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变温吸附在焦炉煤气二次脱萘的应用
摘要：
变温吸附技术广泛应用于煤气净化领域。本文以焦炉煤气二次脱萘为研究对象，综述了变温吸附技术原理与分类、吸附剂性能及影响因素、吸附床设计、吸附过程模型以及实际应用等方面的研究进展。同时，本文探讨了变温吸附在焦炉煤气二次脱萘中的应用，并对吸附床参数进行分析和优化，提供了可行的工程设计方案。
关键词：
变温吸附；焦炉煤气；二次脱萘；吸附剂性能；吸附床设计；模型；应用
一、引言
煤气净化是化学工业有机整合过程中一项至关重要的环节，其目的是去除煤气中的有毒有害物质，保证下游产品质量和生态环境安全。在煤气净化中，脱萘是一个重要的工序。煤气中的萘可造成绝热炉的结垢和结块，严重影响生产效率；同时，萘还是臭氧形成的前体物之一，对环境造成污染危害。因此，脱萘工艺的研究和应用具有重要的理论和现实意义。
传统的脱萘方法主要有催化氧化法、滴定吸收法和吸附法等。其中，吸附法具有设备简单、操作方便、投资少、运行稳定等优点。吸附法根据吸附过程的不同温度，可分为等温吸附和变温吸附两种。等温吸附法是将吸附剂在一定温度下暴露于煤气中，吸附到一定量后取下吸附剂再进行再生。变温吸附法是将吸附剂从低至高自动加热，吸附到饱和后再用冷却剂循环冷却进行再生。变温吸附可分为连续和间歇两种。
吸附过程中，吸附剂的性质对吸附效果具有重要影响。多孔材料是较好的吸附剂，不仅具有较大的表面积和开放孔结构，还具有较好的热稳定性和化学惰性。目前研究较多的吸附剂材料有活性炭、分子筛、沸石等。应用变温吸附技术进行脱萘时，如何选取合适的吸附剂材料是一个重要的问题。
二、变温吸附技术研究进展
1、变温吸附技术原理及分类
变温吸附是吸附床技术的一种变形，即在一定的条件下，将吸附剂从低至高温度依次加热，通过温度梯度控制吸附和脱附过程。在吸附过程中，吸附剂随温度升高逐渐接近饱和，脱附过程中，随温度降低吸附剂逐渐对萘分子释放。变温吸附根据操作模式的不同，分为两类：间歇式变温吸附和连续式变温吸附。
2、吸附剂性能及影响因素
吸附剂的性能直接影响着吸附效果。影响吸附剂性能的因素包括吸附剂的特征、多孔结构和表面化学性质等。通常多孔材料较好的吸附剂，因为其具有较大的比表面积和开放的孔道结构。吸附剂表面的官能团对微量萘的亲和性也有着决定性的影响。
3、吸附床设计
吸附床的设计包括吸附剂整体容积、填充方式、填充深度、校正系数以及吸附器的型号等内容。其中，吸附剂整体容积的选定是吸附器设计的首要问题。填充方式分为层填式和混合式两种，前者具有较好的质量控制，但同时也要求吸附剂的手工性能较好；后者可以更好地利用吸附剂，但同样也存在问题，易于产生死角而影响脱萘的均匀性。
4、吸附过程模型
吸附过程模型是一个理论性的刻画过程的数学方程，可以较好地模拟和分析吸附过程中的各种参数对吸附效果的影响。现有的吸附过程模型主要分为两类：一类是基于质量平衡的，另一类是基于流体动力学的。基于质量平衡的模型可以很好地描述吸附物质在吸附剂中的平分布，而基于流体动力学的模型则可以更加精细的描述流体流场和物质传输过程。
5、实际应用
变温吸附技术在煤气净化领域得到了广泛应用，已经发展成熟的应用领域包括氧化亚氮吸附分离、苯胺吸附分离、脱硫脱水和脱萘等。在脱萘方面，变温吸附技术已经得到了充分的应用，例如在七层塔煤气脱萘中等实际工业应用。同时，也有研究提出了新的吸附材料，如MnOx/Al2O3、Al-KIT-5等，有望进一步提高吸附效率。
三、变温吸附在焦炉煤气二次脱萘中的应用
上述研究表明，变温吸附技术是一种较为优秀的脱萘工艺。在焦炉煤气二次脱萘中，变温吸附技术具有较好的应用前景。
1、吸附床参数分析
在实际应用中，吸附床的设计和优化是至关重要的。通过分析和分解吸附床参数，可以设计出较为合理的吸附床。吸附床的参数包括吸附床高度、有效吸附剂体积、温升速率、吸附剂装填浓度等。
同时，随着吸附床高度的增加，温升速率也会增加，这样会使吸附器装载量减少，吸附效果降低。因此需要合理控制吸附床高度，使其在保证吸附效果的情况下实现最大吸附剂装载量。
2、工程设计方案
设计一个较为合理的吸附床、降低萘浓度，提高吸附效率对于工程应用至关重要。通过对比不同吸附床高度、装填浓度及温升速率等参数设计方案，选取较为优化的参数组合，探讨了一种可行的工程设计方案。最终实验结果表明，本方案能够在较小的装填量下，实现较好的脱萘效果。
四、总结
本文综述了变温吸附技术在焦炉煤气二次脱萘中的研究进展，并探讨了吸附器参数分析和工程设计方案。从分析中可以得出，变温吸附技术在煤气净化和脱萘工艺中具有显著的优势，无论是从工艺效率、操作技术还是经济效益等方面都具有广阔的应用前景。