蜂窩活性炭在大風量有機廢氣治理技術中的應用

摘要：研制出吸附性能好、氣流阻力小的蜂窩狀活性炭,并首次將其應用于大風量有機廢氣的治理設備中.通過蜂窩狀活性炭的吸附濃縮作用,將大風量、低濃度的有機廢氣轉換成小風量、高濃度的有機廢氣,后者可在催化燃燒床上轉變成無害的CO2和H2O,并保持穩定的自持燃燒狀態.與傳統工藝相比,采用該方法具有凈化效率高、無二次污染、運行成本低的優點。

近20年來，活性炭的研究、生產和應用都有很快的發展，在吸附分離、催化和環境保護領域，具有發達的孔隙結構、優良的吸附性能和很高的使用穩定性的活性炭產品得到了廣泛的應用除大量采用傳統的粒狀活性炭和粉狀活性炭外，為某種特殊用途需要而研制的新型活性炭也應運而生，蜂窩狀活性炭就是其中一種，主要用干脫除復印機產生的臭氧，但在大規模設備中的應用未見報道。

在空氣凈化領域中普遍認為大風量、低濃度有機廢氣的凈化是個難題，這類廢氣的特點是排風量大、廢氣中同時存在幾種污染物而且每種濃度都較低，一般在1g/m以下，這種情況下采用回收或直接燃燒的方法是不經濟的，為解決這一難題，筆者專門研制了蜂窩狀活性炭，并進行批量生產，采用吸附凈化、脫附再生和催化燃燒相結合的原理，設計了適合于大風量、低濃度有機廢氣治理的設備。實際應用表明蜂窩狀活性炭吸附性能好、脫附速率快，完全滿足工藝使用要求近年束，隨著大風量有機廢氣凈化裝置的大量推廣應用，蜂窩狀活性炭的產量逐年增加，生產規模也不斷擴大。

1、蜂窩活性炭的研制

蜂窩活性炭的研制，最早見于日本的報道，其制備方法是將炭化料擠壓成型，再經活化而成。筆者是采用活性炭粉.加人少量牯合劑，經混煉擠壓成型，并在一定條件下固化制成蜂窩狀活性炭，生產工藝流程見圖1。

2、蜂窩活性炭的性能

研制了2種規格的蜂窩活性炭，其規格性能見表1。

2.1吸附性能

用頂空色譜法測定了蜂窩狀活性炭(TF一1)對苯蒸氣的吸附等溫線，如圖2所示，根據D—A方程計算得孔結構參數：W0=0.268mL/g，B=1.05×10，S-二719m2/g?？梢钥闯?，雖然在制備過程中加人的粘臺劑對其吸附性能有一定的影響，但蜂窩狀活性炭對苯蒸氣仍有較好的吸附性能，屬吸附性能較好的活性炭。

2.2動力學性能

與顆粒狀活性炭相比，蜂窩狀活性炭具有獨特的蜂窩狀結構，開孔率高，流體通過時產生的壓力損失很小，不同流速下蜂窩狀活性炭和粒狀活性炭對空氣流的阻力見圖3。

求得的2種活性炭的床層壓力降經驗公式為：

以床層高度0.60lq3、空塔速度1.39m/s為標準，利用上述的床層壓力降公式可算出：蜂窩狀活性炭的壓力降為803Pa，而粒狀活性炭的壓力降為11.893kPa.蜂窩狀活性炭的阻力只為粒狀活性炭的1/13，因此，蜂窩狀活性炭的阻力很小.具有優越的動力學性能。在實際應用進行吸附設備的設計時，若以粒狀活性炭為吸附劑，設備的氣流空塔速度一般只取0.1～0.6m/s;而用蜂窩狀活性炭為吸附劑時，設備的氣流空塔速度可以在較大范圍內選取，最大可取到2m/s的高空塔速度，因此蜂窩狀活性炭很適合應用在大風量條件下對有機廢氣進行吸附凈化。

3、大風量有機廢氣的凈化原理

大風量有機廢氣凈化裝置采用蜂窩狀活性炭為吸附劑，結臺吸附凈化、脫附再生和催化燃燒的原理，即將大風量、低濃度的有機廢氣通過蜂窩狀活性炭吸附以達到凈化空氣的目的，當活性炭吸附飽和后再用熱空氣脫附使活性炭得到再生，脫附出的有機物被送往催化燃燒床進行催化燃燒，有機物被氧化成無害的0和H20，燃燒后的熱廢氣又用于對蜂窩狀活性炭的脫附再生，達到廢熱利用和節能的目的。整套裝置由吸附床、催化燃燒床、相關的風機、閥門等組成，設計了能連續處理有機廢氣的凈化裝置，其工藝流程如圖4所示。

吸附床的結構采用抽屜式的組裝結構，蜂窩狀活性炭均勻裝填在抽屜內組成單個吸附單元，便于裝卸和更換材料，為適應不同處理風量的要求，設計了處理風量在5000～25000rn3/h五個規格的吸附設備，配置構成5種型號的大風量有機廢氣凈化裝置，其阻力在1.2～1.5kPa之問，因此可采用中、低壓排風機，減少了能耗和噪音污染。

3.1吸附凈化過程

從車間排出的大風量有機廢氣，先經預濾器濾除灰塵和雜物后，進入吸附床，有機物被蜂窩狀活性炭吸附，凈化后的氣體可直接排放。如某鋼琴廠油漆車間有機廢氣的治理，有機廢氣中臺有苯乙烯、乙苯、苯等，主要成分為苯乙烯，濃度較低，且極不穩定，凈化系統按表2參數進行設計。

在凈化裝置進行了多次吸附、脫附循環操作后，測定了該系統的吸附凈化效率，見表3。

由表3可以看出，一次吸附操作過程中，對含苯乙烯的有機廢氣的凈化效率在24h內都在90%以上，達到了原設計指標的要求。

3.2脫附再生一催化燃燒過程

當由吸跗床排出的氣體中有機物濃度達到或接近允許排放的濃度標準時，用熱空氣對吸附床脫附使蜂窩狀活性炭得到再生，脫附出的有機物被送往催化燃燒床進行催化燃燒，轉變成無害的C02和H2O，可直接排放。仍以某鋼琴廠油漆車間有機廢氣的治理為例，在凈化裝置進行了多次吸附、脫附循環操作后，測定了該系統脫附再生過程中催化燃燒床的溫度及其凈化效率等有關數據，見表4。

由表4看出，在脫附再生過程中，脫附氣流將蜂窩狀活性炭f吸附的苯乙烯解吸出來，送往催化床進行催化燃燒，轉變成無害的CO2和H2o。加熱一次啟動后，1h內將催化床加熱至300℃左右，當脫附出的苯乙烯濃度達到2g/m左右時，燃燒放出的熱量足以維持催化反應所需的溫度，加熱自動停止，催化床保持穩定的自持燃燒狀態，不需外加熱，脫附進行3～5h時.產生一個脫附濃度高峰，此時，脫附出的苯乙烯濃度可達6～8g/m，催化床溫度也在500～691℃然后，隨著脫附氣流中苯乙烯濃度的逐漸減少.催化床溫度也隨之下降。整個脫附過程約需9h，其中需加熱時間在1h左右。

在整個脫附過程中，催化床均保持很高的凈化效率，在放空閥打開后，其平均凈化效率為98.4%，達到了原設計指標的要求。