活性炭吸脱附的工程应用研究
段国臣
山东皓隆环境科技有限公司 山东 潍坊 261000
摘要：随着环保意识的提高，大部分企业已经增加了废气净化设备，但是大型废气设备的投资较大，中小型企业难以承受如此大的投资费用，所以研究一种适用于中小型企业废气工程的净化设备迫在眉睫。活性炭作为吸附性能广泛的优质介质，其应用工艺成熟，本文对活性炭如何适用于大风量有机废气的净化需要进行了探讨。
关键词：活性炭 大风量有机废气 废气治理
1 处理工艺
根据环保排放标准，该废气处理系统主要包括过滤系统、活性炭装置、吸附风机、主风机、CO 催化燃烧炉、PLC 自控系统、配套管路系统等。该废气处理系统分为两套系统，做到废气产生源挥发性有机污染物排放达标、处理过程安全可靠。将生产线中的所有废气排放管合并连接引至净化设备；废气先经过多级过滤是为了过滤其中的大
颗粒物及灰尘，然后送入活性炭吸附箱进行吸附净化，从而避免活性炭微孔被堵塞；当活性炭吸附器接近饱和时，系统检测排放出口浓度达到设定限制时自动转入活性炭再生系统，用热气流对饱和活性炭吸附箱进行解析脱附，将有机物从活性炭上脱附下来。脱附下来的高浓度废气送到CO 催化燃烧装置进行氧化分解，最后被分解成 CO2 与 H2O排出。
2 工艺流程说明
2.1 吸附气体流程
废气经过管道引风机作用输送至空气过滤器，对废气中的有机废气、颗粒物等物质进行过滤，过滤完之后送往活性炭吸附箱，当废气流经活性炭吸附箱时，其中的 VOC气体分子进入到活性炭孔道当中，其余的气体随之排除，这部分气体便得以净化，净化后的气体再通过引风机排向大气。
2.2 脱附气体流程
被活性炭吸附的 VOC 气体分子，由高温气体（100℃ -140℃）进行反向脱附，这部分高温气体仅为进气量的1/5-1/10，脱附之后的气体变为高浓度低风量气体，由引风机作用送往 CO 进行催化氧化处理，变为无害的 CO2 和 H2O 随烟囱排出；脱附所用的热风来源于 CO 一小部分热量。
2.3 蓄热燃烧环节
脱附出来的高浓度有机废气通过 CO 氧化室高温区，使废气中的 VOC 成分氧化分解成为无害的 CO2 和 H2O，分解后气体排出经过换热器，从而节省燃料，降低使用成本。
3 废气处理设备说明
3.1 干式过滤
废气进入活性炭前应进行过滤，此次过滤为二级过滤，分别为 G4、F7。
不同等级过滤器模块化设计，过滤后的空气质量应有效保证活性炭正常运行，过滤器及其材料的选用应综合考虑投入使用后更换时的低成本、长周期原则。
过滤材料纤维表面经过阻燃处理，避免因漆雾聚集而有着火危险。
注：更换周期为经验参考，实际更换周期可能会因为各厂家废气工况不同而不同。
废气过滤系统前端预留废气取样口，取样口设置应方便取样操作（如：监测平台）。
过滤器框架采用碳钢框架（至少 2mm 钢板制作），应有足够强度，需要设计合理的夹紧。
定装置固定过滤器，要求安装牢固，便于拆卸，不产生任何漏风现象。框架的开孔尺寸。
采用的过滤器相匹配。过滤器框架与过滤箱体的密封以及安装，需保证安装后能与箱体有良好的气密性。
每一段过滤必须有检修门，方便后期更换滤材一级保养维护工作。检修门宽≥ 0.4m，距离过滤器箱外站立基准面 1.0~1.2m。
每组过滤器必须具有在线性能监测功能，保证废气处理系统正常、安全、稳定运行。当过滤系统压力达到设定报警值时，报警系统发出报警信号，提醒操作人员更换过滤袋。
过滤器底部设置排水口，防止废气在低温环境种冷凝聚集冷凝水。
3.2 活性炭吸附系统
废气经过滤处理后进入活性炭吸附箱，此时有机废气经过活性炭时溶剂被吸附在活性炭表面，而洁净气体由后置引风机排空。
活性炭吸附箱上设置温度传感器 , 传感器监测吸附箱内温度，输出信号至 PLC。
选用优质蜂窝状、 耐水性蜂窝活性炭。蜂窝活性炭比表面积大，吸附能力强。蜂窝活性炭流体阻力小，再生效果好。
设备保温采用岩棉保温，保温厚度为 50mm。
吸附风阀、脱附风阀均采用气动蝶阀，阀门泄露量小于 1.5%。
风管有膨胀节，风管能够承受最小 700Pa 的静态压力。
配置完善的安全检测手段，每个活性炭床均需配置 2个 PT100 温度检测探头。
法兰采用国标法兰 0.25Mpa 以上。
吸附箱进、出风口设计多孔导流板，使得进、出废气在活性炭吸附箱内气流均布，吸附床吸附率提高。
设备设有测温探头，设置安全防火阀门，当废气进口温度超高时关闭。
设备内设置多点温控点，同时设有自动报警系统。
工作过程中当设备温度超高时，关闭阀门切断设备与车间的通路，立即启动消防设施。
以上所有程序采用 PLC 程序自动控制。
