本发明涉及吸附脱除空气中所含烃的方法，尤其是涉及吸附脱 除某些工厂环境中所含烃的方法，在这些环境中的烃排放应满足立 法机构制订的卫生和安全标准。本发明还涉及除碳和氧而外还可能 含有O，S和N作为组成原子的挥发性有机化合物。

低温下用适当吸附剂选择吸附空气中的有机化合物的工艺已知 并已实施几十年，同时也用解吸气流如空气吹扫已加热到比吸附操 作温度高100-200℃的吸附剂而进行解吸操作。目前最常提到的吸 附剂是表面积大的活性碳，硅质岩和SiO2/Al2O3比例高的沸石如ZSM 型沸石，发光沸石及通常的八面沸石深度脱铝后所得的亲油沸石， 这些硅化合物的优点是可在热空气中再生，同时又不会出现用活性 炭时担心出现的不利影响。易于在这种操作中应用的后一吸附剂可 用适当脱铝的无定形二氧化硅-氧化铝(硅酸铝)制得。就吸附速 度和饱和时每克固体吸附的烃量而言，这类二氧化二硅-氧化铝的 性能比脱铝沸石的性能稍差，但脱铝工艺更简单并且所得固体价格 还低。

本发明的目的就是提出上述吸附剂，尤其是硅化合物在可利用 其有效理化性能的特定条件下的应用。这种应用过程中可有效利用 吸附剂的活性(就吸附速度而言)，其吸附容量，有关脱除COV(挥发 性有机化合物)的性能，同时尽可能减少吸附床中的压降。吸附及 解吸期间在装置入口和出口间出现的压降实际上构成了各种操作费 用中最为重要的经济因素。

现有技术重视应用以轴向固定床，流化床或移动床形式操作的 吸附剂的吸附方法(Handbook of separation process technology 1987)，其中说明了各种吸附器。在这些吸附器中，根本没有涉及到 本发明提出的这种应用。

活化炭类吸附剂包括二氧化硅，脱铝二氧化硅-氧化铝(硅酸铝)， 硅质岩，易于在水存在下吸附烃，尤其是VOC的脱铝分子筛。如上 所述，本发明目的就是提出这些吸附材料减少经过吸附床的压降的 特殊用途或新用途，其应用过程中可保证待去除的烃(VOC或COV)在 固体上的良好保持率，因此可大大降低吸附器中压降，同时又不会 有损于该操作中以所用吸附剂体积计而期望达到的效果。

图1A，1B和1C示出了本发明方法第一方案中所用轴向床，径向 床，柱状单元旋转床的几何形状。

图2A和2B示出了本发明方法第二方案中所用的小型径向床。

图2C示出了本发明方法第二方案中所用小型径向床的另一实施 方案。

图2D示出了本发明方法中平行排列的两台小型径向床交替操作 方式。

本发明方法第一方案中，所用等效(equivalent)直径为0.5-5mm 的粒状吸附剂包在金属丝，硅线或耐高温复合材料织成或编成的网 容积内。网眼小于颗粒直径并且含颗粒的单元(elementaire)体积的 等效直径可根据吸附器尺寸调节。所观察到的压降与吸附单元的尺 寸密切相关，并且在吸附器内任何吸附单元均表现为小型吸附器， 就其操作性能而言，亦符合化学工程领域的一般原则。在这些条件 下，床层形式可为以下几何形式中的一种或另一种：轴向床，径向 床，柱状单元旋转床。这三种床层形式的几何形状已示于图1A，1B，1C 中(E表示至少一个入口，而S表示至少一个出口)。吸附剂的吸附单 元可具有各种几何形状(已示于图1B边上)：柱状，球状，立方体 或优选为四面体，这在欧洲专利申请No.494550-A中已作说明。在 所有这些情况下，须使吸附床直径比吸附单元的等效直径大约50倍。 用相同厚度的自由颗粒床达到的压降降低程度大于系数10。因此， 在采用自由颗粒床时，可使用厚度为压降所允许的厚度的2至5倍 的床层。而且，紧密保持在这些吸附单元内的颗粒床层强制使气流 沿任意通道流通，在可比的压降和空速下，这些通道可达到比涂上 吸附相的平行通道上整块吸附剂获得的效果好得多的提纯效果。

