挥发性有机溶剂的吸附回收利用技术-用活性炭吸附的溶剂回收

发布时间:2021/8/4 9:11:40 浏览次数:106
文章来源:www.590.com网络部 作者:www.590.com小编

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用活性炭吸附的溶剂回收

活性炭有大量细孔,比表面积大,对废气的吸附容量较大,而对水分的附量小,因此zui适用于有机废气净化,且当活性炭吸附达到饱和时,可用水蒸气再生,回收有用成分。活性炭吸附法对低浓度溶剂并且对几乎所有溶剂都能进行有效的处理。特别是低浓度溶剂的活性炭吸附法中,可以比较容易地净化到mg/kg程度。这种倾向,在以防治公害为目的的回收中,显示出活性炭吸附法的优越性。

1.活性炭溶剂回收原理

溶剂回收,是旨在通过一定的回收工艺将有机废气回收并可以重复应用到生产中,减少大气污染、降低生产成本。活性炭吸附法用于溶剂回收,是通过将有机溶剂蒸气通入活性炭吸附塔中,利用活性炭优良的吸附性能吸附并脱除有机蒸气、净化空气。吸附饱和的活性炭,可以采用水蒸气进行再生,再生后的活性炭可以循环使用。

活性炭溶剂回收技术适合于溶剂蒸气浓度为1~20g/cm的气体回收溶剂,而且其回收效率大于90%;溶剂蒸气浓度与空气混合物的浓度能够保持低于爆炸下限,所以生产比较安 全;活性炭回收溶剂成本低,工艺简单,适用范围广。

2.回收溶剂技术对活性炭的质量要求

活性炭用于溶剂吸附回收,需要循环使用,所以要求活性炭具有良好的化学稳定性、耐磨性、吸附容量以及较小的床层阻力。目前我国溶剂回收用活性炭已大量生产,产品主要质量指标见表1。与球形活性炭相比,柱状活性炭存在床层阻力大、气固接触面积小等问题,国外开发生产球形活性炭用于溶剂回收,显著提高溶剂回收效率。但国内活性炭生产企业,由于没有解决球形活性炭的强度问题,所以没有大规模的生产。

表1 煤基柱状溶剂回收活性炭主要质量指标

直径/mm

堆密度/(g/L)

灰分/%

CCL4吸附值/%

碘值/(mg/g)

1.5-5

380-520

4-14

60-90

900-1050

 

除用于溶剂回收的煤基活性炭外,各种常用的溶剂回收用活性炭的性质见表2。

 

表2 常用的各种溶剂回收用活性炭的性质

 

项目

成型颗粒状

破碎炭

粉末炭

纤维状炭

球形炭

制造原料

煤、石油系、木

材、果壳、果核

煤、木材

煤、木材、果壳、果核

合成纤维、石油系、煤沥青等

煤、石油系

真密度/(g/mL)

2.0-2.2

 

0.9-2.2

2.0-2.2

1.9-2.1

充填密度/(g/mL)

0.35-0.60

0.35-0.60

0.15-0.60

0.03-0.10

0.50-0.65

床层空隙率/%

33-45

33-45

45-75

90-98

33-42

孔容积/(cm3/g)

0.5-1.1

 

0.5-1.2

0.4-1.0

 

表面积/(m/g)

700-1500

700-1500

700-1600

1000

800-1200

平均孔径/nm

1.2-3.0

1.5-3.0

1.5-3.0

0.3-4.5

1.5-2.5

热导率/[kJ/(m·h·K)]

0.42-0.84

 

 

 

 

比热容/[kJ/(kg·K)]

0.84-1.05

 

 

 

 

3.溶剂回收装置的操作规程

活性炭溶剂回收过程主要由以下4个基本阶段构成。

(1)吸附 吸附过程可持续到从炭层到吸附区出口,使之达到ji限的放空浓度。这样来选择吸附器的尺寸和物流速度,到放空前,炭层的操作时间与操作周期相吻合(例如:8h白天操作,夜晚进行再生)。然而,在很多情况下是临近放空时就必 须转换到第 二个吸附器(并联设备),转换过程zui好利用浓度传感器控制的自动控制系统。

