活性炭回收丙酮技術研究進展總結(jié)
發(fā)布時間：2010/8/11 18:34:51 瀏覽次數(shù)：1908
文章來源：嵩山科技網(wǎng)絡部 作者：嵩山科技小編
摘要：本文綜述了近年來中外學者就丙酮吸附回收用活性炭微孔結(jié)構(gòu)和活性炭吸附丙酮的理論研究成果，介紹了活性炭吸附回收丙酮新工藝、新設備、*集成技術及其研究方向。
關鍵詞：丙酮，活性炭，回收利用 河南嵩山科技有限公司銷售部：賀平13643866137
Research Progress of AC Adsorption for Acetone Aecovery
Abstract：This paper briefly reviewed the up to date status of the theoretical studying results of micropore structure of activated carbon(AC) used for adsorption for acetone and the mechanism research of acetone recovery by AC, introduced the latest techniques, new equipments, integrated security technology, and forecasted the development tendency of the technology for acetone recovery by AC.
Keywords: Acetone, Activated carbon, Recovery
丙酮主要作為溶劑用于炸藥、塑料、橡膠、纖維、制革、油脂、噴漆等行業(yè)中，丙酮回收再利用是節(jié)約生產(chǎn)成本和減少COD、VOCs排放的環(huán)保需要。目前有三種工藝技術方法可供選擇用于丙酮空混氣體（VLA）的回收再利用，分別為深冷法、水吸收法和活性炭吸附解吸法。
深冷法主要用于VLA流量少且丙酮濃度較高的工況，回收丙酮純度高，可直接再利用，但冷量制取的成本較大。
水吸收法回收效率高，水吸收后形成較低濃度的稀丙酮，需要配套精餾提純工藝，能耗也較高，主要為吸收水冷卻耗用的冷量制取能耗和低濃度稀丙酮精餾用蒸汽能耗。
正如美國EPA所指出的，活性炭吸附是去除VOCs“可采用的*技術” [1]，活性炭固定床變溫吸附回收丙酮法較為成熟，可獲得較高濃度（大于50％w）的稀丙酮，精餾后獲得再利用丙酮。
本文綜述了活性炭回收丙酮技術中活性炭微孔結(jié)構(gòu)研究、吸附理論研究、工藝技術、裝置和*技術開發(fā)等進展。
一、 丙酮回收用活性炭微孔結(jié)構(gòu)研究
不同種類的活性炭內(nèi)孔微結(jié)構(gòu)的區(qū)別，是不同活性炭對不同溶劑具有相對選擇性的原因，活性炭孔結(jié)構(gòu)決定于原料、生產(chǎn)工藝等因素，如孔徑再造、表面化學改性等。活性炭產(chǎn)品主要指標有孔徑及其分布、容積率、強度和灰分等，是選用活性炭依據(jù)，吸附小分子量VOCs（如丙酮、苯）時，選擇平均孔徑小的高比表面積活性炭；吸附較大分子量、直鏈型VOCs(如汽油)時，選擇平均孔徑大且孔徑分布大的活性炭?；钚蕴炕曳值颓覐姸雀撸瑒t耐熱脹冷縮性要好，不容易粉化，經(jīng)久耐用。
劉軍麗等[2]研究了適用于丙酮回收用活性炭微結(jié)構(gòu)，指出微孔容積的大小決定了丙酮吸附量的多少，而與總孔容積關系不大。丙酮回收用活性炭微結(jié)構(gòu)*指標：孔徑主要集中在1納米左右，微孔容積在0.4-0.5毫升/克。
