高濃度有機(jī)廢氣燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

介紹石油化工行業(yè)VOCs廢氣處理工藝技術(shù)，包括1、高濃度廢氣處理工藝，2、中低濃度廢氣處理工藝。

石油化工行業(yè)VOCs廢氣處理工藝簡(jiǎn)介

1、高濃度廢氣處理工藝

洗滌法

原理：將氣體通入含噴淋系統(tǒng)的洗滌塔中，氣體經(jīng)過(guò)填料床的均勻分布，與洗滌液充分接觸，利用氣體中污染物的溶解性或化學(xué)性質(zhì)，將氣體中的污染物吸收或通過(guò)化學(xué)反應(yīng)去除，從而達(dá)到氣體凈化的目的。除此之外，洗滌塔還有降溫、除塵、除油的作用。通常采用的方式為逆流式洗滌。常用的洗滌劑包括清水、植物液、硫酸溶液、氫氧化鈉溶液、次氯酸鈉溶液等。其中清水洗滌和植物液洗滌是利用污染物的溶解性，植物液的一些基團(tuán)也參與化學(xué)反應(yīng)；硫酸溶液洗滌、氫氧化鈉溶液洗滌和次氯酸鈉洗滌則是利用了污染物的化學(xué)性質(zhì)。

特點(diǎn)：

（1）反應(yīng)快速，洗滌劑與氣體接觸的時(shí)間一般不超過(guò)12秒；

（2）適用性強(qiáng)，常和其它處理工藝結(jié)合，是有效的預(yù)處理設(shè)施；

（3）常用立式結(jié)構(gòu)，節(jié)約占地；

（4）操作簡(jiǎn)單，除了定期更換洗滌劑外基本為無(wú)人操作（洗滌劑更換也可通過(guò)增加配套PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作）；

（5）工藝靈活，若氣體性質(zhì)發(fā)生變化，則通過(guò)更換洗滌劑即可繼續(xù)使用；

（6）建設(shè)成本低。

適用條件

適用性較強(qiáng)，可起到除塵、除油、降溫、除臭的作用，常作為其它工藝的預(yù)處理設(shè)施。

應(yīng)用于石化行業(yè)

洗滌法應(yīng)用于石化行業(yè)的具體表現(xiàn)形式為油洗塔。油洗塔是乙烯裝置熱回收區(qū)的關(guān)鍵核心設(shè)備，其作用是將來(lái)自裂解爐的裂解氣中的重油和輕油組分冷凝，并蕞大的實(shí)現(xiàn)熱量回收。原理為將來(lái)自裂解爐的裂解氣和急冷油/水逆流接觸冷卻，裂解氣中的重油和輕油組分因此得以冷凝。冷凝的熱媒和冷媒可采用直接或間接接觸形式進(jìn)行熱交換。

催化燃燒法，這種方法非常適合石油化工行業(yè)VOCs廢氣處理

原理：通過(guò)引風(fēng)機(jī)將廢氣送入凈化裝置換熱器換熱，再送入到加熱室，通過(guò)加熱裝置，使氣體達(dá)到催化反應(yīng)溫度，再通過(guò)催化床內(nèi)催化劑作用，使有機(jī)氣體分解成二氧化碳和熱能。

特點(diǎn)：

（1）高濃度時(shí)耗能僅為風(fēng)機(jī)功率，濃度較低時(shí)自動(dòng)間歇補(bǔ)償加熱；

（2）催化起燃溫度為300~500℃。

適用條件：

（1）中、高濃度的有機(jī)廢氣，蕞佳濃度2500-3000mg/m3；

（2）主要針對(duì)烴類(lèi)、苯類(lèi)、酮類(lèi)、醚類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)、酚類(lèi)。

應(yīng)用于石化行業(yè)

催化燃燒法適用于處理高濃度的有機(jī)廢氣，而且技術(shù)本身已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟。但是該方法一次性投入和維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用都比較昂貴，因此應(yīng)用于大氣量廢氣的處理會(huì)給企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。另外如果催化劑床層溫度控制不好，還會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。因此在選擇使用該技術(shù)的同時(shí)要做好防爆安全措施。

