活性炭纤维吸附-催化燃烧装置处理有机废气

目前国内外处理有机废气的办法主要有活性炭吸附法、液体吸收法、直接催化燃烧法以及吸附—催化燃烧法。 活性炭吸附法净化率可达 95% 以上 ,若无再生装置 ,则运行费用太高 ,若用蒸汽回收 ,则工 艺流程过长 ,操作费用高 ,回收的溶剂和水的混合物 利用价值也不高;再生时需要有稳定的蒸汽源 ,且活性炭经反复吸附脱附后吸附能力会逐渐降低 ,一般 使用二三年后就得更换。

RCO催化燃烧

液体吸收法净化率只有 60%~ 80% ,而且存在着二次污染问题。催化燃烧法 净化率可达 95% ,但适合于处理高浓度、小风量且 废气温度较高的有机废气 ,而且要求气体的温度较 高 ,为了提高废气温度 ,要消耗大量的能源。目前应 用最多的方法是吸附—催化燃烧法 ,它主要以颗粒 炭或蜂窝炭为吸附剂 ,为了保证生产的连续性 ,一般设置两个吸附床交替使用 ,由于切换的周期至少为 1 d,因此吸附床体积大 ,吸附剂用量多 ,设备笨重 , 投资大 ,操作麻烦;由于床层体积大 ,容易出现因吸 附热的积蓄引起的燃烧爆炸等现象。针对这些问题 , 本新型装置的吸附器采用一种多单元分流组合结 构 ,并以新型材料—— 活性炭纤维作为吸附剂 ,采用 PLC电脑来实现整个系统的连续运行。

1 催化燃烧装置的工艺流程及特点

1. 1 工艺流程

图 1是活性炭纤维吸附— 催化燃烧工艺流程框 图 ,整个系统集吸附、脱附、催化燃烧于一体。为保证 系统的连续运行 ,吸附器采用多单元分流组合式结 构 ,正常运行时 ,处在脱附状态的只有一个单元 ,而 其他单元处于吸附或冷却状态;有机废气收集后经 过滤器进入 n- 1个单元吸附 ,净化后的气体排入大 气。正常吸附前 ,先将催化床燃烧室预热到 300℃, 一定时间后 ,当某一单元内的活性炭纤维吸附饱和 时 ,打开脱附阀门 ,用 120℃热风进行脱附 ,解吸出 的高浓度有机废气进到催化床燃烧分解为 CO2 和 H 2O,净化后的高温气体通过列管热交换器预热脱 附气体 ,少部分经烟囱排放 ,其余补充新鲜空气后作 为脱附热风返回 ,此时可停止电加热管预热 ,并通过 放空阀和补冷风机来实现整个催化燃烧系统的热平 衡。每个单元吸附和脱附时的蝶型气动阀门由 PLC 工业电脑可编程序控制器按设定的时差有序开关 , 整个电控装置分手动和自动两组 ,并配有自动报警系统。

图1
图 1 活性炭纤维吸附—催化燃烧装置工艺流程框图

1. 2 净化装置特点

( 1) 吸附剂采用的活性炭纤维性能优越 ,其比 表面积大 ( 1 300 ~ 2 500 m2 /g) ,微孔发达 (微孔体积 占 总孔体积的 80%左右 ) ,孔径分布广 ( 20~ 200 A) ,吸附容量大 (比粒状活性炭大几倍至几十倍 ) , 吸附速度快 (比颗粒活性炭要快 2 ~ 3个数量级 ) ,而 且再生容易快速 (一般 3~ 5 min) ,脱附彻底 ,经多 次吸附脱附后仍保持原有的吸附性能 ,特别是对 10- 6级的吸附质仍保持很高的吸附量 (蜂窝炭或颗 粒炭此时的吸附能力则大大降低 ) ,因此对有机废气 的净化率高;同时因活性炭纤维耐热性能好 (在空气 中着火点达 500℃以上 ) ,且吸附层很薄 ,不会产生 类似颗粒炭或蜂窝炭吸附装置因热积蓄而易产生燃 烧爆炸的危险。

( 2) 采用独特的多单元分流组合式吸附床 ,假 设吸附床有 n个单元 ,刚开始时是第 1~ 第 ( n- 1) 个单元在吸附 ,第 n个单元在脱附;一定时间后 ,切 换为第 2~ 第 n个单元在吸附 ,第 1个单元在脱附; 如此反复循环运行。这样一方面保证生产的连续性 , 另一方面利用多单元的循环交替切换可使吸附剂用 量大大减少 ,不但使吸附床的体积大大减少 ,而且高 价炭纤维因使用量少也不会造成造价高的问题 ,因 此设备重量轻 ,投资小 ,占地少 ,结构紧凑。

( 3) 在催化燃烧床的进口以及贵金属催化剂层 之间布置电加热管 ,结合内循环管路 ,可使床层的预 热时间短 (电加热管一般在开机时预热 30 min左右 后停止加热 ,以后利用催化燃烧热量来维持整个系 统的热平衡 ) ,同时采用高效率的热交换器 ,并用高 性能的轻质耐火材料保温 ,这样不仅使废气的催化 燃烧彻底 ,同时热利用效率高 ,运行成本低。

( 4) 采用 PLC电脑可编程序控制器 ,通过气动 元件系统实现工艺过程的全部自动化 ,整个系统运 行过程中电脑实行适时记忆 ,如遇突然停电或下班 停机时 ,电脑会记忆当时的工作状态 ,待来电或下次 开机时 ,电脑会自动指令延续上次的状态运行下去 , 这样可以避免出现某些单元过饱和现象 ,达到最佳治理效果 ,同时出现异常故障时电脑会指令自动停 机并发出声光报警 ,因此 ,操作简单、安全、可靠 ,自动化水平较高 ,可实现无人操作。

2有机废气设备实际应用效果

福州某鞋厂有两条生产线 ,主要产品为泡沫塑 料沙滩鞋 ,年产量为 230万双 ,在生产过程中由于使 用含有甲苯的胶水胶合 ,因此在刷胶及烘干工序产 生“三苯”废气 ,污染了周围的环境;针对有机废气具 有大风量、低浓度的特点 ,该厂于 1999年采用活性 炭纤维吸附— 催化燃烧新型装置来处理“三苯”废 气 ,处理风量为 14 000 m3 /h。表 1结果表明 ,经新型 净化装置处理后主要废气出口浓度低于 40 mg /m3 , 符合国家及地方排放标准 ,净化效率达 95. 6% ~ 97%。在处理同样风量的情况下 ,此套装置与目前常 用的以蜂窝炭为吸附剂的吸附—催化燃烧装置相比 较具有明显的优点 ,具体数据见表 2。

表1

表2

结 论

( 1) 本新型有机废气净化装置对于大风量、低 浓度的有机废气净化效果好 ,无二次污染 ,投资及运 行费用低 ,占地少 ,操作安全、简单、可靠 ,自动化水 平高 ,是一种值得推广应用的技术。

( 2) 催化燃烧处理装置在实际应用过程中针对不同种类、不同浓度和温度的有机废气 ,所采取的催化剂种 类、活性炭纤维用量、吸附单元数以及单元切换的周期也不同

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