廢氣處理的四個要素

 

1、廢氣處理工藝要素的比較與選擇

 

常見的有機(jī)廢氣處理工藝包括活性炭/棉吸附、生物洗滌吸收、等離子體、光催化氧化、冷凝回收、催化燃燒、熱燃燒等。但需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適有效的處理工藝。

 

一般情況下，***先要考慮污染因素，廢氣的濃度和排放量；其次，應(yīng)考慮所需的去除效率；在理解上述兩個方面的基礎(chǔ)上，應(yīng)該重新考慮這個過程。但需要進(jìn)一步分析廢氣的溫度、濕度、污染因子(熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、可燃性、水溶性、鹵素含量、粘度)的***性和非有機(jī)污染因子(如顆粒物)。同時，還應(yīng)考慮處理過程的安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

 

2、活性炭吸附過程

 

2.1有機(jī)廢氣處理工藝的原理及應(yīng)用范圍

 

活性炭是活性炭，具有比表面積***、孔隙多的***點(diǎn)，使其具有很強(qiáng)的吸附能力。一般來說，顆粒碳的比表面積可達(dá)700-1200m2/g，孔徑在1.5納米至5微米之間。吸附的方式有兩種:一是活性炭和氣體分子之間的范德華力。當(dāng)氣體分子通過活性炭表面，范德華力起主導(dǎo)作用時，氣體分子***先吸附到活性炭的外表面，小于活性炭孔徑的分子通過內(nèi)部擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到內(nèi)表面，從而達(dá)到吸附效果，這就是物理吸附；二是吸附質(zhì)與吸附劑表面原子之間的化學(xué)鍵合成，即化學(xué)吸附。活性炭吸附一般適用于風(fēng)量***、濃度低、濕度低、粉塵含量低的有機(jī)廢氣。

 

2.2影響有機(jī)廢氣處理吸附效果的因素

 

活性炭的吸附能力主要受其比表面積、孔徑、分子間作用力和化學(xué)鍵合成的影響，在實(shí)際應(yīng)用中，活性炭裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是活性炭的過濾面積、過濾風(fēng)速和層厚。

 

活性炭過濾的風(fēng)速見《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣處理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2026—2013)。顆粒吸附劑的氣速應(yīng)低于0.6m/s，纖維狀吸附劑的氣速應(yīng)低于0.15m/s，蜂窩狀吸附劑的氣速應(yīng)低于1.2m/s；過濾面積可以根據(jù)處理風(fēng)量和過濾風(fēng)速來計(jì)算。

 

碳層厚度的設(shè)計(jì)需要結(jié)合廢氣濃度、去除效率和活性炭更換時間等因素。碳層厚度的計(jì)算一般有兩種方式:***先根據(jù)活性炭的更換周期確定活性炭的總裝載量，然后根據(jù)過濾面積計(jì)算碳層厚度；其次，考慮吸附箱尺寸、碳層風(fēng)阻和過濾風(fēng)速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接選擇一個厚度值。

 

上述設(shè)計(jì)是基于活性炭的吸附速率為定值或無窮***到可以忽略不計(jì)的條件。在實(shí)踐中，目前無法有效計(jì)算吸附率。不同的碳，不同的過濾風(fēng)速，不同的風(fēng)壓等。會影響碳層的吸附速率。

 

實(shí)踐中，影響炭層吸附速率的因素有:吸附質(zhì)濃度、風(fēng)壓、溫度、活性炭比表面積等。

 

停留時間確定后，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的過濾風(fēng)速計(jì)算活性炭的厚度。

 

在相同條件下，活性炭層越厚，其去除效率越高。但在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，通常認(rèn)為活性炭層的厚度不能無限加厚。因此，活性炭層厚度的選擇需要根據(jù)去除效率和碳本身吸附速率的要求進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)和計(jì)算。從圖1可以看出:(1)當(dāng)碳層的厚度較小時，碳層容易被穿透，并且吸附速率較慢，導(dǎo)致去除效率降低；(2)如果碳層的厚度***，吸附速度快，碳層就不容易被穿透，碳可以長時間使用。

 

3、催化燃燒過程

 

3.1工藝原理和適用范圍

 

催化燃燒是利用貴金屬催化劑降低廢氣中有機(jī)物的活化能，使有機(jī)物在較低溫度下(一般在250 ~ 300°C左右，不同組分有機(jī)物的催化燃燒溫度不同)無焰燃燒。原理是廢氣通過催化劑時，先吸附在催化劑表面，然后在一定溫度下催化燃燒，達(dá)到凈化的目的。目前常用于有機(jī)廢氣處理的催化劑有蜂窩狀鈀金屬催化劑和鉑金屬催化劑。催化燃燒方式有電加熱和燃?xì)饧訜幔紵绞接兄苯哟呋紵?CO)和再生催化燃燒(RCO)。催化燃燒一般適用于空氣體積小、濃度高、溫度高的氣態(tài)有機(jī)物，廢氣中不能含有硫、鉛、汞、砷、鹵素等會使催化劑中毒的物質(zhì)。

