CN102600697A

CN102600697A - 一种用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯

Info

Publication number: CN102600697A
Application number: CN2012100777961A
Authority: CN
Inventors: 张蕾; 朱军利; 王鹏宇
Original assignee: Zhengzhou Zhongsida Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: CN102600697B

Abstract

一种用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，包括围护结构和其内部装填的吸附床层，其特征在于：所述的吸附床层由活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡）叠加而成，吸附床层任意两个相对端面或与之接近位置设有电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设有电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度，所述的围护结构包括密封部分和由一层或多层网状或多孔材料制成的进风面、出风面。本发明的的电热式净化滤芯用于大风量VOCs废气治理降低了滤芯的风阻，以较小的设备实现了大风量有机废气的处理；增加了单元吸附床层中吸附材料的装填量，吸附工作周期长，克服了由于吸附材料装填量小造成设备频繁在吸附－脱附间切换造成的能耗；吸附材料装填密实，吸附床层电阻率均匀一致，克服了局部过热造成的安全隐患。

Description

一种用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯

技术领域

本发明涉及环境工程领域中的挥发性有机化合物（VOCs）废气治理，具体涉及用活性炭纤维类材料吸附净化VOCs废气并用电热法脱附的滤芯，可用于从各种行业中产生的VOCs废气中回收有机溶剂，也可用于空气中VOCs的净化。

背景技术

VOCs废气普遍产生于现代工业生产和制造过程，如软包装印刷、合成革、合成纤维与合成树脂、汽车与摩托车涂装等行业，VOCs废气直接排放，不仅污染空气，同时也是一种严重浪费，提高了生产成本，增加企业的经济负担。上述工业过程产生的有机废气风量大、浓度低，治理难度大。

采用活性炭纤维吸附、水蒸气脱附的方法，如中国专利（申请号02235711.4、申请号02233407.6、申请号200720187403.7、申请号200810013779.5）中提到的方法，已成功应用于甲苯、二甲苯、环已烷、卤代烃等难溶于水的有机物的回收。但近年来在“无苯化”的趋势下，如软包装印刷等行业大量使用乙酸乙酯、乙酸正丙酯、异丙醇、乙醇、丁酮等醇类、酯类、酮类溶剂，醇类和酮类易溶于水，水蒸汽脱附回收的水和溶剂分离困难，酯类易水解，回收溶剂的品质差，无法直接回用，还会产生大量废水。

惰性热气体干式脱附可以解决水蒸气脱附存在的问题，如中国专利（申请号200810114892.2）提出“以氮气为脱附介质的活性炭纤维有机废气回收方法和系统”、中国专利（申请号200920153816.2）提出的“导管加热阻燃性气体循环脱附有机废气回收系统”、中国专利（申请号200910169851.8）提出的“一种采用二次吸附有机废气回收方法”等，热气体可以为氮气、二氧化碳气体、洁净的烟道气体，采用电、导热油或高温水蒸气加热脱附气体，冷凝法回收有机蒸汽。

惰性热气体干式脱附技术存在的主要问题是：能耗大、回收溶剂变质，存在安全隐患。原因在于系统需要配置惰性气体发生设备，气体发生过程本身能耗高；脱附气体通过外部传热方式使活性炭纤维升温，传热效率低，脱附气体需加热到较高的温度才能实现有效脱附，脱附过程能耗巨大，由此也进一步增加了冷凝回收的热负荷；高温条件下溶剂易氧化变质，因此脱附过程要严格控制脱附气体中氧含量，一旦氧含量超标，氧化造成的局部高温可能引发火灾。

