废气处理设备

活性碳纤维有机废气回收技术在清洁生产中的运用

摘 要:有机废气具有来源广、危害大、处理难度高等特点,不仅对环境造成了直接破坏,而且还会对人体健康安全带来严重危害。近年来,关于有机废气回收处理的相关技术不断发展,常用的技术方法有生物法、吸附法、燃烧法等几种。其中,活性炭纤维吸附作为现阶段应用最广、技术最成熟的有机废气回收技术,具有易于操作、可重复利用、吸附率高等优点,符合当前行业内提倡的清洁环保理念,最具有代表性的设备就是催化燃烧设备,。文章首先对有机废气的主要危害和当前主流处理技术进行了概述,随后就活性炭纤维吸附有机废气的设备组成、技术要点等展开了简要分析。

催化燃烧设备

VOCs催化燃烧设备

关键词:活性炭纤维;有机废气;负压抽干系统;计量回收系统

引言

新材料、新技术的应用,在提高有机废气回收处理效率方面发挥了重要作用。活性炭纤维是上世纪 80 年代开始被广泛应用的多功能吸附材料,除了具有较强的吸附能力外,还具有可重复利用等特点,是一种绿色、清洁的理想材料在水净化、空气净化等领域均有广泛应用。目前,以活性炭纤维作为主要材料,同时结合工业化处理系统,实现了对有机废气的自动吸附、蒸干处理、降温干燥、计量回收,实现了有机废气的自动化和高效化处理,成为现阶段治理有机废气污染的一种有效手段。

1 有机废气的危害

有机废气的来源广泛,除了我们熟知的工业废气、汽车尾气外,像各类装饰材料、油漆等挥发的气味等,也都是有机废气的重要组成。从化学成分上来看,有机废气的主要成分包括烃类、醛类、芳烃类、酯类等。由于有机废气的来源广泛、成分复杂,其危害也是多种多样:

(1)对人体健康的危害。有机废气会对人的眼睛、皮肤以及呼吸系统产生较为强烈的刺激,并且长期吸入有机废气后,还会对中枢神经造成危害,轻则出现头晕恶心等不适症状,严重时还会诱发人体细胞病变、癌变,患有白血病、恶性癌症等重症疾病。

(2)对空气环境的危害。有机废气达到一定浓度后,会引发光化学反应,例如醛类、苯类气体与大气中的氮氧化物结合后,会形成光化学烟雾,对空气质量造成严重破坏,对植物生长和人体健康危害严重。

2 有机废气常用处理技术

(1)燃烧法。

自 1952 年伦敦光化学烟雾事件后,人们对于有机废气治理的重视程度开始提升,燃烧法就是早期回收处理有机废气的常用方法之一。有机废气大多具有可燃性,并且结合其化学成分,充分燃烧后主要产物为 CO2和 H2O,相对而言产物清洁,这也是燃烧法的适用基础。根据有机废气浓度和主要成分的不同,可以分为直接燃烧法(高浓度、易燃的有机废气)、催化燃烧法(低浓度、可燃的有机废气)两种。但是燃烧法也有其不足,例如燃烧不彻底会导致排放的气体仍然具有污染性,而且对设备要求较严格,成本较高。

(2)生物法。

生物法净化有机废气,是近年来兴起的一种新技术,其原理是用富含有机生物的活性污泥或土壤等,吸附空气中的有机废气。目前,一种高效的生物膜滴滤塔得到了推广应用,在提高有机废气回收效率方面发挥了一定的价值。生物法处理有机废气,虽然也符合绿色清洁要求,但是也存在不足,例如回收效率相对较低,还有就是具有较强的选择性,通常只针对少数几种废气成分有良好的吸收效果。而有机废气成分复杂,这也造成了生物法回收有机废气的局限性。

(3)吸附法。

吸附法是现阶段来看较为成熟的一种有机废气回收技术,对于低浓度的有机废气也可以取得良好的吸附效果,并且能够与燃烧法等联合使用。其应用优势主要体现在:适应性强,对于有机废气几乎没有选择性,可以实现对不同种类有机废气的吸收。成本较低,当前吸附法所用的吸附材料以活性炭或活性炭纤维等为主,相比于其他有机废气回收方法,在材料成本上有一定优势。最后,可回收、循环利用,活性炭纤维在吸附有机废气后,通过高温蒸汽等一系列操作,可以脱杂后重新使用,符合绿色清洁的技术理念。

3 活性炭纤维有机废气回收装置

3.1 基本组成

(1)预处理系统。为了提高活性炭纤维吸附效率和循环使用价值,在进行有机废气回收处理时,需要先进行预处理工作,目的是将有机废气中夹杂的一些灰尘或其他颗粒杂物清理干净,避免这些杂物堵塞活性炭纤维内部的纳米孔。另外,大量的实践证明高温环境下活性炭纤维对于有机废气的吸收效果会变差,因此预处理系统还具有温度调节功能,将有机废气的温度恒定控制在 10-30℃之间,既可以避免有机废气挥发,又可以提高回收效果。预处理装置中的核心设备是高效过滤器,主要除杂物质是水溶性的碱液。经过预处理并且经过装置检测合格后,利用吸附器将有机废气吸入下一系统。

