重庆杜马斯克科技有限公司有机废气治理50000m3/h

重庆杜马斯克科技有限公司有机废气治理50000m3/h

一、工艺方法选择

目前用于有机废气处理的常规方法很多，如吸收法、吸附法、光催化氧化、低温等离子体法、生物法等。  
（1）吸收法。吸收法处理臭气的原理是吸收剂与废气逆向接触，废气中易溶组分经过气液传质转移到液相，从而从气相中去除。该工艺方法操作简单，适用于酸性气体，易溶性气体的处理。但处理效果有限，会形成二次污染，一般作为预处理工艺，与其他工艺联用。
（2）吸附法。吸附法处理有机废气的原理是有机废气与吸附剂接触，废气分子被吸附在孔道中，形成最初分子层，在范德华力作用下，废气分子不断被吸附，从而从气相中去除，气体得到净化排放。吸附法工艺开发很早，目前已经非常成熟。随着吸附材料的不断开发，吸附法工艺处理效果不断提高，可处理的气体范围不断扩大，成为国内主流处理方法之一。
（3）光催化氧化法。光催化氧化法工艺原理是在高能量的紫外光照射下，催化剂的表面会形成大量的高能活性氧自由基，高能活性氧自由基和氧气接触会形成臭氧。当有机废气进入处理区，高能活性氧自由基的能量将废气分子健打断，形成无臭味的小分子化合物，同时臭氧也能将臭气分子氧化形成无害的化合物。光催化氧化法适用于低浓度有机废气处理，处理效率较高，工艺设备简单，操作维修方便，能耗低，不会形成二次污染。
（4）低温等离子体法。低温等离子体法利用高压双介质电晕放电，将空气中的分子电离，形成高能活性粒子，高能活性粒子与空气中的氧气结合形成臭氧。当废气进入处理区，在高能粒子和臭氧的共同作用下，废气分解氧化形成无害的化合物。低温等离子体法适用于低浓度的有机废气处理。
（5）生物法。生物法原理是有机废气进入处理区，与挂膜的生物填料接触，有机废气中的组分不断被吸收，吸附，降解，从而得到净化。生物法工艺简单，操作简单，适用于低浓度有机废气处理。存在二次污染的问题。
因此，根据本项目的尾气参数，本项目采用光催化氧化法+吸附组合处理工艺。

二、设计思路

本项目设计思路如下：
（1）客户提供的设计参数（处理介质的风量、浓度、压力和温度等）和客户提出的要求；
（2）其他与本项目设计有关的资料文件等。
处理工艺的选择, 应根据气量大小、净化要求、回收的可能性、设备建造和运转的经济性等条件全面考虑, 实际工作中应特别注意与工艺密切配合, 尽可能做到综合利用。
目前，国内外对有机废气治理的常用方法有三种：液体吸收法、活性炭吸附法。液体吸收法净化效率为60%～80%，适合处理低浓度，大风量的有机废气，但存在着二次污染；活性炭吸附法净化效率为99.2%～99.3%，对于处理大风量、低浓度的有机废气。国内外一致认为该法是最为成熟和可靠的技术。针对这些问题,结合本工程的特点和具体要求，采用利用活性炭固定床吸附系统对工业有机废气进行净化，选用蜂窝状活性炭做为吸附剂。

三、工艺设计与选型

处理工艺流程描述
根据环评要求，生产工艺中产生的有机废气分两根排气筒进行排放。1#排气筒包含第一段硫化废气；炼胶废气；第二段硫化废气及烘干废气，风量合计54000m³/h。2#排气筒主要为喷涂废气，风量为12000m³/h。
1）1#排气筒
1#排气筒中第一段硫化废气和烘干废气收集方式为密闭收集，在生产线中分别修建一座密闭操作间，尺寸分别为：25*4*4m和5*3*2.5m；炼胶废气，第二段硫化废气采用顶吸罩的方式收集尺度分别为：1.9*1.3m和1.3*0.9m。几种废气依靠风机为动力，送入废气处理装置中。先通过干式过滤器，去除部分颗粒物，然后进入两级UV光催化设备中，依靠UV紫外灯管在二氧化钛的催化下将废气中的有机物化学键裂解，形成部分小分子有机物，水和二氧化碳。其中小分子有机物在后端的活性炭吸附塔进行处理，最后达标排放。
2）2#排气筒
2#排气筒中2#排气筒主要为喷涂废气收集方式为密闭收集，在生产线中修建一座密闭操作间，尺寸为：8*6*2.5m和5*3*2.5m；废气依靠风机为动力，送入废气处理装置中。先通过干式过滤器，去除部分颗粒物，然后进入两级UV光催化设备中，依靠UV紫外灯管在二氧化钛的催化下将废气中的有机物化学键裂解，形成部分小分子有机物，水和二氧化碳。其中小分子有机物在后端的活性炭吸附塔进行处理，最后达标排放。

