時(shí)間:2023-09-26 10:45
來源:新環(huán)保圈
在采用炭基吸附劑處理VOCs工藝中,不論采用低壓水蒸汽脫附還是氮?dú)饷摳?,都是將脫附介質(zhì)加熱到一定溫度后,對(duì)吸附質(zhì)進(jìn)行脫附。采用水蒸汽脫附時(shí),一般都是將水蒸汽加熱到100℃,主要是為了利用水的潛熱,另外也不用考慮設(shè)備的承壓問題;采用氮?dú)饷摳綍r(shí),加熱溫度可選擇,當(dāng)溫度超過100℃時(shí),也不必考慮設(shè)備的承壓問題。目前在脫附溫度的選擇上,一般都是采用粗獷的方法:即不論脫附什么物質(zhì),水蒸汽溫度一般都定在100℃或略高;氮?dú)鈩t根據(jù)脫附物質(zhì)的性質(zhì)確定。因此,在脫附溫度的選擇上常出現(xiàn)誤區(qū):1)對(duì)于一種揮發(fā)性有機(jī)物的脫附溫度,一般認(rèn)為:要想把這些物質(zhì)從吸附劑上脫附下來,其脫附溫度必須高于該物質(zhì)的沸點(diǎn);2)由于認(rèn)識(shí)上的誤區(qū),使得本不應(yīng)該使用高溫脫附時(shí),卻錯(cuò)誤采用高溫進(jìn)行脫附,不僅收不到理想的效果,而且會(huì)造成能源浪費(fèi)。
采用吸附法處理VOCs工藝流程如下圖所示。
治理VOCs采用的一般脫附方法
1. 升溫脫附
采用升高溫度的方法,使吸附質(zhì)分子由固體吸附劑上逸出而脫附的方法,稱為升溫脫附。升溫脫附采用水蒸汽、熱惰性氣體(如氮?dú)猓?、熱煙氣或采用電感加熱等方式?p style="text-indent: 2em;">2. 降壓脫附
降壓脫附又稱抽空脫附,是降低飽和吸附劑周圍的壓力,使其上的吸附質(zhì)逸出的脫附方法。降壓后氣相中吸附質(zhì)的分壓隨之降低,與之平衡的吸附量亦降低,吸附質(zhì)即被脫附。
3. 置換脫附
采用在脫附條件下與吸附劑親合能力比原吸附質(zhì)更強(qiáng)的物質(zhì),將原吸附質(zhì)置換下來的方法,稱為置換脫附。
4. 吹掃脫附
采用不被該吸附劑吸附的氣體(如惰性氣體)對(duì)床層進(jìn)行吹掃,將吸附質(zhì)脫附下來,稱為吹掃脫附。
實(shí)際應(yīng)用中,往往是幾種脫附方法結(jié)合,例如采用水蒸汽脫附,就同時(shí)具有加熱和吹掃的作用。
VOCs脫附情況
在工程實(shí)踐中可觀察到部分揮發(fā)性有機(jī)物的脫附溫度及效率見下表。
由上表可以看出:
(1)脫附溫度與物質(zhì)的沸點(diǎn)基本沒有關(guān)系。以三甲苯為例,其沸點(diǎn)是164.7℃,而采用100℃的水蒸汽,卻能夠?qū)⑵浜芎玫孛摳较聛恚摳铰?7.01%)。而對(duì)于比它的沸點(diǎn)低得多的丙烯酸(沸點(diǎn)141℃),采用100℃的水蒸汽進(jìn)行脫附時(shí),絲毫不起作用。
(2)縱觀上表中的各種物質(zhì),凡是飽和蒸氣壓在10.0kPa以上的物質(zhì),采用100℃的水蒸汽都能夠很好地脫附下來。而飽和蒸氣壓較低的物質(zhì),如苯乙烯(25℃時(shí)為0.841)、鄰苯二甲酸二丁酯(148.2℃時(shí)為0.13)、丙烯酸丁酯(20℃時(shí)為0.53)等,雖然沸點(diǎn)比三甲苯低得多,但由于它們的飽和蒸氣壓很低,采用100℃的水蒸汽仍然無法將它們脫附下來。
由此可得出結(jié)論:物質(zhì)的脫附溫度基本與沸點(diǎn)無關(guān),而和它的飽和蒸氣壓有密切關(guān)系。
(3)一些物質(zhì)之所以難以脫附,皆是因?yàn)樗鼈兊娘柡驼魵鈮汉艿驮斐傻摹S纱?,也可糾正對(duì)苯乙烯難以脫附的原因歸結(jié)到“苯乙烯在吸附劑表面發(fā)生了聚合反應(yīng)”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。
(4)對(duì)于難以脫附的物質(zhì),當(dāng)采用熱氮?dú)饷摳綍r(shí),并不是溫度越高脫附的越徹底,過高的脫附溫度反而使其脫附效率下降。如表中所示,在采用熱氮?dú)鈱?duì)甲基異丁酮(沸點(diǎn)115.8℃,20℃時(shí)的飽和蒸氣壓為2.13kPa)進(jìn)行脫附時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度升至100℃時(shí),脫附率只有63.10%;為提高脫附率,將氮?dú)鉁囟忍岣叩?70℃,此時(shí)的脫附率達(dá)到76.50%;這時(shí)考慮再升溫已毫無意義,將溫度試著下降,結(jié)果發(fā)現(xiàn),脫附率反而逐漸上升。當(dāng)溫度降至110℃時(shí),脫附率達(dá)到了峰值99.20%。
因此得出,對(duì)于難以脫附的物質(zhì)進(jìn)行脫附時(shí),并不是溫度越高,脫附越徹底,過高的脫附溫度反而使其脫附效率下降。如遇此類問題時(shí),應(yīng)通過實(shí)驗(yàn),慎重選擇適當(dāng)?shù)拿摳綔囟?,以取得最佳的脫附效率?p style="text-indent: 2em;">VOCs脫附效果分析
(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,要想使吸附質(zhì)分子從吸附劑表面脫附下來,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)無關(guān)。
(2)一些飽和蒸氣壓較低的物質(zhì)在脫附時(shí),溫度過高反而會(huì)使脫附率下降。從吸附的分類上說,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,當(dāng)脫附溫度過高時(shí),使本來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。這就是為什么溫度過高,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。
編輯:李丹
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