【摘 要】
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活性炭吸附法可以吸附大部分油气中的挥发性有机物(VOCs),是油气回收技术中最常见的方法之一。目前,活性炭吸附法在油气回收工艺中多与其他处理技术进行组合,用于强化处理低浓度油气。当活性炭吸附饱和后,多采用真空解吸再辅以热空气吹扫的方式进行再生处理,但该再生方式存在油气解吸率低、活性炭再生不彻底和处理成本高等问题。微波再生法是一种基于热再生法而发展起来的高效、环保的新兴再生技术,具有快速加热、能耗较
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活性炭吸附法可以吸附大部分油气中的挥发性有机物（VOCs）,是油气回收技术中最常见的方法之一。目前,活性炭吸附法在油气回收工艺中多与其他处理技术进行组合,用于强化处理低浓度油气。当活性炭吸附饱和后,多采用真空解吸再辅以热空气吹扫的方式进行再生处理,但该再生方式存在油气解吸率低、活性炭再生不彻底和处理成本高等问题。微波再生法是一种基于热再生法而发展起来的高效、环保的新兴再生技术,具有快速加热、能耗较低、操作简单等诸多优势,相关研究表明微波再生法对吸附剂的损耗较少,能较好地恢复其吸附性能。因此,本论文针对吸附处理低浓度油气达到饱和的活性炭,通过引入微波再生法探寻适用于载油气活性炭的再生工艺。本文选取了三种溶剂回收型活性炭（RAC-1、RAC-2和RAC-3）作为油气吸附剂,以92#汽油油气为目标吸附质,结合BET表征方法,考察了25℃下活性炭对油气的动态吸附性能以及活性炭性质对油气吸附的影响。研究结果如下:（1）RAC-1和RAC-2的比表面积相近,均高于RAC-3,而RAC-1的微孔含量更高,在0.8～2 nm的孔径分布更广。（2）在吸附浓度为50 mg/L的吸附实验中,RAC-1的穿透吸附量比RAC-2高出38.5%,而约为RAC-3的2.1倍;在吸附浓度为25～350 mg/L的吸附平衡实验中,在各个浓度下RAC-1的平衡吸附量均高于RAC-2和RAC-3,表明活性炭RAC-1对低浓度油气的吸附性能更优。（3）Logistic模型对吸附实验数据的拟合效果理想（R2≥0.995）,而Yoon-Nelson模型更适用于描述C/C0达到0.6之前的油气吸附过程。本文基于第二章的实验结果优选出RAC-1,在微波功率120 W,活性炭用量8 g的条件下,研究了微波-真空耦合再生工艺的多种操作模式对载油气活性炭的脱附再生效果,操作方式分别为连续式微波-真空脱附（模式一）、间歇式微波-真空恒温脱附（模式二（1））和间歇式微波-真空恒温脱附辅以氮气间歇式破真空（模式二（2））。结果表明,最佳的操作模式及工艺条件为模式二（2）中的循环抽真空4.5 min-破真空0.5 min,以下简称“模式二（2）-c”。在该工艺条件下,活性炭的床层温度维持在115～130℃,经过60 min的脱附再生后,脱附率为93.33%,高于模式二（1）的脱附率85.42%。结合BET、SEM、FTIR等方法对活性炭的表征结果得知,再生后活性炭的比表面积和微孔含量均比原炭略有下降,但其炭骨架清晰有序,孔隙结构恢复良好,而活性炭表面的酸性含氧官能团减少,更利于油气吸附。同时,模式二（2）-c再生活性炭的表征参数与原炭差异更小,表明该模式对活性炭的再生效果更优。本文将微波-真空耦合再生工艺与常规真空再生工艺进行了对比分析,以验证和评价微波-真空再生工艺的优越性。研究结果表明:（1）在相同的真空度（-0.088 Mpa）下,微波辐射下的真空脱附率远大于常温真空脱附（2.50%）和常规加热120℃-真空脱附（62.92%）,表明单一真空再生的方法难以满足饱和吸附低浓度油气活性炭的再生需求,提高脱附温度可有效提升脱附效率,而微波加热可对吸附质进行选择性加热,可以提高油气的解吸速率。（2）模式二（2）-c的整体脱附浓度高于其他再生方式,脱附期间的活性炭床层温度适中,可避免活性炭出现过高温损耗,有利于油气回收和活性炭再生;在脱附过程中通过间歇式通入氮气进行破真空处理,可进一步提升再生效果。（3）在单次脱附过程中,微波-真空再生工艺模式二（2）-c的单位油气回收量的成本为0.173元/g,约比常规加热-真空再生工艺降低50.4%,比模式二（1）约减少6.0%。综上所述,从油气回收、活性炭再生性能及节约能耗等方面考虑,采用微波-真空耦合再生工艺,运用间歇式微波-真空恒温脱附,进行循环抽真空4.5 min,以氮气破真空0.5 min的再生方法是适用于载油气活性炭的最佳再生操作方式。
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