1、吸附技術介紹一、吸附基本知識1.1 吸附 利用某些固體能夠從流體混合物中選擇性地凝聚一定組分在其表面上的能力，使混合物中的 組分彼此分離的單元操作過程。1.2 吸附原理1、吸附是一種界面現象，其作用發生在兩個相的界面上。2、根據吸附劑對吸附質之間吸附能力的不同，可分為物理吸附和化學吸附。1.2.1 物理吸附 概念：當氣體或液體分子與固體表面分子間的作用力為分子間力時產生的吸附。 特點： 1、是一種可逆過程；2、吸附質在吸附劑表面形成單層或多層分子吸附時，其吸附熱比較低；3、吸附無選擇性，任何固體可以吸附任何氣體，當然吸附量會有所不同；4、吸附穩定性不高，吸附和解吸速率都很快；5、吸附不需要活化

2、能，吸附速率并不因溫度的升高而變快。1.2.2 化學吸附 概念：由吸附質與吸附劑表面原子間的化學鍵合作用造成的，即在吸附質與吸附劑之間發生 了電子轉移、原子重排或化學鍵的破壞與生成等現象。特點： 1、化學吸附往往是不可逆的；2、化學吸附的吸附熱接近于化學反應的反應熱，比物理吸附大的多；3、吸附很穩定，一旦吸附，不易解吸；4、吸附是單分子層的；5、吸附需要活化能，溫度升高，吸附和解吸速率加快。1.3 常見的吸附劑 常見的吸附劑有：活性炭、硅膠、活性氧化鋁、合成沸石和天然沸石分子篩。 目前用在 VOCs 治理中的吸附劑主要是活性炭。1.3.1 吸附劑的性能要求1、有較大的比表面積2、對吸附質有較高

3、的吸附能力和高選擇性3、較高的強度和耐磨性4、顆粒大小均勻5、具有良好的化學穩定性、熱穩定性以及價廉易得6、容易再生二、吸附法技術優缺點2.1 吸附法優點1、可回收有機溶劑2、可凈化大風量、低濃度、低溫度廢氣3、廢氣不需要加熱，低溫或常溫操作4、可回收痕量物質2.2 吸附法缺點1、需要預處理廢氣中的粉塵、煙等雜質2、高溫廢氣需要冷卻3、吸附劑使用壽命不長4、投資費用較大三、吸附法適用范圍吸附法用于治理噴漆、包裝、印刷、機械、化工及生產過程產生苯類、酯、醇、酮、醛、酚 汽油等場合。用于大風量、低濃度的廢氣工況或間歇作業中準備回收利用的有機溶劑工廠、 車間，廢氣濃度一般小于等于 1000mg/m3

4、。四、吸附熱力學- 等溫吸附曲線和等壓吸附曲線吸附熱力學主要研究的是平衡吸附量 q0 與吸附體系參數溫度 t、壓力 p 三者之間的關系。 在給定的吸附體系中，固體對氣體的吸附量可用下式來表示q0 = f （ p , t）當固定溫度和壓力時，平衡吸附量就是壓力和溫度的單值函數，從而得到等溫吸附曲線和等 壓吸附曲線。（）爭溫吸附曲線爭壓吸附曲線從等溫吸附曲線（圖 a）看出，當壓力甚小時,平衡吸附量 q0 與壓力 p 成正比（0A 段）；當壓 力甚大時，平衡吸附量 q0 與壓力 p 幾乎無關（BC 段），此時吸附量已基本達到飽和；在中等 壓力時,平衡吸附量 q0 與壓力 p 成某一曲線關系（AB）。

5、在吸附壓力恒定時，吸附量隨吸附溫度的變化而變化，可得到等壓吸附線（圖 b）。從中可以看 出，吸附劑的吸附量隨溫度升高而減少，因為吸附作用是個放熱過程，溫度提高不利于吸附。 吸附法的選擇吸附法分為固定床吸附法、流動床吸附法和濃縮轉輪，在VOCs 治理中最常用的就是固定床吸附法和濃縮轉輪，在這里重點介紹固定床吸附法。5.1 固定床吸附法固定床吸附法的特點是吸附與脫附在同一個床層上實現，為了保證吸附過程的連續性，需要 兩臺或兩臺以上的吸附器同時工作，一種一些吸附器進行吸附時，另一些進行脫附再生。活 性炭是應用最為廣泛的固定床吸附劑，由于其容易吸附水，所以不適用于溫度高于40C、氣相相對濕度超過 50

