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，應考慮所需的去除效率；在理解上述兩個方面的基礎上，應該重新考慮這個過程。但需要進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，還應考慮處理過程的安全性、經濟性和穩定性。

 

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。當氣體分子通過活性炭表面，范德華力起主導作用時，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部擴散轉移到內表面，從而達到吸附效果，這就是物理吸附；二是吸附質與吸附劑表面原子之間的化學鍵合成，即化學吸附。活性炭吸附一般適用于風量***、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鍵合成的影響，在實際應用中，活性炭裝置設計的關鍵是活性炭的過濾面積、過濾風速和層厚。

 

活性炭過濾的風速見《吸附法工業有機廢氣處理工程技術規范》(HJ2026—2013)。顆粒吸附劑的氣速應低于0.6m/s，纖維狀吸附劑的氣速應低于0.15m/s，蜂窩狀吸附劑的氣速應低于1.2m/s；過濾面積可以根據處理風量和過濾風速來計算。

 

碳層厚度的設計需要結合廢氣濃度、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:***先根據活性炭的更換周期確定活性炭的總裝載量，然后根據過濾面積計算碳層厚度；其次，考慮吸附箱尺寸、碳層風阻和過濾風速，根據經驗直接選擇一個厚度值。

 

上述設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，不同的過濾風速，不同的風壓等。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:吸附質濃度、風壓、溫度、活性炭比表面積等。

 

停留時間確定后，可以根據設計的過濾風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。但在實際應用中，為了提高設備的經濟性，通常認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去除效率和碳本身吸附速率的要求進行有效的設計和計算。從圖1可以看出:(1)當碳層的厚度較小時，碳層容易被穿透，并且吸附速率較慢，導致去除效率降低；(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氣加熱，燃燒方式有直接催化燃燒(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。

 

3.2廢氣處理設計中的注意事項

 

(1)能耗:催化燃燒需要在一定溫度下進行，低溫氣體必須加熱。風量越***，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，盡可能減少排風量，既能提高廢氣濃度和廢氣的單位熱值，又能減少風量和能耗；同時要考慮熱量回收尾氣中的熱量。

 

(2)設備啟動預熱:設計時，設備預熱應是動態預熱，而不是靜態預熱；初始預熱階段使用的氣體一般是空氣，不是廢氣，系統達到設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。一般需要設置防爆板、可燃氣體探測器、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，對于小風量，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***風量低濃度廢氣，催化燃燒適用于小風量高濃度廢氣，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致的過量排放風險。

 

4.2設計要點

 

隨著催化燃燒廢氣處理的應用越來越多，相關技術也日趨成熟。在設計方面，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計；***二，催化劑填料層的設計和催化劑的選擇；***三，設備運行控制和安全控制的設計。

 

4.3設計注意事項

 

目前氣體加熱、換熱、催化劑填料層的設計可以參考相關資料進行設計計算，但由于各設備廠家之間的市場競爭和技術保密，關鍵的設計計算無法查閱。現將該系統在實際工程應用中發現的一些問題總結如下。

 

(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，一些制造商設計在催化燃燒室的溫度沒有達到設計溫度時脫附活性炭，這導致脫附的廢氣不能有效地通過催化燃燒室燃燒。

 

(2)預熱催化燃燒室。當催化室預熱時，催化室中的空氣被靜態加熱而不是動態加熱，這導致一旦廢氣進入催化燃燒室，催化室的溫度迅速下降，從而達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，一些制造商設計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計范圍，就會有活性炭著火的危險；而且脫附產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。如果采用燃氣加熱，燃氣燃燒產生的廢氣和燃氣本身所含的一些因素也會對活性炭和催化劑產生不利影響；如果對燃氣的使用沒有很***的控制，天然氣不燃燒直接進入催化裝置，一旦點燃就會爆炸，比電加熱更有風險。