有機廢氣(VOCs)處理吸附法
吸附凈化技術是一種成熟的化工單元過程,早已用于各種有機溶劑的回收,尤其是活性炭吸附法已經在印刷、電子、噴漆、膠粘劑等行業,用于對苯、二甲苯、四氯化碳等有機溶劑的回收。
1原理
活性碳多是粉末狀或顆粒狀,大部分情況下不能直接用于各種凈化設備中,必須使活性炭具有一定形狀和支撐強度,才能使用,活性炭經過特殊的工藝處理后,能產生豐富的微孔結構,這些人眼看不到的微孔能夠依靠分子力,吸附各種有害的氣體和液體分子,從而達到凈化的目的。
活性炭吸附過程包括吸附凈化和熱脫再生。吸附凈化過程是將有機廢氣由排氣風機送入吸附床,有機廢氣在吸附床被吸附劑吸附而使氣體得到凈化,凈化后的氣體排向大氣即完成凈化過程;熱脫再生過程是當吸附床內吸附劑所吸附的有機物達到允許的吸附量時,該吸附床已經不能再進行吸附操作,而轉入脫附再生。
脫附再生即用來自催化的熱空氣吹掃吸附劑,使吸附的有機物脫附出來達到使吸附劑的吸附能力再生的目的。活性碳吸附法適用于大風量、低濃度、溫度不高的有機廢氣治理。
此法工藝成熟,效果可靠,易于回收有機溶劑,因此被廣泛地應用于化工、噴漆、印刷、輕工等行業的有機廢氣治理,尤其是苯類、酮類的處理。在工業吸附過程中,活性炭是使用得最為廣泛的一種吸附劑。但它也存在不耐高溫、在濕潤的條件下不能保持很好的吸附能力、易燃的缺點。沸石作為一種很好的替代吸附劑,已被逐步開發應用。
2吸附-水蒸汽再生-溶劑回收凈化工藝
吸附-水蒸汽再生-溶劑回收工藝是目前最為廣泛使用的回收技術,其原理是利用粒狀活性炭、活性炭纖維或沸石等吸附劑的多孔結構,將廢氣中的有機物捕獲;當廢氣通過吸附床時,其中的有機物被吸附劑吸附在床層中,廢氣得到凈化;由于吸附劑的價格較高,需要對其進行脫附再生,循環使用。
當吸附劑吸附達到飽和后,通入水蒸汽加熱吸附床,對吸附劑進行脫附再生,有機物被吹脫放出,并與水蒸汽形成蒸汽混合物一起離開吸附床。用冷凝器冷卻蒸汽混合物,使其冷凝為液體。
若有機溶劑為水溶性的,則使用精餾法,將液體混合物分離提純;若為水不溶性,則用分離器直接分離回收VOCs。具體可見圖1。 .jpg)
吸附-水蒸汽再生凈化工藝,利用吸附劑吸附有機物,然后用蒸汽脫附,最后直接分離或進一步精餾對不溶于水的溶劑,它是常規吸附方法與溶劑回收方法的組合,其特點是操作簡單、效率高,適用于中、低濃度、大風量的VOCs廢氣,但投資較大、水蒸汽消耗大、溶劑回收有時成本高。
3吸附-熱再生-催化燃燒凈化工藝
吸附-催化燃燒工藝是20世紀末發展起來的常規吸附方法與催化燃燒方法的組合工藝。該工藝原理是當吸附劑吸附達到飽和后,用熱氣流將有機物從吸附劑上脫附下來,使其再生,解吸釋放的高濃度VOCs廢氣送往催化器催化燃燒,燃燒過程中產生的熱量,一部分用于預熱解吸后的高濃度VOCs廢氣,另一部分用于熱解吸,其典型工藝流程可見圖2。
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該工藝凈化度高、適用范圍廣,適用于中、低濃度、大風量的VOCs廢氣,但投資大、催化劑容易中毒、不易維修。其中濃縮輪吸附-催化燃燒工藝是目前研究應用的一個典型案例,濃縮輪是一個由裝滿吸附劑(活性炭、活性炭纖維或沸石)的旋轉輪組成,廢氣從旋轉輪上游側進入濃縮輪的吸附區,其中的有機物被吸附,凈化的廢氣從旋轉輪的下游側排出;同時,另一股流量小得多,但溫度較高的脫附氣沿廢氣相反的方向進入濃縮輪的脫附區,脫附已經吸附的有機物。濃縮輪以一定的速度緩慢旋轉,這樣僅用一臺設備即可完成吸附、脫附操作,并使吸附和脫附同時進行,將大氣量、低濃度的廢氣處理,變成小氣量、高濃度的廢氣處理,之后再進到催化反應器燃燒,使設備費用大大降低。
4吸附-水蒸汽再生-溶劑回收凈化新工藝
如上所述,使用水蒸汽進行脫附的方法,是吸附回收溶劑中最常用的一種方法。在大規模有機廢氣(溶劑)的處理技術中,水蒸汽的用量很大,因此,新的吸附-水蒸汽再生-溶劑回收凈化工藝提出從脫附后的水蒸汽中回收冷凝熱,如圖3所示,它是利用脫附后的水蒸汽冷凝熱產生壓力低一些的水蒸汽升壓后,再回到脫附操作中使用的方法。
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使用這種方法,所需水蒸汽的蒸發潛熱大部分能夠回收,扣除水蒸汽升壓所需的能量,還能回收很多能量。另外,為了抑制脫附時發生的酮類VOCs廢氣的氧化、分解、聚合反應,或酯類VOCs廢氣的水解反應等對溫度依賴性大的溶劑的反應,在減壓下用水蒸汽在低溫(100℃以下)進行脫附的方式,稱為吸附-低溫水蒸汽再生-溶劑回收凈化新工藝(圖4)。
該工藝提出水蒸汽再生時與加壓高溫相反的思想,在脫附過程中采用真空泵降低壓力與溫度,這種方式能夠提高活性炭吸附的安全性,同時提高回收溶劑的質量。
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