油助燃，能耗增加，提高了运行费用，最适宜的质量浓度为7～15 g/Nm3，主要用于酸浴脱气排气、酸站地槽排气、纺丝机、切断机排气及CS₂冷凝回收排气。
4. 生物法应用于粘胶纤维废气的治理工艺是近几年发展起来的技术，它是大流量、低质量浓度CS₂、H₂S废气的最理想的处理技术，它适用于CS₂、H₂S总质量浓度小于2 g/Nm3的废气治理，最低处理质量浓度可为200～300 mg/Nm3，可主要用于粘胶长丝纺丝机排气的处理。

根据目前粘胶废气的治理方法，对废气中CS₂、H₂S的质量浓度及废气量都有所要求，质量浓度越高，废气量越少，治理起来越容易、越经济，因此我们应在满足生产工艺、劳动保护的前提下根据不同的废气排放点，科学地配备排风系统，以提高CS₂、H₂S质量浓度，减少废气排放量，从而降低废气治理的难度。同时，在强化末端治理的前提下，应积极进行技术改造，采用先进的设备、清洁工艺技术，减少或者不使用CS₂。

参考文献

[1] 陈平,熊兵.纺炼车间二硫化碳冷凝回收几种方法的比较分析[J].人造纤维,2016,46(04):22-24.

[2] 林国栋.粘胶纤维生产废气中恶臭气体治理技术探讨[J].山东化工,2008(02):19-25.

[3] 逄奉建.大型粘胶纤维厂废气治理的比较与分析[J].青岛大学学报(工程技术版),2002(02):88-92.

[4] 孟凡磊.活性炭吸附二硫化碳工艺运行总结[J].硫酸工业,2016(03):56-59.

[5] 张慧,童志权.黏胶纤维生产废气中H₂S、CS₂的治理技术[J].化工进展,2003(03):275-279.

[6] 苏发兵,李云峰,马兰,赵红阳,刘进,陈魁学.活性炭对气体中二硫化碳吸附性能的研究[J].化工环保,2000(01):3-6.

[7] 李续融,柳知非,庞德红.二硫化碳废气治理技术及其展望[J].污染防治技术,2010,23(05):72-76.

[8] J·K·Laursen,李中桂,张恩璞.从粘胶纤维生产废气中回收硫酸[J].人造纤维,1995(02):32-37.

[9] 焦稳泰.粘胶纤维废气治理方法探讨[J].人造纤维,1996(04):7-11.

[10]立维,童志权.生物法综合处理粘胶纤维生产废气中的H_2S和CS_2[J].人造纤维,2004,34(02):27-30.

[11]刘荷想,刘月梅.意大利斯尼亚公司的H_2S、CS_2废气治理技术[J].人造纤维,2000,30(01):29-30 33.

[12]马猛. 应用微生物工程治理粘胶纤维工业废气[J]. 人造纤维, 2000(2).

资料编号：[275646]

粘胶纤维厂二硫化碳废气处理技术

摘要：结合近年来国内外有关二硫化碳净化技术的研究成果, 对各种净化技术的特点进行了总结。比较分析粘胶纤维生产过程中废气的治理技术冷凝回收法、活性炭吸附法、完全氧化法及生物法各自的特点及其适用性，对已有的 CS₂净化技术进行了综合评述。

关键词：粘胶纤维； 废气治理； CS₂；活性炭吸附

文献综述

粘胶纤维厂二硫化碳治理技术

粘胶纤维生产存在着废气污染问题，这主要是在粘胶纤维生产过程中使用CS₂作为溶剂，在制胶过程中部分CS₂同NaOH发生副反应生成三硫代碳酸钠( Na₂CS₃) ，粘胶在纺丝凝固浴中形成丝条时，三硫代碳酸钠同硫酸发生反应，从而产生H₂S气体，其它与纤维结合的CS₂ 在纤维再生时，又重新释放出来。主要废气排放源中CS₂ 、H₂S的质量浓度见表 1 粘胶纤维废气排放源CS₂和H₂S浓度。

表 1 粘胶纤维废气排放源CS₂和H₂S浓度

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