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图1两床式吸附脱附流程图
碳床吸附饱和后,通入加热的惰性气体、低压蒸汽,或者联合采用抽真空和加热气体,使饱和吸附床再生(吸附的VOCs从碳表面去除),通常采用蒸汽作脱附。由于脱附是一种可逆过程,所以通过加热可以把吸附的VOCs脱附出来,但完全脱附在技术上很难达到并且在经济上也不切实际,所以总有一些“残余物”留在吸附床上。
在蒸汽再生的最后期间,通常采用空气将因水蒸气而饱和的热床进行干燥和冷却。当采用蒸汽再生时,在蒸汽流出物中被脱附出来的VOCs一般要冷凝,之后通过简单的倾析法(不溶于水的物质)或蒸馏法回收VOCs(溶于水的物质)。
2含VOC废气的回收净化工艺流程及要点分析
本文主要以某精细化工厂的尾气处理为例,介绍含VOC废气的回收净化工艺。该厂废气主要是成分式甲苯,排放的废气量平均达到25000Nm³/h,温度33℃,相对湿度40%,污染物浓度1000ppmv,要求去除率95%。
2.1工艺流程分析
该废气温度<33℃,相对湿度小于50%,根据甲苯的LEL值的25%是3000ppmv,所以废气中甲苯浓度满足安全规范要求,该废气可以采用碳吸附回收工艺。
本系统采用两个吸附床一套蒸汽脱附系统。当含甲苯气体通过控制阀进入V001a吸附床,甲苯被活性碳吸附分离,净化后的洁净气体排入大气;而此时V001b吸附床处于脱附循环周期,蒸汽通过阀门进入V001b,加热吸附床及碳床,使得活性碳吸附的甲苯脱附并伴随蒸汽流离开吸附床进入冷凝器E001、E002(冷却液为冷却水),在冷凝器中甲苯和水蒸气被冷凝,液态甲苯和水在X002中使然分层,分别送入废液和废甲苯后续处理单元,而不凝气再次送入吸附床净化。脱附完成后通过空气干燥和降温碳床(当空气温度低于0℃或湿度接近饱和时,需要开启辅助加热器E003),干燥降温完成后吸附床V001b处于空闲待用状态;当V001a吸附床排气中甲苯浓度上升接近许可值时,含甲苯气体切换至V001b继续吸附,而此时V001a进入脱附循环周期。整个系统依次交替“吸附-脱附-吸附”连续操作。
2.2系统设计参数
(1)吸附床。①活性碳用量:3800kg(单床);②吸附床直径:4.2m;③碳床高度:0.3m;④吸附床高度:1m。(2)蒸汽脱附。①蒸流量:550g/h;②脱附时间:1.7h;③干燥冷却时间:0.3h。(3)冷凝器。①冷凝器面积:23.23㎡;②冷却水用量:1800kg/h(4)回收产物。①回收甲苯:43kg/h。
2.3工艺要点分析
(1)吸附床的安全要求。甲烷废气输送至本系统界区,首先阻火器进行物理安全隔离,避免本系统内的任何潜在的
危险通过管路影响到废气源设备。吸附床安全措施有:①温度和压力传感器,时刻检测床层温度和压差及时发现潜在的危险影响;②吸附床顶部设有泄压门,当系统失控爆炸时保护系统主体不受损坏;③碳层顶部设有水喷淋降温灭火装置,该系统可以主动(PLC控制)和被动(PLC失控时)动;④碳层内设有惰性气体(N2、CO2)灭火装置。系统提供远传信号,送入系统的DCS,实时了解系统状态。冷凝系统前设有精密过滤器,确保脱附气流中可能的颗粒无法进入换热器。
(2)脱附冷凝器设计。为了提高气体的冷凝速率,不仅要提高脱附气体的浓度,同时还应该选择较低的冷凝温度,通过降低冷凝温度来降低VOC蒸汽分压,从而提升回收率。一般蒸汽冷凝按照含不凝气的冷凝进行设计;通常采用卧式列管式冷凝器避免液膜阻力的存在对传热的不利影响;冷却剂走管程、气体走壳层,便面水垢的生成同时方便清理;虽然冷冻液的温度越低越有利于冷凝,单冷冻液温度不能低于冷凝液的冰点;较高的蒸汽速率有利于缩短脱附时间和提高脱附效率,但过快的蒸汽速率会引起活性炭的流化。如无严格计算条件下,冷凝器的总传热系数可以850w/㎡℃计。
3结语
使用活性碳吸附—脱附冷凝回收净化处理工艺,对VOCs废气进行处理。该工艺不仅具有显著的经济效益,同时还具有较高的环境效益。该技术的实际工程用还需要结合具体废气组成、工况及公用工程等信息综合优化设计,才能达到实际效果。
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