采用活性炭纤维吸附装置回收 VOC 的优点分析

在许多化工生产中，含 VOC (Volatileorganic compounds，挥发性有机化合物) 废气的排放一直是一个很突出的问题。其排放不仅会造成严重的大气污染，而且会大大浪费资源，加大生产成本。对有机废气的治理，过去多数采用颗粒活性炭吸附。该法的缺点是吸附效率低、运行费用高、操作不稳定、安全性差、设备使用寿命短等。

活性炭纤维有机废气吸附回收装置。用该装置回收有机废气，回收效率可达到 92 %～98 %。以该装置处理某厂生产中含二氯甲烷废气为例，装置二年多的运行状况一直良好，吸附效率一直保持在97 %以上。投资回收期仅一年左右，而该装置的设计运行寿命是 10 年。可见，采用活性炭纤维吸附回收装置回收有机废气，不仅具有很好的环境效益，而且还具有显著的经济效益。

1 处理装置工艺程序

该工艺所采用的处理装置是以2~3个组合型BTP环式吸附器为主体设计而成的吸附回收系统。吸附箱是整个装置的核心，所有吸附—脱附—再生工序均在吸附箱内完成。其他系统包括废气系统、蒸汽脱附系统、冷凝回收系统、干燥系统和自动控制系统。该工艺的一般工艺流程如图 1 所示。

2 颗粒活性炭和活性炭纤维吸附回收

工艺比较颗粒活性炭和活性炭纤维吸附回收工艺比较见表1。

从表1可以看出，与颗粒活性炭工艺相比，以活性炭纤维做吸附材料所开发的新工艺具有很多优点。

3 新装置高性能的原因分析

3. 1 选用高性能的有机废气吸附材料—活性炭纤维吸附材料的优劣，直接关系到处理装置的投资和运行成本。工业上对吸附材料的要求是，必须有大的比表面积(尤其是有效比表面积)、高的孔隙率、均匀的孔径，而且要求脱附后的残留量尽可能地少。

这里将颗粒活性炭和活性炭纤维作一比较：颗粒活性炭比表面积一般为700~1000 ㎡/g，其当量直径多在几mm甚至十几 mm，微孔孔道长，而且孔径不均一，除小孔外，还有 0. 001～0. 01μm的中孔和 0. 5～5μm 的大孔。活性炭纤维比表面积达1000～2500 ㎡/g。同时，由于其微孔都开在纤维细丝表面，因而孔道极短，与颗粒活性炭比相差 2～3 个数量级。同时，其孔径均一，绝大多数为特别适合气体吸附的 0. 002μm 左右的小孔，因而具有更大的有效比表面积。

根据 Langmuir 吸附理论，吸附剂的吸附容量是和它的比表面积成正比的，据文献介绍，它的吸附容量是普通颗粒活性炭的1～40 倍，吸附速率是颗粒活性炭的10～100 倍，又加上孔道极短，使得活性炭纤维吸附容量大，吸附和脱附速率高。许多工程实践都证明，活性炭纤维对有机废气的吸附效率可达92%～98 %，而且使用寿命长，在同等条件下，是普通颗粒活性炭的3～4 倍，大大延长了设备的使用寿命，相比之下，使设备的年均投资大为降低。

图 2 是颗粒活性炭和活性炭纤维的微观示意图。

表 2 是活性炭纤维与颗粒活性炭对几种有机物

平衡吸附量的比较。另外，从活性炭纤维和颗粒活性炭的吸附透过曲线也可以很明显看出来，活性炭纤维的吸附性能也远比颗粒活性炭优越得多。两种吸附剂吸附透过曲线的比较见图3。

从以上透过曲线可以看出，活性炭纤维的透过曲线的斜率远比颗粒活性炭大，说明活性炭纤维的透过曲线为优惠曲线，其吸附性能比颗粒活性炭优越得多，这一点是被许多理论和实践所证明了的。

3.2 新装置结构周密、设计合理与传统的颗粒活性炭吸附装置相比，该装置具有如下优点 :

(1) 目前用于有机废气吸附回收的固定床多以立式为主，因此气体流通面积小，阻力大，传热效果差，往往需要设置专门的换热系统。该装置由于设计了环式组合型结构，大大提高了气体的流通面积，使阻力大为降低，一方面提高了设备的处理能力，而且降低了运行费用。

(2) 采用了“循环风”系统。为了有效地进行吸附、脱附和再生，特别研究对吸附难度较大的气体进行多次循环吸附，以尽可能地提高吸附效率。

(3) 运行程序严谨，要求吸附 —脱附 —再生连续运行，在切换频繁的情况下 要求整个系统协调运行，因此，运行控制采用了 PLC 技术。设备全自动运行，无人值守。由以上分析不难看出，采用活性炭纤维吸附装置回收有机废气，远远优于普通的颗粒活性炭装置。

编辑 | 北极星VOCs在线公众号（bjx-vocs）来源：《vocs减排技术》