在本发明方法第二方案中，颗粒为自由颗粒，其形状为实心挤 出粒状或空心挤出粒状，这些颗粒送入如图2所示的小型径向床中， 这些单元吸附器长度为100-200cm，厚度为10-30cm并且置于被处 理气体的集气容积内，好象换热管(图2A和2B)。各吸附容积就象 从中心进料的小型径向吸附器，而在外部用装有小型吸附器的外壳 收集被处理的气体。这种设计方案的优点是减少压降并可装备相同 的金属网单元，并且可将这些单元插入集气外壳之前将这些金属网 填满。长度为100cm的各单元容量为50-200l，床层厚度与吸附剂颗 粒的等效直径和装置内允许的压降有关。两台吸附器可平行排列， 其中一台处于吸附阶段，另一台则处于解吸阶段(图2D)。各吸附器 可包含例如4-36层小型床层，而为了达到大容量，也可将两组小型 床层结合起来以使设备的容量加倍。已表明这种低厚度催化床层尤 其有利于应用脱铝的亲油分子筛(发光沸石，ZSM，八面沸石)，其特 性曲线QA·f(PA)(其中QA为固体上吸附的A量，而PA为其分压)在 低PA值情况下达到其平稳阶段(固体饱和)，A为待吸附烃。在这种 情况下，可形成特别明显的吸附前沿，其中可应用低厚度床层。

这种设计中还可配置成图2C所示的平行六面体单元。

不管是用柱体单元，还是用平行六面体单元，有气体进出的壁 都用刚性不锈钢网制成(该网可用加强杆增强)，所用网的网眼尺寸 小于吸附剂颗粒的最小尺寸。

在本发明方法第三方案中，将吸附剂涂在编织铝线或玻璃纤维 载体上，制成可使气体沿任意通道流通的垫床。

这些单元压降低，可用于处理流量大，处理压力低的空气。

另一方面，由于涂层吸附剂量小(100kg/m3左右)，所以吸附的体 积容量低，这就要求按连续再生工艺应用这类吸附剂(见图1C)。

为了吸附可略为聚合或不可聚合的常见挥发性有机化合物(COV)， 可在常用温度和压力条件下进行吸附操作，即在0-120℃，优选20-60 ℃的温度和待去除气流排除压力下进行吸附操作。一般来说，COV含 于空气中，其相对压力为0.1-1MPa，通常为0.1-0.2MPa。所用空速 取决于所用吸附剂。就活化炭而言，空速为1000-5000m3待处理气 体/h/m3吸附剂(m3/h/m3)，对于脱铝沸石，则为5000-50000m3待 处理气体/h/m3吸附剂。更具体地讲，就活化炭而言，空速还取决于 要求达到的提纯程度。

一旦吸附剂在所应用的吸附和提纯条件下达到饱和，待提纯空 气(或气体)就停止流通并用解吸气流代替，解吸气流的性能取决 于所用吸附剂。在吸附剂为二氧化硅-氧化铝(硅酸铝)或脱铝沸 石时，解吸气流由140-300℃，优选160-250℃的热空气流构成，这 种气流通过吸附床的空速为100-500m3/h。该解吸气流经换热器而 冷却到常温，其中有机蒸汽部分冷凝后在分离器中从气相中分离。 分离后，在希望尽可能除去挥发性有机化合物时，将气相循环到吸 附床。解吸操作在接近并略高于大气压的压力下进行。

