摘要：研制出吸附性能好、氣流阻力小的蜂窩狀活性炭,并首次將其應(yīng)用于大風(fēng)量有機(jī)廢氣的治理設(shè)備中.通過(guò)蜂窩狀活性炭的吸附濃縮作用,將大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣,后者可在催化燃燒床上轉(zhuǎn)變成無(wú)害的CO2和H2O,并保持穩(wěn)定的自持燃燒狀態(tài).與傳統(tǒng)工藝相比,采用該方法具有凈化效率高、無(wú)二次污染、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)。

近20年來(lái)，活性炭的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用都有很快的發(fā)展，在吸附分離、催化和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的吸附性能和很高的使用穩(wěn)定性的活性炭產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用除大量采用傳統(tǒng)的粒狀活性炭和粉狀活性炭外，為某種特殊用途需要而研制的新型活性炭也應(yīng)運(yùn)而生，蜂窩狀活性炭就是其中一種，主要用干脫除復(fù)印機(jī)產(chǎn)生的臭氧，但在大規(guī)模設(shè)備中的應(yīng)用未見(jiàn)報(bào)道。

在空氣凈化領(lǐng)域中普遍認(rèn)為大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣的凈化是個(gè)難題，這類廢氣的特點(diǎn)是排風(fēng)量大、廢氣中同時(shí)存在幾種污染物而且每種濃度都較低，一般在1g/m以下，這種情況下采用回收或直接燃燒的方法是不經(jīng)濟(jì)的，為解決這一難題，筆者專門研制了蜂窩狀活性炭，并進(jìn)行批量生產(chǎn)，采用吸附凈化、脫附再生和催化燃燒相結(jié)合的原理，設(shè)計(jì)了適合于大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣治理的設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用表明蜂窩狀活性炭吸附性能好、脫附速率快，完全滿足工藝使用要求近年束，隨著大風(fēng)量有機(jī)廢氣凈化裝置的大量推廣應(yīng)用，蜂窩狀活性炭的產(chǎn)量逐年增加，生產(chǎn)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。

1、蜂窩活性炭的研制

蜂窩活性炭的研制，最早見(jiàn)于日本的報(bào)道，其制備方法是將炭化料擠壓成型，再經(jīng)活化而成。筆者是采用活性炭粉.加人少量牯合劑，經(jīng)混煉擠壓成型，并在一定條件下固化制成蜂窩狀活性炭，生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

2、蜂窩活性炭的性能

研制了2種規(guī)格的蜂窩活性炭，其規(guī)格性能見(jiàn)表1。

2.1吸附性能

用頂空色譜法測(cè)定了蜂窩狀活性炭(TF一1)對(duì)苯蒸氣的吸附等溫線，如圖2所示，根據(jù)D—A方程計(jì)算得孔結(jié)構(gòu)參數(shù)：W0=0.268mL/g，B=1.05×10，S-二719m2/g。可以看出，雖然在制備過(guò)程中加人的粘臺(tái)劑對(duì)其吸附性能有一定的影響，但蜂窩狀活性炭對(duì)苯蒸氣仍有較好的吸附性能，屬吸附性能較好的活性炭。

2.2動(dòng)力學(xué)性能

與顆粒狀活性炭相比，蜂窩狀活性炭具有獨(dú)特的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔率高，流體通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失很小，不同流速下蜂窩狀活性炭和粒狀活性炭對(duì)空氣流的阻力見(jiàn)圖3。

求得的2種活性炭的床層壓力降經(jīng)驗(yàn)公式為：

以床層高度0.60lq3、空塔速度1.39m/s為標(biāo)準(zhǔn)，利用上述的床層壓力降公式可算出：蜂窩狀活性炭的壓力降為803Pa，而粒狀活性炭的壓力降為11.893kPa.蜂窩狀活性炭的阻力只為粒狀活性炭的1/13，因此，蜂窩狀活性炭的阻力很小.具有優(yōu)越的動(dòng)力學(xué)性能。在實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行吸附設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)，若以粒狀活性炭為吸附劑，設(shè)備的氣流空塔速度一般只取0.1～0.6m/s;而用蜂窩狀活性炭為吸附劑時(shí)，設(shè)備的氣流空塔速度可以在較大范圍內(nèi)選取，最大可取到2m/s的高空塔速度，因此蜂窩狀活性炭很適合應(yīng)用在大風(fēng)量條件下對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附凈化。

