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    1. 揮發性有機廢氣熱氧化技術的研究進展

      來源:南京工業廢氣處理有限公司 發布時間:2018-12-27 點擊次數:
      摘要:揮發性氣體(VOCs)是一種單位體積能量密度低、成分復雜、熱值波動大的有毒有害空氣污染物。主要從工程應用和實驗研究兩方面綜述了這三種工藝在國內外的最新研究進展。從有機廢氣的性質和工藝特點方面分析了不同工藝的優點和瓶頸,通過分析比較,發現吸附濃度對復雜有機廢氣具有較強的適應性,但吸附劑的單位體積利用率為:催化燃燒具有著火溫度低、節能等優點,但操作成本高,單一催化劑對復雜組分VOCs的適應性差;再生燃燒熱回收率高,但有機物濃度低、發熱量波動大。廢氣限制了其運行的穩定性,聯合工藝比三種基本工藝具有更好的綜合性能,但系統復雜、穩定性差、占地面積大,將來,不同工藝優點的組合和優化將是最有效的途徑之一。經濟、有效、安全地處理揮發性有機物。
          
           揮發性有機化合物(VOCs)是指在室溫下蒸氣壓大于70.91Pa,常壓下沸點低于260℃的有毒有害有機化合物。揮發性有機物廣泛存在于石油煉制和石油化工、汽車制造、工業噴涂、電路板制造等領域,工業有機廢氣的主要成分是芳烴,不僅對環境造成破壞,而且對生命和健康造成極大威脅。其主要表現如下:1。揮發性有機物中的芳香烴可以通過人體和動物的呼吸系統和皮膚組織進入人體,直接危害生命和健康;VOCs引起環境中臭氧濃度的增加;光化學煙霧和煙霧可引起生物體的致癌作用;(3)VOCs中的一些物質極易與臭氧發生反應,從而對臭氧層造成不可逆的損害;(4)VOCs中的大多數成分是易燃易爆的,對生產造成隱患?!秶掖髿馕廴痉乐涡袆佑媱潯访鞔_規定,應加強對揮發性有機物的控制和控制。因此,加強對工業源揮發性有機物的控制對于減少大氣污染物的排放具有重要意義。
          
           (1)據統計,201213年我國年VOCs排放量從1.533億噸增加到2 9356億噸。據科學研究預測,到2050年,工業源VOCs排放量將比2013年增加13.3%-361.3%。
          
           (2)揮發性有機物的濃度因地區而異,如石油、化工、特種設備制造等。VOCs排放總量的大部分超過103mgm3,而橡膠、塑料、毛皮等輕工業的VOCs排放總量一般小于500mgm3。
          
           目前,工業上有機廢氣的常用處理方法有吸收、燃燒、冷凝、吸附、光催化、生物降解、低溫等離子體和膜分離等。我國揮發性有機污染物排放量分別占38%、22%和6%,國外分別占16%、29%和12%,這三大過程已成為國內外揮發性有機污染物排放控制的主流。
          
           揮發性有機廢氣的有效處理主要受現有技術的特點和有機廢氣的特性限制。傳統工藝處理高濃度VOCs效果較好,但工業有機廢氣的處理存在較大缺陷,針對有機廢氣處理中的難點,對目前應用較廣的組合熱氧化技術進行了比較分析。對國內外吸附濃縮、蓄熱氧化、催化燃燒三種基本工藝及其組合進行了研究和探討,為選擇穩定高效的工業有機廢氣處理工藝及開發新工藝提供理論和實踐依據。SES。
          
           濃縮燃燒法是吸附濃縮和直接燃燒的結合,如圖1所示,VOCs廢氣首先通過過濾器沉降裝置進行預處理,然后進入吸附濃縮裝置從空氣中分離VOC。大部分凈化的冷空氣直接排放到大氣中。一小部分與高溫煙氣混合的廢氣進入吸附濃縮裝置以解吸VOC。產生的高濃度有機廢氣進入預熱回收裝置吸收熱量,最后進入燃燒室,一部分產生的煙氣與冷空氣混合以解吸VOC,另一部分高溫煙氣在廢熱回收裝置中加熱后排出。
          
           在生產和應用中,針對橡膠制品硫化段產生的有機廢氣,其風速約為1.3m/s、空氣量為54萬m3/h、VOCs濃度為20~30mg/m、氣味濃度為3000(尺寸1)和顆粒物濃度約為5mg/m3時,習海平設計了一套系統STEE。該平臺占地面積415m2,總功率854kW,系統運行費用為9.34元/(Wm3),VOCs和惡臭去除率為90%。
          
           吸附濃度-直接燃燒技術的核心是VOCs的吸附。在這個過程中,吸附劑被用來分離混合物中的特定組分。吸附濃縮過程的性能主要受吸附劑材料選擇和吸附方式兩個因素的影響。
          
           轉輪和固定床是有機廢氣濃縮的兩種基本方式,固定床吸附系統采用兩個或兩個以上的吸附床交替進行VOCs的濃縮。轉輪濃縮系統將轉輪沿圓周方向依次分為吸附、解吸和冷卻三個區域,通過調節轉輪轉速實現有機廢氣的連續吸附和濃縮。穩定性好,技術適應性廣,運行成本低,去除率高,二次污染小,但初投資大。
          
