活性炭吸附-熱氮脫附-超重力精餾回收有機溶劑

蔡炳良

（浙江環耀環境建設有限公司，杭州 310012）

1 前言

活性炭吸附回收技術是一種簡單實用的VOCs治理技術，不僅能有效回收治理有機廢氣，解決環境污染問題，而且可為企業創造可觀的經濟效益，具有非常大的市場潛力[1]。目前，對活性炭吸附-脫附回收的研究報道較多[2～4]，但工程應用最為廣泛的仍是以“活性炭吸附-水蒸汽脫附-冷凝回收”為主[5]。在實際應用中，利用水蒸汽脫附工藝存在較多問題，如會產生二次污染、活性炭使用壽命及利用率低、應用具有一定的局限性、投資成本大等。開發利用惰性氣體作為脫附介質回收有機溶劑，不僅能回收利用有機廢氣和惰性氣體，實現污染零排放，且對于提高活性炭和設備的使用壽命、節約投資成本、提高市場競爭力具有重要作用[6]。

2 吸附-氮氣脫附-超重力精餾工藝

該裝置包括預處理系統、尾氣吸附系統、氮氣脫附系統和溶劑精制系統。工藝流程如下圖。

2.1 預處理系統

工藝流程示意圖

有機廢氣由主風機經三通閥門送入表冷器和過濾器進行預處理。預處理有兩個目的：1）使有機廢氣降溫，低溫有利于吸附操作，從表冷器出口的廢氣溫度為30℃～35℃；2）通過過濾系統去除廢氣中的固體雜質、會毒化活性炭的雜質等，以保護活性炭，延長其使用壽命。

2.2 尾氣吸附系統

經預處理后的尾氣進入吸附器，在吸附器內活性炭的吸附作用下，吸附回收廢氣中的有機物組分。

采用活性炭顆粒吸附器實現吸附，任何時候都保證有一個活性炭顆粒吸附器處于吸附狀態，一個活性炭顆粒吸附器處于再生狀態（包括氮氣脫附、降溫過程），吸附器由PLC自動控制系統自動切換交替進行，如此循環往復。

2.3 氮氣脫附系統

吸附器吸附飽和后，系統自動轉入氮氣脫附流程。氮氣自制氮機組產生，在氮氣緩沖罐中保壓，待需要時，開啟閥門通入氮氣，經換熱器與脫附氣換熱后進入加熱器，加熱器采用導熱油加熱，控制溫度在130℃～200℃之間，通入吸附器炭層對溶劑進行脫附，脫附氣經換熱器與氮氣換熱后進入冷凝器降溫，回收溶劑，經氣液分離器分離后，轉入升溫過程；經冷凝器、氣液分離器回收的溶劑暫存在溶劑緩沖罐中，待達到一定液位，即轉入溶劑精制系統。

2.4 溶劑精制系統

由于回收的溶劑中含有不高于5%的水（來源于空氣含水、活性炭吸水等），為了使回收溶劑具有更高的經濟價值，需要在溶劑精制系統中將其水含量降低至0.3%以下。由于有機混合液中含水量不高于5%，其余全部為有機物，故精制系統擬采用超重力精餾裝置對其進行處理。

脫附冷凝的溶劑經泵進入超重力精餾裝置，完成溶劑脫水操作，在溶劑緩沖罐上設取樣裝置用于檢測水含量，若水含量合格，直接打到精溶劑儲罐，若水含量不合格，經分子篩脫水罐處理后打到精溶劑儲罐。

3 吸附-氮氣脫附-超重力精餾工藝特點

3.1 熱氮氣脫附技術

采用熱氮氣對吸附飽和的活性炭進行脫附，其特點在于：1）可最大程度地保護活性炭，延長其使用壽命；2）溶劑回收率高；3）回收溶劑含水量低，溶劑中的水主要來源于廢氣中含水及活性炭吸附水，一般回收溶劑中含水量不高于5%，遠遠低于蒸氣脫附技術的溶劑含水量；4）脫附過程不用蒸氣，氮氣加熱采用電或導熱油，尤其適合擴建而供氣能力不足、新建鍋爐受限制的場合，可起到較好的效果。

3.2 超重力精餾技術

采用超重力精餾技術，精制有機物。超重力精餾系統設備占地面積小、投資少、運行能耗低、處理精度高，具有廣泛的適用性。

4 與傳統工藝的比較

吸附法根據脫附工藝的不同可分為兩種：一種是吸附-蒸氣脫附-精餾法，另一種是吸附-氮氣脫附-超重力精餾法，兩種方法的對比如下。

（1）吸附-蒸氣脫附-精餾法

該方法為傳統方法，市場占有率較高，其工藝流程為：有機廢氣經降溫、過濾處理后，進入吸附器進行吸附，排出潔凈氣。吸附器吸附飽和后，采用蒸氣進行脫附，脫附后得到含水混合溶劑，然后轉入精餾系統進行溶劑與水、不同溶劑的分離，得到純溶劑分別進行回收。

該方法的優點：廢氣處理效果好、工藝成熟、可回收溶劑；缺點：能耗相對較高，不適用于易溶于水、易水解的溶劑，溶劑回收率不高，對吸附劑的損害較大。

（2）吸附-氮氣脫附-超重力精餾法

針對上述問題開發出的吸附-氮氣脫附-超重力精餾工藝流程為：有機廢氣經降溫、過濾處理后，進入吸附器進行吸附，排出潔凈氣。吸附器吸附飽和后，采用熱氮氣進行脫附，脫附后得到混合溶劑，然后進入超重力精餾系統分離混合溶劑后，得到純溶劑進行回收。

該方法的優點：廢氣處理效果好，能耗較低，溶劑回收率高，對吸附劑損害小，尤其適用于易水解溶劑的回收；缺點：設備整體投資略高于傳統方法。

上述兩種工藝的優缺點比較如下表。

吸附法兩種工藝的優缺點比較表

5 結論

采用吸附-氮氣脫附-超重力精餾法工藝不僅能有效回收有機溶劑，實現污染零排放，而且可突破以往技術的局限性，拓寬吸附-蒸氣脫附-精餾法的應用范圍，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 許業偉，袁文輝．可揮發性有機化合物廢氣治理新進展[J]．廣東化工，2001（2）：12-16．

[2] 李松卿，王欣，許綠絲，等．ACF床動態吸附及脫附性能試驗研究[J]．電力環境保護，2007，23（3）：28-31．

[3] 趙浩，董文龍，劉志英，等．活性炭吸附苯酚及其微波輻照再生效果[J]．南京工業大學學報（自然科學版），2010，32（1）：28-32．

[4] DAS D，GAUR V，VERMA N．Removal of volatile organic compounds by activated carbon fiber[J]．Carbon，2004（42）：2946-2962．

[5] 羅福坤．VOCs在顆粒炭固定床吸附器上吸附行為的研究[J]．海峽科學，2009（6）：92-93．

[6] 羅水源，羅福坤，李澤清．活性炭吸附-氮氣脫附回收乙酸乙酯工藝研究[J]．中國環保產業，2015（4）：56-58．