CN102380284A

CN102380284A - 一种气凝胶吸附回收处理有机废气的装置和方法

Info

Publication number: CN102380284A
Application number: CN2011102706171A
Authority: CN
Inventors: 银凤翔
Original assignee: Changzhou Institute for Advanced Materials Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Changzhou Institute for Advanced Materials Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明涉及有机废气的回收方法，提供了一种气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，包括废气输送通道、蒸汽输送通道、并联设置的两个或多个吸附罐、切换阀、冷凝器、溶剂回收罐和蒸汽发生器。在吸附罐设置有气凝胶吸附层，所述的气凝胶是经过三甲基氯硅烷表面改性的硅气凝胶，具有完全疏水性质。本发明将气凝胶作为吸附剂取代印刷业甲醇等有机溶剂回收时所使用的颗粒活性炭或活性炭纤维等传统吸附剂，克服现有吸附回收过程中吸附剂容易因废气中水分吸附饱和而导致对有机溶剂的吸附能力下降的问题，提高吸附回收过程的效率。

Description

一种气凝胶吸附回收处理有机废气的装置和方法

技术领域

本发明涉及有机废气的回收方法，特别是涉及一种电子、印刷、涂布生产过程中挥发性有机废气的吸附回收处理装置和方法。

背景技术

在电子、印刷、涂布等行业的生产中要使用大量挥发性有机溶剂，用于溶解高分子树脂，这些有机溶剂在干燥成膜过程中会全部挥发，与空气混合后排放。据估计，全国各大水松纸印刷生产厂家每年消耗乙醇等溶剂多达上万吨，每年要向大气排放大量的有害物质，不仅造成环境污染，损害人们的身体健康，而且浪费资源。因此，工业上一般对这些有机溶剂进行回收处理，以达到减少环境污染，节约资源，提高企业经济效益，增加社会财富的目的。

目前，工业上水松纸生产中的乙醇等有机废气采用吸附法进行回收，其主要工艺过程为：含乙醇等混合废气先经过一定的前处理，再经过滤器进一步去除尾气中的杂质；然后经引风机进入吸附器，吸附了一定数量的有机溶剂的吸附剂，用饱和水蒸气进行解吸，解吸完成后将经过过滤的空气送入吸附器进行干燥，干燥好的吸附器进入下一工作程序循环吸附；解吸出的含有机物的混合蒸汽进入冷凝器中进行初级冷凝，冷凝液再经板式冷凝器冷却，经过冷凝的有机物和冷凝水进入分层槽，经重力分层，上层的有机物自动溢流至储槽，然后经输送泵送到吸附回收设备，下层的冷凝水排入废水处理系统。决定吸附法处理效率的关键是吸附器中的吸附剂。吸附剂性能的好坏，直接关系到回收率的高低、回收品的品质和运行成本。工业上对吸附剂的要求一般是具有密集的细孔结构，内比表面积大，高孔隙率，化学性质稳定，耐酸碱，耐水，耐高温高压，对空气阻力小等。在水松纸生产中，目前工业上采用颗粒活性炭或活性炭纤维作为吸附剂回收乙醇等有机溶剂。颗粒活性炭气孔均匀，除小孔外，还有0.5～5μm的大孔，比表面积一般为600～1600m²/g，被处理气体要从外向内扩散，通过距离较长，所以吸附解吸均较慢，并且吸附容易饱和，因此回收率较低(80％左右)，且使用寿命不长，运行成本高。活性炭纤维气孔较小，比表面积大，它是靠分子间相互引力发生吸附，相互不发生化学反应，是物理吸附过程，小孔直接开口向外，气体扩散距离较短，吸附解吸均较快，回收率高，可达90％以上，但是活性炭纤维价格昂贵，是活性炭的十倍以上。另外，这些活性炭基吸附材料具有一定的水吸附特性，这种特性不仅降低了吸附能力，而且在吸附剂水蒸气再生过程中，需要进行长时间的干燥过程，这样不仅费时而且成本高。另外，活性炭基吸附材料在工程应用中存在易燃的安全隐患问题。

