CN1604812A - 从气流中吸附污染物以及吸附剂的就地再生 - Google Patents

Abstract

污染物通过在吸附剂上吸附而从一气流特别是一载有污染物的空气流中去掉，留下释去污染物的气流，该吸附剂为可压缩的弹性导电活性碳布材料；载有污染物的碳布材料可通过污染物的解吸而再生；载有污染物的碳布材料藏在真空中，而电流则经过碳布材料，在布材料中产生热，该热对解吸污染物是有效的，污染物在真空下被排出；所产生的热的水平通常可按需要改变，以在布材料中建立一250－500℃的温度，它通过改变布材料的压缩来改变；解吸通常在10托或更低的真空下在30分左右内完成。

Description

从气流中吸附污染物以及吸附剂的就地再生

技术领域

本发明涉及用于从载有污染物的气流中去掉污染物的方法和设备或装置；本发明还涉及用于从载有所吸附的污染物的碳布材料解吸污染物的方法和设备或装置。

更具体一些，本发明涉及用活性碳布吸附剂从空气流中去掉气态污染物，以及随之通过直接作用以电流“就地”再生碳布，在通电时，被电加热的碳布保持真空，而污染物或其热降解的产品则从排出的空气中相伴地收集，以用于回收或处理。本发明很适于净化密闭的空间如飞机机舱、潜水艇、车辆、建筑物、私人住所和个人的空气呼吸器的空气。

背景技术

活性碳当今已经在工业中和其它地方广泛用作过滤介质，以用于从气流和液流中去掉气体污染物，在该处，污染物组成不到1％的流体流。这种材料的需求估计每个为220000吨。并且到2002年，以每年5.4％的速度增加。这一部分是由于化学工艺的产出增加而且全世界的环境管理更严格。例如，环境保护机构(EPA)对若干种环境污染物已经降低了排放标准。应当指出，在美国，1998年排出的挥发性有机污染物总共为1.62×10⁷kg，而这些排出物的溶剂利用则总计为30％。

此外，公共建筑的居住者，私人住宅的居住，商用飞机、火车和车辆的乘客都越来越关心他们所呼吸的空气的质量。这种关心随着能量守恒措施在这些微观环境中的实施，以及释气性合成材料的使用增加而更为尖锐。这就导致对能控制所呼吸的空气中的气态污染物的通风系统日益感兴趣。这种系统总是要使用活性碳，以控制这种污染物。

当前用于从空气流中去掉浓度＜1％的气态污染物的活性碳都是通常放在托盘中的颗粒状的或球团状的活性碳或粉末状的活性碳(PAC)。受污染的空气流的路线经过一吸收气态污染物的活性碳床。经过净化的空气流或是再循环或是排放至大气中。与这种系统有关的固有问题包括高的压力降和定期更换用过的碳，而这是一种劳动强度高、有潜在危险的而且是昂贵的过程。另一种方案为，碳可以包含在一基体中或粘结至纤维上并且如同在(WO94/03270)中描述的那样，作为板、块或厚板成形。虽然这解决了跨越过滤介质时的高的压力降的问题，但是它导致粘结的碳的吸附能力降低，并且仍然需要定期更换。

活性碳也可作为纺织的或编结的活性碳布存在，也可作为毛毡存在。可以用它来做成非常薄的具有非常低的压力降和有相当于较深的颗粒床的吸附能力的碳床。它理想地适用于空气净化。不过，至于其它形式，则必须定期更换，而两次更换之间的时间则可以比较短。

用过的碳，不管其形式如何，在其有效性下降，低于一可接受的值时，都要被再生或更换。用新的活性碳替换是费钱又费劳动力的。从现场去掉用过的碳，以便再生，招致运输和劳力费用和介质的分解。用过的碳的吸附能力的再生工艺总是包括碳床的加热。此热通常从外面通过使用热空气或蒸汽供应，或通过将热元件放在碳介质中(US5187131)。再生气体燃烧碳介质，伴之而来的是同时损失活性碳的量和吸附能力。同样的过程适用于用过的碳的现场再生。

目前，用真空过程再生用过的碳已经基本上无效，这是因为，吸附质的挥发需要热能，而真空解吸则对不能补偿的碳有一急冷作用，因为已经知道，真空环境是非常有效的隔热体。因此，对于所有目前存在的工艺，在真空吸附时，热能并不能加到急冷的碳上。大不了，该工艺需要一个不规则的时间量去得到可接受的再生。

对于前述所有再生过程，经过再生的活性碳通常决不会达到其原有的吸附能力，因为有一个抗拒去除的残余吸附质。对于“就地”经过蒸汽再生的活性碳，这特别普通。其结果为，经过再生的碳最终不能满足污染物去除的要求，而且必须更换。