中国专利（专利号ZL200520139796.5、专利号 01263147.7）提出“有机溶剂回收装置”，利用活性炭纤维毡和布具有导电性的特点，在通电条件下，利用电流产生的热量，使有机蒸汽脱附再生，省去了外热方法中庞大的换热设备，设备结构紧凑，能耗低，并通过真空泵抽入冷凝器。从原理上讲，该技术具有节能低耗、回收溶剂纯度高等优点。该装置存在的主要问题是：风阻大，处理风量小，不易工业化应用。无论是毡状活性炭纤维还是布状活性炭纤维，如果密实装填，风阻非常大，单元装置处理风量太小，远远不能满足印刷车间动辄每小时上万立方米有机废气的净化要求，能满足风量要求的设备，其体积非常庞大。风阻还限制了单元装置中活性炭纤维的装填量，造成吸附工作时间短，设备不得不在吸附一脱附过程之间频繁切换，吸附床层频繁抽真空、升温、降温，操作工艺复杂。如果疏松装填，虽然能降低风阻，但电阻率极不均匀，通电时吸附床层中存在高温点，造成活性碳纤维的局部烧蚀及有机物的氧化，既存在安全隐患又造成回收的有机溶剂品质变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是普通的毡状活性炭纤维和布状活性炭纤维密实装填时风阻大，不能满足大风量VOCs废气净化的要求，疏松装填则在通电加热时存在安全隐患。本发明提供一种风阻小、能密实装填、可通电加热、安全性高的大风量VOCs废气净化滤芯。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，包括围护结构和其内部装填的吸附床层，所述的吸附床层由活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡）通过与孔眼布局相应的方式进行紧密缠绕或平面压紧叠加后，形成吸附床层，吸附床层任意两个相对端面或与之接近位置设有电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设有电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度，所述的围护结构包括密封部分和由一层或多层网状或多孔材料制成的进风面、出风面，起到固定、密封、保护作用。

本发明的一种结构形式为：所述的电热式净化滤芯外观为进风面、出风面平行的箱式多面体结构，进风面、出风面为一层或多层的多孔筛板或/和筛网，吸附床层由活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡）通过平面压紧叠加而成，吸附床层任意两个相对端面或与之接近位置设有电极A和电极B，围护结构中相互绝缘的两个相对端面（包括进风面和出风面）也可分别作为电极A和电极B可对吸附床层通入电流，吸附床层中设有电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度。

本发明的另一种结构形式为：所述的电热式净化滤芯外观为圆柱体，围护结构由内筒体、端盖和外筒体组成，内筒体和外筒体分别为进风面和出风面，内筒体是一端封闭的中空多孔圆柱体，其上紧密缠绕活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡）形成吸附床层，外筒体由一层或/和多层网状或多孔材料制成，以端盖为电极或在吸附床层上下端面或与之接近位置设置电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设置电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度。

所述的活性炭网眼布是以各种含碳纤维编织成的网眼布为前驱体，经炭化、活化工艺制成。具体要求为，活性炭网眼布开孔率为18～80%，网眼形状可以为圆形、椭圆形或多边形，网眼内径（长度）为1～50mm，纵向任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔壁宽度，采用纵向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或横向上任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔壁宽度，采用横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或同时满足上述两个条件，采用纵向或/和横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层。在多层紧密缠绕或平面压紧叠加后，每个孔都不会被孔间相连部分完全遮盖，层与层之间的网眼能够互相连通，在吸附床层中形成贯通的立体孔道。

所述的多孔活性炭纤维布（毡）是以各种含碳纤维编织成的布、无纺布或毡为前驱体，经炭化、活化工艺后，经机械打孔制成。具体要求为，活性炭纤维布（毡）的开孔率为18～80%，孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，网眼内径（长度）为1～50mm，纵向任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔间距，采用纵向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或横向上任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔间距，采用横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或同时满足上述两个条件，则采用纵向或/和横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层。在多层紧密缠绕或平面压紧叠加后，每个孔都不会被孔间相连部分完全遮盖，层与层之间的网眼能够互相连通，在吸附床层中形成贯通的立体孔道。也可采用满足上述孔眼布局的套打孔的数层多孔活性炭纤维布（毡）组合，作为一个整体层，通过紧密缠绕或平面压紧叠加形成吸附床层。