Kwon等[3]研究了炭表面的自然氧化，形成含氧官能團，這些含氧基團在高溫時很容易分解去除，這類基團為丙酮分子優(yōu)先吸附位，不影響活性炭對丙酮的吸附能力，且有利于降低單層丙酮吸附能和提高丙酮在活性炭微結(jié)構(gòu)內(nèi)部的吸收擴散系數(shù)。
Joao Pires等[4]研究了丙酮、丁酮、三氯乙烷、三氯乙烯在不同顆粒炭的吸附等溫線，結(jié)論為比表面積大且空隙率大，適用于大分子很 性物質(zhì)的能力越強。
羅宏慧等的研究結(jié)果表明混合氣體的物質(zhì)種類越多，穿透容量降低越嚴重，兩種有機蒸汽共吸附時丙酮的穿透容量下降21．9％ ，四種時則減少到41．7％[5]。
二、 活性炭吸附丙酮的理論研究
丙酮為典型的小分子弱很 性常用有機溶劑，毒性低，應用活性炭吸附丙酮實驗數(shù)據(jù)，建立理論模型，或驗證理論成果，相關報道豐富。
Min-gyu Lee等[6]，研究了丙酮、甲苯及其混合物在椰殼顆?；钚蕴恐酗柡臀搅亢痛┩盖€，丙酮較甲苯有較低的吸附熱，飽和吸附量為甲苯的五分之一。混合物吸附時丙酮穿透時間縮短，出口濃度由零上升至進口濃度的1.6倍，再趨于進口濃度，為典型的置換選擇吸附現(xiàn)象。
李立清等[7、8、9]研究了顆?；钚蕴课奖葴鼐€，屬于Langmuir理論能很好描述的BDDT分類的Ⅰ型吸附等溫線。利用數(shù)據(jù)工具，由不同溫度下實驗獲得的等溫線，獲得顆?；钚蕴课奖狶angmuir數(shù)學模型公式：
q= qsat Cin／(1+B Cin )
qsat = 0．2427936exp(1424．299／T)
B = 0．0002097869exp(1952．189／T)
該模型說明，活性炭吸附裝置一定時，其動態(tài)飽和吸附量與進口濃度和溫度兩因素有關，進口濃度越高，溫度越低，則動態(tài)吸附量越大。
就顆?；钚蕴课奖摳綍r壓力與脫附速率等之間的規(guī)律進行了研究，結(jié)論為吸附柱壓力越低，初始解吸速度越快，初始出口濃度越高，越具有經(jīng)濟性。
在顆粒炭吸附丙酮實驗基礎上，建立了丙酮在活性炭固定床上的吸附穿透曲線數(shù)學模型：
lgln[1／(1-C／c0)]= βlg(t-tB)-βlgta．
式中c0為初始濃度；tB為起始穿透時間點；ta為平均傳質(zhì)區(qū)時間；β為反映活性炭特性的綜合參數(shù)。在起始濃度和平均傳質(zhì)區(qū)時間確定情況下，該模型很好預測吸附柱出口濃度和時間的關系，初始濃度低，則達到一定出口濃度時，吸附時間長，即吸附周期長。在初始濃度、傳質(zhì)區(qū)某點濃度和吸附時間確定后，可計算出傳質(zhì)區(qū)時長，初始濃度越小則傳質(zhì)區(qū)時長越大，和實驗結(jié)果相一致。
Eva Besedova等[10]研究了活性炭吸附丙酮和異丙基苯的吸附等溫線，與Toth模型吻合。丙酮和異丙基笨相比較，吸附熱要低得多，活性炭表面異構(gòu)化降低了丙酮吸附熱，導致溫度對丙酮的吸附量的影響要大于異丙基苯。
徐磊、徐敏等[11]研究了活性炭水中吸附丙酮的現(xiàn)象，用Freundlich方程擬合了吸附等溫線，相關度很 高；同時研究了等量微分吸附熱與吸附量之間變化規(guī)律，隨吸附量增大，等量微分吸附熱降低；通過改變初始濃度、液相溫度、粒徑、攪拌等因素，研究了液相吸附丙酮動力學，用間隙攪拌表面擴散模型對吸附動力學數(shù)據(jù)進行了擬合。
三、 活性炭回收丙酮工藝技術開發(fā)進展
