活性炭吸附技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用

關(guān)于活性炭吸附技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五1、吸附法1.1概述基本原理：利用各種固定吸附劑對排放廢氣中的污染物進(jìn)行吸附凈化的方法。作用原理：物理吸附和化學(xué)吸附，而VOCs廢棄的凈化主要采用物理吸附方法。關(guān)鍵技術(shù)：吸附劑、吸附設(shè)備和工藝、再生介質(zhì)、后處理工藝適用范圍：適宜處理低濃度、高風(fēng)量的有機(jī)廢氣，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳?xì)浠衔铩⒋蟛糠趾热軇?、常用醇類、部分酮類和酯類等?yōu)點(diǎn)：去除率高，是去除氣相污染物較為常用的方法缺點(diǎn)：存在投資運(yùn)行費(fèi)用較高且有產(chǎn)生二次污染的缺陷，而且吸附劑的容量有限且設(shè)備龐大，吸附劑再生有機(jī)溶劑回收等后處理工程復(fù)雜第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五1、吸附法1.2吸附劑選擇指標(biāo)①吸附容量：直接決定吸附質(zhì)在吸附床上的停留時(shí)間和吸附設(shè)備規(guī)模

吸附等溫線：在一定溫度下，吸附量與吸附質(zhì)平衡分壓之間的關(guān)系曲線，有五種基本類型Ⅰ：Lamgmuir等溫吸附Ⅱ＆Ⅲ：多分子層吸附Ⅳ＆Ⅴ：多分子層吸附，且吸附質(zhì)在吸附劑微孔和毛細(xì)管中凝結(jié)第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五一、吸附法1.2吸附劑選擇指標(biāo)②比表面積：單位質(zhì)量吸附劑所具有的比表面積as=at/m式中：as—吸附劑的比表面積（m2/g）；at—吸附劑的總表面積（m2）；m—吸附劑的質(zhì)量（g）③孔半徑：表示微孔大小大孔（r=0.1-1.0

μm）：吸附液體分子較有效中孔（r=0.002-0.1

μm）：吸附蒸汽分子較有效小孔（r<0.002

μm）：吸附氣體分子較有效④孔隙率：吸附劑內(nèi)部微孔的容積與吸附劑個(gè)體體積之比

εh=Vh/Vs式中：Vh—吸附劑內(nèi)部微孔的總?cè)莘e（m3）；Vs—吸附劑個(gè)體的體積（m3）第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五1、吸附法1.2吸附劑常用吸附劑沸石分子篩沸石和分子篩的主要成分都是鋁硅酸鹽，熱穩(wěn)定性好，熱氣流再生時(shí)安全性好；可對分子篩進(jìn)行化學(xué)修飾和改性，提高VOCs去除效果。顆粒硅膠活性氧化鋁多空粘土礦第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五1、吸附法1.2吸附劑常用吸附劑柱狀活性炭椰殼活性炭球形活性炭蜂窩狀活性炭纖維狀活性炭活性炭活性炭：最具有代表性的無極吸附劑；對非極性物質(zhì)（有機(jī)溶劑）效果佳蜂窩狀活性炭：床層阻力??；我國處理高風(fēng)量、低濃度VOCs設(shè)備中居多活性炭纖維：比表面積大、微孔豐富且分布均勻、吸脫附速率快、吸附速率高、易再生第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.1活性炭活性炭是黑色粉末狀或塊狀、顆粒狀、蜂窩狀的無定形碳，也有排列規(guī)整的晶體碳?；钚蕴恐谐荚赝?，還包含兩類摻和物：一類是化學(xué)結(jié)合的元素，主要是氧和氫；另一類摻和物是灰分，它是活性炭的無機(jī)部分?；钚蕴坑捎诰哂懈叨劝l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和極大比表面積，是首選的吸附劑。通常活性炭的孔容積達(dá)0.2~1.0cm3/g，比表面積達(dá)到300~3000m2/g第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.2吸附技術(shù)變壓吸附（PressureSwingAdsorption.簡稱PSA）基本原理：PSA是對氣體混合物進(jìn)行提純的工藝過程，該工藝是以多孔性固體物質(zhì)（吸附劑）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，在兩種壓力狀態(tài)之間工作的可逆的物理吸附過程，它是根據(jù)混合氣體中雜質(zhì)組分在高壓下具有較大的吸附能力，在低壓下又具有較小的吸附能力，而理想的組分H2則無論是高壓或是低壓都具有較小的吸附能力的原理。在高壓下，增加介質(zhì)分壓以便將其盡量多的吸附于吸附劑上，從而達(dá)到高的產(chǎn)品濃度。吸附劑的解吸或再生在低壓下進(jìn)行，盡量減少吸附劑上雜質(zhì)的殘余量，以便于在下個(gè)循環(huán)再次吸附雜質(zhì)。操作方式：按照操作方式的不同，變壓吸附又可以分為速度分離型與平衡分離型兩類，即分別根據(jù)吸附劑對各組分吸附速率的差別和氣體在吸附劑上平衡吸附性能的差異來實(shí)現(xiàn)氣體分離。優(yōu)缺點(diǎn)：變壓吸附（PSA）的循環(huán)周期短、吸附劑利用率高、產(chǎn)品純度高、吸附劑用量相對較少，不需要外加換熱設(shè)備，主要用于氣量大原料氣體組分復(fù)雜的氣體的分離與提純。缺點(diǎn)是回收率較深冷法低些。第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.2吸附技術(shù)變溫吸附（TemperatureSwingAdsorption.簡稱TSA）基本原理：TSA是利用吸附劑在不同溫度下吸附容量的的差異來實(shí)現(xiàn)吸附和分離的循環(huán)，低溫下吸附容量高，組分被吸附；高溫下吸附容量低，被吸附的組分被脫附解吸，吸附劑再生。吸附裝置：吸附根據(jù)接觸方式的不同，變溫吸附設(shè)備通常分為固定床、移動(dòng)床和流化床吸附器。優(yōu)缺點(diǎn)：變溫吸附（TSA）再生徹底、回收率低、產(chǎn)品損失小，通常用于微量雜質(zhì)或難解吸雜質(zhì)的脫除的循環(huán)，但存在周期長、投資較大能耗高，吸附劑使用壽命不長等缺點(diǎn)利用活性炭吸附法處理廢氣一般采用變溫吸附。第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.3吸附裝置常用吸附裝置：固定床吸附劑再生：低壓水蒸氣置換再生：大多數(shù)情況下比氣流吹掃更有效惰性熱氣流吹掃再生降壓或真空解吸再生：常用于有一定壓力時(shí)；常規(guī)常壓不經(jīng)濟(jì)熱空氣吹掃脫附再生蒸汽的總消耗量D：加熱蒸汽消耗量D1：一般來說，加熱蒸汽全部冷凝在吸附器中動(dòng)力蒸汽消耗量D2：此蒸汽消耗量一般用實(shí)驗(yàn)方法得到，與被吹脫的溶劑性質(zhì)有關(guān)。在缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可取2.5kg/kg溶劑用以補(bǔ)償活性炭被水潤濕時(shí)的潤濕熱的蒸汽消耗量D3：一般取飽和水蒸氣在吸附器內(nèi)壓力下的冷凝熱與該溫度下活性炭吸附水蒸氣的吸附熱之差第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.3吸附裝置常用吸附裝置：固定床安全性絕大多數(shù)的工業(yè)溶劑都是可燃的，其爆炸極限下限（LEL）的范圍在體積百分比1%-2%。有關(guān)安全規(guī)范要求廢氣處理設(shè)備的進(jìn)口廢氣濃度不能超過LEL的25%。床層自燃起因1）污染物的積累：放熱反應(yīng)使得局部達(dá)到自燃溫度。措施是在床層中注水或充惰性氣體2）靜電積累：應(yīng)避免產(chǎn)生靜電，對已產(chǎn)生的靜電應(yīng)盡快泄露或中和第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.3吸附裝置常用吸附裝置：固定床

