油氣回收活性炭吸附效率測(cè)試技術(shù)規(guī)范與性能評(píng)估研究：基于靜態(tài)容量與動(dòng)態(tài)穿透的方法優(yōu)化  

一、活性炭性能參數(shù)與吸附機(jī)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(xué)性質(zhì)，2025年行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)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(gè)月19。  

（一）關(guān)鍵性能參數(shù)  

1.比表面積：800-1500m2/g（BET法，ISO9277），決定總吸附位點(diǎn)數(shù)量，與油氣吸附容量正相關(guān)（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(kuò)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(jī)械強(qiáng)度：≥90%（GB/T7702.3），減少運(yùn)輸和裝填過程中的破碎率910。  

（二）吸附-脫附機(jī)理  

吸附過程：常溫（20-30℃）下，油氣分子通過分子擴(kuò)散進(jìn)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?dú)獯祾撸髁?.5-1.0m3/h），油氣分子獲得能量克服吸附勢(shì)壘，脫附率要求≥95%912。  

二、吸附效率測(cè)試指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)方法  

（一）核心測(cè)試項(xiàng)目  

指標(biāo)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)要求儀器設(shè)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(dòng)態(tài)穿透效率固定床法（ASTMD5160）穿透時(shí)間≥8h，η≥95%動(dòng)態(tài)吸附裝置、GC-FID（檢測(cè)限≤0.1mg/m3）  

脫附率熱重分析法（GB/T7702.19）≥95%（150℃，氮?dú)夥諊?span style="white-space:pre">熱重分析儀（升溫速率5℃/min）  

耐磨強(qiáng)度球磨法（GB/T7702.3）≥90%耐磨強(qiáng)度測(cè)定儀  

數(shù)據(jù)來源：2912  

（二）動(dòng)態(tài)穿透效率測(cè)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(cè)試步驟：  

基線校準(zhǔn)：通入純空氣，記錄GC-FID基線；  

穿透曲線繪制：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出口濃度，至C_out/C_in=5%時(shí)停止，計(jì)算穿透時(shí)間和吸附容量：  

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

3.數(shù)據(jù)有效性判定：平行實(shí)驗(yàn)3次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）≤5%1016。  

三、影響因素與優(yōu)化案例  

（一）關(guān)鍵影響因素  

1.濕度：  

相對(duì)濕度＞60%時(shí)，水分子與油氣分子競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，效率下降10%-15%（如圖1）；  

對(duì)策：前置干燥塔（硅膠/分子篩），控制進(jìn)氣露點(diǎn)≤-40℃；  

2.油氣濃度：  

濃度升高（500-5000mg/m3）時(shí)，吸附容量線性增加（q=0.12C+150，R2=0.92），但高濃度易導(dǎo)致吸附熱積聚（溫升可達(dá)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?jī)?yōu)化案例  

問題：進(jìn)口活性炭吸附效率從初始97%降至85%（3個(gè)月后），穿透時(shí)間縮短至5小時(shí)；  

診斷：  

比表面積：從1200m2/g降至950m2/g（微孔堵塞）；  

水分含量：15%（超標(biāo)，GB/T7702.1要求≤10%）；  

優(yōu)化措施：  

1.更換預(yù)處理干燥單元，露點(diǎn)控制在-50℃；  

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

效果：吸附效率恢復(fù)至96%，穿透時(shí)間延長(zhǎng)至7.5小時(shí)，活性炭壽命從3個(gè)月延長(zhǎng)至6個(gè)月39。  

四、標(biāo)準(zhǔn)更新與技術(shù)趨勢(shì)  

（一）最新標(biāo)準(zhǔn)要求  

GB20952-2025（報(bào)批稿）：新增活性炭VOCs吸附效率專項(xiàng)指標(biāo)，要求對(duì)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(zhǎng)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(fù)載金屬氧化物（如CuO、ZnO），對(duì)極性油氣（如乙醇）吸附容量提升20%-30%；  

2.活性炭-MOFs復(fù)合材料：  

核殼結(jié)構(gòu)（活性炭@HKUST-1），結(jié)合活性炭高機(jī)械強(qiáng)度和MOFs高容量，吸附效率可達(dá)99%18。  

關(guān)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(xiàn)  

[1]ASTMD5160-95(2019)活性炭氣相吸附測(cè)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(cè)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(xué)報(bào),2025,19(2):589-598.