活性炭回收丙酮的固定床變溫吸附工藝目前非常成熟，目前活性炭吸附丙酮的工藝技術開發(fā)，主要在流化床工藝、變壓吸附工藝、變溫變壓吸附工藝和工藝節(jié)能等方向上。
德國Bayer公司采用D47／4活性炭變壓吸附法（PSA）分離丙酮空混氣體，回收率略高于95％[12]。避免蒸汽解吸法(TSA)稀丙酮形成，無需后道提純工藝。
wael等[13]采用活性炭流化床方法對丙酮進行回收，根據(jù)濃度和溫度梯度建立模型，以研究流化床質(zhì)量、能量傳遞機制?；钚蕴课奖驮偕ㄟ^活性炭在吸附罐與解吸罐之間的連續(xù)流動來實現(xiàn)，該法對活性炭強度要求較固定床裝置更高。
Gales等[14]采用活性炭變溫變壓吸附系統(tǒng)回收丙酮、乙酸和乙醇蒸汽，建立了變溫、不絕熱、非平衡狀態(tài)下活性炭吸附的數(shù)學模型。通過實驗方法，從節(jié)能角度，研究了活性炭回收丙酮、乙酸和乙醇的變溫變壓法（TPSA），即常溫常壓吸附，升溫減壓解吸。該法模型相對復雜，但節(jié)能效果優(yōu)于單純的變溫吸附（TSA）和變壓吸附（PSA）。
一些學者對熱氣體解吸提出了改進，Reiter提出再生蒸汽與待吸附污染氣流順流的方法以提高脫附效率、延長活性炭的使用壽命，并采用周邊空氣而非傳統(tǒng)的凈化后氣體作為干燥用氣。
四、 活性炭吸附丙酮相關裝置與*運行研究
活性炭回收丙酮溶劑的新裝置開發(fā)，圍繞節(jié)能、環(huán)保、*技術和自動控制要求展開。
Mark w. townsend [15]介紹了一種拖車式丙酮回收裝置，用于回收車間清洗設備用臟丙酮，閃蒸提純后再利用。
范秀娟等[16]介紹了一種用于處理苯酚丙酮水洗尾氣的活性炭固定床吸附解吸裝置。兩步驟工藝，即吸附、蒸汽解吸；時序法自動控制；*設計為150°報警和脫鹽水自動進入活性炭吸附器。該裝置保證了排空尾氣濃度不超過10ppm。
丙酮氣相濃度檢測技術方面，吉林大學QIQI等[17]制得啞鈴型氧化鋅微晶，用于丙酮測試儀探頭，啞鈴型氧化鋅微晶對丙酮分子具有高度選擇性和靈敏性，能區(qū)分丙酮和乙醇。
活性炭吸附回收有機溶劑的*保障系統(tǒng)，是多維多措施有機集合體，包括正確的工藝和設備設計，以及工藝設備運行中管理與維護。丙酮閃點低，活性炭吸附回收丙酮*要求非常高，主要包括活性炭表面氣流均布、風速控制、工藝管線和裝置防靜電、裝備防爆設備、含丙酮空氣的防塵（特別是防含貴金屬粉塵）預處理、溫度和風阻等監(jiān)控與自動消防等。運行中較高的相對濕度對*有利，嚴防熱量點積聚、明火、靜電放電現(xiàn)象發(fā)生，保證工藝設備的運行*。
五、 總結(jié)
1、適用于回收丙酮活性炭特點為微孔比率高且比表面積大。微孔內(nèi)表面氧化很 性點為丙酮分子的優(yōu)先吸附位。丙酮和其它有機溶劑混合時，活性炭穿透容量下降，VLA中其余有機物的預處理，對提高丙酮動態(tài)吸附率有利。
2、活性炭吸附丙酮沒有一種吸附理論能適用于所有工況。通過模擬吸附回收工況，測定等溫曲線的測定，判斷選用合適的吸附理論預測穿透點、吸附率等。
3、活性炭吸附丙酮的固定床工藝技術日趨成熟，流化床吸附回收丙酮工藝、固定床變壓吸附工藝、和具有節(jié)能特點的變溫變壓（升溫減壓）吸附工藝模型成為新的研究開發(fā)方向。
4、活性炭吸附回收丙酮工藝裝置開發(fā)方面，近年來主要成果有用于丙酮濃度檢測儀感應探頭的啞鈴型氧化鋅微晶、易地解吸的拖車式丙酮回收裝置、一種苯酚丙酮尾氣固定床裝置及其*保護設計等。
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