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产品名称:吸附法催化燃烧法

吸附法催化燃烧法技术介绍

  活性炭吸附法催化燃烧法

活性炭吸附主要是指多孔性固体物质处理流体混合物时,流体中的某一组分或某些组分可被吸引到固体表面,并浓缩、聚集其上。在吸附处理废气时,吸附的对象是气态污染物。吸附进行一段时间后,由于表面吸附质的浓缩、聚集,使其吸附能力明显下降而不能满足吸附净化的要求,此时,需采用一定的措施使吸附剂上已吸附的吸附质脱附,以恢复吸附剂的吸附能力,这一过程称为吸附剂的再生。因此,在实际吸附工程中,正是利用吸附剂的吸附——再生——再吸附——再生的循环过程,达到去除废气中污染物,并回收废气中有用组分的目的。

吸附现象是发生在两个不同的相界面的现象,吸附过程就是在界面上的扩散过程,是发生在固体表面的吸附, 这是由于固体表面存在着剩余的吸引而引起的。吸附可分为物理吸附和化学吸附;物理吸附亦称范德华吸附,是由于吸附剂与吸附质分子之间的静电力或范德华引力导致物理吸附引起的,当固体和气体之间的分子引力大于气体分子之间的引力时,即使气体的压力低于与操作温度相对应和饱和蒸气压,气体分子也会冷凝在固体表面上,物理吸附是一种吸热过程。化学吸附亦称活性吸附,是由于吸附剂表面与吸附质分子间的化学反应力导致化学吸附,它涉及分子中化学键的破坏和重新结合,因此,化学吸附过程的吸附热较物理吸附过程大。在吸附过程中,物理吸附和化学吸附之间没有严格的界限,同一物质在较低温度下往往是化学吸附。活性炭纤维吸附以物理吸附为主,但由于表面活性剂的存在,也有一定的化学吸附作用。

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高于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

从1949年美国研制出世界上第一套催化燃烧装置到现在,这项技术已广泛地应用于油漆、橡胶加工、塑料加工、树脂加工、皮革加工、食品业和铸造业等部门, 也用于汽车废气净化等方面。中国在1973年开始将催化燃烧法用于治理漆包线烘干炉排出的有机废气,随后又在绝缘材料、印刷工业等方面进行了研究,使催化 燃烧法得到了广泛的应用。

燃烧过程

催化燃烧过程是在催化燃烧装置中进行的。有机废气先通过热交换器预热到200~400℃,再进入燃烧室,通过催化剂床时,碳氢化合物的分子和混合气体中的 氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化。由于表面吸附降低了反应的活化能,碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化,产生二氧化碳和水。

催化剂

催化燃烧反应的关键是选择合适的催化剂。对催化剂的要求是:活性高,特别要低温活性好,以便在尽可能低的温度下开始反应。燃烧反应是放热反应,释放出大量 的热可使催化剂的表面达到 500~1000℃的高温,而催化剂容易因熔融而降低活性,所以要求催化剂能耐高温。

作催化燃烧用的催化剂可分为:

①贵金属类:铂、钯、钌等。贵金属催化剂有很高的氧化活性和易回收等优点,虽然存在着资源稀少、价格昂贵和耐中毒性差等缺点,但仍然是世界各国采用的主要催化剂。

 ②非贵金属类:主要是过渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。单组分的氧化物,如氧化铜(CuO)和氧化镍(NiO)等。单组分氧化物耐热性差,活性 低,致使应用受到限制。以后改用两种以上的金属氧化物的混合物,如二氧化锰-氧化铜 (3:2)的复合物,三氧化二铁-三氧化二铬复合物,氧化铜-三氧化二铬复合物,钴、锰的尖晶石型复合物,铜、锰、镍、锌的铬酸盐等。复合氧化物虽可改善 某些催化性能,但氧化活性仍不及贵金属。此外,还有金属硫化物如钍、镍、钼、钴的硫化物。这类催化剂一般只适用于含硫的碳氢化合物的催化燃烧,使用温度限 于300~400℃,高温时易分解。

催化剂的活性物质

一般都涂在载体上,所以它的形状也依载体而异。载体有γ-Al2O3制成的球体、圆柱体和各种异形体,有用表面覆盖活性氧化铝薄膜的多孔陶瓷蜂窝体,也有 用耐热合金丝制成的膨体球和金属波纹板等。载体可减少催化剂的用量,起支撑作用。它应具有比表面积大、耐高温、机械强度大和流体阻力小等特性。

