專利名稱：用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法。
背景技術(shù)：
借著將有機(jī)氣體物質(zhì)吸附在吸附劑上(特別是在活性炭上)而將所述有機(jī)氣體物質(zhì)從廢氣流分離的方法，多年以來已在工業(yè)上獲得應(yīng)用，因此，例如用在將溶劑回收的設(shè)備上。此處主要使用固體床顆粒傾料(Festbettgranulatschttung)當(dāng)作活性炭。布席形式的纖維形活性碳較少使用，這類布席形式的纖維形例如有不織布、梭織布、或編織物，它們被卷成環(huán)形吸附器或夾入框結(jié)構(gòu)中。利用吸附作用的廢氣凈化的整個(gè)程序一般分三個(gè)主步驟進(jìn)行承載步驟、再生步驟、冷卻步驟。在承載步驟時(shí)，所述吸附劑被所要凈化的廢氣流過，且在此過程時(shí)將有機(jī)物質(zhì)結(jié)合在其內(nèi)部孔隙構(gòu)造中。在承載過程中，承載物流的前鋒部分沿流動方向漂泊通過吸附器。如果在吸附器的一端(沿流向看)上的吸附劑承載了許多有機(jī)物，使得干凈氣體濃度達(dá)到一定界限值，則此吸附器的承載過程結(jié)束，并切換到另一個(gè)再生過的新鮮的吸附器。基于經(jīng)濟(jì)理由，一般希望使載滿有機(jī)物的吸附劑再生。然而也有許多情形中，再生是不可能或不經(jīng)濟(jì)的。特別當(dāng)有機(jī)物質(zhì)的濃度很低時(shí)尤然，例如建筑物供空氣或建筑物的空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)空氣中供空氣。在這些情形中，載滿有機(jī)物的吸附劑要當(dāng)作廢棄物處理并用新的取代。
由于吸附作用是一種可逆程序，故結(jié)合的有機(jī)物質(zhì)在再生步驟中可再從吸附劑中除去，其方法是將平衡條件改變。關(guān)于這點(diǎn)舉例而言，可用以下方法實(shí)現(xiàn)將吸附劑加熱，并利用一股沖刷氣流將所吸附的有機(jī)物質(zhì)從吸附劑中驅(qū)出。舉例而言，這種程序是使用在水蒸氣再生式及惰性氣體再生式的活性炭吸附設(shè)備的場合。在這兩種情形中，所述沖刷空氣同時(shí)也當(dāng)作吸附劑的加熱媒質(zhì)。因此，吸附劑的加熱作用和有機(jī)物脫附(脫離吸附)作用(Desorption)是不可分離地連結(jié)一起。由于使用沖刷氣體將承載有機(jī)物的吸附劑間接加熱，故需要很大的沖刷氣體的體積流。在用水蒸氣再生的情形，水蒸氣從吸附器出來后，須隨同所述從吸附劑脫附的有機(jī)物質(zhì)冷凝。然后，所生的冷凝液冷凝，冷凝須用繁復(fù)的程序，例如利用分餾(Rektifikation)處理，使水與有機(jī)物質(zhì)分開。而惰性氣體再生的方式(其中一般使用氮?dú)庾龆栊詺怏w)比水蒸氣再生式更繁復(fù)，因?yàn)榇饲樾沃?，氮?dú)馐茄h(huán)通過吸附器，且它在冷凝步驟須冷卻到極低溫度，俾使脫附的有機(jī)物質(zhì)冷凝，且使吸附劑的剩余承載量在再生步驟結(jié)束時(shí)要很低，使得以后的承載步驟中能維持所要的干凈空氣濃度。
利用這種方法所能達(dá)到的純化因數(shù)(Anreicherungsfaktor)(最大再生氣體濃度/原氣濃度)只有40，其原因是所述吸附劑受惰性氣體加熱的作用由于其熱容量小而進(jìn)行得很慢，因而需要大的流速，在0.1~0.5m/s之間。如果所述吸收劑不是間接受沖刷氣體加熱，而是直接通過電流加熱，則可大大地改善。在此情形中，由于把加熱與沖刷過程的糾結(jié)分開，故沖刷氣體的量可大大減少，且可達(dá)到高得多的純化因數(shù)。
