对于活性炭吸附和催化燃烧的组合过程,应采取相应的对策,避免上述问题。从安全的角度来看,加热系统采用电加热和新鲜空气,具有较高的安全系数;从经济角度来看,一般采用气体加热和废气;但最终方法需要在现场确定。如果催化燃烧过程单独使用,则不需要附着加热,则相应的风险比组合T艺术会议减少了很多,至于加热的方式,也需要结合企业的实际情况来确定。活性炭工艺单独使用,其运行的主要风险是活性炭的更换周期。目前还没有简单有效的方法来确定计算参数给出设计中的建议值。
活性炭吸附工艺
2.1工艺原理及适用范围
活性炭是活化后的碳,具有比表面积大、孔隙多的特点,吸附能力强。颗粒碳比表面积一般可达700-1200m2/g,其孔径范围为1.5nm一5um在两者之间。吸附方法主要通过两种方式:一种是活性炭与气体分子之间的范德华力。当气体分子通过活性炭表面时,气体分子首先被吸附到活性炭的外表面,小于活性炭孔的分子通过内部扩散到内表面,从而达到物理吸附的吸附效果;二是吸附剂与吸附剂表面原子之间的化学键合成,即化学吸附。活性炭吸附一般适用于风量大、浓度低、湿度低、粉尘含量低的有机废气。
2.2.影响吸附效果的因素
活性炭的吸附能力主要受其自身比表面积、孔隙大小、分子间力、化学键合成等因素的影响;在实践中,活性炭过滤面积、过滤风速和活性炭层厚是活性炭设计的关键。
《吸附法工业有机废气处理工程技术规范》中活性炭过滤风速(HJ固定床的吸附可以在2026-2013中找到,使用颗粒状吸附剂的气体流速应小于0.6m/s,纤维吸附剂气体流量应小于0.15m/s,蜂窝吸附剂气体流速应低于1.2m/s;根据处理风量和过滤风速计算过滤面积。
碳层厚度的设计需要与废气浓度、去除效率、活性炭更换时间等因素相结合。一般来说,计算碳层厚度的方法有两种:一是根据活性炭所需的更换周期确定活性炭的总填充量,然后根据过滤面积计算碳层厚度;第二,根据经验直接选择吸附箱尺寸、碳层风阻和过滤风速。
上述设计基于活性炭的吸附速率为恒定值或无限大到可以忽略不计。在实践中,目前无法有效计算吸附速率。不同的碳、不同的过滤风速、不同的风压等会影响碳层的吸附速率。
事实上,影响碳层吸附率的因素有:吸附质浓度、风压、温度、活性炭比表面积等。以下公式可以表示各种条件和参数之间的关系:
在确定停留时间后,可根据设计的过滤风速计算活性炭的厚度。
在相同条件下,活性炭层的厚度越厚,去除效率越高。然而,在实践中,为了提高设备的经济性,通常需要考虑碳层的厚度不能无限加厚。因此,活性炭层厚度的选择需要根据去除效率要求和碳本身的吸附率进行有效的设计和计算。从图1可以看出,(1)碳层厚度小,吸附速率慢,碳层容易穿透,导致去除效率低(2)碳层厚度大,吸附速率快,碳层不易穿透,碳可长期使用。
催化燃烧过程
3.1工艺原理及适用范围
催化燃烧是利用贵金属催化剂降低废气中有机物的活化能,使有机物处于较低温度(一般为250~300oC在左右两侧,不同成分的有机质,其催化燃烧温度不同)没有火焰燃烧。其原理是,当废气通过催化剂时,首先被吸附到催化剂表面,然后在一定温度下进行催化燃烧,以达到净化的目的。目前,有机废气处理中常用的催化剂一般为蜂窝状钯金属催化剂和铂金属催化剂。催化燃烧方法包括电加热和气体加热,燃烧类型包括直接催化燃烧(CO)和蓄热式催化燃烧(RCO)。催化燃烧一般适用于风量小、浓度高、温度高的气态有机物,且废气中不含硫、铅、汞、砷、卤素等中毒因子。
3.2设计注意点
(1)能耗:催化燃烧需要在一定的温度条件下进行,低温气体必须加热。风量越大,能耗越大,运行成本越高;因此,在选择该工艺时,在保证收集效率的前提下,尽量减少排气量,不仅可以提高排气浓度,提高废气单位热值,还可以减少风量,降低能耗;同时,还应考虑热量来回收废气中的热量。
(2)设备启动预热:设计时,设备预热应是动态的,而不是静态的;初始预热阶段使用的气体通常是空气,而不是废气,在系统达到设计温度后可以切换到废气。
(3)安全性:有机废气一般为易燃易爆气体。虽然高浓度可以回收有机燃烧产生的部分热量,降低能耗,但其浓度必须控制在爆炸限制范围内。一般情况下,需要设置可燃气体探测器、应急排气阀、稀释阀、消防阀等。
(4)热回收方法:在可接受能源消耗范围内,小风量一般采用简单的管道直接热交换回收热;对于超出可接受范围的能源消耗,通常需要采用蓄热催化燃烧来提高热回收效率。
4活性炭吸附和催化燃烧组合工艺
4.1工艺原理
在实践中,活性炭吸附和催化燃烧不仅可以单独使用,而且可以结合使用。组合使用主要利用两者之间的互补特性:活性炭吸附适用于高风量、低浓度废气、催化燃烧适用于低风量、高浓度废气,活性炭吸附在高温下的有机温下脱落J。从另一个角度来看,这种组合过程可以看作是活性炭的现场再生过程,不仅降低了活性炭吸附饱和后的更换处理成本,而且避免了活性炭吸附饱和不及时更换造成的过度排放风险。
4.2设计要点
随着催化燃烧废气处理应用的逐渐增多,相关技术也逐渐成熟。在设计方面,主要有以下要点:一是加热换热与尾气热回收换热的设计,二是催化剂填充层的设计和催化剂的选择,三是设备运行控制和安全控制设计。
4.3设计注意点
目前,气体加热、热交换和催化剂填充层的设计可以通过查阅相关数据进行设计和计算,但这些设备可以组合成一个系统进行设计。由于设备制造商之间存在市场竞争和技术保密,因此无法查阅关键设计计算。在系统的实际工程使用中发现的一些问题总结如下。
(1)活性炭加热和催化燃烧室加热控制。在使用脱附时+催化燃烧时,催化燃烧室烧室的温度提高到工作温度,然后逐渐加热活性炭;然而,一些制造商设计在催化燃烧室的温度未达到设计温度时加热和附着活性炭。在这种情况下,附着的废气不能通过催化燃烧室有效燃烧。
(2)催化燃烧室预热。催化室预热时,流动的气流没有动态加热,而是静态加热催化室内的空气。因此,一旦废气进入催化燃烧室,催化室的温度迅速下降,导致催化燃烧温度无法达到。
(3)活性炭脱附气体采用催化燃烧的热尾气。催化燃烧的尾气温度较高,一般为300℃为了降低能耗,一些厂家设计用处理后的废气作为脱附热气。活性炭碳的脱附温度仅为80-90℃,在使用废气之前,必须冷却废气。如果温度不能降低到设计范围,则存在活性炭着火的风险;此外,分离产生的有机废气为浓缩废气,浓度较高,与高温气体接触时有爆炸的风险。如果使用气体加热,气体燃烧产生的废气和气体本身中的一些因素也会对活性炭和催化剂产生不利影响;此外,如果气体没有得到很好的控制,天然气将直接进入催化装置而不燃烧,一旦点火就会爆炸,风险大于电加热。