催化燃烧设备,有机废气处理,废气净化设备

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化工厂废气处理
浏览: 发布日期:2019-04-12
化工厂废气处理
       化工废气是指在化工生产中由化工厂排出的有毒有害的气体。化工废气往往含有污染物种类很多,物理和化学性质复杂,毒性也不尽相同,严重污染环境和影响人体健康。不同化工生产行业产生的化工废气成分差别很大。化工厂产生的废气通常大致分为三类:一是含硫的化合物,如硫化氢、硫醇类、二甲基硫、硫醚类及含硫的杂环化合物等;二是含氮的化合物,如氨、胺类、腈类、硝基化合物及含氮杂环化合物等;三是碳、氢或碳、氢、氧组成的化合物(低级醇、醛、脂肪酸等)。其中对人体影响较大的八大恶臭物质是:硫化氢、氨、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、苯乙烯、二甲二硫。而我们通常所指的恶臭气体,是指在空气中扩散带有恶臭的气体。氯碱行业产生的废气中主要含有氯气、氯化氢、氯乙烯、汞、乙炔等,氮肥行业产生的废气中主要含有氮氧化物、尿素粉尘、一氧化碳、氨气、二氧化硫、甲烷等。

       按照污染物存在的形态,化工废气可分为颗粒污染物和气态污染物,颗粒污染物包括尘粒、粉尘、烟尘、雾尘、煤尘等;气态污染物包括含硫化合物、含氯化合物、碳氧化合物、碳氢化合物、卤氧化合物等。
       按照与污染源的关系可分为一次污染物和二次污染物。从化工厂污染源直接排出的原始物质,进入大气后性质没有发生变化,称一次污染物;若一次污染物与大气中原有成分发生化学反应,形成与原污染物性质不同的新污染物,称为二次污染物。
       反应釜恶臭废气治理工艺采用吸收法+生物处理的组合工艺,前端的吸收法首先对废气中的苯系污染物及非甲烷总烃、脂类等污染物吸收并溶解。既可吸收水洗不能溶解的溶剂,又具有间隙运行,易于管理,运行灵活的特点。与改良的高效旋流板塔配套使用,达标的尾气在生物系统中去除臭味。

       异味扰民问题已经成为影响现阶段我国经济发展和社会稳定的问题之一,由于异味扰民引起的诉事件近年来不断增加,异味的治理工作已经成为各地环境保护部门最为关注的问题。异味的产生源包括工业源和生活源。工业源包括炼油、塑料、橡胶、合成纤维、精细化工、日用化工、化学制药、生物制药、农药、化肥、纺织印染、工业污水处理、食品加工、肉产品加工、海产品加工、饲料加工等众多行业;生活源包括垃圾储存与转运、垃圾填埋与焚烧处理、生活污水处理、堆肥、餐饮油烟等。异味污染物排放浓度低,一般在几十ppm 以下,有的甚至在ppb 级,治理困难。由于涉及的行业众多,加之之前经济快速发展过程中异味污染的遗留问题多。

       解决恶臭异味扰民问题是近年来政府部门主抓的重点。由于市场需求巨大,国内企业开发了以解决异味净化为主要目的的一些治理技术,如低温等离子体破坏技术、光催化和光氧化技术、低温(常温)催化氧化技术以及一些组合净化技术。目前有大量的工程公司从事以上一些技术的推广应用工作,也有众多的研究机构针对以上技术在进行相关研究工作。总体来讲这些治理技术对于恶臭异味都有一定的净化效果,随着近年来研究工作的不断深入,适用范围也在逐渐扩大,特别是与之相关的一些组合或协同治理技术的发展较快,提高了净化效率。
 

化工废气的治理技术

       化工有机废气(VOCs)污染控制技术的发展,很大程度上是与各个国家制定的环保政策密切相关。为了保持空气的质量,世界各国对于VOCs的排放都进行严格的控制,规定了排放的界限值,而且越来越严格。解决化工废气的污染问题,从根本上讲,是要提倡不用或者少用有机溶剂,或将有机溶剂回收后循环再利用。对于前者,目前各个国家都在制定相关章程,逐步实行有机溶剂减排的强制措施,以及开发不含有机溶剂的涂料。对于后者,在以空气作为载体的VOCs废气存在的情况下,要将有机溶剂最大限度地回收并循环再利用,在大多数情况下都有着一定的困难。原因主要在于:首先,风量太大,浓度过低;其次,化工有机废气往往并非是单一组分,而是多组分的,很难回收,或者想要达到能再利用的纯度,在经济上几乎无法承受。因此,在多数情况下,只能采用破坏的方法,即将VOCs转化为无害的物质,再排入空气中。对企业来讲,要实现环保,必须要投资。因此,如何做到既环保(而且还要避免产生二次污染)又节能,而且经济合理,已经成为当前有机废气净化技术的发展方向。