經(jīng)濟(jì)性固體床吸附系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性包括投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用應(yīng)用者往往需考慮的是設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用若溶劑濃度很高，且廢氣溫度又不高（低于40℃），用吸附法回收是可行的選擇何種方法處理廢氣，應(yīng)根據(jù)具體情況分析，主要還是在于需要一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.3吸附裝置常用吸附裝置：流化床優(yōu)點(diǎn)氣固接觸好無需循環(huán)加熱缺點(diǎn)吸附劑的硬度要高，耐摩擦第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.3吸附裝置常用吸附裝置：移動(dòng)床優(yōu)點(diǎn)處理氣體量大吸附劑可循環(huán)使用缺點(diǎn)吸附劑的磨損和消耗第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五2、活性炭吸附技術(shù)2.4吸附工藝廢氣經(jīng)管道收集后進(jìn)入活性炭吸附系統(tǒng)，對廢氣中有機(jī)污染物進(jìn)行吸附，吸附系統(tǒng)為兩套，確保一套進(jìn)行活性炭脫附作業(yè)時(shí)另一套進(jìn)行正常吸附作業(yè)，避免進(jìn)行脫附時(shí)廢氣無法正常處理,廢氣經(jīng)活性炭吸附后由排氣筒排放。當(dāng)活性炭脫附時(shí)，進(jìn)氣閥和排氣閥關(guān)閉，蒸汽氣缸閥門打開，飽和水蒸汽通入對吸附達(dá)飽和值得活性炭進(jìn)行脫附，脫附時(shí)活性炭箱底部液體流入螺旋板換熱器，氣體進(jìn)入列管冷凝器進(jìn)行冷凝液化，冷凝之后液體進(jìn)入水層槽，上層可回用，若無回收必要可隨下層液體進(jìn)入污水處理站進(jìn)行處理，脫附完畢后由于蒸汽溫度高，當(dāng)溫度下降時(shí)會(huì)冷凝形成大量水分影響活性炭正常吸附，此時(shí)干燥風(fēng)機(jī)工作，將水分吹出，確保脫附作業(yè)完成后活性炭可進(jìn)行吸附作業(yè)第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五3、活性炭吸附法的組合工藝3.1固體床吸附—水蒸氣置換再生—冷凝回收工藝常以顆?；钚蕴俊⒒钚蕴坷w維或沸石作為吸附劑，主要對較低濃度VOCs廢氣中溶劑進(jìn)行回收固定床中的吸附劑吸附達(dá)到飽和后，通入高溫水蒸汽置換，然后用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使其冷凝為液體第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五3、活性炭吸附法的組合工藝3.2固體床吸附—真空解吸再生—吸收回收工藝吸附劑：中孔發(fā)達(dá)的顆粒活性炭采用抽真空降壓對吸附劑進(jìn)行再生，被真空泵所抽出的極高濃度的廢氣通常采用低揮發(fā)性的有機(jī)溶劑進(jìn)行吸收回收該工藝適合與高濃度有機(jī)廢氣的回收第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五3、活性炭吸附法的組合工藝3.3活性炭吸附濃縮—R