反应的难易程度

不同的碳氢化合物通过催化剂时反应的难易程度也不相同。难度大小一般按下列顺序排列:侧链>直链;炔烃>烯烃>烷烃;Cn>…>C3>C2>C1;脂肪族>脂环族>芳香族。

相同的碳氢化合物通过不同的催化剂时反应的难易程度也有差别。难度大小一般按下列顺序排列:

甲烷:Pd>Pt>Co3O4>PdO>Cr2O3>Mn2O3>CuO>CeO2>Fe2O3>V2O5>NiO>MoO3>TiO2

乙烯:Pd>Pt>Co3O4>Cr2O3>Ag2O>Mn2O3>CuO>NiO>V2O5>CdO>Fe2O3>MoO3>WO>TiO>ZnO

丙烷:Pt>Pd>Ag2O>Co3O4>CuO>MnO2>Cr2O3>CdO>V2O5>Fe2O3>NiO>>CeO2>Al2O3>ThO2
  异戊二烯:Pd>Pt>>MnO2>Co3O4>Cr2O3>CeO2>NiO>Fe2O3

处理不同的工业有机废气应当根据上述排列顺序选择适当的催化剂。

催化燃烧法的优点

以降低有机废气的起始燃烧温度。例如甲醇、甲醛在以氧化铝为载体的Pt催化剂(Pt/Al2O3)的作用下,室温下就开始燃烧,而直接燃烧法起始燃烧点通常为300~600℃②燃烧不受碳氢化合物浓度的限制。③基本上不会造成二次污染。④设备较简单,投资少,见效快。














主要设计参数及设备选型

活性碳再生装置

利用活性炭多微孔的吸附特性吸附有机废气是一种最有效的工业处理手段。活性炭是许多具有吸附性能的碳基物质的总称,其经过活化处理后,比表面积一般可达700-1000m2/g,具有优异和广泛的吸附能力。吸附可使有机废气净化效率高达90-95%。活性炭还是一种非极性吸附剂,具有疏水性和亲有机物的性质,它能吸附绝大部分有机气体,如苯类、醛酮类、醇类、烃类等以及恶臭物质。活性碳吸附饱和后可用热空气脱附再生使活性碳重新投入使用。

活性碳吸附饱和后,利用热空气将活性炭内的有机废气脱附出来,通过控制脱附过程流量可将有机废气浓度浓缩10-20倍,脱附气流经催化床内设的电加热装置加热至300℃左右,在催化剂作用下起燃,催化分解过程净化效率可达97%以上,分解后生成CO2和H2O并释放出大量热量,该热量通过催化分解床内的热交换器一部分再用来加热脱附出的高浓度废气,另外一部分加热室外来的空气,作为活性碳脱附气体使用,一般达到脱附~催化分解自平衡过程须启动电加热器1小时左右。达到热平衡后可关闭电加热装置,这样的再生处理系统靠废气中的有机溶剂做燃料,在无须外加能源基础上使再生过程达到自平衡循环,极大地减少能耗,并且无二次污染的产生,整套吸附和催化分解过程由PLC实现自动控制。

工艺特点:

★吸附+催化分解净化工艺有以下特点:

A、采用活性炭吸附浓缩+催化分解组合工艺,整个系统实现了净化、脱附过程封闭循环,与回收类有机废气净化装置相比,无须配备压缩空气与蒸汽等附加能源,也无须配备冷却塔等附加设备,运行过程不产生二次污染,设备投资及运行费用低;吸附剂饱和后通过热空气脱附可再生使用,催化剂可通过活化长期使用;

B、催化分解温度低,含烃类有机废气在通过催化剂床层时,HC分子和O2分子分别被吸附在催化剂表面并被活化,因而能在较低温度下(200~300℃)迅速完全氧化分解成无害的二氧化碳和水蒸汽,同时释放热量;

C、所有过程不会造成二次污染。而催化分解净化率一般都在98%以上,加之反应温度低,无NOx生成;

D、采用微机集中控制系统,设备运行、操作过程实现全自动化,运行过程安全稳定、可靠;

E、在活性炭吸附床前采用干式漆雾过滤材料过滤漆雾粒子,净化效率高,确保吸附装置的使用寿命;