四、工艺特点

(1)处理效率高。本项目吸附剂采用较大比表面积和较大CCl₄吸附值的吸附材料，同时控制废气与吸附材料接触的时间，使处理效率达到90%以上。

(2)技术成熟，稳定可靠。
(3)自动化控制，实现无人值守。
(4)装置操作简单，维修方便。

五、收集措施及风量

（1）集气罩收集措施
根据现场勘测，污染源重点在炼胶机，第二段硫化机工艺中。所以收集对象主要放在压缩槽里。根据现场情况，该项目适用于侧吸方式对废气进行收集。
局部排风罩是局部排风系统的重要组成部分。它的效能对整个排风系统的技术经济性能具有十分重要的影响。设计完善的局部排风罩可用较小的风量获得最佳的控制效果，并且保证工作区的有害物质浓度符合国家卫生标准的规定。外部吸气罩是局部排风罩的一种类型。外部吸气罩是通过罩口的抽吸作用在距离吸气口最远的有害物散发点（即控制点）上造成适当的空气流动，从而把有害物吸入罩内。外部排风罩又称为开敞式排风罩，这种排风罩的特点是，污染源基本上是敞开的，而排风罩只在污染源附近进行吸气。为了使污染物被排风罩吸入，排风罩必须在污染源周围形成一速度场，其速度应能克服污染物的流动速度而引导至排风罩。开敞式吸气口的风速衰减很快，因此开敞式排风罩应尽量靠近污染源处。同时，吸气口处有围挡时，风速的衰减速度减缓，因此开敞式排风罩在有可能的条件下尽量有围挡。外部吸气罩根据吸气罩口的形状分为圆形与矩形；根据吸气罩设置的位置分为侧吸罩和上吸罩；根据吸气罩的构造分为四周有法兰边和无法兰边两种。

六、UV光催化设备

（1）分解原理
主处理系统（UV光氧催化发生器）由壳体、UV紫外灯管、二氧化钛光触媒、独立控制柜等组成。
紫外灯管和光触媒是发生器的核心部分，本发生器采用蜂窝式二氧化钛光触媒，185nm与254nm波长紫外灯管相配合，使其达到最好的净化效果：
紫外线灯数量数量：84/126套
功率：150w/支
紫外线波长：185/254nm
催化剂：TIO2  8kg
催化剂载体：聚合物蜂窝
载体表面积：160㎡
安全性：开门检修自动断电
UV光氧催化的净化方式是发生柜能否能正常净化废气的关键技术，其工作原理是：光氧催化设备分解废气分子：运用253.7纳米波段光切割、断链、燃烧、裂解废气分子链，改变分子结构，为第一重处理；取185纳米波段光对废气分子进行催化氧化，使破坏后的分子中子或原子以O3进行结合，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在催化氧化过程中，转变成低分子化合物CO2、H2O等，为第二重处理；再根据不同的废气成分配置27种以上相对应的惰性催化剂，催化剂采用蜂窝状金属网孔作为载体，全方位与光源接触，惰性催化剂在338纳米光源以下发生催化反应，放大10-30倍光源效果，使其与废气进行充分反应，缩短废气与光源接触时间，从而提高废气净化效率，催化剂还具有类似于植物光合作用，对废气进行净化效果，为第三重处理，通过三重处理后的废气其除臭最高可达99%以上，净化、脱臭效果大大超过GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》二级排放标准，GB14554-93《恶臭污染物排放标准》。最后经高能紫外线光解催化氧化处理后的废气通过后端风机抽风形成负压从15m烟囱安全、达标的排放到大气中。  
壳体部分：包括净化室、分室隔板、检修门及不锈钢壳体结构。
独立电源：包括独立电源、电控系统等。

