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活性炭吸脱附的工程应用研究

来源:中国设备工程期刊授权  点击量:55  日期:2021-08-31

关键词: 活性炭,大风量有机废气,废气治理

活性炭吸脱附的工程应用研究


段国臣


山东皓隆环境科技有限公司 山东 潍坊 261000

摘要:随着环保意识的提高,大部分企业已经增加了废气净化设备,但是大型废气设备的投资较大,中小型企业难以承受如此大的投资费用,所以研究一种适用于中小型企业废气工程的净化设备迫在眉睫。活性炭作为吸附性能广泛的优质介质,其应用工艺成熟,本文对活性炭如何适用于大风量有机废气的净化需要进行了探讨。

关键词:活性炭 大风量有机废气 废气治理

1 处理工艺
根据环保排放标准,该废气处理系统主要包括过滤系统、活性炭装置、吸附风机、主风机、CO 催化燃烧炉、PLC 自控系统、配套管路系统等。该废气处理系统分为两套系统,做到废气产生源挥发性有机污染物排放达标、处理过程安全可靠。将生产线中的所有废气排放管合并连接引至净化设备;废气先经过多级过滤是为了过滤其中的大
颗粒物及灰尘,然后送入活性炭吸附箱进行吸附净化,从而避免活性炭微孔被堵塞;当活性炭吸附器接近饱和时,系统检测排放出口浓度达到设定限制时自动转入活性炭再生系统,用热气流对饱和活性炭吸附箱进行解析脱附,将有机物从活性炭上脱附下来。脱附下来的高浓度废气送到CO 催化燃烧装置进行氧化分解,最后被分解成 CO2 与 H2O排出。
2 工艺流程说明
2.1 吸附气体流程
废气经过管道引风机作用输送至空气过滤器,对废气中的有机废气、颗粒物等物质进行过滤,过滤完之后送往活性炭吸附箱,当废气流经活性炭吸附箱时,其中的 VOC气体分子进入到活性炭孔道当中,其余的气体随之排除,这部分气体便得以净化,净化后的气体再通过引风机排向大气。
2.2 脱附气体流程
被活性炭吸附的 VOC 气体分子,由高温气体(100℃ -140℃)进行反向脱附,这部分高温气体仅为进气量的1/5-1/10,脱附之后的气体变为高浓度低风量气体,由引风机作用送往 CO 进行催化氧化处理,变为无害的 CO2 和 H2O 随烟囱排出;脱附所用的热风来源于 CO 一小部分热量。
2.3 蓄热燃烧环节
脱附出来的高浓度有机废气通过 CO 氧化室高温区,使废气中的 VOC 成分氧化分解成为无害的 CO2 和 H2O,分解后气体排出经过换热器,从而节省燃料,降低使用成本。
3 废气处理设备说明
3.1 干式过滤
废气进入活性炭前应进行过滤,此次过滤为二级过滤,分别为 G4、F7。
不同等级过滤器模块化设计,过滤后的空气质量应有效保证活性炭正常运行,过滤器及其材料的选用应综合考虑投入使用后更换时的低成本、长周期原则。
过滤材料纤维表面经过阻燃处理,避免因漆雾聚集而有着火危险。
注:更换周期为经验参考,实际更换周期可能会因为各厂家废气工况不同而不同。
废气过滤系统前端预留废气取样口,取样口设置应方便取样操作(如:监测平台)。
过滤器框架采用碳钢框架(至少 2mm 钢板制作),应有足够强度,需要设计合理的夹紧。
定装置固定过滤器,要求安装牢固,便于拆卸,不产生任何漏风现象。框架的开孔尺寸。
采用的过滤器相匹配。过滤器框架与过滤箱体的密封以及安装,需保证安装后能与箱体有良好的气密性。
每一段过滤必须有检修门,方便后期更换滤材一级保养维护工作。检修门宽≥ 0.4m,距离过滤器箱外站立基准面 1.0~1.2m。
每组过滤器必须具有在线性能监测功能,保证废气处理系统正常、安全、稳定运行。当过滤系统压力达到设定报警值时,报警系统发出报警信号,提醒操作人员更换过滤袋。
过滤器底部设置排水口,防止废气在低温环境种冷凝聚集冷凝水。
3.2 活性炭吸附系统