(2)解吸 吸附饱和的活性炭是在120~140℃利用水蒸气进行再生;对于高沸点溶剂,则需要提高蒸汽温度。解吸时,可以使用萃取洗提部分溶剂,直到炭层的终温。对于容易分解的溶剂,解吸过程需要谨慎。有些需要在炭层中增加加热装置,这样可以减少蒸汽用量,增加冷凝液的浓度。使用的蒸汽,一部分用于解吸,一部分用于洗脱。而对于湿活性炭来说,用于解吸和用于洗脱的量会有不同,因为解吸活性炭吸附的水需要大量的能量。

因此,在从具有较高相对湿度的空气中回收溶剂时或者在利用湿蒸汽作为解吸剂时,装有炭层的吸附器的生产能力会有所降低。因此蒸汽耗量与被提取的溶剂量之比,仅在评价解吸程度时才有意义。通常从经济观点出发,解吸过程可在达到一定残余容量的条件下中止;在二次回收循环中,应考虑到原始吸附能力的降低。在大多数情况下,以蒸汽来解吸30~40min也已足够了,但却ji少见到用60min的情况;在某种程度上,这是与所用蒸汽的湿度有关。

(3)干燥 在以蒸汽置换解吸过程结束时,活性炭的孔隙和炭料颗粒的间隙均被水蒸气所饱和。这就大大降低了在二次循环中,大量溶剂的吸附。因此,炭层应当干燥,这通常以热空气和干蒸气来实现。因为在设备的死角和炭料颗粒间的空间内仍有残留溶剂,尽管已被解吸,但还没有从吸附器中逸出,所以在干燥时应进行短时间的溶剂排空(几秒钟,zui长也不过1~2min)。溶剂放空的尾气可利用设备结构改进措施来实现回收(封闭空气回路,多级吸附装置)。为实现深度回收必 须注意从炭层中排出全部剩余的湿气。在有剩余湿气体存在的情况下,潮湿的炭显示出影响排空量的趋势;这对易挥发溶剂的回收来说是特别突出的。

(4)冷却  在干燥之后,是炭料层的冷却阶段,至少要冷却到40℃。溶剂与热炭的接触可导致裂解或氧化的放热反应,在ji限的情况下,这些放热反应可引起炭料层的局部过热和自燃。冷空气的耗量与吸附器结构的关系是1t活性炭需耗用50~200m3冷空气。

4.吸附设备

溶剂回收通常应用小容量固定床吸附器,在大多数情况下均是立式圆筒形过滤器。炭料层高度多为50~100cm,更高的炭层则不常见。活性炭料层常常堆积在由石英砾石或者其他陶瓷材料构成的支撑层之上。这种一来可形成活性炭与置于设备底部的金属丝网或多孔筛网直接接触,从而使被净化的空气能较为均匀地分配。这样支撑层具有蓄热器的功能,它可在水蒸气再生的过程中使其加热,而后又把热量传给空气,再传热使炭层干燥。众所周知,惰性陶瓷球同时可作为不固定的罗底织物层的支承层的设备。

溶剂回收通常应用小容量固定床吸附器,在大多数情况下均是立式圆筒形过滤器。炭料层高度多为50~100cm,更高的炭层则不常见。活性炭料层常常堆积在由石英砾石或者其他陶瓷材料构成的支撑层之上。这种一来可形成活性炭与置于设备底部的金属丝网或多孔筛网直接接触,从而使被净化的空气能较为均匀地分配。这样支撑层具有蓄热器的功能,它可在水蒸气再生的过程中使其加热,而后又把热量传给空气,再传热使炭层干燥。众所周知,惰性陶瓷球同时可作为不固定的罗底织物层的支承层的设备。

某些溶剂在同热的或者潮湿的活性炭接触的情况下,会发生局部分解。例如在用水蒸气再生时,如含氯烃类可分解出盐酸,醚类可被水解,而丙酮、丁酮或者甲基异丁基酮这样的酮类可生成乙酸、二乙酰或者其他的裂解产物。在这些场合必 须利用优 质钢制成的设备或是由陶瓷砌成的或者用合成涂料涂层的吸附器。如果空气中含有腐蚀组分,需在吸附之前去除掉。

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