活性炭吸附―水蒸汽再生法处理包装印刷行业挥发性有机污染物的研究

摘 要：工业排放有机废气已经成为城市主要污染源之一，包装印刷行业是涉及VOCs 排放的主要工业行业。目前活性炭吸附-水蒸汽再生法是我国有机废气吸附净化的主体工艺，对包装印刷行业生产过程中产生的有机废气采用活性炭吸附、蒸汽脱附、冷凝分离方法，处理后的废气可达标排放，有机溶剂可回收利用。

关键词： 活性炭吸附；水蒸汽再生；挥发性有机污染物

1 包装印刷行业的VOCs 排放现状和处理对策

包装印刷生产过程中使用油墨、粘胶剂和有机溶剂造成了VOCs挥发。根据第一次全国污染源普查资料，包装印刷行业主要使用的有机溶剂有：乙酸、甲苯、二甲苯、甲乙酮、异丙醇、乙酸乙酯、甲醇、高沸点石油溶剂等，其中甲苯、二甲苯毒性较大、光化学反应活性大。

目前使用较多的VOCs的治理技术主要有活性炭和活性炭纤维吸附、溶剂吸收、降温冷凝等回收技术和直接燃烧、催化燃烧等销毁技术。

吸附法是利用各种固体吸附剂（如活性炭颗粒、活性炭纤维、分子筛等）对排放废气中的污染物进行吸附净化的方法。吸附技术主要包括固定床吸附技术、移动床（含转轮）吸附技术、流化床吸附技术和变压吸附技术等。固定床吸附/水蒸气脱附/冷凝回收工艺和固定床吸附/热空气脱附/催化燃☪烧工艺目前在我国应用范围最广，工艺设备成熟，是我国有机废气吸附净化的主体工艺[1]。

2 活性炭吸附-水蒸汽再生法VOCs治理工程

常用的活性炭吸附剂有粒状活性炭和活性炭纤维两种，粒状活性炭吸附法最适于处理 VOCs浓度为300×10-6～5000×10-6的有机废气，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等；活性炭纤维吸附低浓度以至痕量的吸附质时更有效，可用于回收苯乙烯和丙烯腈等，但费用较高[2]。吸附床一般配置2台以上，轮换使用，当1台吸附床吸附的有机物达到规定的吸附量时，换到另1台吸附床进行吸附净化操作，同时对1台吸附床进行水蒸汽脱附再生。大部分的有机物在水中的溶解度很低，与水蒸汽经过冷凝后可以通过溶剂分离器分层分离回收。但对于醇类等易溶或与水混溶的有机物冷凝后需改用精馏塔装置进行分离回收[1]。整个工艺过程由PLC 程序控制，自动切换，交替进行吸附、再生和干燥三个工艺过程的操作，典型工艺流程见图1。

在吸附操作周期内，吸附了有机气体后吸附床内的温度应低于83℃。水蒸气的温度应低于140℃，吸附器的净化效率应不低于90% ，已经得到净化的废气应高空排放，排气筒高度和污染物的排放浓度应满足国家、地方和行业相关排放标准的要求。

固定床吸附器的设计方法主要有经验放大法、传质模型法、ฑ改良设计法、Bohart-Adams计算法、Hutchins计算法[3]。

3 活性炭吸附-水蒸汽再生法的工艺改进

（1）ฟ回收冷凝热。工业化的VOCs回收设备中，水蒸汽的用量很大，因此，可以考虑从脱附后的水蒸汽中回收冷凝热。该方法利用脱附后的水蒸汽冷凝热产生压力低一些的水蒸汽升压后，再回到脱附操作中使用[4]。使用这种方法，所需水蒸汽的蒸发潜热大部分能够回收，扣除水蒸汽升压所需的能量，还能回收很多能量。

（2）优化吸附温度。温度对活性炭吸附的影响比较大，随着温度的上升，吸附总量不断下降，而在®40℃以后，出现明显下降。可采取的方法有：吸附器进口装换热器和吸附床内埋冷却管[5]。

（3）活性炭的改性。活性炭吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定的。通过物理法、化学法以及物理化学联合处理对活性炭进行物理结构特性和表面化学特性的改性可以提高其对VOCs的吸附脱附性能[6]。

（4）二次污染物控制。当使用湿法前处理装置时，会产生一定量的含有机物的废水；当吸附剂的再生采用水蒸气置换再生，后处理采用冷凝分离装置时，会产生少量但浓度很高的有机废水，都需要进行处理达标后排放。干法和湿法预处理装置中所产生的粉尘和废渣，更换下来的过滤材料、吸附剂和催化剂应收集后进行集中处理。

参考文献：

[1]沈秋月，羌宁.有机溶剂回收技术的研究[J].四川环境，2006， 25（06）：101-105.

[2]孙茂发，蒋凡军.溶剂回收生产中存在以活性炭纤维取代活性炭的趋势[J].覆铜板资讯.2009（04）：37-39.

[3]裘兆蓉，李成益，姚孟海.固定床吸附器工艺设计计算择优[J]. 江苏化工，1991（03）：41-45.

[4]立本英机，安部郁夫.活性炭的应用技术：其维持管理及存在问题[M].☤南京：东南大学出版社，2002：194-195.

[5]谢裕坛.活性炭吸附治理多组分有机废气的研究[D].杭州：浙江大学，2002：49-50.

[6]黄伟，贾艳秋，孙盛凯.活性炭及其改性研究进展[J].化学工业与工程技术，2006，27（05）：39-44.