老生常談的問題,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氣脫附,都是將脫附介質(zhì)加熱到一定溫度后,對吸附質(zhì)進(jìn)行脫附。采用水蒸汽脫附時,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;采用氮氣脫附時,加熱溫度可選擇,當(dāng)溫度超過100℃時,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;氮氣則根據(jù)脫附物質(zhì)的性質(zhì)確定。
在脫附溫度的選擇上常出現(xiàn)誤區(qū):
1)對于一種揮發(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; 2)由于認(rèn)識上的誤區(qū),使得本不應(yīng)該使用高溫脫附時,卻錯誤采用高溫進(jìn)行脫附,不僅收不到理想的效果,而且會造成能源浪費。 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(如氮氣)、熱煙氣或采用電感加熱等方式。 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)對床層進(jìn)行吹掃,將吸附質(zhì)脫附下來,稱為吹掃脫附。 實際應(yīng)用中,往往是幾種脫附方法結(jié)合,例如采用水蒸汽脫附,就同時具有加熱和吹掃的作用。
VOCs脫附情況
在工程實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。
(1)脫附溫度與物質(zhì)的沸點基本沒有關(guān)系。以三甲苯為例,其沸點是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%)。而對于比它的沸點低得多的丙烯酸(沸點141℃),采用100℃的水蒸汽進(jìn)行脫附時,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℃時為0.841)、鄰苯二甲酸二丁酯(148.2℃時為0.13)、丙烯酸丁酯(20℃時為0.53)等,雖然沸點比三甲苯低得多,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,皆是因為它們的飽和蒸氣壓很低造成的。由此,也可糾正對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)”的錯誤認(rèn)識。 (4)對于難以脫附的物質(zhì),當(dāng)采用熱氮氣脫附時,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,在采用熱氮氣對甲基異丁酮(沸點115.8℃,20℃時的飽和蒸氣壓為2.13kPa)進(jìn)行脫附時發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度升至100℃時,脫附率只有63.10%;為提高脫附率,將氮氣溫度提高到170℃,此時的脫附率達(dá)到76.50%;這時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,脫附率達(dá)到了峰值99.20%。 因此得出,對于難以脫附的物質(zhì)進(jìn)行脫附時,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,應(yīng)通過實驗,慎重選擇適當(dāng)?shù)拿摳綔囟龋匀〉酶训拿摳叫省?/p>