3、大風(fēng)量有機(jī)廢氣的凈化原理

大風(fēng)量有機(jī)廢氣凈化裝置采用蜂窩狀活性炭為吸附劑，結(jié)臺(tái)吸附凈化、脫附再生和催化燃燒的原理，即將大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣通過(guò)蜂窩狀活性炭吸附以達(dá)到凈化空氣的目的，當(dāng)活性炭吸附飽和后再用熱空氣脫附使活性炭得到再生，脫附出的有機(jī)物被送往催化燃燒床進(jìn)行催化燃燒，有機(jī)物被氧化成無(wú)害的0和H20，燃燒后的熱廢氣又用于對(duì)蜂窩狀活性炭的脫附再生，達(dá)到廢熱利用和節(jié)能的目的。整套裝置由吸附床、催化燃燒床、相關(guān)的風(fēng)機(jī)、閥門等組成，設(shè)計(jì)了能連續(xù)處理有機(jī)廢氣的凈化裝置，其工藝流程如圖4所示。

吸附床的結(jié)構(gòu)采用抽屜式的組裝結(jié)構(gòu)，蜂窩狀活性炭均勻裝填在抽屜內(nèi)組成單個(gè)吸附單元，便于裝卸和更換材料，為適應(yīng)不同處理風(fēng)量的要求，設(shè)計(jì)了處理風(fēng)量在5000～25000rn3/h五個(gè)規(guī)格的吸附設(shè)備，配置構(gòu)成5種型號(hào)的大風(fēng)量有機(jī)廢氣凈化裝置，其阻力在1.2～1.5kPa之問(wèn)，因此可采用中、低壓排風(fēng)機(jī)，減少了能耗和噪音污染。

3.1吸附凈化過(guò)程

從車間排出的大風(fēng)量有機(jī)廢氣，先經(jīng)預(yù)濾器濾除灰塵和雜物后，進(jìn)入吸附床，有機(jī)物被蜂窩狀活性炭吸附，凈化后的氣體可直接排放。如某鋼琴?gòu)S油漆車間有機(jī)廢氣的治理，有機(jī)廢氣中臺(tái)有苯乙烯、乙苯、苯等，主要成分為苯乙烯，濃度較低，且極不穩(wěn)定，凈化系統(tǒng)按表2參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在凈化裝置進(jìn)行了多次吸附、脫附循環(huán)操作后，測(cè)定了該系統(tǒng)的吸附凈化效率，見(jiàn)表3。

由表3可以看出，一次吸附操作過(guò)程中，對(duì)含苯乙烯的有機(jī)廢氣的凈化效率在24h內(nèi)都在90%以上，達(dá)到了原設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

3.2脫附再生一催化燃燒過(guò)程

當(dāng)由吸跗床排出的氣體中有機(jī)物濃度達(dá)到或接近允許排放的濃度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，用熱空氣對(duì)吸附床脫附使蜂窩狀活性炭得到再生，脫附出的有機(jī)物被送往催化燃燒床進(jìn)行催化燃燒，轉(zhuǎn)變成無(wú)害的C02和H2O，可直接排放。仍以某鋼琴?gòu)S油漆車間有機(jī)廢氣的治理為例，在凈化裝置進(jìn)行了多次吸附、脫附循環(huán)操作后，測(cè)定了該系統(tǒng)脫附再生過(guò)程中催化燃燒床的溫度及其凈化效率等有關(guān)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

由表4看出，在脫附再生過(guò)程中，脫附氣流將蜂窩狀活性炭f吸附的苯乙烯解吸出來(lái)，送往催化床進(jìn)行催化燃燒，轉(zhuǎn)變成無(wú)害的CO2和H2o。加熱一次啟動(dòng)后，1h內(nèi)將催化床加熱至300℃左右，當(dāng)脫附出的苯乙烯濃度達(dá)到2g/m左右時(shí)，燃燒放出的熱量足以維持催化反應(yīng)所需的溫度，加熱自動(dòng)停止，催化床保持穩(wěn)定的自持燃燒狀態(tài)，不需外加熱，脫附進(jìn)行3～5h時(shí).產(chǎn)生一個(gè)脫附濃度高峰，此時(shí)，脫附出的苯乙烯濃度可達(dá)6～8g/m，催化床溫度也在500～691℃然后，隨著脫附氣流中苯乙烯濃度的逐漸減少.催化床溫度也隨之下降。整個(gè)脫附過(guò)程約需9h，其中需加熱時(shí)間在1h左右。

在整個(gè)脫附過(guò)程中，催化床均保持很高的凈化效率，在放空閥打開(kāi)后，其平均凈化效率為98.4%，達(dá)到了原設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。