專利名稱：一種用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯的制作方法
技術領域：
本發明涉及環境工程領域中的揮發性有機化合物(VOCs)廢氣治理，具體涉及用活性炭纖維類材料吸附凈化VOCs廢氣并用電熱法脫附的濾芯，可用于從各種行業中產生的 VOCs廢氣中回收有機溶劑，也可用于空氣中VOCs的凈化。
背景技術：
VOCs廢氣普遍產生于現代工業生產和制造過程，如軟包裝印刷、合成革、合成纖維與合成樹脂、汽車與摩托車涂裝等行業，VOCs廢氣直接排放，不僅污染空氣，同時也是一種嚴重浪費，提高了生產成本,增加企業的經濟負擔。上述工業過程產生的有機廢氣風量大、 濃度低，治理難度大。采用活性炭纖維吸附、水蒸氣脫附的方法，如中國專利(申請號02235711. 4、申請號02233407. 6、申請號200720187403. 7、申請號200810013779. 5)中提到的方法，已成功應用于甲苯、二甲苯、環已烷、鹵代烴等難溶于水的有機物的回收。但近年來在“無苯化”的趨勢下，如軟包裝印刷等行業大量使用乙酸乙酯、乙酸正丙酯、異丙醇、乙醇、丁酮等醇類、酯類、酮類溶劑，醇類和酮類易溶于水，水蒸汽脫附回收的水和溶劑分離困難，酯類易水解，回收溶劑的品質差，無法直接回用，還會產生大量廢水。惰性熱氣體干式脫附可以解決水蒸氣脫附存在的問題，如中國專利(申請號 200810114892. 2)提出“以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法和系統”、中國專利(申請號200920153816. 2)提出的“導管加熱阻燃性氣體循環脫附有機廢氣回收系統”、 中國專利(申請號200910169851. 8)提出的“一種采用二次吸附有機廢氣回收方法”等，熱氣體可以為氮氣、二氧化碳氣體、潔凈的煙道氣體，采用電、導熱油或高溫水蒸氣加熱脫附氣體，冷凝法回收有機蒸汽。惰性熱氣體干式脫附技術存在的主要問題是能耗大、回收溶劑變質，存在安全隱患。原因在于系統需要配置惰性氣體發生設備，氣體發生過程本身能耗高；脫附氣體通過外部傳熱方式使活性炭纖維升溫，傳熱效率低，脫附氣體需加熱到較高的溫度才能實現有效脫附，脫附過程能耗巨大，由此也進一步增加了冷凝回收的熱負荷；高溫條件下溶劑易氧化變質，因此脫附過程要嚴格控制脫附氣體中氧含量，一旦氧含量超標，氧化造成的局部高溫可能引發火災。中國專利(專利號ZL200520139796. 5、專利號01263147. 7)提出“有機溶劑回收裝
置”，利用活性炭纖維氈和布具有導電性的特點，在通電條件下，利用電流產生的熱量，使有機蒸汽脫附再生，省去了外熱方法中龐大的換熱設備，設備結構緊湊，能耗低，并通過真空泵抽入冷凝器。從原理上講，該技術具有節能低耗、回收溶劑純度高等優點。該裝置存在的主要問題是風阻大，處理風量小，不易工業化應用。無論是氈狀活性炭纖維還是布狀活性炭纖維，如果密實裝填，風阻非常大，單元裝置處理風量太小，遠遠不能滿足印刷車間動輒每小時上萬立方米有機廢氣的凈化要求，能滿足風量要求的設備，其體積非常龐大。風阻還限制了單元裝置中活性炭纖維的裝填量，造成吸附工作時間短，設備不得不在吸附一脫附過程之間頻繁切換，吸附床層頻繁抽真空、升溫、降溫，操作工藝復雜。如果疏松裝填，雖然能降低風阻，但電阻率極不均勻，通電時吸附床層中存在高溫點，造成活性碳纖維的局部燒蝕及有機物的氧化，既存在安全隱患又造成回收的有機溶劑品質變差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是普通的氈狀活性炭纖維和布狀活性炭纖維密實裝填時風阻大，不能滿足大風量VOCs廢氣凈化的要求，疏松裝填則在通電加熱時存在安全隱患。本發明提供一種風阻小、能密實裝填、可通電加熱、安全性高的大風量VOCs廢氣凈化濾
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O為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下
本發明的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，包括圍護結構和其內部裝填的吸附床層，所述的吸附床層由活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈)通過與孔眼布局相應的方式進行緊密纏繞或平面壓緊疊加后，形成吸附床層，吸附床層任意兩個相對端面或與之接近位置設有電極A和電極B，可對吸附床層通入電流，吸附床層中設有電偶，在電熱升溫過程中測試吸附床層的溫度，所述的圍護結構包括密封部分和由一層或多層網狀或多孔材料制成的進風面、出風面，起到固定、密封、保護作用。本發明的一種結構形式為所述的電熱式凈化濾芯外觀為進風面、出風面平行的箱式多面體結構，進風面、出風面為一層或多層的多孔篩板或/和篩網，吸附床層由活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈)通過平面壓緊疊加而成，吸附床層任意兩個相對端面或與之接近位置設有電極A和電極B，圍護結構中相互絕緣的兩個相對端面(包括進風面和出風面)也可分別作為電極A和電極B可對吸附床層通入電流，吸附床層中設有電偶，在電熱升溫過程中測試吸附床層的溫度。