CN111921513A - 一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置及方法，它是采用超临界流体萃取再生的方法，通过调节温度和压强，使CO2成为超临界流体并与饱和活性炭接触，从而让饱和活性炭再生，最后用柴油吸收脱附的有机物质，溶剂可作为燃料进行回收利用。该装置包括CO2储存瓶、开关阀门、流量计、多功能反应脱附箱、反应板、减压阀门、吸水泵、多功能分离箱、有机物回收箱、蒸汽冲洗水箱、电热板。该装置集活性炭再生、VOCs回收于一体，无二次污染，结构简单、操作方便、耗能较低，对活性炭的再生效率高、损失小且不改变活性炭内部结构，可以达到对吸附VOCs的饱和活性炭再生利用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置及方法，应用于活性炭再生技术领域。
背景技术
活性炭具有极为发达的内部孔隙结构和较大的比表面积,吸附容量大,速度快,能有效吸附气体、胶态固体及有机色素,是一种最常用的吸附剂之一,广泛应用于食品工业、化学工业、环境保护等各个部门。大量吸附饱和的工业活性炭如果直接焚烧处理，不仅会对环境造成二次污染，还会造成活性炭资源浪费。同时，活性炭的使用产会加剧资源的消耗并且活性炭具有可反复再生的特点。因此，废活性炭的再生循环利用不仅使资源得到充分利用，还能能节约企业的运行成本，故对活性炭再生进行研究具意义重大。
现有技术中，常用的活性炭再生技术主要有物理再生、化学再生和生物再生。对于物理再生法，可根据再生过程中的吸附物的最终去除行为特性，将再生方法分为2大类，脱附再生、分解再生。其中脱附再生包括变温变压再生和萃取再生，分解再生包括热再生、物理波再生和电再生；化学再生是利用再生介质与吸附有机物的化学反应、化学降解等手段进行再生的方法，包括酸碱再生、电化学、氧化再生等；生物再生法是指在饱和活性炭上进行微生物接种，通过微生物的降解作用再生。目前工业应用较多、通用性较好的再生方法主要是物理再生法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置及方法，用于克服现有技术中的缺陷，不仅可以使饱和活性炭再生，而且能够将脱附出的有机物污染物资源化利用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种吸收VOCs气体的饱和活性炭的再生处理装置，其特征在于该装置包括：CO2储存瓶、开关阀门、流量计、多功能反应脱附箱、反应板、减压阀门、吸水泵、多功能分离箱、有机物回收箱、蒸汽冲洗水箱、电热板；其中
CO2储存瓶1、第一开关阀门2-1、流量计3通过送料管与多功能反应脱附箱4相连，多功能反应脱附箱4内放有反应板 5、顶端设有减压阀门6并且底端与第五开关阀门2-5、蒸汽冲洗水箱10相连，蒸汽冲洗水箱底部有电热板11；多功能反应脱附箱4、第二开关阀门2-2和吸水泵7通过石英管与多功能分离箱8相连，多功能分离箱8通过石英管与第四开关阀门2-4、有机物回收箱9相连。
本发明所述CO2储存瓶1通过流量计3控制CO2的流量；多功能反应脱附箱4内设有反应板5用于放置饱和活性炭。
本发明所述多功能脱附箱4通过第二开关阀门2-2和吸水泵7与多功能分离箱8相连，吸水泵可以把多功能反应脱附箱4中的液体抽到多功能分离箱8进行脱附；蒸汽冲洗水箱10内装有蒸馏水，其底部装有电热板11把蒸馏水加热成水蒸气用于冲洗再生活性炭。
本发明进一步公开了采用吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置进行处理的方法，其特征在于：
将饱和活性炭放入到多功能反应脱附箱4中的反应板5上，打开第一阀门2-1将CO2储存瓶1中的CO2通入到多功能反应脱附箱4中，通过流量计3控制CO2流量；通过调节多功能反应脱附箱4中的温度和压强，使CO2变为超临界流体，从饱和活性炭中吸附有机物，达到饱和活性炭再生的目的；打开第二开关阀门2-2和抽水泵7将多功能反应脱附箱4中吸附了有机物的超临界流体抽到多功能分离箱8中，调节多功能分离箱8的温度和压强，使CO2从超临界流体状态转换为气态与液态有机物分离；打开第三开关阀门2-3，使CO2通入到CO2储存瓶1中，达到CO2循环使用的目的；打开第四开关阀门2-4，让多功能分离箱8中的有机溶液流入到有机物回收箱9中进行集中收回。
