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采用活性炭纤维吸附装置回收VOC的优点分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-08  浏览次数:67
核心提示:采用活性炭纤维吸附装置回收VOC的优点分析李守信1.3. 金平2 张文智3王英杰3彭通乐3王雪3(1.华北电力大学河北保定071003 2. 中绿

采用活性炭纤维吸附装置回收VOC的优点分析

李守信1.3. 金 平2 张文智3 王英杰3 彭通乐3 王 雪3
(1.华北电力大学 河北保定 071003 2. 中绿实业有限公司 北京 100035
3。河北中环环保设备有限公司 保定 071051)
摘 要 文章介绍了采用活性炭纤维有机废气吸附回收装置治理回收有机废气(VOC)的工艺,阐述了新工艺与传统工艺相比所具有的优点,指出,回收率由80%左右提高到92%~98%,提高了回收设备的自动化程度。同时,从机理上回答了新工艺优越性的原因。
关键词 活性炭纤维 吸附 平衡吸附量 透过曲线

在许多化工生产中,含VOC (Volatile organic compounds, 挥发性有机物) 的排放一直是一个很突出的问题。不仅造成了严重的大气污染,而且大大浪费了资源,加大了生产成本。
对有机废气的治理,过去多数采用颗粒活性炭吸附。但存在着吸附率低、运行费用高、操作不稳定、安全性差、设备使用寿命短等缺点。这里介绍一种由河北中环环保设备有限公司开发的高科技节能环保产品——“活性炭纤维有机废气吸附回收装置”,用该装置回收大部分有机废气,可以达到92%~98%的回收效果。以某厂生产中含二氯甲烷废气的治理为例,装置经过二年多的时间,运行状况一直良好,吸附效率一直保持在97%以上。投资回收期仅一年左右,而本装置的设计运行寿命是10年。可见,采用活性炭纤维吸附回收装置回收有机废气,不仅具有很好的环境效益,而且还具有显著的经济效益。
一、 处理装置系统及工艺程序
1.处理装置系统
本工艺所采用的处理装置是以2~3个组合型BTP环式吸附器[3]为主体设计而成的吸附回收系统。吸附箱是整个装置的核心,所有吸附—脱附—再生工序均在吸附箱内完成。其它系统包括废气系统、蒸气脱附系统、冷凝回收系统、干燥系统和自动控制系统。
一般的工艺流程如图一所示。
净化气

图一 一般工艺流程示意图

二、颗粒活性炭和活性炭纤维吸附回收工艺比较(见表一)
表一 颗粒活性炭和活性炭纤维吸附回收工艺比较(同等处理规模)
 
从以上表中可以看出,与颗粒活性炭相比,采用活性炭纤维做吸附材料所开发的新工艺具有很多优点。
三、 新装置高性能的原因分析
1. 选用高性能的有机废气吸附材料——活性炭纤维
吸附材料的优劣,直接关系到装置的投资和运行成本。工业上对吸附材料的要求是[2],必须有大的比表面积(尤其是有效比表面积),高的孔隙率,均匀的孔径,而且要求脱附后的残留量尽可能地少。这里将颗粒活性炭和活性炭纤维作一比较[2]:
颗粒活性炭比表面积一般为700~1000m2/g,其当量直径多在几毫米甚至十几毫米,微孔孔道长,而且孔径不均一,除小孔外,还有0.001~0.01μm的中孔和0.5~5μm的大孔。
活性炭纤维比表面积达1000~2500 m2/g。同时,由于其微孔都开在纤维细丝表面,因而孔道极短,与颗粒活性炭比相差2~3个数量级。同时,孔径均一,绝大多数为特别适合气体吸附的0.002μm左右的小孔,因而具有更大的有效比表面积。根据Langmuir吸附理论[2],吸附剂的吸附容量是和它的比表面积成正比的,据文献介绍,它的吸附容量是普通颗粒活性炭的1~40倍[3],吸附速率是颗粒活性炭的10~100倍[4],又加上孔道极短,使得活性炭纤维吸附容量大,吸附和脱附速率高。许多工程实践都证明,活性炭纤维的吸附回收率可达92%~98%,而且使用寿命长,在同等条件下,是普通颗粒活性炭的3~4 倍,大大延长了设备的使用寿命,相比之下,使设备的年均投资大为降低。
图二是颗粒活性炭和活性炭纤维的微观示意图,从图中就可以看出他们的大致区别

