一种活性炭脱附方法和活性炭脱附设备与流程
1.本发明涉及废气处理领域,特别涉及一种活性炭脱附方法和活性炭脱附设备。
背景技术:
2.活性炭的价格便宜,吸附效果好,是目前废气吸附的主要材料。当活性炭吸附饱和后,就需要进行更换或脱附再生。目前活性炭脱附的常用方法主要有热风脱附法和水蒸汽脱附法。
3.其中,热风脱附是通过热风吹脱活性炭,使其吸附的有机物释放,但是热风的温度不能过高(一般不超过100℃),否则容易引起活性炭自燃。由于热风脱附的温度不够高,会导致活性炭的脱附不够充分。分子量较大的挥发性有机物会滞留在活性炭内部,在常压条件是无法仅靠热风释放出来的。此外,沸点较高的有机物,如二甲苯(沸点约140℃)等,由于热风温度不够高,因此无法气化而留在活性炭内。因此,目前热风脱附的活性炭脱附率大约为90%,经过6次脱附之后,活性炭的可用率就只有约53%,需要进行更换,活性炭的可重复利用的次数较少。
4.水蒸汽脱附法则是使用水蒸汽吹脱活性炭,由于水蒸汽不会引起活性炭自燃,而且水蒸汽的温度可以较热风高,但是对于二甲苯等物质同样存在脱附能力不足的问题,此外,在水蒸汽的不断吹脱中,还会给活性炭带来大量水分,除了需要较长时间对活性炭进行干燥,还会产生较多废水。
5.可见,现有技术还有待改进和提高。
技术实现要素:
6.鉴于上述现有技术的不足之处,本发明的目的在于提供一种活性炭脱附方法和活性炭脱附设备,旨在解决现有技术中水蒸汽脱附法的脱附率不高,以及会给活性炭带来大量水分导致干燥时间长的技术问题。
7.为了达到上述目的,本发明采取了以下技术方案:一种活性炭脱附方法,包括以下步骤:s01.将吸附有挥发性有机物的活性炭送入压力容器,往压力容器内通入水蒸汽,对活性炭进行加热加压处理,维持压力容器内的压力,以使活性炭中的挥发性有机物脱附;s02.降温,减压脱附,通过泄压后进行抽真空,排出挥发性有机物,得到脱附活性炭。
8.所述的活性炭脱附方法,其中,所述进行加热加压处理中,加热至压力容器内的温度达到150℃以上。
9.所述的活性炭脱附方法,其中,所述进行加热加压处理中,压力容器内的温度控制在150~160℃。
10.所述的活性炭脱附方法,其中,当压力容器内的温度达到150℃以上且压力达到0.7mpa以上时,维持温度和压力在30分钟以上。
11.所述的活性炭脱附方法,其中,所述减压脱附包括:通过抽真空使压力容器内形成负压状态。
12.所述的活性炭脱附方法,其中,所述泄压中,先排出压力容器中的气体,再排出压力容器中的积水。
13.所述的活性炭脱附方法,其中,还包括通过冷却系统冷却从压力容器中排出的气体和积水,收集冷却后得到的混合液。
14.一种活性炭脱附设备,用于实施以上所述的活性炭脱附方法,包括依次连接的蒸汽发生器、压力容器、一级换热装置、二级换热装置、真空泵和储液罐;所述压力容器用于对活性炭进行加压加热处理。
15.所述的活性炭脱附设备,其中,所述压力容器的顶部设置有排气口,其底部还设置有进气口和排水口,所述排气口和排水口分别与一级换热装置连通;所述进气口与所述蒸汽发生器连通。
16.所述的活性炭脱附设备,其中,所述压力容器上还设置有控制装置以及分别与所述控制装置电连接的压力传感器、温度传感器、排气阀、排水阀和进气阀;所述排气阀用于控制压力容器的排气口与一级换热装置的连通;所述排水阀用于控制压力容器的排水口与一级换热装置的连通;所述进气阀用于控制蒸汽发生器与压力容器的进气口的连通。
17.有益效果:本发明提供了一种活性炭脱附方法,通过水蒸汽对吸附有挥发性有机物的的活性炭进行脱附,脱附过程中通过水蒸汽进行加热加压,可以在压力和高温作用下有效地将分子量较大的有机物和饱和蒸汽压力较高的有机物激活气化,使其从活性炭内部脱附逸出。此外,本发明先在压力容器内对活性炭进行加热加压处理,可以充分地使有机物脱附,相对于采用水蒸汽持续吹脱,本发明大大减少了水蒸汽的用量和活性炭所吸附的水分,可以减少能耗和加快活性炭的干燥。在加热加压处理后,再经减压脱附可以快速降温和除去活性炭中的水分,在抽真空过程中,活性炭中残留的水分和挥发性有机物会持续形成低压沸腾,并通过真空管道排出,可以进一步达到脱附和干燥的目的。本发明的技术方案可以解析出活性炭中99%以上的挥发性有机物,可以大大地延长活性炭的使用寿命,极大地降低企业的运行成本。
