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VOCS废气处理方法中的吸附法详解

文章出处:张欣阳TAG标签:废气治理(159)VOCs废气治理(221)行业标准(111) 人气:发表时间:2020-03-22 07:18:16

    如果要了解VOCS废气处理方法中的吸附法详解,其实讲的主要内容是VOCs废气治理,行业标准,废气治理,环保必须要达标,吸附操作是上百年来作为从废气中去除可吸附的VOC组分或回收溶剂的一种 典型方法。吸附操作的原理是:在气相中需要分离的气体组分(吸附质)可以选择 性地与固体表面(吸附剂)
吸附操作是上百年来作为从废气中去除可吸附的VOC组分或回收溶剂的一种 典型方法。吸附操作的原理是:在气相中需要分离的气体组分(吸附质)可以选择 性地与固体表面(吸附剂)相结合,然后再经过解吸又回到气相中去。通常吸附分 为物理吸附(范德华力)和化学吸附两类;而VOC废气的净化主要采用物理吸附 方法。与其他方法相比,吸附法可以吸附浓度很低的(甚至痕量)组分,经解吸后 可大大增浓,因而可以从废气中除去溶剂蒸气和最后经分离来回收溶剂。此外,吸 附法有许多优点,例如:它不需要水,自然不产生废水,也不需辅助燃料,而且能 适应废气浓度的变化和吸附卤代炷类及含无机物的挥发组分。
当吸附时,气体分子的自由度减少,从而降低了吸附系统中的炳。按照热力学 第二定律,系

统嫡的降低是由向环境给热而得到补偿。因此,吸附过程原则上是放 热的。一般讲,在平衡时可吸附的气体量是随温度的降低和要分离气体组分分压的

增加而增加。在平衡时可吸附气体的量,通常是与吸附剂表面积的大小成正比。在 恒定温度下,气体的吸附量(〃讪)与气体浓度和分压(蒸气组分的分压和该温度 下饱和蒸气压之比P/Po)的关系可用吸附等温线来表示。典型的吸附等温曲线分 5种类型,如图2.2所示。由图可知,在较低压力范围内(力/伽 约V 0.4),类型 U和类型IV的吸附等温线变化是相同的,而相应于这个范围内类型ID的吸附等温线 则与类型v相类似;当“力。的数值约〉o.4时,则类型u和m以及类型iv和v的 吸附等温线具有类似的变化规律。
因为吸附过程与许多因素有关,而且吸附剂/吸附质系统使各个因素间的相互 作用、变化也十分复杂,所以迄今为止尚未找到一般通用的吸附等温线方程。
影响吸附的主要因素有:
① 比表面积;
② 颗粒大小分布;
③ 孔径大小分布; 
图2.2 典型的吸附等温曲线
 
④ 晶格;
⑤ 晶格结构缺陷;
⑥ 润湿性;
⑦ 表面张力;
⑧ 气相中分子的相互作用;
⑨ 吸附层中分子的相互作用。
工业上吸附等温曲线方程常用经验式表示,而其中BET (Brunauer, Emmet 和Teller)^方程与实验结果最为吻合。
在实际应用中,当气体混合物通过填装固体吸附剂的床层时,要分离的组 分被吸附在固体表面上;当吸附剂达到饱和时,被吸附的物质经过加热或减压 而解吸,同时吸附剂再生。由于吸附剂的吸附容量较低,因此至少需用两台吸 附器来完成吸附、解吸的连续操作过程。若用热空气或过热蒸气来解吸,则不 仅可使床层温度升高,而且还可使要吸附的气体组分的分压降低;分离出的气 体组分就处于热空气或水蒸气中,经冷却、冷凝而分离。在用水蒸气解吸的情 况下,由于大多数VOC在水中的溶解度极低,经冷凝而成为两相,因此很容 易分离。
有机废气净化常用的吸附剂是活性炭或活性焦炭,因为它们不仅具有较大的比 表面积,而且对非极性物质,如有机溶剂具有非常好的吸附能力;相反,对极性物 质如水,则吸附性很差,因此就有可能和方便地用水蒸气来再生。常见的吸附剂特 性数据如表2.1所示。
除上述吸附剂外,近年来还开发了各种高聚物吸附树脂,如聚苯乙烯、聚丙烯 酸酯、聚丙烯酰胺类的高聚物等。
 