本發明的另一種結構形式為所述的電熱式凈化濾芯外觀為圓柱體，圍護結構由內筒體、端蓋和外筒體組成，內筒體和外筒體分別為進風面和出風面，內筒體是一端封閉的中空多孔圓柱體，其上緊密纏繞活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈)形成吸附床層， 外筒體由一層或/和多層網狀或多孔材料制成，以端蓋為電極或在吸附床層上下端面或與之接近位置設置電極A和電極B，可對吸附床層通入電流，吸附床層中設置電偶，在電熱升溫過程中測試吸附床層的溫度。所述的活性炭網眼布是以各種含碳纖維編織成的網眼布為前驅體，經炭化、活化工藝制成。具體要求為，活性炭網眼布開孔率為18 80%，網眼形狀可以為圓形、橢圓形或多邊形，網眼內徑(長度)為I 50mm，縱向任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔壁寬度，采用縱向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或橫向上任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔壁寬度，采用橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層； 或同時滿足上述兩個條件，采用縱向或/和橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層。在多層緊密纏繞或平面壓緊疊加后，每個孔都不會被孔間相連部分完全遮蓋，層與層之間的網眼能夠互相連通，在吸附床層中形成貫通的立體孔道。所述的多孔活性炭纖維布(氈)是以各種含碳纖維編織成的布、無紡布或氈為前驅體，經炭化、活化工藝后，經機械打孔制成。具體要求為，活性炭纖維布(氈)的開孔率為18 80%,孔的形狀為圓形、橢圓形或多邊形，網眼內徑(長度)為I 50mm,縱向任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔間距，采用縱向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層； 或橫向上任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔間距，采用橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或同時滿足上述兩個條件，則采用縱向或/和橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層。在多層緊密纏繞或平面壓緊疊加后，每個孔都不會被孔間相連部分完全遮蓋，層與層之間的網眼能夠互相連通，在吸附床層中形成貫通的立體孔道。也可采用滿足上述孔眼布局的套打孔的數層多孔活性炭纖維布(氈)組合，作為一個整體層，通過緊密纏繞或平面壓緊疊加形成吸附床層。或者具體要求為活性炭纖維布(氈)的開孔率為18 80%，孔的形狀為長條形、X 形、十字形、新月形、弧形、L形中的一種或多種，任意一孔與其相鄰行中位置最接近的孔在縱橫兩個方向上的投影都有重合，采用縱向和/或橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或僅在橫向上的投影有重合，且孔在橫向上的投影長度大于橫向相鄰兩孔間在縱向上的投影距離，或僅在縱向上的投影有重合，且孔在縱向上的投影長度大于縱向相鄰兩孔間在橫向上的投影距離，采用縱向和橫向交替緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層。在緊密纏繞或平面壓緊疊加后，每個孔都不會被孔間相連部分完全遮蓋，層與層之間的網眼能夠互相連通，在吸附床層中形成貫通的立體孔道。也可采用滿足上述孔眼布局的套打孔的數層多孔活性炭纖維布(氈)組合，作為一個整體層，通過緊密纏繞或平面壓緊疊加形成吸附床層。兩種或多種不同孔眼結構的活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈)，分別滿足上述三類孔型中的任意一種，采用與孔眼布局相應的緊密纏繞或壓緊疊加方式，通過單層交替纏繞或疊加、多層交替纏繞或疊加、單層與多層交替纏繞或疊加后，每個孔都不會被孔間相連部分完全遮蓋，層與層之間的網眼能夠互相連通，在吸附床層中形成貫通的立體孔道。本發明的濾芯除用于從大風量VOCs廢氣中回收有機溶劑外，本發明申請的濾芯還可應用于空氣中有毒有害氣體的凈化、揮發性有機污染物的凈化。和現有技術相比，本發明的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯具有如下有益效果
(I)降低了濾芯的風阻，以較小的設備實現了大風量有機廢氣的處理；(2)增加了單元吸附床層中吸附材料的裝填量，吸附工作周期長，克服了由于吸附材料裝填量小造成設備頻繁在吸附一脫附間切換造成的能耗；(3)吸附材料裝填密實，吸附床層電阻率均勻一致， 克服了局部過熱造成的安全隱患。
