小風(fēng)量高濃度VOCs廢氣治理
更新時(shí)間:2016-08-09 點(diǎn)擊次數(shù):1841次
1概述
VOCs(VolatileOrganicCompounds)是指沸點(diǎn)在50℃~260℃,室溫下飽和蒸氣壓超過(guò)133.3Pa的易揮發(fā)性有機(jī)化合物[1]。主要來(lái)自涂裝、印刷、家電、電線電機(jī)制造、絕緣材料、造漆等行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中排放的污染物。其廢氣凈化處理已愈來(lái)愈引起人們的重視。VOCs廢氣的排放隨生產(chǎn)行業(yè)、工業(yè)條件的不同,其組成、濃度也各不相同,因此對(duì)其治理技術(shù)的選用取決于各行業(yè)有機(jī)污染物的性質(zhì)、濃度、凈化要求及經(jīng)濟(jì)性等因素。對(duì)VOCs廢氣的常規(guī)處理方法有吸收法、吸附法、膜分離法、冷凝法、燃燒法、生物法、脈沖電暈法和氧化法等[2]。而對(duì)于小風(fēng)量(<5000m3/h)、高濃度(2000~8000mg/m3)且排放穩(wěn)定的有機(jī)廢氣來(lái)說(shuō),目前成熟、*的治理技術(shù)是直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法亦稱為熱力氧化法或熱力燃燒法,是利用石油氣或柴油等輔助燃料燃燒放出的熱量,使有機(jī)廢氣在500℃~800℃和停留時(shí)間為0.3~0.5s的條件下直接燃燒而轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的H2O和CO2。但因采用該方法的起燃溫度高,對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求也相對(duì)較高,而且需要添加輔助燃料加熱,能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高,因此在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。催化燃燒法是目前世界上有機(jī)廢氣處理技術(shù)研究領(lǐng)域中為活躍的一個(gè)方法[2],其工作原理是在鉑(Pt)、鈀(Pd)等貴金屬催化劑的作用下,使廢氣中的有機(jī)污染物在較低的溫度下(通常為220℃~300℃)和較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)(0.05~0.2s)轉(zhuǎn)化成無(wú)害的H2O和CO2氣體。其反應(yīng)方程式如下:
與直接燃燒法相比,催化燃燒法由于溫度降低,允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料(如Q235-A)來(lái)代替昂貴的特殊材料,因此可大大降低設(shè)備費(fèi)用,同時(shí)由于起燃溫度降低,可節(jié)約預(yù)熱能量,減少運(yùn)行操作費(fèi)用。
2催化燃燒廢氣治理技術(shù)催化燃燒廢氣治理系統(tǒng)主要由阻火器、熱交換器、加熱室、催化床、引風(fēng)機(jī)、電控柜及安全報(bào)警裝置等組成。以廣東某烘漆廢氣治理工程為例:廣東某精密制造有限公司是一家合資大型企業(yè),專業(yè)生產(chǎn)空調(diào)、電冰箱使用的制冷壓縮機(jī)。在加工過(guò)程中,外殼等部件經(jīng)電泳浸漆后入烘房烘干,烘房在工作時(shí)溶劑蒸氣不斷揮發(fā),為保證其溶劑蒸氣濃度處在安全范圍內(nèi),必須進(jìn)行排風(fēng),并補(bǔ)充部分新鮮空氣,排出的廢氣中含有濃度高的有機(jī)溶劑,通常為苯、甲苯、二甲苯等有害物質(zhì),因而必須經(jīng)處理后方可排入大氣。該企業(yè)的廢氣排放量為3000m3/h,入口廢氣濃度為3000~4000mg/m3。采用催化燃燒凈化工藝處理,可取得顯著效果。廢氣治理工藝流程如下圖所示。
工作原理:系統(tǒng)正常工作后,溫度約為50℃的噴漆廢氣經(jīng)阻火器進(jìn)入催化凈化裝置,在板式熱交換器內(nèi)與高溫尾氣進(jìn)行熱量交換,經(jīng)預(yù)熱的廢氣進(jìn)入加熱室(內(nèi)設(shè)有電加熱管)進(jìn)一步升溫至250℃左右,達(dá)到起燃溫度的廢氣繼續(xù)進(jìn)入催化床內(nèi),在貴金屬Pt、Pd催化劑的作用下,使有機(jī)溶劑*氧化分解為H2O和CO2,并釋放出大量反應(yīng)熱,可維持催化燃燒所需的起燃溫度,達(dá)到熱平衡。所排放的高溫尾氣可達(dá)300℃以上,通過(guò)板式熱交換器將高溫尾氣與進(jìn)口低溫廢氣進(jìn)行熱量交換,部分熱量得以回收,減少了預(yù)熱能耗。經(jīng)回收部分熱量的高溫尾氣在引風(fēng)機(jī)抽力的作用下通過(guò)排氣筒達(dá)標(biāo)排放。系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后自動(dòng)關(guān)閉電加熱裝置,此后,催化燃燒系統(tǒng)就靠廢氣中的有機(jī)溶劑燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能,在無(wú)須外加能源的基礎(chǔ)上使催化燃燒繼續(xù)進(jìn)行直至結(jié)束。考慮到凈化裝置需要維修,在過(guò)濾阻火器前設(shè)置旁路管和旁路閥。
主要設(shè)備配置如下:
?。?)催化凈化裝置型號(hào):HC-Ⅲ,1臺(tái);風(fēng)量:3000m3/h;功率:72kW;外形尺寸:1160×1410×2300(mm)。