七、活性炭吸附塔

（1） 吸附原理
在用多孔性固体物质处理流体混合物时，流体中的某一些组分或某些组分可被吸引到固体表面并浓集其上，此现象称为吸附。吸附处理废气时，吸附的对象是气态污染物，被吸附的气体组分称为吸附质，多孔性物质称为吸附剂。
由于多孔性固体吸附剂表面存在着剩余吸引力，固表面具有吸附力。根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附，但同一污染物可在较低温度下发生物理吸附，而在较高温度下发生化学吸附，或者两种吸附同时发生，两者之间没有严格的界限。两者的主要区别见，表 4-1 
表4-1 物理吸附与化学吸附的区别

 
吸附剂与吸附质间的吸附力不强，当气体中吸附质分压降低或温度升高时，容易发生脱附。工业上的吸附操作正是利用这种可逆进行吸附剂的再生及吸附质的回收利用的。
（2） 吸附机理
吸附和脱附互为可逆过程。当用新鲜的吸附剂吸附气体中的吸附质时，由于吸附剂表面没有吸附质，因此也就没有吸附质的脱附。但随着吸附的进行，吸附剂表面上的吸附质量逐渐增多，也就出现了吸附质的脱附，且随时间的推移，脱附速度不断增大。但从宏观上看，同一时间内吸附质的吸附量仍大于脱附量，所以过程的总趋势认为吸附。当同一时间内吸附质的吸附量与脱附量相等时，吸附和脱附达到动态平衡，此时称为达到吸附平衡。平衡时，吸附质再在流体中的浓度和在吸附剂表面上的浓度不再变化，从宏观上看，吸附过程停止。平衡时的吸附质在流体中的浓度称为平衡浓度，在吸附剂中的浓度称为平衡吸附量。
当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将达到吸附平衡。吸附平衡量是吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数，用Xt表示，无量纲。它是设计和生产中十分重要的参数。吸附平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度关系，一般用吸附等温线表示。吸附等温线通常根据实验数据绘制，也常用各种经验方程式来表示。
（3）吸附器选择的设计计算
吸附器的设计计算应包括确定吸附器的形式，吸附剂的种类，吸附剂的需要量，吸附床高度，吸附周期等，这些参数的选择应从吸附平衡，吸附传质速率及压降来考虑。
1） 吸附器的确定
①　对吸附器的基本要求：
②　具有足够的过气断面和停留时间；
③　良好的气流分布；
④　预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质；
⑤　能够有效地控制和调节吸附操作温度
⑥　易于更换吸附剂。
     吸附工艺根据吸附剂在吸附器上的工作状态，可将吸附器分为固定床、移动床和流化床过程，相应的三种吸附器的主要特点比较见，表 4-2
表4-2三种吸附器主要特点比较