本发明所述多功能反应脱附箱4的温度控制在30-35℃、压强控制在70-75atm，使CO2成为超临界流体，增强CO2对有机物的溶解能力，使VOCs从活性炭中脱附出来，反应时间控制在30-120min。多功能分离箱8先保持与多功能反应脱附箱4相同的温度和压强，待超临界流体CO2全部转移到多功能分离箱8后,调节其温度在20℃以下并且将压强适当降低，使CO2从超临界状态转换为气态，而VOCs仍以液态存在，达到CO2与VOCs分离的目的。有机物回收箱9中装有柴油，柴油中的混合烷烃及其他组分可以有效吸收VOCs成分,吸收VOCs后的柴油作为燃料进行回收,达到了VOCs回收利用的目的，并且没有二次污染。蒸汽冲洗水箱10内装有蒸馏水，以及其底部装有电热板11，加热后可以产生水蒸气，打开第五开关阀门2-5和减压阀门6，向多功能反应脱附箱4中通入水蒸气，冲洗再生活性炭，调节多功能反应脱附箱4的温度100-120℃烘干2小时，达到活性炭再生利用的目的。
本发明更进一步公开了吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理方法在提高对吸附VOCs的饱和活性炭的再生效率方面的应用。实验结果显示：该装置在对吸附VOCs的饱和活性炭的再生效率可以达到90%以上，脱附的VOCs回收率达到90%以上，无二次污染。本装置在再生过程中活性炭的物理结构和表面化学特性影响很小且几乎无再生损耗，操作温度低、操作周期短、设备占地面积小、能耗低、CO2可以循环使用，不改变吸附质的化学性质，同时吸附质容易回收，再生经济性较好。 本发明更加详细的描述如下：
一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置，包括：CO2储存瓶、流量计、第一开关阀门，用于提供CO2；饱和活性炭再生装置，包括多功能反应脱附箱、反应板、第二开关阀门、减压阀门，用于超临界流体脱附使饱和活性炭再生；有机物分离装置，包括多功能分离箱、吸水泵、第三开关阀门、CO2循环管，用于有机物与超临界流体CO2分离；有机溶剂回收装置，包括有机物回收箱、第四开关阀门，用于回收有机物；蒸汽冲洗装置，包括蒸汽冲洗水箱、电热板、第五开关阀门，用于蒸汽冲洗再生活性炭。
进一步地，CO2储存瓶通过第一开关阀门、流量计控制CO2的流量。
进一步地多功能反应脱附箱内设有反应板用于放置饱和活性炭，顶部设有减压阀门。
进一步地，多功能反应脱附箱过第二开关阀门和吸水泵与多功能分离箱相连，吸水泵可以把多功能反应脱附箱中的超临界流体抽到多功能分离箱箱进行脱附。
进一步地，多功能分离箱中的超临界流体转变为气态CO2可以循环使用。
进一步地，蒸汽冲洗水箱内装有蒸馏水，以及其底部装有电热板把蒸馏水加热成水蒸气用于冲洗再生活性炭。
进一步地，一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生和VOCs处理装置的方法，包括以下步骤：
将饱和活性炭放入到多功能反应脱附箱中的反应板上，打开第一开关阀门将CO2储存瓶中的CO2通入到多功能反应脱附箱中，通过流量计控制CO2流量。通过调节多功能反应脱附箱中的温度和压强，使CO2变为超临界流体，从饱和活性炭中吸附有机物，达到饱和活性炭再生的目的。打开第二开关阀门和抽水泵将多功能反应脱附箱中吸附了有机物的超临界流体抽到多功能分离箱中，调节多功能分离箱的温度和压强，使CO2从超临界流体状态转换为气态，与液态有机物分离。打开第三开关阀门，使CO2通入到CO2储存瓶中，达到CO2循环使用的目的。打开第四开关阀门，让多功能分离箱中的有机溶液流入到有机物回收箱中进行集中收回。
进一步地，多功能反应脱附箱的温度控制在30-35℃、压强控制在70-75atm，使CO2成为超临界流体，增强CO2对有机物的溶解能力，使VOCs从活性炭中脱附出来。反应时间控制在30-120min。
进一步地，多功能分离箱先保持与多功能反应脱附箱相同的温度和压强，待超临界流体CO2全部转移到多功能分离箱后,调节其温度在20℃以下并且压强适当降低，使CO2从超临界状态转换为气态，而VOCs仍以液态存在，达到CO2与VOCs分离的目的。
进一步地，有机物回收箱中装有柴油，柴油中的混合烷烃及其他组分可以有效吸收VOCs成分,吸收VOCs后的柴油作为燃料进行回收,达到了VOCs回收利用的目的，并且没有二次污染。
进一步地，蒸汽冲洗水箱内装有蒸馏水，以及其底部装有电热板，加热后可以产生水蒸气，打开第五开关阀门和减压阀门，向多功能反应脱附箱中通入水蒸气，冲洗再生活性炭，调节多功能反应脱附箱的温度100-120℃烘干2小时，达到活性炭再生利用的目的。