F、安全设置配备齐全,设有阻火器、泄压孔、报警装置及自动停机等保护措施。

★吸附剂、催化剂的选择

A、选用特殊成型的高微孔、高比表面积的蜂窝状活性炭作为吸附材料,由于其比重比条形活性炭纤维大8-10倍,利用蜂窝状活性炭吸附容量大、阻力小和吸附速度、脱附速度快的特点,以减小系统运行阻力,缩短脱附时间;再生前吸附有机溶剂可以达到活性炭总重量的25%,具有使用寿命长,吸附系统运行阻力低,净化效率高的特点;

B、采用优质贵金属钯、铂载在蜂窝状陶瓷上作催化剂,催化分解率达99%以上,具有很高的比表面积、反应空速较大、寿命长、分解温度低、阻力小、脱附预热时间短、能耗低、机械强度大,耐磨,耐热冲击,催化活性及热稳定性好的特点。

★系统运行更有安全保障

A、在吸附床前、后,脱附风机后,催化分解床前、后等处加装有阻火阀,防止燃烧高温火焰回串;

B、在脱附床、催化分解床等处设置多个高温热电偶,及时反应出各床温度。

★运行期经济性能

在确保达标排放的前提下延长蜂窝状活性炭、催化剂的使用寿命外,充分利用催化分解过程中产生的大量热量是非常重要的。为此,我司在系统中采用了高效换热器,热回收率在70%以上,将其热量用于回收加热进入催化分解床的脱附气体,以减少能耗;

★相关安全措施

A、整个系统可设置有消防喷淋系统,留有水管接口,在每个活性炭吸附床、过滤器及催化燃烧床的顶部均设置有消防喷淋头,已备需时应用;

B、催化燃烧床进口处设置温度监测系统,保证进入催化床内有机废气温度的稳定性,在温度达到一定数值时,将传递信号给电控系统,开启稀释阀进行稀释,确保系统的安全运行;

C、电控系统设置4个温控装置及安全报警装置,在出现异常情况时将发出报警信号并自动停机;

D、催化床内有机物质分解为无火焰分解,不存在安全隐患,同时在催化床进出口处设置有阻火器;

E、设置开始预热鲜风段,因此保证脱附时的安全性,以及避免脱附前段时间出现气体排放的真空段; 

F、活性炭脱附完毕后,往活性炭床内充入二氧化碳,有效杜绝着火隐患;

G、设计托付气流的浓度低于爆K炸下限浓度的25%,有效杜绝爆炸隐患。

脱附功率70Kw

进口温度>150C

进口浓度>1500mg/m3

总装机容量70Kw

设备配置一览表

部位

设备名称

规格/型号

处理介质

处理风量

数量

 

催化燃烧装置

VOC-CO-200

催化分解剂

2000Nm³/h

1台/套

混流换热器

B-HR-200

气、气换热

 

1台/套

 

 

 

 

 

电催化氧化(Electric Catalytic Oxidizer 简称 ECO\ECTO)设备能有效的降低热量损耗及能耗资源,同时大大降低净化后气体排出温度。ECO\ECTO 设计独特,布局合理,具有以下特点: 

①操作方便:工作时全自动控制。

②能耗低:达到一定浓度时,无功率(或低功率)运行。

③安全可靠:泄压、自保,阻火除尘、超温报警及先进的自控。

④阻力小效率高:采用当今先进的贵金属钯、铂浸渍的蜂窝陶瓷催化剂,比表面积大。

⑤占地面积小:仅为同行业同类产品的 70%。

⑤使用寿命长:催化剂一般 4 年/8500h更换,并且载体可再生。

ECO\ECTO 主机由阻火除尘器、热交换器、预热器、催化反应室、主排风机、控制系统、电加热组件以及催化剂组成,是设备的核心部件。

阻火除尘器:将设备和废气源之间的危险阻隔开来,保证处理设备和生产设备之间的安全,同时除去废气源中的粉尘。结构为波纹网型及过来棉,参照国家标准制造,更换快捷,清理方便。是本设备中安全设施之一。

热交换器:将有机气体分解后的热能和废气源冷气流进行冷热交换,置换热能,提高废气源的温度。当废气浓度达到一定值时,通过热交换器的作用,可以保证设备在无运行功率(或低功率)的状态下正常运转,是催化净化装置中对废气源进行第一次温度提升装置,也是设备中节能设施之一;通过热交换器内部对气流的合理控制,使交换器的效率保证在 50%以上。结构采用 Q235 冷轧钢钢板制,合理的布置,使冷热气流全面接触,能量进行全面置换;全部制作按照国家《钢制压力容器制作标准》进行制作和验收。

