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揮發(fā)性有機廢氣處理特點分析
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2020-11-21 14:26
揮發(fā)性有機廢氣處理***點分析
1VOCs廢氣排放***點及治理難點
1.1工業(yè)源VOCs廢氣排放***點
(1)排放量***據(jù)統(tǒng)計，在2011—2013年期間，我***的VOCs年排放量從1534.3萬噸增長至2935.6萬噸，通過科學(xué)研究預(yù)測發(fā)現(xiàn)，2020—2050年工業(yè)源VOCs排放將在2013年的基礎(chǔ)上增加13.3%～361.3%。
(2)VOCs濃度因地區(qū)、行業(yè)的不同而不同如石油、化工以及專用設(shè)備制造業(yè)的總VOCs排放濃度***多超過103mg/m3，而橡膠、塑料以及毛皮等輕工業(yè)的總VOCs濃度一般在500mg/m3以內(nèi)。
(3)同一工業(yè)源VOCs的成分復(fù)雜且隨時間變化波動較***。
(4)工業(yè)源VOCs相對其他類型VOCs的排放更集中。
1.2工業(yè)源VOCs難點
(1)單位體積VOCs能量密度低，一般不能維持系統(tǒng)熱平衡。
(2)VOCs成分復(fù)雜，相比單一組分治理更困難。
(3)VOCs熱值波動范圍***，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性差。
目前工業(yè)中常用的有機廢氣的治理方式有吸收法、燃燒法、冷凝法、吸附法、光催化法、生物降解法、低溫等離子法以及膜分離法等[9]。另外，對有關(guān)VOCs的處理技術(shù)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，吸附、催化燃燒和熱力燃燒在***內(nèi)分別占38%、22%和6%，在***外相應(yīng)為16%、29%和12%。因此，這3類工藝已經(jīng)發(fā)展成為***內(nèi)外治理VOCs的主流。
2工業(yè)源VOCs熱氧化技術(shù)研究進展
揮發(fā)性有機廢氣(VOCs)的有效治理主要受現(xiàn)有技術(shù)的***點和有機廢氣***性兩方面因素的限制，傳統(tǒng)技術(shù)對高濃度VOCs的治理一般都具有較***的效果，然而對工業(yè)有機廢氣的處理便表現(xiàn)出較***的不足。針對有機廢氣治理的難點，本文對***內(nèi)外應(yīng)用廣、研究多的吸附濃縮、蓄熱氧化、催化燃燒和以此3類基本工藝組合而成的復(fù)合熱氧化技術(shù)進行對比分析，為穩(wěn)定、高效地處理工業(yè)有機廢氣工藝的選取和新工藝的開發(fā)提供理論與現(xiàn)實依據(jù)。
2.1VOCs吸附濃縮-燃燒技術(shù)
吸附濃縮-燃燒法(concentratedcombustionmethod)是一種由吸附濃縮和直接燃燒相結(jié)合的技術(shù)。其處理工藝，VOCs廢氣***先經(jīng)過濾沉降裝置預(yù)處理，然后進入吸附濃縮裝置實現(xiàn)VOCs與空氣分離，凈化后的***部分冷空氣直接排***氣，小部分和高溫?zé)煔饣旌线M入吸附濃縮裝置對VOCs脫附，產(chǎn)生的高濃度有機廢氣進入預(yù)熱回收裝置吸熱，后進入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的一部分煙氣與冷空氣混合對VOCs進行脫附，另一部分高溫?zé)煔膺M入余熱回收裝置中放熱后排放。
在生產(chǎn)應(yīng)用中，針對某橡膠制品硫化工段產(chǎn)生的風(fēng)速約為1.3m/s、風(fēng)量為540000m3/h、VOCs濃度為20～30mg/m?、惡臭濃度為3000(量綱為1)、顆粒物濃度約為5mg/m3的有機廢氣，奚海萍設(shè)計了一套系統(tǒng)鋼平臺占地415m2、運行總功率約為854kW的蜂窩狀活性炭立式固定床吸附濃縮-熱力燃燒裝置，該系統(tǒng)運行成本9.34元/(W˙m3)，對VOCs和惡臭的去除率均≥90%。
吸附濃縮-直接燃燒技術(shù)核心在VOCs的吸附。該過程是利用吸附劑對混合物定成分實現(xiàn)分離，吸附濃縮工藝性能主要受兩方面因素影響：吸附材料和吸附方式的選擇。
