康志杰

熱氮氣再生活性炭-冷凝回收治理有機廢氣工程應(yīng)用

康志杰

嘉園環(huán)保有限公司

采用活性炭吸附生產(chǎn)廢氣中的有機物，采用惰性氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的飽和水蒸氣為熱媒，對活性炭進行再生脫附，再經(jīng)冷凝為液體后回收，從而實現(xiàn)有機廢氣治理、資源再生利用的目的。該技術(shù)避免了傳統(tǒng)工藝水蒸氣脫附帶來的廢水污染、可溶性有機物溶解于蒸汽中無法回收等問題，具有更大的應(yīng)用優(yōu)勢。

生產(chǎn)廢氣 吸附回收技術(shù) 惰性氣體

1 概述

吸附回收技術(shù)是一種實用的VOCs治理技術(shù)，其不僅能有效凈化廢氣中的有機物，解決環(huán)境污染問題，而且可以回收具有價值的有機物質(zhì)，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，具有較大的應(yīng)用市場。目前，實際工程應(yīng)用最為廣泛的仍是以“活性炭吸附—水蒸汽脫附—冷凝回收”為主，然而利用水蒸氣脫附在實際應(yīng)用中存在不可避免的問題，如產(chǎn)生污水二次污染、活性炭使用壽命偏短、應(yīng)用具有一定的局限性等問題。利用惰性氣體作為脫附介質(zhì)回收有機物，能夠克服水蒸氣脫附再生產(chǎn)生二次污染的問題，對可溶性有機物的回收更具有優(yōu)勢，可減少有機物精制的投資和運行費用，同時可以提高活性炭和設(shè)備的使用壽命，更具市場競爭力。

惰性氣體的選擇主要考慮兩個方面：一是來源便捷，二是費用低。本工藝采用氮氣作為脫附再生氣體，主要通過對空氣中的氮氣進行提取，以獲得高純度的氮氣，相比其他種類的惰性氣體，其來源簡單、直接，制造氮氣的費用較低，因此采用氮氣做為本工藝的脫附介質(zhì)，具有明顯的優(yōu)勢。本文通過工藝原理介紹結(jié)合工程應(yīng)用結(jié)果進行闡述說明。

2 工藝流程

如圖1所示，整個工藝過程包含四部分：預(yù)處理系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、脫附回收系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

（1）預(yù)處理系統(tǒng)。有機廢氣通過預(yù)處理器進行前期處理，預(yù)處理的主要作用分為除塵、調(diào)節(jié)溫度、調(diào)節(jié)濕度，以保證吸附系統(tǒng)活性炭的壽命和吸附效率。

（2）吸附系統(tǒng)。經(jīng)過預(yù)處理后的廢氣通過主風(fēng)機送入活性炭吸附床吸附凈化，控制一定的通風(fēng)速度、在活性炭中的停留時間，廢氣經(jīng)過活性炭的吸附凈化后通過煙囪排入大氣，兩個活性炭吸附床吸附—脫附交替使用，即其中一個床吸附，另一床則進行脫附再生備用。

圖1 典型兩床式工藝流程圖

（3）脫附系統(tǒng)及回收系統(tǒng)。吸附飽和的活性炭吸附床轉(zhuǎn)入脫附再生階段，通過閥門控制，用N2置換待脫附活性炭床以及脫附管內(nèi)的空氣，通過在線氧含量分析儀檢測系統(tǒng)氧含量達到設(shè)定值后，啟動脫附風(fēng)機、開啟脫附加熱器加熱升溫開始脫附，同時開啟分流冷凝器，調(diào)節(jié)分流冷凝器比例，系統(tǒng)進行脫附冷凝回收。

脫附后的高濃度有機廢氣在分流冷凝形成兩路支流，一部分流經(jīng)位于分流冷凝器中的雙級冷凝設(shè)備，一路經(jīng)分流冷凝器中的旁路管，而后兩部分氣體混合回到循環(huán)加熱回路中。流經(jīng)雙級冷凝設(shè)備的脫附氣體先經(jīng)過前端熱交換器進行初步冷卻，可得到部分有機物冷卻液，再進入二級冷凝裝置中進一步深度冷凝，冷卻液與冷凝回收液經(jīng)油水分離器分離后得到回收品。根據(jù)物質(zhì)不同以及對產(chǎn)品的指標(biāo)要求，確定回收品直接回用或者增加提純系統(tǒng)。兩路氣體經(jīng)過分流冷凝器后混合通過脫附加熱器，再次被送回吸附床中循環(huán)脫附。局部冷凝風(fēng)量與旁路風(fēng)量的比分別為1:1~~1:10，脫附溫度根據(jù)不同有機物設(shè)定。脫附過程采用時序控制，當(dāng)達到設(shè)定脫附時間后，為保證轉(zhuǎn)入吸附階段具有優(yōu)良的的吸附率，需要對吸附床及活性炭進行降溫，通過PLC控制系統(tǒng)關(guān)閉脫附加熱器、開、關(guān)相應(yīng)閥門、同時開啟降溫換熱器，對系統(tǒng)進行冷卻處理。

本裝置的工藝流程由PLC控制程序系統(tǒng)通過對系統(tǒng)電動啟停、閥門動作、壓力控制、溫度監(jiān)控、氧含量檢測等連鎖控制，裝置全自動運行，可以無人值守。

3 工程應(yīng)用

該工藝技術(shù)在工程應(yīng)用中已經(jīng)獲得成果，并廣泛推廣。此項技術(shù)已獲得兩項發(fā)明專利，分別為：“一種活性炭吸附、N2脫附回收處理有機廢氣的工藝”（ZL2013 10520571.3）、“一種高效的冷凝裝置”（ZL2013 10655412.4），技術(shù)水平獲得市場認可。

以國內(nèi)最大的水松紙印刷上市公司安徽某紙業(yè)有限公司工程案例進行數(shù)據(jù)說明。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

該廠生產(chǎn)尾氣合計排風(fēng)量：30000m3/h；尾氣排放溫度：50℃；尾氣主要成分：乙醇；尾氣設(shè)計濃度：2000mg/m3；尾氣排放濕度：85%。

（2）該工程投用后，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

不同的物質(zhì)采用不同的脫附溫度，經(jīng)過中試平臺測試設(shè)定溫度值，分流比根據(jù)不同工況，脫附頻率要求、吸附罐切換時間要求、公用工程配套以及能源耗用綜合設(shè)計計算設(shè)定。

表1 工程應(yīng)用數(shù)據(jù)

（3）結(jié)果分析

①采用熱氮氣循環(huán)脫附后的活性炭罐吸附凈化能力更加穩(wěn)定。

②采用氮氣進行脫附，高溫脫附的安全性能更高。

③采用氮氣脫附替代蒸汽脫附，避免活性炭濕度過高存在短時間吸附效率低的弊端。

④脫附溫度高，脫附再生徹底，活性炭的使用壽命更長。

⑤與傳統(tǒng)的蒸汽脫附比較，回收品含水率從80%下降到13%，降低后端提純配套設(shè)備的規(guī)模及運行費用。

綜上可見，該工藝突破以往可溶性有機物采用蒸汽脫附回收品純度低、產(chǎn)生大量廢水的局限性，拓寬了活性炭吸附—脫附再生—冷凝回收的應(yīng)用范圍，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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