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      VOC有機廢氣治理工藝及設備

      閱讀:2106次    日期:2017/12/22

      化工生產尾氣常常含有揮發性有機物(VolatileOrganicCompounds,將簡稱VOCs)、酸性氣體、焦油等,尾氣處理方法首先是將有用組分及溶劑的回收.然后是異味的去除、無害化處理等,要采用多種手段進行綜合治理.本文將對工程有機廢氣治理工藝、原理及設備進行介紹。

      一、有機廢氣的一級處理
      1、深度冷凝
      精細化工的各類反應主要在有機溶劑中進行。主要的溶劑有芳烴類、醇類、酯類、氯代烴類等,所以排放的尾氣中會含有所用的各類溶劑.可以采用深度冷凝的方式進行溶劑回收,F分別以二氯甲烷、甲醇、甲苯為例.對冷凝回收進行計算和說明。例如.甲醇在42%時的蒸汽壓38.804kPa,一12%時的蒸汽壓1.7364kPa.將含甲醇的飽和氣體由42%冷卻到一12%,可回收甲醇448.1g/m3尾氣;甲苯在42℃時的蒸汽壓8.631kPa。一12%時的蒸汽壓0.41lkPa,將含甲苯的飽和氣體由42%冷卻到一12%.可回收甲苯285.6g/m3尾氣。由此可見,對含有有機溶劑的尾氣進行深度冷凝是必要的。
      2、堿洗
      經常遇到工廠尾氣是酸性氣體并且含有焦油的情況.可采用稀堿水洗滌。優先選用填料吸收塔,板式塔的壓降較大.一般不用。根據風機的風量確定塔的直徑.適當增加塔的高度,選用合適的液體分布器,確保洗滌效果可以采用襯里材料進行防腐。

      二、活性炭(Activatedcarbon簡稱AC)吸附
      經過深冷處理后的尾氣中有機氣體濃度仍然很高.例如一12%時尾氣中甲醇的濃度可達17300ppm(V/v),甲苯的濃度可達4060ppm(V/V)?蛇x用活性炭吸附回收設備.常采用顆;钚蕴炕蚧钚蕴坷w維吸附設備。
      1、顆;钚蕴拷榻B
      活性炭是含碳物質經過碳化和活化制成的多空性產物,活性炭吸附表面主要由大孑L、中孔、小孔組成,具有發達的空隙結構和巨大的比表面積VOCs氣體分子在吸附過程中穿過大孔和中孔。在小孔內吸附小孔的吸附率占總量的90%以上。
      顆;钚蕴(Granularactivatedcarbon1分為煤質和木質兩大類.目前市場上提供的活性炭以煤質為主顆;钚蕴可a加工過程如下:將原料煤粉碎到一定細度.加人適量的黏合劑并混合均勻.采用催化活化時則添加適量催化劑,擠壓成炭條,經陳化、炭化、活化、洗滌、干燥、篩分得粒度為25mm活性炭顆粒產品。
      2、活出炭纖維(ActivatedCarbonFiber.簡稱ACF)
      常用的活性炭纖維是以黏膠基或聚丙烯腈基為基材,經過炭化、活化處理制成。另外也有以再生纖維素、酚醛(酚醛清漆)樹脂及瀝青系纖維等為基材制成;钚蕴坷w維的纖維直徑為5-201~m.比表面積平均在10001500m~g左右.平均孑L徑在1.0~4.Onm.微孔均勻分布于纖維表面。與活性炭相比.活性炭纖維具有微孔孔徑小而均勻.結構簡單.對于吸附小分子物質吸附速率快,吸附速度高,
      容易解吸附等優點。與被吸附物的接觸面積大.且可以均勻接觸與吸附.使吸附材料得以充分利用;钚蕴坷w維具有纖維氈、布和紙等各種纖細的表面形態.孔隙直接開IZl在纖維表面.其吸附質到達吸附位的擴散路徑短對于有些大分子或顆粒物質.如二惡英、粉塵等,體積已經接近乃至大于活性炭纖維微孔體積.則難以被吸附.相比較顆;钚蕴扛哂袃瀯。
      3、活性炭設備的選用
      當尾氣中VOCs濃度較低或濃度均勻時.應優先選用活l生炭纖維設備:對于精細化工的間歇生產.在尾氣中VOCs濃度較高.且濃度波動很大的情況下.選用顆;钚蕴吭O備更加合適:或者是采用顆粒活性炭與活性炭纖維兩級串聯組合設備.效果更好.用顆;钚蕴窟M行一級吸附.再用活性炭纖維進行二級吸附。
      4、顆;钚蕴渴褂玫陌踩珕栴}
      要預防顆;钚蕴吭谖郊敖馕^程中著火著火的主要原因是活性炭對溶劑的吸附熱或者是溶劑的氧化反應熱在活性炭層中蓄積.異常升溫而導致自然著火活性炭是多孔性結構.導熱性差.容易引起局部蓄熱在正常條件下操作,吸附所產生的熱量與吸附放熱應處于平衡狀態但當吸附的溶劑發生氧化、分解時.該平衡便遭到破壞.從而進一步加速了氧化、分解反應.最終導致溫度的異常升高。特別是回收丙酮、甲基乙基甲酮、環已酮等酮類溶劑時。著火危險性更大一些因而.應嚴格控制吸附、解吸溫度及交替周期,不能使吸附周期過長