当需要对吸附VOCs饱和的活性炭进行再生时，将饱和活性炭放入多功能反应脱附箱，调节多多功能反应脱附箱的温度和压强，超临界流体吸附饱和活性炭，使活性炭再生。调节多功能分离箱的温度和压强，使超临界流体与有机物分离。最后用柴油吸附有机物，回收利用。本发明在再生过程中活性炭的物理结构和表面化学特性影响很小且几乎无再生损耗，具有操作温度低、操作周期短、设备占地面积小、能耗低、CO2可以循环使用，有机物回收无二次污染，再生经济性较好的特点。
本发明的吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理处置的方法，该装置包括CO2储存瓶、多功能反应脱附箱、多功能分离箱、有机物回收箱和蒸汽冲洗水箱。本发明操作温度低、操作周期短、设备占地面积小、能耗低、CO2可以循环使用。本发明主要是通过超临界流体萃取再生的方法，通过调节温度和压强，使CO2成为超临界流体并与饱和活性炭接触，从而让饱和活性炭再生，最后用柴油吸收脱附的有机物质，溶剂可作为燃料进行回收利用。
在具体实施的过程中，可以将饱和活性炭放入到多功能反应脱附箱4中的反应板5上，打开第一开关阀门2-1将CO2储存瓶1中的CO2通入到多功能反应脱附箱中，通过流量计3控制CO2流量。通过调节多功能反应脱附箱4中的温度和压强，使CO2变为超临界流体，从饱和活性炭中吸附有机物，达到饱和活性炭再生的目的。打开第二开关阀门2-2和抽水泵7将多功能反应脱附箱4中吸附了有机物的超临界流体抽到多功能分离箱8中，调节多功能分离箱8的温度和压强，使CO2从超临界流体状态转换为气态，与液态有机物分离。打开第三开关阀门2-3，使CO2通入到CO2储存瓶1中，达到CO2循环使用的目的。打开第四开关阀门2-4，让多功能反应箱8中的有机溶液流入到有机物回收箱9中进行集中收回。最后，用电热板11加热蒸汽冲洗水箱10产生水蒸气，打开第五开关阀门2-5和减压阀门6，多功能反应脱附箱4中通输入水蒸气冲洗再生活性炭，最后调节多功能反应脱附箱4的温度烘干再生活性炭。
本发明主要控制的指标如下：
（1）多功能反应脱附箱的温度控制在30-35℃、压强控制在70-75atm；
（2）饱和活性炭再生反应时间控制在30-120min；
（3）多功能分离箱调控制其温度在20℃以下，压强低于70atm；’
（4）蒸汽冲洗再生活性炭时，调节多功能反应脱附箱的温度100-120℃烘干2小时。
本发明公开的吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置及方法与现有技术相比所具有的积极效果在于：
该装置集活性炭再生、VOCs回收于一体，在对吸附VOCs的饱和活性炭的再生效率可以达到90%以上，脱附的VOCs回收率达到90%以上，无二次污染。再生过程中活性炭的物理结构和表面化学特性影响很小且几乎无再生损耗，操作温度低、操作周期短、设备占地面积小、能耗低、CO2可以循环使用，不改变吸附质的化学性质，同时吸附质容易回收，再生经济性较好。
附图说明
图1为吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置的结构示意图；其中：
1、CO2储存瓶 2-1、第一开关阀门 2-2、第二开关阀门
2-3、第三开关阀门 2-4、第四开关阀门 2-5、第五开关阀门
3、流量计 4、多功能反应脱附箱 5、反应板
6、减压阀门 7、吸水泵 8、多功能分离箱
9、有机物回收箱 10、蒸汽冲洗水箱 11、电热板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生和VOCs处理处置的方法和装置进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种吸收VOCs气体的饱和活性炭的再生处理装置，该装置包括：CO2储存瓶、开关阀门、流量计、多功能反应脱附箱、反应板、减压阀门、吸水泵、多功能分离箱、有机物回收箱、蒸汽冲洗水箱、电热板；其中
CO2储存瓶1、第一开关阀门2-1、流量计3通过送料管与多功能脱附箱4相连，多功能脱附箱内放有反应板 5、顶端设有减压阀门6并且底端与第五开关阀门2-5、蒸汽冲洗水箱10相连，蒸汽冲洗水箱底部有电热板11；多功能反应脱附箱、第二开关阀门2-2和吸水泵7通过石英管与多功能反应箱8相连，多功能分离箱通过石英管与第四开关阀门2-4、有机物回收箱9相连。所述CO2储存瓶1通过流量计3控制CO2的流量；多功能反应脱附箱4内设有反应板5用于放置饱和活性炭。
