基于吸脱附+催化燃烧工艺大风量低浓度有机废气的治理技术研究论文

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　　摘要：为了减轻有机废气危害，结合常规有机废气处理工艺，提出了适合大风量低浓度有机废气的处理技术—吸脱附+催化燃烧工艺，该工艺包含：过滤模块、阻火模块、吸脱附模块、催化燃烧模块等，经多个项目实践表明，该工艺成熟可靠，废气排放浓度低。
　　关键词：吸脱附；催化燃烧；有机废气；低浓度
　　1概述
　　有机废气是一类有机化合物的总称，主要成分为烃类、卤代类、烯烃类等，室温下大部分以蒸气的形式存在大气中。有机废气大部分是挥发性有机物（VOCs）排放产生，挥发性有机物的定义是：在标准大气压下，沸点在50~250℃的有机物，常温下饱和蒸汽压超过133.32 Pa[1-2]。有机废气按来源可以划分为移动源和固定源，移动源中主要来自汽车尾气，固定源中主要来自工业生产中排放的废气，其中工业废气中占据主要的是化工和石油行业，大部分在生产过程中排放[3]。
　　根据《第二次全国污染源普查公报》显示，2017年全国挥发性有机物排放量为481.66万t，其中：化学原料和化学制品制造业107.57万t，石油、煤炭及其他燃料加工业67.75万t，橡胶和塑料制品业40.36万t。
　　2工艺技术路线
　　现有有机废气处理技术繁多，例如静电吸附、直接燃烧、生物质转化、光催化等；针对低浓度废气，则并不适用直接进行处理，往往需要采用成熟可靠、处理效率高的处理工艺或者联合处理工艺，达到治理目的。典型有机废气处理工艺比较见表1。

　　结合硫化橡胶、油漆等车间工艺浓度低、车间空间高大、换气量需求高的特点，主要采用“吸脱附+催化燃烧”的治理工艺[4-6]。
　　3吸脱附+催化燃烧工艺简介
　　吸脱附+催化燃烧工艺主要由过滤模块、阻火模块、吸脱附模块、催化燃烧模块等构成；典型工艺路线见图1。
　　3.1前处理（过滤）模块
　　VOCs中含有粉尘及黏性物质，如直接进入活性炭吸附系统会堵塞活性炭的空隙，导致吸附效率降低甚至失效。为了确保活性炭的吸附效果，通常在废气进入活性炭吸附床前采用过滤器将粉尘及黏性物质去除，过滤器内置两级；采用高性能，高强度的合成纤维递增结构加工而成，主要过滤粒径大于5μm的粒子，具有容尘量高和阻力低的特点、阻燃性强，使用寿命长。
　　3.2活性炭吸脱附模块
　　利用活性炭吸附的特性，按照间歇式运行方式设计，活性炭床在吸附结束后进行脱附。在实际运行过程中，随着时间的推移，活性炭吸附速度降低（同时伴随着热量的积蓄），当废气穿透活性炭层时，需要对活性炭进行解吸，以保证达标排放。此时，对该活性炭罐不再进行吸附，转而进行解吸处理。活性炭吸附活性受温度影响，因此，通过催化燃烧的热量进行解吸处理，以节省运行成本。
　　活性炭吸附床内装活性炭层及气流分布器，以浓缩净化有机气体，是整个系统第一个主循环的主要部件及核心工序，活性炭砖砌式装填。
　　利用活性炭吸附的特性把低浓度大风量废气中的有机溶剂吸附到活性炭中。活性炭选用以优质600碘值防水蜂窝炭，其主要特点为：强度高、比表面积较大、吸附容量高、吸附速度快、孔隙结构发达。
　　3.3制氮机组
　　活性炭具有一定的吸热功能，且自身蓄热产生自燃可能性。系统配置时考虑设备的安全、稳定运行，根据吸附箱的体积配置一台制氮机组。脱附工艺中加入氮气阻燃系统，在活性炭层温度达到设定的温度时，加入氮气并同时进入保温状态。设定合理的保温时间，以保障安全并提高脱附率。
　　3.4催化氧化模块
　　热交换阶段：将有机气体分解后的热能和废气源冷气流进行冷热交换，置换热能，提高催化进气的温度，可以保证氧化阶段在低功率的状态下正常运转。
　　氧化阶段：废气源在进入催化燃烧之前，对温度达不到催化反应的条件，由布置在预热室内的电加热系统进行温度的第二次提升，达到温度条件的有机废气进行二级氧化。
　　氧化过程主要反应方程式（不同的有机化合物催化反应（净化）方程式不同）。
　　碳氢类：例如甲苯C7H8＋9O2·7CO2＋4H2O，放热。
　　含氧有机物：例如丙酮C3H6O＋4O23CO2＋3H2O，放热。
　　3.5控制与冗余系统
　　经脱附后有机废气浓度较高，在进入炉体前设有LEL爆炸下限监测仪和稀释阀门，根据LEL浓度仪和炉内温度经PLC设置把浓度和温度控制在合理的范围内。设备除了稀释阀外，还另外加了一个强冷风机，强冷风机的功能是很快冷却炉体温度，强冷风机由一组高压风机连接管道直接与炉体进风处连接，在单位时间内炉内上升温度超过设定允许上升区间时强冷风机立即开启，强冷风机无论在自动还是手动情况下都是可以手动打开，其它阀门必须在手动的情况下才能手动打开。自动情况下不受手动控制。此风险机为防止LEL在线检测仪失效时或者稀释阀门开启失败报警而又没有设备维护人员及时到达的情况下作为安全的保障。
　　4典型运用
　　4.1橡胶车间运用
　　某公司13万m3/h橡胶车间位于上海地区，主要包括涂布、发泡、加硫等工序；采用“吸脱附+催化燃烧工艺”，结合橡胶工艺特点，加装了喷淋罐，利用吸附剂对有毒气体进行吸附，将有毒物质吸附于吸附剂内，本装置运行时有5台吸附模块同时进行吸附，在废气平均浓度150 mg/m3时，吸附动态饱和时间为50～60 h。项目经当地环境监测站监测主要指标见表2。