在所用吸附剂为活化炭时，也可在前述条件下进行解吸，但为 了避免吸附剂降解，宁可用近于化学计量的惰性气体(氮或燃烧气) 作为解吸气流，而不优选用空气。

上述方法可根据所用吸附器而呈现为两种实施方案，所用吸附 器为：移动式或固定式。

在吸附器为图1C所示移动式吸附器时，则吸附床可从吸附区转 移到解吸区。分成等体积(如6-10体积)的区域的吸附器可定期经 一环形部件绕其轴转动。在吸附器包括n(如6-10)个相同的区域时， 则n-3个区域处于吸附阶段并且被处理气体从顶到底穿过这些区域， 这已表示在图1C中，另外3个区域则处于解吸阶段，其中包括以下 3个步骤：加热，解吸，冷却。在这种情况下，明显区别开的集气区 可回收气流，同时可避免其与被处理气体混合。解吸在加热到130- 250℃的解吸气流中进行，再生固体的冷却在冷空气流(或冷解吸气 流)中进行。

固定吸附器系统可包括两台相同的吸附器，而吸附床的数量和 几何形状则不限。吸附器之一处于吸附阶段，而另一台则按以下顺 序操作：加热，解吸，冷却。操作原理同于图1A，1B，2A，2C所示。

实施例1

八面沸石的Si/Al原子比为100，呈平均直径1.8mm，平均长度4mm 的挤出粒状，将这些颗粒塞入不锈钢网制成的锥形吸附单元内，网 眼长度为1.2mm，不锈钢网厚为0.3mm。锥的母线长30mm，锥底直径亦 为30mm。以85个/升的比例将这些锥体放在柱形吸附器中，在该吸 附器中这些锥体形成1.12m高的吸附床，其底表面为0.07m2。该床 底部用多孔不锈钢网支撑，网眼为5mm，网厚为1mm。流体从底到顶 穿过吸附床。

吸附试验用加了乙酸丁酯和二甲苯的空气进行，温度为30℃， 相对湿度(HR)为约70％，而乙酸丁酯和二甲苯在空气中的浓度为 200(ppm)。所用空速为10000，计为被污染空气体积/吸附剂体积/ 小时，这相当于在空容器中的线速度为3.1m/s。所观察到的压降为 240mm水柱(24hPa，约24mbar)。在出口对流出物进行分析并在总烃 化合物含量为待处理气体中的含量的5％时停止吸附试验而进行解 吸。在试验条件下，沸石吸附的烃量为其重量的8.4％。这相当于在 床层穿透之前经过2.6小时的操作吸附了2kg烃。

为进行解吸操作，可通入加热到180℃的空气，空速为300m3/m3 床层/h。床层温度从30℃逐渐加热到175℃，被吸附烃的解吸也是逐 渐的并且用色谱法确定气体的浓度。乙酸丁酯解吸速度快于二甲苯， 但在通热空气1小时30分钟后，产品即已完全被解吸。-15℃下冷 凝的产品相当于约2kg重。

然后通入未被污染的空气，将吸附剂冷却到30℃，空气空速为 2000。在吸附循环期间测得的压降低于10mm水柱(＝1hPa＝1mbar)。

实施例2

该试验条件同于试验1，只是空速为5700h-1。经过吸附床测得 的压降为137mm水柱(＝13.7hPa＝13.7mbar)。被吸附的总烃最大量可 达到所用沸石重量的9.8％，这相当于在床层穿透之前增重2.5kg。 吸附4.5h后出现穿透。

用已预先冷却到200℃的准化学计量甲烷燃烧气流进行解吸，其 空速为150h-1。在所用条件下，在通解吸气流1h后可认为操作已完 成。

实施例3

试验用同于实施例1的沸石在相同的操作条件下进行，只是在 边长为3cm的四面体，而不是锥体积内填充吸附剂。所观察到的压 降略低(190mm水柱或19hPa＝19mbar)，而观察到的效果也略低，即 在仅进行2.3h吸附操作后床层即穿透。