6、%的氣體的吸附處理。此外也不適用于易發生反應、活性大的溶劑的吸收， 該類有機物會與活性炭活在活性炭表面進行反應而堵塞炭孔， 這種情況可采用碳纖維或沸石 作為吸附劑。5.2 活性碳纖維活性炭纖維是以有機化合物纖維（如聚丙烯、酚醛樹脂、聚乙烯醇等）為基本原料經特殊加 工制成的，它是一種很細的纖維狀物質，具有巨大的比表面積、外表面積和非常發達的微孔 結構，纖維上有很多微孔可直接與有機物接觸而不是像顆?；钚蕴磕菢右韧ㄟ^大孔、過渡 孔，才能到達微孔，因此，活性碳纖維更易于吸附低濃度的VOC。與顆?；钚蕴肯啾龋湮接袡C物的能力高出 1.52.0 倍，吸附速度也快 3 倍左右。由于活性炭纖維的吸附能力強

7、，所以吸附裝置可以小型化，吸附劑的量也可以少些，降低處 理費用。表顆?；钚蕴亢突钚蕴祭w維吸附回收工藝比較（同等處理規模）二藝弟型爾乜満性蠱二 W裝盤總重輕冇的鳶頁刀圧童祥卓圧哽此尿崖尙土1A小陽嘖1L-J肖Hb育走需參汽苣:/即丄 r2蹟臨時對床尾是扣需裁6 亜nj .fc需典豐労儒餐荷逅空弓澤溫玨隕劑有貳粳中時間；*包2 5H40 mm全目動運行顒用低有tH荔劑回唯軍1 -表活性碳纖維與顆?；钚蕴繉追N有機物平衡吸附量的比較有機物名稱丁硫醇苯甲苯三氯乙烯苯乙烯乙醛活性炭纖維，%430049471355852顆粒活性炭，%1173530543413521 活性炭纖維吸附回收優點(1) 在化學、

8、金屬、電子及其有關工業中，用活性炭回收含氯烴類化合物會生成鹽酸，造成設 備腐蝕。而用活性炭纖維回收，生成的鹽酸濃度低，對系統的腐蝕危害小，且回收質量也高。(2) 可用于回收反應活性大的溶劑。酮類化合物的反應活性大，用活性炭回收存在火災危險。(3) 可用于回收低濃度污染物。(4) 可用于回收難處理物質。例如，顆粒活性炭對低沸點物質的回收率很低，如對酚的吸附吸附帶厚度超過 2 m,而活性炭纖維只要 5 cm 左右。(5) 易于再生。六、吸附法流程圖顆粒活性炭吸附技術流程圖七、吸附劑再生方法從吸附曲線可以看出，在同一溫度下，吸附質在吸附劑上的吸附量隨吸附質的分壓上升而增 加;在同一吸附質分壓下，吸附

9、質在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減小。這就是說，力卩壓、降溫有利于吸附,降壓、升溫有利于脫附或吸附質的再生。于是按照吸附劑的再生方法,可 將吸附循環分成兩類：即變溫吸附（TSA）和變壓吸附（PSA）。圖表示了這兩種方法的概念。 圖中橫坐標為吸附質的分壓，縱坐標為單位吸附劑的吸附量。7.1 變溫吸附變溫吸附就是在常溫下進行吸附，在較高溫度下將被吸附的氣體從吸附劑中脫附出來。從圖 看出，變溫吸附在兩條溫度不同的等溫曲線之間上下移動進行吸附和脫附。由于常用吸附劑 的比熱容較大而熱導率較小，加溫和冷卻所需的熱量和冷量均較大，而且過程時間很長（往往 需幾小時），還要配備相應的加熱和冷卻設施，能耗和投

10、資相對較高；此外溫度大幅度周期性 變化也會影響吸附劑壽命。氣變壓、變溫吸附示意圖7.2 變壓吸附變壓吸附就是在較高的吸附質分壓下進行吸附，在較低分壓下（甚至真空狀態）使其脫附的過 程。由于吸附循環周期短（幾分鐘），吸附熱來不及散失即可供脫附用，吸附床溫度變化小，可 近似看作是等溫過程。7.3 變溫吸附（TSA ）法優缺點優點：再生徹底、回收率咼、產品損失小缺點：周期長、投資較大能耗高，吸附劑使用壽命不長7.4 變壓吸附（PSA）法優缺點優點：循環周期短、吸附劑利用率高、產品純度高、吸附劑用量相對較少，不需要加熱設備， 主要用于氣量大、原理氣體組分復雜的氣體分離與提純。缺點：回收率不高，需要加壓

