油气回收活性炭吸附效率测试性能评估研究：基于静态容量方法优化

油气回收活性炭吸附效率测试技术规范与性能评估研究：基于静态容量与动态穿透的方法优化  

一、活性炭性能参数与吸附机理  

油气回收用活性炭是一种多孔吸附材料，其性能取决于比表面积、孔径分布及表面化学性质，2025年行业数据显示，我国加油站油气回收系统中85%采用煤质柱状活性炭，平均更换周期为6-12个月19。  

（一）关键性能参数  

1.比表面积：800-1500m²/g（BET法，ISO9277），决定总吸附位点数量，与油气吸附容量正相关（R²=0.89）；  

2.孔径分布：  

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

2.中孔（2-50nm）：占比20%-30%，为油气分子扩散提供通道；  

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

4.机械强度：≥90%（GB/T7702.3），减少运输和装填过程中的破碎率910。  

（二）吸附-脱附机理  

吸附过程：常温（20-30℃）下，油气分子通过分子扩散进入活性炭微孔，被范德华力捕获，符合Langmuir单分子层吸附模型：  

其中为吸附平衡常数，为油气分压；  

脱附再生：120-150℃热氮气吹扫（流量0.5-1.0m³/h），油气分子获得能量克服吸附势垒，脱附率要求≥95%912。  

二、吸附效率测试指标与标准方法  

（一）核心测试项目  

指标测试方法标准要求仪器设备  

静态吸附容量重量法（ASTMD2867）≥200mg/g（25℃，P=101.3kPa）恒温恒湿吸附仪、分析天平（精度0.1mg）  

动态穿透效率固定床法（ASTMD5160）穿透时间≥8h，η≥95%动态吸附装置、GC-FID（检测限≤0.1mg/m³）  

脱附率热重分析法（GB/T7702.19）≥95%（150℃，氮气氛围）热重分析仪（升温速率5℃/min）  

耐磨强度球磨法（GB/T7702.3）≥90%耐磨强度测定仪  

数据来源：2912  

（二）动态穿透效率测试流程  

1.装置搭建：  

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

气源：模拟油气（正戊烷/空气混合气，浓度5000±500mg/m³），流量100L/min（空塔气速0.8m/s）；  

2.测试步骤：  

基线校准：通入纯空气，记录GC-FID基线；  

穿透曲线绘制：实时监测出口浓度，至C_out/C_in=5%时停止，计算穿透时间和吸附容量：  

其中为气体流量（m³/min），为穿透时间（min），为活性炭质量（g）；  

3.数据有效性判定：平行实验3次，相对标准偏差（RSD）≤5%1016。  

三、影响因素与优化案例  

（一）关键影响因素  

1.湿度：  

相对湿度＞60%时，水分子与油气分子竞争吸附位点，效率下降10%-15%（如图1）；  

对策：前置干燥塔（硅胶/分子筛），控制进气露点≤-40℃；  

2.油气浓度：  

浓度升高（500-5000mg/m³）时，吸附容量线性增加（q=0.12C+150，R²=0.92），但高浓度易导致吸附热积聚（温升可达30℃）；  

3.活性炭再生次数：  

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

（二）某加油站活性炭优化案例  

问题：进口活性炭吸附效率从初始97%降至85%（3个月后），穿透时间缩短至5小时；  

诊断：  

比表面积：从1200m²/g降至950m²/g（微孔堵塞）；  

水分含量：15%（超标，GB/T7702.1要求≤10%）；  

优化措施：  

1.更换预处理干燥单元，露点控制在-50℃；  

2.采用微波再生（2450MHz，功率500W）替代传统热氮气，脱附时间从2h缩短至40min，再生效率提升至98%；  

效果：吸附效率恢复至96%，穿透时间延长至7.5小时，活性炭寿命从3个月延长至6个月39。  

四、标准更新与技术趋势  

（一）最新标准要求  

GB20952-2025（报批稿）：新增活性炭VOCs吸附效率专项指标，要求对苯系物（如甲苯）吸附效率≥90%；  

ASTMD6646-2022：修订穿透曲线绘制方法，引入质量传递区（MTZ）长度参数（要求≤0.3倍床层高度）1215。  

（二）新型吸附材料发展  

1.改性活性炭：  

负载金属氧化物（如CuO、ZnO），对极性油气（如乙醇）吸附容量提升20%-30%；  

2.活性炭-MOFs复合材料：  

核壳结构（活性炭@HKUST-1），结合活性炭高机械强度和MOFs高容量，吸附效率可达99%18。  

关键词：活性炭吸附效率；穿透曲线；BET比表面积；ASTMD5160；油气回收  

参考文献  

[1]ASTMD5160-95(2019)活性炭气相吸附测试指南[S].  

[2]GB/T7702.19-1997煤质颗粒活性炭四氯化碳脱附率测定方法[S].  

[3]活性炭改性及其油气吸附性能研究[J].环境工程学报,2025,19(2):589-598.