吸附法常用亍净化气质量要求特别高的场合。如果与吸收法相比,则在气体处 理量非常大的情况下,其投资费和操作费明显要高得多,有时可能高出两三倍。但 是在气体处理量相对较小的情况下(小装置),吸附法就有其优点,因为它不需要 像吸收法那样为液体循环付出高昂的操作费。与其他气体净化法相比,吸附法多出 的费用也可通过回收有价值的溶剂而得到补偿。因此,工业上废气净化的吸附法主 要用于溶剂回收的场合,所用的吸附剂大多是活性炭。
吸附方法的净化率一般都较高。但吸附法的缺点是:吸附剂的吸附容量低,一 般只有40%左右,因此必须频繁地进行吸附、解吸和再生操作。此外,回收溶剂 需要一套后续装置,例如蒸馅、精馅等装置,并根据不同溶剂采用不同的过程方 法。用水蒸气再生后回收溶剂的方法有如下几种。
① 溶于水的溶剂,例如丙酮、乙醇、四氢味喃、二甲基甲酰胺,用蒸馅方法。
② 部分溶于水的溶剂,例如甲乙酮、丁酮、醋酸乙酯、乙醇/甲苯,用增浓/ 冷凝和蒸馋方法。
③ 不溶于水的溶剂,如汽油、己烷、甲苯、二甲苯、氯化炷类,用相分离 方法。
如果生产过程中没有多余的水蒸气(即水蒸气可以不计成本),那么以前常 用水蒸气解吸的方法,目前大多采用高温气体进行解吸。这是因为用水蒸气解吸 不仅能耗高,而且在蒸汽解吸后还要用高温气体将床层进行干燥。通常可选用比 废气流量小得多的惰性气体来解吸,并且要求其容量大、无爆炸危险。解吸出带 溶剂的气流,如果没有回收价值,一般还要用热力氧化或催化氧化进行最后净化 处理。
目前,工业吸附装置的类型主要有:固定床吸附器,转子吸附器,流化床吸附 器和移动床吸附器。最经典、常用的是采用颗粒状吸附剂的固定床吸附器。因为固 定床吸附器具有大的吸附剂体积和较长的吸附循环周期,即使当进入的废气浓度有 波动时也能保证安全操作,所以获得广泛应用。当吸附剂达到饱和时,必须用适当 方式加以再生。因此,工业吸附装置至少要两台,即当一台在吸附时,另一台进行 解吸和再生。图2. 3表示了用水蒸气解吸的吸附装置流程示意图。
通常在固定床中放置活性炭或疏水性沸石作为吸附剂。虽然这种吸附剂对有机 溶剂具有优良的吸附性能,但对于来自生产过程大约70〜100笆的有机废气,一般 还应将其冷却到相宜的吸附温度,大致在30〜40°C之间。这样可降低废气的相对 湿度,使水蒸气的吸附降到最低。废气经冷却后用风机送入吸附器,并由下向上通 过床层;此时溶剂蒸气被吸附剂吸附,净化气则从顶部离开吸附器。因为吸附剂有 
一定的吸附容量,如果当排出的净化气 中溶剂浓度已达到允许的限值时,则就 应该将废气切换到另一台吸附器去吸附, 而自身进行再生。如图2.3所示,再生 可用约130笆的水蒸气,与吸附过程相 反自上而下通过床层。开始解吸出的是 液体,随着温度升高而呈蒸汽态;同时 与冷凝液以及水蒸气一起进入收集槽, 基于有机相和水相的密度差而分离。
除了上述固定床吸附器外,在有机 废气净化的领域中相对较新开发的是旋 转式吸附系统。这种称为“转子吸附 器”的工作原理如图2. 4所示。

按构造形式和容积流量的不同,废气可径向或轴向地通过装有吸附剂的转子,并经过大部 分的旋转床层而被净化。转子的一定部分留作解吸用,即热的气体以逆流方式通过转 子。由于转子连续旋转或按扇形节拍旋转,因而吸附器的每一个部分均可经过解吸区。
为避免废气和解吸气体间的相混,转子用扇形隔板分开。转子吸附器的吸附剂 结构是专门设计的,通常做成有平行通道的蜂窝块(Monolith)或呈波纹的卷状 物。由于吸附剂具有的这种特殊结构,所以它本身就可阻止气体在圆周方向流动, 同时还降低了流动阻力。
转子吸附器的优点是设备体积小、操作方便、压降低;另外,它可以连续地将 大的废气流量处理成浓度足够低的净化气,而解吸出的气体则浓度高而流量低,一 般增浓比可达10〜15,这样可以方便地用于下一步的净化处理。
一般讲,吸附法适合于小到大的废气流量;对于特别大的体积流量,例如废气 流量超过100000Nm3/h或浓度极低,则优先采用吸附法⑹。吸附法的投资费和操 作费较高,而且吸附剂使用一定时间后也需要更换。因此,只有当溶剂能回收时, 才能降低其投资费用。
在VOC废气的净化中,吸附法也常与其他方法联合使用,特别是当经吸附后 未达到排放要求时,或先将有机废气浓缩,然后再用燃烧氧化法作最后净化。转子 吸附器与热力氧化器相结合的V()C废气净化装置如图2.5所示。
 
 
废气进入转子吸附器(1),吸附后净化气用风机(2)送到排气筒(3)排入大 气;新鲜空气(4)先经换热器(5)加热后作为解吸用热空气进入转子吸附器 (1),并将吸附的VOC解吸;解吸后气体用风机(6)

送到换热器(8)再进一步 预热,然后进入热力氧化器(7)中燃烧,燃烧后净化气经换热器(8)、(9)冷却 后送入排气筒(10)排入大气。
该装置是由atea-WKUSA Inc.为处理半导体生产中所产生的V()C废气而设 计的,其废气处理量为75000scfm(127425Nm3/h),单台处理量为37500scfm (63712Nm3/h),吸附浓缩比达20: 1。通常这种转子吸附/热力氧化的设备都设计 成一个紧凑的整体装置。
 
    以上由催化燃烧设备公司小编为您介绍了VOCS废气处理方法中的吸附法详解,主要说的还是VOCs废气治理,行业标准,废气治理的问题,如果需要了解更详细的方案或者报价,欢迎拨打电话:0531-83270456

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