活性炭吸附蒸汽脫附+冷凝回收是解決醫(yī)藥及農(nóng)藥等化工行業(yè)中高濃度鹵代烴廢氣的優(yōu)良解決方案，這里的核心是通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的過(guò)濾風(fēng)速和停留時(shí)間，同時(shí)注意活性炭吸附罐的材質(zhì)的選擇，一般要求選擇316L或2205的材質(zhì)，加上合理的吸脫附程控制，在特定工況下，可能其實(shí)是優(yōu)于RTO系統(tǒng)的解決方案。下面來(lái)分享下此類工藝經(jīng)常碰到的幾點(diǎn)設(shè)計(jì)考慮誤區(qū)：

1.VOCs廢氣通過(guò)吸附床層的風(fēng)速

有很多教科書寫到，VOCs氣體通過(guò)吸附劑床層的風(fēng)速一般為0.2~0.6m/s。實(shí)際我們的《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2026-2013）國(guó)家工程技術(shù)規(guī)范也是這么寫的。通過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們利用活性碳纖維作吸附劑處理VOCs時(shí)，所使用的最大風(fēng)速不會(huì)超過(guò)0.15m/s，因?yàn)橛捎谑艿酱矊幼枇Φ南拗疲话慊钚蕴祭w維層的厚度 不會(huì)超過(guò)150mm。那么為什么老的教科書給出這個(gè)數(shù)據(jù)呢？考查發(fā)現(xiàn)：過(guò)去人們大都采用顆粒活性炭作吸附劑，它的床層厚度一般設(shè)計(jì)在0.2~0.8m，最大不會(huì)超過(guò)1.2m，所以就給出了這個(gè)數(shù)據(jù)。實(shí)際上，通過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，廢氣通過(guò)床層的速度是由廢氣在床層中與吸附劑的接觸時(shí)間決定的?？偨Y(jié)工程實(shí)踐，廢氣在吸附床層內(nèi)與吸附劑的接觸時(shí)間為1~2s 即可將廢氣中的吸附質(zhì)吸附下來(lái)，也就是說(shuō)，采用這樣的風(fēng)速，完全可以滿足治理要求。

2.脫附溫度

關(guān)于脫附溫度，很多人都認(rèn)為與吸附質(zhì)的沸點(diǎn)有關(guān)，認(rèn)為要想把高沸點(diǎn)的物質(zhì)從吸附劑上脫附下來(lái)，脫附介質(zhì)的溫度必須高于該物質(zhì)的沸點(diǎn)。實(shí)踐證明這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。以雙氧水行業(yè)回收三甲笨為例，三甲苯的沸點(diǎn)為164.7，而采用 100℃的水蒸氣即可將三甲苯完全脫附下來(lái)。有不少工程實(shí)踐都證明了這一點(diǎn)。為此可以得出結(jié)論，吸附質(zhì)的脫附溫度與其沸點(diǎn)沒(méi)有直接關(guān)系，而是和它的飽和蒸氣壓 有關(guān)。這個(gè)結(jié)論可以用脫附原理來(lái)說(shuō)明。

大家都知道，要想使吸附質(zhì)分子從吸附劑表面脫附下來(lái)必須給它能量或推動(dòng)力，使其能夠從吸附劑表面“蒸發(fā)”到吸附劑孔道中，從而進(jìn)入氣相主體。而在通常采用的脫附方法中，加熱脫附是給它提供能量，以增加分子的動(dòng)能；吹掃脫附和降壓（真空）脫附，都是為了降低吸附劑孔道中廢氣分子的分壓，也就是蒸氣壓，給廢氣造成一個(gè)濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉(zhuǎn)移提供一個(gè)推動(dòng)力，這個(gè)推動(dòng)力越大，廢氣分子的脫附速度就越快。所以，從這個(gè)理論出發(fā)就不難理解，吸附質(zhì)的脫附溫度是與其飽和蒸氣壓直接相關(guān)的，而與它的沸點(diǎn)無(wú)關(guān)。如洗過(guò)的衣服通常是在低于水的沸點(diǎn)下晾干的。

3.采用水蒸氣脫附后是否都需要干燥

不一定。當(dāng)采用活性碳纖維作吸附材料時(shí)，就不需要設(shè)置單獨(dú)的干燥工序；而采用顆粒活性炭作吸附材料時(shí)就必須進(jìn)行干燥。在20世紀(jì)80~90年代PVC行業(yè)用顆?；钚蕴孔魑絼┗厥章纫蚁﹩误w時(shí)，各治理廠家無(wú)一例外地都有熱空氣干燥這一步。而到本世紀(jì)初，有的工程公司改成活性破纖維作吸附材料時(shí)，就大膽地省去了熱空氣干燥的工序，而且將整個(gè)回收工藝由原來(lái)的5步筒化為3步。為什么可以省去千燥工序？經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析認(rèn)為，經(jīng)過(guò)水蒸氣脫附的炭基吸附劑的微孔中 存在著的水分有2類，一類為“自由水”，另一類是吸附在炭基吸附劑表面的“吸附水”。由于顆粒活性炭的孔道長(zhǎng)且孔體積比活性碳纖維大得多，這樣，在脫附后的顆粒活性炭中就會(huì)存有大量的“自由水”；因此，當(dāng)顆?；钚蕴棵摳酵瓿芍?，必須通過(guò)干燥，把吸附劑中的 “自由水”蒸發(fā)掉，才能使再進(jìn)入的廢氣分子與吸附劑表面接觸，將“吸附水”分子置換下來(lái)。而由于活性碳纖維的微孔體積比顆粒炭的微孔體積小得多，很難有“自由水”存在，因此可以省去熱空氣干燥，脫附完了可直接轉(zhuǎn)入吸附工序。這祥不僅可以使脫附水蒸氣的用量大大降低，而且使吸附回收工序大大縮短，降低了運(yùn)行成本。

