羅水源，羅福坤，李澤清

（嘉園環(huán)保股份有限公司，福州 350003）

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羅水源，羅福坤，李澤清

（嘉園環(huán)保股份有限公司，福州 350003）

通過(guò)考察脫附溫度、脫附風(fēng)量及活性炭吸附率等因素，研究了熱氮?dú)饷摳交厥招Ч＝Y(jié)果表明，氮?dú)饷摳交厥沼袡C(jī)溶劑，不僅能有效解析吸附活性炭中的有機(jī)物，而且避免了水蒸汽脫附帶來(lái)的各種問(wèn)題，具有巨大的市場(chǎng)潛力。

活性炭；吸附；脫附；吸附率；回收率

1 前言

活性炭吸附回收技術(shù)是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的VOCs治理技術(shù)，不僅能有效回收治理有機(jī)廢氣，解決環(huán)境污染問(wèn)題，而且可為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有非常大的市場(chǎng)潛力[1]。目前，對(duì)活性炭吸附—脫附回收的研究報(bào)道較多[2～4]，但在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的仍是以“活性炭吸附—水蒸汽脫附—冷凝回收”為主[5]，然而利用水蒸汽脫附工藝在實(shí)際應(yīng)用中也存在較多問(wèn)題，如會(huì)產(chǎn)生二次污染、活性炭使用壽命及利用率低、應(yīng)用具有一定的局限性、投資成本大等等。因此開(kāi)發(fā)利用阻燃性氣體作為脫附介質(zhì)回收有機(jī)溶劑，不僅能回收利用有機(jī)廢氣和阻燃性氣體，實(shí)現(xiàn)污染零排放，而且對(duì)于提高活性炭和設(shè)備的使用壽命、節(jié)約投資成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。

本文通過(guò)建立一套動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)裝置，采用乙酸乙酯作為吸附質(zhì)，通過(guò)吸附率、脫附回收率、脫附溫度等參數(shù)對(duì)該工藝的可行性進(jìn)行了研究分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

吸附劑選用寧夏恒輝活性炭有限公司研制的70顆?；钚蕴浚穆然嘉铰蕿?4%；比表面積1000m2/g，灰分≤12%，水分≤5%?；钚蕴吭?20℃下干燥2h，放置冷卻后待用。

吸附質(zhì)為乙酸乙酯，分析純。

2.2 儀器設(shè)備

KANOMAX-6006型風(fēng)速儀（日本加野麥克斯產(chǎn)品）；PGM-7600型VOC檢測(cè)儀（華瑞科力恒（北京）科技有限公司產(chǎn)品）。

2.3 工藝流程及實(shí)驗(yàn)方法

工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程

實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)部分：

（1）配氣系統(tǒng)：采用鼓空氣法，通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵及廢氣發(fā)生器的溫度來(lái)配置實(shí)驗(yàn)所需要的氣體濃度。濃度測(cè)定采用PID檢測(cè)器。

（2）吸附系統(tǒng)：配置好的廢氣經(jīng)吸附罐6進(jìn)行凈化處理，凈化后的氣體經(jīng)排空口排放。取樣點(diǎn)5、7分別設(shè)在吸附罐進(jìn)氣口和吸附罐出氣口，監(jiān)測(cè)吸附前后乙酸乙酯的濃度變化。

（3）置換系統(tǒng)：吸附完成后，用氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)內(nèi)的氣體全部置換，氧含量檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)氧濃度的變化。

（4）脫附系統(tǒng)：脫附系統(tǒng)中的氮?dú)饨?jīng)加熱器加熱到實(shí)驗(yàn)所需要的溫度后進(jìn)入吸附罐進(jìn)行逆向解吸，解吸出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)冷凝器進(jìn)行冷凝回收，未冷凝的氣體經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)重新送回到加熱器中進(jìn)行加熱再解吸。

3 結(jié)果分析

3.1 吸附率與再生次數(shù)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)條件：吸附溫度25℃，吸附床層高度600mm；流速0.4m/s?？疾旎钚蕴吭偕螖?shù)對(duì)其吸附性能的影響。結(jié)果如下表。

不同吸附條件下的吸附率匯總表

從上表可知，在規(guī)定的乙酸乙酯出口濃度下，乙酸乙酯的首次動(dòng)態(tài)吸附率為25.33%，經(jīng)熱氮?dú)饷摳皆偕?，其?dòng)態(tài)吸附率為14.76%～17.05%，產(chǎn)生這種波動(dòng)主要是由于再生條件的不同和進(jìn)口濃度的變化，但是對(duì)吸附率進(jìn)行直線擬合，可發(fā)現(xiàn)活性炭經(jīng)7次再生后對(duì)乙酸乙酯的吸附率略有下降，且下降的速率慢。因此該種活性炭經(jīng)熱氮?dú)舛啻卧偕笕跃哂泻芎玫奈侥芰?，其吸附性能下降較慢。

3.2 不同脫附溫度下的脫附過(guò)程曲線

實(shí)驗(yàn)條件：脫附風(fēng)量42m3/h，炭層高度600mm。研究脫附溫度對(duì)顆?；钚蕴棵摳叫袨榈挠绊?。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖2 不同脫附溫度時(shí)的脫附回收曲線

