活性炭吸附器﹢蓄热式热氧化器集成设备的开发研究.pdf

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1、第43卷第1期化工机械55活性炭吸附器+蓄热式热氧化器集成设备的开发研究+陈华栋料1张翠亚1曹冠宇2曹学博3路涛4(1．天华化工机械及自动化研究设计院有限公司；2．天津大学化工学院；3．长城钻探工程有限公司；4．中国石油长庆油田分公司)摘要设计了处理VOCs甩的活性炭吸附器+蓄热式热氧化器集成设备．并对其社会效益和经济效益进行了分析。关键词活性炭吸附浓缩蓄热式热氧化器VOCs中国分类号TQ053．3文献标识码A文章编号0254-6094(2016)01-0055-04挥发性有机物(VOCs)不仅直接危害动、植物生长，而且

2、会导致大气臭氧层破坏，形成有毒的光化学烟雾，更是雾霾天气的重要成因之一。2010年5月，国家正式提出了开展VOCs防治工作，将VOCs与SO：、NO；、颗粒物并列为重点污染控制物。VOCs治理迫在眉睫，笔者设计了处理VOCs用的活性炭吸附器+蓄热式热氧化器集成设备，并对其社会效益和经济效益进行了分析。1VOCs净化技术VOCs主要由家具制造、汽车制造、电子制造、机械元件加工及印刷等行业产生⋯，其中大多数的喷涂工艺(如汽车制造行业和电子制造行业)和印刷工艺产生的废气具有高通量、低浓度的特点。VOCs的最大排放方式是含VOC

3、s产品的使用和排放。据统计，若不加以治理，预计2020年工业源的VOCs排放量将达到1751万t¨。。针对VOCs的净化技术有吸附、催化燃烧、生物处理、热力燃烧、等离子体、冷凝、膜分离和吸收技术，各技术的应用情况见表1。目前为止，对于低浓度(小于1g／m3)、高通表1VOCs的净化技术的应用情况+兰州市人才创新创业项目扶持资金(2014一RC一35)。++陈华栋，男，1986年11月生，工程师。甘肃省兰州市，730060。56化工机械2016拄量(大于10000m3／h)VOCs的处理，应用最多的技术是活性炭吸附工艺与燃

4、烧催化工艺或直接燃烧工艺联用技术。其中前者有较多专利，但催化剂价格昂贵、易中毒，寿命和处理效率受尘粒和雾滴影响的问题一直得不到解决；后者存在能源消耗量大的问题。2集成设备针对以上问题，笔者积极响应国家环保政策，以低浓度、高通量的挥发性有机废气为处理对象，将最优的活性炭吸附工艺和蓄热式热氧化工艺联用，不仅避免了前者吸附物直接排放存在二次污染、后者只适用于中高浓度VOCs处理的弊端，并使两者优势互补，研究出一套处理速度快、处理量大、寿命长、装置能耗低、可连续运行、对VOCs种类适用面广、热回用效率高和处理效果好的活性炭吸附器

5、+蓄热式热氧化器集成设备技术。2．1工艺流程活性炭吸附器+蓄热式热氧化器集成设备工艺流程如图1所示。设备由活性炭吸附浓缩单元(简称CAC单元)和蓄热式热氧化单元(简称RTO单元)两部分组成。分为预处理、吸脱附和氧化3个阶段。首先，低浓度、高通量的VOCs经冷却过滤去除颗粒物质、漆雾和水分。然后，废气经过活性炭吸附床，在常温条件下利用活性炭吸附有机物；当活性炭吸附饱和后，向吸附床通人气体流量为吸附时1／5的小流量高温空气使有机污染物得以解吸，解吸后高浓度的污染物气体进入后置的RTO设备。最终在RTO设备中，浓缩的有机废气先

6、在预热室吸收热量升温后，进入燃烧室高温焚烧；燃烧后的高温气体再经过其他蓄热室降温，蓄热室中的填料会利用其特有的蓄热能力蓄存此高温气体的热量，而蓄存的热量被用于新进入有机废气的预热；降温后的气体一部分排放、一部分用于蓄热室反吹扫；不断周期性地改变气流的方向，来稳定炉膛的温度。为充分利用氧化炉燃烧尾气余热，将尾气的氧化燃烧余热通过热交换器加热空气，用于活性炭吸附浓缩单元的脱附解吸阶段。图1CAC．RTO工艺流程示意图2．2主要装置2．2．1CAC单元吸附法具有净化效率高、操作方便、能耗低、工艺成熟及易于推广等特点，可应用于有

7、机废气浓缩。其中活性炭由于价格低廉、吸附效果好，应用最广。活性炭包括粉末状、颗粒状、蜂窝状及活性炭纤维等。考虑到活性炭纤维具有材料利用率高、比表面积大、吸脱附速率快(是颗粒状的10～100倍)、吸附容量大(是颗粒状的1．5～10倍)、体密度小、滤阻小(是颗粒状的1／3)、漏损小、厚度薄、占用空间小、强度高、不易粉化及热稳定性好等优点¨1，该单元选用活性炭纤维作为吸附剂。CAC单元采用可有效保证设备连续运行的第43卷第1期化工机械57旋转转盘式设计，其中，吸附转盘由交替工作的5个均等吸附块组成。每个吸附块都会依次经过3个阶

8、段：低温吸附、高温脱附和冷却闲置。任意时段的吸附块状态：一个吸附块处在吸附阶段，一个吸附块处在脱附阶段，3个吸附块处在冷却闲置阶段。经预处理的有机气体先经吸附阶段得到净化，待吸附块吸附饱和后，旋转转盘，使其进入到脱附阶段，吸附剂上的吸附物经体积只有原始有机废气体积1／5的高温热空气进行脱附，有机废气从高通量、低浓度被