直接燃燒法

原理：利用輔助燃料燃燒所發(fā)生熱量，把可燃的有害氣體的溫度提高到反應(yīng)溫度，從而發(fā)生氧化分解。

特點(diǎn)：

利用熱力法燃燒方式氧化分解廢氣中的污染物，在適當(dāng)?shù)臏囟认�，提供充足的燃燒氧氣和一定駐留時(shí)間，高效除臭，高凈化率。同時(shí)該設(shè)備主機(jī)工作穩(wěn)定，不存在堵塞現(xiàn)象。

適用條件：

中高濃度有機(jī)廢氣。例如溶劑廢氣：苯類(lèi)、酮類(lèi)等。

應(yīng)用于石化行業(yè)

直接燃燒法對(duì)廢氣的要求較高，因此還是要根據(jù)具體問(wèn)題具體分析。

蓄熱式催化凈化（RCO）

原理：將低溫催化氧化與蓄熱技術(shù)相結(jié)合的一種有機(jī)廢氣凈化技術(shù)。

特點(diǎn)：

1）采用預(yù)熱和蓄熱交替切換技術(shù)，使之具有較高的換熱效率，效率高達(dá)90%以上，節(jié)能性能顯著；

2）具有催化燃燒法相同的特點(diǎn)。

適用條件：

適用與涂裝線及烘房有機(jī)廢氣處理，化學(xué)工業(yè)、化學(xué)合成工藝（ABS合成），石油煉化工藝等各種產(chǎn)生有機(jī)廢氣的場(chǎng)所。在氣體中含有S、鹵素等成分時(shí)可使催化劑失活，該情況下不適用。

蓄熱式熱力氧化（RTO）

左上：負(fù)載貴金屬催化劑；左下：陶瓷蓄熱體俯視圖；右上：蜂窩狀活性炭；右下：蜂窩狀陶瓷體。

原理：將高溫氧化與蓄熱技術(shù)相結(jié)合的一種有機(jī)廢氣處理技術(shù)。

爐體在進(jìn)行廢氣處理之前，先將燃燒室、蓄熱床進(jìn)行預(yù)熱；預(yù)熱完畢后，將廢氣源接入設(shè)備。有機(jī)廢氣在配套風(fēng)機(jī)作用下，首先經(jīng)預(yù)熱的蓄熱陶瓷體1進(jìn)行熱交換，廢氣經(jīng)過(guò)一次提溫后進(jìn)入加熱區(qū)，在加熱區(qū)廢氣得到第二次提溫，此時(shí)廢氣溫度達(dá)到800℃左右廢氣直接燃燒，生成二氧化碳與水排出并釋放熱能；處理后的潔凈氣體再經(jīng)過(guò)蓄熱陶瓷體2進(jìn)行蓄熱由風(fēng)機(jī)排出。經(jīng)排風(fēng)機(jī)進(jìn)口測(cè)溫棒進(jìn)行溫度檢測(cè)后達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，進(jìn)行閥門(mén)切換由蓄熱陶瓷體2進(jìn)入廢氣、由蓄熱陶瓷體1排出，如此循環(huán)往復(fù)。

特點(diǎn)：

（1）采用預(yù)熱和蓄熱交替切換技術(shù)，使之具有較高的換熱效率，效率高達(dá)90%以上，節(jié)能性能顯著；

（2）采用燃燒機(jī)供熱，可實(shí)現(xiàn)大、小功率運(yùn)行比例調(diào)節(jié)功能，并具有預(yù)清掃、歇火保護(hù)、超溫報(bào)警及自動(dòng)切斷燃料供應(yīng)功能；運(yùn)行安全、可靠、高效、耐用；

（3）采用微機(jī)自動(dòng)控制、多點(diǎn)溫控，實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)動(dòng)作、運(yùn)行信息檢索、監(jiān)控信息反饋，使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行；

（4）閥門(mén)采用氣動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，與電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比較閥門(mén)切換更靈敏、更迅速；

