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介紹了一種將沸石轉(zhuǎn)輪與催化氧化技術(shù)協(xié)同組合并用于揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)廢氣治理的裝置
因彩色印刷與塑膜復(fù)合工序中使用大量溶劑型油墨與稀釋用有機(jī)溶劑等物質(zhì)
包裝印刷廢氣具有以下特點(diǎn):(1)廢氣成分復(fù)雜,含有多種有機(jī)物質(zhì)
隨著新環(huán)保法規(guī)的修訂出臺與各地對VOCs排放限制的嚴(yán)控
,行業(yè)對VOCs治理設(shè)備提出了更高的要求。相比于單一VOCs廢氣處理設(shè)備,沸石轉(zhuǎn)輪-催化氧化組合裝置具有設(shè)備體積小、去除效率高、安全性與經(jīng)濟(jì)性良好的多重優(yōu)勢,這也將是未來VOCs 廢氣治理裝置的主流發(fā)展方向。01沸石轉(zhuǎn)輪-催化氧化裝置原理
目前國內(nèi)包裝印刷行業(yè)廢氣具有排放風(fēng)量大
、質(zhì)量濃度低、廢氣成分復(fù)雜等特點(diǎn),且一般為有組織排放。對于大風(fēng)量低質(zhì)量濃度VOCs廢氣而言1.1 沸石轉(zhuǎn)輪- 催化氧化裝置工藝流程
VOCs沸石轉(zhuǎn)輪-催化氧化裝置采用沸石濃縮與催化劑氧化組合技術(shù)
含有VOCs 的有機(jī)廢氣先經(jīng)過初步多級過濾后
,由鼓風(fēng)機(jī)送至沸石轉(zhuǎn)輪分段裝置吸附區(qū)(A 區(qū))進(jìn)行吸附處理,生成的潔凈空氣被直接排出。隨著沸石轉(zhuǎn)輪的不停旋轉(zhuǎn),已飽和的轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)部分轉(zhuǎn)至再生區(qū)(R 區(qū)),接受來自反向高溫再生空氣的吹洗并進(jìn)行脫附。脫附后的高質(zhì)量濃度有機(jī)廢氣直接進(jìn)入催化氧化裝置進(jìn)行氧化分解。經(jīng)過脫附區(qū)的VOCs廢氣隨后旋轉(zhuǎn)進(jìn)入冷卻區(qū)(P 區(qū)),降溫后返回吸附區(qū)進(jìn)行循環(huán)操作。由于脫附再生區(qū)的空氣風(fēng)量一般僅為處理區(qū)風(fēng)量的1/10, 因此再生后廢氣中的VOCs質(zhì)量濃度約為濃縮前的10 倍。沸石轉(zhuǎn)輪再生濃縮后的高質(zhì)量濃度有機(jī)廢氣被吹入下游催化氧化裝置,并由燃燒器對其進(jìn)行升溫
,預(yù)熱至350℃后進(jìn)行催化氧化反應(yīng)。催化氧化全過程采用蜂窩狀鉑(Pt)觸煤,廢氣中VOCs 經(jīng)催化氧化反應(yīng)生成無毒無害的二氧化碳與水。通過催化氧化工段后
,被排出的凈化氣體溫度約為360 ℃;為充分利用余熱,將催化氧化設(shè)備凈化后的氣體與再生用廢氣進(jìn)行熱交換,升溫后的再生廢氣用于沸石轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)的脫附。1.2 沸石轉(zhuǎn)輪濃縮分段裝置結(jié)構(gòu)與原理
1.2.1 沸石轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)與組成
當(dāng)廢氣具有大風(fēng)量低質(zhì)量濃度的特性時
,可利用沸石轉(zhuǎn)輪內(nèi)部分子篩低溫高吸附與高溫高脫附的特點(diǎn),對有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附-脫附濃縮。所產(chǎn)生廢氣的質(zhì)量濃度約為原氣體質(zhì)量濃度的10~20 倍沸石濃縮轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分為吸附區(qū)(A 區(qū))
1.2.2 沸石轉(zhuǎn)輪適用風(fēng)量與VOCs質(zhì)量濃度
針對不同VOCs質(zhì)量濃度的廢氣,所采用的處理方式不盡相同
,而沸石轉(zhuǎn)輪常被用于大風(fēng)量低質(zhì)量濃度有機(jī)物廢氣的濃縮處理。不同質(zhì)量濃度VOCs氣體的處理方法見表1。
對于VOCs 質(zhì)量濃度低于600 mg/m3 的大風(fēng)量廢氣
, 采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮裝置可達(dá)到后續(xù)節(jié)能處理的目的。根據(jù)目前轉(zhuǎn)輪的直徑與厚度,在質(zhì)量濃度低于600 mg/m3的情況下,可處理風(fēng)量范圍為0.4~18m3/h1.2.3 沸石轉(zhuǎn)輪對包裝印刷廢氣中VOCs的吸附曲線