       含有机污染物废气的治理,可采用吸收、吸附、冷凝、催化燃烧、热力燃烧和直接燃烧等方法,或者上述方法的组合,如冷凝-吸附,吸收-冷凝等。欲选择合适的化工废气治理方法,必须综合考虑各方面的因素,权衡利弊,最后选择一种经济上较合理、符合生产实际、达到排放标准的最佳方案。

1、高浓度废气处理工艺

1)洗涤法

◆原理:

        将气体通入含喷淋系统的洗涤塔中,气体经过填料床的均匀分布,与洗涤液充分接触,利用气体中污染物的溶解性或化学性质,将气体中的污染物吸收或通过化学反应去除,从而达到气体净化的目的。除此之外,洗涤塔还有降温、除尘、除油的作用。通常采用的方式为逆流式洗涤。常用的洗涤剂包括清水、植物液、硫酸溶液、氢氧化钠溶液、次氯酸钠溶液等。其中清水洗涤和植物液洗涤是利用污染物的溶解性,植物液的一些基团也参与化学反应;硫酸溶液洗涤、氢氧化钠溶液洗涤和次氯酸钠洗涤则是利用了污染物的化学性质。

◆特点:

(1)反应快速,洗涤剂与气体接触的时间一般不超过12秒;

(2)适用性强,常和其它处理工艺结合,是有效的预处理设施;

(3)常用立式结构,节约占地;

(4)操作简单,除了定期更换洗涤剂外基本为无人操作(洗涤剂更换也可通过增加配套PLC自动控制系统实现无人操作);

(5)工艺灵活,若气体性质发生变化,则通过更换洗涤剂即可继续使用;

(6)建设成本低。

◆适用条件:

适用性较强,可起到除尘、除油、降温、除臭的作用,常作为其它工艺的预处理设施。

◆应用于石化行业:

       洗涤法应用于石化行业的具体表现形式为油洗塔。油洗塔是乙烯装置热回收区的关键核心设备,其作用是将来自裂解炉的裂解气中的重油和轻油组分冷凝,并最大的实现热量回收。原理为将来自裂解炉的裂解气和急冷油/水逆流接触冷却,裂解气中的重油和轻油组分因此得以冷凝。冷凝的热媒和冷媒可采用直接或间接接触形式进行热交换。

2)催化燃烧法

 

◆原理:

     通过引风机将废气送入净化装置换热器换热,再送入到加热室,通过加热装置,使气体达到催化反应温度,再通过催化床内催化剂作用,使有机气体分解成二氧化碳和热能。

◆特点:

(1)高浓度时耗能仅为风机功率,浓度较低时自动间歇补偿加热。

(2)催化起燃温度为300~500℃。

◆适用条件:

(1)中、高浓度的有机废气,最佳浓度2500~3000mg/m³;

(2)主要针对烃类、苯类、酮类、醚类、酯类、醇类、酚类。

◆应用于石化行业:

        催化燃烧法适用于处理高浓度的有机废气,而且技术本身已经发展的相当成熟。但是该方法一次性投入和维护运行费用都比较昂贵,因此应用于大气量废气的处理会给企业带来较大的经济负担。另外如果催化剂床层温度控制不好,还会有爆炸的危险。因此在选择使用该技术的同时要做好防爆安全措施。

4)蓄热式催化净化(RCO)

 

◆原理

将低温催化氧化与蓄热技术相结合的一种有机废气净化技术。

◆特点

1)采用预热和蓄热交替切换技术,使之具有较高的换热效率,效率高达90%以上,节能性能显著;

2)具有催化燃烧法相同的特点。

◆适用条件

适用与涂装线及烘房有机废气处理,化学工业、化学合成工艺(ABS合成),石油炼化工艺等各种产生有机废气的场所。在气体中含有S、卤素等成分时可使催化剂失活,该情况下不适用。

5)蓄热式热力氧化(RTO)

 

◆原理

将高温氧化与蓄热技术相结合的一种有机废气处理技术。

        炉体在进行废气处理之前,先将燃烧室、蓄热床进行预热;预热完毕后,将废气源接入设备。有机废气在配套风机作用下,首先经预热的蓄热陶瓷体1进行热交换,废气经过一次提温后进入加热区,在加热区废气得到第二次提温,此时废气温度达到800℃左右废气直接燃烧,生成二氧化碳与水排出并释放热能;处理后的洁净气体再经过蓄热陶瓷体2进行蓄热由风机排出。经排风机进口测温棒进行温度检测后达到设定温度时,进行阀门切换由蓄热陶瓷体2进入废气、由蓄热陶瓷体1排出,如此循环往复。

◆特点

(1)采用预热和蓄热交替切换技术,使之具有较高的换热效率,效率高达90%以上,节能性能显著;

(2)采用燃烧机供热,可实现大、小功率运行比例调节功能,并具有预清扫、歇火保护、超温报警及自动切断燃料供应功能;运行安全、可靠、高效、耐用;

(3)采用微机自动控制、多点温控,实现多种保护动作、运行信息检索、监控信息反馈,使系统安全、稳定、可靠地运行;

(4)阀门采用气动传动机构,与电动传动机构相比较阀门切换更灵敏、更迅速;

