CN203425680U - 活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置，其包括吸附解吸罐、废气入口、缓冲分布腔、活性炭床、气体检测器、置换冷却气出口、乙醇气出口、微波发生器、净化气体出口、氮气入口、波导管，废气入口和氮气入口设置在吸附解吸罐下部，乙醇气出口、置换冷却气出口、净化气体出口设置在吸附解吸罐上部，活性炭床设置在吸附解吸罐内，活性炭床下部设置有缓冲分布腔，微波发生器设置在吸附解吸罐上，微波发生装置与波导管连接；本装置占地面积小，易加工，装置简单易操作，可实现运行过程的自动控制，利用微波辐射加热吸附介质，可实现高效、迅速、节能地吸附质解吸和吸附剂再生。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种活性炭吸附废气中的乙醇，并微波解吸活性炭回收废气中乙醇的装置，特别是用于解吸吸附水松纸生产等行业废气含中高浓度乙醇的装置，属于有机废气污染治理技术领域。
背景技术
水松纸的生产工艺中主要的有机溶剂是乙醇，及少量的甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁脂等溶剂。据估计，全国各大水松纸生产厂家每年使用乙醇等作溶剂消耗量上万吨，废气直接排放到大气中不仅造成大气污染，而且是一种资源浪费。生产中有机物的回收利用可以减少污染，还能节约成本，提高企业的经济效益。目前，多数企业都对产生的废气进行治理，主要有两种方法：消除法和回收法。回收法主要有冷凝法、吸收法、变压吸附、吸附法与膜分离技术，其中利用活性炭吸附的方法应用最广，例如活性炭纤维（ACF）、活性炭颗粒（ACG）及活性炭粉末（ACP），活性炭吸附技术工业化程度最高。活性炭以其较高的吸附率而备受青睐，而活性炭的解吸再生对于有机物的处理回收处理是极其重要和关键的一步。
活性炭是一种内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的微晶质碳素材料，应用于化工、石油、医药、食品、污染治理等行业。利用活性炭吸附印染废气中的有机污染物可以得到较好的处理效果，但是活性炭成本相对较高，经济、快捷、方便的再生方法可以降低活性炭的应用成本，提高活性炭在污染治理中的应用。活性炭的再生方法主要有：加热再生、减压再生、药剂再生、生物再生等。加热再生法是各种再生方法中应用、研究最多也是最成熟的一种方法，加热再生是利用物质的吸附量是随温度的升高而减小的原理，通过升高温度使吸附质从吸附剂上解吸，从而实现吸附剂的再生。传统变温解吸可通过间接加热吸附剂或直接与热气体接触来实现。对活性炭，常利用水蒸气加热解吸，由于活性炭热传导系数较低，要使整个固定床加热到吸附质被解吸的温度，需加热的时间很长。蒸汽加热解吸是一个变温过程，变温解吸的缺点之一是能量消耗大，再生不仅需要将吸附质提升到解吸所需温度，而且为使吸附剂进一步活化，还需将温度进一步升到吸附剂的活化温度，且经多次加热冷却后，烧损严重。如果利用过热蒸汽再生，固定床在重新吸附前还要再干燥。如果解吸的有机物含水，还须设置水和有机物的分离设备。
近些年来，微波辐射产生的热效应引起了人们的关注。极性分子经微波辐照后通过分子偶极的每秒数十亿次的高速旋转而快速从而产生热。微波辐射技术已经被广泛地应用于家庭，工业及医药业等。微波辐射也被用于环保领域。微波辐射再生活性炭可作为传统再生方法的一种可行性的替代方法。微波辐射再生即通过微波辐射活性炭，经过高温使有机物解吸，同时微波活化活性炭，恢复其吸附性能的方法。微波辐射再生可以看作是通过内加热的方式使活性炭再生。