预热室:废气源在进入催化燃烧室之前,经温度检测仪检测,温度达不到催化反应的条件,由布置在预热室内的电加热系统进行温度的第二次提升;Q235 电加热组件为红外线加热管,由固定绝缘板固定,维护更换十分方便。

催化反应室:达到温度条件的有机废气进入第一级催化反应室;第一催化反应室采用抽屉式,内装蜂窝状催化剂,中间分插电加热组件,利用红外线辐射原理,使蜂窝状催化剂温度达到反应温度,使部份有机物进行分解,释放出能量,直接使废气温度提升,是本设备设计的第三温度提升处,也叫催化升温;温度提升后的有机气体进入催化固定床,内置蜂窝状催化剂,满足反应条件的有机气体在此完全分解,废气变成洁净气体。本设施为催化净化装置的心脏。

主排风机:选用国内名牌优质通用风机,耐高温低转速,保证工作效果同时保证风机噪声不超过 85dB,没有二次污染,是整个装置气流运转的动力源。配置减振台座及减振器。

控制系统:监控所有动力点起动、停止、故障,反映整个运转过程中气体的升温、气体分解状况,对设备整个过程进行全方位安全动力保护,可以根据废气源性质及生产线状态进行设定。主要控制组件选用进口产品,保证设备的良好运行、安全性及使用寿命。

电加热组件:电加热组件为红外线电热管,利用电加热的辐射原理。电加热管由φ16高温薄管内衬高温氧化镁及电加热丝组成,具有效率高、散热快、寿命长等特点,严格按照国家标准制作和验收。其性能参数为:

电加热组件参数

电功率

NkW

功率偏差

±10%

冷态绝缘电阻

200MΩ

老化时间

3000 h

热态绝缘电阻

≥5MΩ

拉力

≥998N

催化剂:催化剂是在化学反应中能改变反应温度而本身的组成和重量在反应后保持不变的物质。本装置中选用的催化剂型号为TFJF/工业废气VOC净化催化剂,是处理各种不同类型有机废气的高效广谱型催化剂。

TFJF/工业废气VOC 净化催化剂,催化剂蜂窝陶瓷做载体,内浸渍贵金属铂和钯,具有高活性、耐高温及使用寿命长等特点。

催化剂活性指标测试

净化效率≥97%的起燃温度和相应浓度

甲苯

4g/m3

220

4g/m3

240

二甲苯

4g/m3

220

醋酸乙酯

4g/m3

300

乙酮

4g/m3

220

甲基胺

4g/m3

320

正已醇

4g/m3

180

丙醇

4g/m3

280

性能参数为:方形孔,孔数25个/cm2,堆积密度为0.76±0.02 kg/L,强度为100kgf/cm2,比表积为25m2/g。活性指标测试见下表:

催化剂主要技术性能

外形尺寸

50×50×34mm

空穴尺寸

φ1.3mm

空穴密度

25.4 个/cm2

孔壁厚度

0.5mm

深层主晶相

γ-A1203

比表面积

43 m2/g

堆积密度

0.8g/cm2

空速

1.2×104 h-1

催化剂活性温度

210

耐冲击温度

750

使用寿命

≥8500h

设备安全设置

在设备的进口设置了阻火除尘装置,同时处理废气源中的灰尘,保证废气的洁净度。装置正常运转。阻火器应能有效地防止火焰通过。

装置的金属外壳应有明显的接地标志,金属壳体或可能带电的金属部位(包括因绝绝缘损坏可能带电的金属件)与接地螺钉间的电阻不大于 0.1 欧姆。装置的绝缘电阻不小于2MΩ。装置的带电部分与外壳之间应能承受频率为 50HZ,电压为 2000V。持续 1min的耐压试验,不得发生击穿和闪络现象。

电加热组件可以根据废气的温度起伏,自动控制补偿和停止;当反应温度出现高温时,自动停止电加热的电源,温度降低后会自动起动,恢复正常工作。

控制系统上显示废气预热温和气体反应温度,可以清楚了解气体氧化分解效果。

可以从控制系统中了解电加热组件工作状态及电加热组件的完好状态,电源均有良好地接地和保护措施。

整个系统为负压工作方式,废气不存在外溢现象。



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