已经知道，在现有技术中，活性碳是能够导电的。这种材料的电阻性能要如此，以使有用的热可以按此方式产生(US6107612)。曾经企图通过利用碳的这种性能去产生再生用过的碳所需要的热(DE4104513)。不过，在用于颗粒状的/球团状的/粉末状的碳时，用这种过程只得到有限的成果，因为有不均匀的加热模型、热点和短路。

通过使电流通过碳布，从而在吸附介质本身中产生解吸所需要的热量，已经得到较好的结果，在该介质中，适用吸附过程和解吸过程的热力学(US5912423)。此方法本质上在热力学方面比原有技术的各种方法更有效。不过，这种方法需要采用空气或惰性气体的冲洗流，以将解吸的污染物运离碳布。不推荐用空气，因为它经过一定时间之后必然导致由于氧化而引起的碳的重大损失，而且此方法需要在再生阶段使用大量的惰性气体，该再生阶段可能需要三个小时或更多，这要取决于负载和解吸特性。此方法还要求使用技术上复杂的措施(通常是低温技术)，以从所用的大量惰性气体中去掉污染物。

发明内容

本发明的目的为提供用于从一气流特别是一空气流中去掉气态污染物的装置和方法，而没有与原有技术的方法有关的缺点。

本发明的另一目的为提供一种去掉存在于气流或空气流中的气态污染物的方法，它采用活性碳布材料作为吸附剂，该吸附剂能通过在真空中使电流通过碳布材料而有效地、均匀地和迅速地“就地”再生。

本发明的又一目的为提供一种用于有效地回收排出的污染物以便处理或加工的方法和设备。

本发明还提供在吸附剂上从一气流特别是空气流连续去掉污染物，并且接着迅速非破坏性地再生吸收剂。本发明提供具有最小的压力降和长寿命期望的吸附剂床，其原有吸附能力基本通过再生而恢复，并且在该处，床的深度只受到宿尘系统的能力的限制。

按照本发明的一个方面，提供一种用于从载有污染物的气流中去掉污染物的方法，该方法包括：

i)使载有污染物的气流流入装有可压缩的弹性导电活性碳布材料的室中；

ii)在上述布材料上吸附上述污染物，形成载有上述污染物的活性碳布材料和释去上述污染物的气流，并且从上述室中去除上述气流；以及

中断载有污染物的气流向室流入，使上述室处于真空并使电流通过载有上述污染物的上述碳布材料，以在上述碳布材料中产生对从上述碳布材料中解吸上述污染物有效的热，同时保持真空。

按照本发明的另一个方面，提供一种从一种载有被吸附的污染物的可压缩的弹性导电活性碳布材料解吸污染物的方法，该方法包括：

a)将上述载有吸附的污染物的碳布材料装在一室中；

b)使上述室处于真空，以及

使电流通过上述碳布材料并在上述碳布材料中产生对从上述碳布材料中解吸上述污染物有效的热。

按照本发明的又一个方面，提供一种用于从载有污染物的气流中去掉污染物的装置，该装置包括：

a)一装有可压缩的弹性导电活性碳布材料的室；

b)上述室装有一第一口和第二口，该第一口用于将载有污染物的气流送入上述室中，该第二口用于从上述室中去除释去污染物的气流；

c)一对在上述室中互相隔开的电极，上述电极与上述碳布材料电接触，以使电流在上述电极之间流动并经过上述碳布材料，上述碳布材料在上述电流从其经过时产生热；以及

上述室是气密的，以在由碳布材料产生热时在室中保持真空。

按照本发明的又一个方面，提供一用于从载有吸附的污染物的可压缩的弹性导电活性碳布材料解吸污染物的装置，该装置包括：

I)一装有上述碳布材料的室；

II)一对在上述室中相互隔开的电极，上述电极与上述碳布材料电接触，以使电流在上述电极之间流动并经过上述碳布材料，上述碳布材料在上述电流从其经过时产生热。

III)上述室是气密的，以在由碳布材料产生热时在室中保持真空，以及

IV)一排放口，它用于通过由碳布材料产生的热在真空下排出从碳布材料解吸的污染物。

优选实施例的说明

a)吸附与解吸

本发明意图在导电而且可弹性弹压的活性碳布材料上从载有污染物的气流中吸附污染物。

本发明还意图从载有吸附的污染物的碳布材料上解吸污染物。

解吸通常在10-30℃的环境温度下进行，更具体一些，在20℃左右时通过使载有污染物的气流流过活性碳布材料；用于解吸的接触时间通常少于1秒，更具体一些，少于0.1秒。

