活性炭纖維吸附-催化燃燒裝置處理有機廢氣應用
福州某鞋廠有兩條生產線, 主要產品為泡沫塑料沙灘鞋, 年產量為230 萬雙, 在生產過程中由于使用含有甲苯的膠水膠合, 因此在刷膠及烘干工序產生 “三苯” 廢氣, 污染了周圍的環境; 針對有機廢氣具有大風量、低濃度的特點, 該廠于 1999 年采用活性炭纖維吸附—催化燃燒新型裝置來處理“三苯”廢氣, 處理風量為14 000m 3/h。
1 工藝流程
圖1 是活性炭纖維吸附—催化燃燒工藝流程框圖, 整個系統集吸附、脫附、催化燃燒于一體。
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為保證系統的連續運行, 吸附器采用多單元分流組合式結構, 正常運行時, 處在脫附狀態的只有一個單元, 而其他單元處于吸附或冷卻狀態; 有機廢氣收集后經過濾器進入n- 1 個單元吸附, 凈化后的氣體排入大氣。正常吸附前, 先將催化床燃燒室預熱到300 ℃,一定時間后, 當某一單元內的活性炭纖維吸附飽和時, 打開脫附閥門, 用 120 ℃熱風進行脫附, 解吸出的高濃度有機廢氣進到催化床燃燒分解為CO2 和H2O , 凈化后的高溫氣體通過列管熱交換器預熱脫附氣體, 少部分經煙囪排放, 其余補充新鮮空氣后作為脫附熱風返回, 此時可停止電加熱管預熱, 并通過放空閥和補冷風機來實現整個催化燃燒系統的熱平衡。每個單元吸附和脫附時的蝶型氣動閥門由PLC工業電腦可編程序控制器按設定的時差有序開關,整個電控裝置分手動和自動兩組, 并配有自動報警系統。
2 凈化裝置特點
(1) 吸附劑采用的活性炭纖維性能優越, 其比表面積大(1 300～ 2 500m2/g) , 微孔發達(微孔體積占總孔體積的 80%左右), 孔徑分布廣(20～200A ), 吸附容量大(比粒狀活性炭大幾倍至幾十倍),吸附速度快(比顆粒活性炭要快2～3 個數量級), 而且再生容易快速(一般 3～5 min) , 脫附徹底, 經多次吸附脫附后仍保持原有的吸附性能, 特別是對10-6級的吸附質仍保持很高的吸附量(蜂窩炭或顆粒炭此時的吸附能力則大大降低) , 因此對有機廢氣的凈化率高; 同時因活性炭纖維耐熱性能好(在空氣中著火點達 500 ℃以上) , 且吸附層很薄, 不會產生類似顆粒炭或蜂窩炭吸附裝置因熱積蓄而易產生燃燒爆炸的危險。
(2) 采用獨特的多單元分流組合式吸附床, 假設吸附床有n 個單元, 剛開始時是第1～第(n- 1)個單元在吸附, 第n個單元在脫附; 一定時間后, 切換為第 2～第n個單元在吸附, 第1個單元在脫附;如此反復循環運行。 這樣一方面保證生產的連續性,另一方面利用多單元的循環交替切換可使吸附劑用量大大減少, 不但使吸附床的體積大大減少, 而且高價炭纖維因使用量少也不會造成造價高的問題, 因此設備重量輕, 投資小, 占地少, 結構緊湊。
(3) 在催化燃燒床的進口以及貴金屬催化劑層之間布置電加熱管, 結合內循環管路, 可使床層的預熱時間短(電加熱管一般在開機時預熱 30 m in 左右后停止加熱, 以后利用催化燃燒熱量來維持整個系統的熱平衡) , 同時采用高效率的熱交換器, 并用高
性能的輕質耐火材料保溫, 這樣不僅使廢氣的催化燃燒徹底, 同時熱利用效率高, 運行成本低。
(4) 采用PLC 電腦可編程序控制器, 通過氣動元件系統實現工藝過程的全部自動化, 整個系統運行過程中電腦實行適時記憶, 如遇突然停電或下班停機時, 電腦會記憶當時的工作狀態, 待來電或下次開機時, 電腦會自動指令延續上次的狀態運行下去,這樣可以避免出現某些單元過飽和現象, 達到最佳治理效果, 同時出現異常故障時電腦會指令自動停機并發出聲光報警, 因此, 操作簡單、安全、可靠, 自動化水平較高, 可實現無人操作。
3 實際應用效果
表1 結果表明, 經新型凈化裝置處理后主要廢氣出口濃度低于40mg/m3,符合國家及地方排放標準, 凈化效率達95.6%～97%。在處理同樣風量的情況下, 此套裝置與目前常用的以蜂窩炭為吸附劑的吸附—催化燃燒裝置相比較具有明顯的優點, 具體數據見表2。
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4 結論
(1) 本新型有機廢氣凈化裝置對于大風量、低濃度的有機廢氣凈化效果好, 無二次污染, 投資及運行費用低, 占地少, 操作安全、簡單、可靠, 自動化水平高, 是一種值得推廣應用的技術。
(2) 本處理裝置在實際應用過程中針對不同種類、不同濃度和溫度的有機廢氣, 所采取的催化劑種類、活性炭纖維用量、吸附單元數以及單元切換的周期也不同。
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