一種有機物吸附劑的脫附再生方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有機物吸附劑的脫附再生方法：在脫附塔內(nèi)設(shè)有微波發(fā)生器的有機物吸附劑的脫附再生裝置內(nèi)，將待脫附的吸附有有機物的吸附劑置于脫附塔內(nèi)，從脫附塔頂端通入水蒸氣，開啟微波發(fā)生器，微波功率500-10000W，進行脫附處理2～30分鐘，脫附的有機物和水蒸氣從脫附塔底端蒸氣出口流出，進入冷凝器冷凝；然后切斷水蒸氣，從脫附塔頂端通入氮氣，底端流出氮氣，微波功率為200-2000W，進行干燥處理2-20分鐘，停止微波發(fā)生器并切斷氮氣，即得到脫附后的吸附劑。本發(fā)明水汽協(xié)同微波技術(shù)可大幅提高脫附速率，并且吸附殘留物很少。
【專利說明】一種有機物吸附劑的脫附再生方法
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機污染物吸附劑的再生方法，尤其針對有機分子在活性炭、分子篩和高分子樹脂吸附劑內(nèi)的再生脫附，解決目前有機廢氣、有機廢水吸附后吸附劑再生的問題。
(二)【背景技術(shù)】
[0002]吸附技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用在有機廢氣和有機廢水治理中，尤其是針對一些低濃度的有機廢氣和廢水，吸附可以很好地去除有機污染物，達到凈化的目的。另外，通過脫附回收利用，也可以實現(xiàn)有機污染物的資源化利用。目前工業(yè)上最常見的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、沸石分子篩和高分子多孔樹脂等，這些吸附劑都表現(xiàn)出良好的吸附特性。但在有機污染處理中，除了要求吸附劑具有高效吸附性能外，同樣要求吸附劑可以良好的再生性能，因此脫附也是有機污染物凈化的關(guān)鍵技術(shù)。目前研究較多的脫附技術(shù)有:溶劑洗脫、熱空氣脫附和水蒸氣脫附技術(shù)等，但溶劑洗脫和熱空氣脫附易造成后續(xù)處理的二次污染，而且有機物無法實現(xiàn)資源利用。因此在有機物脫附回收中，得到最為廣泛應(yīng)用的是水蒸氣脫附技術(shù)。通過大量高溫水蒸氣傳熱，使吸附有機分子受熱脫附，在后續(xù)冷凝中和水蒸氣一起轉(zhuǎn)化為液體，從而實現(xiàn)有機物的回收。
[0003]但在工業(yè)實踐中，水蒸氣再生技術(shù)同樣存在幾個問題:(1)利用水蒸氣溫度加熱吸附劑，要消耗大量水蒸氣；(2)水蒸氣熱量從外傳遞到吸附劑孔道內(nèi)，而分子篩和樹脂等吸附劑熱導(dǎo)系數(shù)小，熱傳遞速率慢，脫附時間長；(3)水分子會在吸附劑內(nèi)殘留，吸附劑需熱空氣進行干燥，能耗較高；(4)脫附產(chǎn)物含水率高，給后續(xù)儲存和分離帶來困難。
[0004]為進一步提高脫附速率，微波再生技術(shù)成為近年來的研究熱點，通過微波作用，可使活性炭迅速升溫，從而使吸附在表面的有機分子快速脫附，大大減少脫附時間，并且通過后續(xù)冷凝，得到較為單一的有機液體產(chǎn)物。但微波處理同樣也存在一些局限性:(1)首先微波處理活性炭等高介電常數(shù)的介質(zhì)，容易產(chǎn)生局部高溫和火花，存在嚴(yán)重的安全隱患，并且會破壞吸附劑結(jié)構(gòu)；(2)相對于高疏水性的吸附劑(如樹脂、高疏水性的沸石分子篩)和非極性的吸附質(zhì)(苯、甲苯)，由于介電常數(shù)低，微波幾乎不能加熱這些介質(zhì)，因此也不能達到良好的脫附效果。