污染物可能是一种有用的材料，它可以在后续的步骤中回收，以便再用，例如在大气中在工业场所聚集的溶剂；或者它们可能是一种有毒的或无用的材料，它们要被收集，以便处理。污染物通常都是在中等温度下蒸发的有机物质，例如工业溶剂或有机物或有机气体或在高温下蒸发或在高温下热降解成可排放的气体的细的颗粒状有机物质或有机金属物质。

解吸通过在真空下在碳布中产生的热进行，该热使污染物蒸发。此热通过使电流经过碳布而产生，而产生的热的水平可以通过碳布的压缩或解压或通过使较大的或较小的电流经过碳布而改变；或者两个办法都用。这样，可以根据被解吸的污染物和所要求的解吸速度来选择热或温度。较高的温度造成更快的解吸，不过，污染物的热分解或热降解在较高的温度下更有可能。

在一个对将有机污染物热降解成可以排放至大气中的单分子如二氧化碳、氮和水，或可以排放至大气中或回收的单分子如氨和二氧化硫有效的水平下产生热，是属于本发明的范围。

解吸通常在由碳布在不超过10乇、再好一些小于0.5乇、更好一些小于1乇而且最好小于0.5乇的真空下产生的温度下迅速完成，该温度为250～500℃，更具体一些为300～350℃，而且在此温度下，解吸在20～45分钟完成，而且通常少于30分。

在此情况下，当污染物要被热降解时，通过调节压缩水平或改变流经碳布的电流，就可以容易地在碳布中产生约为1000℃或更高的温度。

在真空下从碳布材料解吸污染物，使活性碳布再生，基本达到其原有的吸附能力。在真空中操作，避免碳布被空气降解并允许使用较低的用于解吸的温度，它同样避免暴露在高温中的碳布降解。

b)碳布材料

本发明所用的吸附剂是碳布材料。碳布材料是导电的，不仅在压缩时达到宽范围的热生成，而且在作用比较小的压缩力变化时迅速达到大的热量增加。

特别是，可以例如是纺织的、非纺织的、编结的或做成毛毡的布材料可以是碳布、碳毛毡、用碳浸渍的布或石墨化的碳布。

碳布和毛毡通过将用可能是合成纤维例如聚丙烯腈的纤维、长丝或纱，或天然纤维例如棉花或碳树脂纤维的有机纤维、长丝、单长丝纱和多股长丝纱做成的布和毛毡碳化而形成。

碳布在温度超过400℃时在有氧存在时变质。在这些布用于产生的温度超过这些水平的用途中，可能需要对布化学处理，以防止氧化，而载有污染物的惰性(非氧)气体则不会面临这种缺点。

热通过使电流在电极之间通过并经过碳布材料而在碳布材料中产生，而且此热用于通过从载有污染物的气流吸附而从原先载有污染物的碳布解吸污染物。

术语“可弹性压缩的”应当理解为表示碳布材料可以通过向其上作用压缩力而被压缩，而该材料则在去掉压缩力时膨胀或基本恢复至其压缩前的状态。布材料有一部分可以认为有记忆压缩前的状态的弹性记忆，以致它可以反复压缩至不同的压缩水平，但是在松开或部分松开压缩力时恢复至最初的状态或压缩不大的状态。

应当明白，弹性或经过压缩的加热元件放松至压缩前的状态的能力可以随着使用时间而改变。

提及改变加热元件的压缩旨在减少压缩，也就是减压，以便增加所产生的热，以及增加压缩，也就是加压，以便减少产生的热。

碳布材料应当适当地经得住在所要产生的温度下的热，而且在连续不停地或反复地受到这种热时不会变质。碳布材料可特别包括许多按相邻的并排关系的导电碳布层，每个层至少与相邻的层电接触，尤其是每个布层的主面与相邻的布层的主面接触，各个布层形成一堆叠床或垛，其中，各个层处于相反面对的关系。不过，堆叠或垛要如此设置，以使各个层是水平的，而且各个层的布置可能从水平取向至垂直取向。

许多层可以由相同的或不同的分散的单独的层形成，也可以由连续长度的布形成，该布按手风琴的方式重复折叠，以形成许多层，或是可以从按手风琴的方式折叠然后堆叠在一起的单独长度组合而形成，或是从按手风琴的方式折叠的单独的长度和堆叠在一起的分散的单独层组合而形成。

c)压缩力

在优选的实施例中，可弹性压缩的导电的布材料包括许多碳布层，它们如此设置在一单独的空间中，在一对互相隔开的电极之间，以使许多层的最外面的层与电极电接触，从而提供一电流在电极之间流动的路径。

