活性炭吸附有機廢氣是較有效的一種方法。由于活性炭具有飽和性,需要定期用熱空氣對其進行脫附再生。常用的傳統活性炭吸附罐脫附氣流如下圖1,傳統的活性炭吸附罐由于活性炭填裝厚度大,會出現脫附時,脫附氣流所需熱量太大,脫附完畢后熱量又聚集活性炭中間的不易散熱的情況,需要的脫附氣流熱量大則能耗就大,而熱量聚集在活性炭中不易散熱則有較大的安全隱患。
活性炭吸附罐在油氣回收中的應用
加油站油氣回收裝置中,吸附罐填充柱狀活性炭(直徑 4-6mm),吸附效率≥95%。某油庫 20m3 吸附罐,處理氣量 300m3/h,油氣濃度從 3000g/m3 降至≤25g/m3,每年回收汽油約 120 噸,投資回收期 2.5 年。
活性炭吸附罐的壓降控制
正常運行時,吸附罐壓降宜控制在 1-2kPa。當壓降>3kPa 時,可能由以下原因引起:
活性炭粉化(更換床層);
粉塵堵塞(增加前置過濾器);
氣流短路(檢查分布器是否損壞)。
活性炭吸附罐的吸附動力學
活性炭對苯系物的吸附符合 Langmuir 等溫線模型,在 25℃、濕度≤50% 條件下,對甲苯的飽和吸附量達 450mg/g。吸附速率受氣流速度影響:空塔流速宜控制在 0.5-1.0m/s,流速過高會導致穿透時間縮短 20%-30%。
活性炭吸附罐的環保標準 compliance
依據 HJ 2026-2013《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規范》:
活性炭層厚度≥0.8m,空塔速度≤1.2m/s;
吸附效率≥90%,再生效率≥80%;
排氣筒高度≥15m,非甲烷總烴排放濃度≤10mg/m3。
活性炭吸附罐的能耗分析
以處理 10000m3/h 廢氣的吸附罐為例:
風機功率:37kW,年耗電量 28 萬度;
再生加熱:電加熱功率 60kW,再生一次耗電 480 度;
總能耗:處理每立方米廢氣約 0.03-0.05kWh,占企業總能耗的 2%-3%。
活性炭吸附罐結構設計
罐體多為立式圓筒形,材質選用 Q235B 碳鋼或 316L 不銹鋼,設計壓力≤0.6MPa。內部設氣體分布器(多孔板 + 絲網)、活性炭支撐梁(承重≥800kg/m2)、卸料口(DN200-DN300),典型規格有 Φ1.2m×3m(處理量 1000m3/h)、Φ2.5m×6m(處理量 5000m3/h)等。
研究表明,對于常見的VOC,如苯、甲苯和二甲苯等,活性炭的吸附效率可以達到30-60%左右。不同類型的活性炭會對不同類型的VOC表現出不同的吸附能力,例如活性炭的表面上含有官能團或大的孔隙結構可以增加對特定VOC的吸附。此外,對于低濃度的VOC,如果要達到較高的吸附效率,則需要增加活性炭的質量。
針對采用一次性顆粒狀活性炭處理VOCs廢氣,年活性炭使用量不應低于VOCs產生量的5倍,即1噸VOCs產生量,需5噸活性炭用于吸附。活性炭更換周期一般不應超過累計運行500小時或3 個月,更換周期計算按《省生態環境廳關于將排污單位活性炭使用更換納入排污許可管理的通知》有關要求執行。
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