一種voc凈化分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種VOC凈化分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化工業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平不斷提高，與此同時(shí)，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，尤其是空氣污染問題，直接破壞生態(tài)系統(tǒng)且危害人類身體健康。VOC (揮發(fā)性有機(jī)化合物)是主要的空氣污染物之一，主要來源于石油化工、工業(yè)溶劑、垃圾處置、交通運(yùn)輸、油漆、涂料和印染等行業(yè)，是PM2.5的主要前體物。國家政府及環(huán)保部門已對其帶來的環(huán)境污染問題高度重視，VOC的排放標(biāo)準(zhǔn)正在不斷加嚴(yán)。因此，治理VOC的污染問題已經(jīng)迫在眉睫。
[0003]目前VOC的處理方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，其中物理法包括冷凝法、吸收法、膜分離法和吸附法等，化學(xué)法主要包括催化燃燒法，直接燃燒法和光催化法。吸附法和催化燃燒法操作簡便，能耗低，凈化效率高，適用性強(qiáng)且環(huán)境友好，受到人們的廣泛關(guān)注。
[0004]張德麟等人發(fā)明了一種能消除揮發(fā)性有機(jī)化合物的空氣過濾裝置(中國申請?zhí)?00510025201.8，公開號CN1853759A)，VOC在納米二氧化鈦的光催化作用下被快速有效地分解，達(dá)到過濾空氣的目的。沙昊雷等人的專利申請一種VOC廢氣的電-生物滴濾凈化裝置(中國申請?zhí)?01410004705.0，公開號CN103736374A;中國申請?zhí)?01410152496.4，公開號CN103920377A)中公開了一種利用電催化和微生物反應(yīng)協(xié)同凈化廢氣污染物的方法，該方法使VOC的降解效率大幅度提高。仲兆祥，張峰等人發(fā)明了一種膜法空氣凈化器(中國申請?zhí)?01410756508.4，公開號CN104534567A)，在光源作用下，采用超細(xì)納米光催化材料改性活性炭對VOC進(jìn)行吸附和分解，以此實(shí)現(xiàn)對空氣的全方位凈化。在酈宏的專利申請一種用于處理VOC有機(jī)廢氣的多相強(qiáng)氧催化反應(yīng)成套設(shè)備(中國申請?zhí)?01510574741.5，公開號CN105107348A)中，VOC有機(jī)廢氣先經(jīng)漆霧分離，再在改性強(qiáng)氧水的作用下進(jìn)行強(qiáng)氧分解，最后從出口排出。目前尚未見到采用將吸附與催化耦合于一體，能夠降低床層傳質(zhì)傳熱阻力，提高吸附速率和反應(yīng)接觸效率的結(jié)構(gòu)化固定床凈化分離空氣中VOC的方法。
[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有VOC凈化工藝存在的問題和不足，提出一種VOC凈化分離新技術(shù)，從而為目前治理空氣中VOC的污染問題提供一種有效的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對VOC凈化方法的不足，提供一種新的VOC凈化分離方法。本方法使流體流動(dòng)更加均勻，床層阻力得到有效降低，傳質(zhì)傳熱效率得到顯著強(qiáng)化，吸附速率和反應(yīng)接觸效率得到明顯提高，實(shí)現(xiàn)對空氣中VOC有機(jī)廢氣的綜合凈化。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種VOC凈化分離方法，將含有VOC有機(jī)廢氣的空氣通過吸附與催化耦合于一體的結(jié)構(gòu)化固定床進(jìn)行凈化分離，實(shí)現(xiàn)對空氣的凈化。所述結(jié)構(gòu)化固定床的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所不O
[0009]所述結(jié)構(gòu)化固定床進(jìn)行吸附操作時(shí)氣體流速為I?4L/min，操作溫度為10?50°C，壓力為0.1?0.6MPa;進(jìn)行催化操作時(shí)氣體空速為3000?20000h—1，操作溫度為150?400°C，壓力為0.1?0.3MPa。
[0010]所述VOC有機(jī)廢氣為甲烷、乙烷、丙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯和二甲苯中的一種或多種。
[0011]所述結(jié)構(gòu)化固定床中裝填有顆粒材料和梯度材料;所述顆粒材料為顆粒分子篩吸附劑、顆粒分子篩催化劑、顆粒活性炭吸附劑或顆?；钚蕴看呋瘎┲械囊环N以上;所述梯度材料為紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜吸附材料、紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜催化材料，微纖包覆分子篩吸附材料、微纖包覆分子篩催化材料、微纖包覆活性炭吸附材料或微纖包覆活性炭催化材料中的一種以上。
[0012]所述催化劑負(fù)載有金屬氧化物，所述金屬氧化物為能夠催化VOC有機(jī)廢氣的金屬氧化物。
[0013]所述顆粒分子篩吸附劑和顆粒分子篩催化劑中分子篩為LTA型、MFI型或FAU型。
[0014]所述紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜吸附材料和紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜催化材料中分子篩膜為LTA型、MFI型或FAU型。
[0015]所述微纖包覆分子篩吸附材料和微纖包覆分子篩催化材料中分子篩為LTA型、MFI型或FAU型。