在此情况下，电极中的一个或两个可以调节位置，以改变电极的分隔距离，也就是单独的空间的长度。调节电极中的一个或两个的位置，以改变分隔它们的距离，就可以在许多布层上提供压缩力或减压力。

不过，也可以将各个层设置在一对互相隔开的绝缘构件例如陶瓷构件之间，有从电极经过绝缘构件伸出的电接插件，以与各布层形成电接触，或直接连至靠外面的布层上。在此情况下，调节绝缘构件中的一个或两个的位置，以改变绝缘构件之间的分隔空间，就可以提供所要求的压缩力或减压力。

应当明白，电极或绝缘构件必须有结构上的完整性，以能向各个布层施加压缩力。

附图说明

图1为本发明的用于实施本发明的方法的装置的示意图，

图2示意地示出本发明的用于吸附污染物的检测系统；

图3示意地示出按照本发明的用于收集解吸的污染物的设备；

图4用曲线示出在本发明的装置的室中的动力消耗与真空之间的关系；

图5用曲线示出在本发明的装置中的碳布材料的温度与在30分钟的时段内去掉的吸附质(甲苯)之间的平衡关系；以及

图6用曲线示出在本发明的装置中的解吸量(甲苯)与解吸时间之间的关系。

具体实施方式

进一步参考图1，本发明的装置10有一装有吸附剂床14的室12。床14的相反端分别与铜电极16和18电接触。

室12有一入口20、一出口22和真空阀24与26。

吸附剂床14由许多处于并排的关系的活性碳布层28组成，各相邻的层28处于电接触，所得到的吸附剂床14可弹性压缩，并设置在石墨布层40之间。吸附剂层14装在一陶瓷套筒30中。

一热电偶32测量吸附剂床14中的温度。

室12进一步包括一压力转换器34和一游标36，以调节铜电极16和18之间的间隔，从而改变吸附剂床14的碳布层28的压缩度。

出口22连至一真空源38(未示出)。

进一步参考图2，在该处示出平行采用本发明的一对装置56和58的系统50。装置56用于吸附污染物，而装置58则处于再生活性碳布。

系统50进一步包括一受污染的气流管线52和一清洁的气流管线54。一传感器60设置在管线54中。

装置56和58特别属于与图1所示的装置10相同的形式。

进一步参看图3，在碳布再生时与图1的装置10联合使用的污染物回收组件70包括一回收容器72和一真空泵74。

污染物入口管线76在操作时与图1的装置10的出口22连通。

组件70进一步包括真空阀78，而容器72进一步包括一气动的活塞80和一液态污染物出口82。

在图1的装置10运行时，一载有污染物的气流经过入口20流入室12并穿过吸附剂床14，污染物通过活性碳布层28被从气体吸附；释去污染物的气体经过出口22流出室12。此吸附过程可在环境温度下进行。

这样，参考图2，经过出口22离开室12的释去污染物的气体流入清洁气流管线54，污染物被保留在实际上在图2的装置56中。进一步参考图2，污染的气流就这样流经装置56，但是不经过装置58。清洁气流管线54中的气流中的污染物水平由传感器60监控。

如果传感器60检测到污染物的不能接受的水平，表明使用中的装置56中的吸附剂床14的有效性已经由于床14载有污染物而降低，则继续将污染的气流流入装置56中。

在使用装置56的期间，装置58已经处于吸收剂床14的再生状态。装置58现在已经投入使用，污染的气流经过装置58送入，以便去掉污染物，而释去污染物的气流则流至污染物水平由传感器60监控的清洁气流管线54中。在此作业中，不再使用的装置56经受吸附剂床的再生。

进一步参考图1描述再生。

在进行再生时，将入口20关闭，而出口22则连至一真空源38上，并将室12抽成真空。电流在铜电极16和18之间供给并经过吸附剂床14的碳布层28，该层28载有事先从气流中吸附的污染物。电流的经过在碳布层28中产生热，而热的水平，则可以通过改变碳布层28上的压缩而改变。压缩通过改变隔开电极16和18的距离而改变，此距离通过用游标36(相对于电极18)移动电极16而改变。

后面这种改变所产生的热的水平的操作全部在美国专利6107612中作了描述，其主旨在此结合，以作为参考。

热的产生水平如上所述调节，以达到适于在真空下在室12中从布层28中解吸污染物的水平。通常，300～500℃的范围的温度对多数污染物在10乇或更低的真空下已经足够，而碳布层28的解吸则在20～45分钟内完成。

污染物根据所产生的温度解吸成气态或蒸气态。如果有需要，在那些不要求收集污染物，以便再用或以便处理的情况下，产生的热可以达到一高温，以用于将污染物热降解成可以排放至大气中的简单的气体分子。

