丙烯酸(酯)生产废水和废液联合净化工艺及机理探究

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丙烯酸及丙烯酸酯(Acrylic Ester,AE)作为丙烯的主要下游产品,广泛用于塑料、涂料、纺织、皮革产业、絮凝剂、建筑材料、造纸产业等领域。随着市场上对丙烯酸及其酯的高需求,装置产能也随之提高,在生产过程中产生的含高聚物精馏废液和大量含有机杂质的废水的量也逐年增大,因此丙烯酸(酯)废水和废液的净化处理是目前亟需解决的难题。目前对于丙烯酸及其酯的精馏废水和废液的工业化处理方法主要采用直接焚烧法,但该法能耗高、尾气污染严重,不仅造成了能源的浪费,而且设备投资大,是一种极不经济的处理方法。鉴于此,本文提出一种临氧裂解氧化净化的处理方法,可在低温(≤400℃)下,实现对废水和废液的同时处理。此外,借助GC-MS、FT-IR、TG、1H-NMR、GPC等表征手段对丙烯酸(酯)废水和废液的定性分析,初步阐述了废液热裂解及催化燃烧的机理,。  本文采用流化床-固定床串联工艺同时临氧裂解氧化净化丙烯酸(酯)废水和废液,计算系统的热平衡,并考察最优的工艺条件。针对废液氧化会释放出大量热量的问题,本文在流化床反应器中,在废液进行临氧裂解的同时将废水同时加入到反应器中,利用水的汽化潜热实现热量移出流化床,使流化床反应器内的温度维持在合适的范围内,实现反应器的稳定操作;建立了流化床中临氧裂解氧化-固定床中催化氧化的串联反应系统,在总热平衡前提下,常压、废液与废水进料比为1:8、废水的进料空速为0.18~0.23 L/(kgcat,流化床·h)、空气空速为300~2400L/(kgcat,流化床·h)、临氧裂解氧化反应温度为340~400℃、催化氧化反应温度为340~400℃,装置出口冷凝液中的COD不超过80 mgO2/L,达到雨排水标准,排出固定床的气体中VOCs含量不超过40 mg/m3。  论文以丙烯酸(酯)废水和废液为研究对象,采用表征手段对其主要成分定性分析,结果表明:废水中主要存在丙烯酸、丙烯酸叔丁酯、异丁醇和叔丁醇;废液经预处理后主要存在苯甲醛和丙烯酸、丙烯酸叔丁酯、异丁醇及叔丁醇组成的多种聚合物,废液的分子式为(C7H12O2)17。对废液中聚合物的处理分别采用热降解和催化燃烧的方法,研究不同条件下的反应历程,并对其做出比较分析,结果表明:废液在无氧条件下裂解,随着温度升高,废液中所含的有机物并不能完全裂解,生成物结构稳定,高温下仍残留大量有机物;有氧条件下裂解,废液中的有机物在500℃高温下可以完全裂解并去除掉低温下生成的多环类芳烃。无氧催化条件下燃烧,随着温度升高生成多环类有毒芳烃;有氧条件下催化,在400℃下实现对聚合物的完全去除。上述的研究结果,是本文开发出丙烯酸酯废液临氧裂解氧化技术的基础。
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