所述多功能反应脱附箱4通过第二开关阀门2-2和吸水泵7与多功能分离箱8相连，吸水泵7可以把多功能反应脱附箱4中的液体抽到多功能分离箱8进行脱附；蒸汽冲洗水箱10内装有蒸馏水，其底部装有电热板11把蒸馏水加热成水蒸气用于冲洗再生活性炭。
实施例2
采用吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置进行处理的方法，其特征在于：
（1）将饱和活性炭放入到多功能反应脱附箱4中的反应板5上，打开第一阀门2-1将CO2储存瓶中的CO2通入到多功能反应脱附箱4中，通过流量计3控制CO2流量；通过调节多功能反应脱附箱4中的温度和压强，使CO2变为超临界流体，从饱和活性炭中吸附有机物，达到饱和活性炭再生的目的；
（2）打开第二开关阀门2-2和抽水泵7将多功能反应脱附箱4中吸附了有机物的超临界流体抽到多功能分离箱8中，调节多功能分离箱8的温度和压强，使CO2从超临界流体状态转换为气态与液态有机物分离；
（3）打开第三开关阀门2-3，使CO2通入到CO2储存瓶1中，达到CO2循环使用的目的；打开第四开关阀门2-4，让多功能分离箱8中的有机溶液流入到有机物回收箱9中进行集中收回。
实施例3
利用吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置进行处理的方法如下：
将饱和活性炭放入到多功能反应脱附箱4中的反应板5上，打开第一开关阀门2-1将CO2储存瓶1中的CO2通入到多功能反应脱附箱4中，通过流量计3控制CO2流量。通过调节多功能反应脱附箱4中的温度和压强，使CO2变为超临界流体，从饱和活性炭中吸附有机物，达到饱和活性炭再生的目的。打开第二开关阀门2-2和吸水泵7将多功能反应脱附箱4中吸附了有机物的超临界流体抽到多功能分离箱8中，调节多功能分离箱8的温度和压强，使CO2从超临界流体状态转换为气态，与液态有机物分离。打开第三开关阀门2-3，使CO2通入到CO2储存瓶1中，达到CO2循环使用的目的。打开第四开关阀门2-4，让多功能分离箱8中的有机溶液流入到有机物回收箱9中进行集中收回。
多功能反应脱附箱4的温度控制在30℃、压强控制在70atm，使CO2成为超临界流体，增强CO2对有机物的溶解能力，使VOCs从活性炭中脱附出来。反应时间控制在30-120min。多功能分离箱8先保持与多功能反应脱附箱4相同的温度和压强，待超临界流体CO2全部转移到多功能分离箱8后,调节其温度在20℃以下并且压强适当降低，使CO2从超临界状态转换为气态，而VOCs仍以液态存在，达到CO2与VOCs分离的目的。
有机物回收箱9中装有柴油，柴油中的混合烷烃及其他组分可以有效吸收VOCs成分,吸收VOCs后的柴油作为燃料进行回收,达到了VOCs回收利用的目的，并且没有二次污染。蒸汽冲洗水箱10内装有蒸馏水，以及其底部装有电热板11，
加热后可以产生水蒸气，打开第五开关阀门2-5和减压阀门6，向多功能反应脱附箱4中通入水蒸气，冲洗再生活性炭，调节多功能反应脱附箱4的温度120℃烘干2小时，达到活性炭再生利用的目的。
实施例4
对吸附涂料生产车间有机挥发性气体(VOCs)的饱和活性炭，首先将饱和活性炭放入到多功能反应脱附箱中的反应板中，打开CO2储存瓶的第一开关阀门和流量计，向多功能反应脱附箱通入CO2，调节多功能反应脱附箱的温度为31℃，压强为72atm，使CO2从气态转化为超临界流体状态，从饱和活性炭中吸附VOCs，反应时间控制在60min。保持多功能分离箱温度为31℃，压强为72atm同时打开第二开关阀门和吸水泵，将吸附了VOCs的超临界流体抽到多功能分离箱中，调节多功能分离箱温度为20℃，压强为65atm，使超临界流体CO2转变为气态CO2，同时有机物仍保持为液态。打开第三开关阀门将CO2回收到CO2储存瓶中循环使用。将有机物流入装有柴油的有机物回收箱，以便资源化利用。用电热板加热水箱到120℃，打开第五开关阀门和减压阀门，让水蒸气冲洗再生活性炭，最后调节多功能反应脱附箱4的温度100℃烘干2小时，得到再生活性炭。