解吸的污染物或热降解产品在真空下经过出口22从室12排出。

进一步参看图3，图中示出一污染物回收组件70，它在污染物要求回收而不是热降解，以便再用或处理的情况下，与图1的装置10联合使用。

从室12经过图1的出口22出来的污染物沿污染物入口管线76被真空泵74抽出，并进入回收容器72。容器72在有需要时可以被密封，与入口管线76隔开。在回收容器72中收集的污染物蒸汽可用气动的活塞80压缩成液体的形状，最后，所得到的污染物液体可以从出口82排出，以便于处理或在工业过程中再用。

一般的技术说明

如上所述，图1为用于在本发明的气流中吸附和解吸气态污染物的设备的示意的剖面。

该设备全部用可从市场上得到用于低真空工作的部件构成，也就是说，用具有允许达到低压(＜0.1mmHg)而不泄漏的密封的用法兰连接的管路构成。吸附剂床14包含在陶瓷套筒30中，在电极16和18之间，该电极合适的是铜环电极，不过，所用的导电金属由污染物气流的特性决定。例如，腐蚀性气流就要求像不锈钢这样的金属。

吸附剂床14包含在非吸附性石墨布层40之间，该布层保证通至床14的电流的均匀分布。热电偶32在吸附剂床14中在再生时监控温度，而压力转换器34在室12中在此过程中监控压力。游标36或类似的不太复杂的装置如螺钉允许操作人员选择电极16和18之间的距离，以达到所要求的再生温度(美国专利No.6107612，Farant)。吸附剂床14的温度可以通过加大作用在床14上的电流并保持电极16和18固定而改变。不过，应当指出，由于随着使用期的延长而造成收缩，吸附剂床14的深度减小，电极距离仍然必须定期重新调整。

吸附过程

所用的吸附剂床14的性能受制于要从气流中去掉的气态污染物的性质，也就是说，对于特殊的条件，要预先选择吸附剂床14的微孔尺寸分布。吸附剂床14的吸附能力及其床深还要根据污染物浓度的预计范围和气流速度以及所要求的两个再生阶段之间的时间来选择。

污染的气流在室温下送入图1的装置10中。与吸附剂床14的接触时间＜0.1秒。在由传感器60检测到清洁的空气流(图2)中有0.1％的污染的气流的组分浓度时，吸附过程就恰当地中止。此时，污染的空气流经由位于平行的导管(图2)中的第二个同样的装置58改道。这可以通过关闭通向包含使用中的装置(56)的导管的进入阀，同时打开通至再生装置(58)的导管中的阀来实现。这样，污染的气体在再生过程中的流动不会中断。根据污染的气流中的组分的性质和浓度，第二个气体净化系统就可能不需要，而污染的气体则可以在再生吸附剂床14所需要的20-45分钟内排放至大气中。再生频度尽可能是每小时一次，从而允许气体净化系统起反应，以改变气流中的污染物的浓度。

解吸过程

在启动解吸之前，用允许室12达到＜0.1mmHg而无过分的泄漏的阀密封气体净化系统。以后就迅速将室12抽真空，直至到达一合适的真空(需要5分钟或更少)。以后就定位电极16和18，并向吸附剂床14通以电流，直至它到达所要求的温度(300-500℃，需要1分钟或更少)。达到此温度所需要的功率是比较小的(＜20瓦)。继续此高温/低压处理20-45分钟(取决于床深、污染物内容和温度)。从室中抽出的污染物被送至回收容器72中。值得提出的是，室12的外壁的温度决不要超过40℃，并且不需要采取任何特别的安全措施。一旦加热/真空阶段结束，就切断通到吸附剂床14的电流，并在切断真空泵74之前使床冷却至＜100℃(15分钟或更少)，允许空气再次进入室12。

对于一个特殊的污染物甲苯，吸附/再生过程在6个月中重复50次，对吸附剂床14的吸附能力和物理完整性没有影响。

污染物回收

在再生循环中从吸附剂床解吸的气态污染物用真空(50-70乇)/压力(20-60Psig)泵直接泵送入保持低压(＜400乇)(图3)的回收容器72中。一旦再生阶段结束，通至回收容器72的进入阀78自动关闭。将活塞80定位成保持容器72中的低压(＜400乇)。在许多次再生循环(由容器72的大小决定)以后，并在活塞80已经到达其最低点的地方，致动活塞80，以将回收容器72的体积压缩至一使多数气态污染物凝结至液相所需要的内压。以后就打开出口82，以将液化的污染物释放至废弃物处理容器中。活塞80以后就回至一个将容器72的内压重新设定成＜400乇的位置，准备下一个再生循环。另一种方案为，可以去掉真空泵74，而在组件70中建立一个恰当的真空的过程可以通过活塞80在容器12中的移动来完成。