      三、生物降解
      生物處理技術是利用微生物代謝活動降解VOCs.將其轉化為無害的小分子物質的工藝常見的生物降解裝置包括生物洗滌池、生物濾池和生物滴濾塔.這三種設備的生物降解原理基本相同并以生物滴濾塔最為常見生物滴濾塔具有較大的空隙率和較小的床層壓降.通過噴淋循環液可以有效控制塔內微生物的生長環境,如pH、營養物濃度等,從而避免反應產物在床層內的積累影響生物滴濾塔良好運行的主要因素如下:
      1、VOCs氣體的種類
      水溶性VOCs比較容易降解.各種氣體的降解難易程度為醇類、酯類、醛類、苯類,醇類最容易降解。在苯、甲苯、乙苯、二甲苯四種物質中,最難降解的是鄰二甲苯.并且苯環上含有其他的取代基也使可降解性變差。
      2、微生物的影響
      微生物是影響生物降解的最重要因素.目前已經分離出多種以惡臭有機物作為單一碳源而生長的優勢菌種.如含硫惡臭有機物降解菌.含氮化合物降解菌以及含氯化合物降解菌等.培養馴化適應不同種類有機氣體的微生物是生物降解的關鍵
      3、填料的影響
      固定化載體不但對VOCs具有吸附作用.而且能夠作為微生物的生長提供一個局部生態微環境、保留微生物生長所需要的營養等合適的填料應該具有較大的比表面積、合適的空隙率及良好的機械性能.所用填料主要有:陶粒、陶瓷拉西環、聚氨酯泡沫、珍珠巖、活性炭等
      4、運行環境的影響

      通常的pH范圍在7~8左右,溫度在25~35℃之間。


      四、低溫等離子裝置

      等離子體就是被電離了的氣體,是電子、離子、原子、分子、自由基等粒子的集合體。通常要在3000~C以上.以上各種粒子處于熱力學平衡狀態.稱為熱力學平衡等離子體。當電子具有極高的溫度,而離子、原子等重粒子溫度低至0~200~CH~成為非平衡等離子體.即低溫等離子體采用低溫等離子體分解VOCs時,等離子體中的高能電子起決定性的作用。分解過程主要按兩種方式進行.一是極高溫度的高能電子直接與其他分子發生非彈性碰撞.將能量轉化為基態分子的內能,使其激發、離解電離,最終生成無害的CO2和H2O;二是高能電子激勵氣體中N2、O2、H2O生成具有較高能量的自由基粒子.破壞c—H、C=C或c—c化學鍵,將有異味的分子分解成無害小分子。

      等離子體化學反應過程大致如下:

      等離子體化學反應過程

      根據發生低溫等離子體設備放電模式的不同劃分為電暈放電、輝光放電、介質阻擋放電,其中以介質阻擋放電產生的低溫等離子體濃度最高.VOCs分解及異味去除效果最好。

      五、燃燒法
      1、催化燃燒
      催化燃燒的作用機理是:在催化劑的作用下,有機氣體中的可燃物質能夠在較低溫度(250~300%)下進行深度無焰氧化,生成CO:、H2o及其它的最終燃燒產物.此過程是一種不可逆過程。其化學反應方程式為:
      催化燃燒的化學方程式

