一种挥发性有机污染物吸附剂的新型再生方法技术

一种挥发性有机污染物（VOCs）吸附剂的新型再生方法，属于大气污染物控制新技术领域。本发明专利技术以含有NOx，SOx和CO的工业废气为再生气体，使吸附VOCs达到饱和的吸附剂在较低的温度下完成再生。其反应机理在于VOCs吸附在吸附剂上，使吸附剂表面的官能团含量提升50%‑200%，同时增加其还原效果，然后再通入再生气体，进行反应使VOCs矿化为CO2，从而达到吸附剂再生的目的，且该再生气体可以循环使用于吸附剂的再生。通过该方法再生的吸附剂其比表面积损失量小于0.05；平均孔径减小量小于0.3%；吸附剂质量损失量小于0.1%，并且排出的工业废气也达到了绿色排放标准，该工艺是一种新型、简单、高效再生VOCs吸附剂的方法。

A new regeneration method for adsorbent of volatile organic pollutants

A new regeneration method of volatile organic pollutants (VOCs) adsorbent belongs to the new technology field of air pollutant control. The industrial exhaust gas containing NO x, SOx and CO is used as regeneration gas, so that the adsorbent which adsorbs VOCs to saturation can complete regeneration at a lower temperature. The reaction mechanism is that VOCs are adsorbed on the adsorbent, which increases the functional group content of the adsorbent surface by 50%200%, and increases its reduction effect. Then, the regenerated gas is introduced into the reactor to mineralize VOCs into CO2, so as to achieve the purpose of regeneration of adsorbent, and the regenerated gas can be recycled for the regeneration of adsorbent. The specific surface area loss of regenerated adsorbent is less than 0.05, the average pore size reduction is less than 0.3%, the mass loss of adsorbent is less than 0.1%, and the industrial waste gas discharged by this method also meets the green emission standard. This process is a new, simple and efficient method for regenerating VOCs adsorbent.

