一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备技术

本发明专利技术涉及一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备。该方法为：一种碳基吸附/催化双功能材料与VOCs废气在混合吸附罐内预混合，混合后的物料送至旋流吸附系统，实现多次吸附分离，净化达标的气体由引风机排至外网管，富含VOCs碳基吸附/催化颗粒从吸附分离器输送至后续处理装置。所述的改性活性炭在碳基载体上分散加载铁相纳米活性中心，构建碱性表面官能团，形成碳基吸附/催化材料。本发明专利技术还提供了一种活性炭旋流吸附处理VOC废气设备。本发明专利技术采用改性碳基材料制备吸附/催化双功能介质，具有高效，低污染，优化方法流程和降低操作难度的优点。适用于多种VOC废气处理系统。

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备
本专利技术适用于多种VOC废气处理领域，涉及一种改性活性炭吸附较低浓度VOCs的处理方法，适用于低浓度VOC回收过程。具体地说，本专利技术提供了利用一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备。
技术介绍
挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds)，简称VOCs，是有机化合物的统称，它不仅会对大气环境产生危害，同时会影响到人的身体健康，主要包括酮类、烃类、芳烃类、醛类、醇类、脂类、胺类和有机酸等等，再常温下易挥发，有刺激性以及有毒的有机气体。工业中常用活性炭作为吸附分离操作的吸附剂，活性炭具有一下特点：选择性强、比表面积较大、孔径范围广、表面富含多种官能团、性能稳定以及可以再生等等。目前活性炭孔结构和表面官能团是影响活性炭吸附的最主要因素，尤其是活性炭孔结构对其吸附性能产生决定性作用。活性炭的再生可采用化学氧化、药剂洗脱、生物降解、加热再生等办法。Ania等分别用HNO3和(NH4)S2O8对商业活性炭进行改性，发现在低浓度氧化剂时进行改性可以增加微孔和中孔的数量。Li和Lillo-Rodenas等选择不同结构的改性活性炭，对低浓度苯和甲苯进行吸附研究，发现小于0.7nm的微孔对低浓度的VOCs吸附起到支配作用。Hsieh等研究了多种VOCs在活性炭上的吸附性能分布，指出VOCs分子的尺寸、结构、极性等均会影响吸附行为。根据吸附设备不同根据吸附设备不同可分为固定床吸附装置、流化床吸附装置和移动床吸附装置。固定床吸附装置主要有立式和卧式两种，结构较为简单、设备本体造价低、易操控。流化床吸附装置利用气体使吸附剂处于悬浮运动状态，能让废气和吸附剂充分接触，床层浅、压损小、能耗低，具有连续操作、低压降、传热好等优点。移动床吸附装置使废气连续均匀地在在反应器内移动，稳定地输入和输出，可实现逆流连续操作，但是结构相对复杂。然而，现有吸附装置通常体积庞大、后处理设施繁多，对于大风量低浓度的VOCs废气，一次投资增加且运行维护费较高。近期有学者提出采用陶瓷纤维纸、玻璃纤维、石棉等原材料制作成吸附转轮，在转轮上同时完成VOCs废气的脱附和吸附剂再生过程，这一思路与本课题研究目标接近，不过此类系统的研究尚处于起步阶段，技术还不成熟。因此，本领域迫切需要开发一种能够降低成本，简化系统，同时提高效果的旋流吸附技术处理VOC废气的方法与设备。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法与设备。一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法，其特征在于：在流量调节阀控制下，将分散载有铁相纳米活性中心的改性活性炭经加料泵输送至混合吸附器，在混合吸附器内初步吸附废气中的VOCs；混合后物料送至一级旋流吸附分离器，在三维旋转流场作用下，使活性炭颗粒产生旋转，确保活性炭表面始终保持吸附活性，对VOCs产生高效吸附作用；一次吸附后气体送至二级旋流吸附分离器，实现二次更高精度吸附分离；净化后气体并入外排管道，经引风机输送至外排管网。富含VOCs的活性炭从旋流吸附分离器底部流出，并入后处理系统。优选的，所述的改性活性炭在碳基载体上分散加载铁相纳米活性中心，构建碱性表面官能团(如甲氧基、酚羟基、吡咯等)，形成碳基吸附/催化材料，可增加单位吸附材料体积的VOC吸附容量。优选的，所述的碳基吸附/催化材料在制备过程中需精确控制Fe前驱体的形态和分散度，从而实现Fe纳米粒子尺度的调控。优选的，所述的混合吸附器设置多台，可并联或串联连接，以确保后续净化装置的连续稳定运行。优选的，所述的旋流吸附系统入口VOC浓度在0～3000mg/m3。另一方面，本专利技术提供了一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的设备，该设备包括：Ⅰ级旋流吸附分离器，用于进行一次高精度VOC吸附和气固分离；Ⅱ级旋流吸附分离器，用于进行一次更高精度VOC吸附和气固分离；与旋流吸附分离器相连的混合吸附器，用于实现VOCs废气与改性活性炭的混合和初步吸附；加料泵和引风机，用于提供物料输送；流量调节阀，用于调节物料流量。