隨著環(huán)保政策的趨嚴(yán),涉 VOCs 排放的限制愈來愈嚴(yán)苛。文章首先介紹 VOCs 污染的危害性,探討了介紹幾種常規(guī)的 VOCs處理技術(shù),歸納其使用特征,并詳細(xì)剖析活性炭+催化燃燒組合工藝的原理及在涉VOCs廢氣處理中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)。
1、VOCs污染來源及其危害
環(huán)境中VOCs擁有來源廣,種類多的特征,國內(nèi)已經(jīng)監(jiān)測出 的VOCs已經(jīng)有300多種,主要首要來自人類生產(chǎn)生活中,分布在建筑裝飾,有機(jī)化工,石油石化,包裝印刷,表面涂裝等行業(yè)。VOCs是四大大氣污染物之一,屬于形成PM2.5和光化學(xué)煙霧的 重要因素,能夠損害人體神經(jīng)系統(tǒng),血液成分和心血管系統(tǒng),對(duì)人體健康和社會(huì)影響極大。
2、常用的VOCs治理方法
VOCs污染如此嚴(yán)重,相應(yīng)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái),助推廢氣治 理行業(yè)快速發(fā)展。各種含 VOCs 排放的廢氣處理技術(shù)得到運(yùn)用,下面就介紹當(dāng)前主要的治理技術(shù):
(1)UV高效光解凈化法
凈化技術(shù)原理:利用高能UV紫外線的光能裂解和氧化有 機(jī)物質(zhì)的分子鏈,改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原理。
適應(yīng)工況及凈化效率:小風(fēng)量,低濃度,不含粉塵的常溫廢氣,正常情況凈化效率為50%左右。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用:中高等投資,系統(tǒng)用電量大,運(yùn)行維護(hù)成本較高。
(2)等離子凈化法
凈化技術(shù)原理:利用高壓電極發(fā)射的等離子及電子,裂解和氧化有機(jī)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)。
適應(yīng)工況及凈化效率:小風(fēng)量,低濃度及濕度,不含粉塵的干燥常溫廢氣,正常情況凈化效率為40%左右。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用:中高等投資,系統(tǒng)用電量大,運(yùn)行維護(hù)成本較高。
(3)活性炭吸附法
凈化技術(shù)原理:利用活性炭內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),比表面積大,對(duì)各種有機(jī)物具有高效吸附能力原理。
適應(yīng)工況及凈化效率:各種風(fēng)量,低濃度及濕度,不含粉塵的干燥常溫廢氣,初期凈化效率可到90%,以后逐步衰減。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用:一次性投資相對(duì)較小,活性炭吸附飽和后要作危廢處理,后期處理費(fèi)用高。
(4)直接燃燒法
凈化技術(shù)原理:利用有機(jī)物在高溫條件下的可燃性將其通過化學(xué)氧化反應(yīng)進(jìn)行凈化的方法。
適應(yīng)工況及凈化效率:各種風(fēng)量,高濃度,不含粉塵的干燥廢氣,凈化效率可到99%以上。不適合處理含硅樹脂,硫,氯等 物質(zhì)的有機(jī)廢氣。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用:一次性投資較大,運(yùn)行費(fèi)用需要視廢氣濃度確定,一般可以接受。
(5)催化燃燒法
凈化技術(shù)原理:利用催化劑的催化作用來降低有機(jī)物的化學(xué)氧化反應(yīng)的溫度條件,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全的目的。
適應(yīng)工況及凈化效率:各種風(fēng)量,高濃度的干燥廢氣,凈化效率可到90%以上。不適合處理含硅樹脂,硫,氯等物質(zhì)的有機(jī)廢氣,一般進(jìn)催化爐前需加中效干式過濾器。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用:中等投資,運(yùn)行費(fèi)用較高,催化劑的使用壽命約為8000小時(shí),到期需更換。
3、活性炭吸附脫附+催化燃燒組成及運(yùn)行剖析
1、活性炭箱的選型
碳箱里面活性炭的選擇非常重要,因?yàn)橐磸?fù)經(jīng)過吸脫附,所以其質(zhì)量要比吸附即拋型活性炭要好,其使用時(shí)間可達(dá) 8000小時(shí)。應(yīng)選用以優(yōu)質(zhì)無煙煤作為原料、經(jīng)過高溫石墨化預(yù)制,外形蜂窩狀為宜。蜂窩活性炭具有空氣動(dòng)力性能好,床層阻力小,吸脫附速度快,適合處理大風(fēng)量,低濃度有機(jī)廢氣。其規(guī)格參數(shù)表如下。