因此，在德國專利案DE 195 13 376 A1發(fā)表了一種有機(jī)溶劑的回收裝置，它由一環(huán)形固體床構(gòu)成，所述固體床充滿活性炭顆粒，且可用電加熱，使廢氣流流過所述固體床，以吸附溶劑，然后用再生氣體流過，以進(jìn)行脫附或再生。在這種裝置的情形中，所述環(huán)形固體床的外函殼和內(nèi)函殼由一種構(gòu)成電極的格柵金屬構(gòu)成。利用這種方法，可使純化因數(shù)達(dá)到120，因此所需的沖刷氣體的體積流可減少到原氣體積流的5~10％。在這種小「比氣體量」(spezifische Gasmenge)(它相對于活性炭床的流動面積很小)的場合，只有當(dāng)在吸附器內(nèi)部中央，例如利用一條具有許多細(xì)孔的分配管沖刷，所述活性炭床才能用沖刷氣體起到對良好再生作用所需的均勻沖刷作用。在這種方法，對于「有機(jī)物質(zhì)承載使用壽命時(shí)間」(Beladestandzeit)以及干凈氣體濃度的品質(zhì)而言，其缺點(diǎn)為再生氣體流本身受到活性炭加熱，且因此在再生時(shí)，從內(nèi)向外活性炭溫度有落差，最內(nèi)的活性炭層達(dá)到的再生溫度遠(yuǎn)低于較外層者。結(jié)果使最內(nèi)的活性炭層再生程度不足，因此在承載步驟時(shí)，不能達(dá)到像例如在最干凈的空間供空氣的場合所需的，那種很低的干凈氣體濃度，例如幾個(gè)μg/m3。
在德國專利DE 41 04 513 C2揭示了一種吸附器，它同樣地直接利用電流加熱，其特點(diǎn)是，使用纖維形的活性炭做吸附性材料，舉例而言，所述活性炭呈席布形式。這種吸附器的一實(shí)施例以示意圖方式示于第1圖中。
圖中的這些框架有好幾個(gè)可用空氣工程方式及電氣方式裝接成許多種有用的裝置以處理較大量的廢空氣。由于碳布很快受電加熱(這種加熱作用可在不到一分鐘內(nèi)完成)，故可達(dá)成高達(dá)1500的純化因數(shù)，舉例而言，如果溶劑須回收，則這一點(diǎn)很有利。
其缺點(diǎn)為須花費(fèi)很大的成本，以使再生氣體均勻地分布在過濾面范圍。因此，在上述的例子中，相對于一個(gè)1m×3m的過濾器的過濾面積，再生氣體速度只有0.01m/s。在這種流速，舉例而言，經(jīng)過五層活性炭纖維布，只造成10Pa的壓力損失，因此，當(dāng)這種再生氣體跑到過濾器上時(shí)，氣體須已均勻分布。舉例而言，這點(diǎn)可利用一種分配管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述分配管系統(tǒng)具有許多孔，沿高度及橫截面的范圍分布，再生空氣呈自由流束的方式從這些孔出來，如圖2所示。
因此，當(dāng)所要處理的空氣量很大時(shí)，換言之，當(dāng)有數(shù)個(gè)過濾框架組件時(shí)，則要設(shè)置許多分配管(3×過濾框架的數(shù)目)，過濾框架或者一分配管和過濾器之間的距離必須選設(shè)得很大(0.87m)，這樣，會使所述裝置的構(gòu)造體積加大到很不經(jīng)濟(jì)。
此外還有一個(gè)缺點(diǎn)在這種電方式的再生方法，脫附氣體的加熱作業(yè)也是借著使熱從電加熱的炭布熱傳遞到空氣而實(shí)現(xiàn)，由于形成溫度梯度，故對于廢空氣凈化程序的效率而言，有上述的負(fù)面結(jié)果。這一點(diǎn)在使用活性炭纖維布時(shí)，如圖3所示，由于使用的碳量少，故其影響比起在用顆粒炭(其中要處理同量的廢空氣需使用多于100倍量的活性碳)的場合還要大得多。這種大溫度梯度的結(jié)果，使得在再生時(shí)，所述第一碳布層(沿再生方向看的第一層，它對廢空氣的細(xì)微凈化作用很重要)不能最適當(dāng)?shù)卦偕@一點(diǎn)在隨后承載時(shí)就可明顯看出，因?yàn)槌休d使用壽命時(shí)間縮短，且能達(dá)到的干凈氣體濃度變差。當(dāng)然，再生氣體速度越高，則這種負(fù)面效果越大。
