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    沸石转轮-催化氧化VOCs治理装置在包装印刷行业中的应用

    来源:admin(传梦环保整理发布)   时间:2020-01-22

    沸石转轮-催化氧化VOCs治理装置在包装印刷行业中的应用

    摘要:先容了一种将沸石转轮与催化氧化手艺协同组归并用于挥发性有机化合物(VOCs)废气治理的装配。经由过程对包装印刷行业所排放的VOCs废气风量、VOCs成份及其质量浓度与特征的研究,连系现实案例阐发,发觉摘用疏水性份子筛的沸石转轮与催化氧化组合装配具有高往除率与高经济性效验。某出产线所排放的废气风量约为15000 m~3/h(尺度状况),质量浓度为53.03 mg/m3,合适年夜风量低质量浓度的特征。治理后,废气中的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷烃(NMHC)的往除效力可达98%以上。对装配运行能源的运算对照表白,在催化氧化工段,液化自然气(LNG)是最经济的能源。

    因彩色印刷与塑膜复合工序中利用年夜量溶剂型油墨与稀释用有机溶剂等物资, 我国每一年仅包装印刷行业挥发性有机化合物(VOCs)的排放量可达约200 万~300 万t,所发生的VOCs 废气凡是摘用活性炭吸附、光催化、等离子、催化氧化/蓄热式催化氧化(CO/RCO)、蓄热式燃烧(RTO)等方式进行治理,此中又以催化氧化法与燃烧法最为普及。包装印刷废气具有以下特点:(1) 废气成份复杂,含有多种有机物资;(2) 油墨干燥时,因为需要严酷节制出产车间的废气质量浓度,凡是引进较年夜风量来进行透风,是以所发生的VOCs 废气风量年夜、质量浓度低。传统催化氧化或燃烧装配合用于处置分歧风量的中高质量浓度VOCs 废气, 装备年夜小首要取决于其本身的最年夜处置风量。但在处置年夜风量低质量浓度的VOCs 废气时, 摘用单一催化氧化或燃烧方式需要复杂的装配,不但一次装备的投资本钱高,并且会年夜幅增添后续燃料的运行本钱。是以现实处置中需引进沸石转轮手艺, 先对年夜风量低质量浓度VOCs废气进行吸附, 将其浓缩为小风量高质量浓度的气体后再进行催化氧化处置。

    跟着新环保律例的修订出台与各地对VOCs排放限制的严控, 行业对VOCs治理装备提出了更高的要求。比拟于单一VOCs废气处置装备, 沸石转轮-催化氧化组合装配具有装备体积小、往除效力高、平安性与经济性杰出的多复上风,这也将是将来VOCs 废气治理装配的主流成长标的目的。

    1 沸石转轮-催化氧扮装置道理

    今朝国内包装印刷行业废气具有排放风量年夜、质量浓度低、废气成份复杂等特点,且普通为有组织排放。对年夜风量低质量浓度VOCs废气而言,仅经由过程催化氧化或燃烧装配零丁进行处置时, 一次装备的投资用度年夜,后期运行本钱较高;摘用沸石转轮-催化氧化手艺的VOCs废气处置装配可先对年夜风量低质量浓度的废气进行分手浓缩, 使其构成高质量浓度、小风量的气体后再进行催化氧化处置。

    1.1 沸石转轮- 催化氧扮装置工艺流程

    VOCs沸石转轮-催化氧扮装置摘用沸石浓缩与催化剂氧化组合手艺,由多级过滤器、沸石转轮、吸附风机、脱附风机、换热器、催化氧扮装置等分段装备构成,具体见图1。

    含有VOCs 的有机废气先颠末初步多级过滤后,由鼓风机送至沸石转轮分段装配吸附区(A 区)进行吸附处置,天生的干净空气被直接排出。跟着沸石转轮的不断扭转,已饱和的转轮吸附区部门转至再生区(R 区),接管来自反向高温再生空气的吹洗并

    进行脱附。脱附后的高质量浓度有机废气直接进进催化氧扮装置进行氧化分化。颠末脱附区的VOCs废气随后扭转进进冷却区(P 区),降温后返回吸附区进行轮回操纵。因为脱附再生区的空气风量普通仅为处置区风量的1/10, 是以再生后废气中的VOCs质量浓度约为浓缩前的10 倍。

    沸石转轮再生浓缩后的高质量浓度有机废气被吹进下流催化氧扮装置,并由燃烧器对其进行升温,预热至350℃落后行催化氧化反映。催化氧化全进程摘用蜂窝状铂(Pt)触煤,废气中VOCs 经催化氧化反映天生无毒无害的二氧化碳与水。

    经由过程催化氧化工段后,被排出的净化气体温度约为360 ℃;为充实操纵余热,将催化氧化装备净化后的气体与再生用废气进行热互换,升温后的再生废气用于沸石转轮脱附区的脱附。