附：活性炭脫附VOCs效果分析

（1）脫附溫度與飽和蒸氣壓的關(guān)系。從脫附原理上講，吸附質(zhì)從吸附劑表面脫附的根本原因是，吸附質(zhì)分子必須克服吸附劑表面對(duì)它的引力，增大它脫離表面的推動(dòng)力。也就是說(shuō)，要想使吸附質(zhì)分子從吸附劑表面脫附下來(lái)，就必須給它能量或推動(dòng)力，使其能夠從吸附劑表面“蒸發(fā)”到吸附劑孔道中，從而進(jìn)入氣相主體。而在通常采用的脫附方法中，加熱脫附是給其提供能量，以增加分子的動(dòng)能；吹掃脫附和降壓（真空）脫附，都是為了降低吸附劑孔道中廢氣分子的分壓，也就是蒸氣壓，給廢氣造成一個(gè)濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉(zhuǎn)移提供一個(gè)推動(dòng)力，這個(gè)推動(dòng)力越大，廢氣分子的脫附速度就越快。所以，從這個(gè)理論出發(fā)就不難理解，吸附質(zhì)的脫附溫度是與其飽和蒸氣壓直接相關(guān)的，而與它的沸點(diǎn)無(wú)關(guān)。

（2）一些飽和蒸氣壓較低的物質(zhì)在脫附時(shí)，溫度過(guò)高反而會(huì)使脫附率下降。從吸附的分類上說(shuō)，可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附，所形成的鍵能只在范德華力的范圍，即最大只有80kJ/kmol左右，而化學(xué)吸附的吸附鍵力可達(dá)到400kJ/kmol以上。在物質(zhì)的吸附上，往往存在一種現(xiàn)象：當(dāng)溫度低時(shí)是物理吸附，如果溫度升高，則可能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)吸附。也就是說(shuō)，當(dāng)脫附溫度過(guò)高時(shí)，使本來(lái)存在的物理吸附狀態(tài)可能轉(zhuǎn)化成化學(xué)吸附狀態(tài)，使得吸附鍵的鍵能大大增加，因而反而不易脫附下來(lái)。這就是為什么溫度過(guò)高，反而使物質(zhì)脫附率下降的原因。

當(dāng)然，要想徹底搞清這個(gè)問(wèn)題，只能對(duì)兩種狀態(tài)的吸附鍵的鍵能進(jìn)行測(cè)定。但目前對(duì)吸附鍵鍵能的測(cè)定還較困難，雖然有人采用同步輻射光電離的方法，能夠測(cè)定一些物質(zhì)的化學(xué)鍵的鍵能，但采用此法能不能很好地測(cè)定吸附鍵的鍵能，目前還未見報(bào)道。

對(duì)脫附溫度確定方法的建議

（1）對(duì)于飽和蒸氣壓＞10kPa的物質(zhì)，原則上都可以采用100℃的水蒸汽進(jìn)行脫附；但從節(jié)約能源的角度講，建議對(duì)飽和蒸氣壓較大且沸點(diǎn)較低（如＜70℃）的物質(zhì)，如:丙酮:沸點(diǎn)56.1℃，飽和蒸氣壓2371.86kPa（100℃）；四氫呋喃：沸點(diǎn)66℃，飽和蒸氣壓101.33kPa（66.0℃）；二氯甲烷：沸點(diǎn)39.75℃，飽和蒸氣壓80.00kPa（35℃）等，建議采用較低溫度的氮?dú)膺M(jìn)行脫附，這樣不僅可降低脫附劑的溫度，同時(shí)在對(duì)脫附后混合氣體冷凝時(shí)，也不用采用溫度很低的冷凝水進(jìn)行冷凝分離（如二氯甲烷需要采用7℃低溫水進(jìn)行冷凝分離），就可以節(jié)約能源。由于采用了氮?dú)饷摳剑簿褪∪チ藢?duì)冷凝水的處理問(wèn)題。

（2）對(duì)于飽和蒸氣壓較低的物質(zhì)采用高溫脫附時(shí)，也要采用適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行脫附，這樣既能收到高的脫附效率，也能達(dá)到節(jié)能目的。

當(dāng)然，對(duì)于各種物質(zhì)脫附溫度的選擇，目前還沒(méi)有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)可以查詢，還需要進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能初步確定，然后再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性分析，才能最后確定所選擇的脫附溫度是否合適。

以上內(nèi)容僅供VOCs治理同行參考。

編輯：李丹