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中高浓度有机废气治理技术介绍

发布时间:2017-10-19

背景:

    目前工业上产生的有机废气种类非常多,各种有机分子尺寸和极性均各不相同,对吸附剂的要求也各不相同。活性炭和活性炭纤维的无定型结构使其具有多样的孔道结构(尺寸分布在0.5-3nm),对有机废气具有广谱吸附性。但是面对中高浓度的有机废气,活性炭吸附却存在一些技术性难题。

中高浓度有机废气无法用吸附法有效处理的主要原因是,吸附热过大会对吸附造成影响,还会损坏吸附剂,造成超温的安全隐患。所以解决中高浓度有机废气吸附技术的关键因素就在控制吸附热。吸附热的控制可以从两个方面着手:第一,对吸附材料进行改性,从根本上降低吸附热的参数;第二,及时散热,将吸附热及时从吸附床层上移走,这个可以从工艺设备的设计上进行优化。

解决方案

    1、吸附材料的改性研发——从根本上降低吸附热

    1.1 实验室研究

    清本环保与浙江工业大学高校合作,参加2013年浙江省重大科技专项课题《中高浓度有机废气回收利用技术——活性炭和沸石分子筛吸附剂的研究》。针对中高浓度有机废气的治理需求,研究新型吸附材料(活性炭颗粒、活性炭纤维、沸石分子筛)的开发及复配技术,研制具有自主知识产权的成套净化装备,完成示范工程的建设和产业化推广。

图1.1 实验流程和实验仪器

经过项目研究,掌握了各类分子筛、活性炭、活性炭纤维吸附VOCs的特性和规律,建立了适用不同废气组成、不同浓度、不同吸附温度、不同风速、不同压力等工况的材料复配数据库,为VOCs废气治理中吸附剂的选择提供了重要的参考基础。

经过项目研究,掌握了各类分子筛、活性炭、活性炭纤维吸附VOCs的特性和规律,建立了适用不同废气组成、不同浓度、不同吸附温度、不同风速、不同压力等工况的材料复配数据库,为VOCs废气治理中吸附剂的选择提供了重要的参考基础。建立了全面的120种吸附剂(包括80种活性炭、10种分子筛、20种树脂、10种硅胶)的吸附性能数据库。

    通过多次试验研究,改性制备的高硅铝比的NaY分子筛和微波改性制备的GAC-20活性炭吸附剂在吸附有机物时,吸附热会大大降低。这对解决行业内中高浓度有机废气无法用吸附法有效处理的技术难题有重大突破,可明显提高活性炭在实际工程应用中的使用寿命和稳定性。

   

    1.2 中试放大研究

    清本环保在实验室小试的基础上,进一步进行中试放大试验,以研究实验数据在工程放大中的规律,确保试验研究在工程上的有效性。

图片111.png

图1.2 中试试验装置和实验现场

    1.3 工程运用研究

    以小试、中试等实验数据作为数据指导,在实际项目中进行规模扩大,根据不同项目尾气工况,通过aspen软件模拟工艺流程,采用solidworks进行三维建模,工艺、设备、电气详细设计后,交付制造车间,加工制作不同吸附介质的成套设备,现场安装后投入运行。根据吸附剂规格尺寸,设计不同规格的吸附器,图1.3为颗粒状吸附剂设备的三维建模,图1.4为纤维状吸附剂设备的三维建模。

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图1.3 颗粒状吸附剂吸附设备

图片121.png

图1.4 纤维状吸附剂吸附设备

    1.4 研究成果

    针对活性炭纤维高效吸附材料应用于XX公司,排气工况为装卸车尾气,尾气排放特点为风量小,浓度高,装置采用5箱6芯活性炭纤维三级吸附,设备投入运行后,实现了处理效率高达99%,溶剂回收率≥95%,尾气排放浓度达到GB16297-1996二级标准。

XX公司工况数据如表1.1,项目要求的尾气排放标准如表1.2,装置投入运行后,实际检测的尾气排放数据如表1.3所示。

表1.1排气工况数据

有机物名称

饱和浓度

kg/m3

比重

吨/m3

装车

最大流量

(kg/min)

装车

最大流量

(吨/hr)

装车泵

最大流量

(m3/h)

最大废气

产生量

(m3/h)

最大排放速率 (kg/h)

0.394

0.885

2200

132

149.15

178.98

70.55

甲苯

0.241

0.866

2200

132

152.42

182.91

44.07

邻二甲苯

0.070

0.88

1100

66

75.00

90.00

6.26

对二甲苯

0.069

0.861

1100

66

76.66

91.99

6.31

正丁醇

0.031

0.811

1100

66

81.38

97.66

2.99

异丁醇

0.047

0.803

1100

66

82.19

98.63

4.61

表1.2 尾气排放标准(GB16297-1996)

序号

物质

排放标准

排放速率

1

8mg/m³

0.5kg/h

2

甲苯

40mg/m³

3.1kg/h

3

对二甲苯

70mg/m³

0.5kg/h

4

邻二甲苯

70mg/m³

0.5kg/h

5

正丁醇

120mg/m³

0.5kg/h

6

异丁醇

120mg/m³

0.5kg/h

表1.3 实际尾气检测结果

化合物含量(mg/m3

对二甲苯

邻二甲苯

非甲烷总烃

总进气

15274

7694

1417

32790

总排气(干燥初)

6.4

16.6

5.8

35.0

总排气(干燥15min)

4.4

11.5

3.1

20.4

总排气(干燥30min)

4.0

9.4

2.8

16.6

总排气(干燥40min)

3.8

5.3

1.5

12.2

总排气(干燥末)

3.9

4.3

0.4

15.2

    从检测结果来看,经过有机废气吸附回收装置后,尾气达标,吸附效率高达99.98%。

    2、工艺设备的优化——及时移走吸附热

    2.1 体外循环技术

    成套设备通过工艺过程内置冷凝器、改进工艺流程等方法,尽量避免吸附放热累积造成的装置温度上涨,而引起吸附效果变差甚至吸附剂闷燃的情况发生。

    这一工艺的显著特点是:一、吸附高浓度有机尾气过程中,产生的吸附热能够全部被带出吸附器,在体外循环表冷器中降温冷却,使吸附热能够全部被表冷器的冷却介质带走。二、在进气浓度超高,高于废气爆炸下限1/4时,存在安全隐患,此工艺将废气浓度稀释到爆炸下限的1/4以下,杜绝由于尾气浓度高而引起的爆炸危险。三、吸附器设置温度、压力变送器,时时监测吸附器内温度和压力,当吸附器内出现超温或超压时,系统联锁,采取降温降压措施,使装置时时处于安全状态。

    2.2 组合工艺技术

    通过前置冷凝系统,后置分子筛转轮回收系统等组合处理方法,从工程角度尽量解决尾气合格排放问题;通过内置冷凝/加热管、开发新型吸附器、改进工艺流程等方法,尽量避免吸附放热、脱附不完全等工程问题。

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图2.2 组合工艺流程

工程案例及成果

    清本环保处理中高浓度有机废气的吸附设备已在浙江、山东、湖北等多家公司完成项目设计、制作、安装、调试,其中部分企业已完成项目验收,装置可实现连续自动运行,24小时无人值守,处理效率:≥90%,有机溶剂回收率:≥80%,处理效果达到《大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)》二级排放标准,效果良好。图1为实际项目照片。

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图1 中高浓度有机废气吸附回收设备

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