基于真空与微波协同作用的活性炭再生系统及工艺方法

技术领域

本发明涉及活性炭纤维再生技术领域，具体涉及一种基于真空与微波协同作用的活性炭再生系统及工艺方法。

背景技术

在当前的废气治理领域，吸附法因其具有能耗低、排放稳定等诸多显著的优点，仍为环保治理的主流工艺之一。活性炭作为吸附工艺中应用最广泛的吸附材料，经过多年的发展已经开发出粉末状、颗粒状、蜂窝状、纤维毯等多种型式的吸附材料。活性炭纤维是继粉末状与粒状活性炭之后新的活性炭产品，拥有发达的比表面积和丰富的微孔，具有很强的吸附能力，在低浓度大风量的使用场合具有显著的优势。活性炭纤维的吸附优势也带来了其再生的相对困难的问题。当前主要采用热再生工艺对炭纤维进行再生，再生介质以热蒸汽和热惰性气体为主，上两种介质在推广使用过程中均遇到了很多问题，技术缺点比较明显。

热蒸汽再生过程中是将蒸汽通入吸附设备内，利用蒸汽的热量加快炭纤维吸附有机分子的热运动动能从而实现有机物的脱附，脱附后的有机物随蒸汽进入冷却器、三相分离槽等设备进行回收。蒸汽再生缺点有以下几个方面：(1)使用工况需提供大量蒸汽，但实际很多使用场合无法提供蒸汽，比如石化销售公司罐区、加油站等场合，因此限制了炭纤维的使用场所；(2)蒸汽脱附冷却后，有机物与水蒸汽一同冷却为液体，经过三相分离后回收有机物，但所排凝水因含有机物无法直排，需要进入污水管网进一步的生化处理，存在二次污染的问题；(3)蒸汽再生后由于活性炭纤维吸附大量水分，炭纤维的吸附能力降低，因此需要通入干燥空气进行干燥处理，干燥后排气还需经过冷却分离后进入备用吸附罐处理。蒸汽再生的缺点总结为：部分使用场合无法提供蒸汽、存在污水排放处理难题、需要热干燥处理导致工艺流程复杂、再生解析周期长等。

热惰性气体再生工艺是采用惰性气体代替水蒸气对炭纤维进行加热再生，脱附后的有机物与惰性气体一起经过冷却，经气液分离器处理后实现有机物的液相回收，冷却后剩余气相进入备用吸附罐处理后排放。惰性气体解析相比蒸汽再生的优点是：(1)不需要三相分离设备，不产生污水排放；(2)省去干燥环节，工艺流程有所简化。但惰性气体热再生工艺的推广使用过程中仍然面临许多问题：(1)需要提供惰性气体，很多使用场合无法提供配套的公用工程；(2)惰性气体的使用量大，冷却回收的功率消耗较大；(3)冷却后的惰性气体大量进入备用吸附罐，增加了备用罐的使用负荷，设备的设计余量需要相应加大，设备投资增大；(4)惰性气体解析周期长。

惰性气体和蒸汽再生均面临热介质均匀分布的问题，由于再生介质均是带压进入炭纤维内部气相通道，无法保证炭纤维各部分的受热温度均能满足再生要求，目前主要是通过延长再生周期的方式保证炭纤维的再生效果，但再生周期的延长导致2台吸附设备无法满足使用要求，因此，还需增加吸附设备的方式以保证脱附再生的时间，进而增加了设备投资。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明了提供了一种基于真空与微波协同作用的活性炭再生系统及工艺方法，通过真空与微波协同作用，活性炭纤维中的有机物脱附效率较常规的高温再生效率高，再生周期缩短，且两个吸附罐就可以满足正常使用要求，较常规工艺省去一个吸附罐，可以节省设备投资。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种基于真空与微波协同作用的活性炭再生系统，包括第一吸附罐、第二吸附罐、高压惰性气体气瓶、真空泵、气液分离器及冷凝器；

所述第一吸附罐及第二吸附罐底部设置有气相进口，所述第一吸附罐及第二吸附罐的气相进口连通有机废气输送管线，且第一吸附罐及第二吸附罐的气相进口位置分别设置有第一控制阀及第二控制阀；所述第一吸附罐及第二吸附罐顶部分别设置有气相出口，所述第一吸附罐及第二吸附罐的气相出口连通排气管线，且第一吸附罐及第二吸附罐的气相出口位置分别设置有第三控制阀及第四控制阀；

