活性炭是應(yīng)用最廣泛的吸附劑，其生產(chǎn)和使用可以追溯到19世紀(jì)。活性炭之所以被廣泛使用主要是因其具有大量的微孔和中孔，且表面積巨大。典型活性炭的孔徑分布及其與其他吸附劑的比較如下圖所示。

據(jù)了解，活性炭吸附技術(shù)是VOCs治理的主流技術(shù)之一，技術(shù)成熟、簡單易行、治理成本低、適應(yīng)范圍廣，在所有的治理技術(shù)中占有非常大的市場份額，在涂裝、包裝印刷、石油化工、化學(xué)品制造、醫(yī)藥化工和異味治理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

吸附法主要適用于低濃度氣態(tài)污染物的吸附分離與凈化，對于高濃度的有機(jī)氣體，一般情況下首先需要經(jīng)過冷凝等工藝進(jìn)行“降濃”處理，然后再進(jìn)行吸附凈化。對于“油氣”等高濃度VOCs氣體的凈化，也可以采用吸附法（降壓解吸再生），但對活性炭有一些特殊的要求。

一、廢氣的預(yù)處理

1.污染物濃度要求

除溶劑和油氣儲運(yùn)銷裝置的有機(jī)廢氣吸附回收外，進(jìn)入吸附裝置的有機(jī)廢氣中有機(jī)物的濃度應(yīng)低于其爆炸極限下限的25%。當(dāng)廢氣中有機(jī)物的濃度高于其爆炸極限下限的25%時(shí)，應(yīng)使其降低到其爆炸極限下限的25%后方可進(jìn)行吸附凈化。

對于含有混合有機(jī)化合物的廢氣，其控制濃度P應(yīng)低于最易爆炸組分或混合氣體爆炸極限下限值的25%，即P<min(Pe ,Pm)×25%，Pe為最易爆組分爆炸極限下限值（%），Pm為混合氣體爆炸極限下限值，Pm按照下式進(jìn)行計(jì)算：

Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)      

式中：

Pm ——混合氣體爆炸極限下限值，%

P1，P2，…，Pn ——混合有機(jī)廢氣中各組分的爆炸極限下限值，%

V1，V2，…，Vn ——混合有機(jī)廢氣中各組分所占的體積百分?jǐn)?shù)，%

n ——混合有機(jī)廢氣中所含有機(jī)化合物的種數(shù)。  

2.氣體溫度要求

進(jìn)入吸附裝置的廢氣溫度宜低于40℃。 

3.廢氣濕度對活性炭吸附性能的影響

（1）由于活性炭表面通常含有大量的含氧基團(tuán)，一般活性炭均具有較強(qiáng)的吸水能力，與有機(jī)物產(chǎn)生競爭吸附作用。

（2）活性炭中含有灰分（金屬氧化物），提高了其吸水能力。

3.如何提高活性炭的疏水性能

（1）原材料的影響：如煤種的影響、瀝青基球型活性炭具有較好的疏水能力；

（2）高碘值活性炭（揮發(fā)份低）的疏水能力通常要優(yōu)于低碘值的活性炭； 

（3）對活性炭進(jìn)行表面疏水改性，去除或減少表面含氧基團(tuán)、降低灰分（金屬氧化物）。

4.顆粒物的含量要求

（1）進(jìn)入吸附裝置的顆粒物含量宜低于1mg/m3。

（2）粉塵：細(xì)顆粒物（化工、家具等）

（3）漆霧顆粒物（形成氣溶膠）：影響最大

（4）絮狀顆粒物：印刷、橡膠、化纖等生產(chǎn)過程產(chǎn)生

5.廢氣成分的影響

（1）活性炭的“中毒”（或劣化）：

高沸點(diǎn)（或“半揮發(fā)性”）物質(zhì)再生困難，在活性炭上聚集，如硅烷、油脂等化合物，需要通過冷凝、過濾、吸附等預(yù)處理首先進(jìn)行去除；

