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使用活性炭吸附法处理VOCs废气治理技术分析

来源：花匠小妙招时间：2025-07-31 00:15

活性炭是应用最广泛的吸附剂，其生产和使用可以追溯到19世纪。活性炭之所以被广泛使用主要是因其具有大量的微孔和中孔，且表面积巨大。典型活性炭的孔径分布及其与其他吸附剂的比较如下图所示。

据了解，活性炭吸附技术是VOCs治理的主流技术之一，技术成熟、简单易行、治理成本低、适应范围广，在所有的治理技术中占有非常大的市场份额，在涂装、包装印刷、石油化工、化学品制造、医药化工和异味治理等领域都得到了广泛的应用。

一、废气的预处理

1.污染物浓度要求

除溶剂和油气储运销装置的有机废气吸附回收外，进入吸附装置的有机废气中有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%。当废气中有机物的浓度高于其爆炸极限下限的25%时，应使其降低到其爆炸极限下限的25%后方可进行吸附净化。

对于含有混合有机化合物的废气，其控制浓度P应低于最易爆炸组分或混合气体爆炸极限下限值的25%，即P<min(Pe,Pm)×25%，Pe为最易爆组分爆炸极限下限值（%），Pm为混合气体爆炸极限下限值，Pm按照下式进行计算：

Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)

式中：

Pm——混合气体爆炸极限下限值，%

P1，P2，…，Pn——混合有机废气中各组分的爆炸极限下限值，%

V1，V2，…，Vn——混合有机废气中各组分所占的体积百分数，%

n——混合有机废气中所含有机化合物的种数。

2.气体温度要求

进入吸附装置的废气温度宜低于40℃。

3.废气湿度对活性炭吸附性能的影响

（1）由于活性炭表面通常含有大量的含氧基团，一般活性炭均具有较强的吸水能力，与有机物产生竞争吸附作用。

（2）活性炭中含有灰分（金属氧化物），提高了其吸水能力。

3.如何提高活性炭的疏水性能（1）原材料的影响：如煤种的影响、沥青基球型活性炭具有较好的疏水能力；（2）高碘值活性炭（挥发份低）的疏水能力通常要优于低碘值的活性炭；（3）对活性炭进行表面疏水改性，去除或减少表面含氧基团、降低灰分（金属氧化物）。4.颗粒物的含量要求（1）进入吸附装置的颗粒物含量宜低于1mg/m³。（2）粉尘：细颗粒物（化工、家具等）（3）漆雾颗粒物（形成气溶胶）：影响最大（4）絮状颗粒物：印刷、橡胶、化纤等生产过程产生5.废气成分的影响（1）活性炭的“中毒”（或劣化）：高沸点（或“半挥发性”）物质再生困难，在活性炭上聚集，如硅烷、油脂等化合物，需要通过冷凝、过滤、吸附等预处理首先进行去除；发生聚合反应，造成在活性炭上聚集，如甲醛、苯乙烯等；二硫化碳（硫化氢）等吸附反应形成单质硫的聚集。在吸附气体中即使含有微量的高分子物质或聚合性物质，在活性炭中聚集，也会很快引起活性炭吸附性能急剧下降。（2）活性炭的反应活性（催化性）：活性炭表面具有催化活性，会与一些化合物部分进行氧化、水解等催化反应。典型反应：a.乙酸乙酯、乙酸丙酯等易发生水解反应形成有机酸；b.MEK（甲乙酮）、MIBK（甲基异丁基酮）易被氧化形成有机酸和丁二酮；环己酮氧化或聚合形成环亚己基环己酮；c.甲醛、苯乙烯等易发生聚合反应；d.其他：如树脂生产中的添加剂带入二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺在活性炭上会发生水解生产二甲胺，造成臭气排放问题。6.造成的问题：（1）回收的溶剂变色、发臭（如包装印刷废气）；（2）聚合后难再生，造成活性炭中毒（劣化）（3）反应放热，造成活性炭着火。

二、基本工艺流程

1.工艺流程图

2.工艺说明车间有机废气通过吸气罩收集，在排风机作用下，经过管道输送进入干式过滤器，再进入活性炭吸附装置，有机污染物被活性炭吸附，净化后的气体经风机增压后达标排放。活性炭吸附饱和后，请专业厂家再生后回用。