(2)吸附系统。废气进入吸附器,在压力差的作用下,有机物被吸附到活性碳纤维的微孔中,活性碳纤维吸附饱和后进行再生。废气经碳纤维吸附器后进行洁净排气。吸附器由自动控制系统控制,自动切换交替进行吸附、再生过程,从而在任何时刻都至少有 1 台吸附器做一级吸附,1 台吸附器做脱附干燥再生,保证了吸附系统的连续运行和连续处理能力。如果有条件,还可以提供 1 台备用吸附机,确保了整个运作流程的完整性和持续性。吸附系统中的过滤装置也要定期清洗,以保证吸附效果。

(3)蒸气脱附系统。通过自力式减压阀减压后输出压力稳定的蒸气,将吸附在活性碳纤维床层上的有机物脱附下来,同时依靠蒸气的吹扫,将含有水蒸汽和有机蒸气的混合蒸气吹出,送入回收系统。该系统对温度条件有一定的要求,保持合适且相对恒定的温度,是提高蒸气脱附处理效果的必要前提。通常来说,蒸气脱附过程的吸附器温度应在 100℃~105℃,温度太高说明装置运行不正常,超过高温设定值报警停车,应及时检查处理装置问题;温度太低说明蒸气不足或流量太低,无法对吸附器进行有效脱附。

(4)负压抽干系统。经过上一系统处理后的有机废气,在压力作用下经过密封管道,进入到负压抽干系统,完成下一阶段的处理。当有机废气全部进入负压抽干系统后,系统自动关闭冷凝器出气管道和出液管道上的阀门,启动漩涡气泵,将吸附器中的蒸气或有机物吸入冷凝器冷凝,气体再通过气液分离器排气管道进入前段工艺重新处理。
抽负压程序将附着在碳纤维表面的水分也被抽出,缩短干燥时间。负压抽干过程中,吸附器排放阀门关闭,抽干风机抽吸附器密闭空间的气体,使吸附器内的压力降低,蒸气和有机物的饱和蒸气压降低,有利于水和有机物从碳纤维表面脱附。

(5)干燥降温系统。经过负压抽干操作后,活性炭纤维的温度一般会上升至 50℃-70℃,同时内部湿度也达到了 80%左右,这种条件下活性炭纤维的吸附效果也会大打折扣。通过干燥降温系统,使用吹风机吹出冷空气,这部分空气需要提前进行净化处理,采用旋转方式对活性炭纤维进行降温、除湿吹扫。直到活性炭纤维的湿度降低至 10%以下、温度降低至 10℃左 右。对于干燥降温系统的过滤装置,要定期进行清洗处理,这是因为干燥过滤器会将活性炭纤维上的一些杂质截留,长期以后在过滤网上有大量灰尘、杂质,清扫后可以保证净化效果。

(6)计量回收系统。计量回收系统由冷凝器、分离装置和冷却器等组成。经脱附的含有水蒸汽和有机蒸气的混合气体经过冷凝后变成混合液体,流入特别设计的分离装置,吸附器底部流出的冷凝液经冷却器后也流入分离装置,使不溶于水的有机物和水分离;分离出来的有机物通过自流进入计量槽后回收利用。分层后的废水排入污水管道。除此之外,计量回收系统还能够自动对完成系统化处理的气体进行监测,并将监测结果与预处理系统的监测结果进行对比,通过对比差值可以直观的掌握该处理系统对有机废气的回收率。通常情况下,严格按照这套流程进行有机废气回收处理,回收率基本维持在 80%以上,如果预处理有机废气浓度较高,回收率可以达到90%以上。

3.2 工艺流程

将含有有机废气的空气进行预处理,包括温度、湿度调节,达到标准后开始调节风机压力,压力表显示达到系统设定压力值后,自动打开阀门,在压力差作用下降预处理后的有机废气吸入吸附系统。通过蒸气和干燥风处理后,在计量系统中将有机废气依次进行冷凝、分层等处理。在整个回收流程中,由 PLC 程序进行自动化控制,减轻了人工操作压力,对于提高有机废气回收效率也有明显帮助。

3.3 技术特点

相比于以往的燃烧法、生物法进行有机废气回收利用,该套有机废气回收处理系统的技术特点有:

(1)吸附率高。这也是活性炭纤维在有机废气回收中得到推广使用的关键,通过对比输入气体与输出气体,发现空气中有机废气的含量下降了 90%以上,说明了活性炭纤维吸附有机废气的效果良好。

(2)结构合理,实现全自动控制。各个系统之间使用 PLC 进行自动控制,相互合作、协调运行,实现了对有机废气的流水化处理。

(3)能耗和成本低,材料可循环使用。活性炭纤维在使用一段时间后,可以经过蒸干、清理后重新使用。而随着化学材料技术的发展,活性炭纤维的造价更低,因此以活性炭纤维为主要材料的有机废气回收技术,成本也得到了有效控制。

4 结束语

有机废气的多重危害已经得到了社会各界的重视,对于有机废气的回收处理技术也在不断的发展。虽然目前国内关于有机废气回收技术已经比较成熟和系统,但是从实践结果来看,不同技术的适用条件、回收效率和技术成本存在较大差异。基于活性炭纤维的吸附法,是现阶段对有机废气回收处理的常用方法,除了采用工业级处理系统,实现了对有机废气的自动化、高效率处理外,活性炭纤维本身也是一种可循环利用的材料,无形中降低了废气回收技术成本。在大力倡导清洁绿色生产的背景下,活性炭纤维废气回收技术具有推广应用价值。

 

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