活性炭吸附法
该方法原理是利用活性炭内部孔隙结构发达,有比表面积原理来吸附通过活性炭池的烟气颗粒及分子,活性炭结构如图1。
沥青混合料常见活性炭净化方案如下
沥青烟气首入废气洗涤塔,在废气洗涤塔内沥青烟气中所含的焦油转移到液相(吸收剂),从而达到净化废气的目的。沥青烟气中的焦油细雾粒被水吸附后,基本不溶于水,也不会发生反应产生大量新的化合物,只是形成浮油漂浮在水面。通过洗涤塔的补水阀补充新水,漂浮的焦油就会顺着洗涤塔的溢流口流出,对其收集再做其他处理。经过废气洗涤塔处理后,废气进入活性炭过滤棉进行吸附,较大粒径的污染物被吸附,然后进入到活性炭颗粒吸附层。由于活性炭固体表面上存在未平衡和未饱和的分子引力或化学健力,因此当此固体表面与气体接触时,就能吸引气体分子,使其浓聚并保持在固体表面,污染物质及气味从而被吸附。废气经活性炭吸附塔后,净化气体通过风机的作用高空达标排放。
活性炭吸附法安全性高,通常净化效率可达70%~80%,但随活性碳逐渐饱和而迅速下降,需定期更换活性炭,产生二次固废,运行维护成本很高。
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活性碳吸附废气处理: 它对200mg/m³浓度以下的废气处理效果明显,处理成本低。但是对高浓度的处理由于要经常更换活性炭,耗材使用及饱和后的活性炭危废处置费用都非常高。缺点:吸附量小,物理吸附存在吸附饱和问题,随着吸附剂的消耗,吸附能力也变弱,使用一段时间后可能会出现吸附量小或失去吸附功能;
吸附时,存在吸附的专一性问题,对混合气体,可能吸附性会减弱,同时也存在分子直径与活性炭孔径不匹配,造成脱附现象;
光氧催化废气处理设备:投入成本及运行成本也比较低,但是对废气300-500mg/m³以上的浓度的废气治理不是太,需要和其它废气处理工艺结合使用。特别是对喷漆行业,由于含有大量漆雾会粘附在灯管上,大大降低光氧设备的处理效率,其前面要有水帘柜或喷淋塔先处理掉漆雾。
催化燃烧工艺(RCO):是近几年年内发展起来的新技术,净化率高,适应性强,能耗在燃烧法中低,适用于石油、化工、橡胶、油漆,涂料、制鞋粘胶、塑胶制品、印铁制罐、印刷油墨、电缆及漆包线等生产线的废气处理,尤其适用于需要热能回收的企业或烘干线废气处理,可将能源回收用于烘干线,从而达到节约能源的目的。
可处理的有机物质种类=。催化剂价格较贵,且要求废气中不得含有会导致催化剂失活的成分。催化燃烧工艺虽然目前来看处理效果高但是它的投入成本特别高
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活性炭吸附装置
1、废气的预处理
(一)污染物浓度要求
除溶剂和油气储运销装置的有机废气吸附回收外,进入吸附装置的有机废气中有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%。当废气中有机物的浓度其爆炸极限下限的25%时,应使其降低到其爆炸极限下限的25%后方可进行吸附净化。
对于含有混合有机化合物的废气,其控制浓度P应低于易爆炸组分或混合气体爆炸极限下限值的25%,即P>min(Pe ,Pm)×25%,Pe为易爆组分爆炸极限下限值(%),Pm为混合气体爆炸极限下限值,Pm按照下式进行计算:
Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)
式中:
Pm ——混合气体爆炸极限下限值,%
P1,P2,…,Pn ——混合有机废气中各组分的爆炸极限下限值,%
V1,V2,…,Vn ——混合有机废气中各组分所占的体积百分数,%
n ——混合有机废气中所含有机化合物的种数。
(二)气体温度要求
进入吸附装置的废气温度宜低于40℃。
(三)废气湿度对活性炭吸附性能的影响
1、由于活性炭表面通常含有大量的含氧基团,一般活性炭均具有较强的吸水能力,与有机物产生竞争吸附作用。
2、活性炭中含有灰分(金属氧化物),提高了其吸水能力。
如何提高活性炭的疏水性能
(1)原材料的影响:如煤种的影响、沥青基球型活性炭具有较好的疏水能力;
(2)高碘值活性炭(挥发份低)的疏水能力通常要优于低碘值的活性炭;
(3)对活性炭进行表面疏水改性,去除或减少表面含氧基团、降低灰分(金属氧化物)。
(四)颗粒物的含量要求
进入吸附装置的颗粒物含量宜低于1mg/m3。
粉尘:细颗粒物(化工、家具等)
