油氣回收吸附劑的再生方法探討

劉邦武

【摘要】吸附劑的再生方法影響了油氣吸附回收技術(shù)的恢復(fù)效果、投資成本、運(yùn)行成本和安全性。文章詳細(xì)敘述了油氣回收吸附劑的研究因素，分析了超聲再生法和吸附劑的熱再生法，并指出了各種再生方法的優(yōu)缺點(diǎn)。目前，真空解吸應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化，而且還要對(duì)其他的解吸方法予以充分的重視，并進(jìn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究。

【關(guān)鍵詞】油氣回收；吸附劑；再生方法

隨著機(jī)動(dòng)車保有量的迅速增長，汽油等輕質(zhì)燃料的需求呈指數(shù)增長。這種油具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，在裝卸或運(yùn)輸過程中會(huì)在不同程度上蒸發(fā)，導(dǎo)致油品損耗及油氣污染。所以，研究油氣開采技術(shù)是非常重要的。

一、油氣回收用吸附劑的考察因素

（一）吸附選擇性

選擇性是在給定流體濃度條件下，一種組分的吸附容量與兩外一種組分吸附容量的比值，而選擇性越小，所需的裝置就越大。有些人喜歡使用有限的數(shù)據(jù)（即0～1）來表示選擇性，但目前還沒有明確選擇吸附性定義。因此，在描述吸附劑的選擇性時(shí)，通常會(huì)說“好”或“壞”，而不是“大”或“小”。

（二）吸附容量和孔結(jié)構(gòu)

吸附能力是吸附器的吸附量可以通過單位質(zhì)量（或體積）來吸附。該值取決于流體相的濃度、溫度和其他條件（特別是吸附劑的初始條件）。吸附能力決定吸附劑的吸附量和吸附劑體積，是吸附劑最重要的性能。一般來說，吸附容量數(shù)據(jù)是在固定的溫度和不同的吸附劑濃度（或氣體分壓）中得到的，吸附等溫線是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行的。

（三）可再生性

所有的吸附劑都可以重復(fù)使用，這取決于它們的再生性。在后續(xù)的吸附循環(huán)中，只有可再生的吸附劑才能具有一致的性能，這意味著吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附必須是相對(duì)較弱的物理吸附或π鍵絡(luò)合化學(xué)吸附。

吸附劑的可重復(fù)性影響其初始吸附容量剩余百分比（有時(shí)稱為工作容量），再生時(shí)間和再生能量等等，進(jìn)而決定吸附劑的壽命。通過變溫、變力、化學(xué)方法或這些方法的組合來實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。化學(xué)方法的置換再生是用比吸附力強(qiáng)的物質(zhì)來溶解吸附物。洗提是用弱吸附劑的溶劑將吸附的物質(zhì)溶解出來，超臨界萃取是在超臨界狀態(tài)下，超臨界流體與分離的材料相連接，使其對(duì)極性的大小有選擇性。同時(shí)一次萃取不同沸點(diǎn)和分子量的成分。化學(xué)方法需要單獨(dú)的分離裝置，所以成本很高。

二、吸附劑的再生方法

（一）吸附劑的超聲波再生

吸附劑的超聲波再生是利用超聲波在吸附表面上施加能量，使吸附劑獲得足夠脫離吸附表面的能量，從而達(dá)到再生的目的。超聲波能量?jī)H在局部應(yīng)用，因此能耗小，損耗小。例如，超聲波可以很容易地吸收吸附在活性炭和聚合物樹脂上的吸附苯酚，可以提高解吸率，降低解吸所需的活化能。活性炭的再生效率主要取決于反應(yīng)時(shí)間、碳顆粒大小和吸附類型。延長作用時(shí)間，再生效率將會(huì)增加，但一段時(shí)間后，表層較易超聲“空化”的位置基本能夠?qū)崿F(xiàn)新的平衡，內(nèi)部擴(kuò)散的質(zhì)量明顯減少，再延長作用時(shí)間再生效率不再增加。超聲在不到10nm的孔隙內(nèi)進(jìn)入活性炭是困難的。

“空化”效應(yīng)主要發(fā)生在活性炭的表面以及大孔中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論分析，并不是所有活性炭吸附物質(zhì)都適合采取超聲波再生。不同吸附劑的超聲波解吸是不同的。活性炭的超聲波再生吸附多種物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致碳中某些物質(zhì)的積累。另外，超聲波再生法不同于熱再生法，它不會(huì)改變吸附質(zhì)的結(jié)構(gòu)與形態(tài)，對(duì)活性炭濃縮、富集、回收有用物質(zhì)后的再生十分有利。

（二）吸附劑的熱再生

吸附劑的熱再生包括水蒸氣解吸、熱氣體解吸和電熱再生。后面所述的微波輻射再生也應(yīng)是一種熱再生方法，可是由于它的特殊性，文章分別進(jìn)行了討論。水蒸氣熱焓高，而且容易獲得，經(jīng)濟(jì)效益好。水蒸汽汽解吸法適用于低脫附沸點(diǎn)的低分子烴類和芳香族有機(jī)化合物。高沸點(diǎn)材料的脫附能力較弱，解吸周期較長

針對(duì)活性炭吸附劑而言，用“水蒸氣解吸+干燥”工藝會(huì)出現(xiàn)很多問題：第一，炭層溫度的急劇升高可能會(huì)引起自燃的危險(xiǎn)。通常來講，其解吸再生在120攝氏度下不會(huì)引起自燃，可是有時(shí)使用高解吸溫度（如200攝氏度）來提高設(shè)備的容量可能會(huì)引起自燃，例如木質(zhì)炭與油氣的反應(yīng)溫度是144攝氏度，與空氣的反映溫度是204攝氏度。第二，通過進(jìn)行多次的循環(huán)銑床，吸附劑的耗損大。第三，有必要設(shè)置兩個(gè)以上的吸收器和配套水蒸氣供給系統(tǒng)，系統(tǒng)的操作十分復(fù)雜。吸附劑應(yīng)冷卻干燥好長時(shí)間后再使用。投資成本和運(yùn)營成本都很大。第四，容易給系統(tǒng)造成腐蝕，對(duì)吸附塔的耐壓性要求很高。第五，還有冷凝水二次污染的問題。所以，這種解吸法不推薦用于油氣吸附回收。

與水蒸氣解吸相比，熱氣體解吸的冷凝物的二次污染較少，而再生有機(jī)質(zhì)含量較低，便于進(jìn)一步精煉和回收，吸附系統(tǒng)的材料也較低。其缺點(diǎn)是熱焓低，氣體熱交換面積較大。如果用熱空氣解吸，就會(huì)有隱患，氧氣會(huì)影響回收材料的質(zhì)量，再生氣體中的含氧量應(yīng)得到控制，從而提高操作成本。

三、結(jié)語

總而言之，需要有更好的脫附效果來滿足油氣的回收和吸附劑的壽命標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度，防止吸附劑對(duì)堵塞空隙和過濾設(shè)備的影響；最后，吸附劑本身具有不可燃性和傳熱特性，以滿足危險(xiǎn)場(chǎng)所使用的安全要求。

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