[发明专利]电热式净化滤芯的结构

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域中的挥发性有机化合物（VOCs）废气治理，具体涉及用活性炭纤维类材料吸附净化VOCs 废气并用电热法脱附的滤芯，可用于工业VOCs废气净化与回收，也可用于室内空气中VOCs和其他有毒有害气体的净化。 

背景技术

活性炭吸附的应用及存在的问题。活性炭类吸附材料的孔隙结构发达，对VOCs类污染物具有广谱、高效的吸附净化能力，广泛应用于溶剂回收、空气净化、化学防护、工业有毒有害气体防护等。在使用过程中，活性炭的吸附能力会逐渐降低直到丧失，为了降低应用成本，必须通过再生恢复其吸附能力。常用的再生方法有水蒸汽再生、热氮气、电热再生等。电热再生利用活性炭类吸附材料在通电条件下产生的电阻热，使吸附床层升温，床层吸附的VOCs脱附，无需外热源，通过活性炭自身发热，与其他再生方法相比，能量利用率更高，再生温度与升温速率可控，脱附再生完全，床层升温速度快，适用范围广，设备简单，结构紧凑，是最具发展前景的、最为高效的热再生方式。 

可用于电热的活性炭类吸附材料包括颗粒状活性炭、活性炭纤维、活性炭纤维织物等。颗粒活性炭属于刚性活性炭材料，必须装填于围护结构中才能使用，在多次电热后易发生床层松动，造成气流分布不均匀、净化效率下降、电阻不均匀、电热过程中床层局部过热形成高温点等工程难题，中国专利“从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元及吸附回收装置”（申请号201110029435.5）采用振动及弹性紧压的方式，实现了颗粒活性炭床层使用过程中自密实，解决了床层松动的问题，但电流在颗粒间传导时接触点处存在局部高温，会造成回收的溶剂变质，因此，颗粒活性炭装填的床层更适用于空气中低浓度的VOCs净化，通过电热再生恢复床层的净化能力，而不考虑脱附后VOCs的品质。 

活性炭纤维织物，包括活性炭纤维非织造布（如活性炭纤维无纺布或毡）、活性炭纤维机织物、活性炭纤维针织物等，属柔性材料，其电热性能良好，由于纤维与纤维之间的多次搭接、有序或无序缠绕，接触点分散，接触点高温现象不明显，比颗粒活性炭更适于电热再生。但在实际应用中，由于织物单层厚度有限，需要层叠形成吸附床层。 

织物可通过缠绕层叠形成圆筒体床层，如美国专利（US6364936B1）中提到的滤芯，采用的吸附材料为活性炭纤维布（Activated Carbon Fiber Cloth，ACFC）属活性炭纤维机织物，将其缠绕层叠在两端设置金属环状电极的圆筒体上形成织物床层，在床层外部与环状电极相对位置设置卡箍，将织物床层箍紧在环状电极上，形成环状箍紧式电极，保证床层与电极紧密接触。但这种电极设置方式会导致通电时床层中电流不均匀，沿径向方向从内到外，电流越来越小，沿轴向方向与电极位置越接近，这种差别越明显，在电极所在位置的床层内部甚至无电流。电流不均匀造成床层内外层有温差，特别是床层厚度与电极间距离比较接近时，床层内部与外部的温差很大，再生不均匀，部分床层中残留VOC太多，再吸附时局部床层过早穿透。因此，这种电极结构不能用于床层较厚的滤芯，仅适用于如美国专利（US6364936B1）中提到床层厚度仅为几个至十几个毫米的滤芯结构中。 

织物也可通过平面层叠形成多面体吸附床层，电极可设置在层叠面上，也可设置在端面（非层叠方向）上。从理论角度，两种电极设置方式在通电条件下均能实现床层内部电流均匀分布，再生效果好。但在层叠面设置电极时，存在层与层间的接触电阻，当电流沿层叠方向通过时，特别是应用中国专利（申请号201210077796.1）中提到滤芯，采用的吸附材料为活性炭网眼布（Activated Carbon Mesh Cloth, ACMC）属活性炭纤维针织物，将其平面层叠形成织物床层时，由于材料空隙率高，层与层之间接触面积很小，在接触点处会发生局部过热现象，存在安全隐患。为了避免电流在层与层间传输，电极应施加在床层端面（非层叠方向）。