由以上实施例可知，本发明提供了一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生和VOCs处理处置的方法和装置，本发明用超临界流体萃取再生的方法，通过调节温度和压强，使CO2成为超临界流体并与饱和活性炭接触，从而让饱和活性炭再生，最后用柴油吸收脱附的有机物质，溶剂可作为燃料进行回收利用。本发明在再生过程中活性炭的物理结构和表面化学特性影响很小且几乎无再生损耗，具有操作温度低、操作周期短、设备占地面积小、能耗低、CO2可以循环使用，有机物回收无二次污染，再生经济性较好的特点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置，其特征在于该装置包括：CO2储存瓶、开关阀门、流量计、多功能反应脱附箱、反应板、减压阀门、吸水泵、多功能分离箱、有机物回收箱、蒸汽冲洗水箱、电热板；其中CO2储存瓶（1）、第一开关阀门（2-1）、流量计（3）通过送料管与多功能反应脱附箱（4）相连，多功能反应脱附箱（4）内放有反应板（5）、顶端设有减压阀门（6）并且底端与第五开关阀门（2-5）、蒸汽冲洗水箱（10）相连，蒸汽冲洗水箱底部有电热板（11）；多功能反应脱附箱（4）、第二开关阀门（2-2）和吸水泵（7）通过石英管与多功能分离箱（8）相连，多功能分离箱（8）通过石英管与第四开关阀门（2-4）、有机物回收箱（9）相连。
2.根据权利要求1所述的一种吸收VOCs气体的饱和活性炭的再生处理装置，其特征在于CO2储存瓶（1）通过流量计（3）控制CO2的流量；多功能脱附箱（4）内设有反应板（5）用于放置饱和活性炭。
3.根据权利要求1所述的一种吸收VOCs气体的饱和活性炭的再生处理装置，其特征在于多功能反应脱附箱（4）通过第二开关阀门（2-2）和吸水泵（7）与多功能分离箱（8）相连，吸水泵（7）可以把多功能反应脱附箱（4）中的液体抽到多功能分离箱（8）中进行脱附；蒸汽冲洗水箱（10）内装有蒸馏水，其底部装有电热板（11）把蒸馏水加热成水蒸气用于冲洗再生活性炭。
4.一种利用权利要求所述1吸收VOCs气体的饱和活性炭再生处理装置进行处理的方法，其特征在于：
将饱和活性炭放入到多功能反应脱附箱（4）中的反应板（5）上，打开第一阀门（2-1）将CO2储存瓶（1）中的CO2通入到多功能反应脱附箱（4）中，通过流量计（3）控制CO2流量；通过调节多功能反应脱附箱（4）中的温度和压强，使CO2变为超临界流体，从饱和活性炭中吸附有机物，达到饱和活性炭再生的目的；打开第二开关阀门（2-2）和抽水泵（7）将多功能反应脱附箱（4）中吸附了有机物的超临界流体抽到多功能分离箱（8）中，调节多功能分离箱（8）的温度和压强，使CO2从超临界流体状态转换为气态与液态有机物分离；打开第三开关阀门（2-3），使CO2通入到CO2储存瓶中，达到CO2循环使用的目的；打开第四开关阀门（2-4），让多功能分离箱（8）中的有机溶液流入到有机物回收箱（9）中进行集中收回。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多功能反应脱附箱（4）的温度控制在30-35℃、压强控制在70-75atm，使CO2成为超临界流体，增强CO2对有机物的溶解能力，使VOCs从活性炭中脱附出来，反应时间控制在30-120min。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多功能分离箱（8）先保持与多功能反应脱附箱（4）相同的温度和压强，待超临界流体CO2全部转移到多功能分离箱（8）后,调节其温度在20℃以下并且将压强适当降低，使CO2从超临界状态转换为气态。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，有机物回收箱（9）中装有柴油，柴油中的混合烷烃及其他组分可以有效吸收VOCs成分,吸收VOCs后的柴油作为燃料进行回收。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，蒸汽冲洗水箱（10）内装有蒸馏水，以及其底部装有电热板（11），加热后可以产生水蒸气，打开第五开关阀门（2-5）和减压阀门（6），向多功能反应脱附箱（4）中通入水蒸气，冲洗再生活性炭，调节多功能反应脱附箱（4）的温度100-120℃烘干2小时。
9.权利要求4所述的吸收VOCs气体的饱和活性炭的再生处理方法在提高对吸附VOCs的饱和活性炭的再生效率方面的应用。
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