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活性炭纤维吸附-催化燃烧法处理大风量低浓度VOCs废气

更新时间:2009-09-21 00:02 来源:科技创新导报 作者: 蔡宇峰 李海强 蓝炳杰 黄炳辉 杨远盛 蔡周祥 阅读:8373 网友评论2
有机废气中所含挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs),一般是指温室下饱和蒸气压超过70.91Pa或沸点小于260℃的有机物,包括脂肪烃、芳香烃、酯类、醚类和卤代烃等[1]。近年来的大量研究表明,碳组分是大气颗粒物中含量最高的化学组分,有机碳(OC)、元素碳(EC)在颗粒物中的质量浓度之和约占颗粒物质量浓度的20%~50%。大气中的气态挥发性有机物(VOCs)通过光化学反应生成的二次有机碳(SOC)已经成为颗粒物的重要组成[2]。 采用颗粒活性碳固定床吸附VOCs,因受其吸附率低,床层损力大,需采用蒸汽再生等不利因素的影响未能大量推广应用。蜂窝状活性炭吸附-催化燃烧法处理大风量低浓度VOCs废气从20世纪90年代开始得到了应用[3]-[7]。由于蜂窝状活性炭比粒状活性炭(GAC)具有床层阻力小,可用热空气再生等优点,基本上解决了活性炭吸附装置连续运转的难题,但仍然存在设备体积庞大、投资高、能耗高等缺点,主要在大型企业中应用,一般中小企业无法承受其费用。 1 新型吸附材料-活性炭纤维的应用 活性炭纤维(Activated Carbon Fiber, 简称ACF)是20世纪70年代初发展起来的一种新型吸附功能材料,它以粘胶纤维、酚醛树脂纤维、聚丙烯腈纤维、沥青纤维等为原料,经预处理、炭化和活化制得。应用状态为毡、布、纸、蜂窝状等。ACF具有粒状活性炭、蜂窝状活性炭不可比拟的一系列优点[8]:(1)ACF的纤维直径细(6~18μm),与被吸附物的接触面积大(外表面积大),且可均匀接触和吸附,使ACF材料得到充分的利用,效率高;(2)ACF的外表面积和比表面积大,吸附及脱附速度快,约是GAC的 10~100倍。吸附容量大,约是GAC的1.5~ 10倍。可吸附处理低浓度废气或具有活性高的有机物质。(3)ACF微孔非常丰富,且孔径分布窄,绝大多数孔径在100AO以下,吸附容量高。(4)ACF的体密度小,滤阻小,约是GAC的1/3,同时ACF的吸附效率高,漏损小,吸附层厚度可薄一些( 一般小于 100mm),占用空间小,滤层压降小,动力消耗少。(5)ACF的强度高,不易粉化,不会造成二次污染。纯度高,杂质少,可用于食品和医疗卫生工业。(6)因为ACF体密度小和吸附层薄,不会造成蓄热或过热现象,同时,ACF的热稳定性好,脱附温度比GAC 高,事故不易发生,可连续安全作业。(7)以 ACF作吸附剂的“吸附-催化燃烧”净化设备可以做到小型化,节省场地、资金及运行成本。金毓荃等研究以厚度为20mm的ACF 在滤速0.2m/s以下时,当进口浓度值小于 1000mg/m3时,三苯及其混合物的净化效率高于90%以上,对苯系混合物的吸附容量为 195mg/g左右(C进=500mg/m3,C出/C进 =0.5),连续循环14次,实验结果基本保持不变。吸附柱压降400Pa左右[9]。汪明光、陈湛采用厚度50mm的ACF对甲苯废气进行吸附脱附中试,流量850m3/h,其脱附热风温度为250~270℃,脱附时间15~20min[10]。 以ACF作吸附剂的有机溶剂回收装置,早在20世纪80年代末期日本已有东洋纺织公司、尤尼吉卡公司、东邦人造丝公司等研制成功并批量生产。在相同处理量的条件下,ACF的填充量仅是GAC的1/25;吸附时间是其1/20,脱附时间是其1/5;装置体积是其1/3,且回收溶剂的质量要比其好得多。对于一个双吸附槽回收装置(一个吸附、一个解吸,自动切换)来说,ACF与GAC 回收装置的参数见表1[8]。 在ACF的开发研究及应用技术方面,我国与日本相比,约有10~20年的差距。 2000年李泽清利用ACF回收装置对医药中间体生产中反应釜排气进行处理,回收甲苯及四氢呋喃(THF),处理规模2000m3/h [11]。张建军利用ACF回收装置回收水松纸印刷生产工艺中排放的乙醇用于生产[1]。欧海峰等于1999年采用活性炭纤维吸附-催化燃烧装置处理鞋厂印胶及烘干工序生产的 “三苯”废气,处理风量为14000m3/h,废气出口浓度低于40mg/m3,净化效率达95.6%~ 97%,脱附热风温度120℃,脱附时间6min[12]。 根据原材料纤维的种类及制备工艺的不同,目前市面提供的ACF主要有粘胶基(纤维素、人造丝)、聚丙烯腈(PAC)基,酚醛基、沥青基等品种。各种ACF的性能见表2[15]。 