碳床宜選用3mm厚鋼板焊接,內(nèi)外需做防銹處理,且外敷保溫棉,保溫厚度宜根據(jù)實(shí)際情況確定??沾矚馑僭酱?,碳床飽和時(shí)間越短,吸附氣速宜取1.2~1.8m/s。活性炭一般在里面敷設(shè) 4~5 層,層與層之間留有 100~150mm 空隙方便檢修及維護(hù)。
2、催化爐的選型
催化劑種類很多,目前VOCs處理一般選用較多的是蜂窩式貴金屬催化劑,其載體一般為堇青石蜂窩陶瓷。下圖為某公司生產(chǎn)的催化劑性能表僅供參考。
催化劑的裝填量一般根據(jù)廢氣量和空速比決定,當(dāng)然也與催化床層數(shù)有關(guān)系,一般設(shè)置4~5層為宜??紤]到經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性,催化劑空速比選擇在10000h-1~15000h-1 之間。空速比越 高,成本就越高,反之亦然。催化劑的活性溫度在350℃左右, 對(duì)有機(jī)廢氣處理效率可達(dá) 97%,溫度越高活性越好,但超過 600℃會(huì)造成貴金屬涂層的損壞。
催化床層預(yù)熱一般采用電加熱。如果采用燃燒器,需要與催化劑保持一定距離,以免對(duì)催化劑造成損害。現(xiàn)在催化爐較為普遍的做法是將催化床與換熱器做在一起,比較緊湊,方便運(yùn)輸。其結(jié)構(gòu)如下圖所示:
3、活性炭吸附脫附+催化燃燒工作原理
該組合運(yùn)行流程為:低濃度VOCs有機(jī)廢氣進(jìn)若干個(gè)活性炭箱,被活性炭充分吸附,凈化后有機(jī)廢氣直接從煙囪排出。吸附飽和的活性炭箱停止進(jìn)入廢氣,來自催化燃燒爐的高溫潔凈氣體進(jìn)入碳箱進(jìn)行脫附,脫附出來的高濃度有機(jī)廢氣,進(jìn)入催化燃燒爐凈化(由于是高濃度有機(jī)廢氣,所以運(yùn)行費(fèi)用很低),處理后的高濃有機(jī)廢氣被分解為潔凈氣體,通過煙囪排走。脫附完成的碳箱處于待命狀態(tài),待其他碳箱吸附飽和開始脫附時(shí)候,其立即開始吸附工作,如此重復(fù)。
其工藝流程如圖1 所示。圖 1 中以 10,0000Nm3 /h 風(fēng)量,濃度約在 200mg/Nm3 的廢氣處理項(xiàng)目為例。碳箱、催化爐以及整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖所示,僅供參考。這2個(gè)工藝組合起來,非常適合在大風(fēng)量,濃度在200mg/ Nm3 左右的工況下使用,既彌補(bǔ)了單純靠活性炭吸附造成活性炭浪費(fèi),不能重復(fù)利用的缺點(diǎn),又彌補(bǔ)了單純靠催化燃燒爐,運(yùn)行費(fèi)用高昂的問題,同時(shí)相比較起來其一次性投資成本也降低不少。
4、活性炭吸附脫附+催化燃燒運(yùn)行的安全問題及相應(yīng)措施
該種組合工藝,由于處理高效,運(yùn)行穩(wěn)定,投資成本低,在 涂裝、噴漆、化工等行業(yè),得到大量應(yīng)用。
在實(shí)際運(yùn)用也暴露出 了一些問題,主要有:
(1)活性炭易發(fā)生堵塞;
(2)催化燃燒爐溫度過高,進(jìn)活性炭箱脫附的潔凈氣體溫 度不好控制,易發(fā)生火災(zāi);
(3)脫附濃度不好控制,容易造成催化爐溫度偏高;
針對(duì)以上出現(xiàn)的問題,作者根據(jù)長期積累的經(jīng)驗(yàn),可以采 取以下措施:
(1)在進(jìn)活性炭箱前放置干式過濾器(G4+F8精度),可以過濾一些顆粒及漆霧,防止堵塞活性炭。
(2)在進(jìn)活性炭箱的脫附管路設(shè)置熱電偶測溫,且開設(shè)新 風(fēng)口,配備新風(fēng)風(fēng)機(jī),測溫元件與風(fēng)機(jī)連鎖,自動(dòng)運(yùn)行
(3)在脫附管路回路,增設(shè)新風(fēng)口稀釋高濃度廢氣。增加 新風(fēng)閥及濃度檢測儀,濃度檢測儀與新風(fēng)閥通過PLC連鎖自動(dòng) 控制。同時(shí)由于催化爐為負(fù)壓運(yùn)行,因此催化爐主風(fēng)機(jī)在選型 時(shí)就應(yīng)該加大風(fēng)量。
如果發(fā)生安全事故,作者認(rèn)為還可以增加以下設(shè)置,避免事故擴(kuò)大:
(1)將活性炭箱接入消防噴淋水,如果活性炭燃燒起來,通 過噴淋可以迅速滅火,有條件還可以采用充氮保護(hù),需要購買 制氮機(jī)(如上述流程圖所示),可以視情況定;
(2)催化爐增設(shè)防爆口,防爆膜可以用薄的不銹鋼代替。即便催化爐溫度過高,壓力過大,也可以通過防爆口立刻排出, 對(duì)催化爐本事沒有影響,可以快速修復(fù)。
4、結(jié)語
VOCs廢氣工況復(fù)雜,有時(shí)候依靠單個(gè)處理工藝難以收到良好處理效果,如果將其中幾個(gè)工藝組合起來使用,卻可以收到治污效果。不僅投資及運(yùn)行費(fèi)用降低,治理效果也是明顯,但是其安全運(yùn)行仍然需要環(huán)保工作者持續(xù)關(guān)注和探究?;钚蕴课矫摳?催化燃燒只是其中一種組合工藝,這也為其他組合工藝的應(yīng)用提供了思路,有待于下一步探究。
來源:環(huán)保