活性炭吸附法在工业有机废气处理中的应用选型与计算

　　摘要：活性炭吸附法在工业有机废气处理中应用广泛，但存在废气预处理措施不完善、影响吸附效率的因素较多、吸附介质填充量不足或更换不及时等问题，直接影响了工业有机废气的处理效率。本文首先介绍了活性炭技术指标及规范要求，再介绍了吸附设备、工艺以及操作条件，最后给出了吸附容量、吸附剂使用量、更换周期等相关参数的设计计算方法，以期提高在工业有机废气处理中活性炭吸附法应用选型与计算的针对性和可操作性。Slu东莞伏嘉环境

　　关键词：吸附法;活性炭;吸附设备及工艺;设计计算Slu东莞伏嘉环境

　　1技术指标及规范要求Slu东莞伏嘉环境

　　1.1技术指标Slu东莞伏嘉环境

　　(1)碘吸附值Slu东莞伏嘉环境

　　评价活性炭对液体物质吸附能力的指标，指一定量的活性炭与碘液经振荡吸附后过滤，用硫代硫酸钠溶液滴定滤液中残留的碘量。取剩余碘浓度为0.02mg/L下每克活性炭吸附的碘量(以毫克计)定为碘吸附值。Slu东莞伏嘉环境

　　(2)四氯化碳吸附率Slu东莞伏嘉环境

　　评价活性炭对气体物质吸附能力的指标，指在规定的条件下，使载有四氯化碳的空气流过已知质量的活性炭样品，直到炭样质量不再增加为止，测定炭样的四氯化碳质量。Slu东莞伏嘉环境

　　(3)亚甲蓝吸附值Slu东莞伏嘉环境

　　评价活性炭脱色能力的指标，指在规定的试验条件下，活性炭与亚甲蓝溶液充分吸附后，亚甲蓝溶液剩余浓度达到规定范围时，每克活性炭吸附亚甲蓝的毫克数。Slu东莞伏嘉环境

　　(4)丁烷工作容量Slu东莞伏嘉环境

　　评价活性炭的气相吸附能力的指标，指在规定条件下，单位体积活性炭对丁烷的饱和吸附量和在规定条件下脱附后仍保留在活性炭上的丁烷量之差值。Slu东莞伏嘉环境

　　1.2规范要求Slu东莞伏嘉环境

　　(1)《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ2026-2013)Slu东莞伏嘉环境

　　规定了活性炭纤维毡、蜂窝活性炭、蜂窝分子筛的定义及技术指标。Slu东莞伏嘉环境

　　活性炭纤维毡是利用粘胶、聚丙烯腈或沥青纤维等加工的纤维毡经炭化、活化后所制备的多孔材料，其断裂强度应不小于5N，BET比表面积应不低于1100m2/g。Slu东莞伏嘉环境

　　蜂窝活性炭是把粉末状活性炭、润滑剂、水溶性粘合剂和水等经配料、捏合后挤出成型，再经干燥、炭化、活化后制成的蜂窝状吸附材料。Slu东莞伏嘉环境

　　蜂窝分子筛是将粉末状分子筛、润滑剂、水溶性粘合剂和水等经配料、捏合后挤出成型，再经干燥、活化后制成的蜂窝状吸附材料。Slu东莞伏嘉环境

　　蜂窝活性炭、蜂窝分子筛的横向强度应不低于0.3MPa，纵向强度应不低于0.8MPa;两者BET比表面积应分别不低于750m2/g、350m2/g。Slu东莞伏嘉环境

　　(2)《煤质颗粒活性炭 气相用煤质颗粒活性炭》(GB/T7701.1-2008)Slu东莞伏嘉环境

　　规定了脱硫用、溶剂回收用、防护用及空气净化用煤质颗粒活性炭的技术指标。Slu东莞伏嘉环境

　　脱硫用煤质颗粒活性炭主要用于合成工业及其他工业生产中硫化氢的脱除;溶剂回收用煤质颗粒活性炭主要用于回收苯、甲苯、二甲苯、丙酮、醇、酯、醚、汽油、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂;防护用煤质颗粒活性炭用于装填各类滤毒罐以及制造各类浸渍炭;空气净化用煤质颗粒活性炭主要用于脱除空气中的污染物以及气体的分离、提纯和净化。Slu东莞伏嘉环境

　　2 吸附设备与工艺Slu东莞伏嘉环境

　　2.1吸附设备Slu东莞伏嘉环境

　　按气体通过吸附器的速度(即穿床速度)，吸附设备可分为固定床吸附器、移动床吸附器及流化床吸附器。气体穿床速度低于吸附剂的悬浮速度时，吸附剂颗粒处于基本静止状态，则属于固定床;当气体穿床速度大致等于吸附剂颗粒的悬浮速度时，吸附剂颗粒处于上下沸腾状态，并在一定空间内运动，则属于流化床;当气体穿床速度远远超过悬浮速度时，吸附剂颗粒被气流输送出吸附器，则属于移动床。Slu东莞伏嘉环境

　　(1)固定床吸附器Slu东莞伏嘉环境

　　固定床吸附器由固定的吸附剂床层、气体进出管道和脱附介质分布管等部分组成，分为立式、卧式、环式和抽屉式，立式固定床吸附器主要适合于处理小气量、高浓度的工业废气，吸附床层高度在0.5~2.0m的范围内，吸附剂填充在可拆卸的栅板上;卧式固定床吸附器是水平放置的圆柱形装置，适合处理气量大、浓度低的工业废气，吸附剂装填高度为0.5~1.0m。Slu东莞伏嘉环境

