一种基于改性粉煤灰材料的双滤筒旋流VOCs吸附方法与流程

一种基于改性粉煤灰材料的双滤筒旋流vocs吸附方法
技术领域
[0001]
本发明涉及一种改性粉煤灰高效吸附vocs的新方法，特别涉及一种能回收vocs有用成分、吸附剂可重复利用的vocs处理新工艺。
技术背景
[0002]
vocs废气主要指的是散发于空气中的烃类、酮类、脂类、酚类、醛类等有机化合物的总称，这些有机化合物存在于空气中，将对人体造成十分严重的危害。例如甲醛、多环芳烃等有机废气有较强的致癌性，当人体长时间处于这类环境中时，患癌的可能性将大幅度上升；也有一些有机废气表现出较强的毒性作用，人体在过多吸入之后，将导致昏迷甚至死亡。此外，vocs废气还会引发雾霾、酸雨、臭氧层破坏、大气变暖等环境问题，给生态环境带来较为恶劣的影响。
[0003]
吸附技术是当前人们应用较为普遍的一种技术，通过该技术能够将对应的vocs废气吸附于材料的表面，从而达到净化空气的作用。目前，吸附法回收vocs的技术已经较为成熟，但大多以活性炭或分子筛为吸附剂，需要经常更换吸附剂，防止吸附剂由于吸附较多污染物，导致吸附能力减弱。此外，由于商品吸附剂的价格较高，高频率的拆装和调换，也会增加系统的运行成本。
[0004]
传统吸附装置常采用固定床或移动床的吸附结构，吸附过程中可能存在吸附床层过厚，压损大，以及进气压力分布不均导致吸附床层吸附不均，吸附剂不能充分利用等亟待改善的技术问题。
[0005]
燃煤锅炉焚烧后的产物粉煤灰，原本是一种待处理的固体废弃物，但其颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5～300μm。并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50％-80％，有很强的吸附能力，完全有可能取代活性炭和分子筛等吸附剂，成为更加经济的替代物。实验证明，粉煤灰的主要成分为硅铝酸盐以及硅、铝、铁、钙等元素的氧化物形态，作为吸附剂，能够耐高温耐腐蚀，再生损失量小，化学性质稳定，重复利用率较高，脱附技术简单易行。