或者具体要求为：活性炭纤维布（毡）的开孔率为18～80%，孔的形状为长条形、X形、十字形、新月形、弧形、L形中的一种或多种，任意一孔与其相邻行中位置最接近的孔在纵横两个方向上的投影都有重合，采用纵向和/或横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或仅在横向上的投影有重合，且孔在横向上的投影长度大于横向相邻两孔间在纵向上的投影距离，或仅在纵向上的投影有重合，且孔在纵向上的投影长度大于纵向相邻两孔间在横向上的投影距离，采用纵向和横向交替紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层。在紧密缠绕或平面压紧叠加后，每个孔都不会被孔间相连部分完全遮盖，层与层之间的网眼能够互相连通，在吸附床层中形成贯通的立体孔道。也可采用满足上述孔眼布局的套打孔的数层多孔活性炭纤维布（毡）组合，作为一个整体层，通过紧密缠绕或平面压紧叠加形成吸附床层。

两种或多种不同孔眼结构的活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡），分别满足上述三类孔型中的任意一种，采用与孔眼布局相应的紧密缠绕或压紧叠加方式，通过单层交替缠绕或叠加、多层交替缠绕或叠加、单层与多层交替缠绕或叠加后，每个孔都不会被孔间相连部分完全遮盖，层与层之间的网眼能够互相连通，在吸附床层中形成贯通的立体孔道。

本发明的滤芯除用于从大风量VOCs废气中回收有机溶剂外，本发明申请的滤芯还可应用于空气中有毒有害气体的净化、挥发性有机污染物的净化。和现有技术相比，本发明的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯具有如下有益效果：

（1）降低了滤芯的风阻，以较小的设备实现了大风量有机废气的处理；（2）增加了单元吸附床层中吸附材料的装填量，吸附工作周期长，克服了由于吸附材料装填量小造成设备频繁在吸附－脱附间切换造成的能耗；（3）吸附材料装填密实，吸附床层电阻率均匀一致，克服了局部过热造成的安全隐患。

附图说明

图1是本发明的一种箱式六面体电热式净化滤芯的结构示意图，其中：1.吸附床层；2.格栅；3. 多孔筛板；4.绝缘筛网；5.护板；6.电极A；7.电极B; 8.电偶。

图2是本发明的一种圆柱体电热式净化滤芯的结构示意图，其中：1. 吸附床层； 4.绝缘筛网；6.电极A；7.电极B; 8. 电偶；9.内筒体；10.端盖；11.卡箍。

图3本发明提到的一种网眼形状为菱形的活性炭网眼布的结构示意图，可通过纵向或横向紧密缠绕或平面压紧叠加形成吸附床层。

图4本发明提到的一种网眼形状为六边形的活性炭网眼布的结构示意图，可通过纵向或横向紧密缠绕或平面压紧叠加形成吸附床层。

图5本发明提到的一种孔形为圆形的多孔活性炭纤维布（毡）的结构示意图，可通过横向紧密缠绕或平面压紧叠加形成吸附床层。

图6本发明提到的一种孔形为长条形的多孔活性炭纤维布（毡）的结构示意图，可通过纵向和横向交替紧密缠绕或平面压紧叠加形成吸附床层。

图7本发明提到的一种孔形为L形的多孔活性炭纤维布（毡）的结构示意图，任意一孔与其相邻行中位置最接近的孔在在纵横两个方向上的投影都有重合，可通过纵向和/或横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层。

