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活性炭吸附和催化燃烧技术在喷漆废气上的应用

作者:广东宝腾环境科技有限公司 浏览: 发表时间:2020-07-19 14:11:21

活性炭吸附+催化燃烧技术在喷漆废气上的应用

王文婷

(广州巨邦环保工程设备有限公司 广东广州 510510)

摘 要:本文介绍了活性炭吸附+催化燃烧技术在汽车喷漆废气处理中的应用设计,经处理后的有机废气能达标排放。

关键词:活性炭;催化燃烧;喷漆废气

引言

随着经济的发展,汽车已成为人们出行不可代替的交通工具。汽车在生产过程中尤其喷漆过程中产生一定的废气污染。喷漆废气主要成分为甲苯、二甲苯、芳香烃等有机物质。有机废气常用处理方法有:冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、催化氧化法、低温等离子法等。活性炭吸附技术对此类废气具有较好的处理效果,但易产生固废污染,在此基础上,建议使用活性炭吸附+催化燃烧脱附技术。

1 活性炭吸附+催化燃烧脱附技术

1.1 活性炭吸附原理

含有机物的废气经风机送至活性炭塔,利用活性炭多微孔比表面积大的吸附能力强将有机物质吸附在活性炭微孔内,洁净气被排出;经一段时间后,活性炭达到饱和状态时,停止吸附,此时有机物已经被浓缩在活性炭内。再利用催化燃烧对饱和活性炭进行脱附再生,重新投入使用。

1.2 电催化氧化ECO工作原理

VOC-CO型有机气体催化净化装置,是利用催化剂使有害气体中的可燃组分在较低的温度下氧化分解的净化方法。对于CnHm和有机溶济蒸汽氧化分解生成CO2和H2O并释放出大量热量。其反应方程式为:

该装置主体结构由净化装置主机、引风机、控制系统三大部分组成。其中净化装置包括:除尘阻火器、热交换器、预热器、催化燃烧室。

图1 VOC-CO原理图

2 应用设计

2.1 项目基本情况

广州某一汽车有限公司,具有四个面漆房,排出的有机废气通过汇总风管接入废气处理设备,处理风量为80000m3/h;废气成分:三苯(苯、甲苯、二甲苯)以及颗粒物;VOCs浓度:<200 mg/Nm3;进气温度:35℃;废气湿度:无(按常规空气湿度设计);工作节拍:24 小时/天。

2.2 工艺流程图

本工程选用初效过滤器+中效过滤器+吸附床吸附+催化燃烧处理工艺。

图2 工作流程图

车间的废气经由初效过滤器过滤后,由管道收集系统收集后,进入中效过滤器去除其中的颗粒物质及喷漆渣雾,含有机物的废气经风机的作用,经活性炭吸附层,有机物质被活性炭特有的作用力吸附在其内部,洁净气被排出;经一段时间后,活性炭达到饱和状态时,停止吸附,此时有机物已经被浓缩在活性炭内。催化净化装置内设加热室,启动加热装置,进入内部循环,当热气源达到有机物的沸点时,有机物从活性炭内挥发出来,进入催化室进行催化分解成水和二氧化碳,同时释放出能量。利用释放出的能量再进入吸附床脱附时,此时加热装置完全停止工作,有机废气在催化燃烧室内维持自燃,尾气再生,循环进行,直到有机物完全从活性炭内部分离,至催化室分解。活性炭得到了再生,有机物得到分解处理。

2.3 主要设备选型

2.3.1 活性炭吸附塔

废气成分主要为苯系物(苯、二甲苯、甲苯等),活性炭床单床处理风量为30000m3/h,按照连续运行方式设计则活性炭床数量为4台,工作时始终有一台活性炭床处于备用状态。活性炭床设计空塔气速0.8m/s,驻留时间为0.625s,按初始浓度200mg/m3计算则单床吸附周期为93.7h。