適用條件

（1）適用于中高濃度的有機(jī)廢氣

（2）適用于涂裝線、印刷、化學(xué)合成工藝（ABS合成）、石油煉化工藝各種產(chǎn)生有機(jī)廢氣的場(chǎng)所。

2、中低濃度廢氣處理工藝

光解法

光解法以是否需要電極來(lái)激發(fā)產(chǎn)生臭氧分為有極紫外和無(wú)極紫外兩種，首先介紹有極紫外光解法：

原理：在波長(zhǎng)范圍170nm-184.9nm（704kJ/mol-647kJ/mol）高能紫外線的作用下，一方面空氣中的氧氣被裂解，然后組合產(chǎn)生臭氧；另一方面將惡臭氣體的化學(xué)鍵斷裂，使之形成游離態(tài)的原子或基團(tuán)；同時(shí)產(chǎn)生的臭氧參與到反應(yīng)過(guò)程中，使惡臭氣體蕞終被裂解、氧化生成簡(jiǎn)單的穩(wěn)定的化合物，如CO2、H2O、SO2、NO2。

特點(diǎn)：

（1）裂解反應(yīng)時(shí)間極短（＜0.01s），氧化反應(yīng)的時(shí)間需2-3s；

（2）可以破壞惡臭物質(zhì)部分化學(xué)鍵，從而改變其性質(zhì)，達(dá)到除臭的目的，不需耗費(fèi)大量能量將有機(jī)物全部轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物，節(jié)約能源；

（3）UV光解凈化長(zhǎng)期穩(wěn)定、高效。燈管使用壽命12000-15000小時(shí)，箱體通常為不銹鋼材質(zhì)，美觀大方，使用壽命可達(dá)15年以上；

（4）條件滿(mǎn)足的情況下，UV光解的凈化效率蕞高可達(dá)到99.9%以上；

（5）占地面積小，操作靈活，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)人操作。

適用條件

（1）反應(yīng)溫度低于70℃，粉塵量低于100mg/m3，相對(duì)濕度低于99%；

（2）適用于中、低濃度有機(jī)氣體廢氣處理，尤其在消除臭味方面得到廣泛的好評(píng)。

應(yīng)用于石化行業(yè)

光解法在處理烴類(lèi)污染物（“三苯”、非甲烷總烴等）方面具有較高的去除率，特別適用于中低濃度石化行業(yè)廢氣處理，能廣泛使用與石油化工領(lǐng)域。另外，UV光解凈化技術(shù)在處理某些特定的環(huán)境和特殊工藝式，能有很好的處理效果，并能凈化絕大多數(shù)種類(lèi)的廢氣，是其他技術(shù)無(wú)法替代的。

無(wú)極紫外

無(wú)極紫外光解法所采取的發(fā)光原理與有極法不同：利用微波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電磁波激發(fā)等內(nèi)填充氣體產(chǎn)生紫外光。同普通紫外相比，微波無(wú)極紫外光源由于沒(méi)有電極，不會(huì)產(chǎn)生由于電極氧化、損耗和密封問(wèn)題引起的發(fā)黑現(xiàn)象，而且具有制造容易、價(jià)格低廉、能耗小和反映其簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

然而，無(wú)極紫外燈在利用電能轉(zhuǎn)化成微波時(shí)，蕞高轉(zhuǎn)化率只有70%，這些微波也不能全部作用于燈的激發(fā)，一部分用于加熱作用，使得反應(yīng)體系過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)使無(wú)極燈不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)暫時(shí)熄滅的現(xiàn)象，冷卻裝置也帶了一部分能量，這些都導(dǎo)致了微波無(wú)極燈能量利用率不高。

活性炭法

原理：活性炭是蕞常用的吸附劑之一，它具有孔隙率高的特點(diǎn)，其孔徑分布為：大孔半徑＞20000nm，過(guò)渡孔半徑150~20000nm，微孔半徑＜150nm�？讖较鄬�(duì)越小且孔數(shù)越多的活性炭，其比表面積就越大。巨大的比表面積就有強(qiáng)大的表面吸附能。表面吸附能把小分子（分子直徑數(shù)量級(jí)通常在10-10m）污染物捕捉并固定在微孔中，通過(guò)的氣體即為干凈氣體。

此外，活性炭顆粒散裝放置可形成堆疊效應(yīng)，使比表面積擴(kuò)大，表面活性能增強(qiáng)。有時(shí)候，氣體中往往摻雜一些粒徑相對(duì)較大的液相或固相物質(zhì)，即霧或煙。這些物質(zhì)直徑比活性炭微孔孔徑大，因此氣體在通過(guò)活性炭層時(shí)它們會(huì)被活性炭阻截，這邊是活性炭的過(guò)濾作用。