气凝胶是一种多孔网络结构材料，孔径达1～100nm，具有高比表面积、低密度的均匀多孔材料，过去常用作保温隔热材料。由于气凝胶的丰富的微孔结构，比表面积大，孔隙率高，具有很强的吸附性能，可以吸附混合气体中的绝大多数有害气体。微孔孔径达纳米级的这种材料在光学、电学、声学、环保、冶金等领域具有特殊的性质，因而有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明要解决的问题是将气凝胶作为一种新型吸附剂，从有机废气中吸附分离回收挥发性有机溶剂，克服现有吸附回收过程中吸附剂容易因废气中水分吸附饱和而导致对有机溶剂的吸附能力下降的问题，提高吸附回收过程的效率。

一种气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，包括废气输送通道、蒸汽输送通道、并联设置的两个或多个吸附罐、切换阀、冷凝器、溶剂回收罐和蒸汽发生器，其特征在于：所述吸附罐设置有气凝胶吸附层。

所述的气凝胶是硅气凝胶，化学性质稳定，耐酸碱，耐水，耐高温高压。

所述的气凝胶是经过三甲基氯硅烷表面改性，具有完全疏水性质。

所述的气凝胶具有高的比表面，高的孔隙率，孔径分布均匀，且为连续的开口孔道。

典型地，所述气凝胶的比表面积≥400m²/g，孔容为1.8～3.2cm³/g，孔径为2～30nm，孔隙率为92～97％，孔道为连续开口孔道，具有优异的吸附性能。

一种气凝胶吸附回收处理有机废气的方法，包括以下步骤：

1)有机废气经废气输送通道被送入一个吸附罐，废气中所含的有机溶剂被吸附罐内的气凝胶吸附，吸附处理后的废气从吸附罐排出；

2)当一个吸附罐内的气凝胶吸附饱和后，通过切换阀将废气输送通道切换至下一个吸附罐，有机废气被送入下一个吸附罐吸附处理；

3)水蒸汽经蒸汽输送通道被送入吸附饱和的吸附罐进行脱附解吸，含有水蒸汽和脱附的有机溶剂的解吸气从吸附罐排往冷凝器进行冷凝，回收的有机溶剂进入溶剂回收罐；

4)通过切换阀使所述两个或多个吸附罐轮流进行吸附处理和脱附解吸循环。

一种气凝胶吸附回收处理有机废气的方法，其特征还在于，所述水蒸汽经冷凝器冷凝后，不是直接作为废水排出，而是经蒸汽发生器加热成为蒸汽，再经过蒸汽输送通道被送入吸附饱和的吸附罐进行脱附解吸，从而实现解吸水蒸汽的循环使用。

本发明将气凝胶作为吸附剂取代印刷业甲醇等有机溶剂回收时所使用的颗粒活性炭或活性炭纤维等传统吸附剂，克服了传统吸附剂的技术缺陷，提高了有机废气吸附回收处理的效率。

附图说明

附图1是实施例1的工艺流程图。

图中：1、吸附罐1，2、吸附罐2，3、冷凝器，4、蒸汽发生器，5、溶剂回收罐，V1、切换阀1，V2、切换阀2。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供一种气凝胶吸附回收处理有机废气的装置和处理方法。

某水松纸印刷车间排放的尾气，其主要成分为乙醇、乙酸乙脂、己二醇乙醚以及空气等，尾气风量为21000m³/h。

附图1是实施例1的工艺流程图。一种气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，包括废气输送通道、蒸汽输送通道、并联设置的两个吸附罐、切换阀、冷凝器、溶剂回收罐和蒸汽发生器。

吸附罐1和吸附罐2设置有气凝胶吸附层。

本实施例所使用的气凝胶所述的气凝胶是硅气凝胶，化学性质稳定，耐酸碱，耐水，耐高温高压。硅气凝胶作为吸附剂具有以下优点：1、阻燃性好，不存在活性炭吸附剂易燃的安全隐患；2、易于加工，可以根据需要以任何剂型形式生产，如块状，颗粒，粉末，棒状等；3、应用范围广泛，既可以在常压，也可以在真空或其他物理参数条件下使用；4、生产成本低。

