1 前言
含VOC (Volatile organic compounds , 揮發(fā)性有機(jī)物) 廢氣的污染防治問題逐漸受到重視,引進(jìn)國(guó)外治理設(shè)備存在投資大、運(yùn)行成本高的問題,國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工藝存在技術(shù)落后、運(yùn)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(chǔ),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(shí),回收了大量的VOC 溶劑,使環(huán)保投入產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。在此以某精細(xì)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(chǎn)醫(yī)藥中間體,尾氣為反應(yīng)釜卸料時(shí)的排氣及進(jìn)料前的洗氣,共有18 個(gè)反應(yīng)釜不同時(shí)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(yīng)釜排氣為間歇排氣,特設(shè)氣體緩沖罐使尾氣均勻進(jìn)入纖維活性炭吸附床。設(shè)兩臺(tái)吸附床,一臺(tái)處于降溫吸附過程,另一臺(tái)處于加熱脫附過程中,兩臺(tái)吸附床 通過電動(dòng)閥門自動(dòng)轉(zhuǎn)換作用。吸附過程啟動(dòng)設(shè)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(jīng)吸附后,凈化氣體由排氣風(fēng)機(jī)進(jìn)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(fēng)機(jī),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(jīng)預(yù)冷卻器降溫,再經(jīng)冷凝器使VOC 冷凝回收下來,之后氣體經(jīng)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(fēng),脫附濃縮比較高。
3 工藝要點(diǎn)
3.1 吸附、脫附性能參數(shù)確定
目前活性炭產(chǎn)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?。本工藝采用纖維活性炭為吸附劑,由于吸附劑的吸附2脫附性能是確定本工藝的關(guān)鍵因素,而廠家提供的有關(guān)參數(shù)存在不詳、失實(shí)問題。因此針對(duì)類似工況作纖維活性炭性能的實(shí)驗(yàn)室研究,結(jié)果見圖2。
試驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shè)計(jì)
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(nèi)空氣、N2 殘余量小,脫附循環(huán)氣體VOC 濃度提升快。吸附床設(shè)多層吸附層,層與層之間設(shè)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(shè)篩網(wǎng)托架,金屬耗量少,安裝緊揍,吸附床內(nèi)部剩余空間小,使脫附時(shí)VOC 濃度很快提升。
3.3 冷凝效率
為達(dá)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(yīng)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(yùn)行成本,設(shè)兩級(jí)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(yùn)行效果
該設(shè)備已運(yùn)行近一年,運(yùn)行效果見表1。
5 效益分析
(1) 設(shè)備投資:138 萬元(不含蒸汽鍋爐)。
(2) 運(yùn)行費(fèi)用見表2 (每年生產(chǎn)200 d ,24 h 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn))。
(3) 回收裝置投入運(yùn)行10 個(gè)月累計(jì)回收甲苯108 t ,四氫呋喃136 t ,回收液體直接回用作生產(chǎn)原料,節(jié)約生產(chǎn)成本約135 萬元。預(yù)計(jì)每年經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)162 萬元。
(4) 每年可減少排放128 t 甲苯、163 t 四氫呋喃蒸汽對(duì)大氣的污染。
6 結(jié)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(jīng)濟(jì)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(shí)間內(nèi)對(duì)活性炭進(jìn)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(dòng)力學(xué)性能好、效率高的特點(diǎn),適用于本工藝要求在短時(shí)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(fēng)量(10 000 m3Ph以下) 的VOC 廢氣治理,對(duì)低濃度、大風(fēng)量的VOC 廢氣處理存在投資大、運(yùn)行成本高、收益小
的缺點(diǎn)。
(6) 本工藝的安全性能應(yīng)充分重視,除應(yīng)采用防爆設(shè)備等措施外,應(yīng)設(shè)法使脫附的VOC 廢氣濃度控制在爆炸限以外。
