基于反应萃取精馏的炼厂废水有价值组分可持续回收：集成工艺开发与性能评价

本文创新性地将机械蒸汽再压缩（MVR）、渗透汽化（PV）与反应萃取精馏（RED）技术耦合，提出了一种高效处理炼厂废水中三乙胺（TEA）和硫化氢（H2S）的绿色工艺。通过相对挥发度分析、分子机制研究与量子化学计算，优选乙二醇（EG）作为萃取剂，突破TEA-H2O共沸瓶颈，实现H2S的高效转化与资源化，兼具显著的经济与环境效益。

　　

Relative volatility analysis

萃取剂的选择对萃取精馏（ED）的稳定性与分离效果具有显著影响。萃取剂通过改变共沸体系中组分的相对挥发度（RV）实现分离。RV定义为体系中挥发性组分与非挥发性组分的比值，其偏离程度直接决定分离难度，可通过公式(1)计算：

α = (y_A/y_B) / (x_A/x_B)

其中，y_A和y_B分别代表气相中两组分的摩尔分数。

Pervaporation model

图4展示了聚苯并咪唑/聚醚酰亚胺双层中空纤维膜用于乙二醇（EG）中水（H₂O）渗透汽化（PV）的机理模型。具体而言，EG和H₂O在浓度梯度驱动下穿透PV膜并扩散。通过真空泵在膜两侧维持一定压差，促使水分子选择性地蒸发并渗透，实现高效分离。

Process design and optimization

基于上述分析，我们采用Aspen Plus和Aspen Custom Modeler软件模拟了H₂S直接生产工艺、MVR结晶耦合反应萃取精馏（RED）的清洁生产工艺及其强化流程。两个过程均采用NRTL和ELECNRTL热力学模型，为物理过程与反应体系提供精准建模基础。

Comparison of TAC

通过对六种TEA-H₂O-H₂S清洁生产工艺的年度总成本（TAC）分析（图17）及成本数据（表S8）发现：在工艺改进方面，HE-EDP和MVR-HE-REDP通过优化传热过程，较EDP和MVR-REDP分别降低操作成本（TOC）7.34%和9.75%。尽管新增换热器使投资成本（TCC）上升，但TAC最终实现2.96%和5.06%的降幅。

采用渗透汽化（PV）技术的PV-EDP和MVR-PV-REDP工艺进一步展现出显著的经济优势。

Conclusion

本研究针对炼厂废水中TEA和H₂S的处理挑战，开发了一种高效环保的集成工艺，主要成果如下：

1. 1.
   通过RV分析、分子机制研究与量子化学（QC）计算，确定EG为最佳萃取剂，有效突破TEA-H₂O共沸瓶颈。设计了两类创新工艺方案：萃取精馏直接生产H₂S的流程及耦合MVR的RED清洁生产工艺。