◆适用条件

(1)适用于中高浓度的有机废气

(2)适用于涂装线、印刷、化学合成工艺(ABS合成)、石油炼化工艺各种产生有机废气的场所。

2、中低浓度废气处理工艺

1)光解法

光解法以是否需要电极来激发产生臭氧分为有极紫外和无极紫外两种,首先介绍有极紫外光解法:

◆原理:

在波长范围170nm-184.9nm(704kJ/mol-647kJ/mol)高能紫外线的作用下,一方面空气中的氧气被裂解,然后组合产生臭氧;另一方面将恶臭气体的化学键断裂,使之形成游离态的原子或基团;同时产生的臭氧参与到反应过程中,使恶臭气体最终被裂解、氧化生成简单的稳定的化合物,如CO2、H2O、SO2、NO2等。

◆特点:

(1)裂解反应时间极短(<0.01s),氧化反应的时间需2~3s;

(2)可以破坏恶臭物质部分化学键,从而改变其性质,达到除臭的目的,不需耗费大量能量将有机物全部转化为无机物,节约能源;

(3)UV光解净化长期稳定、高效。灯管使用寿命12000~15000小时,箱体通常为不锈钢材质,美观大方,使用寿命可达15年以上;

(4)条件满足的情况下,UV光解的净化效率最高可达到99.9%以上;

(5)占地面积小,操作灵活,可实现自动无人操作。

◆适用条件:

(1)反应温度低于70℃,粉尘量低于100mg/m3,相对湿度低于99%;

(2)适用于中、低浓度有机气体废气处理,尤其在消除臭味方面得到广泛的好评。

◆应用于石化行业:

光解法在处理烃类污染物(“三苯”、非甲烷总烃等)方面具有较高的去除率,特别适用于中低浓度石化行业废气处理,能广泛使用与石油化工领域。另外,UV光解净化技术在处理某些特定的环境和特殊工艺式,能有很好的处理效果,并能净化绝大多数种类的废气,是其他技术无法替代的。

◆无极紫外:

无极紫外光解法所采取的发光原理与有极法不同:利用微波发生器产生的高频电磁波激发等内填充气体产生紫外光。同普通紫外相比,微波无极紫外光源由于没有电极,不会产生由于电极氧化、损耗和密封问题引起的发黑现象,而且具有制造容易、价格低廉、能耗小和反映其简单等优点。

然而,无极紫外灯在利用电能转化成微波时,最高转化率只有70%,这些微波也不能全部作用于灯的激发,一部分用于加热作用,使得反应体系过热,严重时使无极灯不稳定,甚至出现暂时熄灭的现象,冷却装置也带了一部分能量,这些都导致了微波无极灯能量利用率不高。

2)活性炭法

◆原理:

活性炭是最常用的吸附剂之一,它具有孔隙率高的特点,其孔径分布为:大

孔半径>20000nm,过渡孔半径150~20000nm,微孔半径<150nm。孔径相对越小且孔数越多的活性炭,其比表面积就越大。巨大的比表面积就有强大的表面吸附能。表面吸附能把小分子(分子直径数量级通常在10-10m)污染物捕捉并固定在微孔中,通过的气体即为干净气体。

此外,活性炭颗粒散装放置可形成堆叠效应,使比表面积扩大,表面活性能

增强。有时候,气体中往往掺杂一些粒径相对较大的液相或固相物质,即雾或烟。这些物质直径比活性炭微孔孔径大,因此气体在通过活性炭层时它们会被活性炭阻截,这边是活性炭的过滤作用。

◆特点:

(1)适用性强,几乎所有污染物质都能用活性炭吸附法去除;

(2)设备简单,吸附过程不使用其它能源,建设费用低廉;

(3)活性炭再生后可重复使用。

◆适用条件:

(1)空气干燥。活性炭具有很强的吸湿性,若空气潮湿,活性炭很快会失

去作用。

(2)颗粒物浓度低。活性炭对颗粒物或油状物具有阻截作用,当阻截物增

加到一定量后,整个系统的风压会特别大,对动力设备的使用寿命有很大影响。

(3)污染物浓度较低。污染物浓度高的话,活性炭很快吸附饱和,降低或

失去吸附作用。经常更换活性炭会产生较大的运行费用,活性炭再生又会消耗大量的能源,也是运行费用的组成部分。

◆应用于石化行业:

石化行业废气普遍存在气量偏大的情况,在此情况下,活性炭法并不适合该类废气净化。因为相应产生的换炭成本较高,进而会给企业或业主造成经济负担。另外,某些情况下石化废气的气温较高,高于80℃就不太适合应用活性炭吸附法。因此是否要采用此法处理石化行业废气还要根据具体废气性质来分析和选择。

此外,活性炭对其他直连的烷烃吸附效果较差。对于低浓度、大气量的废气,通常是将活性炭吸附和催化燃烧结合起来使用。先采用活性炭进行吸附提浓,然后在再生过程将含有高浓度有机物的解析器进行催化燃烧,这样可以避免产生大量的活性炭二次污染物。
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