揮發(fā)性有機(jī)物(VOCS)活性炭吸附回收技術(shù)

(VOCS活性炭吸附回收技術(shù)隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)展,各類有機(jī)溶劑的應(yīng)用越來越廣,有機(jī)廢,其所帶來的空氣污染等環(huán)境問題已經(jīng)引起全世界的關(guān)注。過去,VOCs掌握,越來越多的人開頭關(guān)VOCsVOCs的工藝現(xiàn)狀和爭論進(jìn)展,VOCs分別回收技術(shù)的進(jìn)展趨勢。,以及有機(jī)物料的儲運(yùn)等VOCsVOCs,,危害人類安康;參與形成光化學(xué)煙霧和氣溶膠,污染環(huán)境;鹵代烴類有機(jī)VOCs污染問題已經(jīng)引起世界的高度重視,美、VOCs,中國作為進(jìn)展中國家,VOCs,VOCs的回收關(guān)注,VOCs,VOCs,,對于推動我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)的,我國每年蒸發(fā)損失的輕質(zhì)油約4.7×105t,4.35×105t,其價(jià)值約合人民幣2109元[1]?？梢怨懒?將來幾年,VOCs,VOCs的回收方法主要有：,通常將吸附與冷凝法連用,吸,由于活性炭具有吸附力量強(qiáng),,原料充分、易再生的優(yōu)點(diǎn),VOCsVOCs的工藝(TAS)以及兩者的聯(lián)TPSA三種。變壓吸附是近50年進(jìn)展起來的氣體分別、凈化與提純技術(shù),是恒溫或無熱源的吸附分別過程,利用吸附等溫線斜率的變化和彎曲度的大小,轉(zhuǎn)變系統(tǒng)壓力,使吸附質(zhì)吸附和脫附。依據(jù)操作方式的不,變壓吸附可以分為平衡分別型與速度分別型兩類,分別依據(jù)氣體在吸附劑上平衡吸附性能的差異和吸附劑對各組分吸附速率的差異來實(shí)現(xiàn)氣體分別。該法可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)操作,具有自動化程度高、投資少、能耗低、安全的優(yōu)點(diǎn)。美、英等國最初使用變壓吸附法制H2N2和O2提取CO2CO[2]。20世紀(jì)60年月以后,開頭使用該法分別回收輕烴。德國Bochum大學(xué)的R?hm等使用活性炭C40/4變壓吸附回收CH2C2l和甲苯,回收率分別達(dá)80%和95%,使用Wessalith/DAY回收二甲苯, 回收率在95%以上[ 3] 。等人承受富集回流變壓吸附系統(tǒng)回收乙醇?xì)怏w[4],Liu等承受活性炭變壓吸附從苯/氮混合氣中回收苯, 回收率達(dá)99%[5]Olajossy等人承受真空變壓吸附法(VPSA)將煤礦瓦斯氣中55.2%86%～91%[6]Bayer公司D47/4活性炭變壓分別丙酮混合氣體,回收率達(dá)95%以上[7]。Bell98%的乙醇產(chǎn)品[3],上?；疺OCs的爭論。我國也有一些企業(yè)承受變VOCs,如:疆天業(yè)公司回收氯乙烯和乙炔,荊門石化,四川天一科技股份與太原化工股份共同開發(fā)了變壓吸附法回收聚氯乙烯分餾尾氣中氯乙,變溫吸附利用組分在不同溫度下吸附容量的差異來實(shí)現(xiàn)吸附和分別,低溫下被吸附的組分在高溫下脫附,使吸附劑再生,冷卻后的吸附劑再次于低溫下吸附強(qiáng)吸附組分。依據(jù)接觸方式的不同,變溫吸附可以分為固定床和移動床。固定床理論級數(shù)較多,但是床層較厚或承受細(xì)顆粒,氣體的分布不均勻,壓降大,傳質(zhì)推動力小,無法充分利用吸附劑和解吸氣體,連續(xù)生產(chǎn)時(shí)需要切換床層,裝載大量吸附劑。