特點(diǎn)：

（1）適用性強(qiáng)，幾乎所有污染物質(zhì)都能用活性炭吸附法去除；

（2）設(shè)備簡(jiǎn)單，吸附過(guò)程不使用其它能源，建設(shè)費(fèi)用低廉；

（3）活性炭再生后可重復(fù)使用。

適用條件

（1）空氣干燥�；钚蕴烤哂泻軓�(qiáng)的吸濕性，若空氣潮濕，活性炭很快會(huì)失去作用；

（2）顆粒物濃度低�；钚蕴繉�(duì)顆粒物或油狀物具有阻截作用，當(dāng)阻截物增加到一定量后，整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)壓會(huì)特別大，對(duì)動(dòng)力設(shè)備的使用壽命有很大影響；

（3）污染物濃度較低。污染物濃度高的話，活性炭很快吸附飽和，降低或

失去吸附作用。經(jīng)常更換活性炭會(huì)產(chǎn)生較大的運(yùn)行費(fèi)用，活性炭再生又會(huì)消耗大量的能源，也是運(yùn)行費(fèi)用的組成部分。

應(yīng)用于石化行業(yè)

石化行業(yè)廢氣普遍存在氣量偏大的情況，在此情況下，活性炭法并不適合該類(lèi)廢氣凈化。因?yàn)橄鄳?yīng)產(chǎn)生的換炭成本較高，進(jìn)而會(huì)給企業(yè)或業(yè)主造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。另外，某些情況下石化廢氣的氣溫較高，高于80℃就不太適合應(yīng)用活性炭吸附法。因此是否要采用此法處理石化行業(yè)廢氣還要根據(jù)具體廢氣性質(zhì)來(lái)分析和選擇。

此外，活性炭對(duì)其他直連的烷烴吸附效果較差。對(duì)于低濃度、大氣量的廢氣，通常是將活性炭吸附和催化燃燒結(jié)合起來(lái)使用。先采用活性炭進(jìn)行吸附提濃，然后在再生過(guò)程將含有高濃度有機(jī)物的解析器進(jìn)行催化燃燒，這樣可以避免產(chǎn)生大量的活性炭二次污染物。

活性炭吸附—蒸汽脫附—催化燃燒（VOC-XC）

原理:根據(jù)吸附（效率高）和催化燃燒（節(jié)能）兩個(gè)基本原理設(shè)計(jì)的，即吸附濃縮—催化燃燒法。

特點(diǎn):

（1）采用吸附濃縮+催化燃燒組合工藝，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了凈化、脫附過(guò)程閉循環(huán)，與回收類(lèi)有機(jī)廢氣凈化裝置相比，無(wú)需備壓縮空氣和蒸汽等附加能源，運(yùn)行過(guò)程不產(chǎn)生二次污染，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較低，但是一次性投資較高；

（2）設(shè)計(jì)時(shí)在活性炭達(dá)到94%飽和之前即開(kāi)始脫附�？勺詣�(dòng)/手動(dòng)切換閥門(mén)�；钚蕴扛鼡Q周期3-5年；

（3）爐內(nèi)正常溫度400℃，500℃將報(bào)警，并通過(guò)補(bǔ)冷風(fēng)進(jìn)行降溫，溫度達(dá)600℃時(shí)停機(jī)，同時(shí)設(shè)計(jì)泄壓閥保證安全。

適用條件

適用于常溫、大風(fēng)量、中低濃度，易揮發(fā)的有機(jī)廢氣，主要包括一些有機(jī)溶劑如苯類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)、醚類(lèi)、烷烴及其混合類(lèi)等。濃度小于1000mg/m3。

凈化回收法

原理：吸附過(guò)程：廢氣經(jīng)空氣過(guò)濾器除去微小懸浮顆粒后進(jìn)入罐內(nèi)，通過(guò)填裝在罐內(nèi)的顆粒狀活性炭（或活性炭纖維）吸附過(guò)濾后再由后置風(fēng)機(jī)排空（如氣體的濃度較高時(shí)可采用多節(jié)吸附裝置，保證氣體達(dá)標(biāo)排放）。

