專利名稱：利用高壓放電對吸附劑進行解吸再生的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用高壓放電對吸附劑進行解吸再生的方法，可用于吸附法凈化有機廢氣技術中或化工分離過程中的吸附劑再生。屬于環(huán)境技術和化工分離領域。
對低濃度有機廢氣的處理最常見的方法是吸附法，該方法是利用固體吸附劑對廢氣中有機成分的吸附作用而達到凈化的目。由于吸附劑往往具有高選擇性，對低濃度的有機廢氣的凈化十分有效。然而，由于吸附劑的吸附能力有限，當吸附劑使用一段時間后，吸附劑對廢氣中的污染物的吸附將達到飽和，從而失去對凈化作用，此時就必須更換吸附劑或對吸附劑進行解吸(或稱再生)，使其重新恢復吸附能力。
吸附劑常規(guī)的解吸再生方法有蒸汽吹掃解吸、變溫解吸、變壓解吸等方法。這些解吸方法工藝比較復雜、需要許多相應的輔助設備，且能量消耗大、再生時間長，是制約吸附分離技術普遍推廣的主要原因。目前最常用的蒸汽吹掃法解吸有機溶劑的工藝(葉振華等，《化學工程手冊-吸附及離子交換》，化學工業(yè)出版社，198565～80)包括1)吹掃階段，在解吸階段需要向吸附床通入壓力為2～5kg/cm2、溫度130～160℃的水蒸汽進行吹掃，吹掃時間約為60分鐘；2)干燥階段，需要對吹掃后含有水分的吸附床進行干燥處理，通入100～110℃的熱空氣約100～120分鐘；
3)冷卻階段，向吸附床通入20～40℃的空氣進行冷卻，冷卻時間60～100分鐘。
吸附劑只有經(jīng)過上述三個步驟才能得到充分再生，所需要的時間較長(約3-5小時)，所消耗的熱量和空氣量大，總體能量消耗高。因此，開發(fā)經(jīng)濟有效的解吸新技術是非常必要的。
目前，利用高壓放電等離子體對有機物進行直接降解的研究較多，但利用高壓放電進行解吸的技術除本發(fā)明人的初步研究外(晏乃強等，中國環(huán)境科學，2000，20(6)565)，在國內未見其它的研究報道。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明利用了高壓放電法的解吸速度快、部分有機物可在放電解吸過程中直接分解等特點，所采用的吸附劑一般為活性氧化鋁、沸石、分子篩或專門制備的復合型吸附劑，這些物質具有較好的絕緣性；將這些吸附劑填充到布置有線-筒式或線-板式電極結構的吸附裝置中，使放電極和接地極間的間隙被這些絕緣性吸附劑所充滿，形成固定床吸附裝置。在進行解吸時，利用高壓電源向反應器的兩電極間施加一定的高電壓，使吸附劑顆粒發(fā)生極化現(xiàn)象，在其接觸點間產(chǎn)生局部高電場，并沿吸附劑表面發(fā)生放電。由于放電產(chǎn)生的局部熱效應、電子或離子對吸附劑表面的激勵作用，使吸附劑表面的能量狀態(tài)發(fā)生變化，吸附劑與吸附質分子間的作用力被打破，導致原吸附在吸附劑表面的有機物迅速脫離，達到解吸的目的。在此解吸過程中，由于放電的作用，部分有機物在電子活性自由基等物質的作用下還會發(fā)生化學分解，轉化為CO2和水等無害物質。
本發(fā)明可按下述步驟進行實施1.吸附放電裝置的制備先按吸附裝置尺寸的大小來確定吸附劑顆粒的大小，吸附劑的平均直徑一般在0.5～5mm范圍；吸附裝置中的電極布置一般為線-筒式或線-板式結構，與一般的電除塵器結構相似，但為了防止火花放電的產(chǎn)生，兩電極之間應具有一層介質阻擋層，如玻璃管(板)或陶瓷管(板)。兩電極間的距離與所使用的電壓有關，一般在10～100mm之間，吸附裝置的長度在100～1000mm范圍。
2.高壓電源可采用高壓脈沖電源和中低頻交流電源。高壓脈沖電源應能提供的常用的電參數(shù)為脈沖電壓峰值30～80kV、脈沖重復頻率100～200pps；也可使用高壓交流電源 ，其頻率為工頻或中低頻(50～1000Hz)，電壓幅值10～40kV。
3.在吸附階段，不需向反應器施加電壓，此時放電反應器對廢氣中的有機污染物僅起吸附作用。
4.再生階段，當吸附劑的吸附能力下降到一定程度時，需進行解吸再生，通過高壓電源向吸附裝置施加脈沖或交流高電壓，有機物將迅速解吸，當解吸時間持續(xù)20～50分鐘時，大部分有機物已被解吸。在放電解吸時會釋放出部分高濃度的有機氣體，可采用其它方法進行回收再利用，或循環(huán)通過放電反應器將其充分分解。
5.吸附劑被解吸到一定程度后，停止向吸附裝置提供高電壓，此時，吸附劑又恢復吸附能力，操作重新進入吸附階段。
由上述步驟可見，解吸過程只需施加一定的高電壓，避免了蒸汽和冷熱空氣的使用，既降低了能量消耗，又節(jié)省了再生時間，保證了運行的連續(xù)性，并省去了很多復雜的輔助設施(蒸汽發(fā)生器、熱交換器等)。