 

3.2廢氣處理設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

 

(1)能耗:催化燃燒需要在一定溫度下進(jìn)行，低溫氣體必須加熱。風(fēng)量越***，能耗越***，運(yùn)行成本越高；因此，在選擇這種工藝時，在保證收集效率的前提下，盡可能減少排風(fēng)量，既能提高廢氣濃度和廢氣的單位熱值，又能減少風(fēng)量和能耗；同時要考慮熱量回收尾氣中的熱量。

 

(2)設(shè)備啟動預(yù)熱:設(shè)計(jì)時，設(shè)備預(yù)熱應(yīng)是動態(tài)預(yù)熱，而不是靜態(tài)預(yù)熱；初始預(yù)熱階段使用的氣體一般是空氣，不是廢氣，系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)溫度后才能切換為廢氣。

 

(3)安全性:有機(jī)廢氣一般易燃易爆。雖然高濃度可以回收有機(jī)燃燒產(chǎn)生的部分熱量，降低能耗，但在處理過程中必須將其濃度控制在爆炸極限以內(nèi)。一般需要設(shè)置防爆板、可燃?xì)怏w探測器、緊急排空閥、稀釋閥、防火閥等。

 

(4)熱量回收方式:在能耗可接受的范圍內(nèi)，對于小風(fēng)量，一般采用簡單管直接換熱回收熱量；對于超出可接受范圍的能耗，一般需要***風(fēng)量的再生催化燃燒，可以提高熱量回收效率。

 

4、活性炭吸附-脫附和催化燃燒組合工藝

 

4.1過程原理

 

在實(shí)際應(yīng)用中，活性炭吸附和催化燃燒可以單***使用，也可以組合使用。組合使用主要是利用它們的互補(bǔ)***性:活性炭吸附適用于***風(fēng)量低濃度廢氣，催化燃燒適用于小風(fēng)量高濃度廢氣，活性炭高溫吸附的有機(jī)物可以脫附J..從另一個角度來看，這種組合工藝可以視為活性炭的現(xiàn)場回收工藝，不僅降低了吸附飽和后活性炭的更換和處置成本，而且避免了因吸附飽和而未能及時更換活性炭而導(dǎo)致的過量排放風(fēng)險(xiǎn)。

 

4.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

 

隨著催化燃燒廢氣處理的應(yīng)用越來越多，相關(guān)技術(shù)也日趨成熟。在設(shè)計(jì)方面，主要包括以下幾個要點(diǎn):一是加熱換熱和尾氣熱回收換熱的設(shè)計(jì)；***二，催化劑填料層的設(shè)計(jì)和催化劑的選擇；***三，設(shè)備運(yùn)行控制和安全控制的設(shè)計(jì)。

 

4.3設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

 

目前氣體加熱、換熱、催化劑填料層的設(shè)計(jì)可以參考相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，但由于各設(shè)備廠家之間的市場競爭和技術(shù)保密，關(guān)鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算無法查閱。現(xiàn)將該系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的一些問題總結(jié)如下。

 

(1)活性炭加熱和催化燃燒室加熱控制。采用脫附+催化燃燒時，應(yīng)先將催化燃燒室的溫度升至工作溫度，然后將活性炭逐漸加熱脫附；然而，一些制造商設(shè)計(jì)在催化燃燒室的溫度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)溫度時脫附活性炭，這導(dǎo)致脫附的廢氣不能有效地通過催化燃燒室燃燒。

 

(2)預(yù)熱催化燃燒室。當(dāng)催化室預(yù)熱時，催化室中的空氣被靜態(tài)加熱而不是動態(tài)加熱，這導(dǎo)致一旦廢氣進(jìn)入催化燃燒室，催化室的溫度迅速下降，從而達(dá)不到催化燃燒的溫度。

 

(3)利用催化燃燒的熱尾氣作為活性炭的脫附氣體。催化燃燒尾氣溫度相對較高，一般在300℃左右。為了降低能耗，一些制造商設(shè)計(jì)使用處理后的尾氣作為脫附熱氣。活性炭的脫附溫度只需80-90℃，尾氣必須冷卻后才能使用。如果溫度不能降低到設(shè)計(jì)范圍，就會有活性炭著火的危險(xiǎn)；而且脫附產(chǎn)生的有機(jī)廢氣是高濃度的濃縮廢氣，與高溫氣體接觸也有爆炸的危險(xiǎn)。如果采用燃?xì)饧訜幔細(xì)馊紵a(chǎn)生的廢氣和燃?xì)獗旧硭囊恍┮蛩匾矔钚蕴亢痛呋瘎┊a(chǎn)生不利影響；如果對燃?xì)獾氖褂脹]有很***的控制，天然氣不燃燒直接進(jìn)入催化裝置，一旦點(diǎn)燃就會爆炸，比電加熱更有風(fēng)險(xiǎn)。