本发明的应用

虽然一般地引用于载有污染物的气流，但是在多数情况下，气体可以是空气，而且将进一步用污染空气来描述。不过，本发明可用于从空气以外的气体去掉污染物，只要这种气体对本发明的吸附和解吸过程是惰性的。

此处所描述的本发明可以同样很好地用于一个以连续的空气流动为特征的系统，或一个以周期性的、连续的或中断的空气流为特色的系统。

1)连续的空气流系统

这类系统的一个卓越的例子为在办公大楼中建立的HVAC(取暖通风自动控制)系统。空气流是连续的，而且其污染物内容在性质上是复杂的，在浓度上是低的。对这种系统的主要要求是臭味控制。HVAC系统在办公大楼中已经认为是室内空气品质投拆的主要原因。

上面描述的本发明提供一种或两种可能性。也就是说，空气净化系统(即吸附/解吸装置)可以作为主通风系统的一部分做成一体，或较小的单元可以被容易地翻新改进，装在将返回的空气从每一层输送至主系统的主空气排放导管中。两种类型的空气净化系统都允许较大的再循环空气量，因为污染的返回的空气有效地被清洗掉气态的有臭味的污染物。可以预期，根据此处所描述的本发明正确设计的空气净化系统可以有效地在给定的工作日中控制臭味和气态污染物。翻新改建一个空气净化系统和操作它的费用可通过大大地减少加热/冷却供至大楼的空气的费用而回收。这种系统还有效地解答大楼居民对不良的室内空气品质的投拆。应当指出，这种空气净化系统适于用在其它供以连续的空气流的封闭空间如飞机机舱、火车、地铁车辆、车辆和私人住宅中。

2)周期性空气流

这类空气流的一个良好例子为由使用溶剂和/或在其工作日暴露在其它气态污染物的工人穿戴的呼吸器。目前，采用这种气态污染物呼吸器的一个不可超越的问题在于固有的对于它们的突然失效缺乏警告，而这种失效将导致穿戴它们的工人处于受伤害甚至死亡的危险之下。在美国和加拿大的立法要求纠正这一问题。此处所描述的本发明可通过在呼吸器的可取下的盒中结合空气净化系统而解决这一问题。完成这一措施所需要的改装很容易达到，而且允许在每个使用场合之后“就地”再生盒中的吸附剂。为了做到这一点，每个盒子都连至一真空源和一电源上，而作用在其吸附剂上的温度则按照本发明通过调节电极和/或加大/减小作用在吸附剂上的电流而得到。吸附剂在再生循环(通常为30分钟)中的温度用放置在吸附剂床中的热电偶监控。每个呼吸器盒子是在每次使用之后恢复至其原有的吸附能力，保证穿戴它们的工人的安全。吸附剂床的状态可以通过观察电阻的变化来监控。

3)其它用途

本发明的巨大优点之一为，它可以实际上与所有要求从空气流中去掉气态污染物的系统做成一体。在这个意义上，它不受到原有技术的用途中固有的各种限制。例如，此处所描述的本发明可以有益地用于从工业烟道中消除气态污染物的排放，并用于回收由化学工艺释出的有价值的溶剂。

本发明的值得注意的特色

此处所描述的本发明的突出的特色为将载有吸附剂的碳布在真空下快速加热至高温，得到的结果为快速而有效地解吸污染物并就地在比较短的时段内(通常＜30分钟)再生活性碳布。

本发明所具有的另一显著的特色为它提供了能有效地回收多数即使不是全部在再生过程中解吸的污染物的能力，该能力大部分是由于抽出的经过处理的空气量比较少(主要是室的体积较小)。

此外，吸附剂有长的寿命，而且经过长的包括重复的吸附和解吸步骤的使用期，也基本保持它的原有的全部的吸附能力。

用于这类空气净化系统的吸附剂床的两个再生之间的时段由吸附剂床的深度、床的碳布的吸附能力、空气流中的气态污染物的浓度以及空气流动的速度制约。由于本发明所允许的吸附剂床深度只受到宿主系统的空气移动设备的能力的限制，两个再生之间的时段可以按要求有多长就有多长。应当指出，这是目前原有技术中的碳布吸附剂床出现的主要限制之一。由于所采用的构形，它们基本上只限于较小的吸附剂床深度。

用于加热碳布以进行其再生的功率(瓦特)比原有技术所提出的要小很多，有两个原因：(1)再生循环的持续时间(通常为30分钟或更少)，以及(2)电流作用在碳布吸附剂床上的方式，也就是说，沿优选的“a”方向(从碳布的顶部至底部或经过布的厚度从一个面到另一个面)，而不是电阻较大的“b”方向(从碳布的一个端部至另一个端部，也就是说，从一个边缘到另一个边缘)。

