某精细化工厂有机废气吸附-冷凝处理工艺
含VOC (Volatile organic compounds ,挥发性有机物)废气的污染防治问题逐渐受到重视 ,引进国外治理设备存在投资大、运行成本高的问题 ,国内传统工艺存在技术落后、运行不稳定、效率低的问题 ,因此亟待研究开发新的治理工艺。
本工艺以吸附2冷凝回收原理为基础 ,采用集成加热器和冷却器功能的新型吸附床纤维活性炭 ,在净化废气的同时 ,回收了大量的VOC溶剂 ,使环保投入产生了较好的经济效益和环境效益。在此以某精细化工厂尾气处理工程为例 ,介绍该工艺。
1 工艺流程及说明
1.1 尾气状况
该厂生产医药中间体,尾气为反应釜卸料时的排气及进料前的洗气 ,共有 18 个反应釜不同时段间歇排气, 平均废气量约 2 000 m3/h , 其中甲苯浓度16.6 g/Nm3,四氢呋喃(THF)浓度为 2316 g/Nm3,其余为空气、N2 (洗气用 N2 ) 及微量氯乙烯 ,排气温度为常温。
1.2 工艺流程图(见图1)
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1.3 工艺流程说明
由于反应釜排气为间歇排气,特设气体缓冲罐使尾气均匀进入纤维活性炭吸附床。设两台吸附床 ,一台处于降温吸附过程 ,另一台处于加热脱附过程中 ,两台吸附床通过电动阀门自动转换作用。吸附过程启动设于固定炭层间的冷却器 ,以吸收吸附热、降低床层温度 ,尾气经吸附后 ,净化气体由排气风机进入烟囱排放。脱附过程 ,开启固定炭层间的加热器及循环风机 ,使系统全面加热 ,随着活性炭温度提高 ,VOC逐渐解析出来 ,循环气体中 VOC 浓度也不断提高。吸附床排出的气体先经预冷却器降温 ,再经冷凝器使VOC冷凝回收下来 ,之后气体经加热器升温回到吸附床加热解析活性炭 ,脱附过程不引入新风 ,脱附浓缩比较高。
2 工艺要点
2.1 吸附、脱附性能参数确定目前活性炭产品中 ,以纤维活性炭性能最佳 ,蜂窝活性炭次之 ,而颗粒活性炭再次。本工艺采用纤维活性炭为吸附剂 ,由于吸附剂的吸附-脱附性能是确定本工艺的关键因素 ,而厂家提供的有关参数存在不详、失实问题。因此针对类似工况作纤维活性炭性能的实验室研究 ,结果见图2。
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试验条件:甲苯浓度3 000 ×10 ,温度 20 ℃,炭层高0.1 m。
本工艺取有效吸附周期15 min ,吸附量质量分数为40 % ,吸附温度 ≤40 ℃,有效脱附周期 15 min ,脱附率90 % ,脱附温度150 ℃。
2.2 吸附床设计
为获得理想的吸附和脱附效率,要求吸附床升温、降温速度快 ,床内空气、N2 残余量小 ,脱附循环气体VOC浓度提升快。吸附床设多层吸附层 ,层与层之间设有冷却器及加热器 ,采用翼式板式金属换热器换热效率较高 ,可以迅速地升温或降温;换热器特制为模块状 ,体积小、重量轻 ,活性炭设筛网托架 ,金属耗量少 ,安装紧揍 ,吸附床内部剩余空间小 ,使脱附时VOC浓度很快提升。
2.3 冷凝效率
为达到较高的冷凝回收率,除提高脱附气体VOC浓度(即提升浓缩比)外 ,应选取较低的冷凝温度 ,以降低VOC饱和蒸汽分压 ,提高回收率。本工艺控制冷凝温度为-5 ℃,甲苯回收率 ≥90 % ,THF 回收率≥ 85 %。为减少冷冻水用量、降低运行成本 ,设两级冷却、冷凝 ,先用循环冷却水使脱附气体冷却至40 ℃以下 ,再用-5～-10 ℃的冷冻水使气体降温至-5 ℃,大部分VOC得以冷凝回收。
3 运行效果
该设备已运行近一年,运行效果见表1。
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