漆雾颗粒物(形成气溶胶):影响大
絮状颗粒物:印刷、橡胶、化纤等生产过程产生
(五)废气成分的影响
1、活性炭的“中毒”(或劣化):
高沸点(或“半挥发性”)物质再生困难,在活性炭上聚集,如硅烷、油脂等化合物,需要通过冷凝、过滤、吸附等预处理首行去除;
发生聚合反应,造成在活性炭上聚集
附反应形成单质硫的聚集。
在吸附气体中即使含有微量的高分子物质或聚合性物质,在活性炭中聚集,也会很快引起活性炭吸附性能急剧下降。
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在废气处理中,常用的技术手段有吸附法、吸收法、催化法、冷凝法等,吸附法是指吸附剂通过物理结合的方式或化学反应的方式对有害物质进行吸附,进而达到净化废气的目的。
目前市场上的吸附剂种类较多,常用的有活性炭、分子筛沸石等。在吸附过程中,吸附剂、设备、工艺、再生等都是其关键控制点。
对活性炭等吸附剂的要求:有的比表面积、良好的选择性、较强的再生性、较好的热稳定性以及化学稳定性、较大的吸附容量等等。
在实际应用中,活性炭的优点:
活性炭吸附工艺的优点适用于处理各种低浓度的污染物,而且、低耗能、经济、耐酸碱、耐热以及具有很高的化学稳定性,而且活性炭在使用过程中操作十分简便,只需要与空气相接就可以发挥作用。
利用吸附法对有机废气进行净化还是比较的,在不使用深冷、高压的手段下,可达到对有机成分回收利用的目的,且该方法无论是设备还是操作都比较简单,具有较高的自动化程度,不会造成二次污染。
活性炭吸附技术也存在一定的不足:
比如吸附量较小,在使用过程中容易出现饱和的现象;
对于吸附剂的消耗比较大,且吸附能力不强,使用一定的时间后会使吸附量变小,甚至失去吸附能力。
另外,吸附时存在吸附的专一性问题,对混合气体,吸附性会减弱,存在被吸附物质的分子直径与活性炭孔径不匹配而导致的脱附现象。
综上所述,企业在选择有机废气治理工艺的时候,要充分考虑自身的工艺条件、废气浓度等因素,选择合适的废气治理工艺。
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活性炭对废气吸附的特点:
(1)、对于芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附。
(2)、对带有支键的烃类物理优于对直链烃类物质的吸附。
(3)、对有机物中含有无机基团物质的吸附总是低于不含无机基团物质的吸附。
(4)、对分子量大和沸点高的化合物的吸附总是分子量小和沸点低的化合物的吸附。
(5)、吸附质浓度越高,吸附量也越高。
(6)、吸附剂内表面积越大。吸附量越高。
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水喷淋+干式过滤器+活性炭吸附+催化燃烧
此工艺多用于喷漆、烘漆VOCs废气,主要污染物为苯、甲苯与二甲苯、总VOCs。
含有机物的废气经风机的作用,经过水喷淋将大部分漆雾去除后进入干式过滤器,干式过滤器一方面可以去除气体中的水分,另一方面可以进一步拦截部分颗粒物,保护后续活性炭处理设施。预处理后的气体进入活性炭吸附箱,通过吸附作用,有机物质被截留在其内部,处理达标的气体经烟囱高空排放。
运行一段时间后,活性炭达到饱和状态,吸附作用失效,此时有机物已被浓缩在活性炭内。按照PLC自动控制程序,
催化氧化设备自动升温将热空气通过风机送入活性炭床使碳层升温将有机物从活性炭中“蒸”出,脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气。该部分气体进入催化燃烧室,在催化剂作用下燃烧后净化,完成脱附过程。再通过热交换器将净化后的气体降温,后经风机引高空排放。
为了处理流程的连续性,该工艺中活性炭箱一般采用一用一备,当其中一个炭箱处于脱附状态时,另外一个处于吸附状态,通过控制程序自动切换,交替使用。值得注意的是,脱附过程中要严格按照操作规范进行,注意控制燃烧温度,避免因操作不当导致火灾或爆炸事故。
由于某些物质,如氯离子,对脱附所用催化剂具有毒害作用,会造成催化剂“中毒”而失去催化作用,因此活性炭吸附+催化燃烧工艺不适用于处理含氯离子等对催化剂有毒害作用成分的气体。
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