活性炭吸脱附 + 催化燃烧处理有机废气的系统设计与应用
对于大气量、低浓度有机废气的处理,目前主流工艺为“吸附浓缩+脱附处理”,吸附浓缩是通过沸石分子筛、活性炭等多孔介质对污染物进行吸附,常见的脱附后的处理方式有催化燃烧、焚烧处理、冷凝回收等。活性炭吸附容量大、价格低廉,催化燃烧低温高效,因此活性炭吸脱附+催化燃烧技术在大气量、低浓度有机废气处理中较为常见。
因此本文以气量30000m/h(工况),非甲烷总烃浓度≤200mg/m,主要成分为甲苯、正丁醇等稀释剂的喷涂行业有机废气为例,进行设计计算,设计吸附效率90%,排放浓度约20mg/m符合大气污染物综合排放标准(GB16297-1996表2)。
1设计原理
利用活性炭丰富的微孔、介孔等孔隙结构,通过分子间范德华力将VOCs吸附在孔隙中,达到净化废气的目的;同时吸附为物理过程,是可逆的,通过热空气升温方式解吸,VOCs回到气相中,完成整个吸附-浓缩过程。催化燃烧(Catalytic Oxidation,以下简称CO)利用催化剂表面的活性位点,使氧分子和污染物在催化剂表面反应,降低反应活化能、提高反应效率,使得原本在600℃以上才能发生的氧化反应在250~300℃就可以进行,且净化效率一般不低于95%。使有机污染物氧化分解生成CO2和H2O并释放出大量热量,从而达到净化废气的目的。其反应方程式见式1。
催化剂通常以Pd、Pt等贵金属为活性组分,以过度金属氧化物、分子筛等为载体。催化燃烧处理污染物的最终产物为无污染的CO2和H2O,运行能耗低。由于反应温度低,可以很好地控制热力型NOx的生成,在有机废气处理领域应用广泛。汞、铅、锡、锌、磷化物及颗粒物等物质会抑制催化剂活性,因此有机废气要经过预处理才能进入催化燃烧设备。
本方案设计2吸1脱+CO在线脱附,利用换热器回收高温烟气热能,运行能耗低,其中2个活性炭吸附床处于吸附状态,1个活性炭吸附床处于脱附或待机状态,工艺流程方框图见图1。