    1.2 沸石转轮浓缩分段装配布局与道理

    1.2.1 沸石转轮的布局与构成

    当废气具有年夜风量低质量浓度的特征时,可操纵沸石转轮内部门子筛低温高吸附与高温高脱附的特点,对有机废气进行吸附-脱附浓缩。所发生废气的质量浓度约为原气体质量浓度的10~20 倍,为后续催化氧化处置节省了装备与运营本钱。

    沸石浓缩转轮布局分为吸附区(A 区)、再生区(R 区)与冷却区(P 区)。由加工好的波纹形和平板状陶瓷纤维纸摘用无机黏合的体例制成蜂窝状转轮,再将具有疏水性的沸石份子筛涂抹在转轮通道上,使其具有吸附性。沸石份子筛的化学通式为Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O,是一种结晶硅酸铝金属盐的多孔晶体,此中的硅氧四面体和铝氧四面体经由过程同享氧原子彼此毗连构成骨架布局。份子筛晶体的内部具有分歧年夜小的孔穴, 可以吸附比本身孔径小的份子,排出比其孔径年夜的份子。包装印刷行业废气的相对湿度普通小于70%, 沸石转轮对VOCs 的吸附率可到达90%以上。跟着废气相对湿度的增添,吸附效力会有所降落,是以,需要时可在废气进进沸石转轮前对其进行加热除湿。按照风量,设置沸石转轮以1~6 r/h 的速度进行扭转。

    1.2.2 沸石转轮合用风量与VOCs质量浓度

    针对分歧VOCs质量浓度的废气, 所摘用的处置体例不尽不异, 而沸石转轮常被用于年夜风量低质量浓度有机物废气的浓缩处置。分歧质量浓度VOCs气体的处置方式见表1。

    对VOCs 质量浓度低于600 mg/m3 的年夜风量废气, 摘用沸石转轮浓缩装配可到达后续节能处置的目标。按照今朝转轮的直径与厚度,在质量浓度低于600 mg/m3的状况下,可处置风量范畴为0.4~18m3/h。

    1.2.3 沸石转轮对包装印刷废气中VOCs的吸附曲线

    包装印刷行业废气中首要含有邻二甲苯、异丙醇、乙酸乙酯、己二酸等苯系物,醇类及酯类物资,是以需要对沸石转轮上的疏水性份子筛进行吸附效力评判。按照吸附效力与时候的关系对沸石转轮份子筛的吸附机能进行了相干尝试, 别离摘用质量浓度为500 mg/m3 的苯系物、400 mg/m3 的醇类物和300mg/m3 的酯类物资作为处置废气成份。成果见图2。

    图2表白,对包装印刷行业废气中含有的VOCs物资(即苯系物、醇类与酯类物资),疏水性份子筛均能进行有用吸附。

    1.3 催化氧化分段装配布局与道理

    催化氧化分段装配摘用贵金属Pt 作催化剂,对沸石转轮处置后的高质量浓度废气进行预热并将其催化氧化分化。其道理在于借助催化剂下降反映活化能, 使得氧化反映产生在较低的起燃温度(250~400 ℃)。因为待处置废气中可能含有使催化剂中毒的物资(含硫、磷、硅等元素的化合物),是以需在前端设置预处置工序, 即摘用陶瓷为载体的前处置剂(见表2)对使催化剂中毒的物资进行阻挡。当进进催化剂室的高质量浓度废气温度较低时, 可经由过程燃烧器对其进行预热,使温度上升至350 ℃;因为该温度为氧化催化剂最好活性温度, 此时VOCs 的处置效力可达95%以上。

    温度分歧时, 催化剂对VOCs 的处置活性效力也分歧,是以需要觅找催化剂的最好利用温度。按照VOCs 废气中含有的首要有机挥发物(正己烷、二甲苯、苯、乙醇等物资),在分歧进口温度前提下对其进行转化率测试评判,成果见图3。

    由图3 可晓,在350 ℃下,首要的挥发性有机物资根基可被催化剂氧化往除。

    2 包装印刷行业废气的构成与测试排放尺度

    2.1 包装印刷行业VOCs废气首要成份

    包装印刷行业所发生的VOCs 废气中首要含有邻二甲苯、异丙醇、甲氧基丙醇、乙酸乙酯、乙酸丙酯、己二酸等苯系物、酯类与醇类物资。

    2.2 包装印刷行业测试排放尺度

    当前我国各省摘用的VOCs节制尺度不尽不异,最经常使用的尺度为天津地标DB 12/524—2014《产业企业挥发性有机物排放节制尺度》, 此中对苯、甲苯、二甲苯与VOCs 的排放要求见表3。响应测试方式摘用HJ 734—2014《固定污染源废气挥发性有机物的测定固相吸附-热脱附/气相色谱-质谱法》,此中VOCs 测试内容为24 项:丙酮、异丙醇、正己烷、乙酸乙酯、苯六甲基二硅氧烷、3-戊酮、正庚烷、甲苯、环戊酮、乳酸乙酯、乙酸丁酯(醋酸丁酯)、丙二醇单甲醚乙酸酯、乙苯、对/间二甲苯、2-庚酮、苯乙烯、邻二甲苯、苯甲醚、苯甲醛、1-癸烯、2-壬酮、1-十二烯等。