所述第一吸附罐及第二吸附罐底部设置有抽真空管口，所述第一吸附罐及第二吸附罐的抽真空管口通过管线与真空泵的入口连接，且第一吸附罐及第二吸附罐的抽真空管口位置设置有第五控制阀及第六控制阀；

所述真空泵的出口通过管线与冷凝器入口连接，所述冷凝器的出口通过管线与气液分离器的入口连接，所述气液分离器的底部液相出口与有机溶液输出管线连接，所述气液分离器的顶部气相出口与有机废气输送管线连接；

所述第一吸附罐及第二吸附罐的顶部设置有吹扫气入口，所述第一吸附罐及第二吸附罐的吹扫气入口与高压惰性气体气瓶连接，且第一吸附罐及第二吸附罐的吹扫气入口位置分别设置有第七控制阀及第八控制阀，所述高压惰性气体气瓶的瓶口设置有第九控制阀；

所述第一吸附罐及第二吸附罐内均设置有活性炭纤维吸附柱，且活性炭纤维吸附柱的空腔内设置有微波发生器。

通过上述技术方案，采用真空与微波协同作用，缩短活性炭纤维再生周期，通过2台吸附罐即可实现有机废气吸附过程及活性炭纤维再生过程。

进一步地，所述第一吸附罐及第二吸附罐的吹扫气入口连接空气取气管线，且空气取气管线的端部设置有第十控制阀。

通过上述技术方案，增加空气取气管线，可减少惰性气体的使用量。

进一步地，所述第一吸附罐及第二吸附罐的上部分别设置有第一压力计及第二压力计。

通过上述技术方案，在第一吸附罐及第二吸附罐的上部分别设置第一压力计及第二压力计，便于监测第一吸附罐及第二吸附罐内的压力。

进一步地，所述第一吸附罐及第二吸附罐的中部分别设置有第一温度计及第二温度计。

通过上述技术方案，在第一吸附罐及第二吸附罐的中部分别设置有第一温度计及第二温度计，便于监测第一吸附罐及第二吸附罐内的温度。

本发明的另一目的是提供一种基于真空与微波协同作用的活性炭纤维再生工艺方法，基于上述真空与微波协同作用的活性炭再生系统实施，包括如下步骤：

(1)第一吸附罐进行有机废气吸附过程：第一控制阀及第三控制阀打开，其余控制阀关闭，有机废气从有机废气输送管线进入第一吸附罐内，活性炭纤维吸附柱对有机废气进行吸附处理，有机物被吸附于活性炭纤维的微孔内，吸附后的洁净气体从第一吸附罐的顶部气相出口排出；

(2)第二吸附罐进行活性炭纤维再生过程：(a)第六控制阀打开，真空泵开启，将第二吸附罐内压力抽至真空，抽至真空后真空泵关闭；(b)第八控制阀及第十控制阀开启，空气从空气取气管线及吹扫气入口进入第二吸附罐，待第二吸附罐的压力机检测罐内压力值恢复至大气压后，关闭第八控制阀及第十控制阀，再次开启真空泵，对第二吸附罐抽真空保压，循环上述步骤(a)及步骤(b)n次；(c)第n次抽真空保压结束后，第八控制阀及第九控制阀打开，高压惰性气体气瓶内惰性气体注入第二吸附罐内，进行充惰置换；(d)再次开启真空泵，将第二吸附罐内压力抽至真空，抽真空后真空泵关闭，然后微波发生器开启，第二吸附罐内的活性炭纤维加热至设定温度后关闭微波发生器，第二吸附罐内压力值逐渐升高，待第二吸附罐内压力值维持稳定不变后，再次开启真空泵抽真空，循环步骤(d)直至第二吸附罐内压力值不再升高；(e)开启第六控制阀、第八控制阀及第十控制阀，并开启真空泵，外界空气持续从吹扫气入口进入第二吸附罐，对活性炭纤维仅为降温吹扫，待第二吸附罐内的温度降至室温后，完成活性炭纤维再生过程，且真空泵关闭；

(3)当第一吸附罐内活性炭纤维吸附柱吸附到一定程度后，第一控制阀及第三控制阀关闭，第二控制阀及第四控制阀开启，有机废气进入第二吸附罐内进行吸附处理，而第一吸附罐进行活性炭纤维再生处理。

