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活性炭纖維吸附-催化燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣

更新時間:2009-09-21 00:02 來源:科技創新導報 作者: 蔡宇峰 李海強 藍炳杰 黃炳輝 楊遠盛 蔡周祥 閱讀:10918 網友評論2

有機廢氣中所含揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs),一般是指溫室下飽和蒸氣壓超過70.91Pa或沸點小于260℃的有機物,包括脂肪烴、芳香烴、酯類、醚類和鹵代烴等[1]。近年來的大量研究表明,碳組分是大氣顆粒物中含量最高的化學組分,有機碳(OC)、元素碳(EC)在顆粒物中的質量濃度之和約占顆粒物質量濃度的20%~50%。大氣中的氣態揮發性有機物(VOCs)通過光化學反應生成的二次有機碳(SOC)已經成為顆粒物的重要組成[2]。

采用顆粒活性碳固定床吸附VOCs,因受其吸附率低,床層損力大,需采用蒸汽再生等不利因素的影響未能大量推廣應用。蜂窩狀活性炭吸附-催化燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣從20世紀90年代開始得到了應用[3]-[7]。由于蜂窩狀活性炭比粒狀活性炭(GAC)具有床層阻力小,可用熱空氣再生等優點,基本上解決了活性炭吸附裝置連續運轉的難題,但仍然存在設備體積龐大、投資高、能耗高等缺點,主要在大型企業中應用,一般中小企業無法承受其費用。

1 新型吸附材料-活性炭纖維的應用

活性炭纖維(Activated Carbon Fiber, 簡稱ACF)是20世紀70年代初發展起來的一種新型吸附功能材料,它以粘膠纖維、酚醛樹脂纖維、聚丙烯腈纖維、瀝青纖維等為原料,經預處理、炭化和活化制得。應用狀態為氈、布、紙、蜂窩狀等。ACF具有粒狀活性炭、蜂窩狀活性炭不可比擬的一系列優點[8]:(1)ACF的纖維直徑細(6~18μm),與被吸附物的接觸面積大(外表面積大),且可均勻接觸和吸附,使ACF材料得到充分的利用,效率高;(2)ACF的外表面積和比表面積大,吸附及脫附速度快,約是GAC的 10~100倍。吸附容量大,約是GAC的1.5~ 10倍。可吸附處理低濃度廢氣或具有活性高的有機物質。(3)ACF微孔非常豐富,且孔徑分布窄,絕大多數孔徑在100AO以下,吸附容量高。(4)ACF的體密度小,濾阻小,約是GAC的1/3,同時ACF的吸附效率高,漏損小,吸附層厚度可薄一些( 一般小于 100mm),占用空間小,濾層壓降小,動力消耗少。(5)ACF的強度高,不易粉化,不會造成二次污染。純度高,雜質少,可用于食品和醫療衛生工業。(6)因為ACF體密度小和吸附層薄,不會造成蓄熱或過熱現象,同時,ACF的熱穩定性好,脫附溫度比GAC 高,事故不易發生,可連續安全作業。(7)以 ACF作吸附劑的“吸附-催化燃燒”凈化設備可以做到小型化,節省場地、資金及運行成本。金毓荃等研究以厚度為20mm的ACF 在濾速0.2m/s以下時,當進口濃度值小于 1000mg/m3時,三苯及其混合物的凈化效率高于90%以上,對苯系混合物的吸附容量為 195mg/g左右(C進=500mg/m3,C出/C進 =0.5),連續循環14次,實驗結果基本保持不變。吸附柱壓降400Pa左右[9]。汪明光、陳湛采用厚度50mm的ACF對甲苯廢氣進行吸附脫附中試,流量850m3/h,其脫附熱風溫度為250~270℃,脫附時間15~20min[10]。

以ACF作吸附劑的有機溶劑回收裝置,早在20世紀80年代末期日本已有東洋紡織公司、尤尼吉卡公司、東邦人造絲公司等研制成功并批量生產。在相同處理量的條件下,ACF的填充量僅是GAC的1/25;吸附時間是其1/20,脫附時間是其1/5;裝置體積是其1/3,且回收溶劑的質量要比其好得多。對于一個雙吸附槽回收裝置(一個吸附、一個解吸,自動切換)來說,ACF與GAC 回收裝置的參數見表1[8]。

在ACF的開發研究及應用技術方面,我國與日本相比,約有10~20年的差距。 2000年李澤清利用ACF回收裝置對醫藥中間體生產中反應釜排氣進行處理,回收甲苯及四氫呋喃(THF),處理規模2000m3/h [11]。張建軍利用ACF回收裝置回收水松紙印刷生產工藝中排放的乙醇用于生產[1]。歐海峰等于1999年采用活性炭纖維吸附-催化燃燒裝置處理鞋廠印膠及烘干工序生產的 “三苯”廢氣,處理風量為14000m3/h,廢氣出口濃度低于40mg/m3,凈化效率達95.6%~ 97%,脫附熱風溫度120℃,脫附時間6min[12]。

根據原材料纖維的種類及制備工藝的不同,目前市面提供的ACF主要有粘膠基(纖維素、人造絲)、聚丙烯腈(PAC)基,酚醛基、瀝青基等品種。各種ACF的性能見表2[15]。