　　4.2油漆车间运用
　　某油漆车间高大厂房，布局紧凑，按2.4×105 m3/h单套设计（合计4套），初始设计质量浓度为≤500 mg/m3，主要成分为非甲烷总烃、苯系物等，采用本工艺环保设备，2017年投入实用，运行良好，至今尚未更换活性炭。经当有资质的环境检测单位监测主要指标见表3。

　　5小结
　　在完全收集废气的基础上，采用“吸脱附+催化燃烧”，具有下列优点：
　　1）净化效率高，无二次污染。本技术方法净化满足最严排放标准要求，催化燃烧温度低，产物为CO2和H2O，不会造成NOx，整个过程无废水，不产生二次污染。
　　2）系统适应性好，可处理更多组分的VOCs。除苯系物外，未检测的低浓度烃类、脂类、苯类均有良好的处理效率，对成分突变具有良好的适应性。
　　3）针对大风量、低浓度的VOCs经过浓缩后再进行处理，可有效解决传统处理方法效率低、处理难度大的问题。
　　结合转轮吸附成本下降、催化燃烧能耗的降低，本项目产品将得到进一步运用。
　　参考文献
　　[1]宁华莹.有机废气危害与治理技术论析[J].才智，2012，25（1）：49.
　　[2]李靖，聂磊，邵霞，等.城市挥发性有机物排放源分布情况分析[C]//中国机械工程学会环境保护分会第四届委员会第一次会议论文集.中国机械工程学会环境保护分会，2008：23-28.
　　[3]夏玉亮.空气中有害物质手册[M].北京：机械工业出版社，1989.
　　[4]陈孟秋，王钰，杨登尧，等.载铂多级孔ZSM-5分子筛用于邻二甲苯的“吸附-催化燃烧”循环脱除[J].无机材料学报，2019，34（2）：173-178.
　　[5]刘卓平，朱礼安，杨秀娟，等.特种车辆车体/整车涂装生产线方案设计浅析[J].新技术新工艺，2019（12）：31-34.
　　[6]李文强.钢结构行业VOCs废气处理设备选用与技术要求分析[J].中国设备工程，2020（4）：176-178.

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