[发明专利]一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备

说明书

技术领域

本发明适用于多种VOC废气处理领域，涉及一种改性活性炭吸附较低浓度VOCs的处理方法，适用于低浓度VOC回收过程。具体地说，本发明提供了利用一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备。

背景技术

挥发性有机化合物(volatile organic compounds)，简称VOCs，是有机化合物的统称，它不仅会对大气环境产生危害，同时会影响到人的身体健康，主要包括酮类、烃类、芳烃类、醛类、醇类、脂类、胺类和有机酸等等，再常温下易挥发，有刺激性以及有毒的有机气体。

工业中常用活性炭作为吸附分离操作的吸附剂，活性炭具有一下特点：选择性强、比表面积较大、孔径范围广、表面富含多种官能团、性能稳定以及可以再生等等。目前活性炭孔结构和表面官能团是影响活性炭吸附的最主要因素，尤其是活性炭孔结构对其吸附性能产生决定性作用。活性炭的再生可采用化学氧化、药剂洗脱、生物降解、加热再生等办法。Ania等分别用HNO₃和(NH₄)S₂O₈对商业活性炭进行改性，发现在低浓度氧化剂时进行改性可以增加微孔和中孔的数量。Li和Lillo-Rodenas等选择不同结构的改性活性炭，对低浓度苯和甲苯进行吸附研究，发现小于0.7nm的微孔对低浓度的VOCs吸附起到支配作用。Hsieh等研究了多种VOCs在活性炭上的吸附性能分布，指出VOCs分子的尺寸、结构、极性等均会影响吸附行为。

根据吸附设备不同根据吸附设备不同可分为固定床吸附装置、流化床吸附装置和移动床吸附装置。固定床吸附装置主要有立式和卧式两种，结构较为简单、设备本体造价低、易操控。流化床吸附装置利用气体使吸附剂处于悬浮运动状态，能让废气和吸附剂充分接触，床层浅、压损小、能耗低，具有连续操作、低压降、传热好等优点。移动床吸附装置使废气连续均匀地在在反应器内移动，稳定地输入和输出，可实现逆流连续操作，但是结构相对复杂。然而，现有吸附装置通常体积庞大、后处理设施繁多，对于大风量低浓度的VOCs废气，一次投资增加且运行维护费较高。近期有学者提出采用陶瓷纤维纸、玻璃纤维、石棉等原材料制作成吸附转轮，在转轮上同时完成VOCs废气的脱附和吸附剂再生过程，这一思路与本课题研究目标接近，不过此类系统的研究尚处于起步阶段，技术还不成熟。

因此，本领域迫切需要开发一种能够降低成本，简化系统，同时提高效果的旋流吸附技术处理VOC废气的方法与设备。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备。

一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法，其特征在于：

在流量调节阀控制下，将分散载有铁相纳米活性中心的改性活性炭经加料泵输送至混合吸附器，在混合吸附器内初步吸附废气中的VOCs；混合后物料送至一级旋流吸附分离器，在三维旋转流场作用下，使活性炭颗粒产生旋转，确保活性炭表面始终保持吸附活性，对VOCs产生高效吸附作用；一次吸附后气体送至二级旋流吸附分离器，实现二次更高精度吸附分离；净化后气体并入外排管道，经引风机输送至外排管网。富含VOCs的活性炭从旋流吸附分离器底部流出，并入后处理系统。

优选的，所述的改性活性炭在碳基载体上分散加载铁相纳米活性中心，构建碱性表面官能团(如甲氧基、酚羟基、吡咯等)，形成碳基吸附/催化材料，可增加单位吸附材料体积的VOC吸附容量。

优选的，所述的碳基吸附/催化材料在制备过程中需精确控制Fe前驱体的形态和分散度，从而实现Fe纳米粒子尺度的调控。

优选的，所述的混合吸附器设置多台，可并联或串联连接，以确保后续净化装置的连续稳定运行。

优选的，所述的旋流吸附系统入口VOC浓度在0～3000mg/m³。

另一方面，本发明提供了一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的设备，该设备包括：

Ⅰ级旋流吸附分离器，用于进行一次高精度VOC吸附和气固分离；

Ⅱ级旋流吸附分离器，用于进行一次更高精度VOC吸附和气固分离；

与旋流吸附分离器相连的混合吸附器，用于实现VOCs废气与改性活性炭的混合和初步吸附；

加料泵和引风机，用于提供物料输送；

流量调节阀，用于调节物料流量。

优选的，所述的旋流吸附分离器多级串联，VOC吸附效率达98％以上，污染物排放优于国家最新标准。

优选的，所述的旋流吸附分离器的固体颗粒分离效率达99％以上。