18.本发明还提供了一种活性炭脱附设备,该设备基于上述的活性炭脱附方法对活性炭进行脱附,其中,蒸汽发生器用于向压力容器提供水蒸汽,压力容器可承受高压,活性炭在其内部可以进行高温加压的脱附处理,有效脱附出挥发性有机物。脱附出的气体抽出压力容器,并经过冷却后进行收集。通过真空泵排出气体和水分后,真空泵还可以使压力容器内形成负压并接近真空状态,更加充分地去除活性炭中的水分和残留的挥发性有机物。本设备的总体造价低,价格是热风在线脱附设备的十分之一以下,且脱附效果远优于热风脱附,耗能也仅有热风脱附的三十分之一,能够惠及广大的中小型企业。
附图说明
19.图1为本发明提供的活性炭脱附设备的结构示意图一。
20.图2为本发明提供的活性炭脱附设备的结构示意图二。
21.图3为经本发明脱附后的活性炭的使用效果图。
22.主要元件符号说明:1-蒸汽发生器,2-压力容器,3-一级换热装置,4-二级换热装置,5-真空泵,6-储液罐,21-支撑架,31-冷却塔,32-第一板式换热器,41-冷水机,42-第二板式换热器,7-控制装置,22-压力传感器,23-温度传感器,24-排气阀,25-排水阀,26-进气阀,27-安全阀,8-软水机,9-储水箱,10-天然气管道。
具体实施方式
23.本发明提供一种活性炭脱附方法和活性炭脱附设备,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
24.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作,因此,不能理解为对本发明的限制。此外,“第一”、“第二”仅用于描述目的,且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中,除非另有说明,“多个
”ꢀ
的含义是两个以上。
25.本发明提供一种活性炭脱附方法,包括以下步骤:s01.将吸附有挥发性有机物的活性炭送入压力容器,往压力容器内通入水蒸汽,对活性炭进行加热加压处理,维持压力容器内的压力,以使活性炭中的挥发性有机物脱附;水蒸汽的热焓高,可以快速地将压力容器内的温度升高,在密闭的空间中,挥发性有机物的饱和蒸汽压会随温度的升高而增大,当饱和蒸汽压越大,物质越容易从活性炭中脱附,因此在当压力容器内的温度达到一定的温度范围时,可以将具有高饱和蒸汽压的挥发性有机物脱附。
26.s02.降温,减压脱附,通过泄压后进行抽真空,排出挥发性有机物,得到脱附活性炭;在进行保压处理一段时间后,排出压力容器内的混合气体和积水,采用水蒸汽进行加压加热可以使压力容器快速达到特定温度和压力,并且压力容器内积水较少,在泄压后再通过抽真空压力容器内的压力变为负压甚至真空状态,可以使压力容器内的少量积水和残留的挥发性有机物形成闪蒸,由于抽真空的过程中不断降低压力容器中的压力,即使压力容器中的温度也在下降,但是依旧可以使积水和残留的挥发性有机物保持着沸腾状态,充分地使活性炭脱附,并快速地干燥脱附活性炭。
27.本发明相对于采用水蒸汽持续吹脱活性炭,可以大大减少水蒸汽的用量,并可以提高挥发性有机物的脱附率。由于水蒸汽的用量少,产生的废水也相应更少,能耗更低。
28.优选的,所述进行加热加压处理中,加热至压力容器内的温度达到150℃以上。当压力容器内的温度达到150℃以上时,苯、甲苯、二甲苯等有机物能较好地脱附。
29.优选的,所述进行加热加压处理中,压力容器内的温度控制在150~160℃。
30.优选的,当压力容器内的温度达到150℃以上且压力达到0.7mpa以上时,维持温度和压力在30分钟以上。若仅采用高温高压的水蒸汽进行吹脱,活性炭内部的压力和温度无法完全达到与水蒸汽相同的压力值和温度,而本发明通过限定压力容器内的温度和压力值
达到特定值以上,确保活性炭内部的温度和压力达到要求值,保证脱附完全。
