沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒
轉(zhuǎn)輪濃縮+催化燃燒新技術(shù)
1、技術(shù)概述
針對現(xiàn)有各種低濃度***風(fēng)量VOCs污染物處理方法存在的設(shè)備投資***、運(yùn)行成本高、去除效率低的問題，***內(nèi)企業(yè)開發(fā)了一種高效安全的低濃度***風(fēng)量工業(yè)廢氣處理工藝。該方法的基本思路是采用吸附分離法對低濃度、***風(fēng)量工業(yè)廢氣中的VOCs進(jìn)行分離濃縮，對濃縮后的高濃度、小風(fēng)量污染空氣采用燃燒法進(jìn)行分解凈化，俗稱吸附分離濃縮+燃燒分解凈化法。蜂窩結(jié)構(gòu)的吸附轉(zhuǎn)輪安裝在殼體內(nèi)，殼體分為吸附、再生和冷卻三個(gè)區(qū)域，由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，以每小時(shí)3-8轉(zhuǎn)的速度緩慢旋轉(zhuǎn)。
吸附、再生和冷卻區(qū)分別與處理空氣、冷卻空氣和再生空氣導(dǎo)管相連。另外，為了防止各區(qū)域與吸附輪圓周和殼體之間漏氣，在各區(qū)域隔板與吸附輪之間、吸附輪圓周與殼體之間安裝耐高溫、耐溶劑的氟橡膠密封材料。含有揮發(fā)性有機(jī)化合物的污染空氣由鼓風(fēng)機(jī)送到吸附輪的吸附區(qū)。當(dāng)污染空氣通過車輪蜂窩通道時(shí)，VOCs被吸附劑吸附，空氣得到凈化。隨著吸附輪的轉(zhuǎn)動，接近吸附飽和狀態(tài)的吸附輪進(jìn)入再生區(qū)。在與高溫再生空氣接觸的過程中，揮發(fā)性有機(jī)化合物被脫附并進(jìn)入再生空氣，吸附輪被再生。再生后的吸附轉(zhuǎn)輪經(jīng)冷卻區(qū)冷卻后返回吸附區(qū)，完成吸附/脫附/冷卻的循環(huán)過程。該工藝再生空氣的風(fēng)量一般僅為處理后風(fēng)量的1/10，再生工藝出口空氣中的VOCs濃度濃縮至處理后空氣中的10倍，因此該工藝也稱為VOCs濃縮去除工藝。
1號風(fēng)機(jī)帶動含有VOCs的廢氣通過轉(zhuǎn)輪的A區(qū)，即吸附區(qū)。根據(jù)不同的目標(biāo)，轉(zhuǎn)輪中可以填充不同的吸附材料。吸附了VOCs的a區(qū)隨著旋轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)到達(dá)b區(qū)進(jìn)行脫附。吸附在轉(zhuǎn)輪上的VOCs被流經(jīng)傳熱1的高溫氣流脫附，通過傳熱2達(dá)到起燃溫度，然后進(jìn)入催化燃燒室進(jìn)行催化氧化反應(yīng)。由于轉(zhuǎn)輪在脫附后需要吸附，在脫附區(qū)旁邊設(shè)置冷卻區(qū)C，用空氣冷卻，冷卻后的暖空氣通過傳熱1變成脫附用的熱空氣。在催化燃燒反應(yīng)之后，熱氣流將部分熱量傳遞給傳熱裝置2和傳熱裝置1，然后傳遞給空氣。為了防止催化燃燒室的溫度過高，提供了***三方冷卻回路用于催化燃燒室的緊急冷卻。整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)組成，PC1負(fù)責(zé)監(jiān)控催化燃燒室和換熱器的溫度(內(nèi)部設(shè)置電動輔助加熱裝置以平衡溫度波動)，PC2負(fù)責(zé)根據(jù)實(shí)際情況控制風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量。PC2屬于PC1的子級系統(tǒng)。當(dāng)PC1監(jiān)測到溫度波動超過允許范圍時(shí)，它會立即將信息傳輸?shù)絇C2，PC2會將接收到的信息轉(zhuǎn)換為指令，并將其傳輸?shù)矫總€(gè)風(fēng)機(jī)。
2、新工藝的***點(diǎn)
(1)在吸附區(qū)建立旁路內(nèi)循環(huán)。廢氣經(jīng)吸附區(qū)吸附后達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)入旁路內(nèi)循環(huán)，再次進(jìn)行吸附處理。這種旁路內(nèi)循環(huán)的基本思路是消除現(xiàn)有的污染，吸收新的污染。
