燃燒技術(shù)是當(dāng)前處理VOCs的主流技術(shù),包括催化燃燒、熱力燃燒、蓄熱催化燃燒、蓄熱熱力燃燒、濃縮-(催化)燃燒等。由于燃燒技術(shù)的基本原理是VOCs在高溫下發(fā)生氧化反應(yīng),氧化反應(yīng)其本質(zhì)就是燃燒反應(yīng),燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)。VOCs燃燒過(guò)程的放熱量與VOCs種類和濃度有關(guān)。此外,從安全考慮,很有必要了解VOCs燃燒的安全使用濃度。了解燃燒過(guò)程溫升和可燃?xì)怏w爆炸下限,有利于提高催化燃燒技術(shù)的安全性。下面通過(guò)常見(jiàn)VOCs,對(duì)這兩方面做簡(jiǎn)單介紹。
一、VOCs的爆炸(燃燒)下限
可燃?xì)怏w在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度,稱為爆炸下限,也稱燃燒下限,簡(jiǎn)稱為"LEL"(LowerExplosionLimited)??諝庵锌扇?xì)怏w濃度達(dá)到其爆炸下限值時(shí),我們稱這個(gè)場(chǎng)所可燃?xì)猸h(huán)境爆炸危險(xiǎn)度為百分之百,即100%LEL。如果可燃?xì)怏w含量只達(dá)到其爆炸下限的百分之十,這個(gè)場(chǎng)所此時(shí)的可燃?xì)猸h(huán)境爆炸危險(xiǎn)度為10%LEL。為了確保VOCs燃燒處理過(guò)程安全,VOCs廢氣的濃度必須控制在相應(yīng)有機(jī)物的爆炸極限的25%以下。
為什么可燃?xì)怏w濃度要控制25%LEL以下呢?首先可燃?xì)怏w燃燒的爆炸下限濃度與可燃?xì)怏w的初始溫度有關(guān),圖1是溫度對(duì)正己烷爆炸下限濃度的影響(姚潔等,工業(yè)安全與環(huán)保,2012,38(2):48)當(dāng)可燃?xì)怏w初始溫度提高,爆炸下降濃度下降。當(dāng)氣體溫度達(dá)到600K(327oC),爆炸下降濃度為室溫的75%,可見(jiàn)提高溫度導(dǎo)致爆炸下限濃度的明顯下降。其二是時(shí)間工況中大多數(shù)是混合VOCs,混合VOCs也帶來(lái)爆炸下限濃度的不確定性。因此,實(shí)際工程中要控制在LEL濃度的25%內(nèi)。
二、VOCs燃燒過(guò)程的絕熱溫升
VOCs在燃燒過(guò)程是強(qiáng)放熱反應(yīng),由于放熱使得氣體溫度的升高。如采用催化燃燒技術(shù)處理VOCs,在設(shè)備和催化正常情況下,催化劑反應(yīng)前后氣體溫度的變化(溫升)反映了VOCs的濃度的變化。如1000mg/m3甲苯完全燃燒的絕熱溫升為31.95oC,如果在實(shí)際使用過(guò)程中,溫升達(dá)到320oC,那么甲苯濃度大約達(dá)到了10000mg/m3,已經(jīng)達(dá)到了甲苯的25%LEL值,此時(shí)已經(jīng)非常不安全了,要及時(shí)降低甲苯濃度。在活性炭濃縮-催化燃燒系統(tǒng)中,在活性炭脫附過(guò)程,可以通過(guò)VOCs催化劑床層的溫升,來(lái)檢測(cè)VOCs濃度的變化。很多可燃?xì)怏w濃度報(bào)警器就是利用這一原理的。
來(lái)源:北極星VOCs在線
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