[0005]因此迫切需要一種新的脫附再生技術(shù)，不僅使用安全高效，而且能適應(yīng)不同極性的吸附劑和吸附質(zhì)，回收得到低含水率的有機物。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種新的吸附劑表面有機物脫附技術(shù)，可提高脫附速率，降低能耗，以及減小有機物和水的分離的負(fù)荷。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種有機物吸附劑的脫附再生方法，所述方法為:在脫附塔內(nèi)設(shè)有微波發(fā)生器的有機物吸附劑的脫附再生裝置內(nèi)，將待脫附的吸附有有機物的吸附劑置于脫附塔內(nèi)，從脫附塔頂端蒸氣入口通入水蒸氣，開啟微波發(fā)生器，微波功率500-10000W，進行脫附處理2~30分鐘，脫附的有機物和水蒸氣從脫附塔底端蒸氣出口流出，進入冷凝器冷凝；然后切斷水蒸氣，從脫附塔頂端氮氣入口通入氮氣，底端氮氣出口流出氮氣，微波功率為200-2000W，進行干燥處理2-20分鐘，停止微波發(fā)生器并切斷氮氣，即得到脫附后的吸附劑。
[0009]所述微波功率可根據(jù)吸附塔內(nèi)體積大小進行調(diào)節(jié)，使微波場均勻作用整個吸附塔。[0010]所述水蒸氣每小時通入的體積量為吸附劑體積的0.2-5.0倍，其用量根據(jù)吸附劑介電常數(shù)不同而進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。
[0011]所述氮氣的空速為500-5000h-1優(yōu)選為20001h-1。
[0012]本發(fā)明還提供一種有機物吸附劑的脫附再生裝置，所述裝置包括脫附塔、蒸氣發(fā)生器、氮氣發(fā)生器、冷凝器，以及設(shè)于脫附塔內(nèi)的微波發(fā)生器，所述蒸氣發(fā)生器通過流量計與脫附塔頂端的蒸氣入口連通，氮氣發(fā)生器通過流量計與脫附塔頂端的氮氣入口相連通，氮氣出口和蒸氣出口分別設(shè)于脫附塔底端，蒸氣出口與冷凝器連通。
[0013]脫附塔內(nèi)可填裝待脫附的吸附劑，所述吸附劑可以為活性炭、活性炭纖維、沸石分子篩、高分子多孔樹脂等各種可吸附有機物的吸附劑。蒸氣發(fā)生器通過流量計調(diào)節(jié)水蒸氣流量，氮氣發(fā)生器通過流量計調(diào)節(jié)氮氣流量。
[0014]所述裝置可于冷凝器出口連接一存儲容器，存儲從冷凝器中冷凝出來的液態(tài)的有機物和水。
[0015]本發(fā)明脫附技術(shù)的工作原理如下:蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生一定量的水蒸汽，水蒸氣通入到脫附塔，開啟脫附塔內(nèi)部的微波發(fā)生器，使微波場均勻作于整個脫附塔，水蒸氣在微波作用下，既防止了水蒸氣冷凝，又可進一步被加熱升溫，熱量可迅速傳遞給有機吸附質(zhì)，使有機吸附質(zhì)在孔道內(nèi)快速脫附，隨水蒸氣從吸附劑表面脫附出來。另外對于高介電常數(shù)的吸附劑，可以快速加熱吸附劑，使其表面有機分子脫附。脫附的有機物和水蒸氣從脫附塔流出后，經(jīng)過冷凝器轉(zhuǎn)化為液體，得到的液體進入存儲容器，以備后續(xù)分離處理。當(dāng)脫附塔內(nèi)吸附劑吸附的有機物被脫附完全后，切斷水蒸氣量，通入氮氣，在微波作用下吸附劑內(nèi)殘存的水分子在氮氣帶動下，脫附出吸附塔放空，從而使吸附劑得到干燥。脫附完全的吸附劑可以回收利用于有機廢氣或有機廢水的吸附。
[0016]操作過程中，可根據(jù)吸附質(zhì)和吸附劑的介電常數(shù)，調(diào)節(jié)水蒸氣的量，如果采用吸附劑為低介電常數(shù)的高分子樹脂和高疏水性的分子篩，則適當(dāng)調(diào)高水蒸氣流量；如果采用的吸附劑為高介電常數(shù)的活性炭或活性炭纖維，可以大幅減少通入的水蒸氣量。另外，吸附質(zhì)的極性大小也影響水蒸氣通入量。如果脫附的有機物為非極性，可適當(dāng)增加水蒸汽量；如果脫附的有機物為強極性，可適當(dāng)降低水蒸氣量。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際情況可自行調(diào)節(jié)。
