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重慶杜馬斯克科技有限公司有機廢氣治理50000m3/h

重慶杜馬斯克科技有限公司有機廢氣治理50000m3/h


 

一、工藝方法選擇

目前用于有機廢氣處理的常規方法很多,如吸收法、吸附法、光催化氧化、低溫等離子體法、生物法等。  
(1)吸收法。吸收法處理臭氣的原理是吸收劑與廢氣逆向接觸,廢氣中易溶組分經過氣液傳質轉移到液相,從而從氣相中去除。該工藝方法操作簡單,適用于酸性氣體,易溶性氣體的處理。但處理效果有限,會形成二次污染,一般作為預處理工藝,與其他工藝聯用。
(2)吸附法。吸附法處理有機廢氣的原理是有機廢氣與吸附劑接觸,廢氣分子被吸附在孔道中,形成最初分子層,在范德華力作用下,廢氣分子不斷被吸附,從而從氣相中去除,氣體得到凈化排放。吸附法工藝開發很早,目前已經非常成熟。隨著吸附材料的不斷開發,吸附法工藝處理效果不斷提高,可處理的氣體范圍不斷擴大,成為國內主流處理方法之一。
(3)光催化氧化法。光催化氧化法工藝原理是在高能量的紫外光照射下,催化劑的表面會形成大量的高能活性氧自由基,高能活性氧自由基和氧氣接觸會形成臭氧。當有機廢氣進入處理區,高能活性氧自由基的能量將廢氣分子健打斷,形成無臭味的小分子化合物,同時臭氧也能將臭氣分子氧化形成無害的化合物。光催化氧化法適用于低濃度有機廢氣處理,處理效率較高,工藝設備簡單,操作維修方便,能耗低,不會形成二次污染。
(4)低溫等離子體法。低溫等離子體法利用高壓雙介質電暈放電,將空氣中的分子電離,形成高能活性粒子,高能活性粒子與空氣中的氧氣結合形成臭氧。當廢氣進入處理區,在高能粒子和臭氧的共同作用下,廢氣分解氧化形成無害的化合物。低溫等離子體法適用于低濃度的有機廢氣處理。
(5)生物法。生物法原理是有機廢氣進入處理區,與掛膜的生物填料接觸,有機廢氣中的組分不斷被吸收,吸附,降解,從而得到凈化。生物法工藝簡單,操作簡單,適用于低濃度有機廢氣處理。存在二次污染的問題。
因此,根據本項目的尾氣參數,本項目采用光催化氧化法+吸附組合處理工藝。

二、設計思路

本項目設計思路如下:
(1)客戶提供的設計參數(處理介質的風量、濃度、壓力和溫度等)和客戶提出的要求;
(2)其他與本項目設計有關的資料文件等。
處理工藝的選擇, 應根據氣量大小、凈化要求、回收的可能性、設備建造和運轉的經濟性等條件全面考慮, 實際工作中應特別注意與工藝密切配合, 盡可能做到綜合利用。
目前,國內外對有機廢氣治理的常用方法有三種:液體吸收法、活性炭吸附法。液體吸收法凈化效率為60%~80%,適合處理低濃度,大風量的有機廢氣,但存在著二次污染;活性炭吸附法凈化效率為99.2%~99.3%,對于處理大風量、低濃度的有機廢氣。國內外一致認為該法是最為成熟和可靠的技術。針對這些問題,結合本工程的特點和具體要求,采用利用活性炭固定床吸附系統對工業有機廢氣進行凈化,選用蜂窩狀活性炭做為吸附劑。

三、工藝設計與選型

處理工藝流程描述
根據環評要求,生產工藝中產生的有機廢氣分兩根排氣筒進行排放。1#排氣筒包含第一段硫化廢氣;煉膠廢氣;第二段硫化廢氣及烘干廢氣,風量合計54000m3/h。2#排氣筒主要為噴涂廢氣,風量為12000m3/h。
1)1#排氣筒
1#排氣筒中第一段硫化廢氣和烘干廢氣收集方式為密閉收集,在生產線中分別修建一座密閉操作間,尺寸分別為:25*4*4m和5*3*2.5m;煉膠廢氣,第二段硫化廢氣采用頂吸罩的方式收集尺度分別為:1.9*1.3m和1.3*0.9m。幾種廢氣依靠風機為動力,送入廢氣處理裝置中。先通過干式過濾器,去除部分顆粒物,然后進入兩級UV光催化設備中,依靠UV紫外燈管在二氧化鈦的催化下將廢氣中的有機物化學鍵裂解,形成部分小分子有機物,水和二氧化碳。其中小分子有機物在后端的活性炭吸附塔進行處理,最后達標排放。
2)2#排氣筒
2#排氣筒中2#排氣筒主要為噴涂廢氣收集方式為密閉收集,在生產線中修建一座密閉操作間,尺寸為:8*6*2.5m和5*3*2.5m;廢氣依靠風機為動力,送入廢氣處理裝置中。先通過干式過濾器,去除部分顆粒物,然后進入兩級UV光催化設備中,依靠UV紫外燈管在二氧化鈦的催化下將廢氣中的有機物化學鍵裂解,形成部分小分子有機物,水和二氧化碳。其中小分子有機物在后端的活性炭吸附塔進行處理,最后達標排放。

