活性炭是應(yīng)用最廣泛的吸附劑，其生產(chǎn)和使用可以追溯到19世紀(jì)。活性炭之所以被廣泛使用主要是因其具有大量的微孔和中孔，且表面積巨大。典型活性炭的孔徑分布及其與其他吸附劑的比較如下圖所示。

  據(jù)了解，活性炭吸附技術(shù)是VOCs治理的主流技術(shù)之一，技術(shù)成熟、簡單易行、治理成本低、適應(yīng)范圍廣，在所有的治理技術(shù)中占有非常大的市場份額，在涂裝、包裝印刷、石油化工、化學(xué)品制造、醫(yī)藥化工和異味治理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

一、廢氣的預(yù)處理

1.污染物濃度要求

除溶劑和油氣儲運銷裝置的有機(jī)廢氣吸附回收外，進(jìn)入吸附裝置的有機(jī)廢氣中有機(jī)物的濃度應(yīng)低于其爆炸極限下限的25%。當(dāng)廢氣中有機(jī)物的濃度高于其爆炸極限下限的25%時，應(yīng)使其降低到其爆炸極限下限的25%后方可進(jìn)行吸附凈化。

對于含有混合有機(jī)化合物的廢氣，其控制濃度P應(yīng)低于最易爆炸組分或混合氣體爆炸極限下限值的25%，即P

Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)     

式中：

Pm——混合氣體爆炸極限下限值，%

P1，P2，…，Pn——混合有機(jī)廢氣中各組分的爆炸極限下限值，%

V1，V2，…，Vn——混合有機(jī)廢氣中各組分所占的體積百分?jǐn)?shù)，%

n——混合有機(jī)廢氣中所含有機(jī)化合物的種數(shù)。  

2.氣體溫度要求

進(jìn)入吸附裝置的廢氣溫度宜低于40℃。

3.廢氣濕度對活性炭吸附性能的影響

（1）由于活性炭表面通常含有大量的含氧基團(tuán)，一般活性炭均具有較強(qiáng)的吸水能力，與有機(jī)物產(chǎn)生競爭吸附作用。

（2）活性炭中含有灰分（金屬氧化物），提高了其吸水能力。

3.如何提高活性炭的疏水性能

（1）原材料的影響：如煤種的影響、瀝青基球型活性炭具有較好的疏水能力；

（2）高碘值活性炭（揮發(fā)份低）的疏水能力通常要優(yōu)于低碘值的活性炭；

（3）對活性炭進(jìn)行表面疏水改性，去除或減少表面含氧基團(tuán)、降低灰分（金屬氧化物）。

4.顆粒物的含量要求

（1）進(jìn)入吸附裝置的顆粒物含量宜低于1mg/m³。

（2）粉塵：細(xì)顆粒物（化工、家具等）

（3）漆霧顆粒物（形成氣溶膠）：影響最大

（4）絮狀顆粒物：印刷、橡膠、化纖等生產(chǎn)過程產(chǎn)生

5.廢氣成分的影響

（1）活性炭的“中毒”（或劣化）：

高沸點（或“半揮發(fā)性”）物質(zhì)再生困難，在活性炭上聚集，如硅烷、油脂等化合物，需要通過冷凝、過濾、吸附等預(yù)處理首先進(jìn)行去除；

發(fā)生聚合反應(yīng)，造成在活性炭上聚集，如甲醛、苯乙烯等；

二硫化碳（硫化氫）等吸附反應(yīng)形成單質(zhì)硫的聚集。

在吸附氣體中即使含有微量的高分子物質(zhì)或聚合性物質(zhì)，在活性炭中聚集，也會很快引起活性炭吸附性能急劇下降。

（2）活性炭的反應(yīng)活性（催化性）：

活性炭表面具有催化活性，會與一些化合物部分進(jìn)行氧化、水解等催化反應(yīng)。

典型反應(yīng)：

a.乙酸乙酯、乙酸丙酯等易發(fā)生水解反應(yīng)形成有機(jī)酸；

b.MEK（甲乙酮）、MIBK（甲基異丁基酮）易被氧化形成有機(jī)酸和丁二酮；環(huán)己酮氧化或聚合形成環(huán)亞己基環(huán)己酮；

c.甲醛、苯乙烯等易發(fā)生聚合反應(yīng)；

d.其他：如樹脂生產(chǎn)中的添加劑帶入二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺在活性炭上會發(fā)生水解生產(chǎn)二甲胺，造成臭氣排放問題。

6.造成的問題：

（1）回收的溶劑變色、發(fā)臭（如包裝印刷廢氣）；

（2）聚合后難再生，造成活性炭中毒（劣化）

（3）反應(yīng)放熱，造成活性炭著火。

二、基本工藝流程

1.工藝流程圖

2.工藝說明

車間有機(jī)廢氣通過吸氣罩收集，在排風(fēng)機(jī)作用下，經(jīng)過管道輸送進(jìn)入干式過濾器，再進(jìn)入活性炭吸附裝置，有機(jī)污染物被活性炭吸附，凈化后的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)增壓后達(dá)標(biāo)排放�；钚蕴课�附飽和后，請專業(yè)廠家再生后回用。

3.活性炭的吸附原理

a.物理吸附主要是通過活性炭去除液相和氣相中的雜質(zhì)。

活性炭的多孔結(jié)構(gòu)提供了大量的表面積，這使得它很容易吸收和收集雜質(zhì)。像磁性一樣，所有的分子都有相互吸引。正因為如此，活性炭孔壁上的大量分子能產(chǎn)生強(qiáng)大的重力，從而將介質(zhì)中的雜質(zhì)吸引到孔徑上。需要注意的是，這些吸附雜質(zhì)的分子直徑必須小于活性炭的孔徑，這樣才能保證雜質(zhì)被吸收到孔徑中。這就是為什么我們通過不斷地改變原料和活化條件來創(chuàng)造具有不同孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭，從而使其能夠應(yīng)用于各種雜質(zhì)吸收的應(yīng)用。