ACF值得強調的優點是其具有良好的脫附再生性能,脫附完全且速度快,再生吸附量保持率高,對有機溶劑蒸氣的吸附,可用熱空氣或水蒸氣再生。工業上用ACF吸附處理甲苯廢氣時,連續吸附-再生使用1年(吸附再生周期約25min),纖維的再生吸附量可保持95%以上,連續使用兩年,可保持80%以上。ACF的耐熱性強,在450℃以下空氣中不失重,因此可在較高溫度下脫附再生[15]。

在吸附-催化燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣工程中,活性炭纖維(ACF)將可取代顆粒活性炭、蜂窩狀活性炭做吸附劑。吸附-催化燃燒法應用實例見表3。粘膠基活性炭纖維(VACF)常被用作 VOCs的吸附材料,一方面它對VOCs的吸附容量大,更可貴的是耐溫性能好,且溫度對 VACF吸附性能影響不大,陳玲、奚旦立利用VACF對印染行業熱定型機油煙廢氣吸附試驗發現其吸附溫度可達到210℃,且比溫度低時吸附量總體上略有升高。熱定型機油煙廢氣以烷烴類物質為主,含有醛、酮、烴、脂肪酸、醇、酯、內脂等污染物[17]。

2 FTX型VOCs廢氣凈化裝置簡介

FTX型VOCs廢氣凈化裝置獲發明專利(ZL200610037174·0)授權而開發。適合處理大流量、低濃度VOCs廢氣。

基本原理及技術特點

(1)采用活性炭纖維作吸附劑對VOCs 分子或分子團進行快速、高效吸附,廢氣得以凈化達標排放。(2)每套裝置由預濾器、吸附器(由6個吸附單元組成)、引風機、催化燃燒裝置、脫附風機、控制箱、自動閥門和統一底座等組合成一臺一體化裝置,方便運輸和安裝。(3)吸附器的6個吸附單元循環進行吸附、脫附和再生過程。(4 )采用西門子可編程控制器(PLC)及觸摸屏進行中央控制,模擬顯示設備運轉,運行狀況可以一目了然。全自動控制,無人值守,可靠性強,操作簡單,便于維護。( 5 )設備體積小,重量輕。(6)設備阻力小,節約能源。

3 FTX型VOCs廢氣凈化裝置技術先進性

目前我國處理大風量低濃度VOCs廢氣的設備以蜂窩狀活性炭吸附-催化燃燒工藝為主要代表,FTX裝置與其相比較,具有明顯的優點。具體數據見表4。  

參考文獻

[1] 張建軍. 活性炭纖維有機廢氣回收技術在清潔生產中的應用[ J ] . 中國環保產業,2008,10(10):47~50.

[2] 韓博,等.無錫市區環境空氣中PM10來源解析[J].環境科學研究,2009,1(1):35~39.

[3] 張文俊, 等. 吸附、催化燃燒法治理有機廢氣的研究[ J ] .北京輕工業學院學報, 1997,6(1):89~97.

[4] 何瑩瑩,等.吸附濃縮-催化燃燒法處理有機廢氣[J].環境工程,1997,8(4):34~ 3 6 .

[5] 尹維東,等.蜂窩狀活性炭在大風量有機廢氣治理技術中的應用[J].環境科學研究,2000(5):27~30.

[6] 喬惠賢,等.包裝印刷VOCs廢氣治理[J]. 環境工程,2005,4(2):42~44.

[7] 黃炳輝,等.絕緣漆廢氣治理[J].廣東環保產業,2007,6(增刊):40~43.

[8] 賀福,馬謙中.活性炭纖維工業的長足發展[ J ] .新型碳材料,1992(1):11~17.

[9] 金毓荃.用活性炭纖維凈化含苯系物廢氣工藝過程的研究[J].北京工業大學學報,1997,12(4):109~112.

[10]汪明光,陳湛.活性炭纖維吸附甲苯廢氣的中試研究[J].化工設計通訊,2003, 3(1):36~40.

[11]李澤清. 含VOC廢氣的回收凈化工藝 [J].環境工程,2003,10(5):38~39.

[12]歐海峰,林金畫.活性炭纖維吸附-催化燃燒裝置處理有機廢氣[J].環境污染與防治,2002,4(2):85~86.

[13]陳春艷, 等.活性炭纖維在空氣污染防治的應用前景[J].碳素科技,2002,6(2): 30~37.

[14]蔡來勝, 等.活性炭纖維及其在空氣凈化機中的應用[J].污染防治技術,2003, 9(3):36~39.

[15]肖長發.活性炭纖維及其應用[ J ] .高科技纖維與應用,2001,8(4):27~31. [16]曾勝學, 等.苯類有機廢氣的吸附及催化燃燒[ J ] . 廣東環保產業, 2 0 0 4 , 3 ( 增刊):62~ 65. [17]陳玲,奚旦立.印染行業熱定型機油煙廢氣檢測方法研究[ J ] . 環境污染與防治,2009,1(1):51~54.

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關于“活性炭纖維吸附-催化燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣 ”評論
1樓  王麗 2012-03-27

我的看法是好。活性炭是環保必備

頂(4)    回復

2樓  覃生 2017-12-03

低濃度好處理

頂(0)    回復

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