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活性炭吸附法的适用范围及废气的预处理要求

2018-8-9

  VOCs即挥发性有机物今年以来被学界和公众给予了很高的关注度,是因为其被证明了是形成PM2.5和O3的关键前体物,是复合型大气污染的重要诱因。与传统大气污染物相比,VOCs的污染源广泛,涉及多行业不同的污染物,组分复杂,治理技术多样,且以无组织排放为主,排放量的核算程序复杂。由于我国并未开始对VOCs进行大规模监测,因此相关数据缺失。有研究表明,我国每年的VOCs排放量大约为3000万吨。VOCs的来源分为自然源分和人为源,我国空气中的VOCs主要来自于人为源,当前我国VOCs涉及的污染行业广且各行业排放的VOCs种类繁多、成分复杂,常见的有烃类、醇类、醚类、酯类等。加油站、装修、餐饮、干洗、喷涂、化工等生产或使用有机溶剂的行业都会产生VOCs排放。此外,治理技术体系复杂,涉及十多种技术及组合技术,一般一个治理企业只能掌握一种技术到几种技术;尤其业内对技术适用范围、使用条件缺乏规律性认识,对工艺设计和净化装备设计存较大随意性等问题。
  活性炭吸附技术是最为经典和常用的气体净化技术,也是目前工业VOCs治理的主流技术之一。
  活性炭吸附技术是VOCs治理的主流技术之一,技术成熟、简单易行、治理成本低、适应范围广,在所有的治理技术中占有最大的市场份额,在涂装、包装印刷、石油化工、化学品制造、医药化工和异味治理等领域都得到了广泛的应用。但由于业内人员对活性炭的基本性能、活性炭吸附技术的适用范围和使用条件等缺乏规律性认识,在活性炭选型、工艺设计和净化装备设计中存在较大随意性,造成净化设备效率低,存在安全隐患,活性炭再生更换困难等问题。市场上很多环保公司对活性炭吸附技术过于低估(简单误认为活性炭吸附技术无非就是简单的吸附—脱附)。行业的种种不规范及工艺混乱,导致目前不少地方环保主管部门陷入了“闻炭色变”的误区。(以上观点仅代表平台观点,不代表专家观点)
  满足当前国内VOCs污染实际治理工程的实际需要,正确引导行业规范活性炭在挥发性有机物(VOCs)净化中的应用,显得至关重要。
  活性炭吸附法的适用范围及废气的预处理要求
  活性炭吸附技术的适用范围
  吸附技术是最为经典和常用的气体净化技术,也是目前工业VOCs治理的主流技术之一。
  吸附法主要适用于低浓度气态污染物的吸附分离与净化,对于高浓度的有机气体,一般情况下首先需要经过冷凝等工艺进行“降浓”处理,然后再进行吸附净化。
  对于“油气”等高浓度VOCs气体的净化,也可以采用吸附法(降压解吸再生),但对活性炭有一些特殊的要求。
  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高于其爆炸极限下限的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应低于最易爆炸组分或混合气体爆炸极限下限值的25%,即P
  Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)(2)
  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。
  废气浓度:LEL25~50%?
  (二)气体温度要求
  进入吸附装置的废气温度宜低于40℃。
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  (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。
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  2、活性炭中含有灰分(金属氧化物),提高了其吸水能力。
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  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):影响最大(喷涂废气的处理难题)
  絮状颗粒物(印刷、橡胶、化纤等生产过程)
  (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、吸附等预处理首先进行去除;
  发生聚合反应,造成在活性炭上聚集,如甲醛、苯乙烯等;
  二硫化碳(硫化氢)等吸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。
  2、活性炭的反应活性(催化性):
  活性炭表面具有催化活性,会与一些化合物部分进行氧化、水解等催化反应。
  典型反应:
  (1)乙酸乙酯、乙酸丙酯等易发生水解反应形成有机酸;
  (2)MEK(甲乙酮)、MIBK(甲基异丁基酮)易被氧化形成有机酸和丁二酮;环己酮氧化或聚合形成环亚己基环己酮;
  (3)甲醛、苯乙烯等易发生聚合反应;
  (4)其他:如树脂生产中的添加剂带入二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺在活性炭上会发生水解生产二甲胺,造成臭气排放问题。
  造成的问题:
  (1)回收的溶剂变色、发臭(如包装印刷废气);
  (2)聚合后难再生,造成活性炭中毒(劣化)
  (3)反应放热,造成活性炭着火。重点行业包括工业涂装、包装印刷、油品储运、石油炼制与化工等。
  NmHc(非甲烷总烃)也是化工和环保行业的朋友们常常遇到的一个概念。而如何区分VOCs和NmHc,是一个让人头疼的问题。我们整理了两者如何区分的一些资料,希望可以提供一些参考和帮助。
  (NmHc),又称非甲烷总烃。《大气污染物综合排放标准详解》中定义为:指除甲烷以外所有的总称,主要包括烷烃、烯烃、芳香烃和含氧烃等组分。
  烃类物质在通常条件下,除甲烷外多以液态或固态存在,并依据其分子量大小和结构形式的差别具有不同的蒸气压,因而作为大气污染物的,实际上是指具有C2~C12的烃类物质。
  烃类物质具有易燃易爆的特性,其具体的物理视单体组成及浓度而定。
  而《固定污染源排气中非甲烷总烃的测定 法》(HJ/T38-1999)中的定义为:指除甲烷以外的(其中主要是C2~C8)的总称。在规定的条件下所测得的非甲烷总烃,是对于有明显响应的除甲烷外总量,以碳计。