废气经过滤处理后进入活性炭吸附箱,此时有机废气经过活性炭时溶剂被吸附在活性炭表面,而洁净气体由后置引风机排空。
活性炭吸附箱上设置温度传感器 , 传感器监测吸附箱内温度,输出信号至 PLC。
选用优质蜂窝状、 耐水性蜂窝活性炭。蜂窝活性炭比表面积大,吸附能力强。蜂窝活性炭流体阻力小,再生效果好。
设备保温采用岩棉保温,保温厚度为 50mm。
吸附风阀、脱附风阀均采用气动蝶阀,阀门泄露量小于 1.5%。
风管有膨胀节,风管能够承受最小 700Pa 的静态压力。
配置完善的安全检测手段,每个活性炭床均需配置 2个 PT100 温度检测探头。
法兰采用国标法兰 0.25Mpa 以上。
吸附箱进、出风口设计多孔导流板,使得进、出废气在活性炭吸附箱内气流均布,吸附床吸附率提高。
设备设有测温探头,设置安全防火阀门,当废气进口温度超高时关闭。
设备内设置多点温控点,同时设有自动报警系统。
工作过程中当设备温度超高时,关闭阀门切断设备与车间的通路,立即启动消防设施。
以上所有程序采用 PLC 程序自动控制。
3.3 CO 催化燃烧
催化燃烧是典型的气——固相催化反应,其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低活化能,同时催化剂表面具有吸附作用,使反应物分子富集于表面,提高了反应速率,加快了反应的进行。
借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下,发生无焰燃烧,并氧化分解为 CO2 和 H2O,同时放出大量热能,
从而达到去除废气中的有害物的效果。其反应过程为:
在将废气进行催化燃烧的过程中,废气经管道由风机送入热交换器进行一次升温,再进加热室将废气加热到催化燃烧所需要的起始温度。经过加热的废气通过催化剂层使之燃烧。由于催化剂的作用,催化燃烧法废气燃烧的起始温度约为 250℃ -300℃,大大低于直接燃烧法的燃烧温度 670℃ -800℃,因此能耗远比直接燃烧法低。同时在催化剂的活性作用下,反应后的气体产生一定的热量,高温气体再次进入热交换器,经换热冷却,最终以较低的温度经风机排入大气。
催化燃烧装置装有温度探头及补冷阀,当炉体催化室反应温度超过设定上限时,开启补冷阀,对进气源进行稀释,保护设备延长使用寿命,防止意外发生。
本装置的主体结构由净化装置主机、引风机及电器控制元件组成。净化装置主机是由换热器、预热室、催化床、阻火器和防爆器组成的整体结构,炉体周边整体保温,保温层厚 100mm,炉体外表温度≤环境温度 +40℃。
废气燃烧净化装置整体应充分考虑节能高效,燃烧净化效率应≥ 95%。
3.4 风管系统
废气设备系统外风管采用镀锌风管,厚度不小于1.2mm;系统内风管采用不锈钢材质,厚度不小于 1.2mm。
所有风管安装凝结水的排放口,排放位置依据现场情况而定;风管设有膨胀节,风管能够承受最小 700Pa 的静态压力。
主要管道上方安装有检修口。
设计安装现场核查,不能与现有结构有干涉问题。若存在干涉情况下,我方提交改造方案,在甲方签字确认后实施改造。
排气风管的设置优先考虑减少顶部开口的设计,防止雨水泄漏。
废气处理系统入口处设计一旁通,确保系统安全运行。
活性炭吸附后清洁废气和 CO 催化燃烧焚烧后的废气最终汇入烟囱排放。
活性炭设备、废气焚烧等设备的进、出口管路上设置废气检测口。
介质温度高于 50℃的管道(脱附管道、排气管道、烟囱底部等)、设备、室体等人容易触摸到且有烫伤危险的部分做保温隔热处理,保证外表面温度不高于 50℃,并悬挂安全标志。保温材料采用优质材料,保温棉固定与连接牢固。其他设备隔热材料化学上属于中性,不燃烧,可忍受持续出现的最高温度,且可承受自振。
风管隔热层外采用铝板外壳。
CO 催化燃烧采用内部保温,保温厚度

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