活性炭吸附回收VOCs的过程研究与工程设计

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是大气中一类重要的气态污染物,随着我国社会经济的不断发展,VOCs排放日益增多,大气污染逐年严重,给自然环境和人类健康带来极大危害.挥发性有机气体的回收应用在国内起步较晚,工艺技术还不够成熟.特别是从吸附剂选材,工艺流程参数到工程应用设计的系统性研究,目前国内较为缺乏. 本研究在分析国内外溶剂回收相关技术的基础上,采用国际上使用较为广泛的正丁烷和国内应用较普遍的醋酸乙酯作为研究对象,对活性炭吸附回收VOCs工艺参数进行了实验测定和研究,并在此基础上设计了一套高效经济的VOCs回收装置.主要内容和研究成果归纳如下: (1)实验首先研究了溶剂回收用颗粒活性炭的孔结构特征对其丁烷吸脱附性能的影响,发现木质颗粒炭N2吸脱附等温线符合IV型,说明其中孔较多,煤质颗粒炭N2吸脱附等温线符合I型,表明其以微孔为主.而木质颗粒炭丁烷工作容量远远高于煤质颗粒炭,在溶剂回收中应用具有较大的优势.进一步研究孔径分布的影响,发现活性炭0.4～1.0nm的微孔由于与丁烷直径相近,显著影响丁烷的残存量.对比不同活性炭对醋酸乙酯的吸脱附曲线,发现中孔孔容积越大,醋酸乙酯吸附速率和脱附速率均越大. (2)利用自主搭建的一套活性炭吸附-热氮气脱附回收VOCs系统研究了吸附过程产生的吸附热,床层压力降以及不同条件的穿透曲线.结果表明:活性炭吸附有机溶剂过程中伴随着大量的吸附热产生,并且床层过高会严重影响其吸附性能.气体流速与床层压力降的关系方程为一个正相关的二次项式,表明床层压力降随着气体流速的增加,其增加幅度会越来越大.同时,气体流速越快,穿透吸附量越低,饱和吸附量不变.进气浓度同样对穿透时间和吸附量有较大的影响,进气浓度越高,穿透时间越短,穿透吸附量和饱和吸附量则越大. (3)本研究采用热氮气脱附法回收吸附在活性炭中的有机溶剂,研究了不同操作条件对脱附率和能耗的影响,并通过改进热利用措施和多次吸脱附实验测定,优化了脱附工艺参数.实验表明:活性炭吸附量越大,脱附时的能量利用效率越高,但回收率不变.脱附温度和循环风量越高,回收率越大,但能量消耗也越大,通过能耗和回收率的综合分析发现,脱附温度为170℃,循环风量300m3/h时,脱附回收过程最经济有效.最后,通过换热器节能分析,多次吸脱附后的回收量及能耗统计,发现最优化的单位能耗回收量为2.5kg/kg,表明该方法回收醋酸乙酯具有较高的经济价值. (4)本研究利用之前的实验数据,对某制药企业废气处理设计了一套溶剂回收系统,并用通过经济技术分析,发现活性炭吸附法VOCs回收装置不仅具有明显的比较优势,而且能为企业带来可观的经济效益.

活性炭吸附回收VOCs的过程研究与工程设计

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是大气中一类重要的气态污染物,随着我国社会经济的不断发展,VOCs排放日益增多,大气污染逐年严重,给自然环境和人类健康带来极大危害.挥发性有机气体的回收应用在国内起步较晚,工艺技术还不够成熟.特别是从吸附剂选材,工艺流程参数到工程应用设计的系统性研究,目前国内较为缺乏. 本研究在分析国内外溶剂回收相关技术的基础上,采用国际上使用较为广泛的正丁烷和国内应用较普遍的醋酸乙酯作为研究对象,对活性炭吸附回收VOCs工艺参数进行了实验测定和研究,并在此基础上设计了一套高效经济的VOCs回收装置.主要内容和研究成果归纳如下: (1)实验首先研究了溶剂回收用颗粒活性炭的孔结构特征对其丁烷吸脱附性能的影响,发现木质颗粒炭N2吸脱附等温线符合IV型,说明其中孔较多,煤质颗粒炭N2吸脱附等温线符合I型,表明其以微孔为主.而木质颗粒炭丁烷工作容量远远高于煤质颗粒炭,在溶剂回收中应用具有较大的优势.进一步研究孔径分布的影响,发现活性炭0.4～1.0nm的微孔由于与丁烷直径相近,显著影响丁烷的残存量.对比不同活性炭对醋酸乙酯的吸脱附曲线,发现中孔孔容积越大,醋酸乙酯吸附速率和脱附速率均越大. (2)利用自主搭建的一套活性炭吸附-热氮气脱附回收VOCs系统研究了吸附过程产生的吸附热,床层压力降以及不同条件的穿透曲线.结果表明:活性炭吸附有机溶剂过程中伴随着大量的吸附热产生,并且床层过高会严重影响其吸附性能.气体流速与床层压力降的关系方程为一个正相关的二次项式,表明床层压力降随着气体流速的增加,其增加幅度会越来越大.同时,气体流速越快,穿透吸附量越低,饱和吸附量不变.进气浓度同样对穿透时间和吸附量有较大的影响,进气浓度越高,穿透时间越短,穿透吸附量和饱和吸附量则越大. (3)本研究采用热氮气脱附法回收吸附在活性炭中的有机溶剂,研究了不同操作条件对脱附率和能耗的影响,并通过改进热利用措施和多次吸脱附实验测定,优化了脱附工艺参数.实验表明:活性炭吸附量越大,脱附时的能量利用效率越高,但回收率不变.脱附温度和循环风量越高,回收率越大,但能量消耗也越大,通过能耗和回收率的综合分析发现,脱附温度为170℃,循环风量300m3/h时,脱附回收过程最经济有效.最后,通过换热器节能分析,多次吸脱附后的回收量及能耗统计,发现最优化的单位能耗回收量为2.5kg/kg,表明该方法回收醋酸乙酯具有较高的经济价值. (4)本研究利用之前的实验数据,对某制药企业废气处理设计了一套溶剂回收系统,并用通过经济技术分析,发现活性炭吸附法VOCs回收装置不仅具有明显的比较优势,而且能为企业带来可观的经济效益.