轉(zhuǎn)輪和固定床是當(dāng)前有機廢氣濃縮基本的兩種方式。固定床吸附系統(tǒng)采用兩個或多個吸附床交替工作對VOCs實現(xiàn)濃縮;轉(zhuǎn)輪濃縮系統(tǒng)是將轉(zhuǎn)輪沿圓周方向依次分為吸附、脫附和冷卻3區(qū)域，通過調(diào)整轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對有機廢氣的連續(xù)吸附濃縮。相對固定床而言，轉(zhuǎn)輪吸附濃縮系統(tǒng)具有穩(wěn)定性強、技術(shù)適應(yīng)性廣、運行費用低、去除率高以及二次污染低等***點，但該方法初期投入***。
目前，活性炭、炭纖維和分子篩是***內(nèi)外吸附濃縮低濃度有機廢氣應(yīng)用研究廣的3種材料。WANG等對揮發(fā)有機混合物在球狀活性炭顆粒上的吸附和脫附進行了研究。為驗證環(huán)境中甲基叔丁醚的來源，GIRONI等采用活性炭對稀釋蒸汽流中的VOCs脫除進行了實驗研究。NAHM等]對活性炭的熱化學(xué)再生以及吸附***性進行了相關(guān)研究。另外，張吉發(fā)現(xiàn)蜂窩狀活性炭對的工作吸附容量隨活性炭相對濕度的增加而降低，床層厚度對顆?；钚蕴颗c蜂窩活性炭工作吸附容量的影響同相對濕度類似，但顆粒活性炭對的工作吸附容量隨空塔流速的增加先增***后減小。劉月穎發(fā)現(xiàn)疏水性沸石篩ZSM-5與蜂窩結(jié)構(gòu)陶瓷基結(jié)合制作成的吸附轉(zhuǎn)輪可使C7H8含量400mg/m3的10℃有機廢氣凈化率在90%以上。閆茜等發(fā)現(xiàn)對以MCM-41分子篩作為模板制備的多級孔碳材料在60℃時、質(zhì)量分數(shù)為20%的溶液中改性10h后可使其吸附量增加6倍以上。李梁波研究表明苯、從活性炭纖維上脫附的速率隨溫度和氣流速度的增***而增加，且活性炭纖維多次再生后吸附性能仍在90%以上。趙海洋等還發(fā)現(xiàn)活性炭纖維對的吸附***性受溫度影響較小。另外，周宇在對VOCs的吸附凈化與分離提純LPG的相關(guān)應(yīng)用中表明活性炭在固定床中的無效層厚度隨活性炭纖維裝填量的增***而減小，且對正丁烷、異丁烷和丙烷的吸附選擇性吸附由強到弱?；钚蕴亢头惺肿雍Y來源廣泛、價格低廉，然而活性炭纖維成本相對更貴;活性炭在高溫條件下易燃、抗?jié)裥阅懿睿惺肿雍Y抗?jié)裥阅?*****、吸附過程選擇性強、疏水性***寬孔徑的活性炭能較***地適應(yīng)工業(yè)VOCs的治理，然而分子篩和碳纖維的孔徑分布均勻、范圍較窄。雖然3種材料性質(zhì)差異較***，但它們對工業(yè)有機廢氣的凈化率均≥95%。
針對吸附濃縮技術(shù)，吸附過程幾乎都在室溫下進行，然而脫附條件卻因后處理設(shè)備的不同而有較***差異。郭昊發(fā)現(xiàn)循環(huán)風(fēng)量為300m3/h的170℃熱氮氣對活性炭吸附的有機溶劑脫附回收相對更經(jīng)濟，當(dāng)廢氣在床層中停留時間在0.4s以上時脫附效率高，顆粒活性炭在195℃氣流中的再生率為88%。沸石分子篩脫附溫度一般較高，脫附溫度區(qū)間較寬，盧晗鋒等采用高溫?zé)崴畬aY分子篩進行改性后的Y分子篩對的脫附溫度可降低140℃左右?；钚蕴坷w維的脫附效率隨著升溫速率的加快而提高，且其重復(fù)性較***，對較高濃度的吸附容量為434.8mg/g，但解析脫附過程可產(chǎn)生二次污染。
數(shù)據(jù)分析可知：在有機廢氣的吸附濃縮組合工藝中，脫附氣流溫度的選擇隨燃燒反應(yīng)溫度水平的提高而增加，一般在100～200℃之間選定。其主要原因為：①高溫?zé)煔饨禍匦枰a充冷空氣，因此在傳統(tǒng)燃燒組合工藝中選擇較低的脫附床溫，會導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低;②脫附主要通過高溫氣流加熱床料，使VOCs掙脫與吸附床之間的范德華力實現(xiàn)分離，脫附效率一般隨著床料溫度的升高而升高，但過高的脫附溫度可能導(dǎo)致的發(fā)生;③脫附溫度一般都>100℃，主要因為溫度過低不能克服分子間的范德華力且VOCs揮發(fā)困難，不利VOCs的濃縮，具體要視吸附材料的不同而定。
目前，***內(nèi)外主要從吸附材料種類、性質(zhì)、系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及***化方面對有機廢氣的吸附濃縮燃燒進行了***量研究，力求***限度地提高單位體積吸附材料的吸附容量。吸附濃縮燃燒技術(shù)能夠很***地將濃度低、熱值波動***的有機廢氣轉(zhuǎn)化為可直接進行燃燒的高濃度混合氣流，使得后續(xù)處理連續(xù)、穩(wěn)定，******提高了系統(tǒng)的運行效率。