化學(xué)吸附是指活性炭表面的化學(xué)官能團(tuán)與吸附質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)�；钚蕴坎粌H含有碳，還包括少量的氧、氫等元素，形成了如羧基、羥基、酚類等官能團(tuán)。這些官能團(tuán)能夠與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而實現(xiàn)吸附�；瘜W(xué)吸附通常發(fā)生在較高的溫度和壓力下，且吸附過程是不可逆的。

b.活性炭對廢氣吸附的特點：

（1）對于芳香族化合物的吸附優(yōu)于對非芳香族化合物的吸附。

（2）對帶有支鍵的烴類物理優(yōu)于對直鏈烴類物質(zhì)的吸附。

（3）對有機(jī)物中含有無機(jī)基團(tuán)物質(zhì)的吸附總是低于不含無機(jī)基團(tuán)物質(zhì)的吸附。

（4）對分子量大和沸點高的化合物的吸附總是高于分子量小和沸點低的化合物的吸附。

（5）吸附質(zhì)濃度越高，吸附量也越高。

（6）吸附劑內(nèi)表面積越大。吸附量越高。

4.活性碳纖維

以新型吸附材料—活性碳纖維（ACF）為吸附劑的吸附法是近幾年發(fā)展起來的一種新型的有機(jī)廢氣回收方法，被認(rèn)為是最有效的回收凈化有機(jī)廢氣的新方法，近年來已引起廣大研究工作者和相關(guān)企業(yè)的極大關(guān)注。與傳統(tǒng)的活性炭相比，活性碳纖維具有以下優(yōu)異特性：

（1）比表面積大，有效吸附容量高；

（2）吸附、脫附快，能耗低，容易再生；

（3）強(qiáng)度高、壽命長；

（4）形狀多樣，便于工程應(yīng)用；

（5）可吸附低濃度氣體；

（6）吸附選擇性強(qiáng)。

5.活性碳纖維有機(jī)廢氣回收裝置

以活性碳纖維有機(jī)廢氣回收裝置中典型的三箱吸附裝置為例，分析其設(shè)備組成、工藝流程及技術(shù)特點。

（1）設(shè)備組成

吸附設(shè)備由引風(fēng)風(fēng)機(jī)、表冷器、過濾器、吸附器、分層槽等組成，整個系統(tǒng)的運行由PLC程序控制，自動切換吸附器，使之交替進(jìn)行吸附、解吸和干燥工藝過程的操作。

（2）工藝流程

揮發(fā)性有機(jī)氣體先經(jīng)過一定的前處理裝置，再經(jīng)過濾器進(jìn)一步去除尾氣中的雜質(zhì)，以保證這些雜質(zhì)不占用活性碳纖維的孔隙，影響活性碳纖維的吸附效率和使用壽命；過濾后的尾氣經(jīng)風(fēng)機(jī)引入吸附設(shè)備。

吸附了一定數(shù)量有機(jī)溶劑的活性碳纖維，用飽和水蒸汽進(jìn)行解吸，解吸完成后將通過過濾的外界空氣送入吸附器由風(fēng)機(jī)進(jìn)行干燥，使活性碳纖維床層冷卻并去除殘留的蒸汽，使活性碳纖維保持較高的吸附效率。干燥好的吸附器進(jìn)入下一工作程序循環(huán)進(jìn)行吸附。

解吸出的含有機(jī)物的混合蒸汽進(jìn)入冷凝器中進(jìn)行一級冷凝，冷凝液再經(jīng)板式冷凝器冷卻，經(jīng)過冷凝的有機(jī)物和冷凝水進(jìn)入分層槽，經(jīng)重力分層，上層的有機(jī)物自動溢流至儲槽，然后經(jīng)輸送泵送到吸附回收設(shè)備；下層的冷凝水排入廢水處理系統(tǒng)。

三、技術(shù)特點

（1）結(jié)構(gòu)合理

吸附芯為籠型結(jié)構(gòu)，具有活性碳纖維用量少，處理風(fēng)量大的特點，可大幅度降低有機(jī)廢氣處理成本。

（2）吸附率高

由于活性碳纖維的比表面積特性，決定了其吸附率可高達(dá)95%以上。采用專利技術(shù)可以實現(xiàn)多級吸附，可以達(dá)到極高的吸附率，是目前國際上能夠達(dá)到苛刻的環(huán)保排放要求的吸附裝置。

（3）運行能耗低、費用低

由于活性碳纖維的脫附、再生能耗低，再加上活性碳纖維纏繞芯的氣流阻力小、風(fēng)機(jī)功率小，所以在運行中活性碳纖維有機(jī)廢氣凈化回收裝置的氣耗和電耗均比較低。

（4）全自動控制、無人值守運行

采用可編程序控制器中央控制，集成電磁閥、托氣缸執(zhí)行動作，可靠性高。按照工藝流程設(shè)計的模擬盤顯示，運行狀況可以一目了然，并設(shè)計有故障檢測及指示功能。可靠性強(qiáng)、操作簡單、便于維護(hù)。

（5）安全可靠、適用于有爆炸危險場所

采用防爆風(fēng)機(jī)、防爆泵�？刂乒�、氣動柜采用正壓防爆技術(shù)，外部信號通過安全柵連接，系統(tǒng)接地，確保了裝置的安全性。

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