本发明的另一个特色为，与原有技术相比，它便于在大量各种不同的空气净化系统中进行能够负担的、经济的、快速的翻新改进。

碳布吸附剂床的优选的构形还允许设计者在预选所要求的经过它的压力降时有较大的自由。此构形允许通过布的编织形式和微孔度的恰当选择和在吸附剂床本身中有利地使用导电的金属隔板而使压力降为最小。

以正常使用为根据，给定的此处所描述的碳布吸附剂床的寿命预期值(也就是更换以前所要求的寿命)估计超过六个月。

由于再生过程是在高真空(通常低于10乇，最好低于0.51乇)下进行，可以采用接近1000℃的温度，伴之而来的是缩短再生时间并提高再生过程的有效性。

本发明的限制

此处所描述的本发明的可能限制为那些祸害所有碳基吸附剂床的东西，也就是说，碳与腐蚀性气体如HF之间的反应，如果该气体存在于要净化的空气流中。这在高温下导致形成氟碳化合物。不过，由于再生过程在高温下以较短的时间进行，很可能这并不会成为问题。

一个可能的设计限制为要求吸附剂床室有不导电的壁。这可能限制可根据所描述的本发明设计的空气净化系统的总体尺寸。不过，根据在不锈钢室的内表面上施以陶瓷糊并接着在高温下烘烤的初步试验，有希望去掉这一限制。

试验结果

图4示出，在按301℃进行30分钟的再生过程中，在碳吸附剂床室中测得的动力消耗(瓦特)和真空(mmHg)如何随着时间减小。读数按每1分钟的间隔读取，而温度则保持在301±2℃。动力消耗减少了初始值的三分之一。对照起来，室中的环境压力差不多减少十分之九。这两种减少非常可能与从碳布去掉吸附质(甲苯)有关。同时达到比较小的动力消耗和室压力可用作再生过程的状态的指示。此结果清楚地示出，需要较少的动力消耗去达到碳布吸附剂的完全再生。

图5用例子说明了碳布吸附剂床温度与在30分钟的时段内去掉的吸附质(甲苯)之间的平衡关系。在300℃之前得到一线性关系(r²＝0.9985)。它表明，所去掉的污染物量直接取决于作用在吸附剂床上的电热温度。在这些试验中，在0.26mmHg(0.26乇)的平均环境(室)压力下，在300℃下达到100％的再生。在此时段内在所有超过300℃的温度下都得到此结果。该结果示出了下列关系：

％解吸的甲苯＝7.2+0.31×解吸温度

这些结果清楚地示出了通过此发明所描述而进行的再生过程的快速性。

图6示出，在300℃的平衡温度下，在0.5mmHg(0.5乇)的平均吸附剂室真空时，从碳布吸附剂去掉的吸附质(甲苯)的量与再生过程的持续时间之间的关系。值得注意的是，在这些条件下，在5分钟内达到超过70％的再生，而在20分钟或更少的时间内超过80％的吸附质被去掉。此结果清楚地表明，采用此处所描述的过程可以在较短的时间内达到可接受的再生量(80％或更多)。再生过程的持续时间的变化对所达到的再生百分数不会有重大的冲击。

此关系可以写成下列式子：

％解吸的甲苯＝74.9+0.81×解吸时间

得到一线性关系(r²＝0.78)。

Claims (20)

1.一种用于从载有污染物的气流中去掉污染物的方法，该方法包括：

i)使载有污染物的气流流入装有可压缩的弹性导电活性碳布材料的室中；

ii)在上述布材料上吸附上述污染物，形成载有上述污染物的活性碳布材料和释放上述污染物的气流，并且从上述室中去除上述气流；以及

iii)中断载有污染物的气流向室内流入，使上述室处于真空并使电流通过载有上述污染物的上述碳布材料，以在上述碳布材料中产生对从上述碳布材料中解吸上述污染物有效的热，同时保持上述真空。

2.如权利要求1的方法，它包括：

iv)在上述真空下从上述室中排放在步骤iii)中从上述布料中解吸的污染物。

3.如权利要求1或2的方法，其特征为，上述真空低于1.0乇。

4.如权利要求1、2或3的方法，其特征为，在上述步骤iii)中产生的热对在上述碳布材料中建立一300-500℃的温度是有效的，而解吸则在20-45分钟内完成。

5.如权利要求1、2、3或4的方法，它包括收集在步骤iv)中从室中排出的解吸的污染物的步骤。

6.如权利要求1至5的任一项的方法，其特征为，在步骤iii)中，从载有污染物的碳布材料解吸污染物使活性碳布材料再生，而经过再生的碳布材料则用于步骤i)和ii)中，以用于从载有污染物的气流中吸附污染物。

