活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭改性高效率回收乙烯

　　乙烯是生产塑料、化学品和各种工业产品的关键原料，是世界上生产最广泛的化学品之一。乙烯回收过程在石化厂中起着至关重要的作用，乙烯是从分解较大碳氢化合物的裂解过程中提取出来的。然而，与许多工业过程一样，乙烯的回收并非没有挑战，特别是在最大限度地提高产量、最小化能耗和改善乙烯与其他碳氢化合物的分离方面。

　　近年来，活性炭改性乙烯回收已成为一种创新且高效的方法来应对其中一些挑战。这种方法利用了活性炭的独特性质，可以对其进行化学或物理改性，以提高其对乙烯等特定烃类的吸附能力和选择性。通过将改性活性炭整合到乙烯回收过程中，工业可以实现更高的纯度、更好的分离效率和更低的运营成本。

　　本文深入探讨了活性炭在乙烯回收中的作用、提高其性能的改性以及这种方法对石化行业的益处。

　　活性炭在乙烯回收中的作用

　　活性炭是一种众所周知的吸附剂，用于广泛的分离过程，包括气体和液体净化、废水处理，甚至用于吸附挥发性有机化合物(VOC)。其高表面积、多孔结构和吸附气体和液体的能力使其特别适用于需要从混合物中分离组分的过程。

　　在乙烯回收中，活性炭用于变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)等过程，在这些过程中，它选择性地从气体混合物中吸附碳氢化合物。乙烯是一种轻质反应性分子，在裂解过程中很难与甲烷、丙烷或丁烷等其他气体分离。活性炭的吸附特性使其能够选择性地吸附乙烯，同时让其他气体通过，从而回收纯乙烯。

　　然而，活性炭在乙烯回收中的有效性取决于几个因素，包括所用碳的类型、操作条件(如温度和压力)以及混合物中是否存在其他气体。为了应对这些挑战，已经开发出改性活性炭来提高其选择性吸附乙烯的能力。

　　乙烯回收用活性炭的改性

　　标准活性炭可以吸附多种气体，但其对乙烯等特定烃类的吸附选择性可能并不总是足以实现高纯度回收。为了提高其效率，活性炭可以通过多种方式进行改性：

　　化学浸渍：最常见的修改之一是化学浸渍，其中活性炭用某些化学物质(如金属盐、酸或碱)处理以改变其表面化学性质。这个过程在碳表面引入了官能团或反应位点，可以增加其对乙烯等特定分子的亲和力。例如，金属基浸渍剂(如氧化铁、硫酸铜)可以产生吸引乙烯分子并与之结合的配位位点，从而提高吸附剂的选择性。

　　物理活化：另一种修改涉及物理活化，其中活性炭在高温下在氧化气体(如蒸汽或二氧化碳)的存在下进行处理，以增加其表面积并产生更大的孔隙。这一过程可以提高材料吸附气体(包括乙烯)的能力。较大的孔还可以提高乙烯分子进入碳结构的扩散速率，提高吸附过程的效率。

　　表面官能化：高级表面官能化涉及在活性炭表面引入特定的官能团(如羟基、羧基或胺基)。这些官能团可以与乙烯或其副产物更强烈地相互作用，从而提高吸附速率和容量。例如，羟基的存在可以增加碳对环氧乙烷(乙烯回收中的潜在污染物)的亲和力。

　　复合材料：在某些情况下，活性炭与其他材料结合形成复合吸附剂，以提高碳的整体性能。例如，将活性炭与沸石或其他多孔材料结合可以提高乙烯的选择性，同时提供额外的好处，如提高机械强度或热稳定性。

　　改性活性炭在乙烯回收中的优势

　　与传统方法相比，乙烯回收用活性炭的改性具有几个关键优势：

　　乙烯选择性增强：改性活性炭可以定制为选择性吸附乙烯，而不是其他碳氢化合物，如甲烷、乙烷、丙烷或丁烷，这些碳氢化合物通常存在于同一进料流中。这种选择性对于以最低的能耗实现高纯度乙烯至关重要。

　　提高吸附能力：化学和物理改性可以显著提高活性炭的吸附能力，即使在低浓度下也能有效回收乙烯。这种改进可以减少对多个分离阶段或复杂蒸馏过程的需求，这些过程可能是能源密集型的。

　　经济高效的工艺：传统的乙烯回收方法，如低温蒸馏或膜分离，由于其高能耗和资本成本，可能很昂贵。改性活性炭可以提供更具成本效益的替代品，因为它在较低的温度和压力下运行，降低了运营成本。此外，再生活性炭并多次重复使用的能力进一步提高了其经济可行性。

　　能源效率：使用改性活性炭的基于吸附的回收过程通常比蒸馏方法需要更少的能量。与活性炭一起使用的变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)技术也允许在较温和的条件下回收乙烯，从而减少该过程的整体能源足迹。

　　可持续性：与其他方法相比，使用活性炭回收乙烯更环保，特别是那些涉及危险化学品或大量水的方法。改性活性炭也是可再生的，这有助于其可持续性并减少浪费。

　　可扩展性：活性炭回收系统可以很容易地扩展，以满足小型和大型石化企业的需求。无论是在中试规模的装置中还是在全尺寸的工业工厂中，基于活性炭的系统的灵活性和简单性使其适用于广泛的应用。

　　改性活性炭在乙烯回收中的应用

　　改性活性炭在石化工业中有多种应用，特别是在乙烯的回收和纯化方面。一些关键应用包括：

　　石化和炼油工业：在炼油厂和石化厂，活性炭广泛用于气体分离装置，从裂解气流中回收乙烯。改性活性炭可以定制以去除杂质并选择性吸附乙烯，确保高纯度和收率。

　　天然气加工：乙烯通常存在于天然气流中，改性活性炭可用于在天然气加工厂回收乙烯。活性炭的使用减少了对昂贵和能源密集型蒸馏过程的需求。

　　生物质生产乙烯：在从生物质生产乙烯的生物精炼操作中，改性活性炭可以通过吸附不需要的副产物和污染物来帮助净化乙烯，提高工艺效率。

　　从烯烃裂解中回收乙烯：烯烃裂解用于从较重的碳氢化合物中生产乙烯，通常会产生气体混合物。改性活性炭可以帮助选择性地吸附乙烯，同时留下其他组分，从而简化分离过程。

　　活性炭改性乙烯回收是一种高效且可持续的方法，用于回收和纯化石化过程中的乙烯。通过化学和物理改性，活性炭可以被定制为选择性吸附乙烯，与传统方法相比，具有增强的选择性、更高的吸附容量和更高的能源效率等优点。

　　随着对乙烯的需求持续增长，石化行业寻求更可持续和更具成本效益的解决方案，改性活性炭在确保高效和对环境负责的乙烯生产方面可能会发挥越来越重要的作用。通过利用活性炭的独特性能和先进的改性技术，石化行业可以继续优化其回收工艺，推动资源回收的创新。

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