發(fā)生聚合反應(yīng)，造成在活性炭上聚集，如甲醛、苯乙烯等；

二硫化碳（硫化氫）等吸附反應(yīng)形成單質(zhì)硫的聚集。

在吸附氣體中即使含有微量的高分子物質(zhì)或聚合性物質(zhì)，在活性炭中聚集，也會很快引起活性炭吸附性能急劇下降。

（2）活性炭的反應(yīng)活性（催化性）：

活性炭表面具有催化活性，會與一些化合物部分進(jìn)行氧化、水解等催化反應(yīng)。

典型反應(yīng)：

a.乙酸乙酯、乙酸丙酯等易發(fā)生水解反應(yīng)形成有機(jī)酸；

b.MEK（甲乙酮）、MIBK（甲基異丁基酮）易被氧化形成有機(jī)酸和丁二酮；環(huán)己酮氧化或聚合形成環(huán)亞己基環(huán)己酮；

c.甲醛、苯乙烯等易發(fā)生聚合反應(yīng)；

d.其他：如樹脂生產(chǎn)中的添加劑帶入二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺在活性炭上會發(fā)生水解生產(chǎn)二甲胺，造成臭氣排放問題。

6.造成的問題：

（1）回收的溶劑變色、發(fā)臭（如包裝印刷廢氣）；

（2）聚合后難再生，造成活性炭中毒（劣化）

（3）反應(yīng)放熱，造成活性炭著火。

二、基本工藝流程

1.工藝流程圖

2.工藝說明

車間有機(jī)廢氣通過吸氣罩收集，在排風(fēng)機(jī)作用下，經(jīng)過管道輸送進(jìn)入干式過濾器，再進(jìn)入活性炭吸附裝置，有機(jī)污染物被活性炭吸附，凈化后的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)增壓后達(dá)標(biāo)排放。活性炭吸附飽和后，請專業(yè)廠家再生后回用。

3.活性炭的吸附原理

a.吸附現(xiàn)象是發(fā)生在兩個(gè)不同的相界面的現(xiàn)象，吸附過程就是在界面上的擴(kuò)散過程，是發(fā)生在固體表面的吸附，這是由于固體表面存在著剩余的吸引而引起的。

吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附；物理吸附亦稱范德華吸附，是由于吸附劑與吸附質(zhì)分子之間的靜電力或范德華引力導(dǎo)致物理吸附引起的，當(dāng)固體和氣體之間的分子引力大于氣體分子之間的引力時(shí)，即使氣體的壓力低于與操作溫度相對應(yīng)和飽和蒸氣壓，氣體分子也會冷凝在固體表面上，物理吸附是一種吸熱過程。

化學(xué)吸附亦稱活性吸附，是由于吸附劑表面與吸附質(zhì)分子間的化學(xué)反應(yīng)力導(dǎo)致化學(xué)吸附，它涉及分子中化學(xué)鍵的破壞和重新結(jié)合，因此，化學(xué)吸附過程的吸附熱較物理吸附過程大。

在吸附過程中，物理吸附和化學(xué)吸附之間沒有嚴(yán)格的界限，同一物質(zhì)在較低溫度下往往是化學(xué)吸附。活性炭纖維吸附以物理吸附為主，但由于表面活性劑的存在，也有一定的化學(xué)吸附作用。

b.活性炭對廢氣吸附的特點(diǎn)：

（1）、對于芳香族化合物的吸附優(yōu)于對非芳香族化合物的吸附。

（2）、對帶有支鍵的烴類物理優(yōu)于對直鏈烴類物質(zhì)的吸附。

（3）、對有機(jī)物中含有無機(jī)基團(tuán)物質(zhì)的吸附總是低于不含無機(jī)基團(tuán)物質(zhì)的吸附。

（4）、對分子量大和沸點(diǎn)高的化合物的吸附總是高于分子量小和沸點(diǎn)低的化合物的吸附。

（5）、吸附質(zhì)濃度越高，吸附量也越高。

（6）、吸附劑內(nèi)表面積越大。吸附量越高。

4.活性碳纖維

以新型吸附材料—活性碳纖維（ACF）為吸附劑的吸附法是近幾年發(fā)展起來的一種新型的有機(jī)廢氣回收方法，被認(rèn)為是最有效的回收凈化有機(jī)廢氣的新方法，近年來已引起廣大研究工作者和相關(guān)企業(yè)的極大關(guān)注。與傳統(tǒng)的活性炭相比，活性碳纖維具有以下優(yōu)異特性：