圖I是本發明的一種箱式六面體電熱式凈化濾芯的結構示意圖，其中1.吸附床層；2.格柵；3.多孔篩板；4.絕緣篩網；5.護板；6.電極A;7.電極B; 8.電偶。圖2是本發明的一種圓柱體電熱式凈化濾芯的結構示意圖，其中1.吸附床層； 4.絕緣篩網；6.電極A;7.電極B; 8.電偶；9.內筒體；10.端蓋；11.卡箍。圖3本發明提到的一種網眼形狀為菱形的活性炭網眼布的結構示意圖，可通過縱向或橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加形成吸附床層。圖4本發明提到的一種網眼形狀為六邊形的活性炭網眼布的結構示意圖，可通過縱向或橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加形成吸附床層。
圖5本發明提到的一種孔形為圓形的多孔活性炭纖維布(氈)的結構示意圖，可通過橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加形成吸附床層。圖6本發明提到的一種孔形為長條形的多孔活性炭纖維布(氈)的結構示意圖，可通過縱向和橫向交替緊密纏繞或平面壓緊疊加形成吸附床層。圖7本發明提到的一種孔形為L形的多孔活性炭纖維布(氈)的結構示意圖，任意一孔與其相鄰行中位置最接近的孔在在縱橫兩個方向上的投影都有重合，可通過縱向和/ 或橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層。
具體實施例方式實施例I
本實施例的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯如圖I所示，電熱式凈化濾芯外觀為進風面、出風面平行的六面體結構，包括圍護結構和其內部裝填的吸附床層1，圍護結構由進風面、出風面和其他起固定、密封、保護作用的護板5組成，進風面和出風面從外向內依次為一層格柵2、一層多孔篩板3和一層絕緣篩網4，護板5、格柵2、多孔篩板3均采用環氧樹脂材料制成，絕緣篩網4為玻璃纖維篩網，吸附床層I為圖3-圖7所示的活性炭網眼布和活性炭纖維布(氈)通過與孔眼布局相應的方式進行平面壓緊疊加而成，吸附床層 I上、下端面設有電極A6和電極B7，電極板A6和電極B7為銅質，可與外接電源相連對吸附床層I通入電流，吸附床層I中設有電偶8，在電熱升溫過程中測試吸附床層I的溫度。所述的活性炭網眼布是以各種含碳纖維編織成的網眼布為前驅體，經炭化、活化工藝制成。所述的多孔活性炭纖維布(氈)是以各種含碳纖維編織成的布、無紡布或氈為前驅體，經炭化、活化工藝后，經機械打孔制成。所述的炭化、活化工藝采用現有技術中常規活性炭纖維布(氈)的炭化、活化工藝即可實現。圖3為活性炭網眼布A的結構示意圖，在纖維布本體001上設有網眼002，網眼形狀為菱形孔，開孔率為65. 6%，內孔對角線長度分別為2_和3_。圖4為活性炭網眼布B的結構示意圖，在纖維布本體001上設有網眼002，網眼形狀為正六邊形，開孔率為67. 8%，對角線長度為5mm ；
圖5為多孔活性炭纖維布C的結構示意圖，在纖維布本體001上設有網眼002，孔形為圓形，直徑2. 5mm,開孔率為28. 4% ；
圖6為多孔活性炭纖維氈D的結構示意圖，在纖維布本體001上設有網眼002，孔形為 (20mm X 4mm)長條形，開孔率為25. 5% ；
圖7為多孔活性炭纖維氈E的結構示意圖，在纖維布本體001上設有網眼002，孔形為 (2(tomX4_) L 形，開孔率為 25.2%。采用如圖I所示的濾芯結構，將市售厚度為3mm活性炭纖維氈、市售厚度為0. 2mm 活性炭纖維平紋布、自制的活性炭網眼布(A、B)、多孔活性炭纖維布C和多孔活性炭纖維氈 D (如圖3-圖6所示材料)分別裝填吸附床層，對lOOOmg/m3的乙酸乙酯進行凈化，在相同測試條件下，測得數據如表I所示
表I
權利要求
1.一種用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，包括圍護結構和其內部裝填的吸附床層，其特征在于所述的吸附床層由活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈)疊加而成，吸附床層任意兩個相對端面或與之接近位置設有電極A和電極B，可對吸附床層通入電流，吸附床層中設有電偶，在電熱升溫過程中測試吸附床層的溫度，所述的圍護結構包括密封部分和由一層或多層網狀或多孔材料制成的進風面、出風面。
2.根據權利要求I所述的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，其特征在于 所述的電熱式凈化濾芯外觀為進風面、出風面平行的箱式多面體結構，進風面、出風面為一層或多層的多孔篩板或/和篩網，吸附床層由活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈) 通過平面壓緊疊加而成，吸附床層任意兩個相對端面或與之接近位置設有電極A和電極B， 圍護結構中相互絕緣的兩個相對端面(包括進風面和出風面)也可分別作為電極A和電極 B，可對吸附床層通入電流，吸附床層中設有電偶，在電熱升溫過程中測試吸附床層的溫度。