此外,吸附高濃度有機(jī)氣體的地方由于吸附放熱導(dǎo)致熱點(diǎn)效應(yīng),簡潔著火[8]。移動床處理負(fù)荷大,傳質(zhì)傳熱效果好,避開了著火的問題,而且便于吸附劑出入解吸區(qū),能夠分別高沸點(diǎn)的氣體。但是吸附劑長期處于流化狀態(tài),磨損嚴(yán)峻,對吸附劑的流淌性和硬度要求較高,且床層內(nèi)固體顆粒高度返混,對操作條件的變化敏感,設(shè)備相對簡單[9]。目前流化床吸附VOCs的實(shí)例還不多:Reichhold1995年建立了連續(xù)吸附/解吸的循環(huán)流化床,試驗(yàn)60%VOCs得到了分別[10]Chiang2023年考察了活性炭流化床對混合氣體()各成分的去除效率,并]ёl等人承受活性炭流化床對丙酮進(jìn)展回收,依據(jù)濃度和溫度梯度建立模型,[12]。我國段文立等使用兩段循環(huán)流化床吸附VOCs,吸附效率到達(dá)95%～98%,并實(shí)[13]不斷加壓、減壓或抽真空,掌握加壓和抽真空后體系的壓力,留意死空間內(nèi)氣體的壓力,操作簡單,能耗巨大,因而目前多承受變溫吸附,變溫吸附又以固定床居多,由于固定床吸附效率高,設(shè)備簡潔,VOCs的爭論熱點(diǎn)吸附劑的改性,目前,爭論熱點(diǎn)主要有兩個(gè):開發(fā)具有特別性能的活性炭,如纖維活性炭和木質(zhì)活性炭;對活性炭進(jìn)展改性,調(diào)整活性炭孔隙構(gòu)造,提高對特定吸附質(zhì)的吸附力量或降HNO3H2SO4HClHClOHFH2O2和O3等強(qiáng)氧化劑處理活性炭外表,提高酸性基團(tuán)的含783±51m2/g851±25m2/g,顯著增加了苯吸附量[14];黃正宏等H2O2HNO3,增加了苯吸附力量。復(fù)原改性是對活性炭進(jìn)展H2、N2高溫處理或氨水浸漬,提性,增加了其對苯酚的吸附力量。負(fù)載雜原子及化合物則是通過液相沉積的方法在活性炭外表引入特定雜原子和化合物,增加活性Chiang承受Mg(NO3)2和Ba(NO3)2處理活性炭,;Cu(NO3)2水溶液中,增加了活性炭吸附乙烯的力量[15],降低了對脫附條件的要求16]。吸附平衡的推測吸附容量是選用吸附劑的重要參考依據(jù),對吸附平衡的測量和推測,描述氣-固吸附平衡等溫線較為成熟的模型LangmuirFreundichD-R方程和D-A方程等?，F(xiàn)在,很多學(xué)者試圖在各自試驗(yàn)爭論的根底上建立適用于VOCsKye等人爭論了活性炭固定床對亞甲基氯蒸,用Langmuir,承受非平衡,[17]。Yun的模型,[18]。Jeong等考察了活性炭在壓力為2MPa,不同溫度下對H2、CH4、C2H4 純組分、兩兩混合及三組分混合氣體的吸附力量, 并用Langmuir,Langmuir- Freundich(L-F)方程和Flory-Huggins 模型(F-HVSM)關(guān)聯(lián)了吸附數(shù)據(jù),結(jié)果說明L-F和F-HVSM與試驗(yàn)結(jié)果的吻合程度更高。混合組分的吸附平衡則可使用擴(kuò)展的Langmuir、L-F、IAST及VSM預(yù)測[19]。Gales等人承受活性炭變溫變壓吸附系統(tǒng)回收丙酮、乙酸和乙醇蒸氣,建立了變溫、不絕熱、非平衡狀態(tài)下活性炭吸附的數(shù)學(xué)模型[20]。Chuang等人假設(shè)吸附與解吸同時(shí)發(fā)生,將非線性驅(qū)動力與Langmuir,該模型可以成功推測各種狀況下的吸附等溫[21]。