CN1139423C - 利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法，将吸附剂填充到布置为线-筒式或线-板式电极结构的吸附装置中，两电极之间有玻璃或陶瓷材料的介质阻挡层。当吸附剂达到或接近饱和时，通过高压电源向吸附装置施加脉冲或交流高电压进行再生，再生时间只需20～50分钟。本发明采用了可填充式吸附剂的吸附-放电装置，并利用高压电源使吸附剂颗粒间产生局部高电场并形成放电等离子体，使吸附质与吸附剂之间的结合力降低，达到解吸再生目的，同时部分有机物发生分解。本发明具有再生速度快、能量消耗低、工艺简单等优点，可用于环境保护以及化工分离等领域。

Description

利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法

技术领域：

本发明涉及一种利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法，可用于吸附法净化有机废气技术中或化工分离过程中的吸附剂再生。属于环境技术和化工分离领域。

背景技术：

在工业生产中，如有机化工车间、喷漆车间、铸造等车间常伴有大量低浓度有机废气产生，对环境造成严重的危害。因此如何有效加强低浓度有机废气的治理是目前急需解决的问题之一。

对低浓度有机废气的处理最常见的方法是吸附法，该方法是利用固体吸附剂对废气中有机成分的吸附作用而达到净化的目。由于吸附剂往往具有高选择性，对低浓度的有机废气的净化十分有效。然而，由于吸附剂的吸附能力有限，当吸附剂使用一段时间后，吸附剂对废气中的污染物的吸附将达到饱和，从而失去对净化作用，此时就必须更换吸附剂或对吸附剂进行解吸(或称再生)，使其重新恢复吸附能力。

吸附剂常规的解吸再生方法有：蒸汽吹扫解吸、变温解吸、变压解吸等方法。这些解吸方法工艺比较复杂、需要许多相应的辅助设备，且能量消耗大、再生时间长，是制约吸附分离技术普遍推广的主要原因。目前最常用的蒸汽吹扫法解吸有机溶剂的工艺(叶振华等，《化学工程手册-吸附及离子交换》，化学工业出版社，1985：65～80)包括：

1)吹扫阶段，在解吸阶段需要向吸附床通入压力为2～5kg/cm²、温度130～160℃的水蒸汽进行吹扫，吹扫时间约为60分钟；

2)干燥阶段，需要对吹扫后含有水分的吸附床进行干燥处理，通入100～110℃的热空气约100～120分钟；

3)冷却阶段，向吸附床通入20～40℃的空气进行冷却，冷却时间60～100分钟。

吸附剂只有经过上述三个步骤才能得到充分再生，所需要的时间较长(约3-5小时)，所消耗的热量和空气量大，总体能量消耗高。因此，开发经济有效的解吸新技术是非常必要的。

目前，利用高压放电等离子体对有机物进行直接降解的研究较多，但利用高压放电进行解吸的技术除本发明人的初步研究外(晏乃强等，中国环境科学，2000，20(6)：565)，在国内未见其它的研究报道。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有吸附剂再生技术的不足，提出一种新的利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法，克服一般再生方法中的周期长、能量消耗大、工艺复杂等缺点。

为实现这样的目的，本发明利用了高压放电法的解吸速度快、部分有机物可在放电解吸过程中直接分解等特点，所采用的吸附剂一般为活性氧化铝、沸石、分子筛或专门制备的复合型吸附剂，这些物质具有较好的绝缘性；将这些吸附剂填充到布置有线-筒式或线-板式电极结构的吸附装置中，使放电极和接地极间的间隙被这些绝缘性吸附剂所充满，形成固定床吸附装置。在进行解吸时，利用高压电源向反应器的两电极间施加一定的高电压，使吸附剂颗粒发生极化现象，在其接触点间产生局部高电场，并沿吸附剂表面发生放电。由于放电产生的局部热效应、电子或离子对吸附剂表面的激励作用，使吸附剂表面的能量状态发生变化，吸附剂与吸附质分子间的作用力被打破，导致原吸附在吸附剂表面的有机物迅速脱离，达到解吸的目的。在此解吸过程中，由于放电的作用，部分有机物在电子活性自由基等物质的作用下还会发生化学分解，转化为CO₂和水等无害物质。

本发明可按下述步骤进行实施：

1.吸附放电装置的制备：先按吸附装置尺寸的大小来确定吸附剂颗粒的大小，吸附剂的平均直径一般在0.5～5mm范围；吸附装置中的电极布置一般为线-筒式或线-板式结构，与一般的电除尘器结构相似，但为了防止火花放电的产生，两电极之间应具有一层介质阻挡层，如玻璃管(板)或陶瓷管(板)。两电极间的距离与所使用的电压有关，一般在10～100mm之间，吸附装置的长度在100～1000mm范围。

2.高压电源：可采用高压脉冲电源和中低频交流电源。高压脉冲电源应能提供的常用的电参数为：脉冲电压峰值30～80kV、脉冲重复频率100～200pps；也可使用高压交流电源，其频率为工频或中低频(50～1000Hz)，电压幅值10～40kV。

3.在吸附阶段，不需向反应器施加电压，此时放电反应器对废气中的有机污染物仅起吸附作用。

4.再生阶段，当吸附剂的吸附能力下降到一定程度时，需进行解吸再生，通过高压电源向吸附装置施加脉冲或交流高电压，有机物将迅速解吸，当解吸时间持续20～50分钟时，大部分有机物已被解吸。在放电解吸时会释放出部分高浓度的有机气体，可采用其它方法进行回收再利用，或循环通过放电反应器将其充分分解。