四、工藝特點

(1)處理效率高。本項目吸附劑采用較大比表面積和較大CCl4吸附值的吸附材料,同時控制廢氣與吸附材料接觸的時間,使處理效率達到90%以上。

(2)技術成熟,穩定可靠。
(3)自動化控制,實現無人值守。
(4)裝置操作簡單,維修方便。

五、收集措施及風量

(1)集氣罩收集措施
根據現場勘測,污染源重點在煉膠機,第二段硫化機工藝中。所以收集對象主要放在壓縮槽里。根據現場情況,該項目適用于側吸方式對廢氣進行收集。
局部排風罩是局部排風系統的重要組成部分。它的效能對整個排風系統的技術經濟性能具有十分重要的影響。設計完善的局部排風罩可用較小的風量獲得最佳的控制效果,并且保證工作區的有害物質濃度符合國家衛生標準的規定。外部吸氣罩是局部排風罩的一種類型。外部吸氣罩是通過罩口的抽吸作用在距離吸氣口最遠的有害物散發點(即控制點)上造成適當的空氣流動,從而把有害物吸入罩內。外部排風罩又稱為開敞式排風罩,這種排風罩的特點是,污染源基本上是敞開的,而排風罩只在污染源附近進行吸氣。為了使污染物被排風罩吸入,排風罩必須在污染源周圍形成一速度場,其速度應能克服污染物的流動速度而引導至排風罩。開敞式吸氣口的風速衰減很快,因此開敞式排風罩應盡量靠近污染源處。同時,吸氣口處有圍擋時,風速的衰減速度減緩,因此開敞式排風罩在有可能的條件下盡量有圍擋。外部吸氣罩根據吸氣罩口的形狀分為圓形與矩形;根據吸氣罩設置的位置分為側吸罩和上吸罩;根據吸氣罩的構造分為四周有法蘭邊和無法蘭邊兩種。

六、UV光催化設備

(1)分解原理
主處理系統(UV光氧催化發生器)由殼體、UV紫外燈管、二氧化鈦光觸媒、獨立控制柜等組成。
紫外燈管和光觸媒是發生器的核心部分,本發生器采用蜂窩式二氧化鈦光觸媒,185nm與254nm波長紫外燈管相配合,使其達到最好的凈化效果:
紫外線燈數量數量:84/126套
功率:150w/支
紫外線波長:185/254nm
催化劑:TIO2  8kg
催化劑載體:聚合物蜂窩
載體表面積:160㎡
安全性:開門檢修自動斷電
UV光氧催化的凈化方式是發生柜能否能正常凈化廢氣的關鍵技術,其工作原理是:光氧催化設備分解廢氣分子:運用253.7納米波段光切割、斷鏈、燃燒、裂解廢氣分子鏈,改變分子結構,為第一重處理;取185納米波段光對廢氣分子進行催化氧化,使破壞后的分子中子或原子以O3進行結合,使有機或無機高分子惡臭化合物分子鏈,在催化氧化過程中,轉變成低分子化合物CO2、H2O等,為第二重處理;再根據不同的廢氣成分配置27種以上相對應的惰性催化劑,催化劑采用蜂窩狀金屬網孔作為載體,全方位與光源接觸,惰性催化劑在338納米光源以下發生催化反應,放大10-30倍光源效果,使其與廢氣進行充分反應,縮短廢氣與光源接觸時間,從而提高廢氣凈化效率,催化劑還具有類似于植物光合作用,對廢氣進行凈化效果,為第三重處理,通過三重處理后的廢氣其除臭最高可達99%以上,凈化、脫臭效果大大超過GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標準》二級排放標準,GB14554-93《惡臭污染物排放標準》。最后經高能紫外線光解催化氧化處理后的廢氣通過后端風機抽風形成負壓從15m煙囪安全、達標的排放到大氣中。  
殼體部分:包括凈化室、分室隔板、檢修門及不銹鋼殼體結構。
獨立電源:包括獨立電源、電控系統等。