通过上述技术方案，本发明对活性炭纤维的再生工艺进行改进，首先，进行多次真空保压及吹扫，通过多次真空保压和吹扫的过程中可以将活性炭纤维吸附的小分子易脱附有机物直接脱附下来，真空再生相对简单而且安全，通过简单的真空吹扫就可以将炭纤维恢复再生性能60％左右，而且通过多次真空吹扫还可以将罐内的油气带走，这样再后续热再生的时候，由于油气浓度降低，可增加安全性，而且有机物含量降低，可缩短后续热再生过程周期，降低热再生过程能耗；其次，进行惰性气体置换，保证微波加热时，罐内氧含量降低，保证罐内加热安全，避免了燃烧和爆炸的危险；最后，进行真空与微波协同再生，微波发生器在活性炭纤维吸附柱内直接对活性炭纤维进行加热，同时微波可以将活性炭纤维内部与外部同时加热，炭纤维升温速率快，内外受热均匀，且由于是真空状态，加热后有机物的饱和蒸汽压增大，比在大气环境中更容易解析出来，而且真空状态下，加热也不会造成设备内超压和燃烧，安全性增大。

进一步地，所述步骤(a)、步骤(b)、步骤(d)及步骤(e)中在真空泵开启时，真空泵抽取的气体进入冷凝器，然后进入气液分离器进行气液分离，分离后的液体从气液分离器底部液相出口进入有机溶液输出管线，分离后的气体从气液分离器的顶部出口进入有机废气输送管线，并从有机废气输送管线进入第一吸附罐处理后排放。

进一步地，所述步骤(2)中n为3～5。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用多次真空保压、吹扫-惰性气体置换-真空与微波协同的工艺流程进行活性炭纤维再生处理，活性炭纤维中的有机物脱附效率提高，再生周期明显缩短，仅为正常热再生周期的五分之一；

(2)本发明采用空气作为部分热再生介质，极大降低了再生过程惰性气体用量，本发明中惰性气体用量仅为常规再生工艺用量的5％，节省了惰性气体用量；

(3)本发明通过真空与微波协同作用，缩短活性炭纤维再生周期，两个吸附罐就可以满足正常使用要求，较常规工艺可省去一个吸附罐，节省设备的总投资。

附图说明

为了清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明实施例2的整体结构示意图。

图中标注：1.第一吸附罐；2.第二吸附罐；3.高压惰性气体气瓶；4.真空泵；5.冷凝器；6.气液分离器；7.有机废气输送管线；8.排气管线；9.第一压力计；10.第二压力计；11.第一温度计；12.第二温度计；13.第一气体检测器；14.第二气体检测器；15.气体流量计；16.活性炭纤维吸附柱；17.微波发生器；18.第一氧浓度分析仪；19.第二氧浓度分析仪；V1～V10.第一控制阀～第十控制阀。

具体实施方式

本发明提供了一种基于真空与微波协同作用的活性炭再生系统及工艺方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明进行详细说明：

实施例1

参照图1，本实施例提供的一种基于真空与微波协同作用的活性炭再生系统，包括第一吸附罐1、第二吸附罐2、高压惰性气体气瓶3、真空泵4、冷凝器5及气液分离器6，具体结构及连接关系如下：

所述第一吸附罐1及第二吸附罐2底部设置有气相进口，所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的气相进口连通有机废气输送管线7，且第一吸附罐1及第二吸附罐2的气相进口位置分别设置有第一控制阀V1及第二控制阀V2；所述第一吸附罐1及第二吸附罐2顶部分别设置有气相出口，所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的气相出口连通排气管线8，且第一吸附罐1及第二吸附罐2的气相出口位置分别设置有第三控制阀V3及第四控制阀V4；

所述第一吸附罐1及第二吸附罐2底部设置有抽真空管口，所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的抽真空管口通过管线与真空泵4的入口连接，且第一吸附罐1及第二吸附罐2的抽真空管口位置设置有第五控制阀V5及第六控制阀V6；

所述真空泵4的出口通过管线与冷凝器5入口连接，所述冷凝器5的出口通过管线与气液分离器6的入口连接，所述气液分离器6的底部液相出口与有机溶液输出管线连接，所述气液分离器6的顶部气相出口与有机废气输送管线7连接；

所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的顶部设置有吹扫气入口，所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的吹扫气入口与高压惰性气体气瓶3连接，且第一吸附罐1及第二吸附罐2的吹扫气入口位置分别设置有第七控制阀V7及第八控制阀V8，所述高压惰性气体气瓶3的瓶口设置有第九控制阀V9，且所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的吹扫气入口还连接空气取气管线，且空气取气管线的端部设置有第十控制阀V10。