　　(2)移动床吸附器Slu东莞伏嘉环境

　　移动床吸附器主要由气流分配板、吸附剂床层、冷却器、再生器等组成。移动床吸附器中固体吸附剂与含污染物的气体以恒定的速度连续逆流运动(一般是吸附剂自上而下运动)，完成吸附过程，两相接触良好，不致发生气流分布不均匀的现象。Slu东莞伏嘉环境

　　移动床吸附器的优点是处理气量大，吸附和脱附连续完成，吸附剂可循环使用，适用于连续、稳定、量大的气体净化;缺点是动力和热量消耗大，吸附剂磨损大。Slu东莞伏嘉环境

　　(3)流化床吸附器Slu东莞伏嘉环境

　　流化床吸附器中气速一般是固定床的3~4倍以上。分置在筛孔板上的吸附剂颗粒，在高速含污染物气流的作用下，处于流化状态，因而气固接触充分，吸附剂内传质传热速率快，床层温度分布均匀，操作温度，可以实现大规模的连续生产。Slu东莞伏嘉环境

　　连续稳定产生的废气可以采用固定床、移动床和流化床吸附装置，非连续产生或浓度不稳定的废气宜采用固定床吸附装置。Slu东莞伏嘉环境

　　2.2吸附工艺Slu东莞伏嘉环境

　　按操作过程的连续与否，吸附工艺可分为间歇吸附流程、半连续吸附流程或连续吸附流程;按吸附剂是否需要再生，可分为一次性吸附工艺、可再生吸附工艺。Slu东莞伏嘉环境

　　(1)间歇吸附流程Slu东莞伏嘉环境

　　用于废气间断排出的场合，其特点是吸附剂达到饱和后，即从吸附装置中移走，不重复使用，因而不设吸附再生装置。Slu东莞伏嘉环境

　　固定床吸附器均可用于间歇式吸附流程。Slu东莞伏嘉环境

　　(2)半连续吸附流程Slu东莞伏嘉环境

　　将两个以上固定床组成一个半连续吸附流程。气体连续通过床层，当一个吸附器中吸附剂达到饱和时，气体就切换到另一个吸附器进行吸附;达到饱和的吸附床进行再生和干燥、冷却，以备重新使用。Slu东莞伏嘉环境

　　半连续吸附流程中污染气流为连续状态，每个吸附器间断运行。Slu东莞伏嘉环境

　　(3)连续吸附流程Slu东莞伏嘉环境

　　在连续吸附流程中，气流和吸附器都处于连续运作状态，移动床吸附器和流化床吸附器均可用于连续式吸附流程。Slu东莞伏嘉环境

　　吸附气态污染物后的吸附剂，送入脱附器中进行脱附，脱附后的吸附剂再返回吸附器循环使用;该流程的特点是吸附剂连续吸附和再生，向下移动的吸附剂与待净化气体逆流(或错流)接触进行吸附。Slu东莞伏嘉环境

　　2.3操作条件Slu东莞伏嘉环境

　　活性炭吸附法适用于处理中低风量(<10000Nm3/h)、低浓度(≤1000mg/m3)、温度低于50℃的工业有机废气，不适合高浓度、含颗粒物、湿度大的废气，并且要控制废气温度、压力及流速等操作条件，以确保达到设计处理效率。Slu东莞伏嘉环境

　　(1)污染物浓度Slu东莞伏嘉环境

　　①进入吸附装置的废气中有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%，当废气中有机物浓度高于其爆炸极限下限的25%时，应采用冷凝或稀释等预处理措施将浓度降低后再进行吸附净化。Slu东莞伏嘉环境

　　②进入吸附装置的废气中颗粒物含量宜低于1mg/m3，当含量超过1mg/m3时，应采用过滤或洗涤等预处理措施。Slu东莞伏嘉环境

　　(2)废气温度Slu东莞伏嘉环境

　　对于物理吸附，温度降低对吸附有利;对于化学吸附，温度升高对吸附有利。Slu东莞伏嘉环境

　　吸附法要求废气温度一般低于40℃，如果废气温度比较高时，吸附效果会显著降低，因此应首先对废气进行降温处理或不采用吸附技术。Slu东莞伏嘉环境

　　(3)废气压力Slu东莞伏嘉环境

　　废气压力升高，则污染物分压升高，有利于吸附废气中的污染物，但同时能耗也升高。工业有机废气吸附装置一般采用常压操作。Slu东莞伏嘉环境

　　(4)废气流速Slu东莞伏嘉环境

　　废气流速上升，则保护作用时间变短，压力损失变大，不利于吸附的进行。Slu东莞伏嘉环境

　　对固定床吸附装置，采用颗粒状吸附剂时，废气流速宜低于0.60m/s;采用纤维状吸附剂时，废气流速宜低于0.15m/s;采用蜂窝状吸附剂时，气体流速宜低于1.20m/s。Slu东莞伏嘉环境

　　对于采用蜂窝状吸附剂的移动式吸附装置，废气流速宜低于1.20m/s;对于采用颗粒状吸附剂的移动床和流化床吸附装置，吸附层的废气流速应根据吸附剂的用量、粒度和体密度等确定。Slu东莞伏嘉环境

　　4 结论Slu东莞伏嘉环境

　　活性炭吸附法是一种传统的有机废气治理技术，也是目前我国有机废气治理的主要技术之一。活性炭吸附法具有初设成本低、能源需求低、适合多种污染物的优点，但也存在操作时间短、更换频繁的劣势。要确保活性炭吸附法发挥有效的治理效果，首先需要根据废气风量及浓度确定是否采用吸附法或采用何种吸附装置，并采取除尘、除湿、降温、稀释等预处理措施，同时要合理确定活性炭充填量，并及时更换。Slu东莞伏嘉环境

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