轉輪吸附法在有機廢氣處理中的應用

楊東艷

（廣東顥禾環保有限公司廣東河源517001）

轉輪吸附法在有機廢氣處理中的應用

楊東艷

（廣東顥禾環保有限公司廣東河源517001）

針對高效率、低能耗的環保技術，環保設備日趨迫切的現實，本文介紹一種用于去除凈化各種工業廢氣中揮發性有機氣體的新方法——轉輪吸附法，并且對該方法的技術特點和應用情況做詳細的闡述，從而為有機廢氣的處理提供可參考的價值。

轉輪吸附法；有機廢氣；吸附分離；應用

工業有機廢氣排放強度大、濃度高且持續的時間長，對空氣造成了嚴重的污染，嚴重危害人們的身體健康。因此工業有機廢氣的排放需要進行嚴格的處理和控制，常用一些技術進行凈化處理如吸附、冷凝等。隨著技術的發展，轉輪吸附法在廢氣的處理中得到廣泛的應用。本文通過對轉輪吸附法相關技術的探討，為工業有機廢氣的處理提供可參考的技術價值。

1　轉輪吸附裝置具體分析

轉輪吸附裝置的主體為一個旋轉輪，其中裝滿吸附劑進行吸附，在工作的狀態下完成吸附、脫附和冷卻。含有有機化合物的廢氣如VOCs在鼓風機的作用下進入到吸附區域，有機廢氣中的主要成分被吸附進去，吸附劑吸附有機廢氣后進入到再生區，在接觸高溫媒介如蒸汽、熱空氣等后脫附的有機廢氣隨著再生氣流流出，而吸附劑還可以再生循環利用。再生后的吸附劑在冷卻區域進行降溫，并為再次吸附有機廢氣做足準備，從而在吸附的過程中完成一個循環的系統。隨著轉輪的轉動，吸附劑周圍性地進行吸附、脫附和冷卻，從而達到對有機廢氣的凈化。

2　轉輪吸附劑

轉輪裝置中有兩種比較常用的吸附材料，一種是活性炭，另一種是沸石分子篩。活性炭具有豐富的孔穴，表面積比較大，且在吸附中應用比較廣泛。沸石分子篩屬于晶體結構，十分均勻，孔洞的作用起著分子篩分的作用，在吸附的過程中具有一定的選擇性。兩種吸附材料相比，各有優缺點。活性炭雖然吸附的面積比較大，但卻易燃，安全性能比較低；沸石分子篩可燃性差，具有耐高溫的特性的，一些沸石分子篩還具有抗濕能力，在工業廢氣處理中能夠吸附高沸點的物質，還可以吸附濕度相對比較高的廢氣。吸附劑在廢氣的處理中占據著十分重要的位置，形態多樣。蜂窩結構的吸附劑從綜合氣流阻力、幾何參數等各方面相對比較具有優勢。蜂窩結構在轉輪裝置中發揮著獨特的優勢，蜂窩結構的吸附劑一直廣泛使用。蜂窩結構的吸附劑設備的方法多種多樣，主要的有涂覆式、沉浸式和成型式。吸附劑種類的不同，設備方式也不相同。成型式的制作主要水將粘合劑、吸附劑以及助劑等按照一定的比例先進行混合，然后模壓成型，這樣的吸附劑在吸附過程中性能比較穩定，且能夠利用添加成分的方式改性吸附劑，也是蜂窩結構吸附劑常用的一種制作工藝。本文吸附有機廢氣主要采用蜂窩狀改性13X分析篩。

3　轉輪參數計算

3.1轉速計算

在轉輪吸附操作的過程中，轉速時非常重要的一個參數。隨著轉輪周期的改變，轉輪吸附床依次經歷多個吸附的過程，因此轉輪的轉速n（r·h-1）計算公式為：

其中轉輪轉動一周經歷的吸附時間為tad，經歷的脫附時間為tdc，冷卻時間為tco，單位為min。

根據廢氣吸附、脫附和冷卻的時間來確定轉速的大小，而三個過程的時間信息可以通過固定床實驗周期進行操作，三者的比值主要為轉輪的面積比。去除效率受轉輪速度的大小影響，因此在廢氣處理的過程中需要保障最佳的轉輪速度。

在本次的研究中對甲苯廢氣的固定床和轉輪進行實驗，結果發現固定床的實驗數據能夠為轉輪的吸附提供可參考的依據，具體情況如表1所示。

Kodama等人為了探究最佳的轉速公式，通過測量轉輪內部的溫度得到了轉輪對水分去除率的影響規律，從而得到最佳轉速（nopt）公式：

其中吸附床的厚度為L（m），密度為（kg·m-3），熱容為[kJ·（kg· K）-1]。廢氣的流速為（m·s-1），密度為（kg·m-3），熱容為[kJ·（kg·K）-1]。污染物的吸附熱為（kJ·kg-1），密度為（kg·m-3）。吸附區面積比例為β(%)。廢氣進口溫度為T0（℃），出口溫度為Te（℃），y為實驗測定的某一常數值。在本次的研究中利用這一最佳轉速公式，吸附劑的轉輪采用改性13X分子篩對甲苯廢氣的吸附進行研究。轉輪裝置中，β=10/12，L=0.4m，=500kg·m-3，=0.96[kJ·（kg·K）-1]，=1.004[kJ·（kg·K）-1]，將這些條件帶入到式子（2）中得到常數y為2.86，因此得到最佳轉速公式可以簡化成：

甲苯氣體的初始溫度T0=20℃，濃度為0.0001kg·m-3，吸附反應熱為412kJ·kg-1，流速為2.0m·s-1，出口溫度為20.5℃，將這些條件帶入到公式（3）中得到最佳轉速=3.4.

3.2去除效率

去除效率是廢氣處理中最為關鍵的一個因素，決定著廢氣處理的效果。隨著吸附過程時間的變化，去除效率也隨之變化，因此對于吸附效率的定義常常在一個吸附周期過程中的污染物去除效率，也就是污染物被吸附的總量與進入吸附床總量的比。周期效率的計算Mitsuma等對此做過相應的研究，得到計算公式（4）：

其中r為脫附殘存率，進氣濃度為ρp0，吸附時間為tad，全新吸附劑吸附過程某一時刻的進出口濃度為ρp，吸附帶轉移的速度為umtz。

圖1　穿透曲線

圖2　殘存率與脫附時間的關系

在本次的研究中得到穿透曲線如圖1所示，根據穿透曲線得到吸附轉移速度為0.031，吸附時間下的總穿透量。由圖1可知隨著吸附時間的增加，進口濃度隨之增加。

在本次的研究中得到180℃下甲苯殘存率與脫附時間的關系曲線，如圖2所示，可知，隨著脫附時間的增加，殘存率逐漸下降，直至80秒時，殘存率保持穩定，而這時的殘存率達到5%，之后無明顯的變化。結合公式（4）得到總穿透量為10.2mg。

將本次研究的數據=100mg·m-3，L=0.4m，r=0.05，=0.031m· min-1以及總穿透量帶入到公式（4）中可以得到周期效率為0.99，吸附時間對應表1中的吸附時間為13.33時的吸附效率值。

轉輪吸附法作為有機廢氣處理的常用方法之一，在低濃度有機廢氣處理中廣泛應用。本次研究通過對轉輪吸附的最佳轉速和周期去除率進行探討，并且通過實驗驗證其正確性，為轉輪吸附法處理有機廢氣提供了可參考的技術支撐，從而保障有機廢氣的高效處理。