与传统的热再生方法相比，微波加热解吸再生有以下优点：微波对反应物起深层加热作用，微波加热温度均匀，解吸速度快，无滞后效应。此外，微波加热能形成与常规加热方向相反的温度梯度。常规加热依赖一个或多个传热机制，传导、对流或辐射，将热能传递给物料。在所有这三种机制中，能量都积聚在物料表面，导致在物料中形成温度梯度，促使热由表面向中心传递，因此温度梯度总是指向物料内部，在表面处温度最高。在微波加热中，微波可与表面的物料相作用，但也穿过表面，与物料的中心部分相作用。在微波辐射穿过物料的过程中，电磁能被转变成遍布于物料各处的热能。由于微波加热速率不受通过表面层的传导的限制，物料可被更快速地加热。即物体的中心温度最高，热由中心向外传递。除了温度梯度的方向相反之外，与常规加热相比，温度梯度较小，因为热在接受辐射的物料的所有部分生成。这种作用减小了物料内部的压力，有助于消除内部压力过大时发生的破裂等问题，减少对活性炭的破坏和损耗。
专利 CN 202151543 U 公开了一种基于微波和真空集成的解吸装置，该装置内部为真空环境，利用微波对吸收剂进行解吸。富吸收剂投入装置，解吸之后再将吸收剂移出解吸装置。该装置的吸收剂在吸附解吸过程中需要投入和移出。专利 CN 202336278 U公开了一种吸附和微波解析回收生物质气化焦油的装置，该装置有吸附装置、微波发生装置、冷凝装置、氮气提供装置和多种阀门。该装置中，吸附床与金属外壳紧贴布置，未能发挥金属对微波的反射作用，而且缺少吸附和解吸效果的检测判断依据。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置，本装置包括吸附解吸罐13、废气入口1、缓冲分布腔2、活性炭床4、气体检测器5、置换冷却气出口6、乙醇气出口7、微波发生器8、净化气体出口10、氮气入口11、一个以上波导管12，废气入口1和氮气入口11设置在吸附解吸罐13下部，乙醇气出口7、置换冷却气出口6、净化气体出口10设置在吸附解吸罐13上部，活性炭床4设置在吸附解吸罐13内，活性炭床4下部设置有缓冲分布腔2，废气入口和氮气入口通过管道连通至缓冲分布腔2内，微波发生器8设置在吸附解吸罐13上，微波发生装置8与波导管12连接，波导管12设置在活性炭床4上方，波导管角度可调节，在净化气体出口10和置换冷却气出口6上设置有气体检测器，用于测定净化气体出口浓度和吸附解吸罐置换、冷却气出口浓度，以了解吸附碳床层是否穿透及是否完成，判断是否开始或停止吸附和解吸。
本实用新型中所述活性炭床4用能被微波辐射穿透且不吸收微波的陶瓷材料构成床体，床体底板上分布有气孔，其上放置有活性炭（活性炭颗粒或活性炭纤维）。
本实用新型中所述吸附解吸罐13上设置有温度检测器9，以用于掌握和控制整个反应过程的温度变化，特别是解吸过程中的温度是否达到解吸温度及防止温度过高，及解吸后活性炭床层冷却后温度是否满足再吸附要求；温度检测器探头置于吸附解吸罐上，避免采用金属材料，可以采用光纤温度检测器、红外温度检测器、超声温度检测器等，温度检测器与自动控制系统相连。
吸附解吸罐13可以是卧式、也可以是立式的，吸附解吸罐采用不锈钢材质制备，外层为保温隔热材料，内层不锈钢金属可以防止微波辐射泄漏，且可以反射微波，有利于微波辐射在罐内反射传播。
活性炭床4置于吸附解吸罐内部，一般为立方体形状，尺寸比吸附解吸罐略小，与吸附解吸罐的内层金属层有一定间隙，有利于微波的反射，提高微波的利用效率，活性炭床采用能被微波辐射穿透且不吸收的微波的陶瓷材料组装，位于下部的的陶瓷板能够承重，陶瓷材料相对较厚实，其上分布有气孔；气孔层的下方置有密封性较好的陶瓷材料制备的空腔---缓冲分布腔，用于输入的气体缓冲和分布，除向上方向布孔以外，其它5个方向密封性好；位于周边的陶瓷材料主要功能是形成一定的容纳空间，无太大的承重量，故可以相对轻薄。
微波发生器8与吸附解吸罐组装为一体，置于吸附解吸罐装置外侧，以节省空间，微波发生器通过波导管12将微波辐射导入吸附解吸罐，波导管依据吸附解吸罐设置成一定的形状和放置角度（可调节），以利于微波辐射能对活性炭床层发生作用和在金属腔内反射，提高微波能的利用效率，波导管的数量可以根据需要而定。
氮气供应装置从氮气入口11为解吸工序供应氮气，以形成非氧环境，防止吸附剂被氧化；此外氮气还作为冷却气，将微波解吸后吸附解吸罐内的热量带出，氮气为工业级。
吸附解吸罐与其它设备连接，罐体上设置的相关控制阀及设置的门等位置要加强微波泄漏处理，可以采用接缝处采用橡胶等材料进行密封。