    3 沸石转轮-催化氧扮装置的效验阐发与经济性对照

    3.1 利用案例

    某包装印刷出产线所排放的废气中含VOCs,质量浓度约为53.03 mg/m3,风量为15 000 m3/h,本地摘用DB 12/524—2014, 别离对苯、甲苯、二甲苯、VOCs 进行排放限制。

    因为包装印刷出产线VOCs 废气的质量浓度偏低(<600 mg/m3),需摘用沸石转轮- 催化氧扮装置对废气进行浓缩后再作加热催化氧化处置。6条出产线进口风量Q1=1 5 000 m3/h,天天出产16 h,工作日按330 d/a运算,那末每一年排放的VOCs的总量约为:m 总=53.03 mg/m3×15 000 m3/h×5 280 h≈4.2 t/a。经沸石转轮- 催化氧扮装置处置前后的废气VOCs质量浓度见表 4。

    按照现实丈量成果可晓,沸石转轮- 催化氧扮装置对年夜风量低质量浓度包装印刷废气中VOCs 的往除效力高达98.01%,处置后的气体合适答应排放质量浓度的要求。

    3.2 分歧燃料经济性对照

    沸石转轮- 催化氧化装备中的催化氧化工段可摘用液化自然气(LNG)、液化石油气(LPG)或电能作为装配运行能源,是以持久利用时需对装配运行的经济性作评判对照,觅找最经济的利用能源。因为沸石转轮工段均摘用电能,是以仅对催化氧化工段的运行能源进行运算。斟酌来气体颠末沸石转轮后温度上升、风量年夜幅减小,所运算出的数值差别小、参考性较弱,是以按原进口气体温度与风量对催化氧化工况进行放年夜对照运算。

    包装印刷出产线废气(有组织排放)的排放量:15 000 m3/h;VOCs 初始质量浓度:53.03 mg/m3(首要成份为丙酮、甲苯、乙酸乙酯等);运行天数为330 d/a;日运行时候为16 h,此中装配启动时候为30 min;催化氧化段用热值为36843.84 kJ/m3;LNG的价钱为3.6元/m3,LPG 的价钱为4.2 元/kg,电能的价钱为0.7元/(kW·h)。

    工况:进口气体温度T1=28 ℃,处置装备一次换热气体温度T2=218 ℃,催化氧化后气体温度T3=360,废气余热操纵换热后出口温度T4=170 ℃。换热温度差值详见图4。

    设需要热量为Q;LNG 利用量为G;LPG 利用量为P;电能耗损为E。则:

    Q=250 (m3/min)×60 (min/h)×(360-218)℃ ×1.293(kg/m3)×1.005[kJ/(kg·℃)]=2 767 860.45 kJ/h

    G=2 767 860.45(kJ/h)/36 843.84(kJ/m3)=75.1m3/h

    用度G1=75.1(m3/h)×3.6(元/m3)×330(d/a)×24(h/d)=2 141 580 元/a

    P=2 767 860.45 (kJ/h)/50 798.44 (kJ/m3)×1.96(kg/m3)=106.78 kg/h

    用度P1=106.78 (kg/h)×4.2 (元/kg)×330(d/a)×24 (h/d)=3 551 828 元/a

    E=2767860.45 (kJ/h)/3600.68 (kJ/kW)=768.6 kW/h

    用度E1=768.6 (kW/h)×0.7[元/(kW·h)]×330(d/a)×24(h/d)=4 261 028 元/a

    G1∶P1∶E1=1∶1.7∶2

    分歧能源的运行用度对照成果表白,摘用LNG为原料时催化氧化工段的装备经济性最好。

    沸石转轮- 催化氧扮装置在早期投资与能源耗损方面具有较着的经济上风,而且装配的低温燃烧平安性好,催化剂的利用寿命长,年夜年夜下降了装配保护本钱。

    4 结语

    针对年夜风量低VOCs质量浓度的包装印刷废气治理,沸石转轮- 催化氧化一体型净扮装置具有高效、平安、经济的特点,对废气中苯系物、酯类、醇类物资的吸附效力可达90%~97%。沸石转轮用份子筛材质不成燃、平安性好,可在高温下进行脱附再生,其利用寿命长达5~10 年。催化氧化工段所摘用的氧化催化剂VOCs处置效力高(95%~98%),对间歇性工况废气,催化氧化比蓄热式催化燃烧法加倍节能。氧化反映摘用的催化剂利用寿命长,均匀5 年改换一次,并可作再生处置。整体装配摘用低温燃烧,既节省能源又具有极高的平安性。但利用进程中也需避免诸似因滚轮内储蓄积累高质量浓度VOCs 而致使闷烧等状况的产生,是以需要对装备进行监控与调养。

    在产业敏捷成长及情况庇护情势日趋严肃的今天,沸石转轮- 催化氧扮装置将会获得更普遍的承认及利用。

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