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    油氣回收活性炭吸附效率測試性能評估研究:基于靜態(tài)容量方法優(yōu)化

    發(fā)布時間: 2025-09-28  點擊次數(shù): 165次

    油氣回收活性炭吸附效率測試技術規(guī)范與性能評估研究:基于靜態(tài)容量與動態(tài)穿透的方法優(yōu)化  

    一、活性炭性能參數(shù)與吸附機理  

    油氣回收用活性炭是一種多孔吸附材料,其性能取決于比表面積、孔徑分布及表面化學性質(zhì),2025年行業(yè)數(shù)據(jù)顯示,我國加油站油氣回收系統(tǒng)中85%采用煤質(zhì)柱狀活性炭,平均更換周期為6-12個月19。  

    (一)關鍵性能參數(shù)  

    1.比表面積:800-1500m2/g(BET法,ISO9277),決定總吸附位點數(shù)量,與油氣吸附容量正相關(R2=0.89);  

    2.孔徑分布:  

    1.微孔(<2nm):占比60%-80%,主要吸附C5-C8小分子油氣(如正戊烷、苯);  

    2.中孔(2-50nm):占比20%-30%,為油氣分子擴散提供通道;  

    3.碘吸附值:≥800mg/g(GB/T7702.7),反映微孔吸附能力;  

    4.機械強度:≥90%(GB/T7702.3),減少運輸和裝填過程中的破碎率910。  

    (二)吸附-脫附機理  

    吸附過程:常溫(20-30℃)下,油氣分子通過分子擴散進入活性炭微孔,被范德華力捕獲,符合Langmuir單分子層吸附模型:  

    其中為吸附平衡常數(shù),為油氣分壓;  

    脫附再生:120-150℃熱氮氣吹掃(流量0.5-1.0m3/h),油氣分子獲得能量克服吸附勢壘,脫附率要求≥95%912。  

    二、吸附效率測試指標與標準方法  

    (一)核心測試項目  

    指標測試方法標準要求儀器設備  

    靜態(tài)吸附容量重量法(ASTMD2867)≥200mg/g(25℃,P=101.3kPa)恒溫恒濕吸附儀、分析天平(精度0.1mg)  

    動態(tài)穿透效率固定床法(ASTMD5160)穿透時間≥8h,η≥95%動態(tài)吸附裝置、GC-FID(檢測限≤0.1mg/m3)  

    脫附率熱重分析法(GB/T7702.19)≥95%(150℃,氮氣氛圍)熱重分析儀(升溫速率5℃/min)  

    耐磨強度球磨法(GB/T7702.3)≥90%耐磨強度測定儀  

    數(shù)據(jù)來源:2912  

    (二)動態(tài)穿透效率測試流程  

    1.裝置搭建:  

    吸附柱:內(nèi)徑50mm,填充活性炭高度300mm(密度0.4-0.5g/cm3);  

    氣源:模擬油氣(正戊烷/空氣混合氣,濃度5000±500mg/m3),流量100L/min(空塔氣速0.8m/s);  

    2.測試步驟:  

    基線校準:通入純空氣,記錄GC-FID基線;  

    穿透曲線繪制:實時監(jiān)測出口濃度,至C_out/C_in=5%時停止,計算穿透時間和吸附容量:  

    其中為氣體流量(m3/min),為穿透時間(min),為活性炭質(zhì)量(g);  

    3.數(shù)據(jù)有效性判定:平行實驗3次,相對標準偏差(RSD)≤5%1016。  

    三、影響因素與優(yōu)化案例  

    (一)關鍵影響因素  

    1.濕度:  

    相對濕度>60%時,水分子與油氣分子競爭吸附位點,效率下降10%-15%(如圖1);  

    對策:前置干燥塔(硅膠/分子篩),控制進氣露點≤-40℃;  

    2.油氣濃度:  

    濃度升高(500-5000mg/m3)時,吸附容量線性增加(q=0.12C+150,R2=0.92),但高濃度易導致吸附熱積聚(溫升可達30℃);  

    3.活性炭再生次數(shù):  

    每再生1次,吸附容量下降3%-5%,5次后需更換(容量降至初始值的80%以下)310。  

    (二)某加油站活性炭優(yōu)化案例  

    問題:進口活性炭吸附效率從初始97%降至85%(3個月后),穿透時間縮短至5小時;  

    診斷:  

    比表面積:從1200m2/g降至950m2/g(微孔堵塞);  

    水分含量:15%(超標,GB/T7702.1要求≤10%);  

    優(yōu)化措施:  

    1.更換預處理干燥單元,露點控制在-50℃;  

    2.采用微波再生(2450MHz,功率500W)替代傳統(tǒng)熱氮氣,脫附時間從2h縮短至40min,再生效率提升至98%;  

    效果:吸附效率恢復至96%,穿透時間延長至7.5小時,活性炭壽命從3個月延長至6個月39。  

    四、標準更新與技術趨勢  

    (一)最新標準要求  

    GB20952-2025(報批稿):新增活性炭VOCs吸附效率專項指標,要求對苯系物(如甲苯)吸附效率≥90%;  

    ASTMD6646-2022:修訂穿透曲線繪制方法,引入質(zhì)量傳遞區(qū)(MTZ)長度參數(shù)(要求≤0.3倍床層高度)1215。  

    (二)新型吸附材料發(fā)展  

    1.改性活性炭:  

    負載金屬氧化物(如CuO、ZnO),對極性油氣(如乙醇)吸附容量提升20%-30%;  

    2.活性炭-MOFs復合材料:  

    核殼結構(活性炭@HKUST-1),結合活性炭高機械強度和MOFs高容量,吸附效率可達99%18。  

    關鍵詞:活性炭吸附效率;穿透曲線;BET比表面積;ASTMD5160;油氣回收  

    參考文獻  

    [1]ASTMD5160-95(2019)活性炭氣相吸附測試指南[S].  

    [2]GB/T7702.19-1997煤質(zhì)顆粒活性炭四氯化碳脫附率測定方法[S].  

    [3]活性炭改性及其油氣吸附性能研究[J].環(huán)境工程學報,2025,19(2):589-598.  

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