七、活性炭吸附塔

(1) 吸附原理
在用多孔性固體物質處理流體混合物時,流體中的某一些組分或某些組分可被吸引到固體表面并濃集其上,此現象稱為吸附。吸附處理廢氣時,吸附的對象是氣態污染物,被吸附的氣體組分稱為吸附質,多孔性物質稱為吸附劑。
由于多孔性固體吸附劑表面存在著剩余吸引力,固表面具有吸附力。根據吸附劑表面與被吸附物質之間作用力的不同,吸附可分為物理吸附和化學吸附,但同一污染物可在較低溫度下發生物理吸附,而在較高溫度下發生化學吸附,或者兩種吸附同時發生,兩者之間沒有嚴格的界限。兩者的主要區別見,表 4-1 
表4-1 物理吸附與化學吸附的區別

性質

物理吸附

化學吸附

吸附力

范德華力

化學鍵力

吸附層數

單層活多層

單層

吸附熱

?。ń谝夯療幔?/span>

大(近于反應熱)

選擇性

無或很差

較強

可逆性

可逆

不可逆

吸附平衡

易達到

不易達到

 

 
吸附劑與吸附質間的吸附力不強,當氣體中吸附質分壓降低或溫度升高時,容易發生脫附。工業上的吸附操作正是利用這種可逆進行吸附劑的再生及吸附質的回收利用的。
(2) 吸附機理
吸附和脫附互為可逆過程。當用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質時,由于吸附劑表面沒有吸附質,因此也就沒有吸附質的脫附。但隨著吸附的進行,吸附劑表面上的吸附質量逐漸增多,也就出現了吸附質的脫附,且隨時間的推移,脫附速度不斷增大。但從宏觀上看,同一時間內吸附質的吸附量仍大于脫附量,所以過程的總趨勢認為吸附。當同一時間內吸附質的吸附量與脫附量相等時,吸附和脫附達到動態平衡,此時稱為達到吸附平衡。平衡時,吸附質再在流體中的濃度和在吸附劑表面上的濃度不再變化,從宏觀上看,吸附過程停止。平衡時的吸附質在流體中的濃度稱為平衡濃度,在吸附劑中的濃度稱為平衡吸附量。
當吸附質與吸附劑長時間接觸后,終將達到吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對吸附質的極限吸附量,亦稱靜吸附量分數或靜活性分數,用Xt表示,無量綱。它是設計和生產中十分重要的參數。吸附平衡時,吸附質在氣、固兩相中的濃度關系,一般用吸附等溫線表示。吸附等溫線通常根據實驗數據繪制,也常用各種經驗方程式來表示。
(3)吸附器選擇的設計計算
吸附器的設計計算應包括確定吸附器的形式,吸附劑的種類,吸附劑的需要量,吸附床高度,吸附周期等,這些參數的選擇應從吸附平衡,吸附傳質速率及壓降來考慮。
1) 吸附器的確定
① 對吸附器的基本要求:
② 具有足夠的過氣斷面和停留時間;
③ 良好的氣流分布;
④ 預先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質;
⑤ 能夠有效地控制和調節吸附操作溫度
⑥ 易于更換吸附劑。
     吸附工藝根據吸附劑在吸附器上的工作狀態,可將吸附器分為固定床、移動床和流化床過程,相應的三種吸附器的主要特點比較見,表 4-2
表4-2三種吸附器主要特點比較

類型

主要特點比較

 
固定床
吸附器

1.結構簡單、制造容易、價格低廉
2. 適用于小型、分散、間歇性的污染源治理
3.吸附和脫附交替進行、間歇操作
4.應用廣泛

 
移動床
吸附器

1.處理氣體量大,吸附劑可循環使用,適用于穩定、連續、量大的氣體凈化
2. 吸附和脫附連續完成
3.動力和熱力消耗較大,吸附劑磨損較為嚴重

 
流化床
吸附器

1.結構復雜,造價昂貴
2.氣體和固體接觸相當充分
3. 生產能力大,適合治理連續性、大氣量的污染源
4.吸附劑和容器的磨損嚴重

 