活性炭纤维的微观结构                                          普通颗粒活性炭的微观结构
图二 普通颗粒活性炭与活性炭纤维的微观结构比较示意

如下数据也可以充分说明这一问题。
表二 活性炭纤维与颗粒活性炭对几种有机物平衡吸附量的比较[1]

另外,从活性炭纤维和颗粒活性炭的吸附透过曲线也可以很明显地看出来[2],活性炭纤维的吸附性能也远比颗粒活性炭优越得多。两种吸附剂吸附透过曲线的比较见图三。
 
活性炭纤维吸附透过曲线 颗粒活性炭吸附透过曲线
图三 活性炭纤维和颗粒活性炭吸附透过曲线
从以上透过曲线可以看出,活性炭纤维的透过曲线的斜率远比颗粒活性炭大,说明活性炭纤维的透过曲线为优惠曲线,其吸附性能比颗粒活性炭优越得多,这一点是被许多理论和实践所证明了的。
2.新装置结构周密、设计合理
与传统的颗粒活性炭吸附装置相比,本装置具有如下优点:
a.目前用于有机废气吸附回收的固定床多以立式为主,因此气体流通面积小,阻力大,传热效果差,往往需要设置专门的换热系统。本装置由于设计了环式组合型结构[2],大大提高了气体的流通面积,使阻力大为降低,一方面提高了设备的处理能力,而且降低了运行费用。
b.开发出了采用“循环风”系统
为了有效地进行吸附、脱附和再生,特别研究对吸附难度较大的气体进行多次循环吸附,以尽可能地提高吸附效率。
c.运行程序严谨,要求吸附-脱附-再生连续运行,在切换频繁的情况下 要求整个系统协调运行,因此,运行控制采用了PLC技术。设备全自动运行,无人值守,。
由以上分析不难看出,采用活性炭纤维吸附装置回收有机废气,远远优于普通的颗粒活性炭装置。
参 考 文 献
[1]余国棕等,化学工程手册(第二版)北京 化学工业出版社 1996.
[2]赵毅 李守信,有害气体控制工程 北京 化学工业出版社 2001.
[3].刘天齐等,三废处理工程技术手册(废气卷) 北京 化学工业出版社 1999
[4]贺福 王茂章,碳纤维及其复合材料 北京 科学出版社 1997
[第一作者] 李守信(1942—),男,河南省商水县人, 1967年毕业于天津大学,华北电力大学教授,长期从事有害气体治理的研究与教学,主编《有害气体控制工程》(化工出版社)。河北中环环保设备有限公司技术总监。

The analyse merit with the Adsorption Equipment for recover VOC
Li Shouxin1, Jin Ping2, Zhang Wenzhi3,
Wang Yingjie3,Peng Tongle3,Wang Xue3
( 1. the Department of Environmental Engineering, North China Electric Power
University, Baoding, Hebei Province, 071003,
2.China Green Enterprise Limited
3.. Hebei Zhonghuan Environmental Equipment Co. Ltd., Baoding, Hebei Province, 071051)

Abstract:The adsorption technique and the equipment using the activated carbon fiber for the treatment of organic waste gas were introduced.Compared with traditional technique, the new one has a high automatic degree and recovery rate from 80% to 92%~98%. The reason advantages of new technique was also given from its work mechanism.
Keywords: activated carbon fiber; adsorption; equilibrium adsorbance; pervasion curve


 
 
关键词: 活性炭纤维
 
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