3.3 CO 催化燃烧
催化燃烧是典型的气——固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面，提高了反应速率，加快了反应的进行。
借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为 CO2 和 H2O，同时放出大量热能，
从而达到去除废气中的有害物的效果。其反应过程为：
在将废气进行催化燃烧的过程中，废气经管道由风机送入热交换器进行一次升温，再进加热室将废气加热到催化燃烧所需要的起始温度。经过加热的废气通过催化剂层使之燃烧。由于催化剂的作用，催化燃烧法废气燃烧的起始温度约为 250℃ -300℃，大大低于直接燃烧法的燃烧温度 670℃ -800℃，因此能耗远比直接燃烧法低。同时在催化剂的活性作用下，反应后的气体产生一定的热量，高温气体再次进入热交换器，经换热冷却，最终以较低的温度经风机排入大气。
催化燃烧装置装有温度探头及补冷阀，当炉体催化室反应温度超过设定上限时，开启补冷阀，对进气源进行稀释，保护设备延长使用寿命，防止意外发生。
本装置的主体结构由净化装置主机、引风机及电器控制元件组成。净化装置主机是由换热器、预热室、催化床、阻火器和防爆器组成的整体结构，炉体周边整体保温，保温层厚 100mm，炉体外表温度≤环境温度 +40℃。
废气燃烧净化装置整体应充分考虑节能高效，燃烧净化效率应≥ 95%。
3.4 风管系统
废气设备系统外风管采用镀锌风管，厚度不小于1.2mm；系统内风管采用不锈钢材质，厚度不小于 1.2mm。
所有风管安装凝结水的排放口，排放位置依据现场情况而定；风管设有膨胀节，风管能够承受最小 700Pa 的静态压力。
主要管道上方安装有检修口。
设计安装现场核查，不能与现有结构有干涉问题。若存在干涉情况下，我方提交改造方案，在甲方签字确认后实施改造。
排气风管的设置优先考虑减少顶部开口的设计，防止雨水泄漏。
废气处理系统入口处设计一旁通，确保系统安全运行。
活性炭吸附后清洁废气和 CO 催化燃烧焚烧后的废气最终汇入烟囱排放。
活性炭设备、废气焚烧等设备的进、出口管路上设置废气检测口。
介质温度高于 50℃的管道（脱附管道、排气管道、烟囱底部等）、设备、室体等人容易触摸到且有*危险的部分做保温隔热处理，保证外表面温度不高于 50℃，并悬挂安全标志。保温材料采用优质材料，保温棉固定与连接牢固。其他设备隔热材料化学上属于中性，不燃烧，可忍受持续出现的最高温度，且可承受自振。
风管隔热层外采用铝板外壳。
CO 催化燃烧采用内部保温，保温厚度≧ 100mm, 保证CO 催化燃烧炉体外壁温度不高于环境温度 40℃。
风机与风管的连接部位，在安装前遮蔽物不能拆除，防止粉尘进入风管内部。安装完成后，应对其内部进行保洁处理。
废气处理设备进出口端设置 VOCs 浓度监测取样口，符合相关标准。
3.5 电控系统
控制系统设置独立控制室，控制间内预留通道能够满足设备检修、出入要求。
主要由 PLC 及其系统组成。由 PLC 及其系统接受现场发来的数据信息，经过 PLC 自身的运算与处理后，发出相应的指令对现场设备进行控制。对现场设备出现的所有故障及时的进行分析处理，实时将故障信息反映至 PLC，并进行相应的声光提示。通过 PLC 自动模式可实现设备无人值守，便于操作，降低管理运营成本。
主要由总线模块、变频器、现场设备检测元件、现场执行机构（电动机、调节阀等）等组成，直接或通过现场总线与 PLC 进行数据交换，将现场信息发送给 PLC，并按PLC 输出指令执行设备动作。
4 系统安全保障
（1）CO 催化燃烧入口管道中设置阻火器，火焰经过阻火元件的许多细小通道之后变成若干细小的火焰，使火焰温度降到着火点以下 , 系统中如果出现异常着火的情况，可以防止火焰蔓延。阻火器的传热作用分散火焰能量，降低温度，避免火焰的继续蔓延。
（2）系统内活性碳吸附箱之前设置防火阀，以防止意外发生。
（3）新风稀释装置主要由通风阀和新风口组成，当LEL 检测仪检测到进入 CO 催化燃烧的废气超过设定界限浓度时，通风阀打开，通入适量新风对进入的 VOCs 废气稀释，防止进入 CO 催化燃烧的废气浓度超过设定界限。
5 结语
活性炭的脱附再生与催化燃烧的联合应用，为活性炭适用于大风量废气治理技术开辟了一条新途径，有效解决了传统工艺活性炭易饱和的弊端，必将在环境保护领域发挥更加重要的作用。
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