结合工艺特点和经济技术可行性分析，本设计吸附器采用卧式圆锥形固定床吸附器，壳体为圆形，封头为椭圆形，其优点是流体阻力小，可以减少气体流经吸附床层的动力消耗，易产生气流分配不均运现象，故吸附质以整砌形式放在抽屉式的净化单元中，抽屉间设有防治气体短路的挡板，在气体入口的吸附剂之间装有气体整流装置，力求气体均匀。抽屉式的装卸吸附剂方式非常方便，利于操作。
吸附器外观尺寸：L×B×H＝25000×15000×15000mm
    材料：钢板δ＝4
压降： 1000  Pa  
（4） 吸附剂的选择
   如何选择、使用和评价吸附剂，是吸附操作中必须解决的首要问题。一切固体物质的表面，对于流体的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附剂则应具备以下一些要求：
①　具有大的比表面积
②　具有良好的选择性吸附作用
③　吸附容量大
④　具有良好的的机械强度和均匀的颗粒尺寸。
⑤　有足够的热稳定性及化学稳定性
⑥　有良好的再生性能
⑦　吸附剂的来源广泛、造价低廉
实际中，很难找到一种吸附剂能同时满足上述要求，因而在选择吸附剂时要权衡多方面的因素。同时，目前对吸附过程的实质还了解得不十分清楚，因而鉴别吸附剂吸附性能，还只能依靠实验测定和从生产中考察，尚不能从理论上推出。
常用的吸附剂主要有：活性炭、硅胶、分子筛沸石、活性氧化铝与氧化铝。其中活性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。它是一种具有非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂，故活性炭常常被用来吸附回收空气中的有机溶剂和恶臭物质，在环境保护方面用来处理工业废水和治理某些气态污染物。
活性炭的研究、生产和应用发展很快,目前应用较多的主要是粉末状、颗粒状的活性炭和活性炭纤维。除此之外,新型的活性炭也在积极开发之中,蜂窝状活性炭便是其中的一种。
蜂窝状活性炭为一种新型环保吸附材料，通过将优质活性炭和辅助材料制成蜂窝状方孔的过滤柱，达到产品体积密度小、比表面积大的目的，目前已经大量应用在低浓度、大风量的各类有机废气净化系统中。被处理废气在通过蜂窝活性炭方孔时能充分与活性碳接触，吸附效率高，风阻系数小，具有优良的吸附、脱附性能和气体动力学性能，可广泛用于净化处理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯类、酚类、酯类、醇类、醛类等有机气体、恶臭味气体和含有微量重金属的各类气体。采用蜂窝状活性炭的环保设备废气处理净化效率高，吸附床体积小，设备能耗低，能够降低造价和运行成本，净化后的气体完全满足环保排放要求。
综合衡量各方面因素，如果企业经济允许的话，建议吸附剂选用蜂窝状活性炭纤维能较好的满足技术经济要求，其物理性能参数见表 4-3：
表4-3 蜂窝状活性炭的物理性能

其吸附性能主要取决于它的几个主要材料参数和过程参数 。材料参数包括炭的吸附孔隙率、蜂窝结构的壁厚和炭的含量；过程参数包括流体流速、吸附质的浓度、吸附能(吸附能取决于碳结构和吸附质的特征如分子量)。穿透曲线是表征材料吸附性能的主要性能之一,是吸附前后吸附质浓度比值随时间变化的一个函数 。此比值达到0.95时,所吸附的吸附质的总量就称为穿透容量。穿透容量取决于流体流速、吸附质浓度和蜂窝炭组分含量等因素。对蜂窝状活性炭来说，壁厚是一个非常重要的参数，可以通过改变壁厚来提高它的吸附效率。在孔隙率相同的情况下，壁厚增加，则单位体积蜂窝的炭含量也随之增加,从而可以提高吸附容量。这是因为壁厚增加，蜂窝中流体通道的截面积减少，这样真实的表面或体积流速也会增大。同时，吸附质与炭之间的接触效率也会提高，这两者之间存在一个平衡关系。在给定的条件下，这个平衡关系将决定吸附增加还是减少。如果吸附质以较高的扩散速度扩散到蜂窝壁的内部，由此空出来的吸附位又可连续吸附，因此厚壁蜂窝应该具有更好的吸附效率和吸附容量 。
（5）空塔气速和横截面积的确定
空塔气速为气体通过吸附器整个横截面的速度。空塔气速的选择, 不仅直接决定了吸附器的尺寸和压降的大小, 而且还会影响吸附效率。气速很小, 则吸附器尺寸很大, 不经济; 气速过大, 则压降会增大, 使吸附效率受到影响。通过实验确定最佳气速。吸附设计中不能追求过高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那样会使吸附床体积、吸附剂用量和设备造价大为增高；反之也不宜取过大的空塔气速那样设备费用虽低，但吸附效率下降很多，且体系压降会随空塔速率的增大上升很快，造成动力消耗过大，因此因选取合适的空塔气速，最适宜空塔气速为0.5～1.2m/s，依此经验结论，本设计确定
空塔气速: U = 0.6 m/s.