另一缺點(diǎn)為如以下的表所示，在較高的脫附氣體速度時(shí)，所需的電加熱功率隨著脫附氣體速度增加而急遽上升。其結(jié)果使得基于經(jīng)濟(jì)理由在使用由活性炭纖維布制的電再生的吸附器時(shí)，再生氣體速度要保持盡量低，這點(diǎn)又使它需要一種繁復(fù)的再生氣體分配系統(tǒng)的設(shè)備。
表一

最后一點(diǎn)，這種方法還有一缺點(diǎn)即，活性炭布的溫度很難調(diào)節(jié)(對于這種方法的實(shí)際應(yīng)用，這種溫度的調(diào)節(jié)，基于安全技術(shù)的理由也是很重要)。這種問題產(chǎn)生的原因在于活性炭纖維布的導(dǎo)熱性和熱容量很小，因此如果使用傳統(tǒng)溫度測量方法，例如用電絕緣的溫度元件，則反應(yīng)的時(shí)間會延遲很多，此外，「測量值」的誤差很大，因?yàn)樗退鰷囟仍c炭布之間的(或然率)的機(jī)械性接觸的好壞有關(guān)。由于這種炭布從室溫加熱到例如200℃，只要大約一分鐘的時(shí)間，此外，活性炭的電阻呈負(fù)溫度系數(shù)，故在這種方法中，活性炭布有很大的過熱之虞。
在這兩種現(xiàn)有的電氣式再生氣體吸附的方法的冷卻步驟中，吸附劑借著空氣或惰性氣體通過而冷卻到一溫度(此溫度是隨后承載步驟所需要的)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種將導(dǎo)電吸附劑，特別是活性炭纖維布進(jìn)行電方式再生的方法，與傳統(tǒng)再生法例如惰性氣體再生法及水蒸氣再生法相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)脫附時(shí)間和加熱時(shí)間很短；在再生時(shí)純化因數(shù)很大；在必要時(shí)再生溫度可達(dá)300℃；在纖維形的吸附劑的場合，從氣相過渡到吸附相的物質(zhì)過渡區(qū)中有極快的運(yùn)動機(jī)構(gòu)；十分經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樵陔姎馐皆偕椒ㄖ?，只有活性炭與再生氣體要加熱，而管路、容器、和其他設(shè)備部分無需加熱；而且克服了如上述的傳統(tǒng)電氣式吸附劑再生法的缺點(diǎn)，特別是也可用遠(yuǎn)大于2cm/s的脫附氣體速度，而不會使得所述用于加熱吸附劑的電端子值遠(yuǎn)大于在脫附氣體速度小于1cm/s時(shí)的值。這種性質(zhì)，當(dāng)在使用空氣做再生氣體時(shí)且此再生空氣不需進(jìn)一步凈化時(shí)，例如當(dāng)要把供應(yīng)到建筑物的空氣除去外界空氣中所含的氣體質(zhì)除去時(shí)，是特別所希望的；不需繁復(fù)的裝置以將再生氣體均勻地分布在過濾器的流動面，因此，一方面，這種分布裝置的設(shè)備成本可省，另一方面，這種過濾器的空間需求比起傳統(tǒng)構(gòu)造方式來卻大大減少；此再生方法本身自然對防止活性炭纖維的過熱與燃燒情事有安全性，換言之，不需電功率的溫度調(diào)節(jié)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法，其特點(diǎn)是，包括使電流通過所述導(dǎo)電吸附劑而加熱所述導(dǎo)電吸附劑，其中，并無沖刷氣流導(dǎo)經(jīng)所述吸附劑，然后在電流關(guān)掉后，將一股沖刷空氣氣流導(dǎo)經(jīng)所述吸附劑，以同時(shí)將所述被吸附的有機(jī)物質(zhì)驅(qū)出并將吸附劑冷卻。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明；所述實(shí)施例是根據(jù)一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的測量值，且其中使用了本發(fā)明的方法的所有特征。