3.活性炭的吸附原理

a.物理吸附主要是通过活性炭去除液相和气相中的杂质。

活性炭的多孔结构提供了大量的表面积，这使得它很容易吸收和收集杂质。像磁性一样，所有的分子都有相互吸引。正因为如此，活性炭孔壁上的大量分子能产生强大的重力，从而将介质中的杂质吸引到孔径上。需要注意的是，这些吸附杂质的分子直径必须小于活性炭的孔径，这样才能保证杂质被吸收到孔径中。这就是为什么我们通过不断地改变原料和活化条件来创造具有不同孔隙结构的活性炭，从而使其能够应用于各种杂质吸收的应用。

化学吸附是指活性炭表面的化学官能团与吸附质之间的化学反应。活性炭不仅含有碳，还包括少量的氧、氢等元素，形成了如羧基、羟基、酚类等官能团。这些官能团能够与吸附质发生化学反应，形成化学键，从而实现吸附。化学吸附通常发生在较高的温度和压力下，且吸附过程是不可逆的。

b.活性炭对废气吸附的特点：（1）对于芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附。（2）对带有支键的烃类物理优于对直链烃类物质的吸附。（3）对有机物中含有无机基团物质的吸附总是低于不含无机基团物质的吸附。（4）对分子量大和沸点高的化合物的吸附总是高于分子量小和沸点低的化合物的吸附。（5）吸附质浓度越高，吸附量也越高。（6）吸附剂内表面积越大。吸附量越高。4.活性碳纤维以新型吸附材料—活性碳纤维（ACF）为吸附剂的吸附法是近几年发展起来的一种新型的有机废气回收方法，被认为是最有效的回收净化有机废气的新方法，近年来已引起广大研究工作者和相关企业的极大关注。与传统的活性炭相比，活性碳纤维具有以下优异特性：（1）比表面积大，有效吸附容量高；（2）吸附、脱附快，能耗低，容易再生；（3）强度高、寿命长；（4）形状多样，便于工程应用；（5）可吸附低浓度气体；（6）吸附选择性强。

5.活性碳纤维有机废气回收装置以活性碳纤维有机废气回收装置中典型的三箱吸附装置为例，分析其设备组成、工艺流程及技术特点。（1）设备组成吸附设备由引风风机、表冷器、过滤器、吸附器、分层槽等组成，整个系统的运行由PLC程序控制，自动切换吸附器，使之交替进行吸附、解吸和干燥工艺过程的操作。（2）工艺流程挥发性有机气体先经过一定的前处理装置，再经过滤器进一步去除尾气中的杂质，以保证这些杂质不占用活性碳纤维的孔隙，影响活性碳纤维的吸附效率和使用寿命；过滤后的尾气经风机引入吸附设备。吸附了一定数量有机溶剂的活性碳纤维，用饱和水蒸汽进行解吸，解吸完成后将通过过滤的外界空气送入吸附器由风机进行干燥，使活性碳纤维床层冷却并去除残留的蒸汽，使活性碳纤维保持较高的吸附效率。干燥好的吸附器进入下一工作程序循环进行吸附。解吸出的含有机物的混合蒸汽进入冷凝器中进行一级冷凝，冷凝液再经板式冷凝器冷却，经过冷凝的有机物和冷凝水进入分层槽，经重力分层，上层的有机物自动溢流至储槽，然后经输送泵送到吸附回收设备；下层的冷凝水排入废水处理系统。

三、技术特点

（1）结构合理吸附芯为笼型结构，具有活性碳纤维用量少，处理风量大的特点，可大幅度降低有机废气处理成本。（2）吸附率高由于活性碳纤维的比表面积特性，决定了其吸附率可高达95%以上。采用专利技术可以实现多级吸附，可以达到极高的吸附率，是目前国际上能够达到苛刻的环保排放要求的吸附装置。（3）运行能耗低、费用低由于活性碳纤维的脱附、再生能耗低，再加上活性碳纤维缠绕芯的气流阻力小、风机功率小，所以在运行中活性碳纤维有机废气净化回收装置的气耗和电耗均比较低。（4）全自动控制、无人值守运行采用可编程序控制器中央控制，集成电磁阀、托气缸执行动作，可靠性高。按照工艺流程设计的模拟盘显示，运行状况可以一目了然，并设计有故障检测及指示功能。可靠性强、操作简单、便于维护。（5）安全可靠、适用于有爆炸危险场所采用防爆风机、防爆泵。控制柜、气动柜采用正压防爆技术，外部信号通过安全栅连接，系统接地，确保了装置的安全性。

来源：VOCs课堂微信公众号。
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