活性炭吸附-氮气脱附回收乙酸乙酯工艺研究

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中国环保产业

2015年第4期

罗水源，罗福坤，李泽清

（嘉园环保股份有限公司，福州 350003）

摘 要:通过考察脱附温度、脱附风量及活性炭吸附率等因素，研究了热氮气脱附回收效果。结果表明，氮气脱附回收有机溶剂，不仅能有效解析吸附活性炭中的有机物，而且避免了水蒸汽脱附带来的各种问题，具有巨大的市场潜力。

关键词:活性炭；吸附；脱附；吸附率；回收率

中图分类号:X701 文献标志码:A 文章编号:1006-5377（2015）04-0056-03

活性炭吸附-氮气脱附回收

乙酸乙酯工艺研究

1 前言

活性炭吸附回收技术是一种简单实用的VOCs治理技术，不仅能有效回收治理有机废气，解决环境污染问题，而且可为企业创造可观的经济效益，具有非常大的市场潜力[1]。目前，对活性炭吸附—脱附回收的研究报道较多[2~4]，但在实际工程中应用最为广泛的仍是以“活性炭吸附—水蒸汽脱附—冷凝回收”为主

[5]，然而利用水蒸汽脱附工艺在实际应用中也存在较多问题，如会产生二次污染、活性炭使用寿命及利用率低、应用具有一定的局限性、投资成本大等等。因此开发利用阻燃性气体作为脱附介质回收有机溶剂，不仅能回收利用有机废气和阻燃性气体，实现污染零排放，而且对于提高活性炭和设备的使用寿命、节约投资成本、提高市场竞争力具有重要作用。

本文通过建立一套动态吸附实验装置，采用乙酸乙酯作为吸附质，通过吸附率、脱附回收率、脱附温度等参数对该工艺的可行性进行了研究分析。

2 实验部分

2.1 实验原料

吸附剂选用宁夏恒辉活性炭有限公司研制的70颗粒

活性炭，四氯化碳吸附率为74%；比表面积1000m 2/g，灰分≤12%，水分≤5%。活性炭在120℃下干燥2h，放置冷却后待用。

吸附质为乙酸乙酯，分析纯。2.2 仪器设备

KANOMAX-6006型风速仪（日本加野麦克斯产品）；PGM-7600型VOC检测仪（华瑞科力恒（北京）科技有限公司产品）。

2.3 工艺流程及实验方法

工艺流程见图1。

1.气泵；2蠕动泵；3.气体发生器；4.玻璃转子流量计；5、7.取样阀；6.吸附罐；8.加热

器；9.氧浓度检测仪；10.循环风机；11.氮气罐；12.溶剂回收罐涡；13.列管式冷凝器

图1 工艺流程

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CHINA ENVIRONMENTAL PROTECTION INDUSTRY

2015.4

交流与探讨

Communication & Discussion

实验分为四个部分：

（1）配气系统：采用鼓空气法，通过调节蠕动泵及废气发生器的温度来配置实验所需要的气体浓度。浓度测定采用PID检测器。

（2）吸附系统：配置好的废气经吸附罐6进行净化处理，净化后的气体经排空口排放。取样点5、7分别设

在吸附罐进气口和吸附罐出气口，监测吸附前后乙酸乙酯的浓度变化。

（3）置换系统：吸附完成后，用氮气将系统内的气体全部置换，氧含量检测仪实时监控系统氧浓度的变化。

（4）脱附系统：脱附系统中的氮气经加热器加热到实验所需要的温度后进入吸附罐进行逆向解吸，解吸出来的气体经过冷凝器进行冷凝回收，未冷凝的气体经循环风机重新送回到加热器中进行加热再解吸。

3 结果分析

3.1 吸附率与再生次数的关系

实验条件：吸附温度25℃，吸附床层高度600mm；流速0.4m/s。考察活性炭再生次数对其吸附性能的影响。结果如下表。

从上表可知，在规定的乙酸乙酯出口浓度下，乙酸乙酯的首次动态吸附率为25.33%，经热氮气脱附再生后，其动态吸附率为14.76%～17.05%，产生这种波动主要是由于再生条件的不同和进口浓度的变化，但是对吸附率进行直线拟合，可发现活性炭经7次再生后对乙酸乙酯的吸附率略有下降，且下降的速率慢。因此该种活性炭经热氮气多次再生后仍具有很好的吸附能力，其吸附性能下降较慢。

不同吸附条件下的吸附率汇总表

再生次数

吸附浓度（g/m 3）

吸附时间（min）

吸附率（%）0 5.8132825.331 5.9223217.052 6.0221216.623 5.2829515.764 4.6729615.525 4.5530215.356

4.2831214.767

4.84

290

15.26

注：吸附率 ={ 0.12g/m 3出口浓度对应的穿透时间（h）×废气流量（m 3/h）×废气浓度（g/m 3）}

÷活性炭净重（g）×100%

3.2 不同脱附温度下的脱附过程曲线

实验条件：脱附风量42m 3/h，炭层高度600mm。研究

脱附温度对颗粒活性炭脱附行为的影响。实验结果如图2。

由图2可知，随着脱附温度的降低，其相应的脱附曲线沿时间轴向后移动，脱附温度越低，其脱附时间越长，当脱附温度为130℃时，脱附结束时间比140℃时的脱附结束时间晚了约40min，比150℃脱附结束时间晚了约70min。另外，脱附结束后，150℃时的回收率为96.85%，140℃时的回收率为94.52%、130℃时的回收率为89.26%。可见，提高脱附温度可以缩短脱附时间，提高脱附效率，有利于脱附的进行。这主要是因为脱附是个吸热的过程，被吸附的乙酸乙酯需要吸收热量提高动能来摆脱活性炭的吸附，氮气温度越高，传递给乙酸乙酯的动能越大，越有利于脱附的进行。3.3 不同脱附风量下脱附回收曲线

实验条件：脱附温度140℃；炭层高度600mm。考察脱附风量对颗粒活性炭脱附行为的影响。实验结果如图3。

图2 不同脱附温度时的脱附回收曲线

图3 不同脱附风量时的脱附回收曲线

乙醇乙酯回收量（m L ）

乙醇乙酯回收量（m L ）

从图3可知，随着循环脱附风量的增大，乙酸乙酯的脱附回收曲线沿时间轴向前移动，在风量为42m 3/h