所述的气凝胶是经过三甲基氯硅烷表面改性后完全疏水的，不仅保证了吸附含水蒸气的废气时不降低吸附能力，而且使气凝胶在蒸气再生过程中的干燥时间较短。

一种气凝胶吸附回收处理有机废气的方法，包括以下步骤：

1)有机废气经废气输送通道被送入吸附罐1，废气中所含的有机溶剂被吸附罐1内的气凝胶吸附，吸附处理后的废气从吸附罐排出；

2)当吸附罐1内的气凝胶吸附饱和后，通过切换阀V1、V2将废气输送通道切换至吸附罐2，有机废气被送入吸附罐2吸附处理；

3)水蒸汽经蒸汽输送通道被送入吸附饱和的吸附罐1进行脱附解吸，含有水蒸汽和脱附的有机溶剂的解吸气从吸附罐1排往冷凝器3进行冷凝，回收的有机溶剂进入溶剂回收罐5；

4)通过切换阀V1、V2使吸附罐1、吸附罐2轮流进行吸附处理和脱附解吸循环。

一种气凝胶吸附回收处理有机废气的方法，其特征还在于，所述水蒸汽经冷凝器3冷凝后，不是直接作为废水排出，而是经蒸汽发生器4加热成为蒸汽，再经过蒸汽输送通道被送入吸附饱和的吸附罐进行脱附解吸，从而实现解吸水蒸汽的循环使用。

为了研究使用气凝胶与活性炭材料作为吸附剂用于吸附回收过程的效率，及气凝胶的结构参数对吸附回收过程的影响，进行了大量对比试验以得到优选的工艺参数。

表1至表3给出了不同结构参数的气凝胶与活性炭材料用于吸附回收过程的试验结果。表1是在环境温度25℃、相对湿度10％条件下的试验结果，表2是在环境温度25℃、相对湿度40％条件下的试验结果，表3是在环境温度25℃、相对湿度80％条件下的试验结果。R1组是以常规活性炭材料作为吸附剂的试验数据，R2组是以经过疏水处理的活性碳纤维材料作为吸附剂的试验数据，第1～8组是以不同结构参数的气凝胶作为吸附剂的实验数据。

试验结果表明，在低湿度条件下，如表1所示，使用气凝胶作为吸附剂对有机废气进行吸收处理，与活性炭、活性炭纤维作为吸附剂比对组在吸附饱和时间和有机物吸收率的水平相当。但随着环境湿度的增大，如表2所示，活性炭吸附剂的吸附饱和时间和吸收率显著下降，活性炭纤维吸附剂的吸附能力也有明显降低，而气凝胶吸附剂的吸附饱和时间和吸收率虽然也有下降，但降低的幅度较小。气凝胶吸附剂各组试验结果的吸收率都高于98％，具有本发明所确定的特征参数的气凝胶吸附剂的试验结果的吸收率都高于99％。

表1：不同吸附剂吸附试验结果(温度25℃、湿度10％)

表2：不同吸附剂吸附试验结果(温度25℃、湿度40％)

表3：不同吸附剂吸附试验结果(温度25℃、湿度80％)

而在高湿度条件下，如表3所示，活性炭吸附剂和活性炭纤维吸附剂的吸附能力都急剧降低，已经难以满足工业废气处理的排放要求了。气凝胶吸附剂的吸附能力较为稳定，大多数试验结果的吸附饱和时间高于20min、吸收率大于97％，具有本发明所确定的特征参数的气凝胶吸附剂的试验结果的吸收率都高于98％，明显优于现有活性炭吸附材料和疏水活性炭纤维吸附材料。这表明本发明提供的气凝胶吸附回收技术对于高湿度操作条件具有非常优秀的吸附回收能力。

Claims

1.一种气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，包括废气输送通道、蒸汽输送通道、并联设置的两个或多个吸附罐、切换阀、冷凝器、溶剂回收罐和蒸汽发生器，其特征在于：所述吸附罐设置有气凝胶吸附层。

2.根据权利要求1所述的气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，其特征在于，所述的气凝胶是硅气凝胶。

3.根据权利要求1所述的气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，其特征在于，所述的气凝胶经过三甲基氯硅烷表面改性，具有完全疏水性质。

4.根据权利要求1所述的气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，其特征在于，所述的气凝胶具有高的比表面积，高的孔隙率，孔径分布均匀，且为连续的开口孔道。

5.根据权利要求4所述的气凝胶吸附回收处理有机废气的装置，其特征在于，所述气凝胶的比表面积≥400m²/g，孔容为1.8～3.2cm³/g，孔径为2～30nm，孔隙率为92～97％。

6.根据权利要求1所述的气凝胶吸附回收处理有机废气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的气凝胶吸附回收处理有机废气的方法，其特征还在于，所述水蒸汽经冷凝器冷凝后，经蒸汽发生器加热成为蒸汽，再经过蒸汽输送通道被送入吸附饱和的吸附罐进行脱附解吸。