      由于燃燒溫度較低.不會生成高溫燃燒的二次污染物.如二惡英、氮氧化物等。研制出合適的催化劑是催化燃燒的關鍵.催化劑的種類有:鉑、鈀、釕、金等貴金屬催化劑,過渡金屬氧化物催化劑復氧化物催化劑。

      目前主要是選用負載貴金屬蜂窩催化劑.以堇青石蜂窩陶瓷體作為第一載體,一AI0,為第二載體,貴金屬鉑、鈀等為主要活性組分,用高分散率均勻分布的方法制備而成。鹵素和含硫化合物容易使催化劑失活,目前已經研制出能夠抗鹵素和含硫化合物失活的催化劑。影響催化燃燒效率的主要因素有溫度、停留時間、污染介質的組成及濃度、催化劑的活性組分、廢氣中所含抑制催化劑活性或使其中毒的物質濃度催化反應器可以采用固定床或流化床.并以固定床最為普遍.固定床又分采用氣一氣換熱器進行間接換熱的催化燃燒裝置和采用蓄熱式換熱器進行直接換熱的催化燃燒裝置蓄熱式催化燃燒反應器集固定床催化反應器和直接接觸換熱器于一體.簡化了傳統催化燃燒的流程。而且.由于反應物流向的周期性變換,能使反應熱充分蓄集在反應器中.提高了反應熱的利用率.即使反應物在低濃度下也能無需外界補充熱量,因此。特別適合于低濃度廢氣的處理。在廢氣中有機物濃度較高時.可以通過移出熱量的方式回收部分反應熱。
      2、直接燃燒與蓄熱燃燒(Ro)
      有機尾氣在燃燒室內的直接燃燒.由于VOCs的含量較低.燃燒反應熱不足以將燃燒氣體加熱到如此高的溫度.需要消耗大量的燃料。一般在燃燒的氣體出口中設置廢熱鍋爐回收尾氣中的熱量蓄熱式熱氧化器(RegenerativeThermalOxidizer,簡稱RTO)~稱蓄熱燃燒氧化器.是使用陶瓷或其他較高熱容量惰性材料從燃燒排出的高溫氣體中將熱量吸收并儲存起來.達到一定溫度后進行切換操作,將熱量傳遞給流人燃燒器的冷氣體并使之加熱到接近燃燒溫度.VOCs的熱量回收率可達98%以上.遠遠高于廢熱鍋爐或其他換熱設備所能回收的熱量。
      RTO設備一般分為三室式和旋轉式兩種。三室式RTO設備由一個氧化室和A、B、c三個蓄熱室.組成通過切換提升閥門.工業尾氣依次由A—B—C進入燃燒室.在經過蓄熱室的過程中被加熱到較高的溫度.在燃燒室燃燒后依次由B—C—A流出.燃燒室溫度一般在750~800%.排放尾氣溫度小于80%。此外還有輔助風系統.在進行切換時置換掉殘留在蓄熱室的氣體。旋轉式蓄熱焚燒設備設置氧化燃燒室、若干個由陶瓷蓄熱材料組成的有相同數量的進氣室出氣室、兩個密封室和一個旋轉閥組成。

      六、其他處理工藝
      1、利用紫外線光波作為能源.在納米TiO催化劑作用下,利用空氣中的氧氣作為氧化劑.對有機廢氣進行催化降解.生成低分子物質。
      2、臭氧催化氧化工藝
      此兩種工藝僅應用在有機氣體濃度很低.為了去除異味的情況.普及率不高.其處理能力和效果尚有待考察論證。

      七、化工尾氣處理注意事項
      1、減少化工尾氣風量和降低尾氣VOCs濃度是優先要解決的問題普遍存在的狀況是由于系統的密封性較差.通過加大風機抽量和系統負壓改善車間氣味。因而將大量空氣抽人系統.同時也加大了溶劑的揮發。
      2、要求尾氣中VOCs濃度要遠遠低于混合氣體的爆炸下限國家準規定混合氣體的VOCs濃度不能超過混合物的爆炸下限的25%.可以通過配風方式使VOCs降低到合適濃度應該安裝有較高靈敏度和穩定性的在線VOCs濃度檢測儀要特別防止由于誤操作或其他極端情況使得尾氣中VOCs濃度突然急劇增加,若VOCs濃度超過混合物的爆炸下限時.應設有相應的保護和切斷措施。

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