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、沸點、可燃性、水溶性、鹵素含量、粘度)的***性和非有機污染因子(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，使其具有很強的吸附能力。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、粉塵含量低的有機廢氣。

 

2.2影響有機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，在實際應(yīng)用中，活性炭裝置設(shè)計的關(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)速來計算。

 

碳層厚度的設(shè)計需要結(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)驗直接選擇一個厚度值。

 

上述設(shè)計是基于活性炭的吸附速率為定值或無窮***到可以忽略不計的條件。在實踐中，目前無法有效計算吸附率。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)計的過濾風(fēng)速計算活性炭的厚度。

 

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)計和計算。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物的活化能，使有機物在較低溫度下(一般在250 ~ 300°C左右，不同組分有機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?，燃燒方式有直接催化燃?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)計中的注意事項

 

(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)計溫度后才能切換為廢氣。

 

(3)安全性:有機廢氣一般易燃易爆。雖然高濃度可以回收有機燃燒產(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***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。

 

4.2設(shè)計要點

 

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)計方面，主要包括以下幾個要點:一是加熱換熱和尾氣熱回收換熱的設(shè)計；***二，催化劑填料層的設(shè)計和催化劑的選擇；***三，設(shè)備運行控制和安全控制的設(shè)計。

 

4.3設(shè)計注意事項

 

目前氣體加熱、換熱、催化劑填料層的設(shè)計可以參考相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計計算，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)計計算無法查閱?，F(xiàn)將該系統(tǒng)在實際工程應(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)計在催化燃燒室的溫度沒有達(dá)到設(shè)計溫度時脫附活性炭，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)計使用處理后的尾氣作為脫附熱氣?；钚蕴康拿摳綔囟戎恍?0-90℃，尾氣必須冷卻后才能使用。如果溫度不能降低到設(shè)計范圍，就會有活性炭著火的危險；而且脫附產(chǎn)生的有機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。如果采用燃?xì)饧訜?，燃?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，一旦點燃就會爆炸，比電加熱更有風(fēng)險。