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  • 高效吸收(有机物)第一塔---液膜塔

    发布时间:2015-07-31 10:00:00 点击:

    液膜(塔)技术处置有机废气的原理与技术特点

    1、传统的活性炭吸附技术与存在的局限。

    2、液膜吸收净化的技术原理与特点。

    3、各种废气净化技术的经济性比较。

    4、对于低浓度、大风量有机废气净化处置工艺方案的探讨。

    5、液膜吸收净化液的理化指标。

    一、传统的活性炭吸附技术与存在的局限

          活性炭由于对废气中的有机溶剂类介质具有较高的吸附截留能力,同时由于又具有比其它物理吸附剂为高的空隙比表积(一般500-1500m2/g),因而单位质量的吸附剂处理能力远远高于其它类的物理吸附剂,而广泛适用于各类有机气体,恶臭气体、异味气体的净化处理。

          表征活性炭吸附能力的重要参数是吸附容易。吸附容量是指在达到吸附平衡状态下,单位重量的活性炭所吸附的介质重量。吸附容量也因气体中各种介质的化学特性、介质温度、在气相中各组份的浓度不同而不同。

           对于同族化合物,分子量大、沸点高、吸附容量就越大。根据长期实践测定:除低沸点碱性气体外,活性炭的吸附容量大致在10-40%范围内,一般约为25%左右。

           在等温吸附条件下,废气中所含有机介质的浓度越高,活性炭的吸附率越高,对于不同温度下的废气工况温度越低,活性炭的吸附率也越高。

           随着吸附工作的进行,活性炭逐渐达到其吸附饱和状态,而失去吸附净化功能,为此必须进行切换移除,脱附再生,以恢复其吸附功能,或废弃饱和炭,更换新炭,确保净化工艺正常进行。

           活性炭的脱附再生是在高温100-150℃、低压1.0-2.0kg/cm2(蒸汽法)或在高温350-450℃,常压(旋转炉法)条件下,将吸附的有机溶剂从孔隙中驱赶、迁移、蒸发出来,再经气体冷凝、油水分离后,回收有机溶剂、活性炭得以活化再生。

           活性炭的着火点在300℃左右,在150℃以下无明显氧化作用,在正常的操控下,吸附塔一般不会发生燃爆事故。但如果脱附后不能立即冷却,特别是当活性炭吸附有少量金属氧化物时,少量的空气窜入,就有可能导致活性炭层发生催化氧化而产生着火自燃,严重时发生燃爆安全事故。

           活性炭的吸附能力与有机物的相对挥发度呈负相关性,当含有多种VOCs的气体通过吸附层时,在开始阶段各组份平均的吸附于活性炭中,但随着沸点较高的组份在吸附层内持有量增加,相对挥发度大的组份则会重新开始蒸发、气化逸出,因此吸附剂到达穿透点后,排出的蒸气大部分由挥发性较强的溶剂介质所组成。

          也有部分VOCs被活性炭吸附后,难以从炭层中脱除,如丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸二乙基酯、丁酸、丙酸、戊酸、丁二胺、二乙酸三胺、2-乙基乙醇、异佛尔酮、苯酚、谷脘醛等。

    二、液膜吸收净化的技术原理与特点

          为了解决活性炭吸附净化有机废气运行处理中存在的系列问题,本技术研发了一种不同于活性炭气——固传质的液——气传质反应的液膜吸收技术。

          近十几年来,迅速发展起来的液膜传质交换、吸收分离技术在现代化工、生物制剂、医药制剂、农药、炼化等工业生产中已其高效、快速、费用低、运行可靠而逐渐取代了传统的萃取、蒸馏、汽提、固体膜分离等工艺。由于其传质、交换、分离可以在常温、常压下进行、运行操作条件不苛刻,工艺设备不复杂、能耗低,一次投资省,处理范围宽阔,启停方便,正快步进入其它工业应用领域。特别是环保处理难度大的工程。

           本技术是在化工、石化、原油开采生产上,成功实施的液膜工程技术移植于有机废气的净化处理工程上。

          本技术有二个重要技术核心:一个是研制了一种水基液膜吸收净化剂。一个是根据有机废气的多样性、复杂性,含量变化幅度大的特性,在吸收塔塔型结构、塔内件设计,特别是配合水基液膜吸收剂的废气喷吹漩涡湍激头上进行了独特的设计(专利号:201420598268.5)。