[0017]本發(fā)明提出的脫附技術(shù)的有點在于:(1)通過微波強化水蒸氣，使水蒸氣保持高溫蒸汽狀態(tài)，可大幅降低水蒸氣的用量，降低后續(xù)有機物和水的分離負(fù)荷，具有節(jié)能減排的意義；(2)水蒸汽進入吸附劑孔道內(nèi)后，在微波作用下可迅速把熱量傳遞給吸附的有機分子，大幅提高有機分子的脫附速率；(3)水蒸氣引入，可減少活性炭類吸附劑在微波作用下的局部高溫?zé)狳c和火花，保護吸附劑結(jié)構(gòu)，提高裝置的安全性；(4)在微波作用和氮氣吹掃下，可實現(xiàn)吸附劑快速的干燥，省略了單一水蒸氣脫附中熱空氣干燥和冷氣降溫的單元操作，降低了能耗。(5)此套技術(shù)適合具有各類不同介電常數(shù)吸附劑和極性吸附質(zhì)的脫附，具有廣泛的通用性；
(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:本發(fā)明水汽協(xié)同微波脫附裝置示意圖。
[0019]圖1中，I一水蒸氣發(fā)生器；2—冷凝器；3—冷凝液體儲存容器；4一保溫套；5—微波發(fā)生器；6—脫附塔；7—氮氣發(fā)生器。
[0020]圖2:實施例1中活性炭纖維表面甲苯在不同脫附方法下甲苯殘留率的對比圖。
[0021]圖3:實施例2中Y型分子篩表面甲苯在不同脫附方法下甲苯殘留率的對比圖。
[0022]圖4:實施例3中多孔高分子樹脂聚二乙烯苯(PDVB)表面甲苯在不同脫附方法下甲苯殘留率的對比圖。
(五)【具體實施方式】
[0023]下面以具體實施例來對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。
[0024]實施例1:
[0025]取活性炭纖維2克，吸附甲苯2克，裝入脫附塔，如圖1方式搭建脫附裝置。脫附塔6內(nèi)設(shè)有微波發(fā)生器5，蒸氣發(fā)生器I通過流量計與脫附塔6頂端的蒸氣入口連通，氮氣發(fā)生器7通過流量計與脫附塔6頂端的氮氣入口相連通，氮氣出口和蒸氣出口分別設(shè)于脫附塔6底端，蒸氣出口與冷凝器2連通，冷凝器2出口連接一存儲容器3，存儲從冷凝器中冷凝出來的液態(tài)的有機物和水。蒸氣發(fā)生器I與脫附塔6頂端的蒸氣入口之間的管道外設(shè)有保溫套4，防止蒸氣冷凝。
[0026]通過以下三種方法進行脫附:
[0027](I)微波+水蒸氣:從脫附塔頂端蒸氣入口通入水蒸氣，水蒸氣流量1.0g/min,開啟微波發(fā)生器，微波功率為600W，進行脫附處理，脫附的有機物和水蒸氣從脫附塔底端蒸氣出口流出，進入冷凝器冷凝，跟蹤監(jiān)測甲苯殘留率，至脫附完全；然后切斷水蒸氣，從脫附塔頂端氮氣入口通入氮氣，底端氮氣出口流出氮氣，氮氣空速20001，微波功率為600W，進行干燥處理3分鐘，停止微波發(fā)生器并切斷氮氣，即得到脫附后的吸附劑；；
[0028](2)微波+氮氣:從脫附塔頂端氮氣入口通入氮氣，底端氮氣出口流出氮氣，氮氣空速20001,微波功率為600W，跟蹤監(jiān)測甲苯殘留率，至脫附完全；
[0029](3)水蒸氣，從脫附塔頂端蒸氣入口通入水蒸氣，水蒸氣流量1.0g/min，進行脫附處理，脫附的有機物和水蒸氣從脫附塔底端蒸氣出口流出，進入冷凝器冷凝，跟蹤監(jiān)測甲苯殘留率，至脫附完全；。
[0030]以上三種方式脫附速率對比結(jié)果見圖2，結(jié)果表明，在微波作用下，活性炭纖維表面甲苯可以2分鐘之內(nèi)脫附完全，水蒸氣和微波協(xié)同作用下比單一微波，脫附速率更快。但采用單一水蒸氣脫附，需要近30分鐘才能脫附較完全。因此，對于介電常數(shù)較大的活性炭纖維吸附劑，微波可以明顯提高了脫附速率，水汽協(xié)同微波可以進一步加快脫附速率，并且吸附殘留物很少。