(2)建立冷卻空氣旁路。在復(fù)雜的工作條件下，揮發(fā)性有機(jī)化合物的濃度可能會突然增加。此時(shí)，一些冷卻空氣被引入吸附區(qū)以減少脫附空氣量，并且在傳熱2之后補(bǔ)充新鮮空氣以將進(jìn)入催化反應(yīng)器的空氣量保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。這種旁路的基本思路是用新鮮空氣稀釋高濃度的VOCs，所以從效果上看，這種方法也會延長處理時(shí)間。
(3)與傳統(tǒng)工藝相比，整個(gè)系統(tǒng)采用引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，便于旁路的調(diào)節(jié)和控制。催化燃燒裝置冷卻風(fēng)機(jī)拆除，治標(biāo)不治本，改為控制轉(zhuǎn)輪內(nèi)VOCs濃度。
(4)將電輔助加熱系統(tǒng)從催化燃燒室中拆除，改由傳熱2將空氣加熱到VOCs的著火溫度，利用放熱反應(yīng)將催化燃燒室溫度穩(wěn)定在500℃ ~ 600℃范圍內(nèi)。
(5)如果轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速容易調(diào)節(jié)，可以在2的條件下適當(dāng)提高轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速，降低轉(zhuǎn)輪單位面積單位時(shí)間內(nèi)吸附的VOCs量，從而保證系統(tǒng)的安全性。
車輪吸附的影響因素
在確定吸附材料時(shí)，影響轉(zhuǎn)輪裝置吸附性能的主要因素是吸附濃縮-催化燃燒過程流程圖參數(shù)和轉(zhuǎn)輪進(jìn)氣參數(shù)。進(jìn)氣負(fù)荷在一定范圍內(nèi)的變化可以通過轉(zhuǎn)輪的運(yùn)行參數(shù)如轉(zhuǎn)速、濃度比和再生空氣溫度來調(diào)節(jié)，以保持預(yù)定的性能；林等將蜂窩轉(zhuǎn)輪應(yīng)用于液晶顯示器行業(yè)廢氣處理。在處理高排放濃度時(shí)，進(jìn)氣速度降低到1.5m/s，濃縮比降低到8，轉(zhuǎn)速提高到6.5r/h，再生空氣溫度提高到220℃，系統(tǒng)的去除率可達(dá)90%以上，***速度由再生空氣熱容量和吸附劑熱容量之間的平衡決定。
1.濃度比
低流量的濃縮氣體是在轉(zhuǎn)輪內(nèi)通過吸附-脫附得到的，因此濃縮比是轉(zhuǎn)輪性能的一個(gè)重要指標(biāo)，定義為入口氣流與再生氣流的比值f。低濃度比雖然可以保證較高的去除效率，但也隨著再生空氣流量的增加而增加脫附能耗，濃縮氣體濃度也隨著脫附空氣流量的增加而降低。當(dāng)濃度比由14降至6時(shí)，甲苯出口濃度僅由4.7mg/m3降至1.5mg/m3，但濃縮后甲苯濃度由1345mg/m3降至576mg/m3。如此低的濃度不利于隨后的燃燒或冷凝單元處理。因此，在保證系統(tǒng)設(shè)定的去除率的前提下，合理選擇濃度比非常重要。在工程應(yīng)用中，濃縮比應(yīng)同時(shí)考慮效率和能耗。對于高濃度廢氣，可選擇低濃度比，以保證去除率；對于低濃度廢氣，適當(dāng)選擇高濃度比有利于提高系統(tǒng)的整體能效比。
2.轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速
吸附和脫附在轉(zhuǎn)輪運(yùn)行周期內(nèi)同步進(jìn)行，相互影響，共同決定轉(zhuǎn)輪的去除效率，轉(zhuǎn)速是指吸附和脫附時(shí)間的長短。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于***轉(zhuǎn)速時(shí)，相應(yīng)的運(yùn)行周期變長，其脫附區(qū)再生充分，但其相對吸附量λ隨著轉(zhuǎn)速n的降低而降低，說明吸附區(qū)曲線在溫度分布曲線上明顯降低，這是吸附放熱較少造成的，反映了吸附速率的降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速***于***轉(zhuǎn)速時(shí)，溫度曲線表明只有一小部分脫附區(qū)前段可以加熱到再生溫度，因此***轉(zhuǎn)速是脫附和吸附的***平衡。***轉(zhuǎn)速本質(zhì)上是對吸附和脫附時(shí)間的控制，從而達(dá)到轉(zhuǎn)輪的***去除率。在實(shí)際應(yīng)用中，由于多種因素的影響，轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速可以控制在一個(gè)區(qū)間值內(nèi)，以匹配其他參數(shù)的變化。