?。?)引風(fēng)機(jī)型號(hào):YX9-35NO6.3C,1臺(tái);風(fēng)量:6984m3/h;全壓:188mmH2O;功率:7.5kW。
(3)自控系統(tǒng)外形尺寸:460×800×1800(mm),1套;具有超溫報(bào)警功能。
3運(yùn)行情況該系統(tǒng)自投產(chǎn)使用以來(lái),運(yùn)行安全可靠,性能穩(wěn)定,難聞氣味得到了有效去除,凈化效率在98%以上。
其溫度控制方面情況如下:
?。?)當(dāng)加熱室溫度<246℃時(shí),兩組電加熱管同時(shí)工作;
?。?)當(dāng)加熱室溫度在246℃~251℃時(shí),只有一組加熱管工作;
?。?)當(dāng)加熱室溫度>251℃時(shí),兩組電加熱管同時(shí)停止加熱,同時(shí)引風(fēng)機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行;
?。?)催化床反應(yīng)溫度控制在300℃左右;
(5)當(dāng)催化床溫度>350℃時(shí),設(shè)備會(huì)自動(dòng)聲光同時(shí)報(bào)警。
4工藝特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)
?。?)催化凈化裝置為整體結(jié)構(gòu),主要由板式熱交換器、加熱室和催化床三部分組成,另附有兩個(gè)熱電偶,分別用來(lái)測(cè)量加熱室溫度和催化床溫度。
?。?)為了充分利用催化燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量,在裝置中設(shè)置了板式換熱器,并將其熱量用于加熱進(jìn)入催化床的有機(jī)廢氣,以減少能耗。
?。?)在有機(jī)廢氣進(jìn)入催化凈化裝置前,加裝旁路管和旁路閥。在凈化設(shè)備正常運(yùn)行時(shí),該旁路閥處于關(guān)閉狀態(tài);當(dāng)凈化設(shè)備需要維修時(shí),該閥開(kāi)啟,不會(huì)因凈化裝置故障而影響車間的正常生產(chǎn)。
?。?)采用金屬Pt、Pd鍍?cè)诜涓C陶瓷載體上作催化劑,氣體流動(dòng)阻力小、反應(yīng)起始溫度低、催化劑活性高、空速適應(yīng)范圍寬。當(dāng)烴類等有機(jī)物濃度在2000~8000mg/m3范圍內(nèi),空速10,000~30,000h-1、反應(yīng)氣入口溫度180℃~300℃的條件下,凈化效率≥98%。耐熱性能好,可耐受900℃高溫的短時(shí)期沖擊。使用壽命長(zhǎng),一般不少于7200h。
?。?)起燃溫度低。有機(jī)廢氣在通過(guò)催化床時(shí),碳?xì)浞肿雍脱醴肿臃謩e被吸附在催化劑表面并被活化,因而能在較低溫度下迅速*氧化分解成H2O和CO2,且在達(dá)到起燃溫度后,在無(wú)需外界供熱的條件下,裝置僅靠廢氣中有機(jī)溶劑燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能,即可維持催化燃燒所需的溫度。與直接燃燒法相比,其起燃溫度約低一半,因而能耗少得多。
?。?)預(yù)熱15~35min全功率加熱,工作時(shí)只消耗風(fēng)機(jī)功率即可。廢氣濃度較低時(shí),自動(dòng)間歇補(bǔ)償加熱。
?。?)安全設(shè)施完備:有阻火器、泄壓孔,超溫報(bào)警等保護(hù)設(shè)施。
?。?)不會(huì)造成二次污染。由于凈化率一般都在98%以上,加之溫度低,能大大減少NOx生成[3]。
5注意事項(xiàng)
?。?)選用蜂窩狀催化劑催化劑有顆粒狀和蜂窩狀。顆粒狀催化劑壓降大,而且因與載體間相互摩擦,會(huì)造成活性組分磨耗損失,因此建議不采用。蜂窩狀催化劑是比較理想的催化劑,其具有較高的比表面,壓降小,機(jī)械強(qiáng)度高,耐磨、耐熱沖擊。
?。?)防止催化劑中毒催化劑中毒是指催化劑由于某些物質(zhì)的作用而使催化活性衰退或喪失的現(xiàn)象,可分為暫時(shí)性中毒和*性中毒[4]。如果遇到由于催化床溫度過(guò)低,或廢氣中可燃物濃度過(guò)高,或突然停電等原因造成催化劑表面結(jié)炭會(huì)引起暫時(shí)性中毒,可在再次開(kāi)機(jī)時(shí)將催化床前的預(yù)熱溫度提升到500℃左右并通新鮮空氣1~2h,即可恢復(fù)或部分恢復(fù)催化劑活性。但某些化學(xué)物質(zhì)(如含S、Pb等有機(jī)或無(wú)機(jī)物)對(duì)催化劑的破壞作用很強(qiáng),會(huì)導(dǎo)致催化劑的*性失活,無(wú)法恢復(fù),因而需要特別注意。
?。?)設(shè)置補(bǔ)鮮風(fēng)閥在催化凈化裝置前要設(shè)置補(bǔ)鮮風(fēng)閥,當(dāng)催化床溫度高于某一設(shè)定值時(shí),打開(kāi)此閥,補(bǔ)充冷空氣,將催化床溫度控制在一定范圍內(nèi),可延長(zhǎng)設(shè)備和催化劑的使用壽命。
6結(jié)論
?。?)實(shí)踐證明,采用催化燃燒技術(shù)治理小風(fēng)量高濃度VOCs廢氣是成功有效的。該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、起燃溫度低、節(jié)約能源、處理效率高、不會(huì)造成二次污染、設(shè)備體積小、占地面積少、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
?。?)催化劑建議選用蜂窩狀催化劑,在使用過(guò)程中要注意防止催化劑中毒以延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。