实施例4

试验在同于实施例2的操作条件下进行，即空速为5000h-1，但用 98.7％脱铝的二氧化硅-氧化铝作为吸附剂。该吸附剂为球状，其直 径为2-4mm。所得结果表明意外地，但不可忽视地吸附了两种烃， 但同时亦吸附了很多的水。用脱铝沸石时，在1.2h，而不是4.5h后 即出现床层穿透。在穿透时，吸附剂已吸进了1％的烃溶剂和35％ 的水。这种吸附剂可有效地用于同时吸附挥发性有机化合物和水蒸 汽。

实施例5

该例所用吸附器如图2B所示，在大容量情况下可将吸附器按图 2C所示排列成平行六面体或柱体。床壁用刚性不锈钢网制成，其网 眼为1.4mm，该网用直径为1mm的线构成以使网有良好的刚性。而且， 每一单元均为刚性结构，以避免吸附体积在气体速度或在解吸操作 期间的温升情况下出现任何变形。吸附剂层厚为9cm，中心集气室直 径为10cm，单元高1m，其床层中含55升吸附剂，被处理气体迅速流 过该吸附剂床。固体吸附剂为同于实施例1的脱铝沸石，但应用时 未填入某一适当几何形状的吸附单元内。

30℃和10000h-1空速下用同于实施例1的气体操作时的压降为 61mm水柱(6hPa)。经3小时操作后被吸附烃量为2.1％时，床层穿透。

用加热到220℃的空气流进行的解吸于35mm处操作并使被处理 的吸附剂具有其初始性能。

体积相同(551)和厚度相同(9cm)，但为平行六面体的床层的压降 为50mm水柱，就床层穿透前被吸附的烃量(10.3％)而言，其性能略 为好一些。

实施例6

处理实施例1的气体，但作为吸附剂应用活化炭并将其填入同 于实施例1的锥体小单元中。锥体单元床层尺寸同于实施例1。有关 温度和压力的操作条件也相同，但空速降到4000h-1。所用炭为粒状， 其特征如下：平均直径为1.2mm，比表面为937m2/g，松散堆积密度为 0.22。在这些条件下，经过23小时操作后才出现床层穿透并且炭上 烃保持率为其自身重量的35％。

向床层中通入已冷至250℃并且极其贫氧的天然气燃烧气来进行 解吸，气流空速为200h-1。烃冷却后冷凝，分离器出口的气相在与燃 烧气混合而使其冷却到250℃后循环送去解吸。经3小时处理后，可 认为解吸已完成。

同于第一次的第二次吸附操作的烃吸附量为所用炭重量的 34wt％。

解吸操作之后的第三及第四次吸附操作在如上所述条件下进 行，其中被吸附烃保持率为34.5wt％和35.3wt％。

实施例7

吸附剂为涂了同于前述实施例的沸石粉的铝线或玻璃纤维编织 成的垫床，该吸附剂采用已知生产催化床的适当技术制成。

这样制成的垫为直径80mm，长20mm的柱体，网眼为2-3mm，所 用线直径为8/10mm。该吸附剂含92g同于实施例1且Si/Al原子比 ＞100的八面沸石。

将吸附垫放在直径为80mm的柱状吸附器中，室温下向其中通 入含300ppm乙酸丁酯，即含烃1.2g/m3的空气，速度为30m3/h，即线 速度为1.7m/s。

出口处的浓度每3分钟用色谱法记录一次。

最初四次测量时烃浓度小于25ppm，后续测量时突然升至300ppm， 这表明经12-15分钟操作后的吸附前沿已穿透。

经该吸附“床”测得的压降低于2hPa(20mbar)，即1.7m/s下低 于100mm水柱/m床长度。

总的VVH为30000h-1，吸附容积容量为9kg乙酸丁酯左右/m3床 层。

同于前述实施例用150℃下的逆流热空气进行再生。