离子液体吸收法处理粘胶纤维生产废气中硫化氢的研究

朱庆松 谢和平 孔令熙 甘丽华 李晓俊 王本杰 王紫文

中国纺织科学研究院 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，但在粘胶纤维生产中往往会产生大量的含硫化氢（H2S）和二硫化碳（CS2）的废气[1,2]，因此废气的高效、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]，但这两种技术投资大且对低浓度废气处理成本高；碱洗H2S 产生的硫氢化钠属于危险化学品，存在一定的安全隐患。

离子液体是由阴阳离子组成的、在室温或接近室温下呈液态的有机盐，具有结构可调、稳定性好、无挥发、可循环使用等特点，被称为“绿色可设计溶剂”。离子液体对气体具有独特的选择性溶解及吸收性能，因此在气体分离、净化方面具有很好的应用前景[5]。

本文以离子液体作H2S 吸收剂，通过实验室模拟实验对离子液体进行了筛选，并以筛选出的离子液体在中试装置上对粘胶废气中的H2S 进行了处理，考察了对H2S 的处理效果。

2 实验

2.1 原料

离子液体筛选实验：吸收液、离子液体和原料气均为自制，吸收液由离子液体和其他组分配制而成。

粘胶废气中H2S 处理试验：吸收液自制，由离子液体和其他组分配制而成，所用离子液体由四川益能康生环保科技有限公司提供；原料气（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

离子液体筛选实验：自建的实验室小型模拟装置。

粘胶废气中H2S 处理试验：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 离子液体的筛选

实验流程：原料气经计量后，经缓冲进入装有吸收液的吸收管中，恒温鼓泡吸收H2S，经过一定的吸收时间后，关闭气源，取吸收后的富液测定其中H2S 量。并取富液于烧瓶中，加热至沸腾后回流20min 进行再生，取再生后的贫液测定其中H2S 量。

实验条件：吸收液中离子液体浓度2.0 mol/L，原料气流量100ml/min，吸收温度40℃，吸收时间为180min。

吸收能力：由式A=C/V 计算，式中，A：吸收能力，g/l；C：吸收液（富液）中H2S，g；V：吸收液体积，l。

再生性能：以解吸率表示，由式η= 100（C1-C2）/C1计算，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（贫液）中H2S，g。

2.3.2 粘胶废气中H2S 的处理

试验流程：烟气（废气）首先进入吸收塔，烟气中H2S 被吸收液吸收，脱H2S 后的烟气（净化气）送入烟道。吸收H2S 后的富液进入再生塔解吸，解吸出的H2S 送回烟道。解吸H2S 后的贫液送入吸收塔，重新吸收H2S。吸收液往返循环，构成连续吸收、解吸过程。

表1 不同吸收液的吸收和再生性能

表2 粘胶废气中H2S 处理结果

废气中H2S 的去除率：由式q=100（CF- CJ）/ CF计算，式中，q：废气中H2S 的去除率，%；CF：废气中H2S 含量，mg/m3；CJ：净化气中H2S 含量，mg/m3。

3 结果与讨论

3.1 离子液体的筛选

以吸收能力高、再生性能好为选择H2S 吸收剂的基本原则，初选了1#～8#的8 种离子液体，分别配制成相应编号的8 种吸收液，在实验室小型模拟装置上进行模拟实验，测定不同吸收液的吸收能力和再生性能（解吸率），从而对8 种离子液体进行筛选。实验结果列于表1中。

由表1可见，2#、5#和6#吸收液具有较高的吸收能力和解吸率。但在实验中发现，2#吸收液在再生过程的后期有硫析出，这可能由于后期吸收液中的H2S 已经很少，在碱性的离子液体介质中部分H2S 被离子液体催化氧化成了单质硫。而6#吸收液中的离子液体无批量市售产品。因此选择5#吸收液相应的5#离子液体作为H2S 吸收剂。

3.2 粘胶废气中H2S 的处理

为验证上述筛选结果，以5#离子液体作H2S 吸收剂并配成吸收液，在中试装置上进行粘胶废气中H2S 处理试验。试验连续进行20 天，每两天检测一次废气和净化气中H2S 含量，并计算出废气中H2S 的去除率，以此考察对废气中H2S 的处理效果。试验结果列于表2中。

从表2可以看出：在试验运行的20 天内，废气中H2S 的去除率均在95%以上，最高可达99.4%，且并不随试验时间延长而降低；试验连续运行，净化气中H2S 含量始终在100mg/m3以下；废气中H2S 含量从4675mg/m3到383mg/m3，降低了11 倍，但H2S 去除率变化不大，且废气中H2S 含量为383mg/m3时，净化气中H2S 含量仍处于较低值。这些结果表明，实验室筛选结果可靠，选出的离子液体性能稳定，对粘胶废气中H2S 去除率高，净化效果好，并适应低H2S 浓度粘胶废气的处理。

本研究的处理方法，仅通过吸收液的温度变化而实现对H2S 的吸收和解析，因此运行成本较低。

3 结论

（1）对于离子液体作H2S 吸收剂，实验室模拟实验对离子液体的筛选结果可靠；

（2）以选出的离子液体对粘胶废气中H2S 进行处理，离子液体性能稳定，能循环运行，对H2S 去除率高，并适应低H2S 浓度粘胶废气的处理；

（3）离子液体吸收法处理粘胶废气中H2S，运行成本低。