吸附-催化燃烧法处理喷漆废气实例

摘要：介绍一个用吸附-催化燃烧装置来处理喷漆废气实例，喷漆废气经水帘洗涤后，先利用除漆和脱水装置进行预处理，再以活性炭纤维为吸附剂，结合多单元分流组合式吸附床，采用PLC电脑来实现整个系统的连续运行；实际运行结果表明，对于处理低涂的喷漆废气，该技术具有净化效率高、节能降耗、自动化水平高等优点。

喷漆废气净化处理方法,目前比较广泛使用的有液体吸收法、直接燃烧法、催化燃烧法和活性炭吸附等四种不同的方法。活性炭吸附法净化率可达95%以上,若无再生装置,则运行费用太高;液体吸收法净化率只有60%~80%,这种方法实际应用存在吸收效率不高、油雾夹带现象,一般难以达到国家排放标准,而且存在着二次污染问题;催化燃烧法净化率也可达95%,但适合于处理高浓度、小风量且废气温度较高的有机废气,而喷漆废气中的“三苯”浓度一般低于300mg/m3,因此采用催化燃烧法处理也不合适。目前大部分工厂在处理喷漆废气时采用水帘洗涤装置或颗粒炭吸附法,水帘洗涤法处理后的喷漆废气一般达不到《大气污染物排放标准》GB16297-96中的标准。颗粒炭吸附法一般未采取再生措施,设施运行一定时间后需更换新炭,因此运行成本较高。

1某家具厂喷漆废气的污染源强分析

某家具厂主要产品为办公用品,全部出口,生产车间配有1条喷漆流水线和1个喷漆室(配有2个喷枪)。喷漆室尺寸为:3500×2000,排气量按14000m3/h设计;溶剂使用热固化型、丙烯树脂类,消耗量为15kg/h,溶剂中甲苯的释放量为4.5kg/h,预测总排气中甲苯的浓度为300mg/m3。涂料中的有机溶剂大部分在喷漆室内蒸发,产生的漆雾粒径在20～200mm之间。该厂的喷漆室配有水帘洗涤装置,由于喷漆废气主要含涂料粉尘和“三苯”,难溶于水,因此仅采用水帘洗涤的办法处理效率很低,一般达不到环保有关要求,漆物的去除率只有50%“,三苯”的去除率不到10%。后来该厂采用在水帘洗涤后用颗粒炭固定床来处理,由于未采取再生处理装置,约1.5个月左右就需更新新炭,这样操作不仅运行费用高,而且操作麻烦。

针对喷漆废气的特点,应业主的要求并结合企业现状认为采取吸附-催化燃烧法来处理“三苯”等有机废气比较合理,由于喷漆废气经水幕机洗涤后仍具有粘性并含有一定的水分,因此在吸附床前应增加预处理部分以除去漆物和水分。

2装置的工艺流程及特点

2.1工艺流程

图1是采用除漆脱水装置结合活性炭纤维吸附-催化燃烧工艺处理喷漆废气的流程,由于整个系统集吸附-脱附-催化燃烧于一体。为保证系统的连续运行,吸附器采用多单元分流组合式结构,正常运行时,处在脱附状态的只有一个单元,而其它单元处于吸附或冷却状态;有机废气收集后经过滤器进入n-1个单元吸附,净化后气体排入空气。正常吸附前先将催化床燃烧室预热到300℃,一定时间后当某一单元内的活性炭纤维吸附饱和时,打开脱附阀门,用120℃热风进行脱附,解吸出的高浓度有机废气进到催化床燃烧分解为CO2和H2O,净化后高温气体通过列管热交换器预热脱附气体,少部分经烟囱排放,其余补充新鲜空气后作为脱附热风返回,停止电加热管预热,通过放空阀和补冷风机来实现整个催化燃烧系统热平衡。每个单元吸附和脱附时的蝶型气动阀门由PLC工业电脑可编程程序控制器按设定时差有序开关,整个电控装置分手动和自动两组,并配有自动报警系统。