由圖2可知，隨著脫附溫度的降低，其相應(yīng)的脫附曲線沿時(shí)間軸向后移動(dòng)，脫附溫度越低，其脫附時(shí)間越長(zhǎng)，當(dāng)脫附溫度為130℃時(shí)，脫附結(jié)束時(shí)間比140℃時(shí)的脫附結(jié)束時(shí)間晚了約40min，比150℃脫附結(jié)束時(shí)間晚了約70min。另外，脫附結(jié)束后，150℃時(shí)的回收率為96.85%，140℃時(shí)的回收率為94.52%、130℃時(shí)的回收率為89.26%?？梢?jiàn)，提高脫附溫度可以縮短脫附時(shí)間，提高脫附效率，有利于脫附的進(jìn)行。這主要是因?yàn)槊摳绞莻€(gè)吸熱的過(guò)程，被吸附的乙酸乙酯需要吸收熱量提高動(dòng)能來(lái)擺脫活性炭的吸附，氮?dú)鉁囟仍礁?，傳遞給乙酸乙酯的動(dòng)能越大，越有利于脫附的進(jìn)行。

3.3 不同脫附風(fēng)量下脫附回收曲線

實(shí)驗(yàn)條件：脫附溫度140℃；炭層高度600mm?？疾烀摳斤L(fēng)量對(duì)顆粒活性炭脫附行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。

圖3 不同脫附風(fēng)量時(shí)的脫附回收曲線

從圖3可知，隨著循環(huán)脫附風(fēng)量的增大，乙酸乙酯的脫附回收曲線沿時(shí)間軸向前移動(dòng)，在風(fēng)量為42m3/h時(shí)，脫附結(jié)束時(shí)間為130min；在風(fēng)量為33m3/h時(shí)，脫附結(jié)束時(shí)間為160min；在風(fēng)量為25m3/h時(shí)，脫附結(jié)束時(shí)間為200min，另外，乙酸乙酯的回收率隨著脫附風(fēng)量的增加而增加?？梢?jiàn)，提高循環(huán)脫附風(fēng)量，可以縮短脫附過(guò)程持續(xù)時(shí)間，提高脫附率。

3.4 最佳脫附溫度的選擇

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，提高脫附溫度或者增加脫附風(fēng)量，均能提高脫附效率、縮短脫附時(shí)間，在不考慮能耗的情況下，溫度越高，脫附風(fēng)量越大，越有利于脫附的進(jìn)行。但是，綜合能耗分析，在脫附氣速一定的情況下，熱氮?dú)獾臏囟仍礁?，其脫附需要的氮?dú)饬吭叫。虼斯潭ù沧儨孛摳酱嬖谝粋€(gè)最優(yōu)化條件[7]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)考察脫附溫度、氮?dú)饬考澳芎娜叩年P(guān)系來(lái)確定最適宜的脫附溫度。

其中，Ep為脫附需要的能量，KJ；Cpg為氮?dú)獾臒崛?，KJ/Kg·℃；Qp為脫附回收1g乙酸乙酯需要的氮?dú)饬?，L；Tr為脫附溫度，℃；T0為參考溫度，本實(shí)驗(yàn)取25℃。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4。

圖4 Ep、Qp與脫附溫度的關(guān)系

圖4是每回收1g乙酸乙酯所需要的氮?dú)饬縌p和消耗的能量與脫附溫度之間的關(guān)系圖。從圖4可看出，在140℃下，氮?dú)饬考澳芎纳铣霈F(xiàn)了低值，低于或者高于這個(gè)值，所產(chǎn)生的能耗都會(huì)增加。因此，脫附溫度為140℃是本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一個(gè)最佳脫附溫度。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)多次吸附和熱氮?dú)饷摳皆偕膶?shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，采用熱氮?dú)庾鳛槊摳浇橘|(zhì)循環(huán)脫附的方式不會(huì)造成活性炭吸附能力顯著下降。

（2）在相同的脫附條件下，提高脫附溫度或者增加脫附風(fēng)量，均能夠加快脫附過(guò)程，縮短脫附時(shí)間，提高脫附效率。

（3）活性炭脫附再生時(shí)，熱氮?dú)獾拿摳綔囟群蜌饬看嬖谝粋€(gè)最優(yōu)化條件，高于或低于此值都會(huì)導(dǎo)致能耗的增加。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，本實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)溫度為140℃。

（4）采用活性炭吸附—熱氮?dú)饷摳健淠厥展に嚥粌H能有效回收有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)污染零排放，而且可突破以往技術(shù)的局限性，拓寬活性炭吸附—水蒸汽脫附—冷凝回收的應(yīng)用范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Technological Study on Ethyl Acetate Reclaimed from Activated Carbon Absorption-Nitrogen Gas Desorption

LUO Shui-yuan, LUO Fu-kun, LI Ze-qing
(Garden Environmental Protection Co., Ltd, Fuzhou 350003, China)

Through the factors of desorption temperature, desorption wind-vector and activated carbon absorbance, the paper studies the recovering effect of heat nitrogen gas desorption. The result shows that the organic solvent recovered from nitrogen gas desorption not only can resolve the organic matters in the absorption activated carbon, but also can avoid the various problems brought from the water vapour desorption. It has a great market potential.

activated carbon; absorption; desorption; absorbance; recovery rate

X701

A

1006-5377（2015）04-0056-03