[发明专利]一种吸附-脱附回收挥发性有机气体的装置及工艺

说明书

（一）技术领域

本发明涉及大气污染控制技术领域，特别涉及一种活性炭纤维吸附塔的吸附、脱附工艺，以及在工业有机废气（VOCS）吸附－脱附回收中的应用。

（二）背景技术

活性炭纤维具备高比表面积和大孔体积特性，相比较于活性炭和沸石，在吸附容量上具有明显的优势，因此在有机废气吸附-脱附回收工艺中是首选的吸附剂。但活性炭纤维的吸附孔道90%以上都处于微孔（≤2nm）范围，吸附的有机分子较难在活性炭纤维表面脱附，影响了活性炭纤维的再生和寿命，同时也导致其吸附-脱附回收有机废气系统复杂、能耗高和危险性大。

有机废气吸附剂的再生方法有（石油学报（石油加工），2010,26（3）：486-492）：水蒸气再生、热气流再生、微波再生和电热再生等技术，其中水蒸气再生技术是活性炭纤维商业应用最广泛的再生方法（发明专利ZL200310101839.6，ZL200610037129.5）。但水蒸气再生技术存在如下几个不可避免的问题：（1）水蒸气热量从外传递到吸附剂孔道内，而吸附剂热导系数小，热传递速率慢，脱附时间长；（2）干燥、冷却时间长、能耗大，影响下一次吸附；（3）冷凝水造成二次污染；（4）回收有机物含水率高，增加后续工艺分离成本；（5）设备腐蚀严重。

为克服水蒸气再生的缺陷，新的再生工艺不断被研发。热气流再生技术是利用热氮气作为热媒介（发明专利ZL200810114892.2），使活性炭纤维内的有机分子在高温下脱附，虽然热氮气避免了水汽引入，但脱附温度较高，容易使吸附分子发生结构变化，甚至结焦。另外，氮气为不凝性气体，脱附的高浓度有机气体冷凝回收率低，能耗高。微波再生技术是近年的热点(Microporous and Mesoporous Materials,2012,152:78-83；化工学报，2011,62(1):111-118)，利用活性炭纤维对微波强吸收能力，可以使活性炭纤维瞬间加热到高温，脱附速率快。但微波再生技术存在加热不均匀性，容易在活性炭纤维表面形成热点，造成燃烧的危险性。另外，微波加热过程中水分子和炭分子会发生水煤气反应，造成活性炭纤维重量损失。这些技术缺陷导致目前微波再生技术一直没有大的产业化应用。

电热脱附再生技术凭借能耗小、加热均匀和工艺简单的特点，逐渐得到人们的重视（Environmental Science&Technology,2012,46,11305-11312，发明专利200910063446.8）。它利用活性炭纤维自身的电阻，通过电流产生焦耳热，从而使活性炭纤维自身温度上升脱附有机废气，通过简单地调变电压和电流，即可调控活性炭纤维的温度。但目前研究工艺中普遍采用氮气为保护气，温度要加热到150℃以上，才能有效脱附，对高沸点有机分子脱附速率较慢，并且高温下导致一些吸附活泼有机分子产生化学变化，并发生结焦和聚合，导致活性炭纤维中毒失活。

因此针对活性炭纤维特性，迫切需要一种新的吸附-脱附再生工艺技术，不仅使用安全、高效，而且脱附速率快、能耗低，回收能得到高纯度的有机物。

（三）发明内容

针对现有有机废气活性炭纤维吸附剂再生过程中水蒸汽消耗大、脱附时间长、容易造成二次污染的缺点，本发明提出了一种快速、完全和环境友好的活性炭纤维再生工艺，本技术方案通过电热协同真空技术，可以使活性炭纤维孔道内的有机分子迅速脱附，并冷凝成液体，同时有效保持活性炭纤维的高吸附能力。

本发明的目的是提供一种活性炭纤维吸附-脱附快速回收有机废气的技术，可提高脱附速率，降低能耗，实现有机废气的完全回收，工艺不仅消除了有机废气的污染，而且实现有机化合物资源的综合利用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：