[发明专利]一种多种吸附剂串联使用的吸附工艺方法

说明书

本发明公开了一种多种吸附剂串联使用的吸附工艺方法，将两种或两种以上的吸附剂串联使用，串联使用的吸附剂中至少有一种为吸附质的优惠型吸附剂，至少有一种为吸附质的非优惠型吸附剂。对同一种吸附质而言，浓度锋面在非优惠型吸附剂填充范围内逐渐分散，但优惠型吸附剂可将分散的浓度锋面进行压缩。与单一吸附剂装填相比，吸附剂串联的方式解决了优惠型吸附剂脱附速率低、脱附残留大的缺点和非优惠型吸附剂床层利用率低、穿透时间短的问题。将本发明应用于固定床变压吸附与冷凝结合连续回收挥发性有机物的装置中，在保证排放尾气不含挥发性有机物，且实现挥发性有机物100％回收的前提下，与单一吸附剂装填相比，实现装置能耗显著降低。

技术领域

本发明属于气固相吸附领域，涉及吸附剂，尤其是一种多种吸附剂串联使用的吸附工艺方法。

背景技术

吸附是混合物分离常用的处理方法，气相吸附常与冷凝或精馏等工艺结合实现吸附质的分离和回收。吸附剂的选择在吸附流程的设计中起着至关重要的作用。根据以往的研究，气体在多孔介质内的物理吸附以气体在孔道表面的吸附和毛细凝聚作用两种形式出现。表面吸附是依靠吸附质与吸附剂之间作用力将吸附质固定在吸附剂孔道表面，而毛细凝聚作用是由于表面张力的作用使得毛细管内小液滴的平衡蒸气压比大平面液体的平衡蒸气压大。理想吸附剂应该具备大的吸附容量，快速的吸脱附速率，优异的循环性能，低的脱附残留，低廉的价格，低的热效应等优点，但现实的吸附剂往往难以满足所有条件。

优惠型吸附剂：吸附剂对吸附质具备较强的范德华力。此类吸附往往以表面吸附的形式或孔内孔道填充的形式发生，此类吸附剂的强大吸附势使其在低的吸附质浓度下由较高的吸附容量，等温线为优惠型，称为表优惠型吸附剂。强大的吸附势使得吸附剂具备快速的吸附速率，吸附区内的浓度锋面较陡，穿透时吸附剂利用率高。但大的吸附势往往会限制其脱附速率，使得脱附气纯度低，脱附时间长，装置能耗高。部分诸如活性炭的吸附剂还存在不可逆的吸附质残留，影响吸附剂的循环利用性能。因此，优惠型吸附剂由于脱附性能和循环利用性能的因素限制其在工业吸附中的应用。

非优惠型吸附剂：相对较弱的吸附势使得吸附剂在低的吸附质浓度下平衡吸附量较小，而在中高吸附质浓度下会产生毛细管凝聚作用，此类吸附剂也称为毛细管凝聚类吸附剂。此类吸附剂吸附势较小，毛细管凝聚作用速率低，使得吸附过程中吸附区内浓度锋面的斜率随着吸附区的运动逐渐变小，吸附剂利用率低，穿透时间短。但较小的吸附势和快速毛细管气化作用使得吸附剂在脱附过程中展现较快的脱附速率。脱附气浓度高，脱附用时短，残留少，循环利用性能好。

吸附穿透时间，脱附气浓度，脱附时间，吸附质残留量是衡量吸附性能的重要指标。吸附工艺回收吸附质过程的能耗是决定吸附剂能否工业应用的重要因素。发明内容

针对两类吸附剂应用中存在的问题以及两类吸附剂的特性，本发明开发了一种采用两种或两种以上吸附剂串联的吸附工艺方法，代替了传统的单一吸附剂的装填方式。吸附过程中，优惠型吸附剂可以将在非优惠型吸附剂装填区域内分散的浓度锋面进行压缩，与单一非优惠型吸附剂装填的吸附装置相比，串联吸附剂工艺中吸附剂的利用率更高，穿透时间更长。同时少量装填的优惠型吸附剂对脱附性能的影响较小。

本发明提供多种吸附剂串联的吸附工艺方法，用于代替单一吸附剂的装填方式。本工艺的说明如下：

一种多种吸附剂串联使用的吸附工艺方法，将两种或两种以上的吸附剂串联使用，串联使用的吸附剂中至少有一种为吸附质的优惠型吸附剂，至少有一种为吸附质的非优惠型吸附剂。

而且，所述的串联使用是将两种或两种以上的吸附剂装填在一个吸附装置内或者采用多个吸附装置串联，每个吸附装置内装填一种或一种以上的吸附剂。

而且，所述的吸附剂为碳材料吸附剂或含硅材料吸附剂或碳硅复合材料吸附剂。

而且，所述的碳材料吸附剂为活性炭、生物质碳材料、碳纳米管、活性碳纤维。

而且，所述的含硅材料吸附剂为硅胶、二氧化硅、分子筛、树脂、沸石、MOFs。