           活性炭、碳纖維和分子篩是目前國內外應用最廣泛的吸附和濃縮低濃度有機廢氣的三種材料。研究了揮發性有機物在球形活性炭顆粒上的吸附和解吸。用活性炭從稀釋蒸汽流中去除揮發性有機物。NAHM等研究了活性炭的熱化學再生和甲苯的吸附特性?;钚蕴看矊雍穸葘︻w?;钚蕴亢头涓C活性炭工作吸附容量的影響與相對濕度相似,但隨著空塔流量的增加,顆?;钚蕴繉妆降墓ぷ魑饺萘肯仍龃蠛鬁p小。采用疏水沸石ZSM-5與蜂窩陶瓷基質復合制成的吸附流道,可使C7H8含量為400mgm3的有機廢氣的凈化率達90%以上。發現以MCM-41分子篩為模板制備的多級多孔炭材料在60℃下用20%質量分數的硝酸溶液改性10小時后,其吸附容量可提高6倍以上。炭纖維隨溫度和空氣流速的增加而增加,經反復再生后,活性炭纖維的吸附性能仍保持在90%以上。趙海陽等人也發現,活性炭纖維對甲苯的吸附特性受溫度影響較小。VOCs吸附純化和LPG分離中的陽離子表明,固定床中活性炭無效層的厚度隨著活性炭纖維負載量的增加而減小,正丁烷、異丁烷和丙烷的選擇性吸附由強到弱增加?;钚蕴亢头惺肿雍Y雖然活性碳纖維來源廣泛,價格低廉,但成本相對較高?;钚蕴吭诟邷叵乱兹?,耐濕性差?;钚蕴烤哂辛己玫哪蜐裥?、吸附過程的強選擇性、良好的疏水性和寬孔徑,能夠較好地適應工業VOCs的處理。但是,分子篩和碳纖維的孔徑分布均勻,范圍較寬,比較窄,三種材料的性能雖有很大差異,但對工業有機廢氣的凈化率為95%。
          
           對于吸附濃縮技術,吸附過程幾乎是在室溫下進行的,但脫附條件隨后處理設備的不同而有很大差異,郭浩發現,循環風量越大,活性炭吸附的有機溶劑的脫附和回收越經濟。300m3/h和170℃下的熱氮氣。當廢氣停留在床層中超過0.4s時,解吸效率最高。195℃時,顆?;钚蕴吭诳諝庵械脑偕蕿?8%。沸石分子篩的解吸溫度一般較高,解吸溫度范圍較寬。用高溫熱水改性的Y沸石對甲苯的解吸溫度可由陸漢峰等人降低約140℃,活性炭纖維的解吸效率隨升溫速率的增加而增加,重復性好?;钚蕴坷w維對高濃度甲苯的吸附容量為434.8mgg,但解吸過程會產生二次污染,對于活性炭吸附和濃度的不同組合過程,解吸氣體溫度如表1所示。
          
           從表1的數據分析可以看出,在有機廢氣的吸附濃縮聯合工藝中,解吸氣體的溫度選擇隨燃燒反應溫度升高而增加,一般在100~200℃之間。由于煙氣處于高溫狀態,因此在傳統的燃燒組合工藝中選擇較低的解吸床溫度會導致系統效率降低;其次,解吸主要通過高溫氣流加熱床料來實現,從而使VOCs從吸附劑之間的范德華力中分離出來。床。解吸效率一般隨床料溫度的升高而增加,但解吸效率過高,附著溫度可能導致爆炸事故;3)解吸溫度一般為100℃,主要是因為過低的溫度無法克服分子與揮發性有機物之間的范德華力。離子難易,這不利于VOCs的濃度,這取決于不同的吸附材料。
          
           目前,國內外對吸附劑材料的種類、性能、系統設計、結構設計和優化進行了大量的研究,以求達到吸附劑材料單位體積吸附容量的最大化。并且熱值波動大,成為可以直接燃燒的高濃度混合氣體,使后續處理連續穩定,大大提高了系統的運行效率。
          
           VOCs蓄熱氧化(regenerative.)是一種高效率的接觸式傳熱技術。它主要利用燃燒放熱或揮發性有機物的反應來維持系統的連續運行。工藝流程如圖2所示。揮發性有機廢氣通過吸附沉降裝置進行預處理,在進入燃燒室進行燃燒之前,進入再生床2,吸收熱量,將溫度升高到規定溫度。產生高溫煙氣,并最終進入再生床1對床料進行加熱和冷卻。當再生床2不能將氣體預熱到指定溫度時,系統被切換,因此循環工作。
          
          

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