活性炭吸附蒸汽脫附+冷凝回收是解決醫(yī)藥及農(nóng)藥等化工行業(yè)中高濃度鹵代烴廢氣的優(yōu)良解決方案，這里的核心是通過設計實現(xiàn)優(yōu)良的過濾風速和停留時間，同時注意活性炭吸附罐的材質的選擇，一般要求選擇316L或2205的材質，加上合理的吸脫附程控制，在特定工況下，可能其實是優(yōu)于RTO系統(tǒng)的解決方案。下面來分享下此類工藝經(jīng)常碰到的幾點設計考慮誤區(qū)：

1.VOCs廢氣通過吸附床層的風速

有很多教科書寫到，VOCs氣體通過吸附劑床層的風速一般為0.2~0.6m/s。實際我們的《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術規(guī)范》（HJ 2026-2013）國家工程技術規(guī)范也是這么寫的。通過工程實踐發(fā)現(xiàn)，當人們利用活性碳纖維作吸附劑處理VOCs時，所使用的最大風速不會超過0.15m/s，因為由于受到床層阻力的限制，一般活性碳纖維層的厚度 不會超過150mm。那么為什么老的教科書給出這個數(shù)據(jù)呢？考查發(fā)現(xiàn)：過去人們大都采用顆?；钚蕴孔魑絼?，它的床層厚度一般設計在0.2~0.8m，最大不會超過1.2m，所以就給出了這個數(shù)據(jù)。實際上，通過工程實踐發(fā)現(xiàn)，廢氣通過床層的速度是由廢氣在床層中與吸附劑的接觸時間決定的?？偨Y工程實踐，廢氣在吸附床層內與吸附劑的接觸時間為1~2s 即可將廢氣中的吸附質吸附下來，也就是說，采用這樣的風速，完全可以滿足治理要求。

2.脫附溫度

關于脫附溫度，很多人都認為與吸附質的沸點有關，認為要想把高沸點的物質從吸附劑上脫附下來，脫附介質的溫度必須高于該物質的沸點。實踐證明這種觀點是錯誤的。以雙氧水行業(yè)回收三甲笨為例，三甲苯的沸點為164.7，而采用 100℃的水蒸氣即可將三甲苯完全脫附下來。有不少工程實踐都證明了這一點。為此可以得出結論，吸附質的脫附溫度與其沸點沒有直接關系，而是和它的飽和蒸氣壓 有關。這個結論可以用脫附原理來說明。

大家都知道，要想使吸附質分子從吸附劑表面脫附下來必須給它能量或推動力，使其能夠從吸附劑表面“蒸發(fā)”到吸附劑孔道中，從而進入氣相主體。而在通常采用的脫附方法中，加熱脫附是給它提供能量，以增加分子的動能；吹掃脫附和降壓（真空）脫附，都是為了降低吸附劑孔道中廢氣分子的分壓，也就是蒸氣壓，給廢氣造成一個濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉移提供一個推動力，這個推動力越大，廢氣分子的脫附速度就越快。所以，從這個理論出發(fā)就不難理解，吸附質的脫附溫度是與其飽和蒸氣壓直接相關的，而與它的沸點無關。如洗過的衣服通常是在低于水的沸點下晾干的。

3.采用水蒸氣脫附后是否都需要干燥

不一定。當采用活性碳纖維作吸附材料時，就不需要設置單獨的干燥工序；而采用顆?；钚蕴孔魑讲牧蠒r就必須進行干燥。在20世紀80~90年代PVC行業(yè)用顆?；钚蕴孔魑絼┗厥章纫蚁﹩误w時，各治理廠家無一例外地都有熱空氣干燥這一步。而到本世紀初，有的工程公司改成活性破纖維作吸附材料時，就大膽地省去了熱空氣干燥的工序，而且將整個回收工藝由原來的5步筒化為3步。為什么可以省去千燥工序？經(jīng)過認真分析認為，經(jīng)過水蒸氣脫附的炭基吸附劑的微孔中 存在著的水分有2類，一類為“自由水”，另一類是吸附在炭基吸附劑表面的“吸附水”。由于顆?；钚蕴康目椎篱L且孔體積比活性碳纖維大得多，這樣，在脫附后的顆粒活性炭中就會存有大量的“自由水”；因此，當顆?；钚蕴棵摳酵瓿芍螅仨毻ㄟ^干燥，把吸附劑中的 “自由水”蒸發(fā)掉，才能使再進入的廢氣分子與吸附劑表面接觸，將“吸附水”分子置換下來。而由于活性碳纖維的微孔體積比顆粒炭的微孔體積小得多，很難有“自由水”存在，因此可以省去熱空氣干燥，脫附完了可直接轉入吸附工序。這祥不僅可以使脫附水蒸氣的用量大大降低，而且使吸附回收工序大大縮短，降低了運行成本。