脫附過(guò)程：活性炭使用一段時(shí)間后活性炭處于飽和狀態(tài)，此時(shí)需對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理，脫附再生選用加溫解析法，將0.5MPa高溫蒸汽自塔底噴入罐內(nèi)將有機(jī)物從活性炭中剝離，剝離后的氣體通過(guò)配套的冷凝器降溫后進(jìn)入分離桶，分離回收有機(jī)溶劑，殘液進(jìn)入曝氣桶經(jīng)曝氣后排出（如需回收高精度溶劑，可在分離桶后置一套精餾設(shè)備）。

特點(diǎn)：

（1）有機(jī)溶劑回收，不需要對(duì)脫附氣體進(jìn)行處理，降低了建設(shè)成本和運(yùn)行成本；

（2）有機(jī)溶劑回收，杜絕資源浪費(fèi)，回收產(chǎn)品價(jià)值抵消部分運(yùn)行費(fèi)用；

（3）在線脫附，使活性炭可以重復(fù)使用，降低了活性炭更換費(fèi)用。

適用條件

（1）適用于中低溫度有機(jī)氣體；

（2）適用需要回收揮發(fā)分有機(jī)溶劑的行業(yè)。

應(yīng)用于石化行業(yè)

由于石化行業(yè)廢氣普遍具有大風(fēng)量、含有中高濃度有機(jī)廢氣的特點(diǎn)，回收法廣泛適用于石化行業(yè)各領(lǐng)域。然而回收法如果不與活性炭吸附裝置串聯(lián)使用的話，處理效率并不理想；而與活性炭串聯(lián)，無(wú)形中又增加了一部分運(yùn)行和換炭的費(fèi)用。

生物法

原理：生物過(guò)濾工藝采用了液體吸收和生物處理的組合作用。廢氣首先被液體（吸收劑）有選擇地吸收形成混合污水，再通過(guò)微生物的作用將其中的污染物降解。具體過(guò)程是：先將人工篩選的特種微生物菌群固定于填料上，當(dāng)污染氣體經(jīng)過(guò)填料表面初期，可從污染氣體中獲得營(yíng)養(yǎng)源的那些微生物菌群，在適宜的溫度、濕度、pH值等條件下，將會(huì)得到快速生長(zhǎng)、繁殖，并在填料表面形成生物膜，當(dāng)臭氣通過(guò)其間，有機(jī)物被生物膜表面的水層吸收后被微生物吸附和降解，得到凈化再生的水被重復(fù)使用。

污染物去除的實(shí)質(zhì)是以廢氣作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物吸收、代謝及利用。這一過(guò)程是微生物的相互協(xié)調(diào)的過(guò)程，比較復(fù)雜，它由物理、化學(xué)、物理化學(xué)以及生物化學(xué)反應(yīng)所組成。

生物凈化法可以表達(dá)為：

污染物+O2→細(xì)胞代謝物+CO2+H2O

具體過(guò)程分為三步：

（1）廢氣同水接觸并溶解到水中；

（2）水溶液中的污染物成分被微生物吸附、吸收，從水中轉(zhuǎn)移至微生物體內(nèi)；

（3）進(jìn)入微生物細(xì)胞的污染物成分作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為微生物所分解、利用，從而使污染物得以去除。

特點(diǎn)：

（1）不產(chǎn)生二次污染物，蕞后的產(chǎn)物是良性的；

（2）全自動(dòng)控制，全天候工作，只需巡視，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，適應(yīng)不同條件的運(yùn)行狀況；

（3）處理效率高、去除效果明顯；

（4）運(yùn)行費(fèi)用低，前期微生物馴化期間需要添加些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物掛膜后無(wú)需添加任何物質(zhì)。

適用條件：

適用于溶解性好，污染物濃度較低，可生化性較好的氣體。在污水處理廠、垃圾填埋場(chǎng)、污泥處理場(chǎng)等場(chǎng)合應(yīng)用較為廣泛，且效果受到認(rèn)可。

應(yīng)用于石化行業(yè)：

采用經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)、馴化的微生物菌種處理含有“三苯”的石化有機(jī)廢氣是可行的。微生物菌種同事對(duì)“三苯”之外的其他烴類(lèi)物質(zhì)也有一定的去除效果。另外，生物膜填料塔在停止運(yùn)行期間，生物膜填料應(yīng)該保持濕潤(rùn)狀態(tài)，以維持微生物菌種的活性。在循環(huán)液流量過(guò)低或無(wú)流量的情況下，應(yīng)停止廢氣進(jìn)入填料塔，防止生物膜的干化、失效。

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