3.再生空氣溫度
吸附劑的脫附再生存在一個(gè)***征溫度(***清洗溫度)，高于該溫度可以獲得更快的脫附速率，并且可以消耗更少的脫附空氣量。
4.進(jìn)氣參數(shù)
在實(shí)際工程中，有機(jī)廢氣一般含有水分，有些相對濕度甚至達(dá)到80%。然而，水分在吸附時(shí)可能與污染物競爭，占據(jù)轉(zhuǎn)輪的吸附空間，降低污染物的去除效率，因此防潮性是衡量吸附性能的重要指標(biāo)之一。
在某些條件下，***轉(zhuǎn)速與進(jìn)氣流量成正比。當(dāng)進(jìn)氣流量增加時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)增加。如果轉(zhuǎn)速不按流量增加，則操作值低于***轉(zhuǎn)速，其相對吸附量λ隨著轉(zhuǎn)速n的減小而減小，在溫度分布曲線上，吸附面積曲線明顯減小，反映出吸附速率的減小。因此，對于高濃度有機(jī)廢氣，有必要控制低進(jìn)氣流量，或相應(yīng)提高轉(zhuǎn)速。
轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+催化燃燒的要點(diǎn)
吸附分離濃縮+燃燒分解凈化法的核心技術(shù)是高效吸附分離濃縮工藝和蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸附轉(zhuǎn)輪。
1.型沸石的選擇及其性能研究
在疏水性沸石轉(zhuǎn)輪的開發(fā)中，加工成波紋狀和平板狀的陶瓷纖維紙需要用無機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)在一起，卷成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，在蜂窩孔道表面涂覆疏水性分子篩制成吸附轉(zhuǎn)輪，可用于工業(yè)廢氣中VOCs的凈化過程。
2.轉(zhuǎn)輪工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)***化
濃縮比:低流量的濃縮氣體是通過轉(zhuǎn)輪的吸附-脫附作用獲得的，因此濃縮比是轉(zhuǎn)輪性能的一個(gè)重要指標(biāo)，定義為進(jìn)口氣流與再生氣流的比值f。
轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速:吸附和脫附在轉(zhuǎn)輪運(yùn)行周期內(nèi)同步進(jìn)行，相互影響，共同決定轉(zhuǎn)輪的去除效率，轉(zhuǎn)速是指吸附和脫附時(shí)間的長短。
再生空氣溫度:吸附劑的脫附再生有一個(gè)***征溫度(***清潔溫度)，高于該溫度可以獲得更快的脫附速率，消耗更少的脫附空氣量。
密封不***會導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪在使用中漏氣，因此結(jié)構(gòu)的密封是一個(gè)非常重要的控制點(diǎn)。
催化劑的選擇。性能******的催化劑應(yīng)滿足以下基本要求:1)具有***異的低溫活性，適應(yīng)較高的空速，這與裝置的建設(shè)成本和運(yùn)行成本直接相關(guān)；2)熱穩(wěn)定性***。當(dāng)廢氣濃度過高，產(chǎn)生***量反應(yīng)熱時(shí)，催化劑的溫度會急劇上升，此時(shí)催化劑不應(yīng)發(fā)生顯著的物理化學(xué)變化；3)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，阻力小。
前景
隨著我***新型吸附劑的開發(fā)以及轉(zhuǎn)輪制造技術(shù)和密封技術(shù)的提高，轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)將會在更廣的范圍和更多的行業(yè)得到應(yīng)用。對跑步者跑步模式的研究會更深入，處理效果會更有效。
