某精細化工廠有機廢氣吸附-冷凝處理工藝
含VOC (Volatile organic compounds ,揮發性有機物)廢氣的污染防治問題逐漸受到重視 ,引進國外治理設備存在投資大、運行成本高的問題 ,國內傳統工藝存在技術落后、運行不穩定、效率低的問題 ,因此亟待研究開發新的治理工藝。
本工藝以吸附2冷凝回收原理為基礎 ,采用集成加熱器和冷卻器功能的新型吸附床纖維活性炭 ,在凈化廢氣的同時 ,回收了大量的VOC溶劑 ,使環保投入產生了較好的經濟效益和環境效益。在此以某精細化工廠尾氣處理工程為例 ,介紹該工藝。
1 工藝流程及說明
1.1 尾氣狀況
該廠生產醫藥中間體,尾氣為反應釜卸料時的排氣及進料前的洗氣 ,共有 18 個反應釜不同時段間歇排氣, 平均廢氣量約 2 000 m3/h , 其中甲苯濃度16.6 g/Nm3,四氫呋喃(THF)濃度為 2316 g/Nm3,其余為空氣、N2 (洗氣用 N2 ) 及微量氯乙烯 ,排氣溫度為常溫。
1.2 工藝流程圖(見圖1)
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1.3 工藝流程說明
由于反應釜排氣為間歇排氣,特設氣體緩沖罐使尾氣均勻進入纖維活性炭吸附床。設兩臺吸附床 ,一臺處于降溫吸附過程 ,另一臺處于加熱脫附過程中 ,兩臺吸附床通過電動閥門自動轉換作用。吸附過程啟動設于固定炭層間的冷卻器 ,以吸收吸附熱、降低床層溫度 ,尾氣經吸附后 ,凈化氣體由排氣風機進入煙囪排放。脫附過程 ,開啟固定炭層間的加熱器及循環風機 ,使系統全面加熱 ,隨著活性炭溫度提高 ,VOC逐漸解析出來 ,循環氣體中 VOC 濃度也不斷提高。吸附床排出的氣體先經預冷卻器降溫 ,再經冷凝器使VOC冷凝回收下來 ,之后氣體經加熱器升溫回到吸附床加熱解析活性炭 ,脫附過程不引入新風 ,脫附濃縮比較高。
2 工藝要點
2.1 吸附、脫附性能參數確定目前活性炭產品中 ,以纖維活性炭性能最佳 ,蜂窩活性炭次之 ,而顆粒活性炭再次。本工藝采用纖維活性炭為吸附劑 ,由于吸附劑的吸附-脫附性能是確定本工藝的關鍵因素 ,而廠家提供的有關參數存在不詳、失實問題。因此針對類似工況作纖維活性炭性能的實驗室研究 ,結果見圖2。
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試驗條件:甲苯濃度3 000 ×10 ,溫度 20 ℃,炭層高0.1 m。
本工藝取有效吸附周期15 min ,吸附量質量分數為40 % ,吸附溫度 ≤40 ℃,有效脫附周期 15 min ,脫附率90 % ,脫附溫度150 ℃。
2.2 吸附床設計
為獲得理想的吸附和脫附效率,要求吸附床升溫、降溫速度快 ,床內空氣、N2 殘余量小 ,脫附循環氣體VOC濃度提升快。吸附床設多層吸附層 ,層與層之間設有冷卻器及加熱器 ,采用翼式板式金屬換熱器換熱效率較高 ,可以迅速地升溫或降溫;換熱器特制為模塊狀 ,體積小、重量輕 ,活性炭設篩網托架 ,金屬耗量少 ,安裝緊揍 ,吸附床內部剩余空間小 ,使脫附時VOC濃度很快提升。
2.3 冷凝效率
為達到較高的冷凝回收率,除提高脫附氣體VOC濃度(即提升濃縮比)外 ,應選取較低的冷凝溫度 ,以降低VOC飽和蒸汽分壓 ,提高回收率。本工藝控制冷凝溫度為-5 ℃,甲苯回收率 ≥90 % ,THF 回收率≥ 85 %。為減少冷凍水用量、降低運行成本 ,設兩級冷卻、冷凝 ,先用循環冷卻水使脫附氣體冷卻至40 ℃以下 ,再用-5～-10 ℃的冷凍水使氣體降溫至-5 ℃,大部分VOC得以冷凝回收。
3 運行效果
該設備已運行近一年,運行效果見表1。
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