【技术实现步骤摘要】
一种挥发性有机污染物吸附剂的新型再生方法
本专利技术涉及一种挥发性有机污染物（VOCs）吸附剂的新型再生方法，属于大气污染物控制新

技术介绍
挥发性有机物（VOCs）是一类在标准大气压下，熔点低于室温、沸点低于50-260℃的有机化合物的总称，主要包括烷类、烃类、酯类、醇类、苯系物等。它是光化学烟雾及PM2.5的重要前驱体之一。近年来雾霾事件频发，使得VOCs监测及治理受到全国的重视。针对VOCs治理的巨大需求，各种技术不断诞生，包括吸附法、冷凝法、生物法、等离子体法及燃烧法。但是，作为占人为VOCs排放源55.5%的工业源，具有VOCs在生产线上无组织挥发，经有组织收集排放后，形成大风量低浓度有机废气的特点。若直接采用以上方法处理，会导致设备体积过于庞大，燃料消耗量过高，经济性差。因此，燃烧技术常与吸附浓缩技术联合使巧，通过吸附剂吸附废气中的VOCs组分，再脱附形成小风量高浓度废气，进入燃烧系统矿化降解。根据国家政府于2013年5月出台的《挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策》，对于低浓度VOCs废气，无回收价值时宜采用吸附浓缩-燃烧技术进行处理。一方面，吸附浓缩-燃烧法中常用的燃烧技术有热力焚烧、蓄热式热力燃烧（RTO）和催化燃烧（RCO）。其中RCO技术反应温度（300-400°C）远低于热力燃烧（760°C以上），可极大减少辅助燃料的消耗。催化剂是RCO技术核心，主要起到降低反应活化能和富集反应物分子的作用，其性能的优劣对VOCs矿化效果和处理能耗有着极大影响。催化燃烧催化剂可分为贵金属和非贵金属两类。贵金属催化剂具有较高的低温催化活性和优良的选择性，以Pd、Pt为活性组分的负载型催化剂己经在工业中大量应用，其对于苯环类VOCs的起燃温度在270°C左右，但其生产成本高，每立方米价格在10万元人民币以上，且抗中毒性能差。非贵金属催化剂，例如Ce、Co、Cu、Mn等原料价格相对低廉，近年来吸引了众多研究者的关注，但是其对于苯环类VOCs的起燃温度往往高于300°C。综上考虑，为了达标排放以及降低能耗等运行费用，工业上仍然倾向采用贵金属催化剂RCO技术。而在另外一个方面，吸附浓缩-燃烧技术中应用较多的吸附剂为活性炭。活性炭的原材料来源广泛，而且具有比表面积大、孔隙发达、化学性质稳定、容易再生等优点，使其能有效的吸附VOCs。吸附浓缩-燃烧法的一大优点就是活性炭在使用之后可以采取一定的技术进行脱附获得再生，从而循环使用而降低治理挥发性有机物的成本，并节约自然资源。活性炭的再生有热再生、生物再生和湿式氧化再生等传统方法，但是这些方法或多或少存有再生炭损失大，再生后的吸附效果随着再生次数的增多而逐渐降低。工业上，活性炭吸附剂一般能够吸附-脱附使用十二次，之后便会因为吸附容量的下降而报废。废活性炭和废VOCs催化剂一样，均属于危险废物，其处理加大了企业的生产成本。因此，急需寻找一种新技术手段，以解决目前浓缩-燃烧法工艺中的多个矛盾，包括贵金属起燃温度低-价格贵矛盾、过渡金属催化剂起燃温度高-价格便宜矛盾、使用催化剂降低反应温度-增加运行成本矛盾、活性炭吸附剂容易报废-废物处理成本高矛盾。
技术实现思路
为了解决目前VOCs去除工艺中的诸多矛盾，精简VOCs吸附浓缩燃烧工艺、减低VOCs去除运行成本，本专利技术提供了一种VOCs吸附剂再生的崭新工艺技术，使得VOCs吸附剂在保证吸附性能的基础上再生，从而实现吸附-再生-吸附的循环使用。在本工艺中，使用多层活性炭层的传统通用的双柱式反应塔为处理装置，对于吸收VOCs达到饱和的吸附剂，采用一种特殊组配的、可使其再生的气体，同时使吸附剂上吸附的挥发性有机污染物分解，从而实现吸附剂的再生；所述的一种特殊组配的气体，其组分及其含量(体积%)为:O2（1~10%）、NOx（0.5~10%）、SOx(0.5~10%)、CO（0.5~10%）、CO2（0.5~10%）以及N2（50%~97%）。所述特殊组配的气体，运作所需的温度为200~300℃；其空速为20000h-1；需反应时间为2~3小时。所述的吸附剂，优选者为活性炭、活性炭纤维，还可以为沸石分子筛、活性炭基吸附剂、粘土基吸附剂、或有机吸附剂。具体工艺如下所述：步骤一：将吸附VOCs饱和的吸附剂置于再生反应器中。步骤二：将再生反应器加热至200-300oC，或者在具有保温装置的情况下，将再生气体预加热至200-300oC；步骤三：通入再生气体。另外，具有类似组分的工业废气在通过组分匹配之后也可以用于吸附剂再生；步骤四：反应后所得气体，再次通入进行吸附剂再生，使其达到循环使用的目的，当其中各种气体达到排放标准后，进行排放。在此过程中，VOCs矿化为CO2，其矿化率大于99%。本专利技术与现有技术相比较，具有显而易见的突出实质性特点和显著优点：（1）相比一般的RTO工艺的反应温度800oC，本工艺反应温度较低；（2）相比一般的RCO工艺270-300oC，本工艺反应温度与其接近，但是本工艺不使用价格昂贵的贵金属催化剂，因此降低了企业运行成本；（3）相比一般的活性炭浓缩-RCO工艺中吸附-催化分开反应的特征，本技术采用吸附-催化一体设计，减少了设备投入成本；（4）相比一般VOCs吸附或者催化工艺容易产生贵金属/重金属废物以及活性炭危险废物的特征，本技术不产生这些固体废物，减少了后期处置成本；（5）对于再生反应后的气体，可以循环使用于吸附剂再生，当其中各种气体达到排放标准后，可以实现绿色安全排放。由此可见，本工艺具有突破性的优势，可以大幅度减少企业的运行成本、并且有利于循环经济及固体废物管理及处置。附图说明图1为本专利技术VOCs吸附剂再生装置图。具体实施方式本专利技术的实施例详述如下：参见图1，在本实施例中，采用并列的双柱塔式反应器(A和B)为吸附剂再生装置，并在塔中铺层活性炭吸附剂。以一种工业烟气作为再生气体为例，再生气体量为3000-7000m3/h；再生气体通过除尘装置；除尘后温度为280-300℃，再生气体中包含5000ppmNOx，5000ppmCO以及5000ppmSOx等。VOCs吸附剂再生的方法步骤如下：a.打开阀门1，向已经装入吸附剂的塔A内通入VOCs，并且打开阀门5，使气体排出。待塔A达到吸附饱和后，关闭阀门1和5，然后打开阀门7向塔A中通入再生气体，并打开加热器使吸附剂温度保持在200-300℃之间，同时打开阀门3，使反应完毕后的气体排出，待再生完毕后，再次打开阀门1，5并向其中通入VOCs进行吸附，达到吸附-再生循环的目的。b.当塔A吸附完毕进行再生时，打开阀门2和6，向塔B中通入VOCs进行吸附反应，待其吸附达到饱和时，塔A中吸附剂几乎完成再生；此时，打开阀门4和8，向塔B中通入再生气体进行反应，待塔A中吸附剂完成再生后，打开阀门1和5，通入VOCs进行吸附。如此先后交错进行反应，以此完成整个系统不间断的吸附-再生的循环。c.经过一个月的连续测试，吸附剂的吸附指标回复98%以上，包括碘值及丁烷值；比表面积损失量小于0.05；平均孔径减小量小于0.3%；吸附剂质量损失量小于0.1%；再生后吸附剂表面官能团含量提升50%-200%；而且反应产生的气体达到排放标准的要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挥发性有机污染物吸附剂的新型再生方法，其特征在于，一种被挥发性有机污染物吸收饱和的吸附剂，采用一种特殊组配的、可使其再生的气体，同时使吸附剂上吸附的挥发性有机污染物分解，从而实现吸附剂的再生；所述的一种特殊组配的气体，其组分及其含量(体积%)为: O2（1~10%）、NOx（0.5~10%）、SOx(0.5~10%)、CO（0.5~10%）、CO2（0.5~10%）以及N2（50%~97%），所述的吸附剂，优选者为活性炭、活性炭纤维；所述特殊组配的气体，运作所需的温度为200~300℃；其空速为20000h‑1；需反应时间为2~3小时。

【技术特征摘要】
1.一种挥发性有机污染物吸附剂的新型再生方法，其特征在于，一种被挥发性有机污染物吸收饱和的吸附剂，采用一种特殊组配的、可使其再生的气体，同时使吸附剂上吸附的挥发性有机污染物分解，从而实现吸附剂的再生；所述的一种特殊组配的气体，其组分及其含量(体积%)为:O2（1~10%）、NOx（0.5~10%）、SOx(0.5~10%)、CO（0.5~10%）、CO2（0.5~10%）以及N2（50%~97%），所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳，殷瑞，黄文忠，花慧，张伟业，周吉峙，钱光人，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31