本發(fā)明采用了可填充式吸附劑的吸附-放電裝置，并利用高壓電源向吸附裝置施加高電壓，使吸附劑顆粒間產(chǎn)生局部高電場并形成放電等離子體，使吸附質與吸附劑之間的結合力降低，達到解吸再生目的，同時部分有機物發(fā)生分解。與一般的吸附劑解吸再生方法相比，本發(fā)明的方法具有再生速度快、能量消耗低、工藝簡單等優(yōu)點，可用于環(huán)境保護以及化工分離等領域。


圖1中，1為吸附-放電裝置主體，一般為玻璃管(板)或陶瓷管，2為高壓放電極，為直徑1-2mm的不銹鋼絲，3為接地極緊貼裹在吸附-放電裝置主體1外側的鋁箔或錫箔，吸附劑4為氧化鋁、分子篩或沸石顆粒，用作吸附材料，密封塞5為聚四氟乙烯塞子，起密封和固定放電電極作用，氣體進出口6用于有機廢氣的進出，高壓電源7為高壓脈沖電源或高壓交流電源，用于提供高電壓。
以含苯蒸汽的空氣為模擬廢氣，廢氣濃度約為800mg/m3，以20ml/min的氣體流量連續(xù)流過吸附裝置，當吸附時間為150分鐘時，氣體流過裝置前后的濃度基本相同，表明吸附劑已達吸附平衡，失去了吸附能力，需要進行再生，分別采用以下兩種方法進行對比1、常規(guī)再生方法采用熱空氣吹掃，熱空氣溫度約為85℃，流量也為20ml/分鐘。當吹掃時間達70分鐘時，吹掃出的氣體苯濃度維持在500mg/m3左右，當吹掃達120分鐘時下降到100mg/m3左右。
2、本發(fā)明的再生方法采用高壓脈沖放電的方法進行解吸，脈沖電壓為40kV，頻率為100pps；解吸的過程通入流量為20ml/分鐘的常溫空氣。結果發(fā)現(xiàn)，當電壓施加后，出口的解吸氣中苯濃度迅速上升，濃度最高可上升到3000mg/m3左右，此濃度約持續(xù)5分鐘后，又開始迅速下降，當解吸時間為10分鐘時解吸氣苯濃度下降到300mg/m3左右，當解吸時間達15分鐘后，濃度可下降到100mg/m3以下。
對比可見，放電對吸附劑的解吸速度較熱空氣吹掃法迅速得多，解吸時間可大幅度降低。
將所配制的含甲苯氣體連續(xù)流過反應器，當反應器中的氧化鋁顆粒達到吸附平衡后；隨后開始在反應器上施加30kV的交流高電壓對氣體進行處理，并用同樣流量的潔凈空氣作為解吸載氣。
與前面類似，施加電壓后，流出的解吸氣中的甲苯濃度迅速上升，約在6分鐘左右出口氣體中甲苯濃度上升到最大值，約達3300mg/m3，持續(xù)3～5分鐘后甲苯濃度又迅速下降，約在50分鐘時降低到200mg/m3以下。
通過以上實施實例表明，高壓放電對吸附劑有很好的解吸再生作用，在環(huán)境保護或化工分離等領域有良好的應用前景。
權利要求
1.一種利用高壓放電對吸附劑進行解吸再生的方法，其特征在于將吸附劑填充到布置為線-筒式或線-板式電極結構的吸附裝置中，使放電極和接地極間的間隙被這些絕緣性吸附劑所充滿，兩電極之間有玻璃陶瓷材料的介質阻擋層，當吸附劑達到或接近飽和時，通過高壓電源向吸附裝置施加脈沖或交流高電壓進行再生，放電解吸時間持續(xù)20～50分鐘后吸附劑得到充分再生，停止向吸附裝置提供高電壓，重新進入吸附階段。
2.如權利要求1所說的利用高壓放電對吸附劑進行解吸再生的方法，其特征在于高壓電源采用高壓脈沖電源，電參數(shù)為脈沖電壓峰值30～80kV、脈沖重復頻率100～200pps，或采用高壓交流電源，其頻率為50～1000Hz，電壓幅值10～40kV。
3.如權利要求1所說的利用高壓放電對吸附劑進行解吸再生的方法，其特征在于吸附劑采用活性氧化鋁、沸石或沸石分子篩，粒徑范圍為0.5～5mm。
4.如權利要求1所說的利用高壓放電對吸附劑進行解吸再生的方法，其特征在于吸附裝置的長度為100～1000mm，兩電極間的距離為10～100mm。
全文摘要
一種利用高壓放電對吸附劑進行解吸再生的方法，將吸附劑填充到布置為線－筒式或線－板式電極結構的吸附裝置中，兩電極之間有玻璃或陶瓷材料的介質阻擋層。當吸附劑達到或接近飽和時，通過高壓電源向吸附裝置施加脈沖或交流高電壓進行再生，再生時間只需20～50分鐘。本發(fā)明采用了可填充式吸附劑的吸附－放電裝置，并利用高壓電源使吸附劑顆粒間產(chǎn)生局部高電場并形成放電等離子體，使吸附質與吸附劑之間的結合力降低，達到解吸再生目的，同時部分有機物發(fā)生分解。本發(fā)明具有再生速度快、能量消耗低、工藝簡單等優(yōu)點，可用于環(huán)境保護以及化工分離等領域。
文檔編號B01J20/34GK1424140SQ02157728
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權日2002年12月25日
發(fā)明者晏乃強, 賈金平, 王亞林 申請人:上海交通大學