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溪云环保:活性炭吸附法(废气预处理、工艺流程等)

返回列表 浏览量:429 发布日期:2019-11-20 22:58:29【

当前我国VOCs排放涉及的行业广,且各行业排放的VOCs种类繁多、成分复杂,常见的有烃类、醇类、醚类、酯类等。加油站、装修、餐饮、干洗、喷涂、化工等生产或使用有机溶剂的行业都会产生VOCs排放。

此外,VOCs治理技术体系复杂,涉及十多种技术及组合技术,一般一个环保治理企业只能掌握一种或几种技术。

溪云环保:活性炭吸附法(废气预处理、工艺流程、处理要求及成本分析)

今天分享的是目前工业VOCs治理的主流技术之一:活性炭吸附技术。

活性炭是应用最广泛的吸附剂,其生产和使用可以追溯到19世纪。活性炭之所以被广泛使用主要是因其具有大量的微孔和中孔,且表面积巨大。典型活性炭的孔径分布及其与其他吸附剂的比较如下图所示。



溪云环保:活性炭吸附法(废气预处理、工艺流程、处理要求及成本分析)

图源《吸附剂原理与应用》,[美]Ralph T.Yang著


据了解,活性炭吸附技术是VOCs治理的主流技术之一,技术成熟、简单易行、治理成本低、适应范围广,在所有的治理技术中占有非常大的市场份额,在涂装、包装印刷、石油化工、化学品制造、医药化工和异味治理等领域都得到了广泛的应用。


但由于业内人员对活性炭的基本性能、活性炭吸附技术的适用范围和使用条件等缺乏规律性认识,在活性炭选型、工艺设计和净化装备设计中存在较大随意性,造成净化设备效率低,存在安全隐患,活性炭再生更换困难等问题。市场上很多环保公司对活性炭吸附技术过于低估(简单误认为活性炭吸附技术无非就是简单的吸附—脱附)。


行业的种种不规范及工艺混乱,导致目前不少地方环保主管部门陷入了“闻炭色变”的误区。满足当前国内VOCs污染实际治理工程的实际需要,正确引导行业规范活性炭在挥发性有机物(VOCs)净化中的应用,显得至关重要。


 吸附法主要适用于低浓度气态污染物的吸附分离与净化,对于高浓度的有机气体,一般情况下首先需要经过冷凝等工艺进行“降浓”处理,然后再进行吸附净化。对于“油气”等高浓度VOCs气体的净化,也可以采用吸附法(降压解吸再生),但对活性炭有一些特殊的要求。


溪云环保:活性炭吸附法(废气预处理、工艺流程、处理要求及成本分析)

图:活性炭吸附装置,图源网络



01
废气的预处理


(一)污染物浓度要求


除溶剂和油气储运销装置的有机废气吸附回收外,进入吸附装置的有机废气中有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%。当废气中有机物的浓度高于其爆炸极限下限的25%时,应使其降低到其爆炸极限下限的25%后方可进行吸附净化。

 

 

 


对于含有混合有机化合物的废气,其控制浓度P应低于最易爆炸组分或混合气体爆炸极限下限值的25%,即P<min(Pe ,Pm)×25%,Pe为最易爆组分爆炸极限下限值(%),Pm为混合气体爆炸极限下限值,Pm按照下式进行计算:


  Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)      

  式中:

    Pm  ——混合气体爆炸极限下限值,%


    P1,P2,…,Pn  ——混合有机废气中各组分的爆炸极限下限值,%


    V1,V2,…,Vn  ——混合有机废气中各组分所占的体积百分数,%


    n  ——混合有机废气中所含有机化合物的种数。  



(二)气体温度要求

 进入吸附装置的废气温度宜低于40℃。 

溪云环保:活性炭吸附法(废气预处理、工艺流程、处理要求及成本分析)


(三)废气湿度对活性炭吸附性能的影响

1、由于活性炭表面通常含有大量的含氧基团,一般活性炭均具有较强的吸水能力,与有机物产生竞争吸附作用。

溪云环保:活性炭吸附法(废气预处理、工艺流程、处理要求及成本分析)

2、活性炭中含有灰分(金属氧化物),提高了其吸水能力。

溪云环保:活性炭吸附法(废气预处理、工艺流程、处理要求及成本分析)

如何提高活性炭的疏水性能

(1)原材料的影响:如煤种的影响、沥青基球型活性炭具有较好的疏水能力;

(2)高碘值活性炭(挥发份低)的疏水能力通常要优于低碘值的活性炭; 

(3)对活性炭进行表面疏水改性,去除或减少表面含氧基团、降低灰分(金属氧化物)。


(四)颗粒物的含量要求

进入吸附装置的颗粒物含量宜低于1mg/m3。

粉尘:细颗粒物(化工、家具等)

漆雾颗粒物(形成气溶胶):影响最大

絮状颗粒物:印刷、橡胶、化纤等生产过程产生


(五)废气成分的影响

1、活性炭的“中毒”(或劣化):

高沸点(或“半挥发性”)物质再生困难,在活性炭上聚集,如硅烷、油脂等化合物,需要通过冷凝、过滤、吸附等预处理首先进行去除;

发生聚合反应,造成在活性炭上聚集,如甲醛、苯乙烯等;

二硫化碳(硫化氢)等吸附反应形成单质硫的聚集。

    

在吸附气体中即使含有微量的高分子物质或聚合性物质,在活性炭中聚集,也会很快引起活性炭吸附性能急剧下降。


2、活性炭的反应活性(催化性):

活性炭表面具有催化活性,会与一些化合物部分进行氧化、水解等催化反应。


典型反应:

(1)乙酸乙酯、乙酸丙酯等易发生水解反应形成有机酸;

(2)MEK(甲乙酮)、MIBK(甲基异丁基酮)易被氧化形成有机酸和丁二酮;环己酮氧化或聚合形成环亚己基环己酮;

(3)甲醛、苯乙烯等易发生聚合反应;

(4)其他:如树脂生产中的添加剂带入二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺在活性炭上会发生水解生产二甲胺,造成臭气排放问题。


造成的问题:

(1)回收的溶剂变色、发臭(如包装印刷废气);

(2)聚合后难再生,造成活性炭中毒(劣化)

(3)反应放热,造成活性炭着火。


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