喷漆废气治理之活性炭吸附法介绍

利用活性炭吸附法对喷漆废气的处理我们从以下几个方面进行介绍与分析。

活性炭吸附的原理

以活性炭作为喷漆车间废气吸附剂已有许多年的应用经验。活性炭价格便宜,表面有疏水性,比表面积(500~1200m2/g)大,因而具有优异的吸附性能,可使有机溶剂蒸气吸附在其表面上,当加热烘干吸附剂时,被吸附的气体解析出来,冷却成液态,从而达到回收溶剂的目的。具有疏水性表面的分子筛价格昂贵。在以去除有机溶剂为目的的场合,活性炭是适宜的吸附剂。

传统活性炭吸附法

我国过去采用粒径在5mm左右的活性炭在吸收塔内做成厚度0.8~1.5m吸附炭层。来自喷漆室和烘干室的废气,经过滤器和冷却器后,除去废气中的漆雾,并降低到所需的温度。由吸收塔下部进入吸收塔,吸收废气中的有害气体,净化后的干净气体被排放到大气中。处理废气流速0.3~0.6m/s,但仅x于低浓度废气,溶剂清除效率可达95%。当处理废气通过吸附层时,大部分的吸附质在吸附层内被吸附,随着吸附时间延续,活性炭层的吸附能力降低,其有效部分越来越薄,当出口处气体中含有被吸附质时,这时整个活性炭层被穿透。若继续使用,处理后气体中所含吸附质越来越多,当出口侧浓度达到入口浓度时,则活性炭达到饱和状态。此时需要脱附,使活性炭重新具有活性。传统活性炭再生方法有水蒸汽、非活性气体、高温烧结和减压蒸馏法。

常用的水蒸汽再生法使脱附后的混合气体进入冷凝器冷却成液体,然后再进入分离器使溶剂和水分离,回收溶剂。如果水中还含有亲水的醇类、丙酮等,需经处理后才能排放。

活性炭吸附法的新发展

活性炭纤维作为吸附材料,其使用寿命比普通粒状活性炭长3~4倍。国内也出现采用活性炭纤维(ACF)作为吸附介质回收有机溶剂的装置。对于回收的溶剂利用有两种方法:重新分馏利用或燃烧产生热量。燃烧需要在设备中增加催化燃烧室及热风循环系统,将从活性炭纤维上脱附的有机溶剂高温催化燃烧并为设备的运行提供能量,就不再需要蒸气脱附有机溶剂。

印度技术学院化学工程系的DwivediP等采用已经商业化的活性炭纤维管式反应器吸附有机气体,脱附有机溶剂时采用约50V的直流电加热,可以加热到120~150℃,在45~60min内可以脱附完毕。

现在国际上z新的发展是采用活性炭纤维布(ACFC)作为吸附介质通电加热脱附回收有机溶剂。这种方法具有以下优点:有机溶剂在固相和流体相之间的质量转移快,比粒状活性炭快2~20倍;ACFC使用寿命长;活性炭纤维布能够快速加热、不需要水蒸汽脱附,因而操作和维护简便,脱附的有机溶剂不需要除水,可以直接应用。

法国LeCloirec采用ACFC作为吸附介质通电加热脱附回收二氯甲烷进行实验。该实验的特点是使用两个组件交替进行吸附-脱附,运转过程中不需要维护。

用活性炭纤维布做成两个直径20cm长50cm的圆柱形组件。一个圆柱形组件吸附,另一个组件同时脱附有机溶剂再生,二者交替进行吸附-脱附,先j行吸附,时间间隔为1h。

实验中含3~18g/m3二氯甲烷的污染空气以320m3/h的速率流过,出口二氯甲烷的浓度降低到120mg/m3,即二氯甲烷的平均排出量为3g/h。直接施加电流进行加热圆柱形组件,可以使其表面温度升高到约60℃,然后用5m3/h,即流速16m/h的氮气流吹走脱附的二氯甲烷,冷却后回收利用。这套装置每天24h连续工作17个月,没有出现任何操作问题,运转性能很好。

美国UniversityofIllinois环境工程系的Sullivan,PatrickD等采用ACFC作为吸附介质吸附甲乙酮,再通电加热脱附甲乙酮,脱附时使放在容器内的活性炭纤维布温度升高到甲乙酮的沸点以上,甲乙酮在容器内壁冷凝流走。这种实验方法的优点是有机溶剂在容器内壁冷凝后以液体形式流走回收。

URS公司[Austin,TX78729,UnitedStates]的Dombrows2kiKatherineD等采用活性炭纤维布吸附电加热脱附装置,试验了甲基异丁基酮、甲乙酮、正己烷、丙酮、氯乙烷混合气体,它们的浓度在(200~1020)×10-6之间,溶剂回收率c过9919%。增加通过活性炭纤维布的废气压力可相应增加回收率,而且回收每摩尔纯液体消耗的电能也减少,该实验表明这种技术可以用于气流中多种挥发性有机气体的快速回收。

结语

采用环保型涂料、提高涂料的利用率并减少涂料的使用量。治理喷漆废气时,高浓度小排量的废气采用燃烧法比较适宜;而从喷漆室、挥发室和烘干室排出的废气因换气量大,其中所含的有机溶剂浓度极低,对于这种低浓度大排量的废气适宜采用活性炭吸附法或液体吸收法。但过去液体吸收法和活性炭吸附法因技术上的缺陷限制了其应用。液体吸收法没有解决吸收剂和吸收效率的问题;过去采用的活性炭吸附法脱附有机溶剂的方法复杂,要到专门活性炭再生厂,而使溶剂回收困难。中空纤维型膜和硅油吸收剂为液体吸收法提供一种新的发展思路。采用活性炭纤维布作为吸附介质通电加热脱附回收有机溶剂,因其操作和维护简便、脱附的有机溶剂不需要除水,是一种非常有前景的方法。

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