7.如权利要求1至6中的任一项的方法，其特征为，在步骤i)中的上述活性碳布材料包括许多层的导电活性碳布，其特征为，上述许多层的每一层至少与上述许多层的相邻层电接触，而上述许多层则设置在第一和第二互相隔开的电极之间并与之电接触，而步骤iii)则包括改变上述材料的压缩水平，以改变所产生的热，使其到达所要求的水平，以用于从上述碳布材料中解吸上述污染物。

8.如权利要求1至7中任一项的方法，其特征为，在步骤iii)中产生的上述热对将解吸的污染物热分解成简单的可排放至大气中的气体有效，并且所述方法包括从上述室将上述简单的气体排放至大气中的步骤。

9.一种从一种载有被吸收的污染物的可弹性压缩的导电活性碳布材料解吸污染物的方法，该方法包括：

a)将上述载有吸附的污染物的碳布材料装在一室中；

b)使上述室处于真空，以及

c)使电流通过上述碳布材料并在上述碳布材料中产生对从上述碳布材料中解吸上述污染物有效的热。

10.如权利要求9的方法，它包括：

d)在真空下从上述室中排放解吸的污染物。

11.如权利要求9或10的方法，其特征为，上述真空低于1.0乇，而在步骤c)中产生的上述热对在上述碳布材料中建立一300-500℃的温度是有效的，而且解吸在20-45分钟内完成。

12.如权利要求9、10或11的方法，其特征为，上述活性碳布材料包括许多层的导电活性碳布，其特征为，上述许多层的每一层至少与上述许多层的相邻层电接触，而上述许多层则设置在第一和第二互相隔开的电极之间并与之电接触，而步骤c)则包括改变上述材料的压缩水平，以改变所产生的热，使其到达所要求的水平，以用于从上述碳布材料中解吸上述污染物。

13.如权利要求9至12中的任一项的方法，其特征为，在步骤c)中产生的上述热对将解吸的污染物热分解成简单的可排放至大气中的气体是有效的，并且所述方法包括从上述室将上述简单的气体排放至大气中的步骤。

14.一种可用于从载有污染物的气流中去掉污染物的装置，该装置包括：

a)一装有可弹性压缩的导电活性碳布材料的室；

b)上述室装有一第一口和第二口，该第一口用于将载有污染物的气流引入上述室中，该第二口用于从上述室中去除释去污染物的气流；

c)一对在上述室中互相隔开的电极，上述电极与上述碳布材料电接触，以使电流在上述电极之间流动并经过上述碳布材料，上述碳布材料在上述电流从其经过时产生热；以及

d)上述室是气密的，以在由碳布材料产生热时在室中保持真空。

15.如权利要求14的装置，其特征为，上述材料包括许多层的导电活性碳布，其特征为，上述许多层的每一层至少与上述许多层的相邻层电接触，而上述许多层则设置在第一和第二互相隔开的电极之间并与之电接触；并且进一步包括用于改变上述材料的压缩的装置，以在恒定的电流从上述材料经过时改变在上述材料中产生的热，使其到达一所要求的水平，以用于在载有吸附的污染物时从碳布材料解吸污染物。

16.如权利要求14或15的装置，它进一步包括在上述室中建立真空的装置。

17.一种用于从载有吸附的污染物的可弹性压缩的导电活性碳布材料解吸污染物的装置，该装置包括：

i)一装有上述碳布材料的室；

ii)一对在上述室中相互隔开的电极，上述电极与上述碳布材料电接触，以使电流在上述电极之间流动并经过上述碳布材料，上述碳布材料在上述电流从其经过时产生热，

iii)上述室是气密的，以在由碳布材料产生热时在室中保持真空，以及

iv)一排放口，它用于通过由碳布材料产生的热在真空下排出从碳布材料解吸的污染物。

18.如权利要求17的装置，其特征为，上述材料包括许多层的导电活性碳布，其特征为，上述许多层的每一层至少与上述许多层的相邻层电接触，而上述许多层则设置在第一和第二互相隔开的电极之间并与之电接触；并且进一步包括用于改变上述材料的压缩的装置，以在恒定的电流从上述材料经过时改变在上述材料中产生的热，使其到达一所要求的水平，以用于在载有吸附的污染物时从碳布材料解吸污染物。

19.如权利要求17或18的装置，它进一步包括在上述室中建立真空的装置。

20.如权利要求17、18或19的装置，它进一步包括与上述排放口连通，以用于收集解吸的污染物的容器装置。

Images