优选的，所述的旋流吸附分离器多级串联，VOC吸附效率达98％以上，污染物排放优于国家最新标准。优选的，所述的旋流吸附分离器的固体颗粒分离效率达99％以上。优选的，所述的混合吸附器设有顶部和底部两个进料管，旁侧设有出料口。优选的，所述的流量调节阀串联混合吸附器进口处，用于控制物料混合比例。本专利技术的方法特点如下：(1)活性炭与VOCs废气预先混合并初步吸附VOCs废气，有效的提高了VOCs的吸附效果。(2)选用分散载有铁相纳米活性中心的改性活性炭作为吸附剂，能够大幅度提高VOCs的容率和吸附率。(3)采用多级旋流吸附器串联或并联，实现更高精度VOCs吸附和气固分离，确保活性炭的回收率可达99％以上。本专利技术的设备特点如下：(1)选用旋流吸附床代替传统流化床和固定床，实现活性炭快速吸附VOCs，通过流场旋转，确保VOCs浓度差始终保持高位。该设备易集成，且直径小，减少了装置的总占地面积和总投资。附图说明图1是本专利技术的活性炭旋流吸附处理VOC废气的示意图图。符号说明：1加料泵；2混合吸附器；3一级旋流吸附分离器；4二级旋流吸附分离器；5引风机；6流量调节阀。具体实施方式如图1所示，排放的低浓度VOCs气体通过加料泵1输送至混合吸附器2底部进气口，分散载有铁相纳米活性中心的改性活性炭作为吸附剂，经流量调节阀6控制进入混合吸附器2顶部进料口，期间流量调节阀6控制VOCs气体和改性活性炭混合比例为1：5，两股物料在重力和浮力作用下，在混合吸附器2内混合，完成VOCs的初步吸附。混合后的气固物料经管线输送至一级旋流吸附分离器3的矩形进料口，在三维旋转流场作用下，使活性炭颗粒产生旋转，确保活性炭表面始终保持吸附活性，对VOCs产生高效吸附作用，一次吸附后的气体从一级旋流吸附分离器3的溢流口流出，进入二级旋流吸附分离器4的矩形进料口，实现二次更高精度吸附分离，其中吸附剂来自混合吸附器2，经吸附分离后的净化气体从一级旋流吸附分离器3和二级旋流吸附分离器4的溢流口经引风机5的输送至外排管网，富含VOCs的活性炭从旋流吸附分离器底部流出，并入后处理系统。本专利技术中旋流吸附分离器的结构，可参见名称为“一种高效硫化氢气体吸收装置”，申请日是2016年9月21日，申请号是201610494578.6的专利技术。在本专利技术的第一方面，提供了一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法，该方法包括：在流量调节阀控制下，将分散载有铁相纳米活性中心的改性活性炭经浆料泵输送至混合吸附器，在混合吸附器内初步吸附废气中的VOCs；混合后物料送至一级旋流吸附分离器，在三维旋转流场作用下，使活性炭颗粒产生旋转，确保活性炭表面始终保持吸附活性，对VOCs产生高效吸附作用；一次吸附后气体送至二级旋流吸附分离器，实现二次更高精度吸附分离；净化后气体并入外排管道，经引风机输送至外排管网。富含VOCs的活性炭从旋流吸附分离器底部流出，并入后处理系统。在本专利技术中，所述的改性活性炭在碳基载体上分散加载铁相纳米活性中心，构建碱性表面官能团(如甲氧基、酚羟基、吡咯等)，形成碳基吸附/催化材料，可增加单位吸附材料体积的VOC吸附容量。在本专利技术中，所述的碳基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法，该方法包括：在流量调节阀控制下，将分散载有铁相纳米活性中心的改性活性炭经加料泵输送至混合吸附器，在混合吸附器内初步吸附废气中的VOCs；混合后物料送至一级旋流吸附分离器，在三维旋转流场作用下，使活性炭颗粒产生旋转，确保活性炭表面始终保持吸附活性，对VOCs产生高效吸附作用；一次吸附后气体送至二级旋流吸附分离器，实现二次更高精度吸附分离；净化后气体并入外排管道，经引风机输送至外排管网。富含VOCs的活性炭从旋流吸附分离器底部流出，并入后处理系统。

【技术特征摘要】
1.一种活性炭旋流吸附处理VOC废气的方法，该方法包括：在流量调节阀控制下，将分散载有铁相纳米活性中心的改性活性炭经加料泵输送至混合吸附器，在混合吸附器内初步吸附废气中的VOCs；混合后物料送至一级旋流吸附分离器，在三维旋转流场作用下，使活性炭颗粒产生旋转，确保活性炭表面始终保持吸附活性，对VOCs产生高效吸附作用；一次吸附后气体送至二级旋流吸附分离器，实现二次更高精度吸附分离；净化后气体并入外排管道，经引风机输送至外排管网。富含VOCs的活性炭从旋流吸附分离器底部流出，并入后处理系统。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的改性活性炭在碳基载体上分散加载铁相纳米活性中心，构建碱性表面官能团，形成碳基吸附/催化材料，增加单位吸附材料体积的VOC吸附容量。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的碱性表面官能团是甲氧基、酚羟基或吡咯。4.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：何梦雅，李世杰，马良，肖善学，杨雪晶，张瑜，高连新，王芳芳，王依谋，
申请(专利权)人：华东理工大学，上海华谊精细化工有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31