技术实现要素：

[0006]
针对传统吸附工艺技术的不足，本发明提供了一种基于改性粉煤灰材料的高效吸附vocs的新方法，该方法可改善吸附效果，提高吸附剂利用率，且成本低廉。
[0007]
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。吸附装置包括：由支脚1、壳体21、与壳体21相连接的顶盖4、进气口接管2、出气口接管5和再生废气出口接管10组成的壳体系统；由吸附组件顶板16、吸附组件底板20和外滤筒8、内滤筒9组成的双滤筒吸附组件6、吸附组件支撑板8、外滤筒除尘滤网12、内滤筒除尘滤网17以及设置在内外滤筒中的改性粉煤灰吸附剂14组成的吸附系统；由再生喷吹管3组成的再生系统。吸附装置由壳体1与顶盖2连接围成密闭空间，双滤筒吸附组件6设置在装置内的支撑板上；双滤筒吸附组件6由外滤筒8、内滤筒9套装围成双滤筒结构，其内部形成中心气道10和夹层环形气道11两个气体流动空
间，外滤筒8底部设置吸附组件进气口12，进气口形状及尺寸规格与吸附装置进气管3相匹配；双滤筒吸附组件6整体框架由金属材料及高分子聚合材料拼接而成，其特征在于外滤筒8和内滤筒9空间上下封闭，两侧可供气流通过，中心气道10上下端与组件外界贯通，夹层环形气道11上端封闭，下端侧面经组件进气口12与组件外界连通；外滤筒8和内滤筒9内部可填装颗粒状或成型板式改性粉煤灰吸附剂，其特征在于内滤筒9为圆环柱形结构，外滤筒8为上薄下厚的圆环台形结构；进气口接管3与壳体1连接并向内延伸，穿过双滤筒吸附组件6的外滤筒8后与夹层环形气道11连通，其特征在于进气口接管3偏心安装，其轴线与壳体轴线垂直，但不在同一立面上，气流经进气口切向流入夹层环形气道11，在气道内形成环流；出气口接管4与顶盖2连接并与壳体1内空间上部连通；外滤筒8外侧壳体内壁上设置多条垂向再生喷吹管7，再生废气出口接管5与壳体1底部连接并与壳体内空间下部连通。
[0008]
当吸附装置正常运行时，vocs废气由进气口接管3穿过吸附组件进气口12切向进入滤筒夹层环形气道11，在气道内形成环流，螺旋上升。废气边旋转边吹扫吸附滤筒表面，其中一部分废气在离心动压的作用下进入外滤筒8，被滤筒内的改性粉煤灰吸附剂净化后进入壳体与双滤筒吸附组件6的夹层空间，另一部分废气在气流静压作用下进入内滤筒9，被净化后进入吸附组件中心气道10，两部分被净化的气体在装置顶部汇集，经由出气口接管4排出。当吸附床层穿透后，由再生喷吹管7喷射过热蒸汽或高温氮气等介质，对双滤筒吸附组件6进行再生，再生废气经由外滤筒8、双滤筒夹层环形气道11和内滤筒9进入中心气道10，由中心气道10下部出口以及再生废气出口接管5排出。再生废气中的vocs组分可通过冷凝、分馏等技术再次回收利用。
[0009]
所述吸附装置的双滤筒吸附组件6为一体化可拆装组件，当吸附剂失效后可整体更换组件，操作简单。
[0010]
因为气流进入装置的初始阶段流速较高，离心动压较大，特将所述外滤筒8底部加厚，以平衡内外滤筒的阻力，而随着气流的旋转上升，气量减小，离心动压也在摩擦力的作用下降低，气流施加于与内外滤筒的压力近于均衡，因此外滤筒8上部吸附床层逐渐变薄，以使废气的气量在内外滤筒间得到均匀分配。当内、外滤筒底部厚度比值为1∶1.5-1∶2，内、外滤筒顶部厚度比值为1∶1-1∶1.2时，装置吸附效果最佳。
[0011]
所述吸附装置为薄床吸附，以内滤筒9的厚度为基准，床层厚度为0.05-0.15m，外滤筒8厚度可在内、外滤筒厚度最佳比值范围内选取。依据床层厚度不同，空床气速可设置为5-25m/min。
[0012]
所述双滤筒吸附组件6中夹层环形气道11的高度与厚度之比应大于5∶1，以确保该方法均匀吹扫、均衡分压以及合理分流的特点得到充分发挥。
[0013]
在薄层改性粉煤灰滤筒吸附vocs的过程中，吸附剂穿透时间为30-45min，表明此改性粉煤灰对vocs具有较好的吸附性能；多次再生后的改性粉煤灰滤筒重复用于吸附vocs时仍然能够达到25-30min的穿透时间，表明其具有良好的再生性能。该方法工业应用时，可采用双塔轮流吸附再生的工艺系统，以确保工艺的连续、稳定、安全运行。
[0014]
与现有吸附方法相比，本发明具有以下优点：
[0015]
1)本发明涉及吸附装置为双滤筒吸附结构，内外滤筒同时吸附，可增加过滤面积，设备结构紧凑，缩减占地。
[0016]
2)本发明采用切向进气旋流吸附的方式，该方式有利于均匀分配气压，使吸附剂
被逐层利用，避免沟流的出现，减小死层厚度，提高吸附剂的利用率，延长再生周期。
[0017]
3)本发明涉及外滤筒设置为上薄下厚结构，该结构有助于平衡内外滤筒对气流的阻力，使穿过内外滤筒的气量分配更加均匀、合理。
[0018]
4)采用改性粉煤灰复合材料作为吸附剂，吸附剂可以加工为颗粒状填充于滤筒内，也可加工为板状直接插入滤筒内，该吸附剂有较好的吸附效果、成本低廉、可多次再生重复利用。
[0019]
5)将吸附剂与其装载容器一体化，整合为双滤筒式吸附组件，吸附剂失效后可整体更换组件，操作快捷便利，同时避免吸附剂散料运输时可能造成的环境污染。
附图说明
[0020]
图1是本发明的双滤筒吸附装置结构示意图
[0021]
图2是本发明的双滤筒吸附组件结构示意图
[0022]
图中：1、壳体，2、顶盖，3、进气口接管，4、出气口接管，5、再生废气出口接管，6、双滤筒吸附组件，7、再生喷吹管，8、外滤筒，9、内滤筒，10、中心气道，11、夹层环形气道，12、吸附组件进气口。
[0023]
图3是本发明中不同vocs浓度对吸附效果的影响
[0024]
图4是本发明中再生次数对吸附效果的影响
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0026]
本发明涉及的吸附装置是一套基于改性粉煤灰材料的双滤筒吸附装置，具体结构如图1和图2所示。
[0027]
当吸附装置正常运行时，vocs废气由进气口接管3穿过吸附组件进气口12切向进入滤筒夹层环形气道11，在气道内形成环流，螺旋上升。废气边旋转边吹扫吸附滤筒表面，其中一部分废气在离心动压的作用下进入外滤筒8，被滤筒内的改性粉煤灰吸附剂净化后进入壳体与双滤筒吸附组件6的夹层空间，另一部分废气在气流静压作用下进入内滤筒9，被净化后进入吸附组件中心气道10，两部分被净化的气体在装置顶部汇集，经由出气口接管4排出。当吸附床层穿透后，由再生喷吹管7喷射过热蒸汽或高温氮气等介质，对双滤筒吸附组件进行再生，再生废气经由外滤筒8、双滤筒夹层环形气道11和内滤筒9进入中心气道10，由中心气道10下部出口以及再生废气出口接管5排出。再生废气中的vocs组分可通过冷凝、分馏等技术再次回收利用。
[0028]
按照上述方法进行如下实验：
[0029]
内、外滤筒底部厚度比值为1∶1.8，内、外滤筒顶部厚度比值为1∶1；内滤筒9床层厚度为0.05m，外滤筒8上部厚度为0.05m，下部厚度为0.09m；空床气速设置为10m/min。夹层环形气道11的高度与厚度之比为8∶1。
[0030]
实验中以甲苯为目标污染物，甲苯废气浓度分别设置为400mg/m3和800mg/m3。图3为不同vocs浓度对吸附效果的影响，图中显示在吸附初始阶段装置的出口甲苯浓度一直未检出，随吸附时间延长，吸附床层被穿透，出口浓度先缓慢后迅速升高，入口浓度为400mg/m3和800mg/m3的吸附曲线穿透时间分别在45min和24min左右，吸附饱和时间分别在63min和
42min左右。由此可知，本发明对vocs废气具有良好的吸附效果。图4为再生次数对吸附效果的影响，本实验入口浓度固定为400mg/m3，其他参数不变，进行了20次吸附再生循环实验，图中显示再生10次以内，改性粉煤灰吸附剂的吸附效果无明显降低，10次至20次再生期间，吸附效果呈下降趋势，但在第20次再生结束后，吸附剂的穿透时间仍能达到30min左右。由此可知，由于改性粉煤灰吸附剂的化学性质较为稳定，其具有较好的多次再生吸附能力。
[0031]
本发明工业应用时，可采用双塔轮流吸附再生的工艺系统，以确保工艺的连续、稳定、安全运行。
[0032]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。