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(jīng)在印刷、電子、噴漆、膠粘劑等行業(yè),用于對苯、二甲苯、四氯化碳等有機溶劑的回收。近幾年來,由于環(huán)保要求的更加嚴格,吸附技術也得到了迅速的發(fā)展,出現(xiàn)了新的吸附工藝和設備,吸附劑的改進,如活性炭纖維和沸石的使用,也擴大了吸附技術的應用范圍,使吸附成為有機廢氣 (溶劑 )處理技術的首選方法。

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(jīng)過特殊的工藝處理后 ,能產(chǎn)生豐富的微孔結(jié)構(gòu) ,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(nèi)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(jīng)不能再進行吸附操作 ,而轉(zhuǎn)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�；钚蕴嘉椒ㄟm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(yè)的有機廢氣治理 ,尤其是苯類、酮類的處理。在工業(yè)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(fā)應用。

1　 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(jié)構(gòu) ,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(huán)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。

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(guī)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。

2　 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(fā)展起來的常規(guī)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(chǎn)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。

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(zhuǎn)輪組成 ,廢氣從旋轉(zhuǎn)輪上游側(cè)進入濃縮輪的吸附區(qū) ,其中的有機物被吸附 ,凈化的廢氣從旋轉(zhuǎn)輪的下游側(cè)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(qū) ,脫附已經(jīng)吸附的有機物。濃縮輪以一定的速度緩慢旋轉(zhuǎn) ,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。

3　 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(guī)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(chǎn)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。

使用這種方法 ,所需水蒸汽的蒸發(fā)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(fā)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(zhì)量。

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