老生常谈的问题,在采用炭基吸附剂处理VOCs工艺中,不论采用低压水蒸汽脱附还是氮气脱附,都是将脱附介质加热到一定温度后,对吸附质进行脱附。采用水蒸汽脱附时,一般都是将水蒸汽加热到100℃,主要是为了利用水的潜热,另外也不用考虑设备的承压问题;采用氮气脱附时,加热温度可选择,当温度超过100℃时,也不必考虑设备的承压问题。目前在脱附温度的选择上,一般都是采用粗犷的方法:即不论脱附什么物质,水蒸汽温度一般都定在100℃或略高;氮气则根据脱附物质的性质确定。
在脱附温度的选择上常出现误区:
1)对于一种挥发性有机物的脱附温度,一般认为:要想把这些物质从吸附剂上脱附下来,其脱附温度必须高于该物质的沸点; 2)由于认识上的误区,使得本不应该使用高温脱附时,却错误采用高温进行脱附,不仅收不到理想的效果,而且会造成能源浪费。 采用吸附法处理VOCs工艺流程如下图所示:
治理VOCs采用的一般脱附方法:
1.升温脱附 采用升高温度的方法,使吸附质分子由固体吸附剂上逸出而脱附的方法,称为升温脱附。升温脱附采用水蒸汽、热惰性气体(如氮气)、热烟气或采用电感加热等方式。 2. 降压脱附 降压脱附又称抽空脱附,是降低饱和吸附剂周围的压力,使其上的吸附质逸出的脱附方法。降压后气相中吸附质的分压随之降低,与之平衡的吸附量亦降低,吸附质即被脱附。 3. 置换脱附 采用在脱附条件下与吸附剂亲合能力比原吸附质更强的物质,将原吸附质置换下来的方法,称为置换脱附。 4. 吹扫脱附 采用不被该吸附剂吸附的气体(如惰性气体)对床层进行吹扫,将吸附质脱附下来,称为吹扫脱附。 实际应用中,往往是几种脱附方法结合,例如采用水蒸汽脱附,就同时具有加热和吹扫的作用。
VOCs脱附情况
在工程实践中可观察到部分挥发性有机物的脱附温度及效率见下表。
(1)脱附温度与物质的沸点基本没有关系。以三甲苯为例,其沸点是164.7℃,而采用100℃的水蒸汽,却能够将其很好地脱附下来(脱附率97.01%)。而对于比它的沸点低得多的丙烯酸(沸点141℃),采用100℃的水蒸汽进行脱附时,丝毫不起作用。 (2)纵观上表中的各种物质,凡是饱和蒸气压在10.0kPa以上的物质,采用100℃的水蒸汽都能够很好地脱附下来。而饱和蒸气压较低的物质,如苯乙烯(25℃时为0.841)、邻苯二甲酸二丁酯(148.2℃时为0.13)、丙烯酸丁酯(20℃时为0.53)等,虽然沸点比三甲苯低得多,但由于它们的饱和蒸气压很低,采用100℃的水蒸汽仍然无法将它们脱附下来。 由此可得出结论:物质的脱附温度基本与沸点无关,而和它的饱和蒸气压有密切关系。 (3)一些物质之所以难以脱附,皆是因为它们的饱和蒸气压很低造成的。由此,也可纠正对苯乙烯难以脱附的原因归结到“苯乙烯在吸附剂表面发生了聚合反应”的错误认识。 (4)对于难以脱附的物质,当采用热氮气脱附时,并不是温度越高脱附的越彻底,过高的脱附温度反而使其脱附效率下降。如表中所示,在采用热氮气对甲基异丁酮(沸点115.8℃,20℃时的饱和蒸气压为2.13kPa)进行脱附时发现,当温度升至100℃时,脱附率只有63.10%;为提高脱附率,将氮气温度提高到170℃,此时的脱附率达到76.50%;这时考虑再升温已毫无意义,将温度试着下降,结果发现,脱附率反而逐渐上升。当温度降至110℃时,脱附率达到了峰值99.20%。 因此得出,对于难以脱附的物质进行脱附时,并不是温度越高,脱附越彻底,过高的脱附温度反而使其脱附效率下降。如遇此类问题时,应通过实验,慎重选择适当的脱附温度,以取得更佳的脱附效率。