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苯類、苯和二甲苯(BTX)這類輕芳香化合物(BTX)廣泛存在於工業環境中,是毒性最強的揮發性有機物(VOCs)之一。BTX汙染進入土壤和地下水,對人體健康和生態係統具有重要的危害。由於BTX在環境中不斷積累,因此降低其排放量已成為當務之急。現有的BTX處理技術主要有焚化法、生物降解法、溶劑吸收法、催化氧化、吸附等。在這些方法中,溶劑吸收法由於操作簡單,可以在不破壞BTX結構的前提下獲得BTX而被廣泛應用。
離子液體(IL)作為BTX吸附的理想替代物,在BTX吸附中起著越來越重要的作用。雖然為進一步評價基於IL的BTX吸收過程已有大量的熱力學數據被測量出來,但這些數據還不能在實驗室規模、能源消耗、環境和經濟方麵進行綜合過程評估。另外,要實現基於IL的BTX脫除過程的工業化,還需要對其進行可持續、係統的評估,以降低實際應用場景中可能發生的失敗風險。所以,為減少工業化階段的風險,必須對吸附過程進行係統的分析與評價,考慮吸附材料的熱集成、全壽命周期的環境影響和經濟效益。
對以三甘醇(TEG)吸收劑(Tf2N]IL與TEG[Tf2N]IL的BTX吸收過程進行了比較,並以[EMIM][Tf2N]IL和TEG][Tf2N]IL和TEG兩種模式下的BTX吸收過程。采用能量評估法,可獲得過程能耗與材料平衡,熱集成評價這兩種方法的節能潛力;通過環境評估,可計算各階段過程的壽命周期影響(LCI);並且回答哪一個過程是環境友好(IL或TEG)的問題;通過經濟評價,兩個過程的總成本(CAPEX)可獲得;並且要回答這兩個過程的總費用(固定費用或運行費用)中哪一部分是主要問題。
對BTX的能量分析表明,與[EMIM]方案相比,基於TEG的BTX吸收過程需要更大的能量消耗(加熱和冷卻能量),後者比前者高1.08和0.74倍。在[EMIM][Tf2N]計劃方麵,研究者進行了一項熱量整合,進一步評估它的能源節約潛力。實驗證明,采用熱集成技術可以節約5%和3.4%的冷、熱設備。經濟學分析顯示,對於[Tf2N]和TEG情景,年度TAC分別為48.41和61.11百萬美元,較後者下降26.3%。因而,以[EMIM][Tf2N]為基礎的BTX吸收法在經濟性能上有很大的工業化潛力。對捕獲1kg的BTX,環境分析顯示,對無吸收劑回收的[EMIM][Tf2N]情景的生命周期影響在所有類別中均高於TEG情景,較大差異在於AP分類。但是,當考慮對IL的回收利用時,[EMIM][Tf2N]方案在所有生命周期範疇均優於TEG。
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