具体实施方式

实施例1

本实施例的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯如图1所示，电热式净化滤芯外观为进风面、出风面平行的六面体结构，包括围护结构和其内部装填的吸附床层1，围护结构由进风面、出风面和其他起固定、密封、保护作用的护板5组成，进风面和出风面从外向内依次为一层格栅2、一层多孔筛板3和一层绝缘筛网4，护板5、格栅2、多孔筛板3均采用环氧树脂材料制成，绝缘筛网4为玻璃纤维筛网，吸附床层1为图3-图7所示的活性炭网眼布和活性炭纤维布（毡）通过与孔眼布局相应的方式进行平面压紧叠加而成，吸附床层1上、下端面设有电极A6和电极B7，电极板A6和电极B7为铜质，可与外接电源相连对吸附床层1通入电流，吸附床层1中设有电偶8，在电热升温过程中测试吸附床层1的温度。

所述的活性炭网眼布是以各种含碳纤维编织成的网眼布为前驱体，经炭化、活化工艺制成。所述的多孔活性炭纤维布（毡）是以各种含碳纤维编织成的布、无纺布或毡为前驱体，经炭化、活化工艺后，经机械打孔制成。所述的炭化、活化工艺采用现有技术中常规活性炭纤维布（毡）的炭化、活化工艺即可实现。

图3为活性炭网眼布A的结构示意图，在纤维布本体001上设有网眼002，网眼形状为菱形孔，开孔率为65.6%，内孔对角线长度分别为2mm和3mm。

图4为活性炭网眼布B的结构示意图，在纤维布本体001上设有网眼002，网眼形状为正六边形，开孔率为67.8%，对角线长度为5mm；

图5为多孔活性炭纤维布C的结构示意图，在纤维布本体001上设有网眼002，孔形为圆形，直径2.5mm，开孔率为28.4%；

图6为多孔活性炭纤维毡D的结构示意图，在纤维布本体001上设有网眼002，孔形为（20mm×4mm）长条形，开孔率为25.5%；

图7为多孔活性炭纤维毡E的结构示意图，在纤维布本体001上设有网眼002，孔形为（20mm×4mm） L形，开孔率为25.2%。

采用如图1所示的滤芯结构，将市售厚度为3mm活性炭纤维毡、市售厚度为0.2mm活性炭纤维平纹布、自制的活性炭网眼布(A、B)、多孔活性炭纤维布C和多孔活性炭纤维毡D（如图3-图6所示材料）分别装填吸附床层，对1000mg/m³的乙酸乙酯进行净化，在相同测试条件下，测得数据如表1所示：

表1

可知，密实装填条件下，市售活性炭纤维布的装填密度可以达到0.37 g/cm³，市售活性炭纤维毡的装填密度仅为0.15g/cm³，但两种材料装填的床层均密不透风，无法满足大风量有机废气的治理需求。当活性炭纤维疏松装填，虽然床层阻力降为7500Pa，但松装床层无法通过电热再生，原因在于其电阻率极不均匀，通电时吸附床层中存在高温点，造成活性碳纤维的局部烧蚀，存在安全隐患。

同样密实装填条件下，活性炭网眼布(A、B)的装填密度增至活性炭纤维毡（松装）的1.5倍，床层阻力只为其1/3，在达到相同净化效率时，吸附时间也有所延长；多孔活性炭纤维布C，较市售活性炭纤维布，床层阻力降至5900Pa，装填密度和吸附时间均增加了3倍多；多孔活性炭纤维毡D，虽装填密度与市售活性炭纤维毡（松装）接近，但密实装填实现了毡状活性炭纤维的电热再生，在床层阻力和吸附时间方面均有所优化。

由此可见，活性炭网眼布和多孔活性炭纤维布（毡），密实装填条件下，能够大幅降低床层阻力，增加吸附材料的装填量，延长吸附工作周期，克服采用活性炭纤维毡和布作为吸附材料，在治理大风量VOCs废气带来的问题，同时避免疏松装填在通电加热时存在的安全问题。