ACF值得强调的优点是其具有良好的脱附再生性能,脱附完全且速度快,再生吸附量保持率高,对有机溶剂蒸气的吸附,可用热空气或水蒸气再生。工业上用ACF吸附处理甲苯废气时,连续吸附-再生使用1年(吸附再生周期约25min),纤维的再生吸附量可保持95%以上,连续使用两年,可保持80%以上。ACF的耐热性强,在450℃以下空气中不失重,因此可在较高温度下脱附再生[15]。 在吸附-催化燃烧法处理大风量低浓度VOCs废气工程中,活性炭纤维(ACF)将可取代颗粒活性炭、蜂窝状活性炭做吸附剂。吸附-催化燃烧法应用实例见表3。粘胶基活性炭纤维(VACF)常被用作 VOCs的吸附材料,一方面它对VOCs的吸附容量大,更可贵的是耐温性能好,且温度对 VACF吸附性能影响不大,陈玲、奚旦立利用VACF对印染行业热定型机油烟废气吸附试验发现其吸附温度可达到210℃,且比温度低时吸附量总体上略有升高。热定型机油烟废气以烷烃类物质为主,含有醛、酮、烃、脂肪酸、醇、酯、内脂等污染物[17]。 2 FTX型VOCs废气净化装置简介 FTX型VOCs废气净化装置获发明专利(ZL200610037174·0)授权而开发。适合处理大流量、低浓度VOCs废气。 基本原理及技术特点 (1)采用活性炭纤维作吸附剂对VOCs 分子或分子团进行快速、高效吸附,废气得以净化达标排放。(2)每套装置由预滤器、吸附器(由6个吸附单元组成)、引风机、催化燃烧装置、脱附风机、控制箱、自动阀门和统一底座等组合成一台一体化装置,方便运输和安装。(3)吸附器的6个吸附单元循环进行吸附、脱附和再生过程。(4 )采用西门子可编程控制器(PLC)及触摸屏进行中央控制,模拟显示设备运转,运行状况可以一目了然。全自动控制,无人值守,可靠性强,操作简单,便于维护。( 5 )设备体积小,重量轻。(6)设备阻力小,节约能源。 3 FTX型VOCs废气净化装置技术先进性 目前我国处理大风量低浓度VOCs废气的设备以蜂窝状活性炭吸附-催化燃烧工艺为主要代表,FTX装置与其相比较,具有明显的优点。具体数据见表4。   参考文献 [1] 张建军. 活性炭纤维有机废气回收技术在清洁生产中的应用[ J ] . 中国环保产业,2008,10(10):47~50. [2] 韩博,等.无锡市区环境空气中PM10来源解析[J].环境科学研究,2009,1(1):35~39. [3] 张文俊, 等. 吸附、催化燃烧法治理有机废气的研究[ J ] .北京轻工业学院学报, 1997,6(1):89~97. [4] 何莹莹,等.吸附浓缩-催化燃烧法处理有机废气[J].环境工程,1997,8(4):34~ 3 6 . [5] 尹维东,等.蜂窝状活性炭在大风量有机废气治理技术中的应用[J].环境科学研究,2000(5):27~30. [6] 乔惠贤,等.包装印刷VOCs废气治理[J]. 环境工程,2005,4(2):42~44. [7] 黄炳辉,等.绝缘漆废气治理[J].广东环保产业,2007,6(增刊):40~43. [8] 贺福,马谦中.活性炭纤维工业的长足发展[ J ] .新型碳材料,1992(1):11~17. [9] 金毓荃.用活性炭纤维净化含苯系物废气工艺过程的研究[J].北京工业大学学报,1997,12(4):109~112. [10]汪明光,陈湛.活性炭纤维吸附甲苯废气的中试研究[J].化工设计通讯,2003, 3(1):36~40. [11]李泽清. 含VOC废气的回收净化工艺 [J].环境工程,2003,10(5):38~39. [12]欧海峰,林金画.活性炭纤维吸附-催化燃烧装置处理有机废气[J].环境污染与防治,2002,4(2):85~86. [13]陈春艳, 等.活性炭纤维在空气污染防治的应用前景[J].碳素科技,2002,6(2): 30~37. [14]蔡来胜, 等.活性炭纤维及其在空气净化机中的应用[J].污染防治技术,2003, 9(3):36~39. [15]肖长发.活性炭纤维及其应用[ J ] .高科技纤维与应用,2001,8(4):27~31. [16]曾胜学, 等.苯类有机废气的吸附及催化燃烧[ J ] . 广东环保产业, 2 0 0 4 , 3 ( 增刊):62~ 65. [17]陈玲,奚旦立.印染行业热定型机油烟废气检测方法研究[ J ] . 环境污染与防治,2009,1(1):51~54.

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关于“活性炭纤维吸附-催化燃烧法处理大风量低浓度VOCs废气 ”评论
1楼  王丽 2012-03-27
我的看法是好。活性炭是环保必备 顶(4)    回复
2楼  覃生 2017-12-03
低浓度好处理 顶(0)    回复
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