          大多数的有机溶剂不溶于水,且与水不亲和,因此采用传统的水作为有机废气,涂装作业废气,只能作为一种去除粉尘、部分漆雾树脂、醇、酮、醛类有机物的初处理工艺,其去除率不到5%。

          水基液膜吸收剂是一种以水为主,根据双膜理论配制的一种既有亲油性,同时具有亲水性的双活性基团VOCs的吸收转化液,可以将原不溶于水的油相VOCs接枝亲水基团而能转溶于水,形成一种均匀而稳定,多相包膜高分散的乳状液,实现了在常温、常压下的快速净化吸收处理,而且对VOCs的吸收率可高达95%以上,比活性炭的吸附率高出一倍。由于采用了以水为主体的吸水液配方,在降低处理费用的同时,又完全满足了防火、防爆的工厂安全目标。

          专利设计的漩涡式废气喷吹头,不仅实现了利用废气自身动力来推动吸收液各质点同时产生湍流与涡旋自激效应,使吸收液产生更加细微的液滴和更为巨大的液膜表面积(如使液膜的平均厚度由原来的0.025μm变为0.01μm,其形成的液膜表面积则从0.4×106cm2变为1×106cm2),其传质交换面积是活性炭孔隙面积的10-20倍。由于液膜的传质面积更大,油相的接枝反应不仅数量巨增,而且传质速度更快,在数量庞大的分子级别的传质界面上,可以提供瞬时完成传质交换功能,从而为解决停留时间短、浓度低、风量大的VOCs废气处理提供了技术保障。

           物理吸附、化学吸收、合成反应均存在一个反应物饱和后的分离脱除,再生、活化回用的技术经济性问题。活性炭的吸附再生存在操作复杂、能耗高、并且要求配备具有一定专业知识的操作工人与技术管理人员,为防止发生焦烧、燃爆等事故发生,相应的设备、仪器仪表配置投入费用高,其系统装置相当于一个小型化工处理装置。从再生处置的经济性和规模性方面评价,一般要建设一个年处理300吨以上的再生装置才可能保证收支平衡。因此对于一般采用活性炭作有机废气处理的用户单位,要实现就地再生活化回用是完全不能实施的。目前因国内环保法律法规不允许随意废弃、处置饱和活性炭,只能交由具有处置资质的专业固废处置中心(公司),一吨废炭收取处置费2500-3000元。虽然加重了企业运行成本,但也无其它更好选择。

          水基液膜吸收剂则考虑为企业降低运行费用,在其工艺配方设计时,即考虑到吸收饱和后的再生分离技术,可以在常温、常压条件下进行破乳、分离、再生,同时也设计了使用单位在吸收净化装置旁附设一套就地分离,再生回用装置。分离后的上层液为混合溶剂组份,下层液为水基吸收液。分离的溶剂组份一般为含有70-90%的碳氢化合物,其热值为6000-8000大卡/kg(柴油11000大卡/kg,液化气9000大卡/kg,天燃气8500大卡/m3,人工燃气5500大卡/m3),属于一种类似于工业燃油的高能液体燃料,可以作为一种清洁能源,十分方便地参与各种工业炉、窑、烘干装置的燃烧供热。一般涂装作业工厂均有产品的干燥、烘干固化工艺要求,并相应设置了热空气、热风发生装置,因此回收的混合溶剂,可以实现完全碳化燃烧供热,不外排。一则化废为利,二则实现了节能减排,实现清洁能源利用的环保法规要求。

           对于分离量大的混合溶剂或回收量相对比较集中的区域,可以建立一个集中处置精制溶剂加工厂(类似于废机油、废润滑油再生加工厂),通过对回收的混合溶剂进行精馏除杂分离,根据各溶剂不同的沸点,物理化学性能进行切割分馏。回收的溶剂可以调制成各种功能,用途的油漆稀释剂重新返回涂装作业施工,分离后的塔底重组份则可以又返回液膜吸收净化液作部分原料而实现无污染物外排的完全闭路循环。一般建立一个年处理150-180吨的再生溶剂厂年收益可达30-40万元。