寧公平通過試驗(yàn)建立了固定床活性炭吸附甲苯與低濃度三氯乙烯的數(shù)學(xué)模型,與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,可用于推測其它條件下的穿透曲線[22]。李國文等爭論了柱狀活性炭對甲笨的吸附性能依據(jù)吸附穿透曲線,求得活性炭吸附容量和傳質(zhì)區(qū)高度,并用Moment理論處理吸附過程,得到了活性炭吸附甲苯的理論穿透曲線模型[23]。金一中等爭論了苯甲苯混合溶劑的吸附平衡關(guān)系及動力學(xué)性質(zhì)承受動態(tài)吸附法對純組分、混合組分的吸附狀況進(jìn)展了測定 。依據(jù)Langmuir方程擬合出相應(yīng)的平衡常數(shù)qe和K分別利用E-L方程和IAST理論進(jìn)展推測分析,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展了比較結(jié)果說明,雖然E-L方程對吸附總量的推測與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合,但對各組分吸附量的推測卻常常產(chǎn)生偏差;而IAST引入競爭模型,較好地消退了偏差,平均誤差不超過10%[24]。吸附過程的影響因素VOCs,如分子量、沸點(diǎn)、偶極距及濃度;混合氣體成分如共VOCs的吸附容量。VOCs,穿透速度越快,越不利于吸附操作。高瑞英等的爭論覺察活性炭吸附同濃度的苯、甲苯、二甲苯時(shí),,表現(xiàn)為二甲苯>苯>甲苯,緣由是偶極距大的氣體分子和樣品外表的結(jié)合力越強(qiáng),吸附容量大,所以易液化或沸點(diǎn)高的氣體在同樣條件下更易被吸附[25]。ChiangVOCs()的吸附力量,效果最好26]。國內(nèi)羅宏慧等的爭論結(jié)果說明混合氣體的物質(zhì)種類越多,穿透容量降低越嚴(yán)峻,兩種有機(jī)蒸氣共吸附時(shí)丙酮的穿透容量下降21.9%,四種時(shí)則削減到41.7%[27]。高瑞英等覺察苯與甲苯的混合物比同濃,種吸附質(zhì)的簡潔加和,吸附力量強(qiáng)的甲苯能從活性炭中置換出吸附力量弱的苯[25]Marcu[28]、高華生[29]等人都考察了水蒸汽:水分子層的掩蓋導(dǎo)致活性炭對極性較強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)物的親和力減小,水蒸汽含量越高影響越顯著。Reucroft30]:濕度對高濃度有機(jī)蒸氣的影響較小,對于低濃度有機(jī)蒸氣影響較大,并隨著濕度的增大和有機(jī)蒸PerryJCerminara[31]等人指出:氧分子會與有機(jī)物分子競爭吸附位,活性炭脫附工藝,引入物質(zhì)或能量使吸附質(zhì)分子,除去可逆吸附質(zhì)。傳統(tǒng)的脫附方法有水蒸汽、熱氣體脫附,變壓脫附,溶劑置換,近年又出現(xiàn)水蒸汽、熱氣體脫附法適用于脫附沸點(diǎn)較低的低分子碳?xì)浠衔锖头枷阕逵袡C(jī)物,水蒸汽,經(jīng)濟(jì)性、安全性好,但是對于高沸點(diǎn)物質(zhì)的脫附力量較弱,脫附周期長,易造成系統(tǒng)腐蝕,對材料性能要求高;回收物質(zhì)的含水量較高,解吸易于水解的污染物(如鹵代烴)時(shí)會影響回收物的品質(zhì);水蒸汽脫附后,吸附系統(tǒng)需要較長時(shí)間的冷卻枯燥才能再次投入使用,還存在冷凝水二次污染的問題。與水蒸汽解吸相比,熱氣體解吸的冷凝水二次污染很少,回收到的有機(jī)物含水量低(對于水溶性的有機(jī)物更顯優(yōu)勢),便于進(jìn)一步精制回收,再生枯燥、冷卻時(shí)間短,對吸附系統(tǒng)材料要求較低。