另外，所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的上部分别设置有第一压力计9及第二压力计10，分别测定第一吸附罐1及第二吸附罐2内的压力；所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的中部分别设置有第一温度计11及第二温度计12，分别测定第一吸附罐1及第二吸附罐2的温度；所述第一吸附罐1及第二吸附罐2的气相出口位置还分别设置有第一气体检测器13及第二气体检测器14，用于检测第一吸附罐1及第二吸附罐2在对有机废气进行吸附时所排出的洁净气体是否达到排放标准，当洁净气体达到排放标准时，相应的气相出口的控制阀打开，使洁净气体排出，而且第一气体检测器及第二气体检测器还用于检测第一吸附罐1、第二吸附罐2内的活性炭纤维是否已吸附饱和，当第一吸附罐1或第二吸附罐2内的活性炭纤维已吸附饱和时，即有机废气浓度达到浓度上限报警值，此时相应的气相进口的控制阀关闭，有机废气不再进入。

上述高压惰性气体气瓶3的瓶口设置有气体流量计15，用于检测惰性气体的出气量。

上述第一吸附罐1及第二吸附罐2内均设置有活性炭纤维吸附柱，且活性炭纤维吸附柱的空腔内设置有微波发生器，微波发生器的高度与活性炭纤维吸附柱的高度相同。具体地，活性炭纤维吸附柱为内部设置有空腔的柱形结构，微波发生器设置在其空腔内，活性炭纤维吸附柱的底部及顶部密封，空腔顶部开口，且活性炭纤维吸附柱的外侧面及内侧面设置有若干个孔，有机废气从外侧面的孔进入活性炭纤维吸附柱进行吸附净化，吸附净化后的气体从内侧面的孔向上运动排出。

基于上述活性炭再生系统，本实施例的活性炭纤维再生工艺方法，具体包括如下步骤：

(1)第一吸附罐1进行有机废气吸附过程：第一控制阀V1打开，其余控制阀关闭，有机废气从有机废气输送管线7进入第一吸附罐1内，活性炭纤维吸附柱对有机废气进行吸附处理，有机物被吸附于活性炭纤维的微孔内，第一吸附罐1顶部的第一气体检测器13检测到吸附后的洁净气体符合排放标准后，第三控制阀V3打开，洁净气体从第一吸附罐1顶部气相出口排出；

(2)当第一吸附罐进行有机废气吸附的同时，第二吸附罐2进行活性炭纤维再生过程，两者工作过程同时进行，具体步骤为：(a)第六控制阀V6打开，真空泵4开启，将第二吸附罐2内压力抽至真空，抽至真空后真空泵4关闭；(b)第八控制阀V8及第十控制阀V10开启，空气从空气取气管线及吹扫气入口进入第二吸附罐2，待第二吸附罐2的压力机检测罐内压力值恢复至大气压后，关闭第八控制阀V8及第十控制阀V10，再次开启真空泵4，对第二吸附罐2抽真空保压，循环上述步骤4次；(c)第4次抽真空保压结束后，第八控制阀V8及第九控制阀V9打开，并开启真空泵4，高压惰性气体气瓶3内惰性气体注入第二吸附罐2内，进行充惰置换，当高压惰性气体气瓶3的气体流量计15检测到惰性气体的出气量为第二吸附罐的容积的2倍时，即可认为充惰结束，第八控制阀V8及第九控制阀V9关闭；(d)然后真空泵4继续将第二吸附罐2内压力抽至真空，抽真空后真空泵4关闭，然后微波发生器开启，第二吸附罐2内的活性炭纤维加热至设定温度后关闭微波发生器，第二吸附罐2内压力值逐渐升高，待第二吸附罐2内压力值维持稳定不变后，再次开启真空泵4抽真空，循环步骤(d)直至第二吸附罐2内压力值不再升高；(e)开启第六控制阀V6、第八控制阀V8及第十控制阀V10，并开启真空泵4，外界空气持续从吹扫气入口进入第二吸附罐2，对活性炭纤维仅为降温吹扫，待第二吸附罐2内的温度降至室温后，完成活性炭纤维再生过程，且真空泵4关闭；

(3)当第一吸附罐1内活性炭纤维吸附柱吸附到一定程度后，第一气体检测器13检测到气体浓度达到浓度上限报警值，第一控制阀V1及第三控制阀V3关闭，第二控制阀V2及第四控制阀V4开启，有机废气进入第二吸附罐2内进行吸附处理，而第一吸附罐1进行活性炭纤维再生处理。