11、和真空設備。7.5 氮氣脫附7.5.1 水蒸氣脫附缺點傳統工藝采用水蒸氣脫附、靜態分層回收有機溶劑的方法，雖然水蒸氣脫附法有相變熱高， 脫附較完全、易冷凝等優點，還有以下缺點：產生二次排放物污水，特別是回收溶解度大的有機物時污水很難處理，用精餾塔處理運行費 用咼。在脫附時有大量水蒸氣冷凝在活性炭纖維吸附層中，雖然經干燥風吹掃，但活性炭纖維的水 含量還是很高，影響其吸附性能，降低了利用率。當有機廢氣中含有易水解物質或鹵代烴等物質時，在高溫水蒸氣的作用下，設備極易腐蝕， 回收產品中雜質多。工況環境較差時，氣流夾帶的灰塵等雜質會在活性炭纖維中積累，在鹽析、填充等作用下活 性碳纖維失去活性。對一些高沸

12、點物質的場合，由于水蒸氣不能有效解吸，上述工藝及裝置運行一段時間后吸附 率會下降很多，不能正常運行。7.5.2 氮氣脫附優點所以近年來氮氣脫附稱為了研究熱點，以熱氮氣作為解吸介質，富集后的解析氣通過冷凝或 吸收方式加以回收，實現污染物零排放。與水蒸氣脫附法相比，氮氣脫附有以下優點： 用熱氮氣脫附，不產生二次污染物，可實現環保達標排放。吸附層保持干燥，提高了活性炭纖維的利用率，延長了活性碳纖維的使用壽命。由于不用水蒸氣脫附，設備無腐蝕成本，大大降低了設備制造成本。回收產品中水含量低，溶劑品質高。對于水溶性大或是易水解的溶劑回收效果好，可降低運營成本。由于脫附氣可加入至 400C左右，所以回收裝置

13、可以應用于含高沸點有機溶劑的回收，拓展 回收裝置的應用范圍。7.5.3 氮氣脫附裝置流程雖然目前氮氣脫附的研究有比較多，也有多家公司申請了該專利，但是目前投入實際運用的 還很少。比如，中節能天辰(北京)環?？萍加邢薰疽呀浬暾埩嗽搶＠瞧渖a的活 性炭吸附裝置脫附時還是用的是氮氣脫附。吸附法使用時的注意點8.1 預處理氣中的粉塵、煙雜質的影響預處理氣在進入吸附罐之前，應先經過一個預處理器去除其中的粉塵、煙、漆霧等雜質，假 如不處理，其中的粉塵、煙、漆霧等雜質會進入吸附罐，從而吸附在活性炭的表面，堵塞活 性炭的空隙，降低了活性炭的使用壽命，增加運行成本。8.2 高溫廢氣需要冷卻假如預處理氣的

14、溫度過高，則不能直接進入吸附罐，需要經過冷卻裝置將預處理氣的溫度降 低。因為根據吸附曲線可知，在同一吸附質分壓下，吸附質在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減小，假如未經過冷卻直接將氣體通入吸附罐， 則將影響吸附效率，尾氣排放不達標。 一般要求廢氣進口溫度低于 40C，如高于 40C，則需加氣體冷卻裝置，冷卻后才可進入吸附 罐。8.3 廢氣中的水蒸氣會有抑制作用大部分活性炭具有憎水性，但由于水蒸汽比 VOC 具有較高的相對壓力和較小的分子量，水蒸汽 更容易擴散，被活性炭優先吸附。VOC-水蒸汽在活性炭上的二元吸附平衡可簡化為以下兩個 步驟:(1)水蒸汽在活性炭上被優先吸附；(2)V0C 在已經吸

15、附了水蒸汽的活性炭上吸附、取代出 部分水分。優先吸附的水蒸汽從以下兩個方面改變了吸附劑的性質，從而對 VOC 的吸附平衡產生不利 影響：第一、占據一定的孔隙體積，使得活性炭有效吸附體積減小；第二、改變了活性炭孔 隙表面的特性，降低了表面對 VOC 的吸附親和力。水蒸汽對 VOC 在活性炭上吸附平衡的抑制作用，隨著 VOC 濃度的增加而減小，對低濃度 VOC 的影響非常顯著；隨著 RH 的增大而增大,在 RH 50%時,抑制作用顯著增強。一般要 求進氣相對濕度小于 50%?；钚蕴课窖b置參數9.1 實例介紹1、公司名稱：*有限公司2 裝置名稱：活性炭吸附回收凈化裝置3、裝置結構：吸附罐、冷凝器、