31.优选的,所述减压脱附包括:通过抽真空使压力容器内形成负压状态。由于活性炭内残留有水分,因此在完全将水分抽离前,压力容器只能处于临近真空的状态,在足够的低压条件或在临近真空条件下,水分和少量残留的挥发洗有机物会出现低压沸腾,水分和挥发性有机物挥发后,可以使活性炭干燥以及进一步地提高脱附率。
32.优选的,所述泄压中,先排出压力容器中的气体,再排出压力容器中的积水。先排出压力容器中的气体可以避免脱附出的挥发性有机物在温度和压力降低后重新被活性炭吸附,此外,在释放压力的过程中,活性炭下方的高温积水形成闪蒸,让上层的混合气体充分地排出压力容器,同时上升水蒸汽也可以对活性炭形成吹脱。
33.优选的,所述的活性炭脱附方法还包括通过冷却系统冷却从压力容器中排出的气体和积水,收集冷却后得到的混合液。
34.请参阅图1,一种活性炭脱附设备,包括依次连接的蒸汽发生器1、压力容器2、一级换热装置3、二级换热装置4、真空泵5和储液罐6;所述压力容器2用于对活性炭进行加压加热处理。
35.具体的,所述压力容器2设置有进料口,用于将活性炭送入。在使用过程中,先把需脱附的活性炭送入压力容器2,并关闭压力容器2的进料口。所述活性炭放置在支撑架21上,与压力容器2的底部保持一定距离,避免积水浸泡;为了方便操作,所述支撑架21可以通过小车推入压力容器2内。
36.放置好活性炭后,先关闭压力容器2与一级换热装置3之间的管道,并打开蒸汽发生器1与压力容器2之间的管道,然后启动蒸汽发生器1产生水蒸汽,使压力容器2内的温度和压力升高,当压力到达0.7mpa以上时,开始计时,保压至少30分钟,然后关闭蒸汽发生器1与压力容器2之间的管道。
37.待压力容器2自然降温降压一段时间后,开启真空泵5、一级换热装置3和二级换热装置4,然后打开压力容器2与一级换热装置3之间的管道,让排出的混合气体和积水依次经过一级换热装置3和二级换热装置4,降温后进入储液罐6内进行收集。
38.保持真空泵5运行,使压力容器2内的压力变为负压,并接近真空状态,使活性炭内的水分或少量残留挥发性有机物形成低压沸腾,干燥活性炭并提高脱附率。
39.当压力容器2内的温度降至50℃以下时,活性炭脱附完成,可取出其中压力容器2内的活性炭。
40.优选的,所述压力容器2为蒸压釜。
41.优选的,所述储液罐6为保温储液罐,可以让降温后收集的混合液保持低温。
42.一种实施方式中,所述压力容器2的顶部设置有排气口,其底部还设置有进气口和排水口,所述排气口和排水口分别与一级换热装置3连通;所述进气口与所述蒸汽发生器1连通。在使用中,当保压结束后,关闭进气口,提前打开真空泵5,然后先打开压力容器2顶部的排气口,先把压力容器2内的存汽和闪蒸蒸汽排出,再打开压力容器2底部的排水口,排出积水。先排出气体再排出积水可以避免降温后脱附气体中的挥发性有机物重新被活性炭吸附。优选的,分别与所述排气口和排水口连接的排气管道和排水管道在合并后再进入一级换热装置3内。所述进气口设置于压力容器2的底部,可以减少水蒸汽中的积水喷洒至活性炭上。
43.与在线吸附热风脱附的设备相比,由于对于管道以及设备外壳的耐压要求不同,本发明的造价可以更低,能够适用于广大的中小型企业,极大地降低设备购置成本和运行费用。
44.请参阅图2,一种实施方式中,所述一级换热装置3包括冷却塔31和第一板式换热器32;所述第一板式换热器32上设置有第一换热管道和第二换热管道;所述第一热换管道的入口分别与所述排气口和排水口连通,其出口与所述二级换热装置4连通;所述第二换热管道与所述冷却塔31连通具体的,第二换热管道中含有冷却介质,并通过循环泵循环流动。在第一板式换热器32内,第一换热管道中的高温气体和液体与第二换热管道中的冷却介质进行热交换,从而降低第一换热管道中的气液混合物的温度,换热后的冷却介质回流至所述冷却塔31,通过空气对第二换热管道内的冷却介质进行降温。第一板式换热器32将脱附气体冷却液化,冷却液与积水形成混合液,混合液的温度经过第一板式换热器32后可降至40℃以下。本发明中,压力容器2内形成的积水较少,且大部分以闪蒸的形式排出,因此,排出后的积水可以直接与气体进行混合,无需分开处理。