[0016]所述VOC有機(jī)廢氣中甲烷、乙烷或丙烷采用以下能夠去除相應(yīng)烷烴的吸附劑/吸附材料或催化劑/催化材料去除:顆粒分子篩吸附劑、顆粒分子篩催化劑、顆粒活性炭吸附劑、顆粒活性炭催化劑、紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜吸附材料、紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜催化材料，微纖包覆分子篩吸附材料、微纖包覆分子篩催化材料、微纖包覆活性炭吸附材料和/或微纖包覆活性炭催化材料;所述顆粒分子篩吸附劑和顆粒分子篩催化劑中分子篩為LTA型、MFI型或FAU型;所述紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜吸附材料和紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜催化材料中分子篩膜為LTA型、MFI型或FAU型;所述微纖包覆分子篩吸附材料和微纖包覆分子篩催化材料中分子篩為LTA型、MFI型或FAU型。
[0017]所述VOC有機(jī)廢氣中二氯甲烷、三氯甲烷、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯或二甲苯采用以下能夠去除相應(yīng)物質(zhì)的吸附劑/吸附材料或催化劑/催化材料去除:顆粒分子篩吸附劑、顆粒分子篩催化劑、顆?；钚蕴课絼?、顆粒活性炭催化劑、紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜吸附材料、紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜催化材料，微纖包覆分子篩吸附材料、微纖包覆分子篩催化材料、微纖包覆活性炭吸附材料和/或微纖包覆活性炭催化材料;所述顆粒分子篩吸附劑和顆粒分子篩催化劑中分子篩為MFI型或FAU型;所述紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜吸附材料和紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜催化材料中分子篩膜為MFI型或FAU型;所述微纖包覆分子篩吸附材料和微纖包覆分子篩催化材料中分子篩為MFI型或FAU型。
[0018]在結(jié)構(gòu)化固定床中，顆粒材料與顆粒材料間需填充梯度材料，優(yōu)選為不同的顆粒材料間需填充梯度材料。在凈化分離時(shí)，顆粒材料裝填在進(jìn)氣端。
[0019]吸附/催化同一種VOC有機(jī)廢氣時(shí)，優(yōu)選，將顆粒材料與梯度材料進(jìn)行配合使用。
[0020]所述顆粒材料與梯度材料按照各自按照一定的厚度進(jìn)行裝填。
[0021]所述紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜，微纖包覆分子篩和微纖包覆活性炭復(fù)合材料根據(jù)專利申請(中國申請?zhí)?01210220588.2，公開號CN102728234A;中國申請?zhí)?01310383259.4，公開號CN103432988B;中國申請?zhí)?00710026410.3，公開號CN101007270A)中的制備方法來制備。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023](I)本發(fā)明的方法工藝流程簡單，操作方便，工藝安全性高，所需設(shè)備投資少，能耗低，凈化效率高；
[0024](2)本發(fā)明通過由不同的結(jié)構(gòu)化梯度材料所形成的將吸附與催化耦合于一體，且具有多種功能的結(jié)構(gòu)化固定床對VOC有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附與催化操作，凈化分離空氣中的VOC ；
[0025](3)本發(fā)明的方法所采用的結(jié)構(gòu)化固定床可根據(jù)具體功能需求按照一定的厚度比例裝填不同的結(jié)構(gòu)化梯度吸附和催化材料，不僅適用于凈化分離空氣中的V0C，也適用于凈化空氣中的C0、N0x和SOx等其他有毒有害物質(zhì)；
[0026](4)本發(fā)明的方法所采用的將吸附與催化耦合于一體的結(jié)構(gòu)化固定床可以顯著降低床層壓降，強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱效率，提高吸附速率和反應(yīng)接觸效率，還可以有效減少顆粒吸附/催化劑的磨損，降低成本，為解決傳統(tǒng)顆粒填充固定床所存在的問題提供有效的解決途徑。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的吸附與催化耦合于一體的結(jié)構(gòu)化固定床的結(jié)構(gòu)示意圖；其中a_顆粒材料;b、顆粒材料和/或梯度材料;c、梯度材料；
[0028]圖2為實(shí)施例1中苯在結(jié)構(gòu)化固定床及顆粒固定床上的吸附透過曲線圖；
[0029]圖3為實(shí)施例2中異丙醇在不同床層結(jié)構(gòu)的固定床上的吸附透過曲線圖；其中GAC為顆粒活性炭;ZSM-5/PSSF為紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合ZSM-5分子篩膜；
[0030]圖4為實(shí)施例3中在不同床層結(jié)構(gòu)的固定床上異丙醇轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線圖；其中，Co203/ZSM-5為Co203/ZSM-5分子篩顆粒;Co203/ZSM-5/PSSF為紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合C02O3/ZSM-5分子篩膜；
[0031]圖5為實(shí)施例3中不同床層結(jié)構(gòu)固定床的床層壓降隨異丙醇?xì)怏w流速的變化曲線圖；其中，Co203/ZSM-5為Co203/ZSM-5分子篩顆粒;Co203/ZSM_5/PSSF為紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合C02O3/ZSM-5分子篩膜。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0033]實(shí)施例1
[0034]將含有4.6π^/1苯污染物的空