附：活性炭脫附VOCs效果分析

（1）脫附溫度與飽和蒸氣壓的關系。從脫附原理上講，吸附質從吸附劑表面脫附的根本原因是，吸附質分子必須克服吸附劑表面對它的引力，增大它脫離表面的推動力。也就是說，要想使吸附質分子從吸附劑表面脫附下來，就必須給它能量或推動力，使其能夠從吸附劑表面“蒸發(fā)”到吸附劑孔道中，從而進入氣相主體。而在通常采用的脫附方法中，加熱脫附是給其提供能量，以增加分子的動能；吹掃脫附和降壓（真空）脫附，都是為了降低吸附劑孔道中廢氣分子的分壓，也就是蒸氣壓，給廢氣造成一個濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉移提供一個推動力，這個推動力越大，廢氣分子的脫附速度就越快。所以，從這個理論出發(fā)就不難理解，吸附質的脫附溫度是與其飽和蒸氣壓直接相關的，而與它的沸點無關。

（2）一些飽和蒸氣壓較低的物質在脫附時，溫度過高反而會使脫附率下降。從吸附的分類上說，可分為物理吸附和化學吸附。物理吸附，所形成的鍵能只在范德華力的范圍，即最大只有80kJ/kmol左右，而化學吸附的吸附鍵力可達到400kJ/kmol以上。在物質的吸附上，往往存在一種現(xiàn)象：當溫度低時是物理吸附，如果溫度升高，則可能轉變?yōu)榛瘜W吸附。也就是說，當脫附溫度過高時，使本來存在的物理吸附狀態(tài)可能轉化成化學吸附狀態(tài)，使得吸附鍵的鍵能大大增加，因而反而不易脫附下來。這就是為什么溫度過高，反而使物質脫附率下降的原因。

當然，要想徹底搞清這個問題，只能對兩種狀態(tài)的吸附鍵的鍵能進行測定。但目前對吸附鍵鍵能的測定還較困難，雖然有人采用同步輻射光電離的方法，能夠測定一些物質的化學鍵的鍵能，但采用此法能不能很好地測定吸附鍵的鍵能，目前還未見報道。

對脫附溫度確定方法的建議

（1）對于飽和蒸氣壓＞10kPa的物質，原則上都可以采用100℃的水蒸汽進行脫附；但從節(jié)約能源的角度講，建議對飽和蒸氣壓較大且沸點較低（如＜70℃）的物質，如:丙酮:沸點56.1℃，飽和蒸氣壓2371.86kPa（100℃）；四氫呋喃：沸點66℃，飽和蒸氣壓101.33kPa（66.0℃）；二氯甲烷：沸點39.75℃，飽和蒸氣壓80.00kPa（35℃）等，建議采用較低溫度的氮氣進行脫附，這樣不僅可降低脫附劑的溫度，同時在對脫附后混合氣體冷凝時，也不用采用溫度很低的冷凝水進行冷凝分離（如二氯甲烷需要采用7℃低溫水進行冷凝分離），就可以節(jié)約能源。由于采用了氮氣脫附，也就省去了對冷凝水的處理問題。

（2）對于飽和蒸氣壓較低的物質采用高溫脫附時，也要采用適當?shù)臏囟冗M行脫附，這樣既能收到高的脫附效率，也能達到節(jié)能目的。

當然，對于各種物質脫附溫度的選擇，目前還沒有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)可以查詢，還需要進行反復實驗才能初步確定，然后再進行經(jīng)濟可行性分析，才能最后確定所選擇的脫附溫度是否合適。

以上內容僅供VOCs治理同行參考。

編輯：李丹