45.请参阅图2,一种实施方式中,所述二级换热装置4包括冷水机41和第二板式换热器42;所述第二板式换热器42上设置有第三换热管道和第四换热管道;所述第三换热管道的入口与第一换热管道的出口连通,所述第三换热管道的出口与真空泵5连通;所述冷水机41用于制备冷水,并通过第二板式换热器42将混合液的温度进一步降至20℃以下,可减少混合液中挥发性有机物的挥发,并有利于混合液通过储液罐6进行收集。第一换热管道中的气液混合物经过第一次热交换后,进入第三换热管道,在所述第二板式换热器42内,第三热换管道与第四换热管道进行热交换,气液混合物经过第二次热交换后,温度进一步降低。
46.请参阅图2,优选的,所述压力容器2上还设置有控制装置7以及分别与所述控制装置7电连接的压力传感器22、温度传感器23、排气阀24、排水阀25和进气阀26;所述排气阀24用于控制压力容器2的排气口与一级换热装置3的连通;所述排水阀25用于控制压力容器2的排水口与一级换热装置3的连通;所述进气阀26用于控制蒸汽发生器1与压力容器2的进气口的连通。具体的,所述排气阀24、排水阀25和进气阀26均为电子阀。通过控制装置7,可以通过预设的程序对压力容器2的进气、排气和排水操作进行自动化控制,无需人工操作。
47.作为进一步的改进,所述控制装置7还可以分别与蒸汽发生器1、一级换热装置3、二级换热装置4和真空泵5电连接,对整个活性炭脱附设备进行智能化控制。
48.请参阅图2,具体的,所述压力容器2上还设置有安全阀27,当压力容器2内的压力到达设计上限时,自动泄压。
49.请参阅图2,一种实施方式中,所述蒸汽发生器1的上游还设置有软水机8和储水箱9,所述储水箱9设置在软水机8和蒸汽发生器1之间,所述软水机8的进水端连接自来水管道。所述软水机8对自来水进行软化处理后,可以大大减少蒸汽发生器1的管道结垢。此外,经软化后的自来水所形成的水蒸汽中含有的杂质较少,可以减少附着在活性炭上的杂质,延长活性炭的使用寿命。
50.请参阅图2,优选的,所述蒸汽发生器1连通有天然气管道10,通过燃烧天然气进行加热,效率高,且费用低。本发明的运行成本低,根据现有的能源价格,脱附一块活性炭(规格为100mm
×
100mm
×
100mm)所需要的能源费用只需5分钱,而目前的热风在线脱附所花费的能源费用则需要1.5元以上。
51.以下例举实施例和对比例对本发明作一步的说明:实施例1一种活性炭脱附方法,包括以下步骤:s01.将吸附有挥发性有机物的活性炭送入压力容器,关闭压力容器的排气口和排水口,开启蒸汽发生器,通入水蒸汽进行加热加压,当压力容器内的压力到达0.7mpa以上,且温度达到150℃以上时,开始计时,保压30分钟,保压期间,控制压力容器内温度不高于160℃;s02.关闭进气口和蒸汽发生器;s03.待压力容器自然冷却5分钟后,开启一级换热装置、二级换热装置和真空泵,打开排气口,排气5分钟后,打开排水口;s04.持续开启真空泵,使压力容器内形成负压,当压力容器内的温度降至50℃以下时,完成活性炭的脱附。
52.对比例1一种活性炭脱附方法,包括以下步骤:将吸附有挥发性有机物的活性炭送入脱附容器,开启蒸汽发生器,采用150℃水蒸汽持续对活性炭进行吹脱,吹脱时间为30分钟,吹脱后自然干燥。
53.对比例2一种活性炭脱附方法,包括以下步骤:将吸附有挥发性有机物的活性炭送入脱附容器,采用热风进行吹脱,热风初始温度为90℃,并控制脱附温度不高于130℃,吹脱时间为30分钟。
54.分别测定实施例1、对比例1以及对比例2中脱附后的活性炭的可用率。可用率的计算方法为:可用率=n/未经脱附处理的活性炭对总挥发性有机物的吸附量,其中,n为第n次脱附后的活性炭对总挥发性有机物的吸附量。
55.相应的测定结果如下:表一:表一为实施例1的脱附后的活性炭的可用率,经过6次的脱附后,活性炭的可用率依然保持在0.98,说明本发明可以有效地对活性炭进行脱附,且经过6次脱附后没有出现明显的可用率下降。
56.表二:表二为对比例1的脱附后的活性炭的可用率,经过6次脱附以后,活性炭的可用率仍有0.90,但是不如实施例1。
57.反映了本发明通过蒸汽脱附后,再采用减压脱附的方式可以有效提高活性炭的脱附率,使活性炭中吸附的挥发性有机物解吸更为彻底。
58.表三:
表三为对比例2的脱附后的活性炭的可用率,从表三可以看出,对比例2经过6次脱附后,其可用率已经出现明显的下降,仅有0.53,远不如本发明。
59.请参阅图3,图3为经本发明脱附后的活性炭的使用效果图,具体为喷漆车间废气排放环节中tvocs的含量变化曲线,该曲线数据采用在线监测设备测定得到。图中虚线是tvocs含量为50mg/m3的指示线。当排放量中的tvocs含量高于该指示线时,提示需要更换活性炭。图中的竖直分界线的前半部分是采用脱附前的活性炭进行吸附后,排放环节中的tvocs含量;后半部分是采用脱附后的活性炭进行吸附后,排放环节中的tvocs含量。图中,脱附前的活性炭由于已经使用了一段时间,其吸附效果已经不佳,虽然已经经过吸附处理,但是排放气体中tvocs的含量部分已经超出设定值。采用本发明对活性炭进行脱附处理后重新应用,可见经吸附处理后,排放气体中tvocs含量明显下降,说明本发明对活性炭的脱附效果好,脱附后的活性炭可用率高,仍旧具有良好的吸附效果。
60.综上所述,本发明提供的活性炭脱附方法和活性炭脱附设备可以有效地将活性炭中挥发性有机物进行解吸,大大提高了对活性炭的脱附率以及极大地增加了活性炭的可使用次数,大大减少了企业的运行成本和固废的产生。
61.可以理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
技术特征:
1.一种活性炭脱附方法,其特征在于,包括以下步骤:s01.将吸附有挥发性有机物的活性炭送入压力容器,往压力容器内通入水蒸汽,对活性炭进行加热加压处理,维持压力容器内的压力,以使活性炭中的挥发性有机物脱附;s02.降温,减压脱附,通过泄压后进行抽真空,排出挥发性有机物,得到脱附活性炭。2.根据权利要求1所述的活性炭脱附方法,其特征在于,所述进行加热加压处理中,加热至压力容器内的温度达到150℃以上。3.根据权利要求2所述的活性炭脱附方法,其特征在于,所述进行加热加压处理中,压力容器内的温度控制在150~160℃。4.根据权利要求2所述的活性炭脱附方法,其特征在于,当压力容器内的温度达到150℃以上且压力达到0.7mpa以上时,维持温度和压力在30分钟以上。5.根据权利要求1所述的活性炭脱附方法,其特征在于,所述减压脱附包括:通过抽真空使压力容器内形成负压状态。6.根据权利要求1所述的活性炭脱附方法,其特征在于,所述泄压中,先排出压力容器中的气体,再排出压力容器中的积水。7.根据权利要求1所述的活性炭脱附方法,其特征在于,还包括通过冷却系统冷却从压力容器中排出的气体和积水,收集冷却后得到的混合液。8.一种活性炭脱附设备,其特征在于,用于实施权利要求1-7任一项所述的活性炭脱附方法,包括依次连接的蒸汽发生器、压力容器、一级换热装置、二级换热装置、真空泵和储液罐;所述压力容器用于对活性炭进行加压加热处理。9.根据权利要求8所述的活性炭脱附设备,其特征在于,所述压力容器的顶部设置有排气口,其底部还设置有进气口和排水口,所述排气口和排水口分别与一级换热装置连通;所述进气口与所述蒸汽发生器连通。10.根据权利要求9所述的活性炭脱附设备,其特征在于,所述压力容器上还设置有控制装置以及分别与所述控制装置电连接的压力传感器、温度传感器、排气阀、排水阀和进气阀;所述排气阀用于控制压力容器的排气口与一级换热装置的连通;所述排水阀用于控制压力容器的排水口与一级换热装置的连通;所述进气阀用于控制蒸汽发生器与压力容器的进气口的连通。
技术总结
本发明公开了一种活性炭脱附方法和活性炭脱附设备,涉及废气处理领域。其中,所述活性炭脱附方法包括以下步骤:S01.将吸附有挥发性有机物的活性炭送入压力容器,往压力容器内通入水蒸汽,对活性炭进行加热加压处理,维持压力容器内的压力,以使活性炭中的挥发性有机物脱附;S02.降温,减压脱附,通过泄压后进行抽真空,排出挥发性有机物,得到脱附活性炭。在压力容器内通过水蒸汽对活性炭进行蒸养,可以有效提高脱附率,然后再通过减压脱附,可以快速除去活性炭中的水分以及可以进一步提高脱附率。去活性炭中的水分以及可以进一步提高脱附率。去活性炭中的水分以及可以进一步提高脱附率。