2.2净化装置特点

(1)由于喷漆废气经水幕机洗涤后仍具有粘性并含有一定水分,因此在吸附床前增加除漆装置和脱水装置。除漆装置过滤材料由多层金属过滤网、焦炭等组成,采用折板式结构,过滤风速采用0.4m/s,保证漆雾去除率达99%以上,并过滤片采用抽屉式结构,便于装卸和清洗。脱水装置由折板、岩棉等组成,过滤风速采用0.5m/s,可有效去除废气中的水分。为了保证吸附处理的连续性,除漆装置和脱水装置均采用一用一备。

(2)吸附剂采用的活性炭纤维性能优越:其比表面积大(1300~2500m2/g),微孔发达(微孔体积占总孔体积的80%左右),孔径分布广(20~200A),吸附容量大(比粒状活性炭大几倍至几十倍),吸附速度快(比颗粒活性碳要快2~3个数量级),而且再生容易快速(一般3~5min),脱附彻底,经多次吸附脱附后仍保持原有的吸附性能,特别是对ppm级的吸附质仍保持很高的吸附量(蜂窝碳或颗粒碳此时的吸附能力则大大降低),因此对有机废气的净化率高;同时因活性碳纤维耐热性能好(在空气中着火点达500℃以上),且吸附层很薄,不会产生类似颗粒碳或蜂窝碳吸附装置因热积蓄而易产生燃烧爆炸的危险。

(3)吸附床采用独特的“多单元分流组合式吸附床”,假设吸附床有n个单元,刚开始时是第1~第n-1个单元在吸附,第n个单元在脱附,一定时间后,切换为第2~第n个单元在吸附,第1个单元在脱附,如此反复循环运行。这样一方面保证生产的连续性,另一方面利用多单元的循环交替切换可使吸附剂用量大大减少,不但使吸附床的体积大大减少,而且高价炭纤维因使用量少也不会造成造价高的问题,因此设备量轻,投资小,占地少,结构紧凑。

(4)在催化燃烧床的进口以及贵金属催化剂层之间布置电加热管,结合内循环管路,可使床层的预热时间短(电加热管一般在开机时预热30min左右后停止加热,以后利用催化燃烧热来维持整个系统的热平衡),同时采用高效率的热交换器,并用高性能的轻质耐火材料保温,这样不仅使废气的催化燃烧彻底,同时热利用效率高,运行成本低。

(5)采用“PLC电脑可编程序控制器”,通过气动元件系统实现工艺过程的全部自动化,整个系统运行过程中电脑实行适时“记忆”,如遇突然停电等,电脑会记忆当时工作状态,待来电等电脑会自动指令延续上次的状态运行下去,这样可以避免出现某些单元过饱和现象,达到最佳治理效果,同时出现异常故障时电脑会指令自动停机并发出声光报警,因此,操作简单、安全、可靠,自动化水平较高,可实现无人操作。

3实际应用效果

除漆脱水装置+活性炭纤维吸附装置于2001年在该厂投入运行,表1结果表明,经本净化装置处理后喷漆废气中甲苯的出口浓度只有16mg/m3,符合GB16297-96中的排放标准。在净化设施运行过程中,除漆装置中的多层金属网约3周清洗1次,少部分的焦炭约3个月更换1次,少部分废炭可送附近的燃煤锅炉处理或当其它燃料使用。活性炭纤维吸附-催化燃烧装置和颗粒炭吸附床的性能参数比较见表2可知,活性炭纤维吸附-催化燃烧装置一次性投资与颗粒炭装置相比增加的费用只要2年多即可收回成本。

4结论

(1)实际运行结果表明,采用预处理和活性炭纤维吸附-催化燃烧法处理低涂喷漆废气净化效果好,无二次污染,投资及运行费用低,占地少,操作安全、简单、可靠,自动化水平高,是一种值得推广应用的技术。

(2)本处理装置在实际应用过程中针对不同种类、不同浓度和温度的喷漆废气,所采取的活性炭纤维用量、吸附单元数以及单元切换的周期也不同。

(3)为了减少人工强度,对于有经济实力的企业可采用YJ型自动空气过滤器来作为除漆装置,这样可使处理装置的自动化水平更高。

(4)喷漆室排出的废气若未经水帘洗涤处理,则预处理部分可省去脱水装置,同时提高除漆室的设计负荷,可设计成二级过滤,并采用不同的过滤结构和过滤材料,以便更有效地去除漆雾。

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