蜂窝活性炭在大风量有机废气治理技术中的应用

摘要：研制出吸附性能好、气流阻力小的蜂窝状活性炭,并首次将其应用于大风量有机废气的治理设备中.通过蜂窝状活性炭的吸附浓缩作用,将大风量、低浓度的有机废气转换成小风量、高浓度的有机废气,后者可在催化燃烧床上转变成无害的CO2和H2O,并保持稳定的自持燃烧状态.与传统工艺相比,采用该方法具有净化效率高、无二次污染、运行成本低的优点。

近20年来，活性炭的研究、生产和应用都有很快的发展，在吸附分离、催化和环境保护领域，具有发达的孔隙结构、优良的吸附性能和很高的使用稳定性的活性炭产品得到了广泛的应用除大量采用传统的粒状活性炭和粉状活性炭外，为某种特殊用途需要而研制的新型活性炭也应运而生，蜂窝状活性炭就是其中一种，主要用干脱除复印机产生的臭氧，但在大规模设备中的应用未见报道。

在空气净化领域中普遍认为大风量、低浓度有机废气的净化是个难题，这类废气的特点是排风量大、废气中同时存在几种污染物而且每种浓度都较低，一般在1g/m以下，这种情况下采用回收或直接燃烧的方法是不经济的，为解决这一难题，笔者专门研制了蜂窝状活性炭，并进行批量生产，采用吸附净化、脱附再生和催化燃烧相结合的原理，设计了适合于大风量、低浓度有机废气治理的设备。实际应用表明蜂窝状活性炭吸附性能好、脱附速率快，完全满足工艺使用要求近年束，随着大风量有机废气净化装置的大量推广应用，蜂窝状活性炭的产量逐年增加，生产规模也不断扩大。

1、蜂窝活性炭的研制

蜂窝活性炭的研制，最早见于日本的报道，其制备方法是将炭化料挤压成型，再经活化而成。笔者是采用活性炭粉.加人少量牯合剂，经混炼挤压成型，并在一定条件下固化制成蜂窝状活性炭，生产工艺流程见图1。

2、蜂窝活性炭的性能

研制了2种规格的蜂窝活性炭，其规格性能见表1。

2.1吸附性能

用顶空色谱法测定了蜂窝状活性炭(TF一1)对苯蒸气的吸附等温线，如图2所示，根据D—A方程计算得孔结构参数：W0=0.268mL/g，B=1.05×10，S-二719m2/g。可以看出，虽然在制备过程中加人的粘台剂对其吸附性能有一定的影响，但蜂窝状活性炭对苯蒸气仍有较好的吸附性能，属吸附性能较好的活性炭。

2.2动力学性能

与颗粒状活性炭相比，蜂窝状活性炭具有独特的蜂窝状结构，开孔率高，流体通过时产生的压力损失很小，不同流速下蜂窝状活性炭和粒状活性炭对空气流的阻力见图3。

求得的2种活性炭的床层压力降经验公式为：

以床层高度0.60lq3、空塔速度1.39m/s为标准，利用上述的床层压力降公式可算出：蜂窝状活性炭的压力降为803Pa，而粒状活性炭的压力降为11.893kPa.蜂窝状活性炭的阻力只为粒状活性炭的1/13，因此，蜂窝状活性炭的阻力很小.具有优越的动力学性能。在实际应用进行吸附设备的设计时，若以粒状活性炭为吸附剂，设备的气流空塔速度一般只取0.1～0.6m/s;而用蜂窝状活性炭为吸附剂时，设备的气流空塔速度可以在较大范围内选取，最大可取到2m/s的高空塔速度，因此蜂窝状活性炭很适合应用在大风量条件下对有机废气进行吸附净化。

3、大风量有机废气的净化原理

大风量有机废气净化装置采用蜂窝状活性炭为吸附剂，结台吸附净化、脱附再生和催化燃烧的原理，即将大风量、低浓度的有机废气通过蜂窝状活性炭吸附以达到净化空气的目的，当活性炭吸附饱和后再用热空气脱附使活性炭得到再生，脱附出的有机物被送往催化燃烧床进行催化燃烧，有机物被氧化成无害的0和H20，燃烧后的热废气又用于对蜂窝状活性炭的脱附再生，达到废热利用和节能的目的。整套装置由吸附床、催化燃烧床、相关的风机、阀门等组成，设计了能连续处理有机废气的净化装置，其工艺流程如图4所示。

吸附床的结构采用抽屉式的组装结构，蜂窝状活性炭均匀装填在抽屉内组成单个吸附单元，便于装卸和更换材料，为适应不同处理风量的要求，设计了处理风量在5000～25000rn3/h五个规格的吸附设备，配置构成5种型号的大风量有机废气净化装置，其阻力在1.2～1.5kPa之问，因此可采用中、低压排风机，减少了能耗和噪音污染。

3.1吸附净化过程

从车间排出的大风量有机废气，先经预滤器滤除灰尘和杂物后，进入吸附床，有机物被蜂窝状活性炭吸附，净化后的气体可直接排放。如某钢琴厂油漆车间有机废气的治理，有机废气中台有苯乙烯、乙苯、苯等，主要成分为苯乙烯，浓度较低，且极不稳定，净化系统按表2参数进行设计。

在净化装置进行了多次吸附、脱附循环操作后，测定了该系统的吸附净化效率，见表3。

由表3可以看出，一次吸附操作过程中，对含苯乙烯的有机废气的净化效率在24h内都在90%以上，达到了原设计指标的要求。

3.2脱附再生一催化燃烧过程

当由吸跗床排出的气体中有机物浓度达到或接近允许排放的浓度标准时，用热空气对吸附床脱附使蜂窝状活性炭得到再生，脱附出的有机物被送往催化燃烧床进行催化燃烧，转变成无害的C02和H2O，可直接排放。仍以某钢琴厂油漆车间有机废气的治理为例，在净化装置进行了多次吸附、脱附循环操作后，测定了该系统脱附再生过程中催化燃烧床的温度及其净化效率等有关数据，见表4。

由表4看出，在脱附再生过程中，脱附气流将蜂窝状活性炭f吸附的苯乙烯解吸出来，送往催化床进行催化燃烧，转变成无害的CO2和H2o。加热一次启动后，1h内将催化床加热至300℃左右，当脱附出的苯乙烯浓度达到2g/m左右时，燃烧放出的热量足以维持催化反应所需的温度，加热自动停止，催化床保持稳定的自持燃烧状态，不需外加热，脱附进行3～5h时.产生一个脱附浓度高峰，此时，脱附出的苯乙烯浓度可达6～8g/m，催化床温度也在500～691℃然后，随着脱附气流中苯乙烯浓度的逐渐减少.催化床温度也随之下降。整个脱附过程约需9h，其中需加热时间在1h左右。

在整个脱附过程中，催化床均保持很高的净化效率，在放空阀打开后，其平均净化效率为98.4%，达到了原设计指标的要求。