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活性炭吸附、脱附+催化燃烧是新一种新型的VOCs处理设备。它是将吸附浓缩单元和热氧化单元有机结合起来的一种方法,主要适用于较低浓度有机气体,且不宜采用直接燃烧或催化燃烧法和吸附回收法处理的有机废气,尤其适用于大风量的处理场合,可获得满意的经济效果和社会效果。经吸附净化并脱附后转换成小风量、高浓度的有机废气,对其进行热氧化处理,并将有机物燃烧释放的热量有效利用。
根据吸附(高效率)和催化燃烧(节能)两个设计原理设计,采用双气路连接工作,一个催化燃烧室,两个吸附床交替使用。先将有机废 气用活性炭吸附,当快达到饱和时停止吸附,然后用热气流将有机物从活性炭上脱附下来使活性炭再生;
脱附下来的有机物已被浓缩(浓 缩较原来提高几十倍)并送完催化燃烧燃烧成二氧化碳及水蒸气排除。当有机废气的浓度达到 2000mg/m3 以上时,有机废气在催化床可维持自燃,不用外加热。燃烧后的尾气一部分排入大气,大部分被送往吸附床,用于活性炭再生。
这样可满足燃烧和吸附所需的热能,达到节能的目的。再生后的可进入吸附;在脱附时,净化操作可用另一个吸附床进行,即适合连续操作,也适合于间断操作。
1 内部加热元件产生热能后,通过风机和连接管道将热空气吹入活性炭床,使活性炭床升温;
2 经过吸附工艺的活性炭在温度变化后,有机物从活性炭中气化解析出来,在风机负压引导下有机物通过托附管道进入催化燃烧床再次升温并与填装在催化燃烧床内部的贵金属催化 剂发生化学反应,有机物的达到二次分解净化;
3 当催化床温度达到 250~3000℃时,有机物即可开始反应,利用废气燃烧产生的热空气循环使用,反应后的热量达到一定值时加热元件可以停止工作(即为无功率运行状态); 活性炭脱附后的小风量、高浓度有机废气先进入换热器进行换热,实现对余热的回收,换热器后通过加热器(采用多组加热管进行加热)对废气进一度升温,升温后的有机废气达 到废气在催化剂作用下的起燃温度。废气进入催化燃烧床,在催化剂的作用下,高温裂解成 CO2 和 H2O,有机成分得到净化,同时有机废气裂解释放出热量使气体温度进一步升高, 净化后的尾气经过两级换热器实现余热的回收利用。
4 催化燃烧的预热废气加热采用无污染、运行稳定的电加热方式,电热管分成多组、由电控箱自动控制,采用 PLC 与系统温度联锁控制,当废气温度低于一定温度时(可设定)电 热管会自动连通电源给废气加热,当废气温度高于一定温度时(可设定)电热管会自动断开一组、两组、多组或者全部电源以节约电能及达到安全运行。当托附气体中的废气浓度 达到 2000mg/m3 左右,基本可以实现热量的平衡,不需要开启电加热,达到节约能源的目的。催化燃烧反应是典型的气一固相催化反应,其实质是在一定温度下,共同吸附于 催化剂表面的有机物(VOCs)于来自空气中的氧发生催化氧化反应,彻底氧化分解成无害的 CO2 和 H2O,并释放反应热的过程。借助催化剂大幅降低有机物的起燃温度,进行无 焰燃烧,减少预热能耗及 NOx 的生成;
5 活性炭脱附再生流程:当吸附床吸附饱和后,可启动脱附风机对该吸附床脱附,脱附气体首先经过催化床的换热器,然后进入催化床中的预热器,在电加热器的作用下,使气体温 度提高到 280℃,再通过催化剂,有机物质在催化剂的作用下燃烧,被分解为 CO2 和 H2O,同时放出大量的热,气体温度进一步提高,该高温气体再次通过换热器,与进来的冷 风换热,回收一部分热量。从换热器出来的气体分两部分:一部分直接排空;另一部分进入吸附床对活性炭进行脱附。当脱附温度过高时可启动补冷风机进行补冷,使脱附气体温 度定在一个适合的范围内。活性炭吸附床内温度超过报警值。
活性炭吸附脱附+催化燃烧处理装置采用吸附+脱附组合工艺来处理大风量、中低浓度的有机废气,可处理的有机溶剂包括苯类、酮类、脂类、醇类、醛类、醚类、烷类和其混合类。
可广泛应用于涂装行业、印刷行业、机电行业、塑料行业、制鞋、家电、电子、灯饰、五金、汽车、家具及各种化工车间里挥发货泄露出的有害有机废气的净化机臭味的消除,适用大风量、中低浓度的、不宜直接燃烧或催化燃烧和吸附回收处理的有机废气,尤其是对大风量、低浓度的处理场合,均可获得满意的经济效益和社会效益。
活性炭催化燃烧设计注意点
(1)能耗:催化燃烧需要在一定温度条件下进行,对于低温气体就必须进行加热,风量越大其耗能越大,运行成本也就提高;因此选择此工艺时,在确保收集效率的前提下,尽可能降低排风量,这样既可提升排气浓度提升废气单位热值,又可降低风量降低能耗;同时也要考虑热将尾气中热量进行回收。
(2)设备开机预热:设计时设备预热应为动态,而非静态预热;初始预热阶段利用的气体一般为空气,而非废气,待系统达到设计温度后方可切换为废气。
(3)安全:有机废气一般属于易燃易爆性气体,虽然浓度高可以回收利用有机物燃烧产生的部分热量,降低能耗,但在处理中必须将其浓度控制在爆炸限范围内。一般需要设置泄爆片、可燃气体探测仪、应急排空阀、稀释阀、防火阀等。
(4)热回收方式:在能耗可接受范围的情况下,小风量一般采用简易的列管直接热交换回收热;对于能耗超出接受范围的,大风量一般需要采用蓄热式催化燃烧,可提高热回收效率。
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