另外，在上述步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)、步骤(d)及步骤(e)中，真空泵4开启时，真空泵4抽取的气体进入冷凝器5，然后进入气液分离器6进行气液分离，分离后的液体从气液分离器6底部液相出口进入有机溶液输出管线，分离后的气体从气液分离器6的顶部出口进入有机废气输送管线7，并从有机废气输送管线7进入第一吸附罐1处理后排放。

本实施例1中，通过4次真空保压吹扫、惰性气体置换及真空与微波协同再生过程，可实现较短时间内完成活性炭纤维再生过程，即通过第一吸附罐及第二吸附罐即可实现有机废气的吸附过程及活性炭纤维的再生过程交替进行。

实施例2

参照图2，本实施例2与实施例1的区别在于，本实施例2中高压惰性气体气瓶3的瓶口未设置气体流量计15，但在第一吸附罐1及第二吸附罐2的抽真空管口位置设置有第一氧浓度分析仪18及第二氧浓度分析仪19。

本实施例的活性炭纤维再生工艺方法，具体包括如下步骤：

(1)第一吸附罐1进行有机废气吸附过程：第一控制阀V1打开，其余控制阀关闭，有机废气从有机废气输送管线7进入第一吸附罐1内，活性炭纤维吸附柱对有机废气进行吸附处理，有机物被吸附于活性炭纤维的微孔内，第一吸附罐1顶部的第一气体检测器13检测到吸附后的洁净气体符合排放标准后，第三控制阀V3打开，洁净气体从第一吸附罐1顶部气相出口排出；

(2)当第一吸附罐进行有机废气吸附的同时，第二吸附罐2进行活性炭纤维再生过程，两者工作过程同时进行，具体步骤为：(a)第六控制阀V6打开，真空泵4开启，将第二吸附罐2内压力抽至真空，抽至真空后真空泵4关闭；(b)第八控制阀V8及第十控制阀V10开启，空气从空气取气管线及吹扫气入口进入第二吸附罐2，待第二吸附罐2的压力机检测罐内压力值恢复至大气压后，关闭第八控制阀V8及第十控制阀V10，再次开启真空泵4，对第二吸附罐2抽真空保压，循环上述步骤4次；(c)第4次抽真空保压结束后，第八控制阀V8及第九控制阀V9打开，并开启真空泵4，高压惰性气体气瓶3内惰性气体注入第二吸附罐2内，进行充惰置换，当第二吸附罐2的第二氧浓度分析仪19检测到出口管线的氧含量小于6％时，即可认为充惰结束，第八控制阀V8及第九控制阀V9关闭；(d)然后真空泵4继续将第二吸附罐2内压力抽至真空，抽真空后真空泵4关闭，然后微波发生器开启，第二吸附罐2内的活性炭纤维加热至设定温度后关闭微波发生器，第二吸附罐2内压力值逐渐升高，待第二吸附罐2内压力值维持稳定不变后，再次开启真空泵4抽真空，循环步骤(d)直至第二吸附罐2内压力值不再升高；(e)开启第六控制阀V6、第八控制阀V8及第十控制阀V10，并开启真空泵4，外界空气持续从吹扫气入口进入第二吸附罐2，对活性炭纤维仅为降温吹扫，待第二吸附罐2内的温度降至室温后，完成活性炭纤维再生过程，且真空泵4关闭；

(3)当第一吸附罐1内活性炭纤维吸附柱吸附到一定程度后，第一气体检测器13检测到气体浓度不再变化，第一控制阀V1及第三控制阀V3关闭，第二控制阀V2及第四控制阀V4开启，有机废气进入第二吸附罐2内进行吸附处理，而第一吸附罐1进行活性炭纤维再生处理。

另外，在上述步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)、步骤(d)及步骤(e)中，真空泵4开启时，真空泵4抽取的气体进入冷凝器5，然后进入气液分离器6进行气液分离，分离后的液体从气液分离器6底部液相出口进入有机溶液输出管线，分离后的气体从气液分离器6的顶部出口进入有机废气输送管线7，并从有机废气输送管线7进入第一吸附罐1处理后排放。

本实施例2中，通过4次真空保压吹扫、惰性气体置换及真空与微波协同再生过程，可实现较短时间内完成活性炭纤维再生过程，即通过第一吸附罐及第二吸附罐即可实现有机废气的吸附过程及活性炭纤维的再生过程交替进行。

需要说明的是，本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。