挥发性有机物(VOCS)活性炭吸附回收技术

挥发性有机物(VOCS )活性炭吸附回收技术随着我国经济建设的进展, 各类有机溶剂的应用越来越广, 有机废气的排放量也随之逐年增加, 其所带来的空气污染等环境问题已经引起全世界的关注。过去, 争论人员主要致力于开发高效的VOCs 掌握技术。随着我国建立可持续社会目标的提出, 越来越多的人开头关注经济有效的VOCs 回收方法。本文重点介绍了活性炭吸附回收VOCs 的工艺现状和争论进展, 并推测了VOCs 分别回收技术的进展趋势。石油加工、工业溶剂生产、化工产品生产, 以及有机物料的储运等过程都会产生挥发性有机物VOCs。VOCs 种类繁多, 多数有毒, 危害人类安康;参与形成光化学烟雾和气溶胶, 污染环境;卤代烃类有机物可以破坏臭氧层。VOCs 污染问题已经引起世界的高度重视, 美、日、欧盟多年前即执行了严格的VOCs 排放标准, 中国作为进展中国家, 目前首要考虑的是解决VOCs 污染问题, 对于VOCs 的回收关注不多。但是, 假设能经济有效地回收VOCs, 特别是高浓度、高价值的VOCs, 具有环境、安康、经济三种效益, 对于推动我国循环经济的进展和社会可持续进展意义重大。以油品为例, 我国每年蒸发损失的轻质油约 4.7 ×105 t, 如果进展油气回收可以削减损失约4.35 ×

105t, 其价值约合人民币 2 ×109 元[1]。可以估量,将来几年, VOCs 的回收将越来越受重视。目前, VOCs 的回收方法主要有：吸取法、吸附法、冷凝法和膜分别法, 通常将吸附与冷凝法连用, 吸附剂首选活性炭, 由于活性炭具有吸附力量强, 耐酸碱、耐热, 原料充分、易再生的优点, 一般流程为：吸附、脱附、冷凝回收。

1活性炭吸附VOCs

1.1活性炭吸附VOCs 的工艺

活性炭吸附工艺包括变压吸附(PSA)、变温吸附(TAS)以及两者的联用TPSA 三种。

变压吸附是近50 年进展起来的气体分别、净化与提纯技术, 是恒温或无热源的吸附分别过程, 利用吸附等温线斜率的变化和弯曲度的大小, 转变系统压力, 使吸附质吸附和脱附。依据操作方式的不同, 变压吸附可以分为平衡分别型与速度分别型两类, 分别依据气体在吸附剂上平衡吸附性能的差异和吸附剂对各组分吸附速率的差异来

实现气体分别。该法可以实现循环操作, 具有自动化程度高、投资少、能耗低、安全的优点。美、英等国最初使用变压吸附法制H2 、N2 、和O2 、提取CO2 、CO[ 2] 。20 世纪60 年月以后, 开

头使用该法分别回收轻烃。德国Bochum 大学的Röhm 等使用活性炭C40 /4 变压吸附回收CH2C2l 和甲苯, 回收率分别达80%和95%,

使用Wessalith/DAY 回收二甲苯, 回收率在95% 以上[ 3] 。ReikoWakasugi 等人承受富集回流变压吸附系统回收乙醇气体[ 4] , Liu 等承受活性炭变压吸附从苯/ 氮混合气中回收苯, 回收率达99%[ 5] 。Olajossy 等人承受真空变压吸附法(VPSA)将煤矿瓦斯气中的甲烷体积浓度从55.2%提高到86% ～91%[ 6]。德国Bayer 公司承受D47/4 活性炭变压分别丙酮混合气体, 回收率达95%以上[ 7] 。日本Bell 公司承受活性炭变压吸附分别法回收到纯度达98%的乙醇产品[ 3] 。我国北京科技大学机械工程学院气体分别争论所, 上海化

工争论院都进展过变压吸附VOCs 的争论。我国也有一些企业承受变压吸附法回收VOCs, 如:疆天业公司回收氯乙烯和乙炔, 荆门石化总厂催化一车间回收乙烯, 四川天一科技股份与太原化工股份共同开发了变压吸附法回收聚氯乙烯分馏尾气中氯乙烯、乙炔的技术, 运行稳定、效果良好。

变温吸附利用组分在不同温度下吸附容量的差异来实现吸附和分别的循环, 低温下被吸附的组分在高温下脱附, 使吸附剂再生, 冷却后的吸附剂再次于低温下吸附强吸附组分。依据接触方式的不同, 变温吸附可以分为固定床和移动床。固定床理论级数较多, 但是床层较厚或承受细颗粒, 气体的分布不均匀, 压降大, 传质推动力小, 无法充分利用吸附剂和解吸气体, 连续生产时需要切换床层, 装载大量吸附剂。此外, 吸附高浓度有机气体的地方由于吸附放热导致热点效应, 简洁着火[ 8] 。移动床处理负荷大, 传质传热效果好, 避开了着火的问题, 而且便于吸附剂出入解吸区, 能够分别高沸点的气体。但是吸附剂长期处于流化状态, 磨损严峻, 对吸附剂的流淌性和硬度要求较高, 且床层内固体颗粒高度返混, 对操作条件的变化敏感, 设备相对简单[ 9] 。目前流化床吸附VOCs 的实例还不多:Reichhold 等在1995 年建立了连续吸附/解吸的循环流化床, 试验中有60%的VOCs 得到了分别[ 10] 。Chiang 等在2023 年考察了活性炭流化床对混合气体(苯、甲苯、二甲苯)各成分的去除效率, 并争论了床高、流化速率、床温等因素对去除效果的影响[ 11] 。Wa ёl 等人承受活性炭流化床对丙酮进展回收, 依据浓度和温度梯度建

立模型, 以争论流化床质量、能量传递机制[ 12] 。我国段文立等使用两段循环流化床吸附VOCs, 吸附效率到达95% ～98%, 并实现了吸附剂和吸附质的总体逆流操作[ 13] 。由于变压吸附过程需要不断加压、减压或抽真空, 掌握加压和抽真空后体系的压力, 留意死空间内气体的压力, 操作简单, 能耗巨大, 因而目前多承受变温吸附, 变温吸附又以固定床居多, 由于固定床吸附效率高, 设备简洁, 工艺相对成熟。

1.2活性炭吸附回收VOCs 的争论热点

1.2.1吸附剂的改性

吸附分别效果的关键在于吸附剂性能, 目前, 争论热点主要有两个: 开发具有特别性能的活性炭, 如纤维活性炭和木质活性炭;对活性炭进展改性, 调整活性炭孔隙构造, 提高对特定吸附质的吸附力量或降低脱附要求。常用的改性方法有氧化、复原及负载杂原子和化合物等。氧化改性法使用HNO3 、H2 SO4 、HCl、HClO、HF、H2 O2 和O3 等强氧化剂处理活性炭外表, 提高酸性基团的含量。Chiang 等对活性炭进展臭氧氧化后使活性炭的外表积从783 ±51 m2 /g 增加到851 ±25m2 /g, 显著增加了苯吸附量[ 14] ;黄正宏等承受H2 O2 和浓HNO3 对椰壳活性炭进展湿氧化, 增加了苯吸附力量。复原改性是对活性炭进展H2 、N2 高温处理或氨水浸渍, 提高活性炭外表碱性基团的含量。如高尚愚承受复原法对活性炭进展改性, 增加了其对苯酚的吸附力量。负载杂原子及化合物则是通过液相沉积的方法在活性炭外表引入特定杂原子和化合物, 增加活性