圖1是德國專利DE 41 04 513 C2所揭示的一種現(xiàn)有吸附器的示意圖；
圖2是圖1的現(xiàn)有吸附器的分布系統(tǒng)的示意圖；圖3是所述現(xiàn)有吸附器中活性炭布層的溫度與再生氣體速度的關(guān)系座標(biāo)圖；圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的吸附器的一剖面圖；圖5是采用所述實(shí)施例所得到的甲苯的穿透曲線圖；圖6與圖7分別是經(jīng)過分布管以及不用分布管的脫附作用的示意圖；圖8~圖11是所述節(jié)律(脈波)式脫附作用的時(shí)間走勢圖。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備(其度量尺寸設(shè)計(jì)為具有0~30m3/小時(shí)的空氣量)中依以下說明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以進(jìn)行吸附及脫附，在進(jìn)行脫附時(shí)有時(shí)間間隔的節(jié)律。
如圖4如示，在實(shí)驗(yàn)室的吸附器1中，承載作用是沿圖示方向從原氣管路5來經(jīng)由過濾器2到干凈空氣管路4。在此將五個(gè)層的ACF夾入在過濾器框架中。供應(yīng)管路3及導(dǎo)離管路6在承載階段時(shí)是關(guān)閉著。承載濃度對溶劑甲苯是選設(shè)成約40mg/m3，其中，原氣的相對濕度在23℃時(shí)是保持在50％。
當(dāng)過濾器自由過濾面積在寬度0.07m，高度0.21m時(shí)，其上的速度為0.3m/s。此實(shí)驗(yàn)一直進(jìn)行到穿透濃度為原氣濃度的10％為止，如圖5所示。所選設(shè)的穿透濃度為4mg/m3，此穿透濃度在約40分后達(dá)到。
在隨后的脫附作業(yè)時(shí)，空氣沿著與吸附時(shí)相反方向?qū)нM(jìn)，其中，依氣體速度而定，所述「脫附氣體」經(jīng)由所述脫附管3或正常管路4導(dǎo)入，如圖6和7所示。此再生空氣經(jīng)「再生空氣管路」導(dǎo)離。在整個(gè)再生作業(yè)(它由二個(gè)部分步驟構(gòu)成加熱各脫附/冷卻)中，原氣管路經(jīng)常關(guān)著。
在脫附作業(yè)時(shí)，溫度的測量作業(yè)是以無接觸方式在過濾器表面用紅外線測量以及用特別制備的溫度元件在過濾層間測量。
整個(gè)脫附作業(yè)如下進(jìn)行，見第8~圖11★借著在恒定電力供應(yīng)下直接加熱一段2.5分的時(shí)間將過濾材料加熱。如此使吸附器上的閥關(guān)閉。
★將電力供應(yīng)停止2.5分后，打開過濾器的吸附器上的閥，為時(shí)0.5分。在此時(shí)間中，將脫附的溶劑、脫附的水運(yùn)走，并將過濾器上的溫度降低。在0.5分后將吸附器上的閥關(guān)閉。
★借著在恒定電力供應(yīng)下直接加熱一段2.5分的時(shí)間將過濾材料加熱。
利用這種時(shí)間節(jié)律方式和程序的進(jìn)行，總共作了七次加熱和流過的作業(yè)，然后可再開始另一個(gè)吸附過程。
在過濾器上加熱時(shí)，在最先的兩個(gè)時(shí)段中達(dá)到的較低的溫度是受到在ACF上所吸附的水的先前發(fā)生的脫附作用的影響。然后，從第三時(shí)段起，則達(dá)到對應(yīng)的電力供應(yīng)和時(shí)間所要的固定溫度曲線。