表1 活性炭设备选型(单台设备)

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2.3.2 CO催化氧化炉装置

(1)阻火除尘器:将设备和废气源之间的危险阻隔开来,保证处理设备和生产设备之间的安全,同时除去废气源中的粉尘。(2)热交换器:将有机气体分解后的热能和废气源冷气流进行冷热交换,置换热能,提高废气源的温度。当废气浓度达到一定值时,通过热交换器的作用,可以保证设备在无运行功率(或低功率)的状态下正常运转,是催化净化装置中对废气源进行第一次温度提升装置,也是设备中节能设施之一。(3)预热室:废气源在进入催化燃烧室之前,经温度检测仪检测,温度达不到催化反应的条件,由布置在预热室内的电加热系统进行温度的第二次提升。(4)催化反应室:达到温度条件的有机废气进入第一级催化反应室;第一催化反应室内装蜂窝状催化剂,中间分插电加热组件,利用红外线辐射原理,使蜂窝状催化剂温度达到反应温度,使部份有机物进行分解,释放出能量,直接使废气温度提升,是本设备设计的第三温度提升处,也叫催化升温;温度提升后的有机气体进入催化固定床,内置蜂窝状催化剂,满足反应条件的有机气体在此完全分解,废气变成洁净气体。(5)主排风机:选用国内名牌优质通用风机,耐高温低转速,保证工作效果同时保证风机噪声不超过 85dB,没有二次污染,是整个装置气流运转的动力源。

表2 催化氧化CO设备选型

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2.4 设备安全设置

在设备的进口设置了阻火除尘装置,将生产线和处理设备之间的任何危险断开,同时处理废气源中的灰尘,保证废气的洁净度。装置正常运转。阻火器应能有效地防止火焰通过。在催化反应室内设置了泄压口,当设备内部的压力30-80Kpa之间时,自动泄压,使设备始终在安全状态下运行。装置的金属外壳应有明显的接地标志,金属壳体或可能带电的金属部位(包括因绝绝缘损坏可能带电的金属件)与接地螺钉间的电阻不大于0.1欧姆。装置的绝缘电阻不小于2MΩ。装置的带电部分与外壳之间应能承受频率为50HZ,电压为2000V。持续1min的耐压试验,不得发生击穿和闪络现象。电加热组件可以根据废气的温度起伏,自动控制补偿和停止;当反应温度出现高温时,自动停止电加热的电源,温度降低后会自动起动,恢复正常工作。控制系统上显示废气预热温和气体反应温度,可以清楚了解气体氧化分解效果。可以从控制系统中了解电加热组件工作状态及电加热组件的完好状态,电源均有良好地接地和保护措施。整个系统为负压工作方式,废气不存在外溢现象。设备外表面用绝缘保温材料进行保温,使表面的外壳温升为46-50℃,整个设备的绝缘电阻小于 2MΩ。

2.5 运行费用

(1)电力消耗费用

e1=吸附净化部分105kw×24小时×0.8元/度×80%=1612.8元/天。

e2= 脱附部分(100kw/3+7.5kw+2.2kw)×6小时×0.8元/度×80%=165.248 元/天。

(2)耗材活性炭更换费用

e3=124800 元÷(3×330 天/年)=126.06 元/天。

(3)过滤袋更换费用

e4=37.6只×20元÷(7天更换一次)=107.42元/天。(4)催化剂更换费用

e5=70000元÷8000小时×6小时/天=52.5元/天。

(5)日运行费用统计

日运行总费用=(e1+e2+e3+e4+e5)×2=4128.056 元/天。

2.6 运行结果

经调试后,有机废气各指标均能达标排放。

结语

(1)汽车喷漆废气对环境产生了一定的影响,目前的处理方法,活性炭吸附-催化燃烧法具有较好的处理效果。

(2)此处理工艺在广州一工厂进行运用,具有较理想的处理效果,处理后废气均能达标排放。


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