[0031]實施例2:
[0032]取Y型分子篩2克，吸附甲苯2克，裝入微波脫附塔，按照實施例1的三種方法進行脫附:(I)微波+水蒸氣，微波功率為600W，水蒸氣流量1.0g/min ; (3)微波+氮氣，氮氣空速2000h-1 ;(2)水蒸氣，水蒸氣流量1.0g/min。
[0033]以上三種方式脫附速率對比結(jié)果見圖3，結(jié)果表明，在微波作用下，Y分子篩表面甲苯可以10分鐘之內(nèi)脫附完全。而水蒸氣和微波協(xié)同作用下比單一微波，脫附速率更快，可在7分鐘之內(nèi)就脫附完全。但采用單一水蒸氣脫附，需要近30分鐘才能脫附較完全。因此，對于有一定極性的Y分子篩吸附劑，微波可以明顯提高脫附速率，水汽協(xié)同微波技術(shù)可以進一步加快脫附速率，并且吸附殘留物很少。
[0034]實施例3:
[0035]取多孔高分子樹脂聚二乙烯苯(PDVB) 2克，吸附甲苯10克，裝入微波脫附塔，按照實施例1的三種方法進行脫附:(I)微波+水蒸氣，微波功率為600W，水蒸氣流量1.0g/min ； (3)微波+氮氣,氮氣空速2000h_1 ； (2)水蒸氣,水蒸氣流量1.0g/min。
[0036]以上三種方式脫附速率對比結(jié)果見圖4，發(fā)現(xiàn)，在單一微波作用下，樹脂表面甲苯脫附速率很慢，30分鐘后，脫附率只達到40%。而水蒸氣和微波協(xié)同作用下比單一微波，脫附速率大幅提高，可在5分鐘之內(nèi)就脫附完全。但采用單一水蒸氣脫附，需要近30分鐘才能脫附較完全。因此，對于非極性和低介電常數(shù)的高分子樹脂吸附劑，單一的微波沒有脫附效果，但水汽協(xié)同微波技術(shù)可大幅提高脫附速率，并且吸附殘留物很少。
【權(quán)利要求】
1.一種有機物吸附劑的脫附再生方法，其特征在于所述方法為:在脫附塔內(nèi)設(shè)有微波發(fā)生器的有機物吸附劑的脫附再生裝置內(nèi)，將待脫附的吸附有有機物的吸附劑置于脫附塔內(nèi)，從脫附塔頂端蒸氣入口通入水蒸氣，開啟微波發(fā)生器，微波功率為500-10000W，進行脫附處理2-30分鐘，脫附的有機物和水蒸氣從脫附塔底端蒸氣出口流出，進入冷凝器冷凝；然后切斷水蒸氣，從脫附塔頂端氮氣入口通入氮氣，底端氮氣出口流出氮氣，微波功率為200-2000W，進行干燥處理2-20分鐘，停止微波發(fā)生器并切斷氮氣，即得到脫附后的吸附劑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述水蒸氣每小時通入的體積量為吸附劑體積的0.2-5.0倍。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氮氣的空速為500-500(?'
4.一種有機物吸附劑的脫附再生裝置，其特征在于所述裝置包括脫附塔、蒸氣發(fā)生器、氮氣發(fā)生器、冷凝器 ，以及設(shè)于脫附塔內(nèi)的微波發(fā)生器，所述蒸氣發(fā)生器通過流量計與脫附塔頂端的蒸氣入口連通，氮氣發(fā)生器通過流量計與脫附塔頂端的氮氣入口相連通，氮氣出口和蒸氣出口分別設(shè)于脫附塔底端，蒸氣出口與冷凝器連通。
【文檔編號】B01J20/34GK103447015SQ201310315505
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】盧晗鋒, 常仁琴, 周瑛, 曹潔晶, 劉露杰, 黃海鳳, 陳銀飛, 楚建堂, 季雪陽, 方敏杰 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)