吸附解吸罐一侧设置开关门，以方便活性炭的更换或事故检修。
本实用新型装置还包括自动控制系统，自动控制系统与微波发生器、气体检测器及各气体出入口的阀门连接。
整个过程可以手动控制，也可以采用自动控制系统操作，自动控制系统与微波发生器、温度检测器、气体检测器、各阀门相连，可以通过程序实现自动控制。
活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置的工作流程如下：
进入本实用新型装置的废气，需要经过预先过滤和降温，温度低于40℃；废气由引风机带动通过废气入口1进入缓冲分布腔2，再通过活性炭床4底部的带孔陶瓷承重板3进入活性炭床，活性炭床4吸附废气中的乙醇；吸附过程中，经活性炭床净化后的气体通过净化气体出口10排出，可输送到精馏塔等其它装置回收其它有用物质。吸附过程中，置换冷却气出口6、乙醇气出口7、氮气入口11处于关闭状态，净化气体出口10处于开放状态。
吸附过程中，净化气体出口10上的气体检测器可以检测经过活性炭床后废气中乙醇的含量，当乙醇含量超过一定浓度时，说明活性炭床中活性炭被穿透，则关闭废气入口1和净化气体出口10，打开氮气入口11和置换冷却气出口6；氮气通过氮气入口11由管道进入缓冲分布腔2，进一步进入活性炭床4，将吸附解吸罐13中的残留气体置换，置换气体并通过置换冷却气出口6排出。此过程中置换冷却气出口6上的气体检测器5检测气体成分，当气体检测仪检测结果为排出气体主要为氮气时，说明腔体内残留气基本被排空。此时关闭氮气入口11和置换冷却气出口6，打开乙醇气出口7和微波发生器8，微波开始工作加热活性炭，进行解吸；解吸得到的乙醇气体通过乙醇气出口7由管道输送到冷凝塔等设备，进行乙醇回收；此过程中由温度检测器9测定腔体内的解析温度，并根据温度调控微波发生器功率和持续时间。
微波发生器工作持续适当的时间后（80-120℃下），解吸完成，此时关闭乙醇气出口7和微波发生器，打开氮气入口11和置换冷却气出口6，通入氮气为活性炭床降温，用于冷却活性炭床的氮气经过床层后由置换冷却气出口6流出，此部分热气也可以应用于其它工艺的预热或干燥；当温度计9检测温度低于50℃时，关闭氮气入口11和置换冷却气出口6，准备下一个吸附过程，循环进行吸附解吸。
本实用新型的优点和技术效果：该装置可以实现吸附及解析一体化，同时有气体检测器，可使操作更合理有效；装置内吸附床层与金属内层之间有一定间隙，波导管可调性，使微波反射加强，微波利用率更高。而且，利用微波辐射加热吸附介质，可实现高效、迅速、节能地吸附质解吸和吸附剂再生的应用装置，本装置占地面积小，易加工，装置简单易操作，可实现运行过程的自动控制，通过气体浓度和温度控制吸附和解吸过程，本装置主要针对载乙醇的吸附活性炭的解吸再生过程，用于处理类似水松纸生产印刷产生的乙醇含量较高的废气。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中：1是废气入口；2是缓冲分布腔；3是带孔陶瓷承重板；4是活性炭床；5是气体检测器；6是置换冷却气出口；7是乙醇气出口；8是微波发生器；9是温度检测器；10是净化气体出口；11是氮气入口；12是波导管；13是吸附解吸罐。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不局限于所述内容。
本实用新型装置包括吸附解吸罐13、废气入口1、缓冲分布腔2、活性炭床4、气体检测器5、置换冷却气出口6、乙醇气出口7、微波发生器8、净化气体出口10、氮气入口11、一个以上波导管12、自动控制系统，废气入口1和氮气入口11设置在吸附解吸罐13下部，乙醇气出口7、置换冷却气出口6、净化气体出口10设置在吸附解吸罐13上部，活性炭床4设置在吸附解吸罐13内，活性炭床4下部设置有缓冲分布腔2，废气入口和氮气入口通过管道连通至缓冲分布腔2内，微波发生器8设置在吸附解吸罐13上，微波发生装置8与波导管12连接，波导管12设置在活性炭床4上方，在净化气体出口10和置换冷却气出口6上设置有气体检测器，用于测定净化气体出口浓度和吸附解吸罐置换、冷却气出口浓度，以了解吸附碳床层是否穿透及是否完成，判断是否开始或停止吸附和解吸；其中活性炭床4用能被微波辐射穿透且不吸收微波的陶瓷材料构成床体，床体底板上分布有气孔，其上放置有活性炭颗粒，吸附解吸罐13上设置有温度检测器9，自动控制系统与微波发生器、温度检测器、气体检测器、各阀门相连，可以通过程序实现自动控制（见图1）。