实施例2

本实施例的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯如图2所示，电热式净化滤芯外观为圆柱体，包括围护结构和其内部装填的吸附床层1，围护结构由内筒体9、端盖10和外筒体组成，内筒体9和外筒体分别为进风面和出风面，内筒体9是由环氧树脂材料制成的一端封闭的中空多孔圆柱体，其上采用与孔眼布局相应的方式紧密缠绕如图3-图7所示的活性炭网眼布和活性炭纤维布（毡），形成吸附床层1，外筒体由多层绝缘筛网4围护并由卡箍11紧固而成，以保证吸附床层1密实。吸附床层1上下端面接近位置设置电极A6和电极B7，电极板A6和电极B7为铜质，可与外接电源相连对吸附床层1通入电流，吸附床层1中设置电偶8，在电热升温过程中测试吸附床层1的温度。

需要说明的是，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，包括围护结构和其内部装填的吸附床层，其特征在于：所述的吸附床层由活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡）叠加而成，吸附床层任意两个相对端面或与之接近位置设有电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设有电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度，所述的围护结构包括密封部分和由一层或多层网状或多孔材料制成的进风面、出风面。

2.根据权利要求1所述的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，其特征在于：所述的电热式净化滤芯外观为进风面、出风面平行的箱式多面体结构，进风面、出风面为一层或多层的多孔筛板或/和筛网，吸附床层由活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡）通过平面压紧叠加而成，吸附床层任意两个相对端面或与之接近位置设有电极A和电极B，围护结构中相互绝缘的两个相对端面（包括进风面和出风面）也可分别作为电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设有电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度。

3.根据权利要求1所述的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，其特征在于：所述的电热式净化滤芯外观为圆柱体，围护结构由内筒体、端盖和外筒体组成，内筒体和外筒体分别为进风面和出风面，内筒体是一端封闭的中空多孔圆柱体，其上紧密缠绕活性炭网眼布或/和多孔活性炭纤维布（毡）形成吸附床层，外筒体由一层或/和多层网状或多孔材料制成，以端盖为电极或在吸附床层上下端面或与之接近位置设置电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设置电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，其特征在于：所述的活性炭网眼布是以各种含碳纤维编织成的网眼布为前驱体，经炭化、活化工艺制成。

5.根据权利要求1、2或3所述的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，其特征在于：所述的多孔活性炭纤维布（毡）是以各种含碳纤维编织成的布、无纺布或毡为前驱体，经炭化、活化工艺后，经机械打孔制成。

6.根据权利要求1、2或3所述的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，其特征在于：所述的活性炭网眼布网眼形状为圆形、椭圆形或多边形，纵向任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔壁，采用纵向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或横向上任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔壁，采用横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或同时满足上述两个条件，采用纵向或/和横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层。

7.根据权利要求1、2或3所述的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，其特征在于：所述的多孔活性炭纤维布（毡），孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，纵向任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔间距，采用纵向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或横向上任意相邻的两个孔的内径（长度）大于其孔间距，采用横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或同时满足上述两个条件，采用纵向或/和横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；也可采用满足上述孔眼布局的套打孔的数层多孔活性炭纤维布（毡）组合，作为一个整体层，通过与孔眼布局相对应的紧密缠绕或平面压紧叠加方式形成吸附床层。

8.根据权利要求1、2或3所述的用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，其特征在于：所述的多孔活性炭纤维布（毡），孔的形状为长条形、X形、十字形、新月形、弧形、L形中的一种或多种，沿纵向成行循环出现，任意一孔与其相邻行中位置最接近的孔在纵横两个方向上的投影都有重合，采用纵向和/或横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或仅在横向上的投影有重合，且孔在横向上的投影长度大于横向相邻两孔间在纵向上的投影距离，或仅在纵向上的投影有重合，且孔在纵向上的投影长度大于纵向相邻两孔间在横向上的投影距离，采用纵向和横向交替紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层，也可采用满足上述孔眼布局的套打孔的数层多孔活性炭纤维布（毡）组合，作为一个整体层，通过与孔眼布局相对应的紧密缠绕或平面压紧叠加方式形成吸附床层。