有机废气回收(活性炭纤维吸附-冷凝技术在有机废气回收净化中的应用)
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有机废气回收(活性炭纤维吸附-冷凝技术在有机废气回收净化中的应用)
在工业生产以及日常生活中会产生各种各样的有机废气，这些有机废气不仅会造成大气污染，危害人体健康，而且还会造成资源的浪费[1]。随着社会的发展，环境保护意识的增强，有机废气排放造成的环境污染及其对人体健康的严重危害越来越受到各级政府和民众的关注。
目前国内外对有机废气回收处理的方法主要有冷凝法、吸收法、吸附法和膜分离技术等。
在国内，冷凝法由于不适宜处理低浓度的有机气体，并需低温和高压，设备费用和操作费用高，很少单独使用；
吸收法也由于对吸收剂和吸收设备的要求较高，且吸收剂需要定期更换，过程较复杂，成本较高，较难推广应用；
而膜分离技术，用于回收有机废气的研究，在国内才刚起步，离实现工业化应用还有一段距离[2]。
对于吸附法，随着新型吸附剂的开发利用和性能不断改良，已越来越广泛的应用于各种有机废气的回收处理。本研究以活性炭纤维为吸附剂，通过中试试验，开发了活性炭纤维吸附-冷凝工艺技术用于回收净化有机废气，实现了有机溶剂的回收利用和外排尾气的净化达标排放，取得了显著的经济效益和环保效益。
1 试验
1.1 试验材料
试验所用活性炭纤维吸附剂由江苏苏通炭纤维有限公司提供，比表面积1400 m2/g，孔容0.612 mL/g，平均孔径13.5 Å。回收处理对象为中山市某胶粘企业烘干工序排放的有机废气，主要成分为甲苯，浓度约为4.99 g/m3。
1.2 设备装置
主要设备为自制的四芯吸附装置，其他设备包括引风机、表冷器、过滤器、分层槽等，整个系统的运行由PLC程序控制，自动切换吸附器，使之交替进行吸附、解吸和干燥工艺过程的操作。
1.3 试验流程
试验工艺流程如图1所示。
有机废气先经过滤器去除杂质，以保证这些杂质不占用活性碳纤维的孔隙，影响活性碳纤维的吸附效率和使用寿命；过滤后的尾气经风机引人冷热交换器进行降温(温度可控)后进入吸附器；吸附了一定数量有机溶剂的活性碳纤维，用饱和水蒸汽进行解吸，解吸完成后将过滤的外界空气送入吸附器进行干燥，使活性碳纤维床层冷却并去除残留的蒸汽，使活性碳纤维保持较高的吸附效率。干燥好的吸附器进入下一个循环吸附工作流程。
解吸出的含有机溶剂的混合蒸汽进人冷凝器中进行冷凝，冷凝液进人分层槽，经重力分层，上层的有机物自动溢流至储槽，经输送泵送到吸附回收设备，下层的冷凝水排人废水处理系统。
图1 工艺流程图
Fig 1 process chart
1.4 实验方法
通过调节气液热交换器中冷凝水的流量和进气阀改变进气温度和流量大小，研究废气温度和废气流量对活性炭纤维吸附性能的影响；分析经济效益和环境效益
2结果与讨论
2.1 废气流量对吸附性能的影响
实验条件：活性炭纤维吸附芯总质量24 kg，分4根，每根吸附芯直径40 cm、高度100 cm；废气温度控制在35℃。废气流量分别取5、7、10、13、16、20 m3/min，流量对吸附量的影响结果如图2所示。
图2 气体流量对吸附量的影响
Fig.2 Effect of gas flow on adsorption amount
由图2可以看出，随着有机废气流量的增加，活性炭纤维的饱和吸附量也基本呈增加趋势。由空气动力学理论可知，动态吸附过程中，在气流管路相同的前提下，原料气气流的静压相等，随着流速的增加，气流的动压增大，作用于吸附剂上的气流的总压也增大[3]，甲苯的作用分压也随之增加，从而引起吸附剂对甲苯的饱和吸附量的增加。
2.2 温度对吸附性能的影响
进气流量取16 m3/min，废气温度取30、35、40、50、60℃，温度对吸附量的影响结果如图3所示。
图3 温度对吸附量的影响
由图3可知，随着温度的升高，活性炭纤维对甲苯的饱和吸附量呈现下降趋势，这是由于活性炭纤维对甲苯的吸附是放热过程。以上结果表明常温下活性炭纤维已具有良好的吸附性能，从减少操作费用和安全性角度考虑，在常温下进行吸附是合理的。
2.3 效益分析
通过统计稳定运行后的三个月的数据可知，设备每天连续运行约8 h，回收甲苯10 kg左右，回收率稳定在80 %以上，每天总耗电量约10.5度，消耗蒸汽量为48 kg左右；按甲苯7元/kg、电0.75元/度、蒸汽0.2元/kg计算，则每回收1 kg有机溶剂可带来的经济效益为：(7×10-0.75×10.5-48×0.2)÷10=5.25元，对于
实际工程应用，具有非常显著的经济效益和环境效益。
3 结论
(1)随着有机废气流量的增加，活性炭纤维的饱和吸附量也增加。
(2)随着温度的升高，活性炭纤维对甲苯的饱和吸附量呈现下降趋势。
(3)活性碳纤维-冷凝工艺技术用于回收有机废气中的有机溶剂，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，实现资源的循环利用，展现出广阔的应用前景和市场竞争力。
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