（1）比表面積大，有效吸附容量高；

（2）吸附、脫附快，能耗低，容易再生；

（3） 強(qiáng)度高、壽命長；

（4）形狀多樣，便于工程應(yīng)用；

（5） 可吸附低濃度氣體；

（6） 吸附選擇性強(qiáng)。

5.活性碳纖維有機(jī)廢氣回收裝置

以活性碳纖維有機(jī)廢氣回收裝置中典型的三箱吸附裝置為例，分析其設(shè)備組成、工藝流程及技術(shù)特點(diǎn)。

（1）設(shè)備組成

吸附設(shè)備由引風(fēng)風(fēng)機(jī)、表冷器、過濾器、吸附器、分層槽等組成，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行由PLC程序控制，自動(dòng)切換吸附器，使之交替進(jìn)行吸附、解吸和干燥工藝過程的操作。

（2）工藝流程

揮發(fā)性有機(jī)氣體先經(jīng)過一定的前處理裝置，再經(jīng)過濾器進(jìn)一步去除尾氣中的雜質(zhì)，以保證這些雜質(zhì)不占用活性碳纖維的孔隙，影響活性碳纖維的吸附效率和使用壽命；過濾后的尾氣經(jīng)風(fēng)機(jī)引入吸附設(shè)備。

吸附了一定數(shù)量有機(jī)溶劑的活性碳纖維，用飽和水蒸汽進(jìn)行解吸，解吸完成后將通過過濾的外界空氣送入吸附器由風(fēng)機(jī)進(jìn)行干燥，使活性碳纖維床層冷卻并去除殘留的蒸汽，使活性碳纖維保持較高的吸附效率。干燥好的吸附器進(jìn)入下一工作程序循環(huán)進(jìn)行吸附。

解吸出的含有機(jī)物的混合蒸汽進(jìn)入冷凝器中進(jìn)行一級冷凝，冷凝液再經(jīng)板式冷凝器冷卻，經(jīng)過冷凝的有機(jī)物和冷凝水進(jìn)入分層槽，經(jīng)重力分層，上層的有機(jī)物自動(dòng)溢流至儲槽，然后經(jīng)輸送泵送到吸附回收設(shè)備；下層的冷凝水排入廢水處理系統(tǒng)。

三、技術(shù)特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)合理

吸附芯為籠型結(jié)構(gòu)，具有活性碳纖維用量少，處理風(fēng)量大的特點(diǎn)，可大幅度降低有機(jī)廢氣處理成本。

（2）吸附率高

由于活性碳纖維的比表面積特性，決定了其吸附率可高達(dá)95%以上。采用專利技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多級吸附，可以達(dá)到極高的吸附率，是目前國際上能夠達(dá)到苛刻的環(huán)保排放要求的吸附裝置。

（3）運(yùn)行能耗低、費(fèi)用低

由于活性碳纖維的脫附、再生能耗低，再加上活性碳纖維纏繞芯的氣流阻力小、風(fēng)機(jī)功率小，所以在運(yùn)行中活性碳纖維有機(jī)廢氣凈化回收裝置的氣耗和電耗均比較低。

（4）全自動(dòng)控制、無人值守運(yùn)行

采用可編程序控制器中央控制，集成電磁閥、托氣缸執(zhí)行動(dòng)作，可靠性高。按照工藝流程設(shè)計(jì)的模擬盤顯示，運(yùn)行狀況可以一目了然，并設(shè)計(jì)有故障檢測及指示功能。可靠性強(qiáng)、操作簡單、便于維護(hù)。

（5）安全可靠、適用于有爆炸危險(xiǎn)場所

采用防爆風(fēng)機(jī)、防爆泵。控制柜、氣動(dòng)柜采用正壓防爆技術(shù)，外部信號通過安全柵連接，系統(tǒng)接地，確保了裝置的安全性。

（來源：VOCs臭氣工業(yè)廢氣治理、中國大氣網(wǎng)）