3.根據權利要求I所述的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，其特征在于 所述的電熱式凈化濾芯外觀為圓柱體，圍護結構由內筒體、端蓋和外筒體組成，內筒體和外筒體分別為進風面和出風面，內筒體是一端封閉的中空多孔圓柱體，其上緊密纏繞活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈)形成吸附床層，外筒體由一層或/和多層網狀或多孔材料制成，以端蓋為電極或在吸附床層上下端面或與之接近位置設置電極A和電極B，可對吸附床層通入電流，吸附床層中設置電偶，在電熱升溫過程中測試吸附床層的溫度。
4.根據權利要求1、2或3所述的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，其特征在于所述的活性炭網眼布是以各種含碳纖維編織成的網眼布為前驅體，經炭化、活化工藝制成。
5.根據權利要求1、2或3所述的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，其特征在于所述的多孔活性炭纖維布(氈)是以各種含碳纖維編織成的布、無紡布或氈為前驅體， 經炭化、活化工藝后，經機械打孔制成。
6.根據權利要求1、2或3所述的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，其特征在于所述的活性炭網眼布網眼形狀為圓形、橢圓形或多邊形，縱向任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔壁，采用縱向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或橫向上任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔壁，采用橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或同時滿足上述兩個條件，采用縱向或/和橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層。
7.根據權利要求1、2或3所述的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，其特征在于所述的多孔活性炭纖維布(氈)，孔的形狀為圓形、橢圓形或多邊形，縱向任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔間距，采用縱向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或橫向上任意相鄰的兩個孔的內徑(長度)大于其孔間距，采用橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或同時滿足上述兩個條件，采用縱向或/和橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；也可采用滿足上述孔眼布局的套打孔的數層多孔活性炭纖維布(氈)組合，作為一個整體層，通過與孔眼布局相對應的緊密纏繞或平面壓緊疊加方式形成吸附床層。
8.根據權利要求1、2或3所述的用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，其特征在于所述的多孔活性炭纖維布(氈)，孔的形狀為長條形、X形、十字形、新月形、弧形、L形中的一種或多種，沿縱向成行循環出現，任意一孔與其相鄰行中位置最接近的孔在縱橫兩個方向上的投影都有重合，采用縱向和/或橫向緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層；或僅在橫向上的投影有重合，且孔在橫向上的投影長度大于橫向相鄰兩孔間在縱向上的投影距離，或僅在縱向上的投影有重合，且孔在縱向上的投影長度大于縱向相鄰兩孔間在橫向上的投影距離，采用縱向和橫向交替緊密纏繞或平面壓緊疊加的方式形成吸附床層，也可采用滿足上述孔眼布局的套打孔的數層多孔活性炭纖維布(氈)組合，作為一個整體層，通過與孔眼布局相對應的緊密纏繞或平面壓緊疊加方式形成吸附床層。
全文摘要
一種用于大風量VOCs廢氣治理的電熱式凈化濾芯，包括圍護結構和其內部裝填的吸附床層，其特征在于所述的吸附床層由活性炭網眼布或/和多孔活性炭纖維布(氈)疊加而成，吸附床層任意兩個相對端面或與之接近位置設有電極A和電極B，可對吸附床層通入電流，吸附床層中設有電偶，在電熱升溫過程中測試吸附床層的溫度，所述的圍護結構包括密封部分和由一層或多層網狀或多孔材料制成的進風面、出風面。本發明的的電熱式凈化濾芯用于大風量VOCs廢氣治理降低了濾芯的風阻，以較小的設備實現了大風量有機廢氣的處理；增加了單元吸附床層中吸附材料的裝填量，吸附工作周期長，克服了由于吸附材料裝填量小造成設備頻繁在吸附－脫附間切換造成的能耗；吸附材料裝填密實，吸附床層電阻率均勻一致，克服了局部過熱造成的安全隱患。
文檔編號B01D53/04GK102600697SQ20121007779
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者張蕾, 朱軍利, 王鵬宇 申請人:鄭州中斯達環境科技有限公司