結合工藝特點和經濟技術可行性分析,本設計吸附器采用臥式圓錐形固定床吸附器,殼體為圓形,封頭為橢圓形,其優點是流體阻力小,可以減少氣體流經吸附床層的動力消耗,易產生氣流分配不均運現象,故吸附質以整砌形式放在抽屜式的凈化單元中,抽屜間設有防治氣體短路的擋板,在氣體入口的吸附劑之間裝有氣體整流裝置,力求氣體均勻。抽屜式的裝卸吸附劑方式非常方便,利于操作。
吸附器外觀尺寸:L×B×H=25000×15000×15000mm
    材料:鋼板δ=4
壓降: 1000  Pa  
(4) 吸附劑的選擇
   如何選擇、使用和評價吸附劑,是吸附操作中必須解決的首要問題。一切固體物質的表面,對于流體的表面都具有物理吸附的作用,但合乎工業要求的吸附劑則應具備以下一些要求:
① 具有大的比表面積
② 具有良好的選擇性吸附作用
③ 吸附容量大
④ 具有良好的的機械強度和均勻的顆粒尺寸。
⑤ 有足夠的熱穩定性及化學穩定性
⑥ 有良好的再生性能
⑦ 吸附劑的來源廣泛、造價低廉
實際中,很難找到一種吸附劑能同時滿足上述要求,因而在選擇吸附劑時要權衡多方面的因素。同時,目前對吸附過程的實質還了解得不十分清楚,因而鑒別吸附劑吸附性能,還只能依靠實驗測定和從生產中考察,尚不能從理論上推出。
常用的吸附劑主要有:活性炭、硅膠、分子篩沸石、活性氧化鋁與氧化鋁。其中活性炭是應用最早、用途較廣的一種優良吸附劑。它是一種具有非極性表面,為疏水性和親有機物的吸附劑,故活性炭常常被用來吸附回收空氣中的有機溶劑和惡臭物質,在環境保護方面用來處理工業廢水和治理某些氣態污染物。
活性炭的研究、生產和應用發展很快,目前應用較多的主要是粉末狀、顆粒狀的活性炭和活性炭纖維。除此之外,新型的活性炭也在積極開發之中,蜂窩狀活性炭便是其中的一種。
蜂窩狀活性炭為一種新型環保吸附材料,通過將優質活性炭和輔助材料制成蜂窩狀方孔的過濾柱,達到產品體積密度小、比表面積大的目的,目前已經大量應用在低濃度、大風量的各類有機廢氣凈化系統中。被處理廢氣在通過蜂窩活性炭方孔時能充分與活性碳接觸,吸附效率高,風阻系數小,具有優良的吸附、脫附性能和氣體動力學性能,可廣泛用于凈化處理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯類、酚類、酯類、醇類、醛類等有機氣體、惡臭味氣體和含有微量重金屬的各類氣體。采用蜂窩狀活性炭的環保設備廢氣處理凈化效率高,吸附床體積小,設備能耗低,能夠降低造價和運行成本,凈化后的氣體完全滿足環保排放要求。
綜合衡量各方面因素,如果企業經濟允許的話,建議吸附劑選用蜂窩狀活性炭纖維能較好的滿足技術經濟要求,其物理性能參數見表 4-3:
表4-3 蜂窩狀活性炭的物理性能

項目

性能指標

外形尺寸/㎜

100 ×100 ×100

孔數/㎝-2

32

孔壁厚/㎜

0.5

壓碎強度/Mpa

 正面:7.07;側面:0.3

體積密度/g.㎝-3

0.4~0.5

幾何外表面積/㎡.g-1

0.32

比表面積/㎡.g-1

700

著火點/℃

550

苯吸附率/%

0.2

 

其吸附性能主要取決于它的幾個主要材料參數和過程參數 。材料參數包括炭的吸附孔隙率、蜂窩結構的壁厚和炭的含量;過程參數包括流體流速、吸附質的濃度、吸附能(吸附能取決于碳結構和吸附質的特征如分子量)。穿透曲線是表征材料吸附性能的主要性能之一,是吸附前后吸附質濃度比值隨時間變化的一個函數 。此比值達到0.95時,所吸附的吸附質的總量就稱為穿透容量。穿透容量取決于流體流速、吸附質濃度和蜂窩炭組分含量等因素。對蜂窩狀活性炭來說,壁厚是一個非常重要的參數,可以通過改變壁厚來提高它的吸附效率。在孔隙率相同的情況下,壁厚增加,則單位體積蜂窩的炭含量也隨之增加,從而可以提高吸附容量。這是因為壁厚增加,蜂窩中流體通道的截面積減少,這樣真實的表面或體積流速也會增大。同時,吸附質與炭之間的接觸效率也會提高,這兩者之間存在一個平衡關系。在給定的條件下,這個平衡關系將決定吸附增加還是減少。如果吸附質以較高的擴散速度擴散到蜂窩壁的內部,由此空出來的吸附位又可連續吸附,因此厚壁蜂窩應該具有更好的吸附效率和吸附容量 。
(5)空塔氣速和橫截面積的確定
空塔氣速為氣體通過吸附器整個橫截面的速度??账馑俚倪x擇, 不僅直接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小, 而且還會影響吸附效率。氣速很小, 則吸附器尺寸很大, 不經濟; 氣速過大, 則壓降會增大, 使吸附效率受到影響。通過實驗確定最佳氣速。吸附設計中不能追求過高的吸附效率,把空塔速度取值降小,那樣會使吸附床體積、吸附劑用量和設備造價大為增高;反之也不宜取過大的空塔氣速那樣設備費用雖低,但吸附效率下降很多,且體系壓降會隨空塔速率的增大上升很快,造成動力消耗過大,因此因選取合適的空塔氣速,最適宜空塔氣速為0.5~1.2m/s,依此經驗結論,本設計確定
空塔氣速: U = 0.6 m/s.

 

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