出乎意料地，如今證實(shí)利用這種時(shí)段式再生方式所述活性炭纖維布只用七個(gè)時(shí)段即可大幅脫附，雖然在原本的脫附時(shí)間—它和冷卻時(shí)間一樣—沒有加熱的電力供應(yīng)，但這段時(shí)間很短，例如在再生空氣速度20cm/s時(shí)只有30秒且在這段時(shí)間內(nèi)，所述活性炭纖維布的溫度從最初的220℃降到約40℃。在隨后承載階段時(shí)，再達(dá)到相同的使用壽命時(shí)間(Standzeit)；這顯示存在著一種固定的狀態(tài)，也即，在這種時(shí)段脫附時(shí)，可脫附掉與先前在承載階段中所吸附的一樣多的甲苯量。
出乎意料地，我們發(fā)現(xiàn)，如果脫附作業(yè)時(shí)段的數(shù)目保持不變，則在本發(fā)明的再生方法中，所述再生氣體速度在很大的范圍中實(shí)際上對于脫附品質(zhì)、電能消耗、或電端子功率、以及在隨后承載階段時(shí)的干凈氣體品質(zhì)并無影響；而這點(diǎn)對上述的方法而言也是很有利的。這點(diǎn)可在下表中清楚看出表二

權(quán)利要求
1.一種用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法，其特征在于，包括使電流通過所述導(dǎo)電吸附劑而加熱所述導(dǎo)電吸附劑，其中，并無沖刷氣流導(dǎo)經(jīng)所述吸附劑，然后在電流關(guān)掉后，將一股沖刷空氣氣流導(dǎo)經(jīng)所述吸附劑，以同時(shí)將所述被吸附的有機(jī)物質(zhì)驅(qū)出并將吸附劑冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法，其特征在于所述二個(gè)部分步驟—加熱與脫附/冷卻—是在時(shí)間上先后相隨重復(fù)數(shù)次。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法，其特征在于所述加熱步驟作一段預(yù)定的固定時(shí)間。
4.如權(quán)利要求3所述的用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法，其特征在于所述一段固定的預(yù)定加熱時(shí)間是計(jì)算成使所述時(shí)間是在供給電加熱功率時(shí)將完全未承載的吸附劑加熱到預(yù)定最大溫度所需的時(shí)間。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法，其特征在于所述通過吸附劑的空氣氣流速度為0.1~0.5m/s。
6.如權(quán)利要求1或第2所述的方法，其特征在于所述吸附劑由纖維狀活性炭構(gòu)成，所述纖維狀活性炭呈不織布、梭織布、或編織布的形式。
7.如權(quán)利要求1或第2所述的方法，其特征在于所述預(yù)定時(shí)間選設(shè)成使所述吸附的混合物依其揮發(fā)性而定先被脫附及捕集。
全文摘要
一種用于將載有有機(jī)物質(zhì)的導(dǎo)電吸附劑再生的方法,其特點(diǎn)是,包括:使電流通過所述導(dǎo)電吸附劑而加熱所述導(dǎo)電吸附劑,其中,并無沖刷氣流導(dǎo)經(jīng)所述吸附劑,然后在電流關(guān)掉后,將一股沖刷氣流導(dǎo)經(jīng)所述吸附劑,以同時(shí)將所述被吸附的有機(jī)物質(zhì)驅(qū)出并將吸附劑冷卻。
文檔編號B01J20/34GK1341482SQ01122719
公開日2002年3月27日 申請日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月6日
發(fā)明者侯斯特·歇米爾, 艾格貝特·西普特, 康尼西·慕納 申請人:M+W桑德設(shè)備工程有限公司