5.吸附剂被解吸到一定程度后，停止向吸附装置提供高电压，此时，吸附剂又恢复吸附能力，操作重新进入吸附阶段。

由上述步骤可见，解吸过程只需施加一定的高电压，避免了蒸汽和冷热空气的使用，既降低了能量消耗，又节省了再生时间，保证了运行的连续性，并省去了很多复杂的辅助设施(蒸汽发生器、热交换器等)。

本发明采用了可填充式吸附剂的吸附-放电装置，并利用高压电源向吸附装置施加高电压，使吸附剂颗粒间产生局部高电场并形成放电等离子体，使吸附质与吸附剂之间的结合力降低，达到解吸再生目的，同时部分有机物发生分解。与一般的吸附剂解吸再生方法相比，本发明的方法具有再生速度快、能量消耗低、工艺简单等优点，可用于环境保护以及化工分离等领域。

附图说明：

图1为本发明采用的装置结构示意图。

图1中，1为吸附-放电装置主体，一般为玻璃管(板)或陶瓷管，2为高压放电极，为直径1-2mm的不锈钢丝，3为接地极：紧贴裹在吸附-放电装置主体1外侧的铝箔或锡箔，吸附剂4为氧化铝、分子筛或沸石颗粒，用作吸附材料，密封塞5为聚四氟乙烯塞子，起密封和固定放电电极作用，气体进出口6用于有机废气的进出，高压电源7为高压脉冲电源或高压交流电源，用于提供高电压。

具体实施方式：

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1(微型实验)

利用一微型填充式放电吸附装置，其基本结构为线-筒式：外筒为内径4mm、壁厚1mm的玻璃管，在其外壁紧缠一层铝箔作为接地极，放电极为一直径0.5mm的不锈钢丝；吸附装置的有效长度为120mm，内部填充40～60目的活性氧化铝颗粒作吸附剂。

以含苯蒸汽的空气为模拟废气，废气浓度约为800mg/m³，以20ml/min的气体流量连续流过吸附装置，当吸附时间为150分钟时，气体流过装置前后的浓度基本相同，表明吸附剂已达吸附平衡，失去了吸附能力，需要进行再生，分别采用以下两种方法进行对比：

1、常规再生方法：采用热空气吹扫，热空气温度约为85℃，流量也为20ml/分钟。当吹扫时间达70分钟时，吹扫出的气体苯浓度维持在500mg/m³左右，当吹扫达120分钟时下降到100mg/m³左右。

2、本发明的再生方法：采用高压脉冲放电的方法进行解吸，脉冲电压为40kV，频率为100pps；解吸的过程通入流量为20ml/分钟的常温空气。结果发现，当电压施加后，出口的解吸气中苯浓度迅速上升，浓度最高可上升到3000mg/m³左右，此浓度约持续5分钟后，又开始迅速下降，当解吸时间为10分钟时解吸气苯浓度下降到300mg/m³左右，当解吸时间达15分钟后，浓度可下降到100mg/m³以下。

对比可见，放电对吸附剂的解吸速度较热空气吹扫法迅速得多，解吸时间可大幅度降低。

实施例2

利用线-筒结构吸附放电装置，外筒径为20mm(玻璃管)，内部填充粒径为1-2mm的活性氧化铝，吸附段的长度为350mm。实验条件为：气体流量500ml/分钟，气体中甲苯初始浓度约1100mg/m³，使用50Hz的高压交流电源供能。

将所配制的含甲苯气体连续流过反应器，当反应器中的氧化铝颗粒达到吸附平衡后；随后开始在反应器上施加30kV的交流高电压对气体进行处理，并用同样流量的洁净空气作为解吸载气。

与前面类似，施加电压后，流出的解吸气中的甲苯浓度迅速上升，约在6分钟左右出口气体中甲苯浓度上升到最大值，约达3300mg/m³，持续3～5分钟后甲苯浓度又迅速下降，约在50分钟时降低到200mg/m³以下。

实施例3

主要方法同实施例2，但在解吸过程中的载气(空气)循环使用，使解吸气中的甲苯在放电作用下逐步分解，当气体循环时间达70分钟时，循环解吸气中的甲苯浓度低于100mg/m³。在这一过程中放电不仅将吸附剂所吸附的甲苯解吸出来，并将甲苯氧化分解，避免了二次污染的可能。

通过以上实施实例表明，高压放电对吸附剂有很好的解吸再生作用，在环境保护或化工分离等领域有良好的应用前景。

Claims (3)

1、一种利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法，其特征在于将吸附剂填充到布置为线-筒式或线-板式电极结构的吸附装置中，使放电极和接地极间的间隙被这些绝缘性吸附剂所充满，两电极之间有玻璃陶瓷材料的介质阻挡层，当吸附剂达到或接近饱和时，通过高压电源向吸附装置施加脉冲或交流高电压进行再生，放电解吸时间持续20～50分钟后吸附剂得到充分再生，停止向吸附装置提供高电压，重新进入吸附阶段，其中，高压电源采用高压脉冲电源时，电参数为脉冲电压峰值30～80kV、脉冲重复频率100～200pps，采用高压交流电源时，其频率为50～1000Hz，电压幅值10～40kV。

2、如权利要求1所说的利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法，其特征在于吸附剂采用活性氧化铝、沸石或沸石分子筛，粒径范围为0.5～5mm。

3、如权利要求1所说的利用高压放电对吸附剂进行解吸再生的方法，其特征在于吸附装置的长度为100～1000mm，两电极间的距离为10～100mm。