熱氣體脫附的缺點(diǎn)是氣體熱容量較小,氣體熱交換所需面積相對較大,假設(shè)直接承受熱空氣解吸,可能存在肯定的危急性,而且氧的存在會影響回收物質(zhì)的品質(zhì),所以需要掌握再生氣體中氧的含量,:2023年Reiter提出再生蒸氣與待,并承受周邊空氣而非傳統(tǒng)的凈化后氣體作為枯燥用氣32]。Flink承受33]。溶劑置換法以藥劑洗脫和超臨界流體再生法為代表,通過轉(zhuǎn)變吸附組分的濃度,使吸附劑解吸,然后加熱排解溶劑,使吸附劑再生。藥劑洗脫法適用于脫附高濃度、低沸點(diǎn)的有機(jī)物,使吸附質(zhì)與適宜的化學(xué)藥品反應(yīng),讓活性炭再生,針對性較強(qiáng),往往一種溶劑只能脫附某些污染物,應(yīng)用范圍較窄。所用有機(jī)溶劑價(jià)格高、有些具有毒性,會帶來二次污染,活性炭再生不徹底,易堵塞活性炭的微孔,屢次再生后溶劑,將吸附在活性炭上的有機(jī)污染物溶解于超臨界流體之中,再利用流體性質(zhì)與溫度和壓力的關(guān)系,將有機(jī)物與超臨界流體分別,,CO21979年,Modell首次承受超臨界CO2從活性炭上再生酚,該法操作溫度低,不轉(zhuǎn)變吸附物的物理、化學(xué)性質(zhì)和活性炭的原有構(gòu)造,活性炭根本無損耗,便于收集污染物,有利于吸附質(zhì)的重利用,切斷二次污染,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作,再生設(shè)備占地小,能耗少。但是,該法所爭論的有機(jī),難以證明應(yīng)用的廣泛性34]。電熱解吸法Fabuss和Dubois1970年利用吸附材料的導(dǎo)電性,向吸附飽和后的吸附劑施加電流,利用焦耳效應(yīng)生熱,為解吸供給能量。目前,有兩種方式產(chǎn)生電流:電極直接產(chǎn)生電流和電磁感應(yīng)間接產(chǎn)生電流。與,電熱解吸法再生氣體流量可以削減10%～20%,效率高,能耗低,消滅過熱點(diǎn),影響吸附床層溫度的掌握,難以放大,另外電極布置連接和絕緣方面還有待進(jìn)一步深入爭論35]。微波脫附法,只需常規(guī)方法的1/100～1/10的時(shí)間就可以完成,且加熱均勻,只對吸取微波的物料有加熱效應(yīng),能耗低,設(shè)備、操作簡潔,再生效率高,便于自動掌握,,脫附物質(zhì)不能準(zhǔn)時(shí)排解,Ania2450MHz的微波和傳統(tǒng)電熱法對吸附苯酚飽和的活性炭進(jìn)展再生,覺察微波可以顯著縮短解吸時(shí)間,且活性炭吸附容量損失少36]輻照再生吸附有甲苯廢氣的活性炭,并對解吸氣進(jìn)展冷凝,甲苯回60%以上[37],醇活性炭3～4min90%[34]。超聲波再生不同學(xué)者對超聲波解吸的機(jī)理有不同的解釋: Yu、B?ssler、Hamdaoui等認(rèn)為是聲空穴產(chǎn)生的高速微型射流和高壓沖擊波導(dǎo)致吸附質(zhì)解吸,Breit-bach等認(rèn)為是超聲波的熱效應(yīng)加速吸附質(zhì)的解吸。我國學(xué)者認(rèn)為超聲波與不同相界面或其他超聲波波峰相遇時(shí),會產(chǎn)生巨大的壓縮,隨著波的反彈形成一個(gè)個(gè)微小的空化泡,“空化泡”爆裂時(shí)爆炸點(diǎn)的溫度和壓力陡然上升,可以將能量傳遞給被吸附物質(zhì),加劇其熱運(yùn)動,從吸附劑外表脫離。由于超聲波只是在局部施加能量, 因而能耗較小, 炭損失小, 工藝設(shè)備簡潔。Hamdaoui的爭論結(jié)果說明超聲波可以顯著提高p-氯苯的解吸速率,在21到800kHz的范圍內(nèi),解吸速率隨著頻率的上升而加快,且在超聲波到達(dá)38.3W之前,活性炭的穩(wěn)定性未受到影響[