1 前言
含VOC (Volatile organic compounds , 揮發(fā)性有機物) 廢氣的污染防治問題逐漸受到重視,引進國外治理設備存在投資大、運行成本高的問題,國內傳統(tǒng)工藝存在技術落后、運行不穩(wěn)定、效率低的問題,因此亟待研究開發(fā)新的治理工藝。
本工藝以吸附2冷凝回收原理為基礎,采用集成加熱器和冷卻器功能的新型吸附床纖維活性炭,在凈化廢氣的同時,回收了大量的VOC 溶劑,使環(huán)保投入產生了較好的經濟效益和環(huán)境效益。在此以某精細化工廠尾氣處理工程為例,介紹該工藝。
2 工藝流程及說明
2.1 尾氣狀況
該廠生產醫(yī)藥中間體,尾氣為反應釜卸料時的排氣及進料前的洗氣,共有18 個反應釜不同時段間歇排氣, 平均廢氣量約2 000 m3Ph , 其中甲苯濃度16.6 gPNm3 ,四氫呋喃(THF) 濃度為23.6 gPNm3 ,其余為空氣、N2 (洗氣用N2 ) 及微量氯乙烯,排氣溫度為常溫。
2.2 工藝流程圖(見圖1)
2.3 工藝流程說明
由于反應釜排氣為間歇排氣,特設氣體緩沖罐使尾氣均勻進入纖維活性炭吸附床。設兩臺吸附床,一臺處于降溫吸附過程,另一臺處于加熱脫附過程中,兩臺吸附床 通過電動閥門自動轉換作用。吸附過程啟動設于固定炭層間的冷卻器,以吸收吸附熱、降低床層溫度,尾氣經吸附后,凈化氣體由排氣風機進入煙囪排放。脫附過 程,開啟固定炭層間的加熱器及循環(huán)風機,使系統(tǒng)全面加熱,隨著活性炭溫度提高,VOC逐漸解析出來,循環(huán)氣體中VOC 濃度也不斷提高。吸附床排出的氣體先經預冷卻器降溫,再經冷凝器使VOC 冷凝回收下來,之后氣體經加熱器升溫回到吸附床加熱解析活性炭,脫附過程不引入新風,脫附濃縮比較高。
3 工藝要點
3.1 吸附、脫附性能參數確定
目前活性炭產品中,以纖維活性炭性能最佳,蜂窩活性炭次之,而顆?；钚蕴吭俅巍１竟に嚥捎美w維活性炭為吸附劑,由于吸附劑的吸附2脫附性能是確定本工藝的關鍵因素,而廠家提供的有關參數存在不詳、失實問題。因此針對類似工況作纖維活性炭性能的實驗室研究,結果見圖2。
試驗條件:甲苯濃度3 000 ×10 - 5 ,溫度20 ℃,炭層高0.1 m。本工藝取有效吸附周期15 min ,吸附量質量分數為40 % ,吸附溫度≤40 ℃,有效脫附周期15 min ,脫附率90 % ,脫附溫度150 ℃。
3.2 吸附床設計
為獲得理想的吸附和脫附效率,要求吸附床升溫、降溫速度快,床內空氣、N2 殘余量小,脫附循環(huán)氣體VOC 濃度提升快。吸附床設多層吸附層,層與層之間設有冷卻器及加熱器,采用翼式板式金屬換熱器換熱效率較高,可以迅速地升溫或降溫;換熱器特制為模塊狀,體積 小、重量輕,活性炭設篩網托架,金屬耗量少,安裝緊揍,吸附床內部剩余空間小,使脫附時VOC 濃度很快提升。
3.3 冷凝效率
為達到較高的冷凝回收率,除提高脫附氣體VOC濃度(即提升濃縮比) 外,應選取較低的冷凝溫度,以降低VOC 飽和蒸汽分壓,提高回收率。本工藝控制冷凝溫度為- 5 ℃,甲苯回收率≥90 % ,THF 回收率≥85 %。為減少冷凍水用量、降低運行成本,設兩級冷卻、冷凝,先用循環(huán)冷卻水使脫附氣體冷卻至40 ℃以下, 再用- 5 ～ - 10 ℃的冷凍水使氣體降溫至- 5 ℃,大部分VOC 得以冷凝回收。
4 運行效果
該設備已運行近一年,運行效果見表1。
5 效益分析
(1) 設備投資:138 萬元(不含蒸汽鍋爐)。
(2) 運行費用見表2 (每年生產200 d ,24 h 連續(xù)運轉)。
(3) 回收裝置投入運行10 個月累計回收甲苯108 t ,四氫呋喃136 t ,回收液體直接回用作生產原料,節(jié)約生產成本約135 萬元。預計每年經濟效益可達162 萬元。
(4) 每年可減少排放128 t 甲苯、163 t 四氫呋喃蒸汽對大氣的污染。
6 結論與問題
(1) 高濃度VOC 廢氣采用纖維活性炭吸附2熱力脫附2冷凝回收的處理工藝是可行的,它具有顯著的經濟效益和環(huán)境效益。
(2) 集成了冷卻器和加熱器功能的吸附床能在短時間內對活性炭進行升溫或降溫,使吸附、脫附速度提高,效率增大。
(3) 纖維活性炭具有吸附、脫附動力學性能好、效率高的特點,適用于本工藝要求在短時間不斷切換吸附、脫附過程的吸附裝置。
(4) 冷凝溫度和加熱速度是脫附效率、回收效率的重要保證。
(5) 本工藝適用于高濃度(1 ×10- 3以上) 、小風量(10 000 m3Ph以下) 的VOC 廢氣治理,對低濃度、大風量的VOC 廢氣處理存在投資大、運行成本高、收益小
的缺點。
(6) 本工藝的安全性能應充分重視,除應采用防爆設備等措施外,應設法使脫附的VOC 廢氣濃度控制在爆炸限以外。