包裝印刷行業(yè)廢氣中主要含有鄰二甲苯
圖2表明,對于包裝印刷行業(yè)廢氣中含有的VOCs物質(zhì)(即苯系物
1.3 催化氧化分段裝置結(jié)構(gòu)與原理
催化氧化分段裝置采用貴金屬Pt 作催化劑
溫度不同時,催化劑對VOCs 的處理活性效率也不同
由圖3 可知
02包裝印刷行業(yè)廢氣的組成與測試排放標(biāo)準(zhǔn)
2.1 包裝印刷行業(yè)VOCs廢氣主要成分
包裝印刷行業(yè)所產(chǎn)生的VOCs 廢氣中主要含有鄰二甲苯
2.2 包裝印刷行業(yè)測試排放標(biāo)準(zhǔn)
當(dāng)前我國各省采用的VOCs控制標(biāo)準(zhǔn)不盡相同,最常用的標(biāo)準(zhǔn)為天津地標(biāo)DB 12/524—2014《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》
03沸石轉(zhuǎn)輪-催化氧化裝置的效果分析與經(jīng)濟(jì)性對比
3.1 應(yīng)用案例
某包裝印刷生產(chǎn)線所排放的廢氣中含VOCs
由于包裝印刷生產(chǎn)線VOCs廢氣的質(zhì)量濃度偏低(<600 mg/m3)
根據(jù)實(shí)際測量結(jié)果可知,沸石轉(zhuǎn)輪- 催化氧化裝置對大風(fēng)量低質(zhì)量濃度包裝印刷廢氣中VOCs 的去除效率高達(dá)98.01%
,處理后的氣體符合允許排放質(zhì)量濃度的要求。3.2 不同燃料經(jīng)濟(jì)性對比
沸石轉(zhuǎn)輪-催化氧化設(shè)備中的催化氧化工段可采用液化天然氣(LNG)
、液化石油氣(LPG)或電能作為裝置運(yùn)行能源包裝印刷生產(chǎn)線廢氣(有組織排放)的排放量:15000 m3/h;VOCs 初始質(zhì)量濃度:53.03 mg/m3(主要成分為丙酮
工況:入口氣體溫度T1=28 ℃,處理設(shè)備一次換熱氣體溫度T2=218 ℃
設(shè)需要熱量為Q;LNG 使用量為G
;LPG 使用量為P;電能消耗為E。則:Q=250 (m3/min)×60 (min/h)×(360-218)℃ ×1.293(kg/m3)×1.005[kJ/(kg·℃)]=2 767 860.45 kJ/h
G=2 767 860.45(kJ/h)/36 843.84(kJ/m3)=75.1m3/h
費(fèi)用G1=75.1(m3/h)×3.6(元/m3)×330(d/a)×24(h/d)=2 141 580 元/a
P=2 767 860.45 (kJ/h)/50 798.44 (kJ/m3)×1.96(kg/m3)=106.78 kg/h
費(fèi)用P1=106.78 (kg/h)×4.2 (元/kg)×330(d/a)×24 (h/d)=3 551 828 元/a
E=2767860.45 (kJ/h)/3600.68 (kJ/kW)=768.6 kW/h
費(fèi)用E1=768.6 (kW/h)×0.7[元/(kW·h)]×330(d/a)×24(h/d)=4 261 028 元/a
G1∶P1∶E1=1∶1.7∶2
不同能源的運(yùn)行費(fèi)用對比結(jié)果表明
,采用LNG為原料時催化氧化工段的設(shè)備經(jīng)濟(jì)性最佳。沸石轉(zhuǎn)輪- 催化氧化裝置在初期投資與能源消耗方面具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢
,并且裝置的低溫燃燒安全性好,催化劑的使用壽命長,大大降低了裝置維護(hù)成本。04 結(jié)語
針對大風(fēng)量低VOCs質(zhì)量濃度的包裝印刷廢氣治理,沸石轉(zhuǎn)輪- 催化氧化一體型凈化裝置具有高效
、安全、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),對廢氣中苯系物、酯類、醇類物質(zhì)的吸附效率可達(dá)90%~97%。沸石轉(zhuǎn)輪用分子篩材質(zhì)不可燃、安全性好,可在高溫下進(jìn)行脫附再生,其使用壽命長達(dá)5~10 年。催化氧化工段所采用的氧化催化劑VOCs處理效率高(95%~98%),對于間歇性工況廢氣在工業(yè)迅速發(fā)展及環(huán)境保護(hù)形勢日益嚴(yán)峻的今天
,沸石轉(zhuǎn)輪-催化氧化裝置將會得到更廣泛的認(rèn)可及應(yīng)用。
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