活性炭纖維吸附-催化燃燒裝置處理有機廢氣應(yīng)用

經(jīng)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(biāo)準(zhǔn), 凈化效率達(dá)95.6%～97%。在處理同樣風(fēng)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(yōu)點。
福州某鞋廠有兩條生產(chǎn)線, 主要產(chǎn)品為泡沫塑料沙灘鞋, 年產(chǎn)量為230萬雙, 在生產(chǎn)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(chǎn)生 “三苯” 廢氣, 污染了周圍的環(huán)境; 針對有機廢氣具有大風(fēng)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(fēng)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(tǒng)集吸附、脫附、催化燃燒于一體。
 
為保證系統(tǒng)的連續(xù)運行, 吸附器采用多單元分流組合式結(jié)構(gòu), 正常運行時, 處在脫附狀態(tài)的只有一個單元, 而其他單元處于吸附或冷卻狀態(tài); 有機廢氣收集后經(jīng)過濾器進(jìn)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(yù)熱到300 ℃,一定時間后, 當(dāng)某一單元內(nèi)的活性炭纖維吸附飽和時, 打開脫附閥門, 用 120℃熱風(fēng)進(jìn)行脫附, 解吸出的高濃度有機廢氣進(jìn)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(yù)熱脫附氣體, 少部分經(jīng)煙囪排放, 其余補充新鮮空氣后作為脫附熱風(fēng)返回, 此時可停止電加熱管預(yù)熱, 并通過放空閥和補冷風(fēng)機來實現(xiàn)整個催化燃燒系統(tǒng)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(yè)電腦可編程序控制器按設(shè)定的時差有序開關(guān),整個電控裝置分手動和自動兩組, 并配有自動報警系統(tǒng)。
2　凈化裝置特點
(1) 吸附劑采用的活性炭纖維性能優(yōu)越, 其比表面積大(1300～ 2 500m2/g) , 微孔發(fā)達(dá)(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(shù)量級), 而且再生容易快速(一般 3～5 min) , 脫附徹底, 經(jīng)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(zhì)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(dá) 500 ℃以上) , 且吸附層很薄, 不會產(chǎn)生類似顆粒炭或蜂窩炭吸附裝置因熱積蓄而易產(chǎn)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(shè)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(fù)循環(huán)運行。 這樣一方面保證生產(chǎn)的連續(xù)性,另一方面利用多單元的循環(huán)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(shè)備重量輕, 投資小, 占地少, 結(jié)構(gòu)緊湊。
(3) 在催化燃燒床的進(jìn)口以及貴金屬催化劑層之間布置電加熱管, 結(jié)合內(nèi)循環(huán)管路, 可使床層的預(yù)熱時間短(電加熱管一般在開機時預(yù)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(tǒng)的熱平衡) , 同時采用高效率的熱交換器, 并用高性能的輕質(zhì)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(tǒng)實現(xiàn)工藝過程的全部自動化, 整個系統(tǒng)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(dāng)時的工作狀態(tài), 待來電或下次開機時, 電腦會自動指令延續(xù)上次的狀態(tài)運行下去,這樣可以避免出現(xiàn)某些單元過飽和現(xiàn)象, 達(dá)到佳治理效果, 同時出現(xiàn)異常故障時電腦會指令自動停機并發(fā)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(xiàn)無人操作。
3　實際應(yīng)用效果
表1 結(jié)果表明, 經(jīng)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(biāo)準(zhǔn), 凈化效率達(dá)95.6%～97%。在處理同樣風(fēng)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(yōu)點, 具體數(shù)據(jù)見表2。


4　結(jié)論
(1) 本新型有機廢氣凈化裝置對于大風(fēng)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(yīng)用的技術(shù)。
(2) 本處理裝置在實際應(yīng)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(shù)以及單元切換的周期也不同。