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吸附剂的5种脱附再生方法,附:采用碳基吸附剂处理VOCs的几个误区

吸附剂的吸附容量有限,在1%~40%(质量分数)之间,当吸附达到或接近饱和时,都要进行脱附再生。从理论上讲,吸附剂经过脱附,吸附质应该被全部脱附出来,也就是说,吸附曲线和脱附曲线在理论上应该吻合。

然而实际上至少在等温线上的一部分会产生不同的平衡,如下图所示。这种现象称为滞后现象。由于滞后现象的存在,使解吸时吸附质的平衡分压总是低于吸附时的平衡分压。

图1 表示滞后现象的吸附等温线

这就反映出有一部分吸附质未能全部被解吸,而存在着残留吸附量。滞后现象的存在,必然降低吸附剂的循环使用寿命。为了尽可能地减少滞后造成的影响,应正确地选择脱附再生方法。




吸附剂的5种脱附再生方法




吸附质从吸附剂表面脱附的根本原因是,吸附质分子必须克服吸附剂表面对它的引力,增大其脱离表面的推动力。

(1) 升温脱附


升高温度可增大吸附质分子的动能,使吸附质分子能够克服吸附剂的引力而由固体吸附剂上逸出,这也就是吸附剂的吸附容量在等压下随温度升高而降低的原因。

要根据吸附质和吸附剂的性质选择适当的脱附温度,一般来说,脱附温度的高低与吸附质的沸点没有直接关系,而是与其饱和蒸气压关系密切。在通常情况下,不主张采取过高的脱附温度,因为过高的脱附温度不仅增加能耗,而且还可能给吸附装置带来超压的隐患。

因此,要认真选择脱附温度并严格控制,既能保证吸附质脱附得比较完全,达到较低的残余负荷,又能防止吸附剂失活或晶体结构破坏。


升温脱附经常采用过热蒸汽、热的惰性气体(如氮气)、热烟气或采用电感加热等方式。

(2) 降压脱附

降低压强也就是降低吸附质分子在气相中的分压,以增大吸附质分子由固体表面逸出的推动力,从而使吸附质分子从固相转入气相,达到脱附的目的。吸附剂的吸附容量在等温下随压力降低而降低的原因就在于此。因此,工程上采用降压或真空脱附,采用降压脱附要考虑系统的安全性(有时还要使用压力容器)和经济性

(3) 置换脱附

采用在脱附条件下与吸附剂亲和能力比原吸附质更强的物质,将原吸附质置换下来的方法,称为置换脱附。置换脱附特别适用于对热敏感性强的吸附质,能使吸附质的残留负荷达到很低。采用置换脱附时要考虑脱附后的原吸附物质和置换剂的分离。

过置换脱附后,吸附床层要把置换剂脱附下来而使吸附剂再生。

(4) 吹扫脱附

吹扫脱附的原理与降压脱附相类似,也是降低吸附质在气相中的分压,使吸附质脱附。采用的吹扫气体必须是不被该吸附剂吸附的气体,吹扫吸附常采用惰性气体作脱附剂。

实际应用中,往往是几种脱附方法的结合,例如用水蒸气脱附,就同时具有加热和吹扫的作用。

(5) 化学转化脱附

向吸附床层中注入可与吸附质进行化学反应的物质,使之生成的产物容易脱附,这种方法多用于吸附量不太大的有机物,可以使之转化成CO2而脱附下来。



采用碳基吸附剂处理VOCs的几个误区




01 废气通过吸附床层的风速


有很多教科书上都明确写道:气体通过吸附剂床层的风速一般为0.2~0.6m/s。通过工程实践发现,这种说法有些偏颇。

当人们利用活性碳纤维作吸附剂处理VOCs时,所使用的最大风速绝不会超过0.15m/s,因为由于受到床层阻カ的限制,一般活性碳纤维层的厚度不会超过150mm。

那么为什么老的教科书给出这个数据呢?考查发现:过去人们大都采用颗粒活性炭作吸附剂,它的床层厚度一般设计在0.2~0.6m,最大不会超过1m,所以就给出了这个数据。

实际上,通过工程实践发现,废气通过床层的速度是由废气在床层中与吸附剂的接触时间决定的。总结工程实践,废气在吸附床层内与吸附剂的接触时间为0.8~1.2s即可将废气中的吸附质完全吸附下来,也就是说,采用这样的风速,完全可以满足治理要求。


02 脱附温度

关于脱附温度,很多人都认为与吸附质的沸点有关,认为要想把高沸点的物质从吸附剂上脱附下来,脱附介质的温度必须高于该物质的沸点。

实践证明这种观点是错误的。以双氧水行业回收三甲苯为例,三甲苯的沸点为164.7℃(另有资料介绍为176.1℃),而采用100℃的水蒸气即可将三甲苯完全脱附下来。有不少工程实践都证明了这一点。

为此可以得出结论,吸附质的脱附温度与其沸点没有直接关系,而是和它的饱和蒸气压有关。这个结论可以用脱附原理来说明。

大家都知道,要想使吸附质分子从吸附剂表面脱附下来必须给它能量或推动力,使其能够从吸附剂表面“蒸发”到吸附剂孔道中,从而进入气相主体。而在通常采用的脱附方法中,加热脱附是给它提供能量,以增加分子的动能;吹扫脱附和降压(真空)脱附,都是为了降低吸附剂孔道中废气分子的分压,也就是蒸气压,给废气造成一个浓度差,从而给废气分子由吸附剂表面向气相转移提供一个推动力,这个推动力越大,废气分子的脱附速度就越快。

所以,从这个理论出发就不难理解,吸附质的脱附温度是与其饱和蒸气压直接相关的,而与它的沸点无关。如洗过的衣服通常是在低于水的沸点下晾干的。



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