进入本实用新型装置的废气，需要经过预先过滤和降温，温度低于40℃；废气由引风机带动通过废气入口1进入缓冲分布腔2，再通过活性炭床4底部的带孔陶瓷承重板3进入活性炭床，活性炭床4吸附废气中的乙醇；吸附过程中，经活性炭床净化后的气体通过净化气体出口10排出，可输送到精馏塔等其它装置回收其它有用物质。吸附过程中，置换冷却气出口6、乙醇气出口7、氮气入口11处于关闭状态，净化气体出口10处于开放状态。
吸附过程中，净化气体出口10上的气体检测器可以检测经过活性炭床后废气中乙醇的含量，当乙醇含量超过一定浓度时，说明活性炭床中活性炭被穿透，则关闭废气入口1和净化气体出口10，打开氮气入口11和置换冷却气出口6；氮气通过氮气入口11由管道进入缓冲分布腔2，进一步进入活性炭床4，将吸附解吸罐13中的残留气体置换，置换气体并通过置换冷却气出口6排出。此过程中置换冷却气出口6上的气体检测器5检测气体成分，当气体检测仪检测结果为排出气体主要为氮气时，说明腔体内残留气基本被排空。此时关闭氮气入口11和置换冷却气出口6，打开乙醇气出口7和微波发生器8，微波开始工作加热活性炭，进行解吸；解吸得到的乙醇气体通过乙醇气出口7由管道输送到冷凝塔等设备，进行乙醇回收；此过程中由温度计9测定腔体内的解析温度，并根据温度调控微波发生器功率和持续时间。
在100℃下，微波发生器工作持续3 min后，解吸完成，此时关闭乙醇气出口7和微波发生器，打开氮气入口11和置换冷却气出口6，通入氮气为活性炭床降温，用于冷却活性炭床的氮气经过床层后由置换冷却气出口6流出，此部分热气也可以应用于其它工艺的预热或干燥；当温度计9检测温度低于50℃时，关闭氮气入口11和置换冷却气出口6，准备下一个吸附过程，循环进行吸附解吸。
Claims (4)
1.一种活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置，其特征在于：包括吸附解吸罐（13）、废气入口（1）、缓冲分布腔（2）、活性炭床（4）、气体检测器（5）、置换冷却气出口（6）、乙醇气出口（7）、微波发生器（8）、净化气体出口（10）、氮气入口（11）、一个以上波导管（12），废气入口（1）和氮气入口（11）设置在吸附解吸罐（13）下部，乙醇气出口（7）、置换冷却气出口（6）、净化气体出口（10）设置在吸附解吸罐（13）上部，活性炭床（4）设置在吸附解吸罐（13）内，活性炭床（4）下部设置有缓冲分布腔（2），废气入口和氮气入口通过管道连通至缓冲分布腔（2）内，微波发生器（8）设置在吸附解吸罐（13）上，微波发生装置（8）与波导管（12）连接，波导管（12）设置在活性炭床（4）上方，在净化气体出口（10）和置换冷却气出口（6）上设置有气体检测器。
2.根据权利要求1所述活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置，其特征在于：活性炭床（4）用能被微波辐射穿透且不吸收微波的陶瓷材料构成床体，床体底板上分布有气孔。
3.根据权利要求1所述活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置，其特征在于：吸附解吸罐（13）上设置有温度检测器（9）。
4.根据权利要求1所述活性炭吸附及微波解吸回收废气中的乙醇的装置，其特征在于：该装置上连接自动控制系统，自动控制系统与微波发生器、气体检测器及各气体出入口的阀门连接。
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