16、分離器、曝氣器、主排風機等設備，配有進出口閥，炭層超 溫報警自動降溫裝置及電控柜等。4、裝置特點：本凈化裝置可根據生產工藝設定單床 /雙床或多床，連續性生產設立兩個吸附 罐，一只吸附，一只脫附，也可兩罐同時使用。裝置的進出風口設置手動或氣動閥門，操作簡便可靠。本裝置采用低壓蒸汽為解吸介質，高沸點的溶劑解吸時可配備蒸汽過濾器，提高 蒸汽溫度。兩罐也可同時吸附，定期同時解吸，處理風量可增加近一倍，對于間歇性生產可 減少投資和占地面積。5、注意事項：(1) 裝置的廢氣進口溫度應低于 40C，如高于 40C的廢氣需增加空氣冷卻裝置，冷卻后進 入吸附罐。(2) 用于噴漆作業等產生的含有較多顆粒粉塵廢氣凈

17、化，廢氣應先對顆粒物進行過濾凈化。(3) 當吸附的有機溶劑沸點較高(120C以上)時，可采用蒸汽過濾器，提高解吸蒸汽溫度(4) 如沒有蒸汽供應時，可隨凈化裝置專門配備小型電熱蒸汽發生器。 表活性炭吸附裝置性能參數產品型號LX-100LX-200LX-300LX-600LX-800LX-1000處理廢氣量 m3/h1000200030006000800010000廢氣濃度 mg/m3 1000進口溫度CV40凈化效率大于等于 90%處理廢氣類型二苯、酮、 醇、醛、醛、酯等有機混合氣體蒸汽耗量每分斤溶劑需蒸汽 3s5 公斤， 每次按3 小時計冷卻水耗量 T/h2.546152126風機功率 kw3

18、47.5152230進出口尺寸 mm200300360420500600蒸汽接口尺寸 mmDN32DN40DN40DN50DN65DN80自來水接口尺寸mmDN20DN25DN32DN32DN32DN40安裝寬mm尺寸高mm咼 mm200025002800320036004500120014001600240026002600220026002600330035003250活性炭使用壽命約 4000 小時活性炭吸附與其他技術集成10.1 活性炭吸附催化凈化裝置10.1.1 裝置介紹本裝置是由揚州綠之源環?？萍加邢薰旧a的活性炭吸附催化凈化裝置。10.1.2 工作原理本裝置根據吸附(效率高)和

19、催化燃燒(節能)兩個基本原理設計，采用雙氣路連續工作， 一個催化燃燒室，兩個吸附床交替使用。先將有機廢氣用活性炭吸附，當快達到飽和時停止 吸附，然后用熱氣流將有機物從活性炭上脫附下來使活性炭再生；脫附下來的有機物已被濃 縮（濃度較原來提高十倍以上）并送往催化燃燒室催化燃燒成二氧化碳及水蒸氣排出。當有 機廢氣的濃度達到 2000PPm 以上時，有機廢氣在催化床可維持自燃，不用外加熱。燃燒后的 尾氣一部分排入大氣，大部分被送往吸附床，用于活性炭再生。這樣可滿足燃燒和吸附所需 的熱能，達到節能的目的。再生后的可進入下次吸附；在脫附時，凈化操作可用另一個吸附 床進行，既適合于連續操作，也適合于間斷操作

20、。10.1.2 技術性能及特點該設備設計原理先進、用材獨特，性能穩定，結構簡便，安全可靠，節能省力，無二次污染。 設備占地面積小，重量輕。吸附床采用抽屜式結構，裝填方便，便于更換。2、 采用新型的活性炭吸附材料一蜂窩狀塊形活性炭，極適用于大風量下使用。3、 催化燃燒室采用蜂窩陶瓷狀為載體的貴金屬催化劑，阻力小，活性高。當有機蒸氣濃度達 到2000PPm 以上時，可維持自燃。4、 耗電量小，由于床層阻力小，用低壓風機就可以工作，不但耗電少而且噪音低。催化燃燒 時，需電加熱啟動。有機物在催化床催化燃燒開始后，其燃燒熱可足以維持其反應所需的溫 度，此時電加熱停止，啟動電加熱時間大約為 1 小時左右。5吸附有機物廢氣的活性炭床，用催化燃燒后的廢氣進行脫附再生，脫附后的氣體再送催化 燃燒室進行凈化，不需外部能量，運行費用低，節能效果顯著。工程案例11.1 噴漆房有機溶劑廢氣回收裝置該裝置為*有限公司和*集裝箱制造公司共同研發，用于回收噴漆房有機溶劑廢氣的回收， 于 2007